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13 平板显示技术基础—王丽娟—习题答案.docx

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本课件汇总《平板显示技术基础》第一至十二章的习题参考答案,题型包括填空题、判断题、名词解释、简答题、计算题与分析题、思考题,内容覆盖显示器件原理与性能参数、液晶物理与广视角技术、制屏与阵列工艺、薄膜晶体管特性,以及OLED、AMOLED与新型显示技术。

第一章习题填空题与名词解释页,给出显示器分类、CRT、PDP等填空答案及主动发光型等名词解释
第一章习题简答题页,讲解CRT显示原理、PDP面板结构、FED结构与原理及FED与CRT的区别
第一章习题简答题与思考题页,涵盖VFD结构原理、亮度计算、灰度与颜色数及PDP面临的问题
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第1页:第一章:填空题与名词解释

第一章习题答案(一、填空题;二、名词解释1~19)。

  • 填空题要点:显示器按显示方式分投影型、空间成像型、直视型;按发光方式分主动发光型和非主动发光型;按形态分阴极射线管显示器和平板显示器;CRT由电子束、电子枪、阴罩、荧光粉层构成;PDP利用等离子体气体放电发光;LED显示由无数个小发光二极管拼接而成;第一代生产线玻璃基板尺寸为300mm×400mm,可切割2块
  • 名词解释要点:主动发光型显示器、被动发光型显示器、投影型显示器、空间成像型显示器、电致发光显示器、场致发射显示器、发光二极管显示器、响应时间、亮度、开口率、对比度、灰度、拖尾、像素、PPI、画面尺寸、长宽比、像素间距、发光效率

第2页:第一章:简答题(上)

名词解释20~21(工作电压、产线世代)与三、简答题1~5:

  • CRT显示原理:电子枪发射电子束,用视频信号调制电子束流,经电子透镜聚集后打在荧光粉上产生亮点,从左至右、从上到下反复扫描构成影像
  • PDP面板结构:下玻璃基板垂直配置扫描电极并覆盖介质层,光刻制作壁障隔开像素,壁障外形成RGB荧光粉;上基板水平配置信号电极并覆盖介质层,再涂覆MgO保护层
  • FED结构与原理:由阳极基板(RGB荧光粉条、黑矩阵、透明导电层)与阴极基板(行列寻址尖锥阵列与孔状栅极)构成,两极间加低电压调制发射,电子经隧道效应逸出后被高压加速轰击荧光粉发光
  • FED与CRT的区别:FED是阵列型发生源、冷阴极发射、荧光点到阴极距离小于3mm;CRT是单一电子束、热电子发射、体积大又厚又重
  • 热电子发射与冷发射:前者靠加热使电子逸出,后者靠强电场下的隧道效应发射

第3页:第一章:简答题(下)

简答题6~9与四、思考题1~3:

  • VFD结构与原理:由玻璃基板、阴极、栅极、阳极及荧光体组成的三电极结构,栅极与阳极同时加正压时才发光
  • 液晶显示器亮度:由背光源亮度与液晶屏透过率决定,透过率含偏振片、开口率、彩膜、电极等项;3000cd/m2背光源按5~10%透过率可得150~300cd/m2
  • 灰度级与颜色数:灰度级数为2的数据比特数次方,彩色颜色数为灰度级数的3次方,如3比特为8级灰度、512色
  • 柔性显示瓶颈:性能差、寿命低、生产设备不成熟、相关高科技技术未匹配
  • PDP面临的问题与应用:荧光粉烧伤、需障壁结构、高压高瞬时功率成本高、像素变小时发光效率降低;适用于较大、清晰度较低的显示器

第4页:第一章思考题与第二、三章填空

第一章思考题3~6,并进入第二章习题答案。

  • 三片式液晶投影原理:强光经分光镜形成RGB三束光分别透射过三片液晶屏,信号源控制透光或阻断,再经棱镜汇聚由投影镜头投射到屏幕
  • VFD局限性:驱动电压低(约20V)导致彩色化困难;阴极功耗大;栅极架空使分辨率受限;多用于音视设备、微波炉、电子秤等小屏幕设备
  • 200英寸以上显示:选择发光二极管显示器,因其由无数小LED拼接、不受组装数量限制,适合大型户外显示
  • 提高开口率:缩小栅线、信号线与TFT尺寸,或采用BM on Array设计与有机膜绝缘层设计
  • 像素间距计算:4.5英寸、分辨率960×640的显示屏ppi约为256;长宽比4:3时横向像素间距约95μm,纵向约107μm
  • 第二章填空题:液晶相有向列相、近晶相、胆甾相;液晶分为热致液晶与溶致液晶等

第5页:第二章:名词解释与简答

第二章名词解释1~13与简答题1~2:

  • 名词解释:液晶、热致液晶、残像、闪烁、液晶介电各向异性、p型(正性)液晶、n型(负性)液晶、液晶的电光效应、宾主效应、无源矩阵液晶显示器、有源矩阵液晶显示器、常白型、常黑型
  • 液晶的种类:按物理条件分为热致液晶和溶致液晶;按刚性中心形状分为细长棒状和扁平盘状
  • TN型显示原理:不加电压时线偏振光随液晶层90°扭曲结构同步旋转,到达下偏振片时与光轴平行而透光,呈亮态;加电压后扭曲结构解体,偏振方向不再旋转,与下偏振片光轴正交而呈暗态

第6页:第二章:简答题(下)

第二章简答题3~10:

  • 液晶相分类:向列相、近晶相、胆甾相
  • 向列相特点:长径比很大的棒状分子,长轴基本平行、不能排列成层,可上下左右前后滑动,粘度小、富于流动性
  • 残像与闪烁:快态离子在电场下传输导致低频下图像闪烁、获得错误灰度级;慢态离子在长时间大于50mV直流驱动下聚于取向层产生补偿电压,引起残像
  • 液晶物性对显示性能的影响:弹性常数与旋转粘度决定响应时间和阈值电压;介电各向异性决定p型或n型特性;光学各向异性决定光学性质
  • 动态散射效应:带电粒子冲击液晶分子使其排列紊乱,各部分折射率不均匀,入射光被散射
  • 偏振片作用:只允许某一方向振动的光波通过

第7页:第二章:缩写、简答与计算题

器件英文缩写、简答题11~12与计算题1~2:

  • 缩写:MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管、TFT薄膜晶体管、MIM金属-绝缘体-金属、MSI金属-半绝缘体-金属、DR二极管环、BTB背靠背二极管、ECB电控双折射
  • STN显示原理:入射侧液晶分子长轴与上偏振片光轴成30°,出射侧与下偏振片成60°,双折射干涉后不加电压呈黄色、加电压呈黑色
  • 铁电液晶原理:加直流电压后自发极化偶极矩指向电场、螺距变长,电场反向时分子倾斜角由θ变为-θ,实现明暗态切换
  • 计算题:TN-LCD由偏振片、玻璃基板、彩膜、ITO电极、取向层和液晶组成;常白模式上下偏振片光轴垂直、液晶扭曲90°,不加电压透光为亮态,加电压后透光率趋近零为暗态

第8页:第三、四章:填空与判断

第二章分析题3与第三章习题答案(填空题、判断题):

  • 液晶材料可否互换:不可以互换,因为不同液晶显示器的显示原理、结构与参数设计均不同;开发最成功、市场占有率最大的是向列相液晶显示器
  • 第三章填空题要点:视角问题表现为对比度下降、色差、灰阶逆转;广视角技术有MVA(多畴垂直排列)、PVA(图案化垂直排列)、IPS(共面转换)、FFS(边缘场开关);MVA采用5+1次光刻;AMVA采用聚合物稳定取向材料;ASV为先进的超视角技术

第9页:第三章:名词解释与简答

第三章名词解释1~7与简答题1~4:

  • 名词解释:视角、灰阶逆转、色差、漏光现象、水平视角、垂直视角、补偿膜技术
  • 视角产生的原因:液晶显示器被动发光;棒状向列相液晶具有双折射;不同灰阶下液晶分子长轴与基板夹角不同;线偏振光经扭曲液晶层产生双折射导致漏光;存在灰阶逆转
  • VA技术的光学补偿:凸起物附近液晶分子略有倾斜且左右相邻分子长轴指向不同、状态对称,利用不同指向实现光学补偿
  • MVA显示原理:不加电压时呈黑态,加电压后n型液晶分子倾斜并趋向水平,双折射干涉后透光呈白态
  • MVA工艺方案:阵列工艺5+1次光刻(含MVA凸起物),彩膜工艺依次为BM、RGB、OC、ITO、PS、MVA凸起物

第10页:第三章:简答(下)

第三章简答题5~10:

  • PVA与MVA的不同:MVA上下基板间隔分布三角棱状凸起物,上基板ITO为整面;PVA用透明ITO层代替凸起物并光刻出平行缝隙,开口率更高、亮度更好
  • IPS器件结构:像素电极与共用电极制作在同一基板上,利用梳状电极构成像素,电极间距L、宽度W,靠横向电场控制液晶分子
  • IPS显示原理:不加电压时偏振光在盒内旋转90°后与下偏振片光轴垂直呈黑态;加电压后液晶沿电场排列,出射光与下偏振片光轴平行呈亮态
  • FFS与IPS的差别:FFS两个电极均为透明ITO且间距小,电场线呈抛物线,存储电容面积更大
  • 双畴FFS:共用电极线居中把像素分为上下两部分,条形电极方向不同,加电压后上下液晶分子分别顺、逆时针旋转形成两个畴
  • FFS工艺流程:采用1+5次光刻,第一次形成共用电极,随后5次光刻完成TFT阵列

第11页:第三章:分析题与思考题

第三章分析题2~5:

  • MVA如何实现广视角:V字形三角棱状凸起物把每个子像素分成四个畴,上下基板交错排列;在方位Ⅱ处开态与关态均看到接近液晶分子长轴的投影而呈中灰阶,方位Ⅰ和Ⅲ处分别看到黑色与白色,混色后仍为中灰阶
  • 多畴模式的作用:通过取向层掩膜摩擦、光控取向或凸起物在每个像素上形成多个取向方向不同的畴,改善单畴各向异性过强、视角特性差的缺点
  • 色差产生的原因:视角变化使双折射导致的光程差△nd改变,平行长轴时△n最小、色彩偏蓝,垂直长轴时△n最大、色彩偏黄
  • 漏光产生的原因:常黑模式TN不加电压时为黑态,但线偏振光在扭曲液晶层中产生双折射,光程差不同导致不同程度的漏光,无法得到全黑

第12页:第三章思考题与第四章填空

第三章思考题1~4与第四章习题答案(填空题):

  • IPS为何称硬屏:液晶分子呈水平排列,受外界压力时整体仍保持水平,无闪光与水纹变形,分子复原速度快、无残影,稳定性与抗压性高
  • 广视角技术设计原则:一是形成多畴垂直排列(MVA、PVA),二是改变液晶分子的旋转方式(IPS、FFS使分子始终在平行基板的平面内旋转)
  • PVA降低亮点:PVA属常黑模式,不加电场时屏幕为黑色,即使有TFT坏点也不会产生亮点;MVA、VA等技术同样可降低亮点
  • 第四章填空题要点:PI取向的作用是液晶分子取向和形成预倾角;取向方式分平行取向、垂直取向、倾斜取向;PI采用印刷方式成膜;切割倒棱用于去除短路环与玻璃毛边细小裂纹

第13页:第四章:填空、判断与名词解释

第四章填空题8~10、判断题与名词解释1~8:

  • 填空题要点:模块工艺包括柔性线路板(FPC)与印刷电路板(PCB);连接方式有各向异性导电胶连接工艺和非导电胶连接工艺;ACF为各向异性导电胶膜
  • 名词解释:制屏工艺、模块工艺、COB工艺(驱动IC裸芯片直接用粘片胶贴在PCB上)、TAB工艺(TCP两端用ACF分别固定在PCB和液晶屏上)、COG工艺(用ACF和热压焊把精细间距驱动IC邦定到液晶屏上)、COF工艺(驱动IC邦定到柔性电路板再用ACF连接外引线)、再取向、倒棱

第14页:第四章:简答题

第四章简答题1~10:

  • 隔垫物种类及优缺点:球形隔垫物材料成本低、稳定性高、液晶量不受密度影响,但工艺产率低、抗震动能力差;柱形隔垫物设备成本低、流程少、图像质量优良,但材料成本高
  • 边框胶与银点胶:边框胶使TFT基板与CF基板紧密粘合;银点胶连接两基板的共用电极,使CF基板上ITO导通
  • ACF的作用:在压力、温度、时间作用下树脂流动,导电粒子夹在上下电极之间起导通作用,相邻电极间保持绝缘
  • COF结构与特点:在聚合物薄膜上配制铜线电路的柔性电路板作为驱动IC载体,金凸块与铜线热压邦定;特点是轻薄短小、适应更大分辨率、线间距细、节省空间
  • COG连接原理:驱动IC粘贴在液晶屏外引线小面积上,输出端与外引线电极相连,输入端与电极焊盘连接,并用黑胶封住固化
  • 取向工艺与PI膜形成:在两基板上形成取向层并经摩擦获得统一取向与预倾角;PI印刷后经预固化挥发部分溶剂、主固化完全转变为聚酰亚胺薄膜

第15页:第四章分析题与第五章填空

第四章分析题1~4、思考题2~3与第五章习题答案(填空题):

  • ODF与传统注入的差别:填充原理不同(毛细现象与压力差 vs 液晶滴填充,后者时间短效率高);成盒方式不同(热压、隔垫物变形量大 vs 真空对盒、隔垫物随动变形);封口与再取向不同(传统需封口后再加温再取向,ODF无注入口且边框胶热固化同时完成再取向)
  • COF轻薄短小的原因:驱动IC直接邦定到很薄的柔性电路板,可弯折180°并支持卷对卷生产
  • COF更适合高分辨率:驱动IC不占据液晶屏面积,且避免了COG邦定造成玻璃变形、难返修的问题
  • 精细线路制作:COF更适合,可做到35μm的线距,而TAB工艺的悬空引线在极细间距下易变形折断
  • 第五章填空题要点:有源矩阵液晶显示器采用薄膜晶体管;背光源有冷阴极荧光灯(CCFL)和发光二极管(LED);背光源分直下式与侧置式;玻璃基板有碱玻璃、低碱玻璃、无碱玻璃;彩色显示采用加法混色

第16页:第五章:判断、名词解释与简答

第五章判断题、名词解释1~5与简答题1~6:

  • 名词解释:有源矩阵液晶显示器、区域调光技术、静态驱动方式、动态驱动方式、交叉串扰
  • 有源矩阵液晶显示器的组成:背光源(冷阴极灯管、反射板、分光板、导光板、扩散板)、彩膜基板(彩色膜、黑矩阵、保护膜、ITO共用电极)、阵列基板(TFT、存储电容、像素电极)、液晶屏部分(液晶、取向层、隔垫物、偏振片)以及驱动IC和周边组件
  • LED背光源优势:更轻薄、光衰期长、效率高耗电少、色域广、环保;发展趋势是减少LED颗粒与廉价直下式
  • 彩色显示原理:利用红、绿、蓝三色彩膜的加法混色法获得各种色彩
  • 彩膜结构与作用:由玻璃基板、彩色层、黑矩阵、保护层和ITO共用电极组成;黑矩阵分割颜色层提高对比度并遮挡TFT防止光生电流,保护层平滑表面并隔离液晶,ITO共用电极与像素电极共同驱动液晶

第17页:第五章:简答与分析题

第五章简答题6~10与分析题1~2:

  • 彩膜工艺流程:黑矩阵光刻→彩色层(R、G、B)分别光刻→形成保护层→形成ITO共用电极→检查
  • 驱动特点:采用交流驱动;液晶屏等效为无极性电容Clc;液晶分子在外电场下重新排列改变光学特性
  • 无源矩阵与有源矩阵驱动:前者行电极逐行选通、列电极同时施加时序信号;后者在此基础上由信号电压对液晶电容和存储电容充电,并由存储电容放电维持画面
  • 交叉串扰成因:同行或同列像素受同一电极线电压影响;液晶像素的无极性电容特性与电极线电阻共同引起耦合
  • LED电视、LED显示与真LED电视:LED电视实质是采用LED背光源的液晶电视,是大多数厂商极力推出的产品;LED显示由小LED点阵拼接而成;真LED电视每个像素由RGB三色LED自发光体组成
  • 白光LED与RGB-LED:白光LED结构简单、成本低、易实现区域控制,但色域一般只达NTSC的70%左右;RGB-LED色域广、对比度高,但成本高、结构复杂、难以轻薄化

第18页:第五章:分析题(下)

第五章分析题3~5:

  • 单元像素结构与等效电路:栅极接栅线、源极接信号线、漏极接像素电极;像素电极与彩膜共用电极构成液晶电容Clc,与存储电容Cs并联,整体等效为一个晶体管开关连接两个并联电容
  • 七段式显示数字“2”:以0表示段码电极与共用电极同相、1表示反相,七个段码电极的信号为1011011;缺点是所需电极引线数目多
  • 动态驱动显示数字“2”:以7行6列点阵为例,选通X1行时6列信号为“111110”,X2行时为“000001”,X3行时为“000001”,X4行时为“011110”,X5与X6行时为“100000”,X7行时为“011111”

第19页:第六、七章:填空与判断

第五章动态驱动波形(续)与第六章习题答案(填空题、判断题、名词解释1~5):

  • 第六章填空题要点:TFT是薄膜晶体管,属绝缘栅场效应晶体管;非晶硅为弱n型半导体;MOSFET靠反型层导电;非晶硅缺陷有悬键、弱键;工作区分为亚阈值区、饱和区、线性区
  • 名词解释:薄膜晶体管、MOSFET、本征半导体、掺杂半导体、载流子

第20页:第六章:名词解释与简答

第六章名词解释6~12与简答题1~5:

  • 名词解释:电导现象、MIS结构、钉扎效应、阈值电压、沟道夹断、开关比、亚阈值斜率
  • MOSFET与TFT工作原理的不同:TFT源漏处无pn结、关态电流为泄漏电流且较大;TFT源漏无正负之分;TFT靠积累层形成n型导电沟道,而MOSFET靠反型层导电
  • 非晶硅TFT工作原理:栅极不加电压或加负电压时沟道未形成、处于关态;栅极加足够正电压后在绝缘层与a-Si:H界面感应出负电荷形成电子积累导电沟道
  • TFT在液晶显示器中的作用:起开关作用,器件性能优劣直接影响图像显示质量
  • 非晶硅能带特点:弱n型半导体,能带分为带尾的局域态与能带中部的扩展态,费米能级接近禁带中心线且偏上
  • 非晶硅材料特点:长程无序、短程有序;配位数相同但键长键角略有改变;存在缺陷

第21页:第六章:简答与分析题

第六章简答题6~8与分析题1~3:

  • MIS结构表面电荷变化:金属与半导体相对两面充上等量异号电荷,金属侧电荷分布在原子层厚度内,半导体侧形成空间电荷区,随栅压变化分为积累、耗尽、反型三种情况
  • 非晶硅与单晶硅导电差别:非晶硅费米能级钉扎在带隙中;迁移率比单晶硅低2~3个数量级;氢化后禁带宽度在1.2~1.8eV间变化;存在扩展态、带尾局域态与缺陷态;光吸收边有很长的拖尾
  • MOSFET的两个电场:栅极与衬底之间形成垂直电场,源漏电极之间形成水平电场
  • 主导TFT工作的半导体现象:电导现象,由电导率决定,而电导率由载流子密度与迁移率决定;应提高迁移率、降低载流子浓度(暗电导率)
  • 高性能TFT的制作思路:需制作高迁移率器件以获得高开态电流;不能靠提高载流子浓度,否则关态暗电导与关态电流也会增大

第22页:第六章计算题与第七章填空

第六章分析题3的计算结果与第七章习题答案(填空题):

  • 计算示例:宽长比30、绝缘层电容10nF/cm2时,由IDS1/2-VGS拟合线斜率B=5.12×10-4得阈值电压VTH=-A/B≈-15.8V,迁移率μ≈1.75cm2/Vs;开态电流约3.0×10-4A,关态电流约4.0×10-11A,开关比约7.5×10^6,亚阈值斜率约1.39dec/V,据此判断有源层为p型
  • 第七章填空题要点:a-Si:H TFT结构分为顶栅结构、背沟道刻蚀型和背沟道保护型;背沟道刻蚀型第1次光刻形成栅线与栅极,第2次形成有源岛与欧姆接触层n+a-Si,第3次形成源漏电极;阻挡层的作用是防止沟道切断时刻蚀到下面的非晶硅

第23页:第七章:判断、名词解释与简答

第七章判断题、名词解释1~8与简答题1~6:

  • 名词解释:顶栅结构、底栅结构、刻蚀选择比、背沟道结构、光刻次数、O2灰化、自对准型结构、剥离工艺
  • 背沟道刻蚀型的优缺点:优点是光刻次数少、材料成本低、工艺节拍短;缺点是刻蚀选择比小,a-Si:H层需做到1500~2000Å,工艺难度大
  • 背沟道阻挡结构的优缺点:优点是a-Si:H层可薄至300~500Å、关态电流小、刻蚀条件宽松;缺点是增加一次光刻,成本与节拍增加
  • 光刻流程:5次光刻为栅极→a-Si:H有源岛→源漏电极及n+a-Si沟道切断→SiNx保护膜及过孔→ITO像素电极;7次光刻为栅极→阻挡层→有源岛→像素电极→过孔→源漏电极→保护膜;4次光刻把有源岛与源漏电极合并
  • 沟道切断的作用:以源漏电极作掩膜把沟道上的n+a-Si切断,防止沟道之间短路

第24页:第七章:简答与分析题

第七章简答题7~10与分析题1~4:

  • 像素电极ITO的三种作用:TFT处作像素电极控制液晶旋转;存储电容处作电容的另一电极;外引线处作金属电极的抗氧化保护层
  • 层间清洗的作用:在两层绝缘膜之间加清洗以减少针孔
  • O2灰化的作用:把亲水性的i/s SiNx变成疏水性的SiOx,增强与光刻胶的附着性
  • 存储电容的作用:维持液晶像素保持一帧的时间;减少和消除图像闪烁
  • Mo/Al/Mo各层作用:下层Mo防止Al向a-Si扩散影响关态特性;上层Mo抑制Al小丘并防止Al还原ITO造成接触不良
  • 5次光刻中过孔的工艺难点:TFT漏极过孔刻蚀时间不能太长以免刻穿顶Mo;外引线过孔需刻蚀约6500Å的两层SiNx,时间又不能太短
  • 减少绝缘膜针孔:采用多层薄膜叠加或连续生长,并在两层绝缘膜之间加清洗

第25页:第七、八章:分析题与填空

第七章分析题5~6与第八章习题答案(填空题):

  • 背曝光后再一次曝光的原因:背曝光是利用栅线金属图形做掩膜的自对准工艺,被金属遮挡处光刻胶未曝光;需再一次用掩膜版曝光把栅线和存储电容上方的光刻胶曝掉,才能形成精确对准、恰好位于栅极上方的阻挡层图形;仅用一次曝光对版精度与图形大小都会受限
  • 5次光刻的等效电路绘制要点:分别给出栅线、有源岛、源漏电极、钝化层及过孔、像素电极五道光刻的完整流程与对应电路符号
  • 第八章填空题(阵列各层材料):栅线与栅极、存储电极采用AlNd/Mo;信号线与源漏电极采用Mo/Al/Mo;像素电极与共用电极采用ITO;a-Si:H岛为有源层,n+a-Si为欧姆接触层

第26页:第八章:填空、判断与名词解释

第八章填空题1~10、判断题与名词解释1~16。

  • 填空题要点:清洗采用毛刷与化学方法;成膜方法有溅射和化学气相沉积;ITO为铟锡氧化物;涂胶方式有旋涂、刮涂加旋涂、刮涂;曝光分接近式与步进式;刻蚀分湿法刻蚀与干法刻蚀;干法刻蚀有等离子刻蚀(PE)、反应性离子刻蚀(RIE)、化学干法刻蚀(CDE);按方向性分各向同性刻蚀与各向异性刻蚀
  • 名词解释:清洗、成膜、溅射、CVD、光刻、涂胶、曝光、显影、刻蚀、干法刻蚀、湿法刻蚀、去胶、刻蚀选择性、刻蚀方向性、各向同性刻蚀、各向异性刻蚀

第27页:第八章:简答题

第八章简答题1~6:

  • 阵列基本工艺流程:玻璃基板投入→清洗→成膜→涂胶、曝光、显影→刻蚀→去胶→检查,循环5次或7次后进入制屏
  • 溅射成膜原理与适用薄膜:真空下电离惰性气体,用加速离子轰击靶材使原子沉积到基板;栅金属(Cr、Mo、Ta)、源漏材料(Mo/Al/Mo、Mo/AlNd/Mo等)与像素电极ITO均采用溅射
  • PECVD沉积原理:包括等离子体反应、输运粒子到基板表面、在表面发生反应三个基本过程,衬底温度对每一步都至关重要
  • PECVD设备特点:可大面积均匀成膜、低温致密,防止热损伤与材料扩散,平行电极便于大面积化
  • PE与RIE设备的不同:PE的上电极接RF、基板在下电极,辉光区离基板近、轰击能量小、物理作用弱;RIE的RF接下电极、基板也在下电极,辉光区远离基板、阴极电压降增强电场、物理作用强

第28页:第八、九章:简答与填空

第八章简答题6~7、分析题1~2与第九章习题答案(填空题1~8):

  • 干法刻蚀的物理与化学作用:物理作用靠惰性气体离子轰击薄膜表面,方向性强、线宽控制好;化学作用靠活性原子团与薄膜反应生成易挥发产物被抽走
  • 各层薄膜的成膜方法:栅电极与源漏电极金属、像素电极ITO采用溅射;栅极绝缘膜SiNx/SiOx、半导体层a-Si:H、欧姆接触层n+a-Si、钝化膜SiNx采用PECVD
  • PECVD制备a-Si:H:使用气体SiH4、H2,成膜温度约315℃
  • 各向同性与各向异性刻蚀:湿法刻蚀为各向同性,易侧蚀或浮胶导致线宽失真;PE和RIE兼具物理与化学作用,属各向异性刻蚀
  • 第九章填空题要点:多晶硅晶化方法有快速热退火法、固相晶化法、准分子激光退火法、金属诱导横向晶化法;LTPS像素结构有自对准结构、LDD结构、部分a-Si:H沟道结构、子栅极结构、多栅极结构

第29页:第九章:填空与名词解释

第九章填空题9~10与名词解释1~15:

  • 填空题要点:氧化物薄膜制备方法有磁控溅射法、脉冲激光沉积技术、分子束外延技术、溶胶-凝胶法、涂布法;有机薄膜制备方法有真空蒸镀法与溶液成膜技术;器件结构按栅极与接触位置分为顶栅顶接触、顶栅底接触、底栅顶接触、底栅底接触
  • 名词解释:固相晶化、磁控溅射、脉冲激光沉积、分子束外延、溶胶-凝胶、真空蒸镀、旋涂技术、交叠结构、自对准结构、偏移结构、LDD结构、部分a-Si:H沟道结构、子栅极结构、多栅极结构、叠层存储电容
  • 叠层存储电容:由垂直堆叠的两个并联电容构成,电容量为同面积传统电容的两倍,且不单独占用像素区域,开口率明显增大

第30页:第九章:简答题

第九章简答题1~8:

  • LTPS特点:高迁移率、容易p型和n型掺杂、自对准结构、抗光干扰能力强、抗电磁干扰能力强
  • LTPS挑战:存在小尺寸效应、关态电流大、低温大面积制作困难、设计和研发成本高
  • CMOS驱动电路优点:自对准工艺使寄生电容最低、响应速度快;高迁移率与沟道微细化进一步提高速度;适合制作周边驱动电路;采用LDD结构后沟道长度可由4μm缩短到1.5~2μm
  • 偏移结构的制作:保留栅极上的光刻胶做掩膜对源漏区自对准重掺杂,再对栅极侧蚀使栅极图形小于沟道区,形成高阻抗的Los区域以减小关态电流
  • M3金属的两种作用:充当TFT遮光层、相当于彩膜基板的黑矩阵以节省材料成本;作为存储电容的一个电极与公共信号线相连
  • 自对准结构的优点:减少光刻次数、降低成本;避免栅源栅漏交叠、提高对准精度并减小寄生电容
  • 氧化物TFT特点:可见光透过率高、电学特性优越、禁带宽度大、薄膜均匀、制备温度低、成本较低

第31页:第九、十章:简答与思考题

第九章简答题9~10、思考题1~2与思考题3(部分):

  • 提高IGZO TFT性能的方法:改善IGZO沉积条件、控制退火温度与存放环境;改善栅极绝缘层与IGZO的界面;提高IGZO钝化层性质
  • 有机TFT特点:有源层材料广泛、成本低、工艺简单、可实现柔性显示
  • 8次光刻多晶硅工艺流程:栅极→有源岛→n-区和n+区掺杂→p+区掺杂→过孔→源漏电极→钝化层→ITO像素电极,比5次光刻的非晶硅工艺增加了CMOS驱动电路部分
  • 9次光刻的技术关键:第三次光刻采用SiNx等作沟道保护层,顶栅结构中用栅极图形自对准掩膜部分阻挡掺杂;先用光刻胶图形覆盖n沟道沟道区与Los区、p沟道有源岛区,用PH3掺磷形成约1017~1018cm-3的轻掺杂n-区;去胶后以栅极做掩膜再掺磷,使源漏区形成1020~1021cm-3的重掺杂n+区

第32页:第九章:思考题(下)

第九章思考题3~5:

  • 5次光刻多晶硅工艺流程:依次为源漏电极、有源岛、栅极、过孔、ITO像素电极;先溅射源漏金属层光刻出源漏电极与信号线,再PECVD连续沉积介质层与非晶硅层,经去氢与激光晶化后光刻有源岛,随后沉积绝缘膜与栅极金属并以栅极掩膜离子注入形成源漏区,再沉积钝化层光刻过孔,最后形成像素电极
  • 9次光刻的等效电路:p-Si TFT采用顶栅LDD结构,存储电容叠在TFT上面;两层重掺杂连接源漏电极,两边Los区构成LDD;第一层金属M1为栅极,第二层M2为源漏电极,第三层M3兼作遮光层与存储电容电极
  • 叠层存储电容的优点与工艺:电容量为同面积传统电容的两倍且不占像素区域,开口率明显增大;工艺上先在衬底上制作约15nm的SiO2,再生长非晶硅并晶化为多晶硅,随后形成栅绝缘层与栅极并掺杂,分别形成n沟道与p沟道TFT构成CMOS驱动电路

第33页:第十章:填空与名词解释

第十章习题答案(填空题、名词解释1~17):

  • 填空题要点:有机发光二极管显示又称OLED或有机电致发光显示OELD;分为小分子OLED和PLED;分子轨道有最高占有分子轨道HOMO与最低未占有分子轨道LUMO;导电为跳跃式;发光过程为载流子注入、载流子传输、激子形成、复合发光;电极为氧化铟锡与金属,中间为有机材料
  • 名词解释:有机发光显示、无机发光二极管、小分子OLED、PLED、给体、受体、n型与p型有机半导体材料、电致发光、光致发光、能量转移、量子阱、超晶格、辐射能量转移、非辐射能量转移、Förster能量转移、Dexter能量转移

第34页:第十章:简答题

第十章简答题1~8:

  • 有机发光显示特点:材料广泛、能耗低、成本低、厚度薄重量轻、响应速度快、可实现柔性显示
  • 分子轨道理论:分子中电子在所有原子核与其余电子构成的势场中运动;每个分子轨道对应一个能量;分子轨道内的电子离域化但局限于分子之内;多个分子形成能量相近但有差异的分子轨道
  • 有机与无机材料的异同:相同点是都有类导带底/价带顶的LUMO与HOMO、都有电子与空穴两种载流子、都有n型与p型之分;不同点是有机材料短程有序、分子间为范德华力、载流子还有极化子、迁移率低
  • 光致发光:吸收入射光能量使基态电子激发形成激子,激子辐射复合发光,另有非辐射复合以热的形式释放
  • pn结电致发光:正向电压下非平衡少数载流子电注入,与多数载流子复合发光
  • LED与OLED发光原理的区别:LED采用pn结或异质结、用能带模型解释、自由载流子直接复合;OLED为单层或多层薄膜、用激子模型解释、激子结合能约0.4~1eV

第35页:第十章:简答与思考题

第十章简答题9~11与思考题1~4(部分):

  • 能量转移再复合发光的优点:可实现红蓝绿三色与全彩色化;把能量转移给荧光效率更强的客体材料以提高器件效率;通过选择合适的客体材料延长器件寿命
  • 小分子OLED与PLED的优缺点:PLED制备简单、成本低、薄膜可弯曲,寿命可达几万小时,但纯度不易提高,亮度和彩色不及小分子OLED;小分子OLED工艺成熟、良率高
  • PLED发光原理:电子和空穴沿聚合物分子链相向运动,处于同一分子链时形成激子复合发光,处于相邻分子链时形成束缚能较低的电子-空穴对,也可经分子链间跳跃转换成激子
  • Förster与Dexter能量转移的差别:前者靠库仑作用可在几纳米距离内实现、只发生在单重激发态;后者需电子云交叠、只能在紧邻分子间(几埃)完成,三重激发态激子也可发生
  • OLED产业化面临的问题:材料稳定性与寿命、驱动技术、成本、设备制造,喷墨打印与彩色化技术也需进一步研究

第36页:第十、十一章:思考题与填空

第十章思考题4与第十一章习题答案(填空题、名词解释1~15):

  • 限制OLED发光效率的因素与对策:单重激发态易回基态而三重激发态跃迁属自旋禁戒;非辐射复合(内转换、外转换、系间跨越)降低效率;电致激发中单重态激子仅占25%,荧光外量子效率一般远低于25%。提高效率的途径包括改善器件结构与制备技术、优化电极与发光及传输材料、选择能级匹配材料、研究三重态磷光的利用率
  • 第十一章填空题要点:有机发光显示分有源矩阵AMOLED与无源矩阵PMOLED;器件结构有正置型、倒置型与微腔结构;发光方式有顶发射等;TFT技术包括非晶硅、多晶硅、微晶硅、氧化物
  • 名词解释:AMOLED、PMOLED、正置型OLED、底发射型、顶发射型、穿透型、微腔结构、ELA技术、SLS技术、SGS技术、SPC技术、直流驱动、交流驱动、电压控制型驱动电路、电流控制型驱动电路

第37页:第十一章:名词解释与简答

第十一章名词解释16~23与简答题1~4:

  • 名词解释:红绿蓝像素并置法、色转换法、彩膜法、多层膜堆叠法、真空掩膜蒸镀技术、激光热转印技术、照射升华转印技术、激光转移技术
  • 底发射型OLED的优点:阴极可采用蒸镀金属电极、器件性能好;工艺简单,比较容易产业化
  • 顶发射型OLED的工艺难度:亮度取决于阴极透过率;阴极太薄则导电性变差影响稳定性;兼具高透过率与导电性的阴极材料很少;在最上层制作ITO透明电极易损伤有机薄膜
  • 倒置型OLED的两个主要问题:溅射损伤问题;阴极与阳极电荷注入问题
  • 微腔结构的特点:提高色纯度;实现光谱窄化、提高发光强度

第38页:第十一章:简答(下)

第十一章简答题5~9(部分):

  • AMOLED对TFT的关键性能要求:更高的迁移率(一般≥1cm2/Vs,最好5cm2/Vs以上)以获得更大开态电流;更高的均匀性与稳定性,阈值电压偏移△VTH<1V
  • 多晶硅TFT驱动OLED的优点:迁移率高;阈值电压漂移小、稳定性高;可减小器件尺寸提高开口率;易制作n沟道与p沟道TFT实现CMOS周边驱动
  • SLS、SGS、SPC技术的优缺点:SLS迁移率高、晶粒大、缺陷少,但支持大尺寸面板困难;SGS不受激光束长度限制、可控制结晶方向,但会残留镍金属导致关态泄漏电流高与性能不均;SPC不需昂贵设备、对基板尺寸无限制,但热处理会造成玻璃基板收缩
  • 无源矩阵驱动原理:某行加电压、其他行接地,某列加负电压、其他列接地,交叉处OLED即可发光
  • AMOLED与PMOLED的区别:PMOLED结构简单、成本低,但存在交叉串扰、显示图像失真,适用于信息量低的简单显示;AMOLED各像素同时发光、独立控制、驱动电压低、避免交叉串扰

第39页:第十一章:简答(续)

第十一章简答题10~14:

  • 2T1C驱动原理:扫描线使开关TFT(T1)导通,信号线送入数据电压使驱动TFT(T2)导通并给存储电容充电,电源线施加恒定电压使T2工作在饱和区、像素点亮。面临的问题有驱动管阈值电压与迁移率不均匀、电源线阻抗影响
  • 3T1C各管作用:T1为开关TFT写入信号电压;T2在检测阈值电压时把T3栅漏短路形成二极管接法;T3为驱动TFT工作在饱和区控制OLED电流
  • 6T1C各管作用:T1开关TFT写入信号;T2、T3短路TFT用于探测阈值电压;T4开关TFT决定OLED是否有电流流过;T5短路TFT避免下一帧信号影响发光电流;T6为驱动TFT
  • 电流复制型与电流镜驱动:均分为信号电流写入与复制发光两步,先把驱动管相应的栅源电压存入存储电容,再复制出相同或成比例的电流驱动OLED
  • 真空掩膜蒸镀工艺流程:在真空下用掩模板遮挡相邻三个像素中的两个,在另一个像素上蒸镀RGB中的一种发光层,再高精度对位移动掩模板继续蒸镀下一像素
  • 激光转移工艺流程:载膜基板镀Mo吸光层,显示基板上制作像素隔离层与有机功能层;两基板在真空室对位贴合并放大气;激光头与扫描平台配合扫描,吸光层吸热使发光层升华转移到像素位置;三色分别转移后再蒸镀电子传输层与阴极

第40页:第十一章:分析题

第十一章分析题1~5:

  • 微腔结构的工作原理:微型光学谐振腔(法布里-珀罗谐振腔)中光在两电极间反复反射,特定波长的光在某一方向被增强;波长由微腔光学长度决定,设计为半波长的整数倍以满足谐振条件,光波振动模式数目可通过微腔长度调整
  • a-Si:H TFT驱动OLED的困难:需要更大的开态电流而非晶硅迁移率低;开关TFT关态电流需小于10-12A;阈值电压漂移大、稳定性差;无法制造合适的p沟道器件;光敏性过高
  • 微晶硅中的Mo层作用:金属Mo薄膜起光热转换作用使非晶硅晶化为微晶硅,晶化后再光刻形成源漏电极;先光刻Mo岛与Mo栅线再溅射AlNd金属,兼顾低电阻率与高结晶度
  • 氧化物TFT驱动OLED的优势:迁移率约10cm2/Vs、阈值电压变化与LTPS相当、可采用溅射且不受基板尺寸限制,对现有TFT-LCD产线改动小;研究热点在于稳定性与工艺重复性、减少贵金属材料、涂布与喷印等低成本工艺
  • ELA技术的缺点与对策:激光器昂贵、系统复杂;分区晶化产生接缝导致TFT特性不均且随基板尺寸放大;可通过增加冗余驱动电路或采用相邻像素TFT驱动的方法解决

第41页:第十一、十二章:分析题与填空

第十一章分析题6与第十二章习题答案(填空题、名词解释1~7):

  • n沟道2T1C驱动电路的缺点:一部分信号电压施加到OLED上而非全部加到驱动TFT栅极,需要更高的信号电压;驱动TFT的栅源电压会受OLED性质影响而随工艺和使用时间变化。a-Si:H TFT只能做n沟道,难以驱动OLED,而LTPS TFT可制作p沟道或n沟道器件
  • 第十二章填空题要点:激光显示由三基色激光光源、光学引擎和屏幕组成;激光显示分激光阴极射线管显示、激光光阀显示和直观式电视激光显示;3D眼镜式技术有色差式、偏光式等,裸眼式有视差屏障式、柱状透镜式、指向光源3D;触摸屏按原理分为电阻式、电容式、红外线、表面声波等
  • 名词解释:激光显示技术、3D技术、触摸屏技术、电子纸技术、柔性显示技术、视觉位移、视差障壁

第42页:第十二章:名词解释与简答

第十二章名词解释8~9与简答题1~5:

  • 名词解释:表面声波、电泳
  • 激光阴极射线管显示原理:用半导体激光器形成激光面板代替显像管荧光屏,电子束在聚焦与偏转线圈调制下轰击激光面板,半导体材料受激辐射产生激光,扫描后显示出由激光组成的画面
  • 激光光阀显示原理:由液晶盒、激光寻址组件、光源、屏幕组成,分为激光束寻址、液晶光学参数改变、图像保持(形成光散射焦锥结构保持一帧)、擦除四个过程
  • 3D技术的特点:立体逼真、临场感较强、强烈的视觉震撼
  • 偏光式3D原理:在屏幕上加偏光片把光分解为垂直与水平偏振光,眼镜采用不同偏振方向的镜片,使左右眼接收两组不同画面
  • 多点触控技术:用户可用多个手指同时输入,支持多用户操作与单双击、按压、滚动等方式,可按需求定制触控面板与软件

第43页:第十二章:简答(下)

第十二章简答题6~10:

  • 电阻式触摸屏工作原理:以四线电阻屏为例,上层电极(X+,X-)施加电压,触点处上下层导通,测试下层触点电压即为触点电压,根据Vout确定坐标;触点处相当于两个电阻串联的分压器
  • 电容式触摸屏优点:支持多点触控、操作直观有趣;只感应人体电流,不易误触;防尘防水耐磨,耐用度高
  • 表面声波触摸屏:由超声波发生器、声波接收器、反射器和强化玻璃屏构成,左上角与右下角分别固定竖直和水平方向超声波发生器,右上角固定两个接收器,屏幕四周刻有45°反射条纹
  • 电子纸显示原理:下电极加正电场时带正电的白色微粒移到微胶囊顶部显示白色;加负电场时带负电黑色微粒上移显示黑色;施加适当的正负电场可显示多级灰度
  • 柔性OLED的优点:发光层轻、可用柔韧基板;对比度高且更明亮;不需要背光、耗电小;视角范围广

第44页:第十二章:思考题

第十二章思考题1~3:

  • 激光显示的发展前景:将成为未来高端显示的主流,在公共信息大屏幕、激光电视、数码影院、手机投影显示、便携式投影显示、大屏幕指挥及个性化头盔显示系统等领域有很大发展空间,可在超大屏幕上呈现更逼真绚丽的动态图像
  • 触摸屏为何是绝对定位系统:由触摸检测屏和触摸控制器组成,检测屏安装在显示器前端,触碰时检测位置与信息并传给控制器,控制器转换成触点坐标送CPU并接收执行命令
  • 有前景的触摸屏技术:需结合多点触控、耐用度与成本等综合判断
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