薄膜晶体管液晶显示器显示原理与设计

廖燕平，男，汉族，2007年4月毕业于中科院长春光机与物理所，获得博士学位。毕业后，一直从事薄膜晶体管液晶显示器的研究与开发，先后发表论文二十余篇，申请专利十余项。自2009年10月入职北京京东方以来，一直从事大尺寸高分辨率液晶显示器的技术开发和产品开发。期间开创性地完成了京东方自主知识产权的超维场显示在110英寸4K产品开发中的阵列和彩膜面板的拼接设计，实现了超大尺寸超高分辨率掩膜版的拼接设计技术；完成了业内尺寸*分辨率最高的98英寸8K液晶显示阵列和彩膜面板拼接设计；创新性地提出镜像扫描驱动技术优化了超大尺寸面板的画质。以第一作者身份分别在IMID2013和IMID2014国际会议上发表了110英寸和98英寸（邀请报告）显示器产品相关研究开发成果，并且是IMID“Large Area Display”和“Image Quality Evaluat...

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廖燕平，男，汉族，2007年4月毕业于中科院长春光机与物理所，获得博士学位。毕业后，一直从事薄膜晶体管液晶显示器的研究与开发，先后发表论文二十余篇，申请专利十余项。自2009年10月入职北京京东方以来，一直从事大尺寸高分辨率液晶显示器的技术开发和产品开发。期间开创性地完成了京东方自主知识产权的超维场显示在110英寸4K产品开发中的阵列和彩膜面板的拼接设计，实现了超大尺寸超高分辨率掩膜版的拼接设计技术；完成了业内尺寸*分辨率最高的98英寸8K液晶显示阵列和彩膜面板拼接设计；创新性地提出镜像扫描驱动技术优化了超大尺寸面板的画质。以第一作者身份分别在IMID2013和IMID2014国际会议上发表了110英寸和98英寸（邀请报告）显示器产品相关研究开发成果，并且是IMID“Large Area Display”和“Image Quality Evaluation and Enhancement”分会委员。获得2015年度北京市科技奖一等奖（排名第五）。

第1章 液晶显示的基本概念 1
1．1 液晶简介 1
1．2 液晶的特性 2
1．2．1 电学各向异性 2
1．2．2 光学各向异性 3
1．2．3 力学特性 4
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第1章 液晶显示的基本概念 1
1．1 液晶简介 1
1．2 液晶的特性 2
1．2．1 电学各向异性 2
1．2．2 光学各向异性 3
1．2．3 力学特性 4
1．2．4 其他特性 4
1．3 偏光片 5
1．3．1 偏光片的基本原理 5
1．3．2　偏光片的基本构成 6
1．3．3　偏光片的参数 9
1．3．4 偏光片的表面处理 11
1．4 玻璃基板 12
1．5 液晶显示的基本原理 12
1．5．1 液晶显示器的基本结构 12
1．5．2 液晶显示原理 13
1．6 显示器的光电特性 14
1．6．1 透过率 14
1．6．2 对比度 15
1．6．3 响应时间 15
1．6．4 视角 16
1．6．5 色域 16
1．6．6 色温 17
1．7 画质改善技术 17
1．7．1 量子点技术 17
1．7．2 高动态范围图像技术 18
1．7．3 局域调光技术 18
1．7．4 姆拉擦除技术 19
1．7．5 运动图像补偿技术 19
1．7．6 帧频转换技术 20
1．8 立体显示技术原理 21
1．8．1 双眼视差 21
1．8．2 立体显示技术分类 23
1．8．3 眼镜式3D显示技术 24
1．8．4 裸眼3D显示技术 28
1．8．5 3D显示的主要问题 33
第2章 氢化非晶硅薄膜晶体管材料与器件特性 34
2．1 氢化非晶硅薄膜的特点 34
2．1．1　原子排列和电子的态密度 34
2．1．2 氢化非晶硅的导电机理 37
2．1．3 氢化非晶硅的亚稳定性 39
2．2 绝缘层材料的特点 40
2．2．1 氮化硅 41
2．2．2 氧化硅 41
2．2．3 绝缘层的导电机理 42
2．3 薄膜沉积 45
2．3．1 概述 46
2．3．2 a-Si：H薄膜的沉积 46
2．3．3 a-Si：H薄膜的影响因素 47
2．3．4 n+ a-Si：H薄膜的沉积 52
2．3．5 绝缘层薄膜的沉积 52
2．3．6 薄膜的界面效应 55
2．4 薄膜刻蚀 57
2．4．1 导电薄膜的刻蚀 57
2．4．2 功能薄膜的刻蚀 58
2．5 TFT器件结构与特点 59
2．5．1 底栅结构 60
2．5．2 顶栅结构 62
2．5．3 器件基本特性 62
2．6 器件电学性能的不稳定性 65
2．7 薄膜评价方法 66
2．7．1 傅里叶变换红外光谱 66
2．7．2 紫外线-可见光谱 67
2．7．3 恒定光电流方法 68
2．7．4 拉曼光谱 69
2．7．5 椭偏仪 69
第3章 液晶面板设计与驱动 70
3．1 显示屏的构成 70
3．1．1 显示区 70
3．1．2 密封区 76
3．1．3 衬垫区 77
3．1．4 特征标记 78
3．2 玻璃基板上薄膜的边界条件 79
3．2．1 彩膜基板上的边界条件 79
3．2．2 阵列基板上的边界条件 80
3．3 液晶显示模式与原理 80
3．3．1 液晶显示模式 80
3．3．2 液晶显示光阀原理 82
3．4　曝光工艺技术 85
3．4．1　掩模版 85
3．4．2　曝光机类型 86
3．4．3　光刻工艺 87
3．4．4 五次/四次光刻工艺过程 88
3．4．5　光透过率调制掩模版技术 89
3．5 像素设计原理 91
3．5．1 电容 91
3．5．2 像素中电阻计算 100
3．5．3 TFT性能要求 101
3．5．4 像素充电率模拟 105
3．6 面板的驱动 107
3．6．1 面板的电路驱动原理图 107
3．6．2 极性反转驱动 108
3．7 GOA驱动原理 113
3．7．1 GOA基本概念 113
3．7．2 GOA工作原理 114
3．7．3 GOA设计 120
3．7．4 GOA的模拟仿真 126
3．7．5 GOA设计的其他考虑 131
第4章 液晶显示颜色基础 132
4．1 色度基础 132
4．1．1 可见光谱 132
4．1．2 辐射度与光度 133
4．1．3 颜色的辨认 135
4．1．4 颜色三要素 136
4．2 颜色的表征 138
4．2．1 格拉斯曼混合定律 138
4．2．2 光谱三刺激值 139
4．2．3 色坐标计算 144
4．2．4 均匀色度系统及色差 146
4．3 液晶显示的颜色参数及计算 148
4．3．1 颜色再现原理 148
4．3．2 色坐标和亮度计算 148
4．3．3 灰阶与色深 150
4．3．4 色域计算 150
4．3．5 色温计算 152
第5章 液晶光学设计基础 154
5．1 概述 154
5．1．1 液晶盒的主要参数 154
5．1．2 常见的液晶显示模式 155
5．2 透过率 156
5．2．1 液晶光学偏振原理 156
5．2．2 不同显示模式的透过率 168
5．3 对比度和视角 176
5．3．1 对比度和视角的影响因素 176
5．3．2 不同模式下的对比度和视角 178
5．4 阈值电压和响应时间 183
5．4．1 液晶电学和力学原理 183
5．4．2 不同显示模式的阈值电压和响应时间 186
5．5 工作温度对液晶的影响 189
5．6 液晶参数对显示影响概述 190
第6章 驱动电路系统设计基础 191
6．1 模组驱动电路系统 191
6．1．1 OC的驱动电路 191
6．1．2 LED背光源的驱动电路 193
6．2 电源管理集成电路 196
6．2．1　Buck电路 197
6．2．2 Boost电路 198
6．2．3 Buck-Boost电路 200
6．2．4 LDO电路 201
6．2．5 电荷泵电路 202
6．2．6 VCOM电路 204
6．2．7 多阶栅驱动电路 204
6．3 时序控制器 205
6．3．1 时序控制器概述 205
6．3．2 接口信号特点 207
6．3．3 LVDS接口 210
6．3．4 eDP接口 213
6．3．5 mini-LVDS接口 213
6．3．6 Point to Point接口 215
6．3．7 V-by-One接口 215
6．4 数据驱动集成电路 216
6．4．1 数据驱动集成电路概述 216
6．4．2 双向移位寄存器 218
6．4．3 数据缓冲器 219
6．4．4 电平转换器 220
6．4．5 数模转换器 221
6．4．6 缓冲器和输出多路转换器 222
6．4．7 预充电电路 223
6．4．8 电荷分享电路 224
6．5 扫描驱动集成电路 225
6．5．1 扫描驱动集成电路概述 225
6．5．2 扫描驱动集成电路时序 226
6．5．3 XAO电路 226
6．6 Gamma电路与调试 227
6．6．1 Gamma电路 228
6．6．2 Gamma数值计算 229
6．6．3 Gamma电压调试 229
6．7 ACC调试 232
6．8　ODC调试 233
6．9 电视整机电路驱动系统概述 235
第7章 机构光学设计基础 240
7．1 荧光灯光源 241
7．2 发光二极管光源 243
7．2．1 LED的基本特点 243
7．2．2 LED的分类与光谱 245
7．2．3 LED的I-V特性 247
7．2．4 LED的辐射参数 248
7．2．5 LED的光电特性 250
7．3 光学膜材 253
7．3．1 反射片 254
7．3．2　导光板 254
7．3．3 扩散板 257
7．3．4 扩散片 257
7．3．5 棱镜片 258
7．3．6 反射型偏光增亮膜 260
7．4 背光模组结构 261
7．4．1 直下式背光结构 262
7．4．2 侧光式背光结构 262
7．5 机构部品材料特点 264
7．5．1 金属部品的特点 264
7．5．2 非金属部品的特点 265
7．5．3 机构设计对散热的影响 265
7．5．4 包装材料的特点 265
7．6　能耗标准 266
第８章 液晶显示器性能测试 268
8．1 TFT电学性能测试 268
8．1．1 TFT特性参数测试仪 268
8．1．2 被测样品准备 269
8．1．3　参数定义 269
8．1．4 TFT转移特性曲线测试 270
8．1．5 TFT输出特性曲线测试 273
8．1．6 TFT的光偏压应力测试 274
8．1．7 TFT的热偏压应力测试 275
8．1．8　TFT的电偏压应力测试 276
8．2 显示器光学特性测试 278
8．2．1 亮度及亮度均匀性测试 279
8．2．2 对比度测试 279
8．2．3 视角测试 280
8．2．4 色度学测试 281
8．3 响应时间测试 284
8．3．1 灰阶响应时间测试 284
8．3．2 动态响应时间测试 285
8．4 闪烁测试 285
8．4．1 JEITA测试法 285
8．4．2 FMA测试法 286
8．5 泛绿测试 286
8．6 串扰测试 287
8．7 残像测试 288
8．8 VT曲线测试 289
8．9 Gamma曲线测试 290
第9章 阵列制造工程 292
9．1 阵列制造工程概述 292
9．2 溅射 294
9．3 磁控溅射 296
9．3．1 磁控溅射的特点 296
9．3．2 工艺条件对沉积薄膜的影响 297
9．4 等离子体增强化学气相沉积 299
9．4．1 薄膜沉积基本过程 299
9．4．2 沉积SiNx薄膜 300
9．4．3 沉积a-Si：H薄膜 301
9．4．4 沉积n+ a-Si：H薄膜 303
9．5 光刻胶的涂布与显影工艺 303
9．5．1 光刻胶材料特性 303
9．5．2 光刻胶涂布工艺 304
9．5．3 光刻胶显影工艺 304
9．5．4 光刻胶剥离工艺 305
9．6 干法刻蚀工艺 306
9．6．1 干法刻蚀基本原理 306
9．6．2 干法刻蚀种类 306
9．7 湿法刻蚀 310
9．8 阵列不良的检测与修复 312
9．8．1 检测与修复概述 312
9．8．2 自动光学检查 313
9．8．3 断路/短路检查 316
9．8．4 阵列综合检测 318
9．8．5 阵列不良修复 320
第10章 彩膜制造工程 322
10．1 彩膜制造工程概述 322
10．2 光刻胶的主要组分与作用 323
10．2．1 颜料 323
10．2．2 分散剂 325
10．2．3 碱可溶性树脂 326
10．2．4 感光树脂 327
10．2．5 光引发剂 328
10．2．6 有机溶剂 328
10．2．7 其他添加剂 328
10．3 彩膜制作工艺流程 328
10．4 彩膜中各层薄膜的特性 330
10．4．1 黑矩阵 330
10．4．2 色阻 331
10．4．3 平坦化层 332
10．4．4 透明导电薄膜 332
10．4．5 柱状隔垫物 333
10．5 彩膜制程各工艺特点 335
10．5．1 清洗 335
10．5．2 涂布工艺 336
10．5．3 前烘工艺 338
10．5．4 曝光工艺 338
10．5．5 显影工艺 339
10．5．6 后烘工艺 339
10．6 不良的检测与修复 340
10．6．1 不良的检测 340
10．6．2 不良的修复 341
10．7 再工工程 341
10．8 材料测试与评价 342
10．8．1 色度和光学密度 342
10．8．2 对比度 342
10．8．3 色阻的位相差 343
10．8．4 黏度 343
10．8．5 固含量 343
10．8．6 溶剂再溶解性 343
10．8．7 制版性 344
10．8．8 电学特性 345
10．8．9 表面特性测试 346
第11章 液晶盒制造工程 348
11．1 液晶盒制造工程概述 348
11．2 取向层涂布工艺 349
11．2．1 取向层材料特点 349
11．2．2 凸版印刷方式 352
11．2．3 喷墨印刷方式 354
11．2．4 热固化 356
11．3 取向技术 357
11．3．1 取向机理 357
11．3．2 摩擦取向 358
11．3．3 光控取向 362
11．4 液晶滴注 364
11．5 边框胶涂布 365
11．6 真空对盒 367
11．7 紫外固化和热固化 367
11．8 切割和研磨 368
11．9 液晶盒检测和修复 370
11．10 清洗 372
第12章 模组制造工程 374
12．1 模组制造工程概述 374
12．2 偏光片贴附工艺 375
12．2．1 偏光片贴附 375
12．2．2 加压脱泡 376
12．3 OLB工艺 376
12．3．1 ACF材料特点 377
12．3．2 COF邦定 378
12．3．3 UV胶涂布 379
12．4 回路调整 379
12．5 模组组立 380
附录A 薄膜晶体管的SPICE模型与参数提取 381
A．1 概述 381
A．2 数据获取 382
A．2．1 工艺参数的确定 383
A．2．2 阈值电压的确定 383
A．2．3 场效应迁移率的确定 383
A．2．4 器件开关比的确定 384
A．2．5 亚阈值斜率的确定 384
A．3 模型参数的优化 384
A．3．1 薄膜晶体管等效电路 385
A．3．2 氢化非晶硅器件模型 385
A．3．3 低温多晶硅器件模型 386
A．4 模型参数提取 389
A．4．1 提取工具简介 389
A．4．2 模型参数提取实例 393
附录B 面板设计流程与验证工具 403
B．1 设计流程概述 403
B．1．1 设计数据管理工具 404
B．1．2 电路原理图设计 404
B．1．3 电路仿真 406
B．1．4 版图设计 409
B．2 版图验证 411
B．2．1 DRC验证 412
B．2．2 ERC验证 415
B．2．3 LVS验证 417
B．2．4 LVL验证 420
参考文献 421
· · · · · · (收起)