薄膜晶体管液晶显示器显示原理与设计
本书基于薄膜晶体管液晶显示器的生产和设计实践，首先介绍了薄膜晶体管液晶显示器的基本概念和器件原理，然后以产品开发的角度从面板设计与驱动、液晶盒颜色设计、液晶光学设计、电路设计和机构光学设计方面的基础内容进行了详细介绍，接着介绍了显示器的性能测试方法，最后再介绍了阵列、彩膜、液晶盒和模组四大工艺制程。
作者简介
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“LargeAreaDisplay”和“ImageQualityEvaluationandEnhancement”分会委员。获得2015年度北京市科技奖一等奖（排名第五）。
目 录
目录
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
1.8.53D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
2.3.2a-Si:H薄膜的沉积46
2.3.3a-Si:H薄膜的影响因素47
2.3.4na-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
2.5TFT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
3.5.3TFT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
3.7GOA驱动原理113
3.7.1GOA基本概念113
3.7.2GOA工作原理114
3.7.3GOA设计120
3.7.4GOA的模拟仿真126
3.7.5GOA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
6.1.1OC的驱动电路191
6.1.2LED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
6.2.2Boost电路198
6.2.3Buck-Boost电路200
6.2.4LDO电路201
6.2.5电荷泵电路202
6.2.6VCOM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
6.3.3LVDS接口210
6.3.4eDP接口213
6.3.5mini-LVDS接口213
6.3.6PointtoPoint接口215
6.3.7V-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
6.5.3XAO电路226
6.6Gamma电路与调试227
6.6.1Gamma电路228
6.6.2Gamma数值计算229
6.6.3Gamma电压调试229
6.7ACC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
7.2.1LED的基本特点243
7.2.2LED的分类与光谱245
7.2.3LED的I-V特性247
7.2.4LED的辐射参数248
7.2.5LED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
8.1TFT电学性能测试268
8.1.1TFT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
8.1.4TFT转移特性曲线测试270
8.1.5TFT输出特性曲线测试273
8.1.6TFT的光偏压应力测试274
8.1.7TFT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
8.4.1JEITA测试法285
8.4.2FMA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
8.8VT曲线测试289
8.9Gamma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
作者简介
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“LargeAreaDisplay”和“ImageQualityEvaluationandEnhancement”分会委员。获得2015年度北京市科技奖一等奖（排名第五）。
目 录
目录
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
1.8.53D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
2.3.2a-Si:H薄膜的沉积46
2.3.3a-Si:H薄膜的影响因素47
2.3.4na-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
2.5TFT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
3.5.3TFT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
3.7GOA驱动原理113
3.7.1GOA基本概念113
3.7.2GOA工作原理114
3.7.3GOA设计120
3.7.4GOA的模拟仿真126
3.7.5GOA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
6.1.1OC的驱动电路191
6.1.2LED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
6.2.2Boost电路198
6.2.3Buck-Boost电路200
6.2.4LDO电路201
6.2.5电荷泵电路202
6.2.6VCOM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
6.3.3LVDS接口210
6.3.4eDP接口213
6.3.5mini-LVDS接口213
6.3.6PointtoPoint接口215
6.3.7V-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
6.5.3XAO电路226
6.6Gamma电路与调试227
6.6.1Gamma电路228
6.6.2Gamma数值计算229
6.6.3Gamma电压调试229
6.7ACC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
7.2.1LED的基本特点243
7.2.2LED的分类与光谱245
7.2.3LED的I-V特性247
7.2.4LED的辐射参数248
7.2.5LED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
8.1TFT电学性能测试268
8.1.1TFT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
8.1.4TFT转移特性曲线测试270
8.1.5TFT输出特性曲线测试273
8.1.6TFT的光偏压应力测试274
8.1.7TFT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
8.4.1JEITA测试法285
8.4.2FMA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
8.8VT曲线测试289
8.9Gamma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
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