平板显示技术-第一章

平板显示技术主讲人简介李娟，2005年毕业于南开大学信息学院，博士。2006年晋升为南开大学副教授级，在香港科技大学做访问学者近2年长期从事新型薄膜光电子、微电子材料与器件研究和新型显示技术的研究工作。作为项目主要参加者、完成了国家十一五和“863”国家重点攻关项目，作为项目负责人，承担了国家自然科学基金，天津市自然科学基金以及国家863计划平板显示专项的重大项目，专利十余项，重要论文40于篇在新型薄膜光电子、微电子材料与器件研究和新型显示技术方向研究方向招收培养研究生，并与香港科技大学，韩国庆熙大学等拥有密切合作关系。参考书作者：应根裕，胡文波，邱勇等编著

出版社：人民邮电出版社http://参考知识推荐电子显示技术CMOS及新型薄膜器件设计与制备技术半导体物理半导体器件物理半导体工艺光学液晶和有机发光材料课程讲授和考核的方式课程以教师讲授和讨论相结合的方式，使同学们即学到与新型显示技术相关的专业知识，同时培养出积极思考的习惯和良好的思维方式，达到教学相长，教师和同学共同提高科学素养的目的。课程的考核根据讨论、课上提问和最终课程论文的综合成绩给分。课程概括第一章绪论平板显示技术简介第二章基础光学第三章液晶显示器的基本结构及基本工作原理

第四章液晶材料液晶盒排向液晶的电光性能第五章有机发光二极管基本结构和工作原理第六章有机发光材料及其发光机制第七章平板显示驱动技术：无源驱动有源驱动课程概括第八章非晶硅材料及其TFT技术及应用第九章多晶硅晶化技术及其TFT技术及应用第十章PDP、电子纸及其他新型平板显示技术根据最新发展状况最适当增减平板显示的特点传统CRT体积大，不便携，有辐射，不能实现柔性和透明衬底平板显示轻薄，便携，辐射减少，可实现柔性和透明显示，平板显示技术将迎来发展的黄金时期，预计未来几年将席卷全球，成为显示技术的主导力量。

平板显示实例平板显示实例平板显示实例平板显示实例electronicmapsstick-onelectronicscomputersinatubee-booksretractablehomecinema平板显示技术分类LCD（liquidcrystaldisplay）液晶显示E-paper电子纸电泳显示投影显示OLED（OrganicLightEmittingDiode）有机发光显示PDP（PlasmaDisplayPanel）等离子体显示LED被动发光主动发光液晶显示工艺成熟、目前市场占有率较高视角问题、温度耐受性、柔性显示实现困难、响应速度慢有机发光显示更轻更薄、色彩饱和度更好、无视角问题、主动发光，节省功耗、温度耐受性好、响应速度快、工艺较为简单、易于实现柔性和透明显示造价较低工艺尚不十分成熟，技术垄断2016年OLED显示产业市场规模将达62亿美元，其中手机主显示屏将是主要应用，市场规模约30亿美元，OLEDTV将是第二大应用，预计将达20亿美元不同平板显示技术的特点不同平板显示技术的特点PDP大屏幕显示，色彩亮丽，亮度高工艺较为复杂、造价较高激光微投影便携、集成度高技术尚不成熟LED大屏幕显示超大屏幕，价格相对不高、技术相对简单清晰度低主要厂商国际Samsung

LG.Pillips

AUOChi-Mei

SharpCPTHitachiTMD(3)国内京东方上海天马微电子彩虹集团长虹集团TCL清华维信诺昆山龙腾光电昆山工研院第二章光学基础知识显示器是以光为媒体与人眼发生作用，因此掌握光学知识是非常重要。光学中所研究的是光及光的传播。我们天天见到光，什么是光?光是一种电磁波，它与微波一样，只是光的频率非常高，在105Hz量级范围。对可见光，有两个最重要的性质，即：颜色和亮度。第二章光学基础知识

颜色和亮度属于光度学及辐射学范围。光的输出功率在光度学中用流明表示而在辐射学中用瓦特表示。它与光子数成正比或电磁波的密度成正比。光的颜色用光的波长表示。光的第三个重要的性质是光的偏振度。LCD是在偏振光下工作的。光的偏振状态并不直接影响视觉。由于偏振片的使用，间接的影响光的亮度及颜色，在光的调制中是非常重要的。我们说光很亮或很暗，具体数值？

第一节光的强度及光的亮度

辐射学辐射学研究的是光的能量测量。光的功率输出用瓦特来度量。1瓦(W)=1焦耳/秒(J/S).光度学光度学研究的是根据人眼睛观察光亮度的测量。，人眼睛只对可见光感应(波长在400nm~700nm范围)。即使是很强的紫外光，用人眼睛仍然是很暗，因为人眼睛看不到紫外光。辐射学与光度学的关系光度学中的光亮度单位是(坎德拉/平方米)(Cd/m2)。光的输出单位为流明。例如电视机屏的亮度大约为120(Cd/m2),阅读及显示通常至少要50(Cd/m2)的光亮度。对所有光源都可以将流明转换为瓦特，反之亦然。这一转换是以人眼的目视响应函数为中介的。通过对标准光度观察者的实验测定，在波长为550nm处，Kλ有最大值，为673lm/W，称为Km。光谱光视效率曲线人眼对可见光的响应：人眼有棒状和锥状两种敏感元。所以有昼视（白天）和暗视（夜晚）两种不同的响应曲线。右图为锥体的视觉响应曲线k（λ）（昼视），在波长为550nm（绿光）区间，其峰值为673流明/瓦。而柱状的响应曲线与之相比，出现兰移。

常用辐射度量和光度量之间的对应关系辐射度物理量对应的光度量物理量名称单位物理量名称单位辐射能J光量lm.s辐射通量W光通量lm辐射出射度W/m2光出射度lm/m2辐射强度W/sr光强度cd辐射亮度W/(m2.sr)光亮度Cd/m2辐射照度W/m2光照度lx讨论AcertainbacklightingsystemformobilephoneLCDconsistsofseveralLEDsmountedontheedgeofapieceofplasticwaveguide.StructuresontheplasticdeflectlighttothesurfaceoftheplastictoilluminatetheLCD.Suppose4LEDsareusedwithatotalpowerof1Wtoilluminateanareaof6cm2.Supposethattheefficiencyis70limens/W.Supposealsothatthelightisemittedoverasolidangleof2πfromthesurfaceofthebacklight.Assumefurtherthatthepackagingandopticalefficiencyofthebacklightis60%.Whatisthebrightnessofthisbacklight?HowdoesitcomparewithaCRTscreen?第二节颜色与光源光源的颜色用波长来表示。波长的符号为。颜色与波长的关系为：颜色波长红色600~700nm绿色520~570nm蓝色400~490nm颜色与光源辐射波长小于400nm的光称为紫外光(UV)。辐射波长大于700nm光被称为红外光(IR)。不同颜色的光可叠加出新的颜色的光，这一过程称为颜色混合。事实上，所有颜色都可由三个基本(红，绿，蓝)颜色叠加获得。彩色显示1．空间混色：—不同的空间设计。在CRT中广泛采用：注意，在其上面有两个或更多的绿块。彩色显示用于TFT的彩色条：优点：制备容易。需要彩色滤色膜。也需要3x或更多的象素。彩色显示2．其它混色—时序混色或场连续混色。3倍或更多的子场，具有高的空间分辨率。第五节偏振光

偏振方向是电磁波的振动方向，无线电波和光波都是电磁波。如一个有成千上万个位置相互无关的发光点的光源，其偏振状态是无规律的。通常，光可以是偏振光和非偏振光。在空气中传播的阳光，由于被空气中小微粒的散射而成为部份偏振光。非偏振光在通过偏振器(如偏振片)后将成为偏振光。偏振态的类型通常是：线偏振及圆偏振。线偏振光

数学表达式为：其中：k=2n/,Eo=振幅，=波长,=频率。用指数表达式则为：其波传播矢量为z方向传播，偏振方向为x。线偏振光通常波矢K决定波的传播方向，E的方向决定偏振方向。波叠加后仍然是波。波的相位速度：振动方向传波方向圆偏振光及椭圆偏振光

偏振光大多是椭圆偏振光，他是两个连续的有任意位相差的相互垂直的线偏振光的叠加。圆偏振光及椭圆偏振光该式描述了一个右旋椭圆偏振光波，我们从正面看去。电E矢量顶部划出一个椭圆。(1)、如果Ea=Eb,及=90o,则，方程给出了右旋圆偏振光，符合右手螺旋法则。如传播方向为z，偏振方向E矢量顺时针旋转。(2)、如果=0o，则光为线偏振光，偏振方向由Ea，Eb,的相对值决定。圆偏振光示意图偏振器

吸收型偏振器

薄膜偏光器

偏光斜辟(PBS)

双折射偏振器

表面反射偏振器

吸收型偏振器人造偏光片;在偏振片内含二色物质，将一个振动方向的光择优吸收但与之垂直方向振动的光通过，使光偏振。在LCD中偏振片是最主要的偏振器件。自然光(随机偏振光)通过偏振片后，变为偏振片偏振方向的偏振光。吸收型偏振器当线偏振光通过偏光片时，其振幅变小，并改变偏振方向。偏光轴吸收型偏振器我们将入射光分为与偏振轴平行及垂直偏振的两束光，当光通过偏振片后，只有平行与偏光轴的光能通过。透过率为

偏光轴偏光片二色偏光片是最普通的也是最常用的一种偏光片类型。以下四种偏光器件不涉及光的吸收，也是非常重要的，但制作费用非常高。薄膜偏光器这种偏光器件如同光纤一样是有多层薄膜构成，使一个方向振动的光通过，另一个方向振动的光被反射。这种反射差是由于多层膜中膜与膜之间的双折射层产生的。这种偏振器件生产较复杂，也不普遍，但在LCD中却是很有用的。偏光斜辟(PBS)这是在直角棱镜的斜边上生长多层膜而成的。入射角为45o，由于多层表面对不同的偏振状态的光有不同的反射而产生偏振效应。(PBS)中不涉及双折射。偏光斜辟(PBS)S-偏振光是偏振方向与观察面垂直的线偏振光，P-偏振光是偏振方向与观察面平行的线偏振光。在LCD投影中用到了PBS。P-偏振光S-偏振光双折射偏振器双折射产生两个折射，折射率决定了光束的传播方向，因而也决定了偏振状态。因此S和P偏振光可以分开。事实上S和P光如图所示被全反射分成两束光传播。双折射偏振器PS第六节偏振光的反射与投射入射面=含有入射光及反射光的平面，

P-偏振光=电场振动平行于入射面的线偏振光，S-偏振光=电场振动垂直于入射面的线偏振光。下面给出了著名的计算反射S-偏振光与P-偏振光的Fresnel公式。Fresnel公式偏振光的反射率反射与透射系数定义为波音挺矢量(Poyntingvector)的比值。对反射偏振光的反射率上图给出了S-偏振光(上)及P-偏振光(下)玻璃(n=1.5)面反射系数。垂直入射时S-偏振光和P-偏振光反射系数都为4%。第七节Brewster角及其应用

从上图反射P-偏振光曲线(下)可以看到，56o角时反射P-偏振光在为零，此角称为偏振角或Brewster角。在这个角上，不论入射光是否为偏振光，反射光为全偏振光，这也是Brewster角被称为偏振角的原因。