平板显示技术基础—习题答案

第一章 习题答案

一、填空题

1. 投影型 空间成像型 直视型 阴极射线管显示器 平板显示器 2. 主动发光型 非主动发光型 3. CRT投影技术 LCD投影技术 数字光处理器 表面数字微晶装置 4. 阴极射线管 电子束 电子枪 阴罩 荧光粉层 5. 等离子体 气体放电发光 6. 半导体硅上的液晶 玻璃 半导体硅材料 7. 头盔显示器 全息显示器 8. 真空荧光 真空荧光管 9. 无数个小发光二极管拼接 10. 300mm×400mm 2 二、名词解释

1. 主动发光型显示器是指利用电能使器件发光，显示文字和图像的显示技术。 2. 被动发光型显示器是指器件本身不发光，需要借助于太阳光或背光源的光，用电路控制外来光的反射率和透射率，才能实现显示。

3. 投影型显示器是用显示器显示图像后，再经光学系统放大后投影到屏幕上的一种显示。

4. 空间成像型显示器是空间虚拟图像，也是投影显示的一种，代表技术是头盔显示器 5. 电致发光显示器是利用某些材料在外界电场作用下发光实现显示的一种主动发光显示器。

6. 场致发射显示器是一种用冷阴极在高电场作用下发射电子，轰击涂覆在屏幕上的荧光粉发光实现显示的。

7. 发光二极管显示器是采用无数个小发光二极管拼接组成的显示器。

8. 响应时间是指显示器对输入信号的反应时间，如像素由暗转到亮，再由亮转到暗的图像完全显示所用的时间。

9. 亮度是指在单位面积上显示器画面明亮程度。

10. 开口率是像素的有效透光区面积与像素总面积的比值。 11. 对比度是指显示器的最大亮度与最小亮度的比值。

12. 灰度是指在白和黑之间的亮度层次分成几个等级，表示显示亮度不同的反差。 13. 拖尾是显示器在显示动态图像时出现的边缘模糊、看不清细节的现象。 14. 像素是平板显示图像的很多纵横排列的点中最小单位的点。 15. PPI，Pixels per inch，是每英寸所拥有的像素数目。 16. 画面尺寸是指显示区域对角线的长度。

17. 长宽比是显示画面横方向尺寸和纵方向尺寸的比。 18. 像素间距是像素到像素的重复距离，就是单元像素的大小。

19. 发光效率是主动发光显示器主要的参数，所发出的光通量与显示器所消耗的功率之比。

20. 工作电压是驱动显示器所加的电压。

21. 产线世代是平板显示器发展的历程，用基板尺寸的大小决定生产线使用的设备型号，也决定着产线世代。

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三、简单题

1. 简述CRT显示的原理。

电子枪发射出电子束，用视频信号调制电子束流，用电子透镜的聚集系统来汇聚电子束，在荧光屏上将电子束聚焦。几经聚焦、调控的电子光束打在荧光粉上时，会产生亮点。通过控制电子束的方向和强度，可产生不同的颜色与亮度。当显示器接收到由计算机显示卡或由电视信号发射器所传出来的图像信号时，电子枪会从屏幕的左上角开始向右方扫描，然后由上至下依次扫射下来，如此反复的扫描即可构成人们所看到的影像。 2. 简述PDP显示的面板结构。

PDP的显示面板由排列成矩阵型的像素点阵构成，每一个像素由红绿蓝三基色的子像素构成。子像素是独立的，由单个放电单元独立进行放电发光。面板结构：1）在下玻璃基板上垂直配置扫描电极，上面用介质层覆盖。2）光刻制作壁障，用来隔开各个像素，防止放电之间的干扰。3）壁障外形成彩色荧光粉（红、绿、蓝）。4）在上基板上水平配置信号电极，是用来为维持放电控制显示亮度的。电极外面覆盖介质层。再涂覆一层MgO保护层，用于得到稳定的放电和较低的保持电压，并延长显示器寿命。 3. 简述场致发射的结构及原理。

FED显示结构：由阳极基板与阴极基板构成。阳极基板上为红、绿、蓝三基色荧光粉条，为了保证色纯，三基色之间由黑矩阵隔开，阳极采用通明的氧化物导电层；阴极基板由行列寻址的尖锥阵列和栅极构成，栅极制作成孔状。两基板之间充有隔垫物，用来抵抗大气压力。在基板之间用低熔点玻璃胶封住。为了维持器件中的真空度，器件中应放置合适的消气剂。

FED显示原理：1）在尖锥阴极与栅极之间加低电压，小于100V，实现对阴极发射电子的调制；2）由于电极的间距很小，在尖锥阴极的尖端会产生很强的电场。电子在强电场下由于隧道效应从金属内部穿出进入真空中；3）在上基板的阳极上加10000V的高电压，电子加速获得能量轰击阳极基板上的荧光粉，得到高亮度的发光。 4. 简述FED和CRT的区别。

1）FED是阵列型发生源，是一个面矩阵，有数十万个主动发光的尖锥阴极阵列。CRT只有一个电子束，或者彩色显示有3个电子束。

2）FED采用微尖型阵列平面电场作用下的冷阴极发射。CRT是利用电子枪的热电子发射。

3）FED的荧光点到阴极的距离小于3mm，是平板显示。CRT由于使用热电子抢，为了是电子束获得足够的偏离和扫描，必须有一定距离才能打到荧光屏上，体积又大又厚又重。 5. 简述热电子发射和冷发射的区别。

热电子发射是利用加热物体提供能量使电子从物体表面逸出的过程。当物体温度升高，电子的无序热运动能量随之增大。升高到一定程度，电子克服体内的束缚力从物体表面逸出，发射出来进入真空。

冷阴极发射是一种场致电子发射的过程，又称自发射。当物体表面电场加强，不需要加热，阴极体内的电子在电场下获得足够的能量后，克服体内的束缚力，利用隧道效应从表面发射出来进入真空。

6. 简述真空荧光显示的结构和原理。

由玻璃基板、阴极、栅极、阳极和在阳极表面涂布的荧光体组成，属于一种三电极结构。阴极采用丝状直热式氧化物，用于发射电子。栅极采用网状或者丝状结构，通过调整栅极相对于阴极的电位，电子可以通过栅极向阳极运动。阳极表面涂有荧光粉层。当栅极的电

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位为正，电子向栅极运动，一部分电子穿过栅极，另一部分电子会被栅极拦截而变成栅流，一般要求这部分电流越小越好。当阳极电压也同时为正时，穿过栅极的电子可以到达阳极，激发荧光体发光。因此，VFD需要栅极和阳极同时加正压时才可以发光。 7. 简述液晶显示器亮度决定因素有哪些？并计算分析实际亮度能达到多少？

液晶显示器亮度决定因素有背光源的亮度、液晶屏的透过率。其中液晶屏的透过率由偏振片1的透过率、液晶屏的开口率、彩膜的透过率、电极的透过率、偏振片2的透过率决定。

根据背光源的亮度计算显示器的亮度，如一个亮度为3000cd/m2的背光源，液晶屏的透过率大约为5~10%左右，可以得到的显示屏亮度为150~300cd/m2左右。 8. 简述灰度级和颜色数的关系？并举例说明。

灰度级数为2的数据比特数次方。彩色显示的颜色数为灰度级数的3次方。

例如：数据信号为3比特，可显示的灰度级数为23＝8级。彩色显示时可显示的颜色数是83＝512色。

9. 简述柔性显示面临的技术瓶颈。

面临的技术瓶颈主要有：1）性能差；2）寿命低；3）生产设备不成熟；4）相关高科技技术还未匹配。 四、思考题

1. 思考一下PDP显示面临的问题？适合应用在哪些领域？

面临的问题：1）PDP显示器中，存在等离子体对荧光粉的烧伤问题；2）PDP显示器中为防止像素间的放电干扰，必须采用障壁结构；3）PDP的等离子体是在高压下产生的，某些像素要获得高亮度还需要更高的瞬时功率，成本高；4）PDP显示器的单元像素变小时，发光效率会降低，亮度也会下降。PDP的发光效率较CRT明显低很多。

应用：只适用于比较大、清晰度较低的显示器。 2. 以三片式液晶面板投影机说明透射式投影原理。

首先，利用光学系统把强光通过分光镜形成RGB三束光，分别透射过RGB三色液晶屏上；接着，信号源调制液晶屏，通过控制液晶单元的透光或阻断，来控制光路；然后，经过三片液晶屏的光线在棱镜中汇聚，由投影镜头投射到屏幕上实现彩色显示 3. 分析VFD的局限性及发展。

VFD由于工作电压低限制了某些性能。1）彩色化的限制。由于驱动电压低，大部分材料在20V左右不能发光，材料局限导致彩色化困难；2）阴极功耗大。阳极的电流是由阴极提供的，阳极电流越大，所需要的阴极功耗也越大。而且阴极必须一直加电压，功耗很大；3）分辨率受限。VFD的栅极在器件中是架空的，不可能制作太高的分辨率。

由于以上缺陷的限制，VFD主要应用在对功耗要求不大的小屏幕设备，如音视设备、微波炉等家用电器和电子称、仪器仪表中。

4. 分析在一个演出的场合需要使用200英寸以上的显示器，你选择哪种显示器?为什么？ 选择发光二极管显示器。因为发光二极管显示器是采用无数个小发光二极管拼接组成的显示器。不受组装数量的限制，适合于大型、户外显。 5. 思考一下如何提高开口率，并举例说明。

通过改变设计方案和工艺能力，缩小栅线、信号线宽度和TFT等大小可以提高开口率，

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但是提高程度有限。另外，通过改变线间距提高开口率的措施也是非常有效的，常用的有两种，一种是BM on Array设计，另一种是有机膜绝缘层设计。

以BM on Array设计为例。BM on Array设计中，阵列基板在制作薄膜晶体管阵列之前，先制作一层黑矩阵，光刻出黑矩阵图形正好可以遮挡住线间距，接着沉积一层隔离层。再按照正常工艺制作薄膜晶体管阵列。因为线间距被阵列基板上的黑矩阵遮挡住了，阵列基板和彩膜基板对盒时在像素电极上不用再交叠，开口率明显提高。

6. 设计一款4.5英寸，分辨率为960×640的显示屏，能达到多少ppi？长宽比为4:3的话，像素间距能达到多少？

9602?6402ppi??256

4.5横向的像素间距?4.5?2.54?纵向的像素间距?4.5?2.54?

44?334?32222?960cm?95?m ?640cm?107?m

第二章 习题答案

一、填空题

1. 向列相 近晶相 胆甾相 2. 平行 3. 扭曲向列相 4. 热致液晶 溶致液晶5. 黄色 黑色 黄模式 6. 热致液晶 7. 超扭曲向列相液晶显示器 8. 1888 9. 晶体的各向异性所特有 10. 动态散射效应 电控双折射效应 宾主效应 扭曲向列效应 二、判断题

1. × 2. × 3. √ 4. × 5. √ 6. √ 7. × 8. × 9. √ 10. √ 三、名词解释

1. 液晶是指在某个温度范围内，具有晶体的各向异性和液体的流动性，不同于通常的固态、液态和气态的一种新的物质状态，又称为物质的第四态。

2. 热致液晶是把某些有机物加热溶解，由于加热破坏晶体的点阵结构而形成的液晶，在某一温度范围表现出液晶的性质。

3. 残像是指液晶屏施加信号电压后，显示屏上有影像残留的现象。 4. 闪烁是指屏幕上某些点的亮度产生瞬时变化的现象。 5. 液晶介电各向异性是指液晶在不同方向上的介电常数不同。

6. p型液晶，又称为正性液晶，在外电场作用下，液晶分子的长轴方向与外电场平行时体系的能量最小。

7. n型液晶，又称为负性液晶，在外电场作用下，液晶分子长轴方向与外电场垂直时体系的能量最小。

8. 液晶的电光效应是指液晶在外电场下分子的排列状态发生变化，引起液晶屏的光学性质发生变化的一种电光调制效应。

9. 宾主效应是指将二色染料作为客体（宾体）溶于特定排列的向列相液晶材料（主体）

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中，利用染料分子不同的吸收实现彩色显示的效应。

10. 无源矩阵液晶显示器是单纯在两块玻璃之间注入液晶材料的液晶显示器。

11. 有源矩阵液晶显示器是在内部引入薄膜晶体管或二极管等有源器件作开关器件，再注入液晶材料的液晶显示器。

12. 常白型液晶显示器是不加电压时，液晶显示器为透光状态；加上电压后，随电压的增加透过的光强逐渐减小的液晶显示器。

13. 常黑型液晶显示器是不加电压下无光输出为暗态；加上加电压后，随电压的增加透过的光强逐渐增加的液晶显示器。 四、简答题 1. 液晶的种类

从组成和产生液晶态的物理条件看，液晶可以分为热致液晶和溶致液晶两大类。按照刚性中心部分的形状可以把液晶分成两种类型：细长棒状和扁平盘状。 2. TN型液晶显示器的显示原理

在不加驱动电压时（off态），来自光源的自然光经过上偏振片后只剩下平行于透光轴的线偏振光。线偏振光射入液晶层。液晶层内的液晶分子，由于上下基板表面取向层的作用，从上到下刚好扭曲90°。光在传播中，偏振方向随液晶分子扭曲结构同步旋转。光到达下偏振片时，偏振面刚好旋转了90°，正好与另一片偏振片的光轴平行，光可以透过，呈现亮态。

在施加足够电压时（on态），由于正性液晶的介电各向异性和电场的相互作用，液晶分子扭曲结构解体，液晶分子长轴平行于电场方向，线偏振光的偏振方向在盒中传播时不再旋转，保持原来偏振方向到达下偏振片。正好与下偏振片的光轴正交，无光输出，呈现暗态。

当一些像素透光，而另一些像素不透光，就会显示出明暗不同的图像。 3. 液晶相的分类

细长棒状液晶根据液晶相分为：向列相、近晶相、胆甾相。 4. 向列相液晶的特点

向列相液晶由长径比很大的棒状分子组成。每一分子的位置虽无规则，但分子长轴基本保持平行，不能排列成层状，可以上下、左右、前后滑动。各个分子容易顺着长轴方向自由移动，粘度小，富于流动性。 5. 简述液晶显示器残像产生的原因

液晶中快态离子在电场作用下引起离子的传输，导致在相对低的频率下光传输中图像的闪烁，获得错误的灰度级。 6. 简述液晶显示器闪烁形成的原因

液晶中慢态离子在长时间高于50mV以上的直流驱动下，引起离子的产生和移动。离子可以聚在取向层中，引起一个补偿电压，在施加的直流驱动去除后，离子导致的补偿电压还会持续很久，引起残像。

7. 简述液晶材料的物理性质对显示性能的影响

弹性常数和旋转的粘度决定着液晶的响应时间和阈值电压的主要因数；介电各向异性决定着液晶在电场下是p型还是n型的特性，大的介电常数可以降低阈值电压；光学各向异性决定着液晶的光学性质；阈值电压决定着在低功耗下的工作范围。

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8. 描述第一个液晶显示器采用的显示原理（动态散射效应）

动态散射效应显示原理：在液晶材料上施加电场，外加电场直接对液晶分子作用，使液晶分子长轴按照电场相应地排列，如n型液晶垂直电场方向有序排列；液晶中微量杂质的带电粒子受电场作用后分别向两极移动，使离子所过之处液晶分子受到离子冲击而转动，破坏液晶分子的有序排列；电场继续增加，液晶分子处于不断摇摆状态，发生紊乱，造成液晶屏各部分折射率分布的不均匀。有光通过液晶屏，入射光会被散射掉。 9. 简述偏振片的作用

偏光片是只允许在某一个方向振动的光波通过，而其他方向振动的光将被全部或部分地被阻挡。

10. 简述液晶显示器的分类及英文缩写

液晶显示器主要分为无源矩阵和有源矩阵液晶显示器。无源矩阵液晶显示器又包括TN、STN、HTN、FSTN、ECB、铁电液晶、Ch-N相转变模式等液晶显示器。有源矩阵液晶显示器又包括二端子和三端子器件两类。二端子器件有MIM、MSI（SiNx 硅氧化膜）、DR、BTB二极管、Pin二极管/（a-Si）等。三端子器件主要有MOSFET和TFT，TFT有非晶硅a-Si TFT、多晶硅p-Si TFT、氧化物 ZnO TFT、化合物CdSe TFT，CdS TFT、有机TFT（OTFT）等。

MOSFET：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 金属氧化物半导体场效应晶体管 TFT：Thin Film Transistor 薄膜晶体管 MIM：Metal Insulator Metal 金属-绝缘体-金属 MSI：Metal Semi-Insulator Metal 金属-半绝缘体-金属 D R：Diode Ring 二极管环

BTB：Back To Back Diode 背靠背二极管

ECB：Eletrically Coutrolled Birefringence 电控双折射 11. 简述STN型液晶显示器的显示原理

STN型液晶显示器基板表面的液晶分子与偏振片光轴方向不同。入射光侧液晶分子长轴方向与上偏振片的光轴旋转30°（β），而出射光侧的液晶分子长轴方向与下偏振片的光轴旋转60°（γ）。在液晶中传播速度的不同，光通过下偏振片时相互发生干涉。不加电压时，在液晶分子旋光和光的双折射共同作用下透光，呈现黄色；加上一定的电压，液晶分子沿电场方向排列，从上偏振片透过的光，穿过液晶分子后到下偏振片，由于与下偏振片光轴垂直，不透光，呈现黑色。因此，STN型显示本身能显示颜色。 12. 简述铁电液晶的工作原理

当对铁电液晶的液晶屏加上直流电压时，自发极化的偶极矩与电场相互作用，使液晶分子自极化方向指向电场方向，螺距变长。当电场超过一定值时，螺旋结构消失。当电场方向反向时，分子的极化方向也反向，液晶分子相对于层面法线的倾斜角也从θ变成-θ，即在基板面内变化了角度2θ。在E＜-Ec时，通过下偏振片的光，通过铁电液晶层，到上偏振片，与上偏振片光轴垂直，不能透光为暗态；当E＞+Ec时，通过下偏振片的光，通过铁电液晶层，刚好扭曲了2θ，与上偏振片光轴几乎平常，光透过为亮态， 五、计算题与分析题

1.请画出TN-LCD的结构图，简述TN型液晶显示器的组成并在图中标出各部分的名称。

TN型液晶显示器是由偏振片、玻璃基板、彩膜、透明电极（ITO）、取向层和液晶组

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成。

偏振片 玻璃基板 彩膜 ITO电极

取向层 ITO电极 玻璃基板 偏振片

2.请画出常白型TN液晶显示器的显示原理图，并简述显示原理。

常白模式液晶显示器的上下两个偏振片透光的光轴垂直，内部液晶分子从上到下刚好扭曲90°。不外加电压时，液晶显示器为透光状态，为亮态；加上外界电场后，随电场的增加透过的光强逐渐减小，最后透光率趋近于零，为暗态，可以实现在白色背景上显示黑色图案。

偏振片

取向层

液晶

取向层 偏振片

3.不同种类的液晶材料是不是都能应用到显示中？在各种类型的显示中，液晶材料是不是可（a）未电压透光 （b）加电压不透光 以互换？请举一个例子分析为什么? 各种类型的液晶材料基本都用于开发液晶显示器。如向列相液晶显示器、聚合物分散液

晶显示器、双(多) 稳态液晶显示器、铁电液晶显示器和反铁电液晶显示器等。在多种液晶显示器中，开发最成功、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。

不可以互换。因为显示原理不一样，结构和参数设计都不一样，所以不可以互换。

～AC压

电

第三章 习题答案

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一、填空题

1. 对比度 色差 灰阶逆转 2. 多畴垂直排列技术 图案化垂直排列技术 共面转换技术 边缘场开关技术 3. MVA技术 PVA技术 4. 5+1 5. 交错排列V字 阵列基板 彩膜基板 6. 聚合物稳定取向材料 7. 先进的超视角技术 8. 楔形 9. 透明的ITO 透明的ITO 10. 双畴像素 二、判断题

1. × 2. √ 3. √ 4. × 5. × 6. × 7. √ 8. √ 9. × 10. × 三、名词解释

1. 视角是指液晶显示器可以清楚看到不失真影像的视线与屏幕法线的角度，数值越大越好。

2. 灰阶逆转是指随着观看角度的增加，液晶显示器上出现低灰阶比高灰阶还要亮的现象，产生逆转的临界点时的观看角度为最大可视角度。

3. 色差是指随着观看角度的增加，液晶显示器上出现颜色锐变的现象，当这种变化超过一个无法接受的值的时候为最大可视角度。

4. 漏光现象是指黑色显示时有不同程度的光透过的现象。

5. 水平视角是指以液晶显示屏的屏幕法线方向为中心，向左和向右移动可以清楚看到影像的角度范围，又称为左右视角。

6. 垂直视角是指以液晶显示屏的屏幕法线方向为中心，向上和向下移动可以清楚看到影像的角度范围，又称为上下视角。

7. 补偿膜技术是在原有TN模式的基础上，在液晶屏外部粘贴一些各向异性的光学膜，用来补偿由于液晶分子的状态不同而产生的光学性质差异来改善视角的。 四、简答题

1. 简述视角产生的原因。

1）液晶显示器本身不能发光，是一种被动发光显示器。2）长条棒状的向列相液晶，具有和晶体类似的双折射现象；3）当显示不同灰阶施加不同的电压时，液晶分子的长轴方向与玻璃基板有不同的角度，不同方向看到的灰阶不同；4）入射的线偏振光，在扭曲的液晶分子作用下产生双折射，导致通过液晶层的偏振光的光程差不同，引起不同程度的漏光；5）存在不同程度的灰阶逆转现象。 2. 简述VA技术如何实现光学补偿的。

VA技术凸起物附近的液晶分子略有倾斜，分子状态正好对称。左右相邻的液晶分子长轴方向分别指向不同的方向，分子状态对称。利用这种不同指向的液晶分子长轴方向来实现光学补偿。

3. 简述MVA技术的显示原理。

不加电压下，液晶分子在液晶屏内并不是全部垂直基板排列。在垂直取向的作用下，一部分垂直基板排列，一部分垂直于凸起物排列，在交界处液晶分子会偏向某一个角度；上下偏振片光轴垂直，从一个偏振片通过的偏振光，穿过液晶层，到另一个偏振片后与光轴垂直，不透光呈黑态。

当加电压后，n型液晶分子在电场下要垂直电场排列，但由于垂直取向的作用，使得液晶分子在液晶屏内倾斜排列，并趋向于水平。光可以通过各层，由于双折射产生干涉，透光呈白态。在视觉观察下，MVA技术上下基板交错的三角棱状的凸起物，共同作用下两个畴的

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液晶分子排列更加整齐有序，利用这种不同指向的液晶分子长轴方向来实现光学补偿。 4. 描述MVA技术的工艺方案。

MVA型TFT-LCD的阵列工艺：玻璃基板投入→Gate电极→TFT硅岛→源、漏电极→钝化及过孔→像素电极→MVA凸起物，共5+1次光刻。

MVA型TFT-LCD的彩膜工艺：玻璃基板投入→黑矩阵（BM）膜→彩色膜（RGB）→保护膜（OC）→透明导电膜（ITO）→衬垫（PS）→MVA凸起物. 5. 简述PVA技术和MVA技术的主要不同。

1） 凸起物不同，MVA技术的上、下基板上间隔分布着三角棱状的凸起物，经垂直取向后，液晶分子在凸起物表面附近及上下基板表面上垂直取向。PVA技术直接改变了液晶显示器单元像素结构，采用透明的ITO层代替MVA中的凸起物，具有更好的开口率、高的显示亮度，最大限度减少背光源的浪费。2）电极结构不同，MVA技术的下基板上形成像素电极，光刻出像素电极的形状，而上基板的ITO电极是一个整面的结构，不需要光刻出图形。PVA型液晶显示器上基板的ITO电极，不再是一个完整的ITO薄膜，而是光刻出一道道平行的缝隙。

6. 简述IPS技术的器件结构。

IPS技术中，像素电极和共用电极都制作在同一块基板上，在另一块基板上没有电极。利用梳妆数字电极构成单元像素，电极间距为L，电极宽度为W，在共用电极和像素电极之间加上横向电场来控制液晶分子的排列。 7. 描述IPS技术的显示原理。

以p型液晶的IPS技术为例。在未加电压下，入射光通过上偏振片的线性偏振光在液晶屏内从上到下旋转90°后，到下偏振片时，正好与偏振片的光轴方向垂直，不透光，呈现黑态（或关态）。在电极之间施加一个足够的电压，会相应的产生一个电场E，使液晶分子重新排列后，沿电场方向排列，透过上偏振片的线偏振光经过液晶分子到下偏振片后，与下偏振片的光轴平行，透光，呈现亮态（或开态）。 8. 简述FFS技术与IPS技术的差别。

1）电场不同，IPS技术中一个电极是金属电极，另一个电极是ITO像素电极，电极间距大。在FFS技术中两个电极都是透明的ITO电极，电极间距小；2） 存储电容面积不同，IPS技术用ITO的像素电极和金属材料为条形结构，存储电容面积小。FFS技术第一层ITO的共用电极制作成矩形，第二层像素电极ITO制作成长条形，存储电容面积大， 9. 简述单像素双畴FFS模式的实现的原理。

双畴的FFS结构中，共用电极线在中间，把像素电极分成上下两部分。条形电极的方向不同，分别与信号线成一定的角度。表面取向层的摩擦方向，平行信号线方向。不加电压下，液晶分子沿摩擦方向排列。加电压后，正性液晶分子平行电场方向排列。像素电极上部分的液晶分子顺时针旋转，像素电极下部分的液晶分子逆时针旋转。两个方向旋转的液晶分子形成了两个不同的畴。

10. 简述FFS技术中电极和电场的特点。

在FFS技术中两个电极都是透明的ITO电极，电极间距小。电极间的距离L小于液晶屏的盒厚d和电极宽度w。加电压时整个液晶屏内的电场线呈抛物线形状。电极上方有电场的水平分量，又有电场的垂直分量，液晶分子也可以旋转，从而增大了开口率，提高了液晶屏的透光率。 五、计算题与分析题

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1. 描述FFS技术的工艺流程，并绘制平面图形。

FFS技术采用1+5 次光刻的工艺。第一次光刻形成共用电极。共用电极制作完成后，采像素电极 有源岛 源漏电极 钝化及过孔 用5次光刻的工艺技术制作薄膜晶体管的阵列。5次光刻分别为栅极、有源岛、源漏电极、TFT的保护膜、像素电极。

2. 描述MVA技术如何实现的广视角？

V字形直条三角棱状的凸起物把每个子像素分成了四个畴，上下基板交错排列。在方位Ⅱ处观察，开态和关态，看到的都是接近液晶分子长轴的投影，显示中灰阶；在方位Ⅰ和Ⅲ处观察，关态在屏幕的投影是短轴方向，显示黑色；开态在屏幕投影是液晶分子长轴方向，显示白色。因此，方位Ⅱ和Ⅲ处能同时看到高灰阶和低灰阶，混色后正好是中灰阶。 3. 举例说明多畴模式的作用？

多畴垂直排列技术通常采用取向层掩膜摩擦、光控取向或利用凸起物衬底等方法，在每个像素上形成多个液晶分子取向方向不同的畴，进而改善液晶由于单畴造成的各向异性过强，显示视角特性差的缺点。 4. 举例说明色差问题产生的原因。

色差产生的原因是随着视角的变化，液晶分子双折射导致的光程差发生了变化。光程差不同，相位延迟不同，观看到的光波长不同。因此，透射光的波长与光程差△nd一起波动。

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共用电极 栅 极

平行液晶分子长轴时，△n最小；垂直液晶分子长轴时，△n最大。平行于液晶分子长轴观看到的波长偏小，色彩偏蓝色；垂直液晶分子长轴观看到的波长偏大，色彩偏黄色。 5. 分析漏光产生的原因。

漏光是黑色显示时有不同程度的光透过的现象。常黑模式TN型液晶显示器不加电压下为黑态。入射的线偏振光，在扭曲的液晶分子作用下产生双折射，导致通过液晶层的偏振光的光程差△n?d不同，引起不同程度的漏光，无法得到全黑色。 六、思考题

1. IPS技术为什么有硬屏之称？通过与其他广视角技术对比举例说明。

IPS技术的液晶屏内液晶分子排列呈水平状。当遇到外界压力时，分子结构向下稍微下陷，但整体分子还是呈现水平状排列。比较硬，没有闪光现象，用手轻轻按或划不容易出现水纹样变形，又有硬屏之称。但VA型液晶屏内液晶分子垂直排列，轻按后出现大面积明显的闪光区域，就是俗称的水纹现象。IPS硬屏的分子复原速度更快，消除了敲击软屏时难以避免的残影，显示效果清晰。IPS技术的液晶屏稳定性、抗压性高，动态画面表现好。 2. 通过举例说明广视角技术的设计原则及实现原理。

广视角技术的设计原则：1）形成多畴垂直排列技术，如MVA技术和PVA技术；2）改变液晶分子的旋转方式，如IPS技术和FFS技术，液晶分子在始终平行于基板的平面内旋转。

实现原理：略。

3. 你认为最有前景的广视角技术是哪一种？为什么？

略。

4. 为什么说PVA技术有降低亮点的可能性？还有那些技术可以降低亮点呢？

PVA技术属于常黑模式的液晶显示器，不加电场下，屏幕为黑色。在生产制作中，如果有一个TFT坏点，也同样不会产生“亮点”，大大降低了液晶显示器面板出现“亮点”的可能性。

MVA技术、VA技术等。

第四章 习题答案

一、填空题

1. 液晶分子取向 形成预倾角 2. 平行取向 垂直取向 倾斜取向 3. 印刷 4. 库仑力 交指结构 5. 切割 倒棱 短路环 玻璃毛边的细小裂纹 棱角光滑 6. 柔性线路板 印刷电路板 7. 各向异性导电胶连接工艺 非导电胶连接工艺 各向异性导电胶连接工艺 8. 驱动IC 9. 各向异性导电胶膜 10. 预倾角 二、判断题

1. √ 2. √ 3. × 4. × 5. × 6. × 7. × 8. √ 9. √ 10. √ 三、名词解释

1. 制屏工艺是把阵列基板和彩膜基板经过表面处理后，贴合组装、注入液晶材料，并进行封装的工艺。

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2. 模块工艺是将液晶屏、驱动电路、柔性线路板（FPC）、印刷电路板（PCB）、背光源等组件邦定组装在一起的工艺。

3. COB工艺是一种将驱动IC的裸芯片用粘片胶直接贴在PCB板指定位置上的模块工艺。

4. TAB工艺是将封装有驱动IC的柔性电路TCP的两端，用各向异性导电胶ACF分别固定在印刷电路板PCB和液晶屏上的模块工艺。

5. COG工艺是采用各向异性导电薄膜ACF和热压焊工艺，将精细间距的驱动IC直接邦定到液晶屏上的模块工艺。

6. COF工艺是将驱动IC邦定到一个柔性电路板上，再用ACF将柔性电路板连接到液晶显示屏的外引线上的模块工艺。

7. 再取向是对注入到液晶屏内的液晶进行再排列取向的过程。

8. 倒棱是将待加工的屏吸附在工作载台上，随着载台的移动与高速旋转的滑轮进行接触研磨。 四、简答题

1. 简述ODF的工艺流程。

涂边框胶 散布隔垫物 滴液晶 真空对盒 固着 点银点胶 紫外固化 加压固化 2. 简述隔垫物的种类及优缺点。

隔垫物有球形隔垫物和柱形隔垫物。球形隔垫物是液晶显示器中较早采用的隔垫物类型，具有材料成本低、稳定性高等优点，且液晶量不受隔垫物密度的影响，但是工艺产率低，抗震动能力差。柱形隔垫物具有设备成本低、工艺流程少、图像质量优良，但是材料成本高，且易产生比重姆拉。

3. 传统的液晶注入方式的工艺流程。

涂边框胶 散布隔垫物 4. 简述银点胶和边框胶的作用。

边框胶是为了使TFT基板和CF基板紧密粘合。银点胶用于连接TFT基板和 CF基板的共用电极（COM电极），使CF基板上的ITO电极导通。 5. 简述ACF的作用。

ACF是各向异性导电胶膜，将ACF粘贴在要导通的电极和电极之间，在适当的压力、温度、时间下聚合物树脂开始流动，导电粒子则夹在组件电极与电极之间起导通的作用，相邻的电极之间无法接触绝缘不导通。 6. 简述COF的结构。

COF的结构类似于单层板的柔性电路板FPC是驱动IC的一种封装技术。在基层的聚合

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点银点胶 固着 真空对盒 紫外固化 封口 加压固化 注入液晶

物薄膜上配制上铜线电路构成的柔性电路板作为驱动IC的载体。通过热压把驱动IC上的金凸块与柔性线路板上的铜线电路进行邦定连接起来。外面涂上绝缘的填充材料保护驱动IC。 7. 简述COF工艺特点。

1）轻薄短小；2）适应于更大的分辨率；3）线间距很细；4）节省空间 8. 简述COG工艺的连接原理。

COG工艺中驱动IC粘贴到液晶屏外引线很小的面积上，输出端与液晶屏的外引线电极直接相连，输入端与电极焊盘（Pad）左端连接，并用黑胶将驱动IC封住固化。柔性线路板（FPC）的左端与连接电极焊盘的右端。印刷电路板PCB与FPC的右端通过热压连接在一起。

9. 简述取向工艺的作用。

取向工艺是在彩膜基板和阵列基板上形成均匀的一层表面取向层，经过摩擦使PI层具有统一的取向和预倾角，使液晶分子有规律地排列。 10. 简述PI膜的形成过程。

PI印刷后溶剂尚未挥发完全，PI的分子仍是聚酰亚胺酸。经预固化均匀地挥发薄膜内的部分溶剂，聚酰亚胺酸转变为聚酰亚胺薄膜。经主固化完全转变为聚酰亚胺薄膜。 五、计算题与分析题

1. 描述采用ODF工艺的制屏工艺流程。

ODF工艺是用液晶滴下机滴入液晶，可以形成均一的液晶屏。滴下液晶后，在真空中把涂布有边框胶、滴有高精度量液晶的基板和均匀散布隔垫物的基板，通过高精度的对位后贴合在一起，再经过UV照射和加热固化边框胶、液晶再取向等工艺技术形成液晶屏。 2. 用对比的方法描述ODF与传统液晶注入方式主要的差别。

1）液晶填充原理不同。传统的真空液晶注入方法利用的毛细现象和内外压力差将液晶注入盒内。液晶注入时间很长，盒厚越窄液晶流动阻力越大注入越困难；而ODF工艺利用的液晶滴填充的方法，时间短、效率高。

2）成盒方式不同。传统的真空液晶注入，成盒采用热压方式，液晶屏受加压封口的影响大；热压时隔垫物变形量大，高温下的恢复率低，对玻璃基板的反作用力小。ODF工艺，真空对盒时不加热，液晶屏的压缩率主要取决于液晶滴的量，隔垫物能够跟随着变形，但对玻璃基板的反作用力大。

3）封口和再取向。传统的液晶注入方式，注入后必须要进行封口，才能把液晶密封在液晶屏内；而ODF方式的液晶滴下方式不需要注入口，对边框胶热压直接把液晶密封在液晶屏内。传统的液晶注入方式，为达到再取向的目的往往在封口后，再放入加温箱内再取向；而ODF方式的液晶滴下方式，边框胶热固化过程同时起到了再取向的作用。 3. 分析为什么COF工艺具有轻薄短小的特点？

COF工艺将液晶屏的驱动IC直接邦定到柔性电路板上，衬底厚度非常薄，重量轻。采用柔韧的材料，能弯折180°，以及卷对卷的生产特性，设计灵活性更高。 4. 分析COF工艺和COG工艺哪种更适合高分辨率显示？为什么？

受到液晶屏布线的限制，COF工艺的驱动IC芯片不占据液晶屏面积，同样大小的面板在COF工艺要比COG工艺更适合高分辨率的显示。由于COF工艺将液晶屏的驱动IC直接邦定到柔性电路板上。COF工艺解决了COG工艺在邦定中造成玻璃基板变形、难返修的困难；并且解决了TAB工艺采用三层有胶基板，柔忍性和稳定性差的问题。

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六、思考题

1. 你认为哪种模块工艺会成为市场的主流？为什么？

略。

2. 思考一下哪种模块工艺更适合制作精细线路？为什么？

COF工艺更适合制作精细线路。COF工艺与传统的窄带驱动IC自动邦定的TAB工艺非常相似。由于TAB工艺要制作悬空引线，在目前线间距非常细、高引线密度的情况下，这种极细的悬空引线由于强度不够很容易变形甚至折断。COF工艺没有这方面的问题，可以将线宽及间距做到非常精细，可以做到35μm的线距（pitch）。 3. 思考一下为什么ODF工艺更适合5代线以上的生产线？

ODF工艺是用液晶滴下机滴入液晶，可以形成均一的液晶屏。滴下液晶后，在真空中把涂布有边框胶、滴有高精度量液晶的基板和均匀散布隔垫物的基板，通过高精度的对位后贴合在一起，再经过UV照射和加热固化边框胶、液晶再取向等工艺技术形成液晶屏。对于5代线以上的生产线的大型玻璃尺寸更实用。液晶滴填充的方法，时间短、效率高。

第五章 习题答案

一、填空题

1. 薄膜晶体管 TN型液晶显示器 2. 冷阴极荧光灯 发光二极管 3. 直下式 侧置式 4. 碱玻璃 低碱玻璃 无碱玻璃 5. 场时序彩色显示 彩膜 6. 加法混色 7. n+1 8. 变得更加明显 9. 共用电极 扫描电极 信号电极 开关器件 10. 电 光 液晶 存储 二、判断题

1. × 2. × 3. √ 4. × 5. × 6. √ 7. √ 8. √ 三、名词解释

1. 有源矩阵液晶显示器是在液晶显示器的每一个像素上配置一个二端或三端的有源器件，独立控制每个像素的开关，可以实现高质量图像显示的液晶显示器。

2. 区域调光技术是将LED灯分为多个灯组，根据显示画面的明暗来控制不同区域灯组的明暗，降低局部暗画面区域的LED背光亮度来提高对比度的技术。

3. 静态驱动方式是在每一个像素连接一个电极，直接施加电压驱动像素。 4. 动态驱动方式是用时间信号分时驱动多个像素，又称为时间分割驱动。

5. 交叉串扰是由于相邻或接近的电路之间的非正常耦合，导致电路的某一部分的信号特性影响到电路的另一部分，引起相邻或接近区域亮度与色彩的变化引起的。 四、简答题

1.简述有源矩阵液晶显示器的主要组成部件。

背光源、彩膜基板、阵列基板、液晶屏部分、驱动IC和周边组件部分。

背光源由冷阴极灯管、反射板、分光板、导光板和扩散板等组成。彩膜基板上包含彩色膜、黑矩阵、保护膜、ITO共用电极。阵列基板上有规律整齐排列薄膜晶体管组成的众多像素点，每一个像素都有一个薄膜晶体管TFT、存储电容、和像素电极组成。液晶屏部分包括液晶材料、取向层、隔垫物、偏振片。驱动IC和周边组件部分包括驱动IC、驱动LSI（大

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规模集成电路）、FPC（柔性电路板）、PCB（印刷电路板）等。 2. LED背光源的优势。

1）更轻薄；2）光衰期长；3）效率高，耗电少；4）色域广；5）环保。 3. 简述LED背光源技术的发展趋势。

1）减少LED背光源颗粒；2）廉价直下式LED背光源。 4. 简述彩色显示的原理。

液晶显示器利用红、绿、蓝三色彩膜的加法混色法获得各种色彩。背光源的白光射入液晶层，通过不同程度地控制每个像素上液晶分子的扭曲，照射到彩膜上红、绿、蓝三基色染料的光不同程度地通过，形成不同颜色的光在人眼混合形成彩色图像。 5. 简述彩膜的基本结构及各部分的作用。

由玻璃基板、彩色层、黑矩阵、保护层、及ITO共用电极组成。玻璃基板为彩膜的载体。利用彩膜三基色混色原理来实现彩色显示。黑矩阵有两个作用：一是分割各种颜色层提高对比度，防止混色和像素间串色；二是起遮光的作用，遮挡TFT防止光照产生光生电流，引起薄膜晶体管关态电流增大的问题。保护层用来保护彩色层、增加表面的平滑性、作为黑矩阵与透明电极ITO层的绝缘层，以及隔离液晶和防止污染。ITO共用电极是液晶显示器的一个电极，与阵列基板的像素电极构成正负极驱动液晶分子旋转。 6. 简述彩膜的工艺流程。

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。 7. 简述液晶显示器的驱动的特点。

1）采用交流驱动；2）液晶屏的等效电阻很大，相当于绝缘体，而且液晶屏厚度只有几个微米，等效为一个电容Clc，是无极性的。3）液晶分子在外电场作用下重新排列改变光学特性。

8. 描述无源矩阵的点阵式驱动的原理。

1）行电极逐行选通；2）列电极同时施加时序信号； 3）完成一帧后，重复上述过程。 9. 分析交叉串扰产生的原因。

1）无源矩阵驱动方式导致在相同行或列上的像素会被同一电极线上电压影响：2）液晶显示像素是一个无极性电容，具有双向导通性的特性。液晶材料的电容C性质以及电极线的电阻R性质是引起交叉串扰的另一个原因。 10 简述有源矩阵的驱动原理。

1）行电极逐行选通；2）列电极同时施加时序信号；3）信号电压对液晶像素电容和存储电容充电；4）存储电容放电维持画面显示；5）完成一帧后，重复上述过程。 五、计算题与分析题

1. 分析常见的LED电视、LED显示和真LED电视的区别，哪一种显示是大多数厂商极力推出的产品？

LED电视：实质上还是液晶显示器的一种，与传统的CCFL背光源的液晶电视相比仅仅是背光源种类的不同。

LED显示：是一种将数个小LED点阵拼接排列组合起来的显示系统。

真LED电视：每个像素都由RGB三种颜色的LED自发光体组成，一个个做到像素级大

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第九章 习题答案

一、填空题

1. 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 2. 反型 正 n型 3. 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 4. n沟道 p沟道 5. 传统存储电容 叠层存储电容 6. 源漏金属 金属层 金属层 像素电极ITO 7. 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 8. 小分子半导体材料 聚合物半导体材料 9. 顶栅顶接触 顶栅底接触 底栅顶接触 底栅底接触 10. 真空蒸镀法 溶液成膜技术 二、名词解释

1. 固相晶化是采用热处理的方法使非晶硅薄膜在高温下熔化，并长时间退火使非晶硅薄膜结晶的过程。

2. 磁控溅射是在磁场作用下用高能量的带电粒子轰击靶材表面，使靶材的原子或分子溢出，在基板表面沉积的过程。

3. 脉冲激光沉积是利用脉冲激光轰击靶材表面，使靶材粒子被轰击出来，在基板上沉积制备薄膜的过程。

4. 分子束外延是在超高真空条件下，将装有各种材料的容器加热升华，通过小孔准直后形成分子束或原子束，直接喷射蒸镀到适当温度的基板上沉积生长高质量晶体薄膜的技术。 5. 溶胶-凝胶是将所需原料分散在溶剂中，经过水解等反应生成活性单体，单体聚合形成溶胶，进而生成有一定结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出所需的薄膜。

6. 真空蒸镀是将蒸镀材料在真空室的蒸发舟内加热蒸发，形成分子或原子在基板表面沉积成膜。

7. 旋涂技术是将制备薄膜所需的材料以特定的方式涂覆在基板上生长薄膜。

8. 交叠结构是利用光刻技术先形成重掺杂的源区和漏区，再利用光刻技术形成栅极，由于曝光设备及对版精度的要求，栅极与源区和漏区会有部分交叠的多晶硅器件结构。

9. 自对准结构是利用栅极图形做掩膜进行重掺杂形成源区和漏区的一种顶栅结构。 10. 偏移结构是利用半导体的侧蚀技术实现源区和漏区与栅极出现一些偏移量（Los）的一种结构。

11. LDD结构又称为轻掺杂结构，通过对源区和漏区附近的低温多晶硅材料进行轻掺杂的一种结构。

12. 部分a-Si:H沟道结构是在偏移的Los区域内为a-Si:H薄膜，两个Los区域之间为多晶硅薄膜，也是一种偏移结构。

13. 子栅极结构是在栅极的上边再增加一个栅极的结构。

14. 多栅极结构是采用了多个栅极控制多个TFT串联在一起的结构。

15. 叠层存储电容是由垂直堆叠的两个并联存储电容构成，电容量是具有同样面积的传统电容的两倍，且存储电容在薄膜晶体管的上面，不用单独占用像素区域，开口率明显增大。 三、简答题

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1. 简述低温多晶硅薄膜晶体管特点。

1）高迁移率；2）容易p型和n型掺杂；3）自对准结构；4）抗光干扰能力强；5）抗电磁干扰能力强。

2. 简述低温多晶硅技术的挑战。

1）存在小尺寸效应；2）关态电流大；3）低温大面积制作困难；4）设计和研发成本高。

3. 简述低温多晶硅薄膜晶体管组成的CMOS驱动电路的优点。

组成的CMOS驱动电路的优点：1）利用自对准工艺，寄生电容降到最低，响应速度很快；2）较高的迁移率以及沟道长度的微细化，有利于进一步提高响应速度；3）在周边驱动的CMOS电路中，利用p-Si TFT高开态电流和高迁移率特性，不受关态泄漏电流的影响，使得p-Si TFT非常适合制作周边驱动电路；4）沟道长度微细化后，TFT尺寸缩小，周边驱动电路的面积缩小，非常适合高精度、高清晰的显示；5）在考虑漏极的耐压极限后，常规的p-Si TFT的沟道长度设计为4μm。采用LDD结构后，耐压能力提高，沟道长度可以设计到1.5～2μm。

4. 简述偏移结构的制作过程。

制作过程为：1）光刻刻蚀栅极，保留栅极上面的光刻胶；2）利用带着光刻胶的栅极图形做掩膜对源区和漏区的低温多晶硅进行自对准重掺杂；3）在光刻胶的保护下对栅极进行再刻蚀。栅极金属的侧面没有保护会有一定程度的刻蚀称为侧蚀，从左右两侧开始侧蚀，栅极图形变小，小于沟道的低温多晶硅区，形成源区、漏区附近的一段没有重掺杂的Los区域，阻抗很高，可以减小关态电流，但开态电流也跟着减小。 5. 简述薄膜晶体管沟道上面的金属层M3有两种作用。

1）充当薄膜晶体管的的遮光层，相当于彩膜基板上的黑矩阵，彩膜基板不用再制作黑矩阵，节省了材料及成本；2）作为存储电容的一个电极，与公共信号线相连。 6. 简述自对准结构的优点。

优点是：1）利用自对准技术减少了光刻次数，可以降低成本；2）能够有效避免栅源和栅漏的交叠面积，提高对准精度，减小寄生电容。 7. 简述叠层存储电容的组成及等效电路。

存储电容由两个并联的存储电容相叠构成，一个存储电容Cs1为源漏金属M2和金属层M3，中间夹着的SiNx介质层构成；另一个存储电容Cs2由金属层M3和像素电极ITO，中间夹着的第三介质层构成。液晶像素电容Clc由阵列基板的像素电极ITO和彩膜基板上的共用电极构成，中间夹着液晶材料构成。

8. 简述氧化物薄膜晶体管的特点。 - 27 -

M1 M2 ITO ITO Cs1 Cs2 Clc M3 M3 共用电极

1）可见光的透过率较高，可以制备出完全透明的TFT器件，使得显示器的画面更加清晰明亮。

2）电学特性优越，器件的响应速度、载流子迁移率都非常高。 3）禁带宽度比较大，很好地避免了光照对器件性能的影响。 4）薄膜均匀，为大屏幕化的实现提供可靠的保证。

5）制备温度低，在接近室温的条件下也可以生长出高质量的氧化物TFT薄膜。 6）材料和工艺成本较低，可以在廉价的玻璃或柔性塑料上生长，节约了制作成本。 另外，氧化物材料既可以作为TFT的有源层，又可以作为栅极、源漏电极，还可以通过掺杂等手段控制载流子浓度，很好地控制电学特性。 9. 简述提高IGZO TFT性能的方法。

1）改善非晶金属氧化物IGZO沉积条件、控制退火温度和存放环境等；2）改善栅极绝缘层和非晶金属氧化物IGZO形成的界面。栅极绝缘层表面粗糙度越低，表面的缺陷态越少，成膜的质量越高，TFT的性能越好；3）提高非晶金属氧化物IGZO钝化层性质。 10. 简述有机薄膜晶体管的特点。

1）有源层材料广泛；2）成本低；3）工艺简单；4）可以实现柔性显示。 四、思考题

1. 思考采用8次光刻的多晶硅薄膜晶体管的工艺流程与非晶硅薄膜晶体管的不同。 8次光刻的多晶硅薄膜晶体管增加了CMOS驱动电路部分由p沟道TFT和n沟道TFT的制作工艺。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 5次光刻的非晶硅薄膜晶体管的工艺流程：

栅极→a-Si:H有源岛→源漏电极、n+a-Si沟道切断→SiNx保护膜、过孔→ITO像素电极 2. 思考采用9次光刻的多晶硅薄膜晶体管的工艺流程技术关键。

1）第一次光刻有源岛；2）第二次光刻栅极；3）第三次光刻n-区和n+区掺杂；4）第四次光刻p+区掺杂；5）第五次光刻过孔及第六次光刻源漏电极；6）第七次光刻金属M3层和第八次光刻过孔7）第九次光刻像素电极。

技术关键是第三次光刻采用SiNx等材料作为沟道保护层，而在顶栅结构中用栅极图形自对准掩膜部分阻挡掺杂。首先利用涂胶曝光显影后形成光刻胶的图形。光刻胶的图形覆盖n沟道TFT的沟道区域和Los区、驱动部分p沟道TFT的有源岛区域。用磷烷（PH3）通过离子掺杂（或离子注入）掺入磷P，除光刻胶覆盖区域外形成了磷掺杂区域，掺杂浓度为1017~1018cm-3，为轻掺杂的电子导电的n-区。去胶后用栅极做掩膜，再进行磷掺杂。有源岛的Los区域轻掺杂了磷，而有源岛的源区和漏区第二次掺杂磷后，形成重掺杂区，掺杂浓度变为1020~1021cm-3。有源岛形成了三种状态，重掺杂的电子导电区n+区、部分轻掺杂的n-区和未掺杂的多晶硅沟道区。轻掺杂的n-区主要用于形成LDD结构的Los区。重掺杂的n+区主要用于作n沟道TFT的源区和漏区。

3. 思考采用5次光刻的多晶硅薄膜晶体管的工艺流程的难点与特点。

5次光刻分别为源漏电极、有源岛、栅极、过孔、ITO像素电极。

第一次光刻在玻璃基板上沉积一层基层薄膜，溅射源漏金属层，光刻出源漏电极及信号

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线。第二次光刻用PECVD方法连续沉积介质层、非晶硅层，利用高温环境去氢处理，再激光晶化转变成多晶硅薄膜。光刻出有源岛图形。第三次光刻先用PECVD方法沉积绝缘膜，相当于第二层介质层。再用溅射栅极金属层，光刻出栅极及扫描线。利用栅极掩膜遮挡离子注入形成源区和漏区。

第四次光刻用PECVD方法沉积钝化层，相当于第三层介质层，保护TFT。光刻形成需要的孔，让下面金属曝露出来及形成相应的连接。孔有两种：第一种是需要连续刻蚀第三层介质层、第二层介质层、第一层介质层，露出源漏金属层；第二种是刻蚀第三层介质层，露出栅极金属层。

第五次光刻形成像素电极。并且用像素电极与多晶硅的源区和漏区接触，与源漏电极相连。

存储电容为传统结构，由栅极金属层和像素电极ITO，中间夹着第三介质层构成。 4. 试画出9次光刻的多晶硅薄膜晶体管的等效电路图。

M1 M2 ITO ITO Cs1 Cs2 Clc M3 共用电极 M3 p-Si TFT采用顶栅LDD结构，存储电容叠在TFT上面。多晶硅层为半导体层，两层重掺杂连接源漏电极，为降低关态电流两边构成Los区域形成LDD结构。半导体层上面形成绝缘层，第一层金属为栅极金属M1，第二层金属为源漏电极金属M2，第三层金属为M3。在薄膜晶体管沟道上面的金属层M3有两种作用：1）充当薄膜晶体管的的遮光层，相当于彩膜基板上的黑矩阵，彩膜基板不用再制作黑矩阵，节省了材料及成本；2）作为存储电容的一个电极，与公共信号线相连。

5. 分析叠层存储电容带来的优点和工艺特点。

优点：叠层存储电容由垂直堆叠的两个并联存储电容构成，电容量是具有同样面积的传统电容的两倍，且存储电容在薄膜晶体管的上面，不用单独占用像素区域，开口率明显增大。

工艺流程为：首先在衬底基板上制作上一层衬底薄膜，如15nm左右的SiO2。在SiO2上面生长一层非晶硅薄膜，通过晶化形成多晶硅薄膜。接着形成栅极绝缘层和栅极，然后进行掺杂。对沟道两侧进行n型重掺杂后，与中间接近本征区形成了n沟道的p-Si TFT。像素结构中的薄膜晶体管一般也是n沟道的p-Si TFT。遮挡住n沟道的p-Si TFT，对驱动电路部分的另一个薄膜晶体管进行p型重掺杂，与中间的接近本征区形成了p沟道的p-Si TFT，形成CMOS驱动电路。

第十章 习题答案

一、填空题

1. 有机发光二极管显示 OLED 有机电致发光显示 OELD 2. 小分子OLED PLED 3. 最高占有分子轨道 最低未占有分子轨道 4. 跳跃式 电子 5. 电子 空

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穴 6. pn结的电致发光 发光材料的电致发光 7. 载流子注入 载流子传输 激子形成 8. 辐射能量 非辐射能量 F?rster能量转移 Dexter能量转移 9. 氧化铟锡 金属 有机材料 10. 电子传输材料 二、名词解释

1. 有机发光显示是采用有机材料（小分子或聚合物）制成的主动发光显示器。 2. 无机发光二极管是采用无机材料构成pn结或异质结的半导体二极管。 3. 小分子OLED是采用有机小分子材料制成的发光二级管。 4. PLED是采用聚合物材料制成的发光二极管。 5. 给体是指失去电子能力强的分子。 6. 受体是指得电子能力强的分子。

7. n型有机半导体材料是指传输电子能力强的有机半导体材料。 8. p型有机半导体材料是指传输空穴能力强的有机半导体材料。 9. 电致发光是指在加电压，利用注入的电子与空穴复合发光的器件。

10. 光致发光是指吸收入射光能量产生的激子以辐射复合发出光的形式释放能量的过程。

11. 能量转移是指激子复合将能量转移给其他有机分子形成激子的过程。

12. 量子阱是指窄带材料（势阱）的宽度很小，相当于电子的德布罗意波长，而宽带材料（势阱）的宽度较大时，两个相邻势阱中的电子波函数不能互相耦合的多层结构。 13. 超晶格是指每层结构的厚度都很小，都相当于电子的德布罗意波长。相邻势垒中的电子可以相互耦合的多层结构。

14. 辐射能量转移是处于激发态的激子，以辐射复合的形式退激发，将能量以光的发射和再吸收转移形成新的激子的方式。

15. 非辐射能量转移是处于激发态的激子能量以非辐射复合的形式退激发，直接将电子或空穴转移到另外的分子上形成新的激子的同时完成能量的传递的过程。

16. F?rster能量转移是靠库仑力在分子间作用形成的非辐射能量转移，能量从一个处于激发态的分子发出，被另一个处于基态的分子所吸收的方式。

17. Dexter能量转移是另外一种激子非辐射能量转移的方式。 三、简答题

1. 简述有机发光显示的特点。

1）材料广泛；2）能耗低；3）成本低；4）厚度薄，重量轻；5）响应速度快；6）可实现柔性显示。

2. 简述分子轨道理论。

分子轨道理论概括为：1）在分子中的任何电子，可以看成是在组成分子的所有原子核和其余电子所构成的势场中运动；2）每一个描述单个电子运动状态的波函数就是一个分子轨道，是原子轨道的线性组合，且每个分子轨道对应一个相应的能量；3）分子轨道中内的电子是离域化的自由电子，但只局限在该分子之内；4）组成有机材料的多个分子构成了多个能量相近的分子轨道，但彼此之间存在一定能量差。

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层。

3）把载膜基板和显示基板放入真空室，用夹具固定住。

4）抽真空，在真空室内用对位装置将两块基板对准，贴合。贴合后将真空室放大气。 5）将基板移到大气中的激光系统下，放在扫描平台上。用激光系统上的对位装置将激光头与显示基板上的像素精确对位。然后激光头向y方向移动，扫描平台向x方向扫描。 6）激光照射，吸光层吸收热量，导致发光层真空升华到显示基板的像素位置，实现激光转移。

7）一种颜色的发光层转移完成后，取下夹具，移开载膜基板，重复上面的过程。把红、绿、蓝三基色发光层分三次采用激光转移的方法分别转移到显示基板上。

8）三色发光层转移完成后，夹具取下，载膜基板移开后，最后在显示基板上蒸镀电子传输层和阴极。 四、计算题与分析题

1. 分析微腔结构的工作原理，思考如何设计微腔的光学长度，及如何控制光波的振动模数？ 微腔结构是指至少存在一维尺寸与光波波长相当的微型光学谐振腔，又称为法布里-珀罗谐振腔。当光子从发光层发出后，会在两电极间反复反射，一部分光被消弱，一部分特定波长的光在某一方向受到增强，这个特定波长的光称为微腔的光学谐振波。波长由微腔的光学长度（L）决定，并与每层材料的厚度和折射率有关。

波长由微腔的光学长度（L）决定。设计为半波长的整数倍，满足谐振条件。 微腔的光波振动模式由L????m?腔的长度来调整。

2. 分析a-Si:H TFT驱动OLED面临的困难，思考实现a-Si:H TFT驱动的解决办法？ 1）OLED驱动要求TFT具有更大的开态电流。非晶硅的载流子迁移率低，亮度不够。开关TFT的关态电流不能超过10-12A，对非晶硅来说是相当苛刻的要求。

2）阈值电压随时间漂移大，稳定性差，会出现显示图像不均匀现象。

3）为了防止阈值电压变化导致驱动电流的变化，驱动器件最好是工作在饱和区的p沟道器件。非晶硅技术不能制造出合适的p沟道TFT。

4）非晶硅技术存在着过高的光敏性。

3. 思考微晶硅薄膜晶体管中非晶硅薄膜上面有一层金属薄膜Mo的作用，以及工艺中需要采用的特殊技术？

金属Mo薄膜起到光热转换的作用，使薄膜晶化为微晶硅薄膜。晶化后进行金属MO层的光刻形成源漏电极。

制作工艺流程是先进行有源岛位置处的Mo岛和Mo栅线的光刻，再溅射AlNd金属及光刻AlNd栅线。保证了金属线的低电阻率，又可以获得稳定、高结晶度的微晶硅薄膜，还能降低缺陷提高成品率。

4. 思考氧化物薄膜晶体管驱动OLED的优势，以及当前的研究热点？

优点是载流子迁移率为10cm2/Vs左右，阈值电压的变化与LTPS相当，可以采用溅射方法制作，不受基板尺寸限制，对现在的TFT LCD生产线不需要较大改动。

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?2决定。其中m是微腔结构的模式数目，可以通过微

研究热点在于：1）由于载流子有氧空位，制造过程和工作状态下易受到影响，TFT特性稳定性和工艺重复性差，成为量产前急需解决的一个关键技术难题。通过在成膜后施加热处理，有望改善；2）在相同体系中其他半导体材料的研发，减少贵金属材料的使用，降低材料成本；3）更为便宜的制造工艺的研发，如涂布和喷印技术。

5. 思考ELA技术制备LTPS TFT的缺点，针对ELA技术的问题有哪些解决方案？

ELA技术的缺点是：1）激光器昂贵、光学和机械系统复杂，制作成本高；2）由于激光尺寸的限制，非晶硅薄膜按区域顺序晶化，不可避免地在两个晶化区域之间有一个晶化程度不同的接缝，载流子迁移率不同，TFT特性不匀均；3）不均匀性随着驱动基板尺寸的增大而放大，制作大尺寸面板难度大，大型化困难。

解决方案：1）通过增加冗余驱动电路的方法有望解决TFT特性不均匀的现象，应用到大尺寸的OLED面板中。2）采用相邻像素TFT驱动电路的方法，避开了使用激光束扫描范围重叠部分的TFT驱动技术。

6. 分析n沟道2T1C驱动电路的缺点？并解释为什么a-Si:H TFT驱动OLED会有困难？ n沟道2T1C驱动电路中，T2管的栅源电压VGS由信号电压和OLED电压决定。该电路有两个缺点：1）一部分信号电压施加到了OLED上，而不是全部施加到驱动TFT的栅极上。要获得同p沟道相同的像素电流，需要更高的信号电压；2）驱动TFT的栅源电压要受到OLED性质的影响，可能会随着制造工艺中OLED器件的不同而变化，也可能随着OLED工作时间而变化。

a-Si:H TFT是n沟道的薄膜晶体管，不能制作出p沟道的TFT，要驱动OLED有一定的困难。而LPTS TFT可以制作成p沟道或者n沟道TFT，驱动OLED比较容易。底发射型OLED是传统的结构，对OLED制备工艺的难度要求较低，OLED的性能好。

第十二章 习题答案

一、填空题

1. 三基色激光光源 光学引擎 屏幕 2. 激光阴极射线管显示 激光光阀显示 直观式电视激光显示 3. 色差式3D 偏光式3D 视差屏障式3D 柱状透镜式3D 指向光源3D 4. 人的两眼间距 5. 电阻式触摸屏 电容式触摸屏 红外线触摸屏 表面声波触摸屏 6. 阻性 导电 7. 人体的电流感应 8. 绝对定位 触摸检测屏 触摸控制器 透明层 隔离层 9. 电泳显示技术 电子粉流体显示技术 胆固醇液晶显示技术 双稳态向列液晶显示技术 10. 柔性有机发光二极管 柔性液晶显示 电泳显示 二、名词解释

1. 激光显示技术是以红、绿、蓝三基色激光作为光源的图像信息终端显示技术。 2. 3D技术是利用一系列的光学方法使人的左右眼产生视差而接收到不同的画面，从而在人的大脑形成3D立体效果的技术。

3. 触摸屏技术是人们通过对屏幕的触摸进而控制主机的技术，属于一种新型的人机交互方式。

4. 电子纸技术是像纸张一样轻薄，可随意擦写的一类显示器技术。 5. 柔性显示技术是一种用柔性衬底材料制成的可弯曲、可卷曲的显示技术。

6. 视觉位移是指看到的物体在视网膜上成像时，会把左右眼分别看到物体的形貌合起来而得到最后的立体视觉。

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7. 视差障壁是指光线通过具有一定线宽的条纹形成垂直细条栅栏状的视差屏障。 8. 表面声波是一种沿介质表面浅层传播的机械波，性能稳定。

9. 电泳是指在电场的作用下介质中带电粒子向极性相反的电极移动的现象。 三、简答题

1. 简述激光显示技术的种类？举例说明激光显示原理。

激光显示可以分为三类：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。 激光阴极射线管显示原理是利用半导体激光器形成激光面板，代替阴极射线管显像管的荧光屏。当电子枪发出电子束，电子束在聚焦线圈和偏转线圈的调制下，轰击到激光面板上，内含的半导体材料发生受激辐射产生激光。电子束从上到下、从左到右扫描后显示出由激光组成的画面。

2. 简述激光光阀显示的结构及显示原理。

激光光阀显示由液晶盒、激光寻址组件、光源部分、屏幕四部分组成。 显示原理可以分为四个过程：

1）激光束寻址，激光器发出的激光经调制后照射到分束镜上，聚焦后投射到液晶盒上。

2）液晶分子的光学参数发生改变。光学参数与附近没有受到激光照射部分的近晶相不同，被激光投射的部分呈现出液体的光散射状态，没有被激光束投射到的液晶分子仍保持垂直表面取向的透明结构。光源的光透射状态不一样，因此控制激光束的扫描，在整个画面上形成为稳定的光散射部分和光透过部分，显示出相应的图像。

3）图像保持，激光束寻址扫描到下一点时，刚刚扫描的点液晶温度开始下降，又出现相变过程。在降温相变过程中，形成了一种光散射的焦锥结构，会一直保持图像到下一次激光照射扫描，也就是可以保持一帧的画面，类似有源矩阵液晶显示器中存储电容的功能。 4）擦除过程，在液晶盒内的透明电极上施加高于液晶分子阈值电压的电场，迫使液晶分子恢复到初始的透明状态，为图像的擦除过程。 3. 简述3D技术的特点。

1）立体逼真；2）临场感较强；3）强烈的视觉震撼。 4. 简述偏光式3D技术的原理。

偏光式3D利用光线具有“振动方向”的性质，在显示器屏幕上加放偏光片，将振动方向分解为垂直方向的偏振光和水平方向的偏振光，两只眼睛配带的眼镜也采用不同偏振方向的偏振镜片，从而使人的左右两只眼睛接收到两组不同的画面，传输到视觉中枢整合给人以3D立体感。

5. 什么是多点触控技术？简述多点触控技术的特点。

多点触屏是一种用户可以通过多个手指同时对屏幕的应用控制输入技术。特点是：1）在同一屏幕上能够实现多点或多用户的操作，更加方便快捷；2）用户也可以进行单点触摸，通过单双击、按压、滚动等不同触摸方式，实现随心所欲的操控，方便对录像、图片、三维立体等信息进行全面的了解；3）可以根据相应的要求来制定合适的触控面板、触控软件、触控系统等，也可以和专业图形软件配合使用。 6. 简述电阻式触摸屏的工作原理。

电阻式触摸屏采用分压原理在特定方向上测定X坐标和Y坐标，以四线电阻式触摸屏为

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例说明工作原理。当手指或触摸笔触碰屏幕时，上下两个透明阻性层因压力作用在某一点相互接触，电阻性表面被分隔成两个电阻。触摸点坐标的测定分为两个过程。首先，当在上层电极（X+，X_）上施加电压，电压从X+位置处的Vin变化到X_位置处的0V。下层电极（Y+，Y_）不施加电压，但在触点处上下层电极接触而导通，测试下层触点处的电压就是触点处的电压。根据测试电压的数值Vout确定触点的（X+，X_）坐标。触点处相当于一个分压器，上下两个电阻串联，上面的电阻R1连接施加的电压Vin，下面的电阻R2接地。 7. 简述电容式触摸屏的优点。

1）操作新奇，电容式触摸屏支持多点触控，操作更加直观、更具趣味性；

2）不易误触，电容式触摸屏只感应人体的电流，只有人才能进行操作，其他物体碰触时不会有反应，避免了放在包内或兜内等误触的可能。

3）耐用度高，电容式触摸屏结构设计较好，可以有效防止尘埃、污渍对计算触点位置的影响，在防尘、防水、耐磨等方面更耐用。 8. 简述表面声波触摸屏的工作原理。

表面声波是一种沿介质表面浅层传播的机械波，性能稳定。表面声波触摸屏由超声波发生器、声波接收器、反射器和触摸屏构成。触摸屏可以是平面、球面等玻璃面板，是一块纯粹的强化玻璃，不用粘贴薄膜和覆盖层，安装在LED、LCD或等离子体显示器屏幕前面。在触摸屏的左上角和右下角分别固定了水平和竖直方向的超声波发生器，右上角固定两个超声波接收器，屏幕四周刻有45°由疏到密、非常精密的反射条纹。 9. 简述电子纸的显示原理。

1）当在下电极板上施加一个正电场时，微胶囊内的带电微粒受到电场的作用，带正电的白色微粒向上移动到微胶囊的顶部，显示白色；带负电黑色微粒在电场作用下向微胶囊底部移动，使人观察不到黑色。

2）当在下电极板上施加一个负电场时，微胶囊内带正电的白色微粒向下运动到底部，白色消失，而带负电黑色微粒向上运动到微胶囊顶部，显示黑色。

3）当一个微胶囊施加适当的正电场和负电场时，就可以显示多级灰度。改变电场就可以显示出相应的文字或图像。 10. 简述柔性OLED显示的优点。

1）OLED发光层较轻，基层可使用较柔韧的材料而不必使用刚性材料；2）柔性OLED对比度高，相比LED更明亮。OLED有机层要比LED的无机晶体层薄很多，而LED一般需要玻璃作为基板而导致一部分光线被玻璃吸收；3）OLED不需要背光系统，耗电量小；4）OLED的视角范围广，视域大，更适合作为显示设备。 四、思考题

1. 激光显示技术的发展前景将会如何？

激光显示技术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具有很大的发展空间和广阔的市场应用前景。在超大屏幕显示上展现更逼真、更绚丽的动态图像，实现其他显示技术所不能达到的视觉震撼效果。 2. 触摸屏为什么是一种绝对定位系统？

触摸屏是一种透明的绝对定位系统，由触摸检测屏和触摸控制器组成。触摸检测屏安装在显示器的前端，用手指或其他物体触碰显示的图标或者字符时，检测触摸位置和信息，并传给触摸控制器。触摸控制器接收触摸信息，转换成触点坐标传送给CPU，确定输入的信

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息。同时接收和执行CPU发来的命令。

3. 思考哪一种触摸屏技术是比较有前景的？为什么？

略。

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