TFT-LCD顯示技術(shù)課件

清華大學(xué)張百哲TFT-LCD顯示技術(shù)一、顯示器市場(chǎng)二、顯示技術(shù)三、LCD技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢(shì)四、LCD基礎(chǔ)知識(shí)五、TFT-LCD的基本原理六、TFT-LCD技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域TsinghuaUniversity一、顯示器市場(chǎng)高速發(fā)展的信息量顯示器的重要性顯示器發(fā)展方向顯示器的種類

CRTLCD(AMLCDPMLCD)PDPVFDELLEDOLED

FED主要應(yīng)用電視計(jì)算機(jī)移動(dòng)通訊占87%

TsinghuaUniversity市場(chǎng)

全世界CRT和FPD市場(chǎng)

單位：億美元單位：億美元TsinghuaUniversity年1998199920002001200220032004CRT230240240250250260260FPD140160170180210230260顯示器AMLCDPMLCDPDP其他PDPFPD總計(jì)CRT顯示器總計(jì)199911338814169235.54042005237415820344268617二、顯示技術(shù)⒈CRT

優(yōu)點(diǎn)：﹡高性能價(jià)格比﹡高分辨率﹡可視性能好﹡發(fā)光效率高﹡彩色豐富﹡長(zhǎng)壽命﹡響應(yīng)快﹡大規(guī)模生產(chǎn)

弱點(diǎn)：﹡笨重﹡顯示閃爍，光散射﹡X射線輻射﹡工作電壓高，功耗大﹡≤45英寸

威脅：市場(chǎng)被FPD取代，輻射，閃爍TsinghuaUniversity

⒉LCD

優(yōu)點(diǎn)：﹡低電壓、低功耗﹡薄、輕﹡可直接用IC驅(qū)動(dòng)﹡無(wú)閃爍輻射﹡可用于便攜產(chǎn)品﹡市場(chǎng)巨大

弱點(diǎn)：﹡生產(chǎn)工藝復(fù)雜﹡設(shè)備投資大﹡價(jià)格貴﹡視角小﹡響應(yīng)速度慢

威脅：﹡小屏遇到OLED和FED挑戰(zhàn)﹡大屏遇到PDP挑戰(zhàn)TsinghuaUniversity⒊PDP

優(yōu)點(diǎn)：﹡大屏幕（～63〞）﹡薄﹡視角寬

﹡響應(yīng)快﹡對(duì)比度好﹡亮度高

弱點(diǎn)：﹡功耗大﹡驅(qū)動(dòng)電路成本高﹡制作工藝不成熟﹡價(jià)格高﹡壽命略短

威脅：﹡與TFT-LCD競(jìng)爭(zhēng)﹡如何降低成本：成品率、工藝、電路TsinghuaUniversity⒋OLED

優(yōu)點(diǎn)：﹡低電壓﹡快響應(yīng)﹡寬視角﹡高對(duì)比度﹡薄、輕﹡可能低成本

弱點(diǎn)：﹡色域不滿足EBU規(guī)范

﹡發(fā)光效率低﹡每種彩色的老煉不一致，使得壽命不夠長(zhǎng)﹡高分辨率需用AM技術(shù)，成本高

威脅：﹡LCD競(jìng)爭(zhēng)﹡工藝不成熟，合格率低﹡材料R&D投入不夠TsinghuaUniversity三、LCD技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢(shì)㈠LCD發(fā)展回顧

LCD技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展大致分為四個(gè)階段：⒈第一階段（1968～1972年）◆1968年美國(guó)RCA研究出動(dòng)態(tài)散射型(DSM)LCD。◆1971～1972年制造出采用DSM的LCD手表，標(biāo)志著LCD技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化階段。⒉第二階段（1971～1984年）◆1968年瑞士人發(fā)明出扭曲向列型(TN)LCD?！羧毡維HARP等,使TN-LCD技術(shù)成熟，并大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。◆1979～1984年間TN-LCD產(chǎn)量年均增長(zhǎng)38%，成本年遞減18%，銷售額年增長(zhǎng)12%，使LCD地位僅次于CRT。◆LCD高速發(fā)展引起全世界注意，對(duì)其投入大量資金?！糁饕獞?yīng)用：鐘表、計(jì)算器。TsinghuaUniversity⒊第三階段（1985～1990年）◆超扭曲(STN)LCD發(fā)明，并迅速大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?！舴蔷Ч璞∧ぞw管(a-SiTFT)LCD制造技術(shù)突破?！暨M(jìn)入大信息容量化、全彩色新階段?！魬?yīng)用產(chǎn)品以筆記本計(jì)算機(jī)等為主?！鬖CD銷售額年增長(zhǎng)達(dá)32%?！鬝TN為主流產(chǎn)品，1990年達(dá)到15億美元，占LCD市場(chǎng)83%。⒋第四階段（1990年～200）◆LCD技術(shù)發(fā)展進(jìn)入高畫(huà)質(zhì)LCD新階段。◆TFT-LCD技術(shù)飛速發(fā)展并迅速成熟?！?0年完成從第一代到第四代生產(chǎn)廠建立?！鞒善仿省?0%?！鲀r(jià)格大幅度下降?！餍纬扇毡尽㈨n國(guó)、臺(tái)灣三分天下?！鬖CD產(chǎn)值達(dá)到210億美元，TFT占75%，成為L(zhǎng)CD主流產(chǎn)品。TsinghuaUniversity㈡LCD關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

◆高分辨率◆高對(duì)比度：300：1～500：1◆寬視角：160°◆低功耗：高效背光源、低功耗IC、高開(kāi)口率◆大基板尺寸生產(chǎn)技術(shù)，基本材料、設(shè)備㈢LCD產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)

⒈LCD是高技術(shù)、高投入和高產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)，也是高風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)業(yè)◆高技術(shù)產(chǎn)品，技術(shù)和產(chǎn)品更新?lián)Q代快◆高投入和高產(chǎn)出，市場(chǎng)規(guī)模巨大◆多種高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集成⒉產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的三個(gè)層次◆技術(shù)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究是產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)◆生產(chǎn)工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，促進(jìn)市場(chǎng)形成◆器件帶動(dòng)設(shè)備、材料及應(yīng)用整機(jī)發(fā)展，形成產(chǎn)業(yè)鏈⒊LCD產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和形成

◆基礎(chǔ)業(yè)◆制造業(yè)◆應(yīng)用業(yè)TsinghuaUniversity㈣世界液晶顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

⒈東亞是世界LCD最主要生產(chǎn)地⒉TFT-LCD高速發(fā)展期◆市場(chǎng)需求◆大量投資◆價(jià)格大幅下降◆進(jìn)入第二個(gè)發(fā)展期◆從日本獨(dú)占到三分天下⒊TN、STN平穩(wěn)發(fā)展◆以移動(dòng)通訊為主◆價(jià)格下降平穩(wěn)◆向彩色發(fā)展◆從日本和韓國(guó)轉(zhuǎn)向臺(tái)灣、中國(guó)大陸◆中國(guó)進(jìn)入STN高速發(fā)展期TsinghuaUniversityTsinghuaUniversity

TsinghuaUniversity

TsinghuaUniversityTsinghuaUniversityTrendsofworldLCDMarket（1）TFT—LCD制作程序。TsinghuaUniversityTsinghuaUniversityTsinghuaUniversity四、LCD基礎(chǔ)知識(shí)⒈什么是液晶⒉液晶顯示基本模式

◆動(dòng)態(tài)散射型（DSM）◆扭曲向列相（TN）◆超扭曲向列相（STN）◆賓主效應(yīng)（GH）◆鐵電液晶（FLC）◆聚合物液晶（PDLC）⒊TN-LCD基本原理

◆TN-LCD基本結(jié)構(gòu)◆TN-LCD工藝流程TsinghuaUniversity透光TsinghuaUniversity不透光液晶顯示器工作原理（TN型）偏振片ON玻璃透明電極OFF液晶分子玻璃透明電極偏振片反射極TsinghuaUniversityTN-LCD制造工藝過(guò)程ITO玻璃基片光刻膠ITO基片玻璃光刻膠涂敷顯影刻蝕去膠排列膜涂敷排列膜導(dǎo)電膠絲印塑封膠SPACER噴粉封裝TsinghuaUniversity切割線膠框液晶材料注入口空盒LC封口貼偏振片1.各種液晶顯示的實(shí)現(xiàn)。（1）字符顯示（靜態(tài)驅(qū)動(dòng)）。（2）圖形顯示簡(jiǎn)單矩陣（PM） TN—LCD STN—LCD有源矩陣（AM）

二極管器件（MIM等）三極管器件（TFT）TsinghuaUniversity五、TFT—LCD的基本原理

及制作工藝●StructureofsimplematrixdrivesystemTsinghuaUniversityTsinghuaUniversity●Structureofactivematrixdrivesystem(TFT)2TFT—LCD基本原理。TFT—LCD等效線路圖TFT工作原理3.TFT—LCD工藝流程。TsinghuaUniversityTFT陣列基板制造彩色濾色膜及背電極基板制造TFT液晶盒制造TFT—LCD模組裝配TsinghuaUniversity4.TFT陣列基板制造工藝流程（1）5次光刻工藝TsinghuaUniversity柵板（G）及儲(chǔ)存電容電極制作a–Si

及n+a–Si

制作象素透明電極制作源（S）漏（D）電極制作保護(hù)膜制作TsinghuaUniversity

濺射光刻陽(yáng)極氧化PCVDSiH4+N2+NH3PCVDSiH2PCVDSiH4+N2+NH3PCVDSiH4+PH3TsinghuaUniversity光刻干刻濺射ITO光刻濕刻濺射TiCrAl光刻濕刻光刻（2）光刻工藝流程成膜金屬(Cr,Ta,Al)

濺射非金屬SiNxea-Sin+a-SiPCVDITO

濺射刻蝕金屬濕刻非金屬干刻

TsinghuaUniversity清洗成膜清洗涂光刻膠前烘曝光顯影堅(jiān)膜刻蝕去膜1.a-SiTFT-LCD工業(yè)化制造技術(shù)成熟。生產(chǎn)工藝不斷簡(jiǎn)化，生產(chǎn)過(guò)程全封閉自動(dòng)化。成品率十年間從30%提高到90%。十年間從第一代發(fā)展到第四代。加工尺寸：300×400mm生產(chǎn)能力：4萬(wàn)M2/年20~40萬(wàn)M2/年TsinghuaUniversity六、TFT-LCD技術(shù)水平現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

第五代面板有效使用率單位：mmTsinghuaUniversity更低、更薄、更輕以13.3”為例視角：90o→170o亮度：500尼特對(duì)比度：100：1→500：1解析度：200PPiVGA→UxUGA

640×4801920×12003.價(jià)格大幅度下降。TsinghuaUniversity2.產(chǎn)品性能大幅度提高年199819992001功耗(W)4.43.32.5厚度(mm)7.25.55重量(g)580450400(1)P-Si技術(shù)快速發(fā)展LTPS(低溫多晶硅)東芝為代表大面積LTPS生產(chǎn)技術(shù)成熟。建立第四代LTPS—LCD生產(chǎn)線。CGS（連續(xù)晶界活晶硅）夏普為代表遷移達(dá)500~600cm/vs(2)LCOS技術(shù)引起重視(3)場(chǎng)順序全彩色(FSFC)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用(4)反射式TFT-LCD開(kāi)始商品化尺寸：5.8”；分辨率：400×234;反射率：30%；功耗：0.15W(5)發(fā)展高質(zhì)量LCD顯示寬視角、膜補(bǔ)償、多疇重復(fù)排列（MVA），

共面轉(zhuǎn)化（IPS）快響應(yīng)：LTPS加OCB

可達(dá)2ms高解析度：300PPi（6）開(kāi)發(fā)低成本生產(chǎn)技術(shù)TsinghuaUniversity3.技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（1）日本TFT-LCD產(chǎn)業(yè)兩極分化，產(chǎn)業(yè)重組。（2）韓國(guó)、臺(tái)灣進(jìn)軍第五代生產(chǎn)線。（3）中國(guó)開(kāi)始涉足TFT-LCD生產(chǎn)。TsinghuaUniversity4.產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)TsinghuaUniversityTsinghuaUniversity第5代以后的TFT生產(chǎn)線的投資計(jì)劃1.應(yīng)用對(duì)象·計(jì)算機(jī)只占10%·電視大力開(kāi)發(fā)·移動(dòng)通訊·PDA·汽車(chē)儀表七、TFT-LCD應(yīng)用及市場(chǎng)TsinghuaUniversity2002年2006年手機(jī)498226100PDA5181064汽車(chē)儀表134748中小尺寸TFT市場(chǎng)總計(jì)(百萬(wàn)日元)717,3401,828,380單位：萬(wàn)個(gè)2.LCD市場(chǎng)進(jìn)入第三個(gè)高速發(fā)展期

第一個(gè)發(fā)展期1973