液晶顯示技術(shù)的新動(dòng)向

第4部分?jǐn)U展模塊第7章液晶顯示技術(shù)的新動(dòng)向

7.1寬視角化技術(shù)的進(jìn)展

7.2提高響應(yīng)速度

7.3反射式LCD

7.4低溫多晶硅

7.1.0寬視角化技術(shù)的進(jìn)展

LCD具有眾多的優(yōu)點(diǎn)LCD有視角各向異性和視角范圍較小的弱點(diǎn)--在離開垂直于顯示板法線方向觀察時(shí)，對(duì)比度明顯下降。對(duì)于灰度和彩色顯示，視角大時(shí)還會(huì)發(fā)生灰度和彩色反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在LCD向大尺寸發(fā)展和同時(shí)供多人觀看的情況下，這個(gè)弱點(diǎn)尤為突出，成為向CRT技術(shù)挑戰(zhàn)的一大障礙。從LCD矩陣顯示誕生起，寬視角技術(shù)就一直是液晶技術(shù)人員的重要研究課題，現(xiàn)在已取得了可喜的成績(jī)。1994年AMLCD產(chǎn)品的典型視角性能為垂直方向-10°～+30°，水平方向±45°；1995年已將垂直和水平方向視角增大±60°。目前水平視角已達(dá)160°，基本上實(shí)現(xiàn)了寬視角的夙愿。LCD視角問題是由液晶的工作原理本身決定的--液晶分子是棒狀的，分子不同的排列方式存在著不同的光學(xué)各向異性。入射光線和液晶分子指向矢夾角越小，雙折射越??；反之則雙折射越大。偏離顯示板法線方向以不同角度入射到液晶盒的光線與液晶分子指向矢的夾角不同造成不同視角下，有效光程差△nd不同。而液晶盒的最佳光程差是按垂直入射光線設(shè)計(jì)的，這樣視角增大時(shí)，最小透過率增加，對(duì)比度下降。而且偏離法線方向越遠(yuǎn)，對(duì)比度下降越嚴(yán)重，還可能出現(xiàn)暗態(tài)的透過率大于亮態(tài)透過率的現(xiàn)象--對(duì)比度反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。對(duì)于黑白工作模式LCD，因分子排列只有兩種方式，通過調(diào)整液晶盒的光學(xué)設(shè)計(jì)，可以改善LCD的視角特性，而對(duì)于灰度顯示，因?yàn)槊恳环N灰度對(duì)應(yīng)著一種液晶分子排列，解決起來就困難得多。為了改善LCD的視角特性，必須克服不同視角方向有效△nd不同的現(xiàn)象——液晶盒外光學(xué)補(bǔ)償法、低扭曲角和低△nd設(shè)計(jì)、改變液晶分子排列方式觀察角度不同，對(duì)比度、顏色、輝度均不同7.1.1液晶盒外光學(xué)補(bǔ)償法1相差膜補(bǔ)償法一種在液晶面的觀察面上加貼一片一定數(shù)值的相位差膜以改善視角特性的方法。對(duì)于AMLCD，常采用無場(chǎng)時(shí)為亮態(tài)，即常白（NW）模式。亮態(tài)時(shí)的透過特性與視角關(guān)系不大，而暗態(tài)(有場(chǎng)態(tài))的透過率與視角關(guān)系十分靈敏，所以視角的補(bǔ)償多集中在暗態(tài)的光學(xué)補(bǔ)償上。由于暗態(tài)是有場(chǎng)態(tài)，這時(shí)液晶分子以垂直于基板表面的排列為主，為正性雙折射，故可用負(fù)雙折射系數(shù)的相差膜補(bǔ)償。對(duì)于常黑（NB）模式，則需要用正雙折射系數(shù)的相差膜補(bǔ)償。用相差膜進(jìn)行視角補(bǔ)償?shù)姆椒üに嚭?jiǎn)單，成本較低，可擴(kuò)大視角范圍，但沒有改變?cè)袑?duì)比度曲線沿方位角分布的形狀。這種改善視角的方法還常與其他方法組合使用。2準(zhǔn)直背光源加漫散射觀察屏法在LCD觀察面上放置一塊漫射屏，LCD的對(duì)比度沿方位角分布的不均勻現(xiàn)象可以得到消除，而且視角范圍大大增加，但會(huì)使對(duì)比度下降嚴(yán)重。用準(zhǔn)直光作為L(zhǎng)CD的背光源，對(duì)比度可以大大提高，所以準(zhǔn)直背光源加漫散射觀察屏可以得到既有足夠?qū)Ρ榷?，又有很寬視角范圍的顯示質(zhì)量。以邊光冷陰極熒光燈作為光源的LCD普通背光源，它的輸出光基本上接近朗伯分布，可在其表面粘貼一層由二維的微光學(xué)單元組成的特殊薄膜，使背光源輸出光在水平和垂直方向的發(fā)散角均小于±10°，近似為準(zhǔn)直光源。加上本系統(tǒng)后，在60°視角處的對(duì)比度為中心處的15％，不加本系統(tǒng)則只有中心處的0．7％。本方法對(duì)TN和STN-LCD都適用，液晶盒和背光源的設(shè)計(jì)和工藝不變，顯示器的重量和厚度無明顯增加，成本只增加5％～10％。7.1.2低扭曲角和低△nd設(shè)計(jì)LCD（LTN-LCD）LCD較窄的視角特性是由于偏離法線方向不同角度入射光線的有效△nd不同形成的減小LCD盒的△nd

減少△nd的變化從而改善視角特性。但是△nd的減小將使最大透過率下降?？梢詫⒁壕Ш械呐で亲冃∈棺畲笸高^率恢復(fù)到原有水平。但這又引起液晶盒有場(chǎng)態(tài)時(shí)的最低透率（NW模式）略有上升。為了提高對(duì)比度可以加一層延遲量很小的PVA薄膜進(jìn)行補(bǔ)償。這種低扭曲角LCD的一個(gè)例子是△nd=0.38μm，扭曲角7°，補(bǔ)償膜延遲量為23nm，對(duì)比度達(dá)到100:l?？梢詫⒉话l(fā)生灰度反轉(zhuǎn)的視角范圍從普通TN-LCD的-27°～30°擴(kuò)展到-42°～73°。本方法的工藝和普通TN-LCD完全相同，不需另外增加工藝過程，因此成本較低。但LTN-LCD的視角方位性仍未根本克服，只是在原有基礎(chǔ)上得到了增寬，結(jié)果和相差膜補(bǔ)償法類似。7.1.3改變液晶分子排列方式TN和STN液晶盒每個(gè)像素下面的液晶分子都是以圍繞基板法線方向扭曲一定角度，在X、Y方向平移排列而成。不同方向人射的光線在不同液晶層面上遇到不同扭曲排列的液晶分子，造成有效△nd的不同，從而產(chǎn)生不同的視角特性。從改變液晶分子排列方式著手，可以從根本上克服LCD視角較小的弱點(diǎn)現(xiàn)在已研究出多種新的工作模式。1多疇TN

多疇TN-LCD的每個(gè)像素由多個(gè)子像素組成，每個(gè)子像素都有特有的扭曲排列方式，構(gòu)成一個(gè)疇和相應(yīng)的視角特性。整個(gè)像素的視角特性是各個(gè)子像素視角特性的迭加和平均，只要各子像素液晶分子的排列設(shè)計(jì)得合理，使它們的視角特性能互相補(bǔ)充，合成的視角特性就可以做得很寬，并且沒有方向性。以雙疇TN-LCD為例

其實(shí)現(xiàn)方法的三種選擇

圖中所示的結(jié)構(gòu)為雙疇，兩個(gè)疇中液晶分子的傾斜角度相反，其中一個(gè)疇具有很寬的上視角，另一個(gè)具有很寬的下視角，合成起來上下視角都很寬。這種結(jié)構(gòu)的工藝上實(shí)施如圖（a）下部所示，需2次光刻，4次摩擦。另一種結(jié)構(gòu)示于圖（b），它用一層未經(jīng)摩擦的無機(jī)薄膜產(chǎn)生較低的預(yù)傾角，而像素的另一面用聚酰亞胺（PI）摩擦產(chǎn)生較高的預(yù)傾角。這種結(jié)構(gòu)需2次光刻，2次摩擦和另加一層無機(jī)薄膜的制作。圖（c）的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化工藝，只在一塊基板上把像素分成兩個(gè)子像素，另一塊基板上則整個(gè)像素都是低傾角。這種結(jié)構(gòu)只需1次光刻，3次摩擦。以上幾種結(jié)構(gòu)都需多次摩擦和光刻，不僅使工藝十分復(fù)雜，而且摩擦過的PI表面極易受到堿性顯影液的傷害。于是又開發(fā)了用紫外光照射PI表面來產(chǎn)生和控制預(yù)傾角的方法。一些化學(xué)鍵交叉聯(lián)系的PI材料在中紫外（例如310nm）照射下，預(yù)傾角隨照射劑量的增加而增大，可在2°～6°范圍內(nèi)變化，因此只要在普通TN-LCD工藝中增加一道通過掩膜的UV照射，雙疇顯示便可以實(shí)現(xiàn)了。從理論上講，單個(gè)像素的液晶分子不同排列的疇越多，合成的視角特性越佳，但工藝的難度也隨著增大。計(jì)算機(jī)模擬指出，疇數(shù)大于4以后對(duì)視角特性改善提高不多，所以實(shí)用中多用2疇或4疇分割。多疇TN-LCD已在高檔AMLCD中獲得應(yīng)用，雙疇結(jié)構(gòu)的視角可達(dá)±60°。多疇法的缺點(diǎn)是無法消除二疇邊界處的反向傾角，在不犧牲亮度的前提下，獲得較高的對(duì)比度有一定的困難。2非晶TN模式

（α-TN-LCD）采用電極切割的方法產(chǎn)生多疇工藝很復(fù)雜。α-TN-LCD則是利用液晶冷卻過程來形成多疇，其工藝過程如下：在TN液晶材料中摻以一定手性材料，其螺距p是盒厚d的4倍。液晶盒的內(nèi)表面是未經(jīng)摩擦的各向同性PI層。注人液晶材料后，加熱到清亮點(diǎn)以上，然后冷卻到室溫，冷卻過程中液晶材料的晶化過程示于圖7-3（b）。作為對(duì)比，于圖7-3（a）中示出內(nèi)表面經(jīng)過摩擦處理的普通TN液晶盒晶化過程。冷卻結(jié)束后形成一個(gè)個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)分子從上內(nèi)表面到下內(nèi)表面都扭曲90°，但是分子的指向矢是隨機(jī)的，且在中心平面中連續(xù)變化。柱狀結(jié)構(gòu)間的中心距為10～100μm，因此一個(gè)像素內(nèi)就包含了近百個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于近百個(gè)疇，實(shí)現(xiàn)了不用分割電極而獲得多疇結(jié)構(gòu)的目的。這種器件的視角特性與多疇特性十分相似。3軸對(duì)稱排列微單元模式（ASM）在液晶材料中加人手性材料和感光性高分子樹脂，紫外光通過掩膜照射到液晶盒內(nèi)，感光性高分子在UV作用下固化成樹脂壁，把液晶分隔成許多微單元，每個(gè)微單元即為一個(gè)像素。微單之中的液晶分子在樹脂壁的作用下，形成了以垂直于基板表面的一根中心軸為對(duì)稱軸的軸對(duì)稱排列，上下表面的分子仍扭曲90°，如圖所示。軸對(duì)稱排列結(jié)構(gòu)使得不同角度入射的光線的有效△nd變化較小，大大改善了視角特性。4光學(xué)補(bǔ)償彎曲排列模式（OCB）光學(xué)補(bǔ)償彎曲排列模式OCB是英文opticallycompensatedbend的縮寫。上面討論的幾種改進(jìn)視角的方法都是在液晶分子扭曲排列的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而OCB模式是液晶分子彎曲排列，如圖所示。液晶分子始終在XZ平面上，它的特點(diǎn)是：（1）OCB模式工作于液晶分子的雙折射現(xiàn)象。（2）在無電場(chǎng)情況下，通過液晶盒的光也會(huì)產(chǎn)生光程差，所以液晶盒上要加一層雙軸光學(xué)補(bǔ)償膜，以抵消這個(gè)光程差。（3）偏振片的配置使上下偏振方向相互垂直。（4）盒內(nèi)液晶分子不扭曲，只是在一個(gè)平面內(nèi)彎曲排列，為了實(shí)現(xiàn)這種排列，上下內(nèi)表面分子的預(yù)傾角必需相等，且方向相反。（5）液晶分子的排列是上下對(duì)稱的，有光學(xué)自補(bǔ)償效應(yīng)，對(duì)于一束偏離法線方向的入射光，如果與盒上半部的分子夾角較大，有效△nd較大，則與盒下半部分子的夾角較小，有效△nd較小，使總的△nd隨方位角變化不大。帶有補(bǔ)償膜的OCB模式的視角特性（6）帶有補(bǔ)償膜的OCB模式的視角特性大有改進(jìn)，如圖3—145所示。對(duì)對(duì)比度影響最大的無電場(chǎng)時(shí)的常黑態(tài)的透過率T0幾乎與視角無關(guān)。水平方向±50°，垂直方向±40°不出現(xiàn)灰度反轉(zhuǎn)，整個(gè)方位角范圍內(nèi)均勻性也好。（7）OCB模式除了有很寬的視角特性外，它的響應(yīng)速度很快，可達(dá)到1～10ms。這是由于OCB模式中液晶分子是彎曲排列，而TN盒中分子是扭曲排列，改變扭曲排列形式會(huì)發(fā)生回流滯后和弛豫過程，使響應(yīng)速度變慢。OCB模式的缺點(diǎn)是對(duì)R、G、B三種單色光的透過率不一樣。另一個(gè)問題是在無場(chǎng)情況下，液晶盒內(nèi)的分子是按平行于基板的方向排列的，為了實(shí)現(xiàn)彎曲排列，需要在盒上加幾秒鐘電壓（例如6V）進(jìn)行預(yù)置，然后可以在較低的電壓下維持這種排列方式，這對(duì)使用帶來不便。5平面控制模式（IPS-mode）IPS是InplaneSwitching的縮寫。普通TN-LCD模式控制液晶分子排列的電場(chǎng)是通過分布在上下基板上的電極加在液晶層上的，而IPS模式把這一對(duì)電極都制作在后基板上（前基板上沒有電極），通過加在這—對(duì)電極之間的橫向場(chǎng)來控制液晶分子的排列，如圖所示，因此也可稱這種模式為橫向場(chǎng)模式。在IPS模式中在兩基板間均勻平行排列，兩偏振片分兩邊正交放置，起偏片的偏振方向與液晶的指向矢同向向列相液晶分子。IPS模式在不加電場(chǎng)時(shí)呈暗態(tài)，因?yàn)樵诎祽B(tài)下液晶分子沒有擾動(dòng)，入射光被檢偏片完全阻斷，與視角無關(guān)。因此無論是垂直還是水平方向，±50°內(nèi)均沒有灰度反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而且由于暗態(tài)的透過率低，對(duì)比度可以大于200:1。加電場(chǎng)時(shí)，液晶分子產(chǎn)生45°的轉(zhuǎn)動(dòng)，透射就達(dá)到最大值，為了得到較好的透過率，需取△nd=λ/2。IPS模式和OCB模式一樣，由于消除了扭曲排列，有極好的視角特性，甚至優(yōu)于OCB模式。如圖所示結(jié)構(gòu)是1995年日立公司提出的第一種IPS模式設(shè)計(jì)方案，且具有一系列缺點(diǎn)：由于上下電極（材料一般為Cr）做在同一塊基本上，使開口率降低；最大透射率低；電極圖案限制了儲(chǔ)存電容。由于IPS是一種很有前途的寬視角方案，且響應(yīng)特性也有所改善，所以針對(duì)其缺點(diǎn)提出了一系列改進(jìn)方案，如在液晶盒另一面用一個(gè)公用電極以增加透射率、采用非直線電極、采用電極間距很小的負(fù)型液晶的邊緣場(chǎng)開關(guān)（FFS）方案以及梳形電極平面開關(guān)方案等。IPS模式示意COPS電極設(shè)計(jì)梳形電極平面開關(guān)（COPS）模式有許多優(yōu)點(diǎn)，基本上解決了上述的IPS模式中的種種缺點(diǎn)，它是將開關(guān)電極制作在下基板上，先在下基板上表面做上一層平面電極，然后是一層200nm的低溫氧化硅（LTO）絕緣層。于LTO上制作60nm厚的ITO梳狀電極，如圖7-8所示，平面電極上加0V，梳狀電極上加開關(guān)電壓Vc。由于LTO層很薄，可將梳狀電極與極間的零電位公共電極看作是在同一平面上，梳形電極與公共電極之間自然形成了所需的儲(chǔ)存電容。COPS電極設(shè)計(jì)COPS液晶盒組成COPS模式的液晶盒在無場(chǎng)時(shí)如圖（a）所示，COPS電極置于底玻璃板上，液晶分子定向平行于梳的指的長(zhǎng)軸方向，而檢偏片的方向與指長(zhǎng)軸方向垂直。頂玻璃板上沒有電極，液晶分子定向與起偏片的偏振方向都與梳指長(zhǎng)軸方向垂直。可見無場(chǎng)時(shí)為暗態(tài)。當(dāng)梳形電極加上電壓時(shí)，指中心與間隙中心處附近（圖（b）中c處），Ex=0，為近似的垂直電場(chǎng)，使分子向上傾斜，減少了雙折射；在指的邊緣處（圖（b）中E處），Ey=0，為近似的橫向電場(chǎng)，使液晶分子相對(duì)頂部液晶分子的扭曲變小。在E與C之間的地方Ex、Ey同時(shí)作用，都是使液晶的透射率增加的，變化的程度與Vc大小有關(guān)，因此可以實(shí)現(xiàn)灰度。COPS液晶盒組成示意TN、IPS和COPS液晶盒性能參數(shù)比較由表中數(shù)據(jù)可知COPS模式基本上解決了常規(guī)IPS模式的缺點(diǎn)，它具有低的開關(guān)電壓，有接近于TN的高透過率、大的存儲(chǔ)電容、快的響應(yīng)特性和電場(chǎng)的作用局限在小范圍中，容易實(shí)現(xiàn)高分辨力。TNIPSCOPS相對(duì)強(qiáng)度＞70%的視角40°～60°90°～110°80°～120°相對(duì)于TN液晶盒的最大投射率100%67%95%最大對(duì)比度20020090上升時(shí)間（ms）1505010每個(gè)象素的存儲(chǔ)電容大很小大6垂直取向模式(VA-mode)垂直取向模式分MVA與PVA兩種。（1）MVA即多疇垂直取向MVA-LCD結(jié)構(gòu)在MVA器件中，上、下基板上有小凸起，液晶分子垂直取向，起偏片與檢偏片的方向互相垂直，所以無場(chǎng)時(shí)為暗態(tài)。當(dāng)加電壓時(shí)，凸起間產(chǎn)生傾斜場(chǎng)，使液晶分子偏離垂直方向，如小凸起為四面體，則液晶分子向4個(gè)方向傾斜，類似形成4個(gè)疇；如小凸起為三角形柱體，則液晶分子向兩個(gè)方向傾斜，類似形成兩個(gè)疇，如圖所示，所以隨著電場(chǎng)的增加．透射率上升。（2）PVA即利用電極花樣的垂直取向在PVA器件中，起偏片與檢偏片的方向互相垂直，液晶分子垂直取向，并附加光學(xué)補(bǔ)償膜。上、下基板上的ITO層被光刻成帶縫的花樣上、下基板上加電壓時(shí)，就產(chǎn)生傾斜的場(chǎng)，使液晶分子以幾個(gè)方向向下傾斜，透光率增加。PVA-LCD結(jié)構(gòu)垂直取向模有很好的寬視角特性。例如以MVA-LCD器件的一個(gè)例子為：對(duì)角線15英寸，像素?cái)?shù)為1024×768×RGB，彩色像素為2.6百萬個(gè)，亮度為200cd/cm2，最大對(duì)比度為300:1，響應(yīng)時(shí)間小于25ms，對(duì)比度大于10，且不反轉(zhuǎn)的視角為大于160°，驅(qū)動(dòng)電壓5V。歸納理想的寬視角器件應(yīng)該具備下列特性：高透過率、快速響應(yīng)、寬視角并且當(dāng)視角變化時(shí)色漂移為最小、使用模板次數(shù)少以及加工過程中裕度大。至今尚無全面符合上述要求的器件，寬視角TFT-LCDS的競(jìng)爭(zhēng)取決于性能與價(jià)格。性能是器件的本質(zhì)，而價(jià)格決定于材料、成品率、生產(chǎn)率以及每個(gè)生產(chǎn)者的處理能力。TN的生產(chǎn)過程是成熟的，具有高的成品率，且價(jià)格上有競(jìng)爭(zhēng)力。如果寬視角方案能在TN生產(chǎn)線上進(jìn)行，則就能保證價(jià)格上不會(huì)增加太多。如果方案中需增加光刻次數(shù)和定向處理次數(shù)、需增加TN流水線中沒有的工藝設(shè)備，或者工藝過程裕度很小，即使器件性能優(yōu)良也是不易推廣的。上述各種方案大都已進(jìn)人大生產(chǎn)。補(bǔ)償膜TN方案尚需提高性能；FFS和IPS器件需改善成品率；VA器件需降低價(jià)格。今后改善TFT-LCDS的視角特性還有許多工作可做，除了器件本身的設(shè)計(jì)方面外，液晶生產(chǎn)線也必須改善。總的來說，液晶顯示器件的視角窄問題已宣告解決，剩下的問題是如何進(jìn)一步降低成本。7.2提高響應(yīng)速度普通TN型TFT-LCD最亮態(tài)和最暗態(tài)間轉(zhuǎn)換的響應(yīng)速度為10～20ms，如果計(jì)及任意灰度級(jí)之間轉(zhuǎn)換，響應(yīng)時(shí)間就變成l00ms左右。LCD用于計(jì)算機(jī)等慢變圖像顯示尚可，但用于電視或多媒體時(shí)便產(chǎn)生明顯的拖尾現(xiàn)象，所以改善LCD響應(yīng)速度是另一個(gè)重要課題。既使將響應(yīng)時(shí)間降到場(chǎng)周期20ms以下，還不能全部解決問題，因?yàn)橐壕э@示是保持型，如圖7-12所示。而CRT顯示是脈沖發(fā)射型，特別適合于動(dòng)態(tài)圖像顯示。為了解決LCD這個(gè)問題，可在每場(chǎng)的1/3～1/2周期內(nèi)插入一個(gè)暗態(tài)，可以明顯改善保持發(fā)光型帶來的問題。在這種情況下，LCD在任何灰度級(jí)內(nèi)的響應(yīng)時(shí)間都必須小于10ms，采用OCB模式可以滿足這個(gè)要求?，F(xiàn)在一種場(chǎng)序彩色LCD發(fā)展很快。它無需彩色濾光片，由黑—白OCB液晶盒和R、G、B三色背光源組成。全彩色圖像是這樣得到的：以每色1/150s的周期順序地顯示R、G、B的半色調(diào)圖像，與此同時(shí)打開相應(yīng)的背光源。與彩色濾光片型相比，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是分辨力提高約3倍，透光率提高約5倍，而且不需要像素電極與彩色濾光片圖形之間的對(duì)準(zhǔn)工藝。為實(shí)現(xiàn)場(chǎng)序彩色顯示液晶的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)為2～3ms。這只有OCB模式才行當(dāng)然采用鐵電液晶可以得到比OCB模式快得多的響應(yīng)速度，由于鐵電液晶工藝太困難，離大生產(chǎn)尚有不少距離，所以液晶顯示的響應(yīng)速度只能說是得到了部分解決。7.3反射式LCD反射式LCD器件具有低功耗、在強(qiáng)環(huán)境光下清晰度高等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來主要應(yīng)用于手機(jī)、手表等小尺寸顯示領(lǐng)域，而用于電視與筆記本電腦的LCD器件基本上屬于透射式。筆記本電腦功耗90％以上用于背光源，其余大部分功率消耗在集成電路上，而液晶屏本身功耗是微不足道的。開發(fā)高質(zhì)量大尺寸反射式彩色液晶顯示才能真正發(fā)揮液晶微功耗的特點(diǎn)，也符合人們對(duì)低功耗便攜式信息終端、便攜式彩色游戲機(jī)日益增加的要求。本節(jié)概要介紹反射型LCD的構(gòu)成和顯示模式、反射式液晶顯示器件的新技術(shù)。7.3.1反射型LCD的構(gòu)成和顯示模式反射型LCD共有4大類型6種不同的結(jié)構(gòu)形式，如圖所示。4類結(jié)構(gòu)中，(b)類與(d)類各有兩種類型(有、無偏光片)共有6種不同的構(gòu)成模式。分析（a）類反射型LCD:有兩個(gè)偏光片，使亮度下降，又因玻璃板厚，會(huì)產(chǎn)生視差，分辨力低，分TN和STN兩種。（b）類反射型LCD:擴(kuò)散反射層在內(nèi)部，沒有視差；（c）類反射型LCD:有PCGH、PDLC和PSCC（聚合物穩(wěn)態(tài)膽甾型）（d）類反射型LCD:也分為有、無偏光片兩種。反射型LCD各種模式性能比較反射型LCD共有20種不同的結(jié)構(gòu)。7.3.2反射式液晶顯示器件的新技術(shù)1反射式TFT-LCD器件該器件是一種高反射率薄膜晶體管（HR-TFT）器件，與同尺寸透射式TFT-LCD器件相比，前者的厚度、重量和功耗分別是后者的1/3、1/2和1/7。如圖7-14所示是這種器件的結(jié)構(gòu)。在HR-TFTLCD器件中，其反射電極具有微反射結(jié)構(gòu)，即在反射鋁層或銀層上制作出微型凹凸結(jié)構(gòu)，使反射與散射特性分離，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)反射與散射，避免了因視差造成的圖像劣化，并且視角較大。HR-TFTLCD器件的顯示模式為NW，并能通過微濾色器，以加法實(shí)現(xiàn)多色顯示。這種LCD器件的優(yōu)點(diǎn)是高反射率（因此有高亮度）、高對(duì)比度及色品度優(yōu)。反射HR-TFTLCD器件的結(jié)構(gòu)2反射式賓主型LCD（GH-LCD）器件GH-LCD有使用與不使用偏光片兩種。不使用偏光片的GH-LCD是兩層型的，其中的一層用于代替偏光片，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度與高反射率。但雙層結(jié)構(gòu)制造困難，并帶來視差。使用偏光片的GH-LCD應(yīng)用較為廣泛。在這種GH-LCD中新開發(fā)出來的α-TNGH-LCD性能最好，在制造時(shí)，通過調(diào)節(jié)分子螺旋節(jié)距而不是傳統(tǒng)的摩擦方式取向，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。α-TNGH-LCD能夠?qū)崿F(xiàn)32級(jí)灰度，并且顯示的灰度無返轉(zhuǎn)現(xiàn)象，所以顯示效果好，功耗很低，視角也較寬。3單偏光片彩色反射式超扭曲向列LCD（STN-LCD）器件傳統(tǒng)的反射式STN-LCD是由兩偏光片與夾在它們間的液晶盒組成，反射層位于其中一偏光片的外表面。如果配以濾色器，即可實(shí)現(xiàn)彩色顯示。但在這種結(jié)構(gòu)中，由于入射光與反射光全都需要在濾色器與液晶層后面的許多層中通過較長(zhǎng)距離,如圖所示。這樣會(huì)造成視差，使器件的色純度很差。要避免視差，取得高色純度，就應(yīng)使入射光在緊靠濾色層處被反射，即將反射層裝在器件內(nèi)靠近液晶層與濾色層處，這樣一來就只需1片偏光片。單偏光片反射式彩色STN-LCD就是基于這一點(diǎn)設(shè)計(jì)的，如圖所示。該器件雖然提高了色純度，但仍存在著響應(yīng)速度和對(duì)比度不如CRT的缺點(diǎn)。光線在傳統(tǒng)反射式STN-LCD器件中的路徑單偏光片反射式STN-LCD器件的結(jié)構(gòu)4單偏光片反射式AFLCD器件AFLCD器件最大的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，只有幾十微秒。在AFLCD器件中，AF（反鐵電）﹣FO（鐵電）態(tài)轉(zhuǎn)換是通過施加直流脈沖電場(chǎng)實(shí)施的。在無電場(chǎng)情況下，反鐵電液晶層的光學(xué)軸與偏光片的夾角為0°，器件處于亮態(tài)。若要得到暗態(tài)，需要加光學(xué)補(bǔ)償，即加入光學(xué)單軸延遲膜，產(chǎn)生相當(dāng)于入射光波長(zhǎng)1/4的相位差，以補(bǔ)償光線通過反鐵電液晶層時(shí)產(chǎn)生的相位差。偏光片與反鐵電液晶層的上表面接觸，而反射層則位于反鐵電液晶層下。在反鐵電液晶層與反射層之間是一單軸延遲膜，如圖所示。研制高效高像質(zhì)彩色反射式LCD器件，并使之進(jìn)入電視與計(jì)算機(jī)應(yīng)用一直是LCD技術(shù)人員追求的目標(biāo)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看是有可能使反射式LCD器件在要求高像質(zhì)顯示的領(lǐng)域中取得一席之地。上述幾種進(jìn)展是這種努力的初步結(jié)果。圖7-17單偏光片反射式AFLCD器件在不同狀態(tài)下的截面圖7.4.0低溫多晶硅低溫多晶硅（LTPS）技術(shù)對(duì)液晶顯示技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)是巨大的。該技術(shù)能完全淘汰掉目前應(yīng)用于一般筆記本電腦等高檔液晶顯示器中非晶硅TFT-LCD的行列驅(qū)動(dòng)器集成電路芯片。LTPS顯示器能提供高達(dá)300像素/英寸（ppi）能提高分辨力格式，并且組裝簡(jiǎn)單、重量輕、功耗低、亮度高、經(jīng)久耐用和可靠性高。130ppi或更高的像素密度對(duì)于閱讀印刷品中小6～10號(hào)鉛字是理想的，對(duì)于顯示逼真的高質(zhì)量圖像也是有利的。因?yàn)樘岣唢@示屏分辨力可轉(zhuǎn)化為提高生產(chǎn)率和清晰度，例如單塊屏上顯示大量信息可以改善用戶的效率和利用率，所以LTPS技術(shù)對(duì)液晶顯示技術(shù)帶來的影響是不可估量的。本節(jié)概要介紹LTPS發(fā)展史、技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)、LTPSTFT發(fā)展趨勢(shì)。7.4.1LTPS發(fā)展史LTPS-TFT技術(shù)開始于20世紀(jì)80年代中，1984年開發(fā)出1.7英寸帶集成門驅(qū)動(dòng)電路的LTPSTFT-LCD；1996年日本三洋公司制出2.5英寸的LTPSTFT-LCD；東芝于1998年和1999年分別推出大量生產(chǎn)的10.4英寸XGA和15英寸UXGALTPSTFT-LCDS；東芝公司為了掌握LTPS的大生產(chǎn)技術(shù)花了10年時(shí)間，主要是精確控制激光的電源、激光波形的穩(wěn)定性和激光發(fā)射的持續(xù)時(shí)間。7.4.2LTPS技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)1晶化與遷移率先將α-Si薄膜沉積在玻璃上，作為多晶硅膜的母體。由于α-Si膜中含有超過10％的氫，所以用分子激光束去氫400°～500°C，將α-Si轉(zhuǎn)化為P-Si可用分子激光束退火（ELA）或金屬誘導(dǎo)結(jié)晶（MIC）。

ELA退火過程中將α-Si薄膜熔化，冷卻后可獲得大晶粒，場(chǎng)效應(yīng)遷移率可高達(dá)400cm2/V.s。再結(jié)晶顆粒大小與α-Si層厚度有關(guān)，以膜厚40～50nm為佳；還與激光器功率有關(guān)，功率小則顆?？尚∮?.1μm；功率過大，顆粒增大，但同時(shí)出現(xiàn)小顆粒集團(tuán)，所以存在最佳功率流。測(cè)試結(jié)晶顆粒與場(chǎng)效應(yīng)遷移率的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：（1）n溝電子遷移率隨顆粒增大而變大，顆粒1.5μm時(shí)，μn=236cm2/V.s，這說明電子的遷移主要受限于晶粒邊界的散射。（2）p溝空穴遷移率先隨結(jié)晶顆粒變大而上升，但顆粒大于0.51μm后，μp保持不變（約100cm2/V.s），這表明μp主要受限于硅顆粒中的缺陷和殘留不純物。2摻雜與活化在大量生產(chǎn)中控制P-SiTFT的門柵控制電壓Vth是首要的，其次是用摻硼來調(diào)節(jié)門柵控制電壓。摻雜用于控制門柵控制電壓和形成源極和漏極。在這兒不采用離子注入，而是采用低能未質(zhì)量分離的摻雜工藝，因此使雜質(zhì)劑量在總離子流中保持恒定是關(guān)鍵。將摻雜的原子激活也是一個(gè)基本處理過程。ELA的激活率高，但無法在金屬自對(duì)準(zhǔn)門柵結(jié)構(gòu)中使用。RTA法會(huì)由于過熱