TFT-LCD原理與設計

本書將科學原理與工程實踐相結合，系統地介紹TFT-LCD的基本原理與功能設計。全書共12章，分三大部分。第一部分介紹TFT-LCD的基本概念，TFT器件的工作原理與液晶的基本物理特性；第二部分介紹TFT-LCD的材料技術與工藝技術；第三部分介紹TN/IPS/VA顯示屏原理與設計、TFT-LCD電路驅動原理與設計、TFT-LCD模組結構原理與設計、TFT-LCD高品質和低成本設計、半透過型TFT-LCD原理與設計。本書在介紹TFT-LCD基本原理的基礎上，全面地介紹了發展起來的TFT-LCD新技術、新應用。

本書可作為高校、科研單位、企業、政府等學習、應用和發展TFT-LCD顯示技術的重要參考資料。 ^[2] 

第 1章 緒論 1

1．1 TFT-LCD的功能結構 1

1．2 TFT-LCD的基本概念 5

1．2．1 與物理相關的概念 5

1．2．2 與光學相關的概念 9

1．3 TFT-LCD的彩色顯示 13

1．3．1 光的顏色和亮度 13

1．3．2 色的座標和温度 16

1．3．3 彩色顯示的基本概念 21

本章參考文獻 24

第 2章 TFT器件技術 28

2．1 TFT器件基礎 28

2．1．1 TFT器件的種類與結構 28

2．1．2 TFT器件的開關特性 30

2．1．3 TFT開關特性的結構設計 34

2．2 a-Si TFT技術 39

2．2．1 a-Si半導體特性 39

2．2．2 a-Si TFT開關特性 42

2．2．3 a-Si TFT工藝技術 47

2．2．4 a-Si TFT開關的工藝設計 51

2．3 LTPS TFT技術 54

2．3．1 LTPS TFT的分類 55

2．3．2 LTPS 半導體特性 59

2．3．3 LTPS TFT器件特性 61

2．3．4 LTPS TFT工藝技術 66

2．4 IGZO TFT技術 69

2．4．1 IGZO半導體特性 70

2．4．2 IGZO TFT器件特性 73

2．4．3 IGZO TFT可靠性 75

本章參考文獻 80

第3章 液晶顯示基礎 86

3．1 液晶結構 86

3．2 液晶光學 89

3．2．1 液晶的光學各向異性 89

3．2．2 液晶的偏光特性 91

3．3 液晶電學 93

3．3．1 液晶的介電各向異性 93

3．3．2 液晶的V-T特性 95

3．3．3 液晶的交流驅動 96

3．4 液晶力學 97

3．4．1 液晶的黏彈性 97

3．4．2 液晶動態電容效應 99

3．5 液晶材料 100

3．5．1 液晶分子結構與特性 100

3．5．2 液晶材料的特性要求 104

3．6 液晶顯示模式 106

3．6．1 TN顯示模式 106

3．6．2 IPS顯示模式 108

3．6．3 VA顯示模式 109

本章參考文獻 110

第4章 TFT-LCD材料技術 113

4．1 玻璃基板 113

4．1．1 玻璃基板的製造技術 113

4．1．2 玻璃基板的使用要求 116

4．2 導電薄膜 119

4．2．1 金屬導電薄膜 119

4．2．2 ITO透明導電薄膜 122

4．3 配向膜 125

4．3．1 配向膜的材料技術 125

4．3．2 配向膜的特性要求 127

4．4 封框膠 130

4．5 間隙子 132

4．6 CF基板 135

4．6．1 CF的材料技術 136

4．6．2 CF的特性要求 140

4．7 偏光板 144

4．7．1 偏光板概述 144

4．7．2 相位差板 148

4．7．3 寬視角補償膜 151

4．8 電路元件 155

4．8．1 電學元器件 155

4．8．2 PCB基板 155

4．8．3 驅動IC封裝方式 157

4．9 背光源 159

4．9．1 光源 159

4．9．2 光學膜片 162

4．9．3 導光板 166

本章參考文獻 168

第5章 TFT-LCD工藝技術 173

5．1 陣列工藝技術 173

5．1．1 陣列工藝流程 174

5．1．2 玻璃基板洗淨 177

5．1．3 PVD成膜 179

5．1．4 PECVD成膜 182

5．1．5 光刻膠處理 185

5．1．6 曝光處理 189

5．1．7 濕刻 193

5．1．8 幹刻 196

5．1．9 陣列檢查工程 199

5．2 成盒工藝技術 201

5．2．1 配向膜處理 202

5．2．2 封框膠塗布 205

5．2．3 液晶滴下 207

5．2．4 真空貼合 209

5．2．5 封框膠硬化 212

5．2．6 玻璃切斷 214

5．2．7 偏光板貼附 217

5．2．8 成盒工程檢查 219

5．3 模塊工藝技術 221

5．3．1 外引腳貼合 221

5．3．2 信號處理基板壓接 225

5．3．3 模塊組裝 227

5．3．4 老化實驗 228

5．3．5 模塊工程檢查 230

本章參考文獻 231

第6章 TN顯示原理與設計 235

6．1 TN顯示原理 235

6．1．1 TN顯示的透光率 235

6．1．2 TN顯示模式的選擇 238

6．1．3 TN顯示的光學原理 240

6．1．4 TN顯示的電學原理 243

6．2 TN像素工作原理 246

6．2．1 TN像素基本結構 246

6．2．2 像素中的電容效應 249

6．2．3 配線延遲效應 253

6．2．4 灰階電壓寫入與保持 257

6．2．5 TN顯示的綜合效應 259

6．3 15XGA的顯示屏設計 262

6．3．1 預設計 262

6．3．2 TFT側像素設計 267

6．3．3 彩膜側像素設計 272

6．3．4 顯示屏周邊設計 277

6．3．5 顯示屏用標記設計 284

6．4 15XGA的基板相關設計 288

6．4．1 基板用TEG與標記設計 288

6．4．2 UV掩膜版和UV基板設計 292

6．4．3 配向膜印刷版設計 296

本章參考文獻 298

第7章 IPS顯示原理與設計 302

7．1 IPS顯示原理 302

7．1．1 IPS顯示的透光率 302

7．1．2 IPS顯示的光學原理 306

7．1．3 IPS顯示的電學原理 310

7．2 IPS技術的發展 312

7．2．1 S-IPS顯示技術 313

7．2．2 AS-IPS顯示技術 316

7．2．3 FFS顯示技術 317

7．2．4 AFFS顯示技術 321

7．3 32HD IPS顯示屏設計 324

7．3．1 IPS像素設計原理 324

7．3．2 32HD像素設計 329

7．3．3 32HD顯示屏設計 334

7．4 32UHD FFS顯示屏設計 337

7．4．1 AFFS像素設計原理 337

7．4．2 32UHD像素設計 339

7．4．3 32UHD顯示屏設計 343

7．5 IPS殘像的機制與對策 346

7．5．1 IPS殘像的機制 347

7．5．2 離子型不純物分析 351

7．5．3 殘留DC分析 356

7．5．4 線殘像的機制與對策 361

本章參考文獻 363

第8章 VA顯示原理與設計 366

8．1 VA顯示原理 366

8．1．1 VA顯示的透光率 366

8．1．2 VA顯示的光學原理 368

8．1．3 VA顯示的電學原理 370

8．2 VA技術的發展 373

8．2．1 MVA顯示技術 373

8．2．2 PVA顯示技術 377

8．2．3 CPA顯示技術 380

8．2．4 PSVA顯示技術 386

8．2．5 UV2A顯示技術 388

8．3 VA的色偏機理與對策 390

8．3．1 VA的色偏機理與評價 390

8．3．2 色偏的8疇改善技術 394

8．3．3 色偏的其他改善技術 399

8．4 98QUHD顯示屏設計 401

8．4．1 98QUHD的傳統VA像素設計 402

8．4．2 98QUHD的光配向VA像素設計 407

8．4．3 98QUHD顯示屏設計 410

本章參考文獻 415

第9章 TFT-LCD驅動技術與設計 419

9．1 TFT-LCD驅動原理 419

9．1．1 驅動原理簡介 419

9．1．2 驅動方式 423

9．1．3 灰階增強技術 428

9．2 TFT-LCD電路技術 431

9．2．1 接口電路 432

9．2．2 電源電路 439

9．2．3 時序控制電路 444

9．2．4 數據驅動電路 451

9．2．5 掃描驅動電路 460

9．3 TFT-LCD電路設計 466

9．3．1 電路原理圖設計 466

9．3．2 PCB和COF版圖設計 473

9．3．3 COF設計 478

9．3．4 伽馬設計與調節 479

本章參考文獻 482

第 10章 TFT-LCD結構技術與設計 486

10．1 結構技術與設計概要 486

10．1．1 結構技術概要 486

10．1．2 結構設計概要 490

10．2 模組的結構設計 493

10．2．1 開路顯示屏結構設計 493

10．2．2 膠框設計 498

10．2．3 導光板設計 501

10．2．4 光學膜片設計 503

10．2．5 CCFL光源的結構設計 505

10．2．6 LED光源的結構設計 510

10．3 背光源的光學設計 512

10．3．1 光學設計基礎 513

10．3．2 亮度設計 516

10．3．3 亮度均勻性設計 517

10．3．4 光學品質設計 520

10．4 模組的力學設計 521

10．4．1 強度設計 522

10．4．2 散熱設計 527

10．4．3 防塵設計 529

10．5 模組的電學設計 530

10．5．1 EMI設計 530

10．5．2 絕緣耐壓設計 532

10．6 模組的其他設計 532

10．6．1 組裝設計 532

10．6．2 安全性設計 533

本章參考文獻 535

第 11章 高品質和低成本設計 539

11．1 面向光學規格的高品質設計 539

11．1．1 高亮度設計 539

11．1．2 高對比度設計 541

11．1．3 高響應速度設計 544

11．2 面向特殊畫質的高品質設計 548

11．2．1 閃爍機制與設計對策 548

11．2．2 串擾機制與設計對策 552

11．2．3 顯示不均的機制與設計對策 557

11．3 高合格率設計 563

11．3．1 工程檢查及相關設計 563

11．3．2 ESD改善設計 565

11．3．3 點缺陷修復設計 569

11．3．4 線缺陷修復設計 574

11．4 低成本設計 577

11．4．1 掩膜版消減技術 578

11．4．2 驅動IC消減技術 581

11．4．3 背光源零組件消減技術 588

本章參考文獻 590

第 12章 半透過型TFT-LCD設計 594

12．1 反射型TFT-LCD原理與設計 594

12．2 半透過型TFT-LCD原理與設計 597

12．3 半透過型TFT-LCD的反射光學設計 600

12．3．1 內反射光學設計 601

12．3．2 外反射光學設計 604

12．4 半透過型TFT-LCD的偏光光學設計 606

12．4．1 ECB常白模式的偏光光學設計 607

12．4．2 ECB常黑模式的偏光光學設計 612

本章參考文獻 614 ^[2] 

TFT-LCD產業是資金密集型和技術密集型產業，需要大量懂技術、有經驗的工程師在一線維護工廠的運行、開發有競爭力的產品。TFT-LCD產業的發展歷史證明，技術人員配備越全面，產業發展勢頭就越強大。我國進入TFT-LCD產業較晚，加上國外企業的技術封鎖，因此缺少TFT-LCD學習資料。鑑於此，作者於十年前把自己在TFT-LCD行業學習、工作的筆記進行了整理，編寫了《TFT-LCD原理與設計》一書。該書內容基於TFT-LCD工廠生產實踐，將科學原理與工程應用相結合，全面系統地闡述了TFT-LCD的原理與設計。

本書第一版出版發行的這十年，也是我國TFT-LCD產業快速崛起的十年。在我國TFT-LCD產業從零起步時，作者從半導體集成電路產業轉入了TFT-LCD產業，見證了我國TFT-LCD產業從無到有，再到顯示面板出貨規模位居世界第一的整個過程。TFT-LCD作為半導體顯示產業，沒有科技創新就無法推動產業發展，沒有技術積累就無法推動科技創新。根據TFT-LCD產業的發展現狀，結合十年來讀者的反饋，作者更新了第一版的內容。 ^[2] 

馬羣剛，浙江東陽人，理學博士，正高級工程師，工業和信息化部電子科學技術委員會委員，長期從事集成電路與新型顯示領域的科技工作，在新型顯示方向有兩年海外學習經歷。主持或參與完成國家科研項目10餘項，發表學術論文30餘篇，申請發明專利70餘件，主編國之重器出版工程“新型顯示技術叢書”。 ^[2]