1、完整版光电子技术武汉职业技术学院毕业设计论文优秀论文 审核通过未经允许 切勿外传武 汉 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文平板显示技术的研究学院:电子信息工程学院专业：光电子技术班级: 09304姓名: 王勇民学号：指导老师:陈书剑2012年03月20日平板显示技术的研究摘 要：介绍了平板显示器件制造中的柔性连接带热压工艺 用此工艺实现显示板和驱动电路板的连接具有方便、快捷、可靠性高的特点。关键词：平板显示技术，平板显示器， FPT制作工艺，柔性连接带热压工艺AN ANALYSIS OF THE CURRENT SITUATION AND DEVELOPMENT TREND OF FPD T
2、ECHNOLOGYLIU GUI-LIANG(CLASS 3，COLEGE MAJOR OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY,SCAU.)ABSTRACT: DIFFERENT BETWEEN THE FPD AND CRT TECHNOLOGY.INTRODUCE THE MAIN TECHNOLOGY AND MAIN STREAM PRODUCTS OF FPD.SUMMARY OF THE CURRENT STAGE AND DEVELOPMENT TREND OF FPD.SOMESUGGESTION.KEYWORD: FLAT PANEL DIS
3、PIAY; TELEVISION PICTURE TUBE TECHNOLOGY; LIQUID-CRYSTAL DISPLAY; PLASMA DISPLAY PANEL; SITUITAION OFDEVELOPMENT; FUTURE PROESPECT.1绪论 111 前言 3 12 概况 32 平板显示技术 3 21 平板显示技术的应用 322 液晶显示器原理1 1 23新型平板显示器介绍 1524平板显示器件制作工艺 182. 5小结 223 结论 24参考文献 24致谢 241、绪论1.1前言 近年来显示技术发展很快，平板显示器以其完全不同的显示和制造技术使之同传统的视频图像显示
4、器有很大的差别。传统的视频图像显示器主要为阴极射线管CRT(Cathode ray tubes)；而平板显示器与之的主要区别在于重量和体积(厚度) 方面的变化,通常平板显示器的厚度不超过10cm (4in) ,当然还有其他的不同.如显示原理、制造材料、工艺以及视频图像显示驱动方面的各项技术等。平板显示器具有完全平面化、轻、薄、省电等特点,符合未来图像显示器发展的必然趋势。目前主要的平板显示器包括: PDP (Plasma display panel)、LCD( Liquid crystal displays) 、FED( Field emission displays)、 OLED ( Org
5、anic light-Emittingdiode displays )以及投影显示技术（CRT、LCD、LCOS、DLP）等。1.2概况2、平板显示技术原理21 平板显示技术的应用平板显示器 平板显示器是指显示屏对角线的长度与整机厚 度之比大于4：1的显示器件，包括液晶显示器、等离子体显示器、电致发光显示器、真空荧光显示器、平板型阴 极射线管和发光二极管等。平板显示器有许多优点：薄型而轻巧，整机可做成便携式；电压低、无X射线辐射、 没有闪烁抖动、不产生静电，因而不会有碍健康；功耗低，可用电池供电；大部分平板显示器的寿命比阴极射线管 的长。平板显示器的军事、民用领域都有极其广泛的用途。在军事上凡
6、是需要用到显示器的地方，几乎都可以 使用平板显示器，如：C（U3）I系统、通信系统（特别是便携式通信机），电子战系统、导弹火控系统，以及坦克、飞机 和航天飞机的座舱，等等。平板显示器是近年来发展较快的高新技术，被认为是“20世纪最后几项高技术之一” 。 编辑本段未来的平板显示器 目前，市场上能见到的显示器有阴极射线管CRT显示器、液晶显示器LCD和等离子体显示器PDP。CRT的缺点是最大尺寸只有38英寸，体积大而笨重，耗电，环境和安全方面不很理想。而LCD（尤其是有源矩阵薄膜晶体管型LCD）和PDP都有价高，投资巨大，工艺复杂和制造困难等缺点。LCD还有视角小、响应速度低等问题。CRT有黑白和
7、彩色两种，黑白的显像管构造相对简单。图1.为黑白显像管的构造示意图。 图1：黑白显像管构造图对上述问题，科学家和工程师们经过20多年的探索，已开发出了一系列能克服上述缺点，并且结合了它们各自优点的新颖的平板显示器技术。这就是电致发光显示器ELD（Electroluminescent Display），有机发光显示器OLED，聚合物发光显示器PLED，场发射显示器FED，薄型阴极射线管THINCRT和电子墨水e-Ink等。 这些新型的显示器都已经有样品展示，一些小尺寸的产品已供应市场。再过几年，这些高性能的平板显示器将代替CRT、LCD和PDP，或者占领相当一部分市场份额。可以预言，未来的平板显
8、示器在众多厂商的加盟和推动下将变得更加多姿多彩。 1、电致发光显示器ELD电致发光指的是硫化锌或其他材料通电时会发射荧光。粉末电致发光现象1937年就被发现，但1981年以前并没有实际应用，直到将荧光材料沉积到玻璃底板时，才开发出薄膜电致发光板。这种显示器具有高对比度，已应用于航天飞机和工业控制等领域。电致发光显示按工艺可分为以Planar公司为代表的薄膜电致发光（TFEL）显示器和以加拿大IFIRE公司为代表的厚膜电致发光显示器。图1显示了TFEL显示器的结构。中心层是薄膜荧光体，当通上足够强的电场时荧光层就会发光。荧光体两边是绝缘层，顶电极和底电极则组成了基本的电容结构，其中至少一个电极必
9、须透明，以便看到光的发射。据称，采用这种显示技术的单色有源矩阵显示器亮度可达1000lpi（每英寸流明），分辨率可达VGA（640480）或XGA（12801024）。而彩色的有源矩阵电致发光显示器目前的分辨率为VGA水平。在性能方面，薄膜电致发光显示器胜过LCD或PDP显示器，其突出特点是：高分辨率，最高可到32级灰度、XGA的显示效果；高亮度，最高亮度达2000lpi，即使在明亮的环境光下也容易阅读；响应快速，小于1毫秒；视角宽，大于160度；工作温度范围宽，在-25度到65度时图像质量保持不变；功率损耗低，小于瓦特，而且不需要背光源；寿命长，平均无故障时间达10万个小时；电磁干扰低等。T
10、FEL显示器的主要问题是缺少全彩色的能力，难以大规模生产大尺寸显示器，这极大地限制了它在更广阔的市场中获得应用。与TFEL显示器相比，厚膜电致发光显示器可以无源驱动，不需要昂贵的有源矩阵薄膜晶体管阵列的制造工艺，仅需要较简单的制造电容和印刷线路板的丝网印刷工艺即可。而且，厚膜工艺不需要真空、气体和液体，对污染不敏感，生产效率高。据介绍，IFIRE的厚膜电介质层的厚度是TFEL介质层的20100倍，这极大地增加了介质强度，提高了ELD抗电击穿的能力，工作起来更可*。并且与TFEL相比，厚电介质无机电致发光显示器的亮度和效率均有成倍提高，更适合高亮环境下使用。在2001年6月国际信息显示协会的一次
11、会议上，IFIRE展示了亮度为350cdm2的全色显示器。该产品具有256级灰度，可表现1670万种色彩，其性能丝毫不逊色于现有的CRT显示器。在研发过程中，IFIRE重点解决了全色、大尺寸（2530英寸）和提高亮度这三大障碍，使厚膜电致发光显示器的亮度达到了薄膜器件的4倍。2、有机发光显示器OLED. 如图2是1987年制备的第一个高效的OLED结构： 图2：OLED按照采用的有机发光材料的不同，OLED可分为两大类，即小分子有机发光二极管SMOLED和聚合物发光显示器PLED。前者是柯达公司发明的有机电致发光膜制成的OLED，而后者是剑桥显示技术公司CDT开发的基于聚合物的OLED，即PL
12、ED，又被称为LEP（Light Emitting Polymer）。小分子OLED的典型结构如图4所示，有机发光层夹在金属阴极和镀覆了透明导电膜的玻璃阳极之间。整个有机发光层由空穴注入层、空穴传输层、发射层和电子传输层组成。当一个合适的电压（典型的在210伏）加到该元件上时，发射层中注入的正电荷和负电荷再结合而发光（电致发光效应） 有机发光显示器工艺最初是由柯达和三洋公司开发，它是柯达的有机电致发光工艺和三洋的低温多晶硅TFT工艺的结合。不像传统的LCD，OLED是自发光的，因此不需要背光、扩散器、偏光器、滤色器和对准材料。其优点是：视角宽、分辨率高、亮度高、响应速度快、驱动电压低、功耗低、
13、制造成本便宜、更轻更薄等。 应该说，OLED是最有前途的一种显示器，但目前仍处在早期阶段，其主要缺点是色彩的可*性问题在使用一个月后色彩变得不均匀。通常是红色和蓝色退色，留下很绿的显示。一般蓝色寿命1000个小时，红色寿命3万个小时，绿色10万个小时。虽然这对于生产手机那样的字母数字器件已足够，但用于桌面显示仍是问题。专家预测，基于OLED的各种显示产品的大规模生产至少还需要4年左右的时间。3、聚合物发光显示器PLED。1989年剑桥大学发明了发光聚合物LEP，其后剑桥显示技术公司CDT研制了基于LEP的聚合物发光显示器。在PLED的研究和商品化方面，CDT始终是领导者。目前已获得CDT技术许
14、可的公司有Philips、Seiko-Epson、OSRAM和Delta Electronics等，这些公司主要生产用于移动通信和手持器件的单色或多色无源矩阵显示器。 聚合物发光显示性能突出，应用广泛，从小尺寸的七段字符显示到全色大屏幕视频和图形显示均可。作为下一代平板显示器，其优点是：自发光，不需要背光、偏光器、滤色器；高对比度，即使在明亮的环境下也易读；180度的视角；小于5伏的低直流电池电压驱动；开关速度快（1微秒），图像显示不模糊、不拖尾、不受温度影响；超薄，便携性高；结构和工艺简单，可用于大屏幕和柔性显示；可获得高分辨率的图像显示等。目前，CDT和Seiko-Epson公司已联合开发
15、了2.85英寸、每英寸100像素分辨率的NTSC制彩色电视机。该产品可表现26万种彩色，具有64级灰度（每一种色）和100cdm2的亮度4、场发射显示器FED。如图3： 图3：场发射显示器FEDFED（Field Emission Display）的工作原理和CRT相似，电子从阴极逸出并加速撞到像素单元前面的红、绿和蓝荧光层，而后能量转换成光。FED中的电子是由阴极尖和紧*它的栅极之间的电压差产生，即场发射。在实际器件中，每一个像素包含几千个纳米尖电子发射体（纳米尖由半径小于1纳米的钼或硅材料制成），并获得有效的电子发射。此外，用平面类金刚石碳膜代替纳米尖，也适合作电子发射。 FED器件的栅电
16、压是50伏，分隔栅极和阴极的介质厚度是1纳米，阴极和阳极的距离是200纳米。其优点是：宽视角，垂直和水平方向大于160度；低功耗，属于激发发光器件，不需要背光；超轻超薄，工作温度范围宽等。与有源矩阵LCD相比，FED的亮度和对比度更高。对于有源矩阵LCD而言，只要一个薄膜晶体管失效，就会造成该处的一个像素永久性的亮或暗。而FED因为每个像素包含几千个发射体，即使它们中的20%失效，也不会遭受亮度的损失。此外，FED显示与CRT类似，不需要任何辅助光源，通过栅极电压的控制，就可以有效地调节图像的灰度等级，而通过增加场发射体密度和提高扫描频率的方法，就可以获得CRT那样的高分辨率。最近，日本伊势电
17、子工业开发出了使用纳米碳管阴极的40英寸彩色FED面板，美国IBM公司也开发出了纳米碳管FED。与目前的硅FED相比，纳米碳管FED的电流驱动性能指标跨导提高到了2倍左右（跨导是漏极电流与栅极电压的比率，其数值越大工作速度也就越高）。日本东芝公司也表示，将在2004年3月推出采用场发射显示技术的新一代壁挂式电视屏幕。屏幕大小约30英寸，厚2公分，其画质与传统阴极射线电视相当。东芝还计划以低于液晶显示器的价格销售先进的场发射平面显示器。5、薄型阴极射线管THINCRTTHINCRT整个厚度仅8mm，由美国Candescent技术公司开发，其工作原理和CRT相似。不过，它不用通常CRT的电子枪、偏
18、转线圈套和荫罩，而改用被称为SPINDT的圆锥形冷阴极发射体作为电子发射源。冷阴极电子通过穿孔导电板形成电子束流，当撞到涂覆荧光层的阳极板时发光。 THINCRT管由两块玻璃板组成，中间间隙仅1mm。显示器内的支撑物是由专有的0.05mm陶瓷薄壁制成，足以承受住外界的大气压。阳极面板是和通常CRT一样的镀铝彩色荧光层。代替CRT单个大阴极的是在基板上形成的几百万个微电子发射体。由于微电子发射体很小，每一个仅200纳米，并且若干个微电子发射体激活显示屏上的某个像素，允许有20%的失效率，这比LCD好得多。此外，THINCRT的冷阴极电子是在室温下产生的，它不需要加热，功率损耗仅仅是通常热阴极CR
19、T的一小部分，所以是效率非常高的显示器。另外，它不需要荫罩（而这要浪费80%的功率），进一步增进了功效。Candescent公司声称，THINCRT几乎可以沿用现有的CRT、LCD和半导体制造工业中的80%的工具、设备和工艺，这就极大地降低了设备生产线的成本。在1998年末，该公司联合索尼推出了14.1英寸的THINCRT显示器。THINCRT的优点是超轻超薄，低功率损耗，无限的视角，没有色和对比度的恶化，响应速度能满足全运动视频图像的要求，而且亮度范围宽，适合室内和户外应用等。6、电子墨水E-Ink.电子墨水是美国麻省理工学院（MIT）媒体实验室发明的新型材料和显示技术。为使他们研制的样品更
20、快推向市场，1997年创建了E-Ink公司，1999年又把电子墨水显示技术称做IMMIEAD显示，并开始进行电子墨水的商业应用。很快，这家私人公司就得到了许多投资商的青睐，目前已得到了3家风险投资公司和包括摩托罗拉在内的9家IT公司的资助。另外，E-Ink还被美国财富杂志评为1998年12家最酷的公司之一，并在1998年7月的自然杂志和1999年的今日美国期刊封面作了特别报道。（详情请参见CHIP今年第5期明天的显示技术一文）。值得一提的是，Lucent公司贝尔实验室的研究小组在电子墨水显示器的驱动电路方面作了大量工作。1999年10月，E-Ink和Lucent公司联合宣布，将结合电子墨水和塑
21、料晶体管两种工艺技术，开发由柔性塑料板装配的移动电子书和电子报纸。这标志着新型、廉价的类纸电子显示进入了一个新阶段。目前，E-Ink开发的电子纸样品比反射型LCD显示器亮得多，不仅在亮和暗的光照条件下都易读，而且对比度大于10:1，超过一般报纸8:1的对比度。因为仅在开关转换时需耗电，这种电子纸显示器仅是相应尺寸的LCD所需功率的十分之一到千分之一。此外，该样品在弯曲时也能正常显示文本和简单的图形图像。与其他显示技术相比，电子墨水今后的发展潜力巨大。因为它由类似普通墨水和纸张的材料制成，因此可保持纸一样的视觉特性，而且可以连接到互联网，或透过无线方式下载文本和图形信息，从而实现了纸上信息的动态
22、更新和移动显示。更奇特的是，电子墨水几乎可以打印到任何表面，从塑料到金属和纸等等。也许未来我们接触到的任何物体都可以由死的变成活的，充满动感。目前开发成功的E-Ink显示产品有字符分段显示器、图形显示器和用于广告以及销售显示的活动电子墨水。字符和分段显示元件可以集成到图样标志品、便携式电子产品、时尚礼品和各种商业和工业产品中；图形显示器适用于电子书、PDA及其他移动通讯器件；而活动电子墨水能以0.57秒的帧速显示闪烁的图像和动画。与电子墨水相似的是GYRICON媒体公司开发的电子再度使用纸（Electronic Reusable Paper）。该显示材料具有许多纸的性质，可存储图像，类纸似的反
23、射显示，宽广的视角，柔软而低价（可用卷绕机大规模生产），分辨率为100dpi（将增至300dpi），显示内容可以电擦除和重写（重复使用1000次），并可由交互式软件或通过无线网络传输更新。其潜在的应用领域有广告牌和公告板、数字书本和报纸、低功耗的便携式显示器、壁挂显示和折叠显示等。7、时代先锋-LCD-TV。LCD 器件是众多平板显示器件中发展最快、技术最成熟、应用面最广、已经产业化并仍在迅猛发展的一种显示器件,随着半导体技术的不断发展,人们已成功地将半导体技术与LCD 技术结合在一起,从而产生了LCD 的一个新兴产业TFT-LCD。由于LCD 具有超薄、省电、显示画质好(即三高:高亮度、高对
24、比度、高分辨率) 的优点;大小皆宜的尺寸,从而使液晶显示器得到了广泛的应用。不论是以数量计还是以使用种类计,液晶显示技术都远远地领先于包括CRT 在内的其他显示技术。LCDTV采用液晶屏和大规模集成电路相配接, 因此它具有以下的特点: (1) 体积小、 重量轻, 因而可以做成便携式和壁挂式, 甚至做到手表上。 (2) 功耗小: 液晶屏的驱动电压低、 耗电小。 (3) 失真小: 由于LCDTV采用行列电极加信号显示, 故不存在因电子束偏转所产生的几何失真和三基色失聚问题。 (4) 被动显示型。 (5) 无辐射、无污染。2 . 2液晶显示器原理液晶显示器(LCD)又称液晶屏, 其工作原理是以液晶电
25、光效应为基础的。 液晶是一种特殊的有机化合物, 其特性介于液体和晶体之间, 既具有液体的流动性, 又具有晶体的光学、 电学等特性。 LCD的结构如图1所示, 其内有两块相距1015 m的玻璃基板, 内表面有一薄层透明电极, 基板间充满了10 m厚的扭曲向列(TN)型的液晶材料, 它在外加电场作用下会产生上下扭曲(90)、色散和反射等光学效应。图4液晶显示原理。如图所示： 图4：液晶显示原理基板外表面有上下两块偏振片, 入射光侧的偏振片为起偏器, 出射光侧的为检偏器。在施加电场的作用下, 当施加的电场高于液晶特性的阈值时, 液晶分子轴平行于电场方向排列, 入射光的偏振光轴很少扭曲, 通过检偏器的
26、光通量就增加了, 如果电场比阈值大到了饱和值时 , 入射光与呈垂直状偏振光轴同向, 几乎不受液晶的影响而穿过检偏器, 这时液晶呈透明状态。 LCD内上下透明电极作成矩阵状, 将横竖电极交叉处对应的液晶看成一个像素, 其中装于检偏器一侧的X电极(行电极)为扫描电极, 其上加扫描电压 装于起偏器一侧的Y电极(列电极)为信号电极, 其上加信号电压, 这样每个像素等效为一个电阻和一个电容的并联电路, 所有液晶像素就等效为立体电路, 如图5所示。改变外加电压大小, 可以控制LCD的明暗程度, 得到黑白图像。图5：平板显示技术解析 彩色液晶屏的结构是通过一系列特殊工艺将红、绿、蓝R、G、B三种色素以某种排
27、列方法沉积在玻璃基板内形成滤色片, 相对某一像素都要形成红、 绿、 蓝三色点, 三基色只需一套信号电极驱动, 但彩色LCD的像素是单色屏的三倍。 在驱动电路作用下, 各像素分别发出三色光, 通过空间混色而实现彩色图像显示。 为了使液晶的电光效应响应速度快一些,目前一般采用有源矩阵驱动方式, 即在每个像素位置上, 按照集成工艺, 形成一个非线性开关元件-非晶硅薄膜晶体三极管(A-SITFT), 使各像素的寻址完全独立, 从而消除交叉串扰, 彩色LCD的电路框。大屏幕的领先者-PDP-TV等离子体显示屏PDP基本上是由一个包含红、绿、蓝荧光粉的介质放电单元组成的介质网络，它被固定在两片薄玻璃基板之
28、间。然后充以惰性气体密封后制成。在PDP屏的上下基板施加电脉冲来激励惰性气体使之放电，产生等离子体并发射紫外线，紫外线激励荧光粉而发光，由于PDP所有的像素都是同时被激发放电因此不会产生闪烁。 PDP分为交流和直流型两种类型，AC-PDP占主导地位。 PDP优点： 1. 亮度均匀，不受磁场影响，环境适应能力强。 2. 工艺简单，适宜大批量生产。 3. 具有记忆特性，图像效果好。 4. 色彩还原性好。 5. 视角大。OLED与LCD 相比：OLED 的温度特性、发光效率、功耗、发光颜色、响应时间和视角特性均超过了TFT-LCD。因此,OLED 被认为是LCD最强有力的竞争者,并将在未来的35 年
29、内成为一种重要的显示器。一、 OLED 的显示原理和器件结构OLED 基本显示单位由金属阴极、透明阳极和有机薄膜组成,如图1 所示。可以看到有机薄膜层是夹在金属阴极、透明阳极之间的,像一个三明治;中间的有机薄膜又分为电子传输层、有机发射层和空穴注入层(有时又分为空穴注入层和空穴传输层) 。当电场施加到OLED 基本显示单位的两极上,电子和空穴在有机发射层相结合产生出光,这一过程是电致发光的过程。所以OLED同LCD的显示机理是完全不同的,不需要外部光源的支持。 OLED的有机薄膜很薄,仅仅为500 nm ,而且其可以观察的视角很宽,达到160以上,同时电场的电压也低,仅为210V。二、OLED
30、主要性能特点1.亮度高，目前OLED的发光亮度已可以超过100 000 cd m。 2.对比度大 3.色彩效果好 4.环境适应性强，可以适应巨大的加速度、振动等恶劣环境。 5.视角大。 6. 响应速度快，可以实现高速度的视频重放。 7.功耗小。 8.分辨率高 9.基板要求 一个晶体管与LCD面板上的一个显示像素相对应，通过晶体管的开关控制LCD的亮暗。对应显示屏的所有像素晶体管阵列也被称作背板，如图所示。显而易见，背板的性能直接影响到显示屏的品质，即你的电视屏，手机屏及平板电脑等。像素开光的快慢与刷新率相关，而显示屏中所有像素的总数称为分辨率。 背板技术主要分为三种，分别是非晶硅（a-Si），
31、低温多晶硅（LTPS）和金属氧化物（MO）。如果你正在考虑入手一台平板电视，你会关注电视屏中微小的晶体管技术吗？在介绍背板技术前，我们先界定一些显示术语。大多数消费者对图像的清晰度，颜色的亮度，视角及运动图像的残像等指标非常感兴趣。分辨率是大家比较熟悉的一个重要的显示指标。高清晰分辨率（HD）是目前电视的标准配置，是显示屏像素数量的多少。HD TV规格是指具备1080行x1920列，总共个像素（事实上，每个像素还要由RGB三个子像素构成，以子像素计的显示单元三倍于上述像素数）。但是，即使对于HD分辨率的55英寸平板电视，其像素密度只有40ppi。智能手机和平板电脑显示屏的观看距离较近，所以具有
