出版物

平板显示技术


作者 刘纯亮,张小宁,梁志虎 出版日期 2013-11-05 出版社 电子工业出版社
出版物简介 平板显示(FPDs)在我们日常生活中随处可见,仅举数例:移动电话,笔记本电脑,台式电脑,电视机,交通指示灯,电子标牌。已经开发出的几种平板显示技术有:液晶显示(LCDs),等离子体显示(PDPs),发光二极管(LEDs),有机发光器件(OLEDs)和场发射显示(FEDs)。由于每种显示技术有其独特的性能和应用,这些技术是共存的。
然而,由于显示材料和工作机理的差异,目前尚无一本教科书能够涵盖如此宽泛的显示技术的基础物理。已有的书籍专注于特定的显示技术,或者有些书的章节介绍了不同的显示技术。本书打算作为高年级本科生和研究生的教科书,他们的专业背景比较宽泛,例如,电机工程,电子学,材料科学,应用物理和光学工程。本书也可用作在显示工业工作的工程师和科技人员的参考书。本书素材及其内容编排来自“显示技术概论”课程。自从2003年以来,该课程由台湾大学电机工程学系光电工程学研究所李君浩讲授。
本书对薄膜晶体管 (TFTs)、LCDs、PDPs、LEDs、OLEDs 和 FEDs 的基本工作原理和相关物理逐章予以介绍。LCD属于非发光型显示。从电学角度看,每个像素是一个TFT驱动的光开关。为了减少电容的漏电流,液晶材料应该具有高电阻特性。但是,为了得到高对比度,大多数直视式TFT LCDs需要两个吸收型光学偏振片。这些偏振片不但降低了光透过效率,而且限制了LCD的视角。因此,对于宽视角LCD,相位补偿薄膜是必须的。相反,PDP属于发光型显示。PDP可以看做单个基板上百万只微型荧光灯。LED和OLED是分别由结晶半导体和非晶有机材料构成的电致发光器件。与同样是有机化合物的液晶材料相比,OLED材料应当具有低电阻特性以降低欧姆损耗。FED是一种平面型阴极射线管,它具有这种成熟技术的所有优点。
在本书中,不同显示技术的基本物理和实际技术问题(例如,材料要求,器件结构,加工方法和驱动技术)均予以讲述。各种显示技术处于不同的发展阶段,有些会比其它更成熟一些。一般而言,它们一直处于快速发展之中,要紧跟上技术的发展是比较困难的。因此,在这本概论性教科书中,我们重点强调基本科学问题,并仅仅抓住每种显示技术的关键技术进展。
本书的另一个目的是为交叉学科领域的读者提供背景知识,以激励他们的新思想。由于显示技术涵盖非常广泛的科学知识,来自任何方面的技术突破都可能导致该产业的显著进步。有时,不同显示技术之间不但存在竞争,也存在合作。例如,从显示应用而言,LCD和LED是完全不同的技术。但是,LED也可用作LCD的背光源。得到的结果是,LCD的色域扩大,动态对比度增强,功耗降低。读完本书后,期待读者能够从科学、技术和工程的角度对显示技术有一个整体的印象。不同的显示技术适合不同的尺寸(分布范围从对角线小于1英寸到大于1百英寸)和应用(例如,户外,室内和移动显示)。另外,本书也可作为读者迈向从事更先进的研究与开发工作的入门台阶。
本书的内容安排如下。第1章作为开发一种显示应用和评判其性能的导引,介绍了显示技术的分类和性能指标。同时还讲述了不同显示技术(LCD, PDP, LED, OLED 和FED)的应用。显示是用于产生或者再现彩色图像。第2章我们从科学的角度介绍了彩色形成的过程。以此为基础,可以应用彩色科学的背景知识在工程上实现彩色显示。第3章讲述以半导体材料为基础的TFT,它用于驱动LCD和OLED。由于是概论性教科书,本章首先介绍了基本的半导体物理,这些知识对第6章也是有用的。重点讲述了非晶硅和多晶硅的材料基础。然后,介绍了TFT的器件结构及其性能。最后,讲述了用于LCD和OLED的驱动技术和电路。另外,还简要介绍了诸如有机和氧化物TFT等新兴TFT技术。
第4章先讲述基本液晶化合物结构、混合物配方及物理性质,然后扩展到对器件结构和显示特性的讨论。介绍了三种类型LCD器件:透射式、反射式和透反式。大多数现代LCD采用透射式。但是,透射式LCD所显示的图像在直射阳光下会出现冲蚀现象。相反,反射式LCD可在阳光下很好地工作,但在黑暗环境下看不到图像。在保持较好的阳光下可读能力的同时,又具备透射式显示的良好图像质量,人们开发出了透反式LCD。
第5章对PDP基础进行了总体介绍。首先讨论了气体放电物理,包括气体放电中的各种反应和I-V特性。讲述了DC PDP和AC PDP面板,以及表面放电和垂直放电方式。同时,还讲述了PDP面板的工艺技术和有用的工艺方法。最后,结合放电单元工作过程和驱动机理,讨论了PDP的系统技术。
第6章讨论半导体LED。首先介绍材料体系,它决定了器件的发光波长。然后,讨论了LED的电学性能、典型的p-n结和相应的光学特性。介绍了LED的加工工艺,它会显著影响器件的电学、光学和热学特性。最后,讲述了LED在显示中的应用。
第7章讲述OLED,它在加工工艺和工作原理上分别与LCD和LED有类似之处。该章从有机材料开始讨论。介绍了有机材料中的光物理过程。然后讲述了有机材料中的电注入和传输。接着讨论OLED器件的结构和加工工艺。OLED的一个严重缺点是寿命较短,对该问题也进行了讨论。
第8章对FED基础进行了总体介绍。首先讨论了场发射物理,包括场增强和真空问题。介绍了FED结构、显示原理和各种电子发射源。对低压和高压荧光粉的优缺点进行了比较。同时,还讲述了FED的面板工艺技术和有用的工艺方法。最后,讨论了FED的系统技术。