第 4 部分

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2. 第7章 液晶显示技术的新动向 • 7.1 宽视角化技术的进展 • 7.2 提高响应速度 • 7.3 反射式LCD • 7.4 低温多晶硅

3. 7.1.0 宽视角化技术的进展 • LCD具有众多的优点 • LCD有视角各向异性和视角范围较小的弱点--在离开垂直于显示板法线方向观察时，对比度明显下降。 • 对于灰度和彩色显示，视角大时还会发生灰度和彩色反转的现象。在LCD向大尺寸发展和同时供多人观看的情况下，这个弱点尤为突出，成为向CRT技术挑战的一大障碍。 • 从LCD矩阵显示诞生起，宽视角技术就一直是液晶技术人员的重要研究课题，现在已取得了可喜的成绩。1994年AM LCD产品的典型视角性能为垂直方向-10°～+30°，水平方向±45°；1995年已将垂直和水平方向视角增大±60°。目前水平视角已达160°，基本上实现了宽视角的夙愿。 • LCD视角问题是由液晶的工作原理本身决定的--液晶分子是棒状的，分子不同的排列方式存在着不同的光学各向异性。 入射光线和液晶分子指向矢夹角越小，双折射越小；反之则双折射越大。 偏离显示板法线方向以不同角度入射到液晶盒的光线与液晶分子指向矢的夹角不同 造成不同视角下，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线设计的，这样视角增大时，最小透过率增加，对比度下降。而且偏离法线方向越远，对比度下降越严重，还可能出现暗态的透过率大于亮态透过率的现象--对比度反转现象。 对于黑白工作模式LCD，因分子排列只有两种方式，通过调整液晶盒的光学设计，可以改善LCD的视角特性，而对于灰度显示，因为每一种灰度对应着一种液晶分子排列，解决起来就困难得多。 为了改善LCD的视角特性，必须克服不同视角方向有效△nd不同的现象——液晶盒外光学补偿法、低扭曲角和低△nd设计、改变液晶分子排列方式 观察角度不同，对比度、颜色、辉度均不同

4. 7.1.1液晶盒外光学补偿法 1 相差膜补偿法 • 一种在液晶面的观察面上加贴一片一定数值的相位差膜以改善视角特性的方法。对于AMLCD，常采用无场时为亮态，即常白（NW）模式。 • 亮态时的透过特性与视角关系不大，而暗态(有场态)的透过率与视角关系十分灵敏，所以视角的补偿多集中在暗态的光学补偿上。由于暗态是有场态，这时液晶分子以垂直于基板表面的排列为主，为正性双折射，故可用负双折射系数的相差膜补偿。 • 对于常黑（NB）模式，则需要用正双折射系数的相差膜补偿。 • 用相差膜进行视角补偿的方法工艺简单，成本较低，可扩大视角范围，但没有改变原有对比度曲线沿方位角分布的形状。这种改善视角的方法还常与其他方法组合使用。 2 准直背光源加漫散射观察屏法 • 在LCD观察面上放置一块漫射屏，LCD的对比度沿方位角分布的不均匀现象可以得到消除，而且视角范围大大增加，但会使对比度下降严重。 用准直光作为LCD的背光源，对比度可以大大提高，所以准直背光源加漫散射观察屏可以得到既有足够对比度，又有很宽视角范围的显示质量。 • 以边光冷阴极荧光灯作为光源的LCD普通背光源，它的输出光基本上接近朗伯分布，可在其表面粘贴一层由二维的微光学单元组成的特殊薄膜，使背光源输出光在水平和垂直方向的发散角均小于±10°，近似为准直光源。 • 加上本系统后，在60°视角处的对比度为中心处的15％，不加本系统则只有中心处的0．7％。本方法对TN和STN-LCD都适用，液晶盒和背光源的设计和工艺不变，显示器的重量和厚度无明显增加，成本只增加5％～10％。

5. 7.1.2低扭曲角和低△nd设计LCD（LTN-LCD） • LCD较窄的视角特性是由于偏离法线方向不同角度入射光线的有效△nd不同形成的 • 减小LCD盒的△nd 减少△nd的变化 从而改善视角特性。但是△nd的减小 将使最大透过率下降。 • 可以将液晶盒的扭曲角变小 使最大透过率恢复到原有水平。但这又引起液晶盒有场态时的最低透率（NW模式）略有上升。为了提高对比度 可以加一层延迟量很小的PVA薄膜进行补偿。 • 这种低扭曲角LCD的一个例子是△nd=0.38μm，扭曲角7°，补偿膜延迟量为23nm，对比度达到100:l。可以将不发生灰度反转的视角范围从普通TN-LCD的-27°～30°扩展到-42°～73°。 • 本方法的工艺和普通TN-LCD完全相同，不需另外增加工艺过程，因此成本较低。但LTN-LCD的视角方位性仍未根本克服，只是在原有基础上得到了增宽，结果和相差膜补偿法类似。

6. 7.1.3改变液晶分子排列方式 • TN和STN液晶盒每个像素下面的液晶分子都是以围绕基板法线方向扭曲一定角度，在X、Y方向平移排列而成。不同方向人射的光线在不同液晶层面上遇到不同扭曲排列的液晶分子，造成有效△nd的不同，从而产生不同的视角特性。 • 从改变液晶分子排列方式着手，可以从根本上克服LCD视角较小的弱点 • 现在已研究出多种新的工作模式。 • 1 多畴TN • 多畴TN-LCD的每个像素由多个子像素组成，每个子像素都有特有的扭曲排列方式，构成一个畴和相应的视角特性。 • 整个像素的视角特性是各个子像素视角特性的迭加和平均，只要各子像素液晶分子的排列设计得合理，使它们的视角特性能互相补充，合成的视角特性就可以做得很宽，并且没有方向性。

7. 以双畴TN-LCD为例其实现方法的三种选择 • 图中所示的结构为双畴，两个畴中液晶分子的倾斜角度相反，其中一个畴具有很宽的上视角，另一个具有很宽的下视角，合成起来上下视角都很宽。这种结构的工艺上实施如图（a）下部所示，需2次光刻，4次摩擦。另一种结构示于图（b），它用一层未经摩擦的无机薄膜产生较低的预倾角，而像素的另一面用聚酰亚胺（PI）摩擦产生较高的预倾角。这种结构需2次光刻，2次摩擦和另加一层无机薄膜的制作。图（c）的结构可以进一步简化工艺，只在一块基板上把像素分成两个子像素，另一块基板上则整个像素都是低倾角。这种结构只需1次光刻，3次摩擦。 • 以上几种结构都需多次摩擦和光刻，不仅使工艺十分复杂，而且摩擦过的PI表面极易受到碱性显影液的伤害。于是又开发了用紫外光照射PI表面来产生和控制预倾角的方法。一些化学键交叉联系的PI材料在中紫外（例如310nm）照射下，预倾角随照射剂量的增加而增大，可在2°～6°范围内变化，因此只要在普通TN-LCD工艺中增加一道通过掩膜的UV照射，双畴显示便可以实现了。 • 从理论上讲，单个像素的液晶分子不同排列的畴越多，合成的视角特性越佳，但工艺的难度也随着增大。计算机模拟指出，畴数大于4以后对视角特性改善提高不多，所以实用中多用2畴或4畴分割。 多畴TN-LCD已在高档AMLCD中获得应用，双畴结构的视角可达±60°。多畴法的缺点是无法消除二畴边界处的反向倾角，在不牺牲亮度的前提下，获得较高的对比度有一定的困难。

8. 2 非晶TN模式（α-TN-LCD） • 采用电极切割的方法产生多畴工艺很复杂。 • α-TN-LCD则是利用液晶冷却过程来形成多畴，其工艺过程如下：在TN液晶材料中掺以一定手性材料，其螺距p是盒厚d的4倍。液晶盒的内表面是未经摩擦的各向同性PI层。注人液晶材料后，加热到清亮点以上，然后冷却到室温，冷却过程中液晶材料的晶化过程示于图7-3（b）。作为对比，于图7-3（a）中示出内表面经过摩擦处理的普通TN液晶盒晶化过程。冷却结束后形成一个个柱状结构，每个结构内分子从上内表面到下内表面都扭曲90°，但是分子的指向矢是随机的，且在中心平面中连续变化。 • 柱状结构间的中心距为10～100µm，因此一个像素内就包含了近百个柱状结构，相当于近百个畴，实现了不用分割电极而获得多畴结构的目的。 • 这种器件的视角特性与多畴特性十分相似。

9. 3 轴对称排列微单元模式（ASM） • 在液晶材料中加人手性材料和感光性高分子树脂，紫外光通过掩膜照射到液晶盒内，感光性高分子在UV作用下固化成树脂壁，把液晶分隔成许多微单元，每个微单元即为一个像素。微单之中的液晶分子在树脂壁的作用下，形成了以垂直于基板表面的一根中心轴为对称轴的轴对称排列，上下表面的分子仍扭曲90°，如图所示。 轴对称排列结构使得不同角度入射的光线的有效△nd变化较小，大大改善了视角特性。

10. 4 光学补偿弯曲排列模式（OCB） • 光学补偿弯曲排列模式OCB是英文optically compensated bend的缩写。上面讨论的几种改进视角的方法都是在液晶分子扭曲排列的基础上进行的，而OCB模式是液晶分子弯曲排列，如图所示。 液晶分子始终在XZ平面上，它的特点是： （1）OCB模式工作于液晶分子的双折射现象。 （2）在无电场情况下，通过液晶盒的光也会产生光程差，所以液晶盒上要加一层双轴光学补偿膜，以抵消这个光程差。 （3）偏振片的配置使上下偏振方向相互垂直。 （4）盒内液晶分子不扭曲，只是在一个平面内弯曲排列，为了实现这种排列，上下内表面分子的预倾角必需相等，且方向相反。 （5）液晶分子的排列是上下对称的，有光学自补偿效应，对于一束偏离法线方向的入射光，如果与盒上半部的分子夹角较大，有效△nd较大，则与盒下半部分子的夹角较小，有效△nd较小，使总的△nd随方位角变化不大。

11. 带有补偿膜的OCB模式的视角特性 • （6）带有补偿膜的OCB模式的视角特性大有改进，如图3—145所示。对对比度影响最大的无电场时的常黑态的透过率T0几乎与视角无关。水平方向±50°，垂直方向±40°不出现灰度反转，整个方位角范围内均匀性也好。 • （7）OCB模式除了有很宽的视角特性外，它的响应速度很快，可达到1～10ms。这是由于OCB模式中液晶分子是弯曲排列，而TN盒中分子是扭曲排列，改变扭曲排列形式会发生回流滞后和弛豫过程，使响应速度变慢。 • OCB模式的缺点是对R、G、B三种单色光的透过率不一样。另一个问题是在无场情况下，液晶盒内的分子是按平行于基板的方向排列的，为了实现弯曲排列，需要在盒上加几秒钟电压（例如6V）进行预置，然后可以在较低的电压下维持这种排列方式，这对使用带来不便。

12. 5 平面控制模式（IPS-mode） • IPS是In plane Switching的缩写。普通TN-LCD模式控制液晶分子排列的电场是通过分布在上下基板上的电极加在液晶层上的，而IPS模式把这一对电极都制作在后基板上（前基板上没有电极），通过加在这—对电极之间的横向场来控制液晶分子的排列，如图所示，因此也可称这种模式为横向场模式。在IPS模式中在两基板间均匀平行排列，两偏振片分两边正交放置，起偏片的偏振方向与液晶的指向矢同向向列相液晶分子。IPS模式在不加电场时呈暗态，因为在暗态下液晶分子没有扰动，入射光被检偏片完全阻断，与视角无关。因此无论是垂直还是水平方向，±50°内均没有灰度反转现象，而且由于暗态的透过率低，对比度可以大于200:1。加电场时，液晶分子产生45°的转动，透射就达到最大值，为了得到较好的透过率，需取△nd=λ/2。 • IPS模式和OCB模式一样，由于消除了扭曲排列，有极好的视角特性，甚至优于OCB模式。 • 如图所示结构是1995年日立公司提出的第一种IPS模式设计方案，且具有一系列缺点：由于上下电极（材料一般为Cr）做在同一块基本上，使开口率降低；最大透射率低；电极图案限制了储存电容。由于IPS是一种很有前途的宽视角方案，且响应特性也有所改善，所以针对其缺点提出了一系列改进方案，如在液晶盒另一面用一个公用电极以增加透射率、采用非直线电极、采用电极间距很小的负型液晶的边缘场开关（FFS）方案以及梳形电极平面开关方案等。 IPS模式示意

13. COPS电极设计 • 梳形电极平面开关（COPS）模式有许多优点，基本上解决了上述的IPS模式中的种种缺点，它是将开关电极制作在下基板上，先在下基板上表面做上一层平面电极，然后是一层200nm的低温氧化硅（LTO）绝缘层。于LTO上制作60nm厚的ITO梳状电极，如图7-8所示，平面电极上加0V，梳状电极上加开关电压Vc。由于LTO层很薄，可将梳状电极与极间的零电位公共电极看作是在同一平面上，梳形电极与公共电极之间自然形成了所需的储存电容。 COPS电极设计

14. COPS液晶盒组成 • COPS模式的液晶盒在无场时如图（a）所示，COPS电极置于底玻璃板上，液晶分子定向平行于梳的指的长轴方向，而检偏片的方向与指长轴方向垂直。顶玻璃板上没有电极，液晶分子定向与起偏片的偏振方向都与梳指长轴方向垂直。可见无场时为暗态。 • 当梳形电极加上电压时，指中心与间隙中心处附近（图（b）中c处），Ex=0，为近似的垂直电场，使分子向上倾斜，减少了双折射；在指的边缘处（图（b）中E处），Ey = 0，为近似的横向电场，使液晶分子相对顶部液晶分子的扭曲变小。在E与C之间的地方Ex、Ey同时作用，都是使液晶的透射率增加的，变化的程度与Vc大小有关，因此可以实现灰度。 COPS液晶盒组成示意

15. TN、IPS和COPS液晶盒性能参数比较 • 由表中数据可知COPS模式基本上解决了常规IPS模式的缺点，它具有低的开关电压，有接近于TN的高透过率、大的存储电容、快的响应特性和电场的作用局限在小范围中，容易实现高分辨力。

16. 6 垂直取向模式(VA-mode) • 垂直取向模式分MVA与PVA两种。 • （1）MVA即多畴垂直取向 • 在MVA器件中，上、下基板上有小凸起，液晶分子垂直取向，起偏片与检偏片的方向互相垂直，所以无场时为暗态。当加电压时，凸起间产生倾斜场，使液晶分子偏离垂直方向，如小凸起为四面体，则液晶分子向4个方向倾斜，类似形成4个畴；如小凸起为三角形柱体，则液晶分子向两个方向倾斜，类似形成两个畴，如图所示，所以随着电场的增加．透射率上升。 MVA-LCD结构

17. （2）PVA即利用电极花样的垂直取向 • 在PVA器件中，起偏片与检偏片的方向互相垂直，液晶分子垂直取向，并附加光学补偿膜。 • 上、下基板上的ITO层被光刻成带缝的花样 上、下基板上加电压时，就产生倾斜的场，使液晶分子以几个方向向下倾斜，透光率增加。 垂直取向模有很好的宽视角特性。例如以MVA-LCD器件的一个例子为：对角线15英寸，像素数为1024×768 × RGB，彩色像素为2.6百万个，亮度为200cd/cm2，最大对比度为300:1，响应时间小于25ms，对比度大于10，且不反转的视角为大于160°，驱动电压5V。 PVA-LCD结构

18. 归纳 • 理想的宽视角器件应该具备下列特性： • 高透过率、快速响应、宽视角并且当视角变化时色漂移为最小、使用模板次数少以及加工过程中裕度大。至今尚无全面符合上述要求的器件，宽视角TFT-LCDS的竞争取决于性能与价格。性能是器件的本质，而价格决定于材料、成品率、生产率以及每个生产者的处理能力。TN的生产过程是成熟的，具有高的成品率，且价格上有竞争力。如果宽视角方案能在TN生产线上进行，则就能保证价格上不会增加太多。如果方案中需增加光刻次数和定向处理次数、需增加TN流水线中没有的工艺设备，或者工艺过程裕度很小，即使器件性能优良也是不易推广的。 • 上述各种方案大都已进人大生产。补偿膜TN方案尚需提高性能；FFS和IPS器件需改善成品率；VA器件需降低价格。今后改善TFT-LCDS的视角特性还有许多工作可做，除了器件本身的设计方面外，液晶生产线也必须改善。总的来说，液晶显示器件的视角窄问题已宣告解决，剩下的问题是如何进一步降低成本。

19. 7.2 提高响应速度 • 普通TN型TFT-LCD最亮态和最暗态间转换的响应速度为10～20ms，如果计及任意灰度级之间转换，响应时间就变成l00ms左右。LCD用于计算机等慢变图像显示尚可，但用于电视或多媒体时便产生明显的拖尾现象，所以改善LCD响应速度是另一个重要课题。 • 既使将响应时间降到场周期20ms以下，还不能全部解决问题，因为液晶显示是保持型，如图7-12所示。而CRT显示是脉冲发射型，特别适合于动态图像显示。为了解决LCD这个问题，可在每场的1/3～1/2周期内插入一个暗态，可以明显改善保持发光型带来的问题。在这种情况下，LCD在任何灰度级内的响应时间都必须小于10ms，采用OCB模式可以满足这个要求。 现在一种场序彩色LCD发展很快。它无需彩色滤光片，由黑—白OCB液晶盒和R、G、B三色背光源组成。全彩色图像是这样得到的：以每色1/150s的周期顺序地显示R、G、B的半色调图像，与此同时打开相应的背光源。 与彩色滤光片型相比，该系统的优点是分辨力提高约3倍，透光率提高约5倍，而且不需要像素电极与彩色滤光片图形之间的对准工艺。 为实现场序彩色显示液晶的响应时间应为2～3ms。这只有OCB模式才行 当然采用铁电液晶可以得到比OCB模式快得多的响应速度，由于铁电液晶工艺太困难，离大生产尚有不少距离，所以液晶显示的响应速度只能说是得到了部分解决。

20. 7.3 反射式LCD • 反射式LCD器件具有低功耗、在强环境光下清晰度高等优点，长期以来主要应用于手机、手表等小尺寸显示领域，而用于电视与笔记本电脑的LCD器件基本上属于透射式。笔记本电脑功耗90％以上用于背光源，其余大部分功率消耗在集成电路上，而液晶屏本身功耗是微不足道的。开发高质量大尺寸反射式彩色液晶显示才能真正发挥液晶微功耗的特点，也符合人们对低功耗便携式信息终端、便携式彩色游戏机日益增加的要求。 • 本节概要介绍反射型LCD的构成和显示模式、反射式液晶显示器件的新技术。 • 7.3.1反射型LCD的构成和显示模式 • 反射型LCD共有4大类型6种不同的结构形式，如图所示。 • 4类结构中，(b)类与(d)类各有两种类型(有、无偏光片) • 共有6种不同的构成模式。

21. 分析 • （a）类反射型LCD:有两个偏光片，使亮度下降，又因玻璃板厚，会产生视差，分辨力低，分TN和STN两种。 • （b）类反射型LCD:扩散反射层在内部，没有视差； • （c）类反射型LCD:有PCGH、PDLC和PSCC（聚合物稳态胆甾型） • （d）类反射型LCD:也分为有、无偏光片两种。

22. 反射型LCD各种模式性能比较 • 反射型LCD共有20种不同的结构。

23. 7.3.2反射式液晶显示器件的新技术 • 1 反射式TFT-LCD器件 • 该器件是一种高反射率薄膜晶体管（HR-TFT）器件，与同尺寸透射式TFT-LCD器件相比，前者的厚度、重量和功耗分别是后者的1/3、1/2和1/7。如图7-14所示是这种器件的结构。 在HR-TFT LCD器件中，其反射电极具有微反射结构，即在反射铝层或银层上制作出微型凹凸结构，使反射与散射特性分离，并同时实现反射与散射，避免了因视差造成的图像劣化，并且视角较大。HR-TFT LCD器件的显示模式为NW，并能通过微滤色器，以加法实现多色显示。 这种LCD器件的优点是高反射率（因此有高亮度）、高对比度及色品度优。 反射HR-TFT LCD器件的结构

24. 2 反射式宾主型LCD（GH-LCD）器件 • GH-LCD有使用与不使用偏光片两种。 • 不使用偏光片的GH-LCD是两层型的，其中的一层用于代替偏光片，能同时实现高对比度与高反射率。但双层结构制造困难，并带来视差。 • 使用偏光片的GH-LCD应用较为广泛。在这种GH-LCD中新开发出来的α-TNGH-LCD性能最好，在制造时，通过调节分子螺旋节距而不是传统的摩擦方式取向，所以结构简单可靠。 • α-TNGH-LCD能够实现32级灰度，并且显示的灰度无返转现象，所以显示效果好，功耗很低，视角也较宽。

25. 3 单偏光片彩色反射式超扭曲向列LCD（STN-LCD）器件 • 传统的反射式STN-LCD是由两偏光片与夹在它们间的液晶盒组成，反射层位于其中一偏光片的外表面。如果配以滤色器，即可实现彩色显示。但在这种结构中，由于入射光与反射光全都需要在滤色器与液晶层后面的许多层中通过较长距离,如图所示。这样会造成视差，使器件的色纯度很差。 • 要避免视差，取得高色纯度，就应使入射光在紧靠滤色层处被反射，即将反射层装在器件内靠近液晶层与滤色层处，这样一来就只需1片偏光片。单偏光片反射式彩色STN-LCD就是基于这一点设计的，如图所示。该器件虽然提高了色纯度，但仍存在着响应速度和对比度不如CRT的缺点。 光线在传统反射式STN-LCD器件中的路径 单偏光片反射式STN-LCD器件的结构

26. 4 单偏光片反射式AFLCD器件 • AFLCD器件最大的特点是响应速度快，只有几十微秒。 • 在AFLCD器件中，AF（反铁电）﹣FO（铁电）态转换是通过施加直流脉冲电场实施的。在无电场情况下，反铁电液晶层的光学轴与偏光片的夹角为0°，器件处于亮态。若要得到暗态，需要加光学补偿，即加入光学单轴延迟膜，产生相当于入射光波长1/4的相位差，以补偿光线通过反铁电液晶层时产生的相位差。偏光片与反铁电液晶层的上表面接触，而反射层则位于反铁电液晶层下。在反铁电液晶层与反射层之间是一单轴延迟膜，如图所示。 图7-17 单偏光片反射式AFLCD器件在不同状态下的截面图 研制高效高像质彩色反射式LCD器件，并使之进入电视与计算机应用一直是LCD技术人员追求的目标，从长远来看是有可能使反射式LCD器件在要求高像质显示的领域中取得一席之地。上述几种进展是这种努力的初步结果。

27. 7.4.0 低温多晶硅 • 低温多晶硅（LTPS）技术对液晶显示技术发展的推动是巨大的。该技术能完全淘汰掉目前应用于一般笔记本电脑等高档液晶显示器中非晶硅TFT-LCD的行列驱动器集成电路芯片。LTPS显示器能提供高达300像素/英寸（ppi）能提高分辨力格式，并且组装简单、重量轻、功耗低、亮度高、经久耐用和可靠性高。 • 130ppi或更高的像素密度对于阅读印刷品中小6～10号铅字是理想的，对于显示逼真的高质量图像也是有利的。因为提高显示屏分辨力可转化为提高生产率和清晰度，例如单块屏上显示大量信息可以改善用户的效率和利用率，所以LTPS技术对液晶显示技术带来的影响是不可估量的。 • 本节概要介绍LTPS发展史、技术中的关键技术、LTPS TFT发展趋势。

28. 7.4.1LTPS发展史 • LTPS-TFT技术开始于20世纪80年代中，1984年开发出1.7英寸带集成门驱动电路的LTPS TFT-LCD； • 1996年日本三洋公司制出2.5英寸的LTPS TFT-LCD； • 东芝于1998年和1999年分别推出大量生产的10.4英寸XGA和15英寸UXGA LTPS TFT-LCDS； • 东芝公司为了掌握LTPS的大生产技术花了10年时间，主要是精确控制激光的电源、激光波形的稳定性和激光发射的持续时间。

29. 7.4.2LTPS技术中关键技术 • 1 晶化与迁移率 • 先将α-Si薄膜沉积在玻璃上，作为多晶硅膜的母体。由于α-Si膜中含有超过10％的氢，所以用分子激光束去氢400°～500°C，将α-Si转化为P-Si可用分子激光束退火（ELA）或金属诱导结晶（MIC）。 • ELA退火过程中将α-Si薄膜熔化，冷却后可获得大晶粒，场效应迁移率可高达400cm2/V.s。 • 再结晶颗粒大小与α-Si层厚度有关，以膜厚40～50nm为佳；还与激光器功率有关，功率小则颗粒可小于0.1µm；功率过大，颗粒增大，但同时出现小颗粒集团，所以存在最佳功率流。 • 测试结晶颗粒与场效应迁移率的关系发现： • （1）n沟电子迁移率随颗粒增大而变大，颗粒1.5µm时，µn=236cm2/V.s，这说明电子的迁移主要受限于晶粒边界的散射。 • （2）p沟空穴迁移率先随结晶颗粒变大而上升，但颗粒大于0.51µm后，µp保持不变（约100cm2/V.s），这表明µp主要受限于硅颗粒中的缺陷和残留不纯物。 • 2 掺杂与活化 • 在大量生产中控制P-Si TFT的门栅控制电压Vth是首要的，其次是用掺硼来调节门栅控制电压。掺杂用于控制门栅控制电压和形成源极和漏极。在这儿不采用离子注入，而是采用低能未质量分离的掺杂工艺，因此使杂质剂量在总离子流中保持恒定是关键。 • 将掺杂的原子激活也是一个基本处理过程。ELA的激活率高，但无法在金属自对准门栅结构中使用。RTA法会由于过热使玻璃翘变。炉子退火最安全，但激活率较低，因此需要更大的掺杂量。实验发现，炉温在300°C～600°C之间，激活率相对掺杂剂量曲线有一个峰值，即存在一个最佳掺杂剂量。这是因为高掺杂会破坏P-Si薄膜的结晶度，退火处理不足以恢复其结晶度。在低掺杂区，激活率又太低。 • 3 门栅氧化绝缘层 • 在高性能LTPS TFTS中低温下形成高质量的门栅绝缘层也是重要的一环。热生长SiO2对于TFTS是最佳的，低温TEOS（原硅酸四乙脂）SiO2与其他沉积氧化层方法相比更为稳定，常规等离子CVD氧化层用于P-Si TFTS不合适，因为N2O气体在SiO2膜中引起缺陷。

30. 7.4.3LTPS TFT发展趋势 表 先进的LTPS TFTS工艺发展趋势 当前的工艺是第一阶段，X和Y驱动器都用迁移率为100cm2/V·s的TFTS集成；下一代的TFTS由于发展了晶粒无边界通道（GBLC） TFTS将具有大于300cm2/V·s的迁移率。 GBLC﹣TFTS工艺将实现带有集成的信号处理器、图形I/F和小规模存储器的“系统显示”。 “系统显示”的目标是将CPU、存储器、图像采集器以及无线信号的输出/输入设备全部集成在一起的单片计算机。实现这个目标迁移率估计需500cm2/V·s。目前用连续侧向固化（SLC）法可获得大于10µm的晶粒，n沟TFT场效应迁移率达到461cm2/V·s。

31. 基本要点 • 1 LCD具有众多的优点，但是LCD有视角各向异性和视角范围较小的弱点，这个问题是由液晶的工作原理本身决定的。为了改善LCD的视角特性，必须克服不同视角方向有效△nd不同的现象，目前解决的方法有：液晶盒外光学补偿法、低扭曲角和低△nd设计LCD（LTN-LCD）、改变液晶分子排列方式。 • 2 由于种种困难，液晶显示的响应速度只能说是得到了部分解决。 • 3 开发高质量大尺寸反射式彩色液晶显示才能真正发挥液晶微功耗的特点，反射式液晶显示器件的新技术有：反射式TFT-LCD器件、反射式宾主型LCD（GH-LCD）器件、单偏光片彩色反射式超扭曲向列LCD（STN-LCD）器件、单偏光片反射式AFLCD器件。 • 4 低温多晶硅（LTPS）技术对液晶显示技术发展的推动是巨大的。LTPS技术中关键技术有：晶化与迁移率、掺杂与活化、门栅氧化绝缘层。

32. 基本要求 • 1 熟悉LCD发展中的新技术。 • 2 了解LCD发展趋势。

33. 问题探讨 • 1 液晶显示器件存在最大的问题是什么？为什么会出现？解决的方法是什么？ • 2 为什么要开发反射式彩色液晶显示器件？反射式液晶显示器件的类型和结构又是怎样的？ • 3 低温多晶硅中有哪些关键技术？