照片質(zhì)量的UXGA TFT-LCD開發(fā)

作為人機(jī)接口的顯示器件TFT-LCD模塊,總是不能滿足人們的畫面質(zhì)量要求。例如,現(xiàn)在SXGA規(guī)格的TFT-LCD模塊已日益普及,但是仔細(xì)分析其顯示性能時(shí)會發(fā)現(xiàn),它并未真正實(shí)現(xiàn)照片畫面質(zhì)量的性能。這種規(guī)格的TFT-LCD模塊,僅就其彩色(模擬全真彩色)而論,確實(shí)已實(shí)現(xiàn)很高的彩色再現(xiàn)性。但是,通常都是依靠人的肉眼分辨顯示像素,盡管表征分辨率的像素條數(shù)增加,由于像素的大小幾乎未改變,圖像仍呈現(xiàn)出不連續(xù)狀態(tài)。如果將像素的大小精細(xì)到超出人肉眼的分辨能力,則可以實(shí)現(xiàn)照片一樣的顯示效果。但是,現(xiàn)在的LCD板里,像素的細(xì)微化會招致開口率低下等新問題出現(xiàn),而且組裝生產(chǎn)效率下降。也就是說,伴隨TFT-LCD高精細(xì)化,面臨許許多多的研究課題,尤其是大批量生產(chǎn)所要的新技術(shù)是很棘手的問題。為此,世界各國的TFT-LCD生產(chǎn)廠家都在努力尋求新的解決辦法。NEC開發(fā)的9.4英寸UXGA TFT-LCD就是一例,從中可窺視到世界開發(fā)UXGA TFT-LCD的動向。

顯示器超高精細(xì)化

關(guān)于顯示器的超高精細(xì)化研究,首先要確定應(yīng)實(shí)現(xiàn)什么樣水平的高精細(xì)化。
關(guān)于照片的畫面質(zhì)量 像素的分辨率與視點(diǎn)離開顯示畫面距離和畫面顯示精細(xì)度相關(guān)(圖1)。不難看出,由于LCD顯示器的畫面(屏幕)尺寸不同,要求顯示照片畫面質(zhì)量時(shí)的LCD精細(xì)度也不同;超過所要求的精細(xì)度只能是降低LCD的生產(chǎn)效率和性能,并無實(shí)用意義。為觀察到照片質(zhì)量的LCD顯示效果,要求的LCD精細(xì)度是不一樣的。例如,大型LCD顯示器,由于觀察者的視點(diǎn)可遠(yuǎn)離屏幕,即使是LCD的精細(xì)度偏低一些,同樣看到的是照片畫面質(zhì)量的顯示效果;相反,對于小屏幕LCD顯示器,由于視點(diǎn)離屏幕很近,因此要求LCD具備更高精細(xì)度。

超高精細(xì)化的難題 LCD超高精細(xì)化,開發(fā)中最突出的問題是像素設(shè)計(jì)和大批量生產(chǎn)技術(shù)問題。關(guān)鍵有兩方面:(1)TFT-LCD的開口率急劇下降;(2)在LCD板生產(chǎn)過程中的彩色濾光片和TFT之間的重疊安裝。引發(fā)這兩大問題的原因也各不相同。例如,關(guān)于開口率問題,主要是因?yàn)楦鞑季€寬度和TFT尺寸超高精細(xì)化與像素的縮小是不按比例的;而疊合問題是由超高精細(xì)疊合的余量變小,導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)疊合難度增大造成的。在設(shè)計(jì)上兩者可以折衷權(quán)衡。

但是,現(xiàn)實(shí)情況下,盡管考慮到了生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì),出現(xiàn)情況變化也是屢見不鮮的。特別是LCD板屏幕尺寸大型化的情況下,彩色濾光片和TFT的圖形畸變量變大,疊合時(shí)生產(chǎn)效率低下,問題相當(dāng)嚴(yán)重。

TFT on CF工藝技術(shù)

以NEC的開發(fā)目標(biāo)為例,為實(shí)現(xiàn)在辦公室環(huán)境下使用的屏幕尺寸(LCD板)能顯示出照片質(zhì)量效果,要求:(1)LCD的精細(xì)度必須在每英寸200像素點(diǎn)(200ppi)以上;(2)為保持LCD低電力消耗的優(yōu)良特性,像素的開口率必須達(dá)到50%以上;(3)設(shè)法使大型LCD板容易利用大型玻璃基板;(4)為了能充分利用現(xiàn)有的設(shè)備和材料,采用a-Si TFT結(jié)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)對策目標(biāo),利用以往的CF結(jié)構(gòu)LCD是無法實(shí)現(xiàn)的,然而,NEC采用了TFT上彩色濾光片(CF on TFT)結(jié)構(gòu)后,情況就大不一樣(圖2)。在以往的LCD結(jié)構(gòu)里,由于彩色濾光片CF疊合需要留出相當(dāng)余量,使能透過背照光線的部分(開口部分)縮小;在CF on TFT結(jié)構(gòu)里,將R.G.B三元色濾光片都分別安裝到TFT玻璃基板上,而且各元件都精細(xì)化,LCD開口部分幾乎是100%地可透過背照光。這種CF on TFT結(jié)構(gòu)LCD的最大優(yōu)點(diǎn)是有效地緩解了超高精細(xì)化帶來的開口率急劇下降的矛盾。特別是大型玻璃基板里的CF和TFT疊合問題,由于CF on TFT結(jié)構(gòu)而得到解決。此外,它對于提高背照光利用效率和降低TFT-LCD模塊功耗也可發(fā)揮重要作用。

僅就CF on TFT結(jié)構(gòu)LCD板制工藝而論,由于它不必象以往的LCD那樣在把前玻璃基板和TFT玻璃板疊合時(shí)需要用掩模對準(zhǔn)(因?yàn)榍安ＡО迳?已只有公共電極,疊合時(shí)不存在對準(zhǔn)問題)。這對于生產(chǎn)時(shí)提高勞動生產(chǎn)率極有好處,越是大型LCD,生產(chǎn)效率越高。

CF on TFT結(jié)構(gòu)的制造工藝流程,如圖3所示。制造TFT后形成絕緣保護(hù)膜,然后制作彩色濾光片CF,在其上面形成黑區(qū)屏蔽(反射)的BM,隨后涂覆蓋層OC(Over Coat),最后制作向液晶材料施加電壓的像素電極。這個工藝流程與像素間距無關(guān),具有很高的通用性。

CF on TFT 9.4英寸UXGA模塊

利用現(xiàn)行設(shè)備和材料,NEC成功制造出CF on TFT 9.4英寸UXGA顯示器模塊,其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。該模塊的參數(shù)列于表1。CF on TFT結(jié)構(gòu)的9.4英寸UXGA顯示器模塊是由TN-LCD顯示器板、源極驅(qū)動器、柵極驅(qū)動器、鎖相環(huán)PLL、控制器和模擬接口處理器等主要部件構(gòu)成的。其各項(xiàng)性能已完全達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。若從TFT-LCD的精細(xì)度分析,作為NT Mode液晶的TFT-LCD板,NEC的9.4英寸UXGA LCD板可以說在同類型的產(chǎn)品中是挺不錯的產(chǎn)品,因?yàn)樗邆?11ppi的精細(xì)度。與CF結(jié)構(gòu)的同一尺寸LCD板相比,其開口率高出1倍,達(dá)到52%。這意味在同樣的顯示亮度條件下,新產(chǎn)品具有很高的背照光利用率和比較低的能耗。