硅上液晶(LCOS)显示技术是一种反射式液晶显示技术,其周边驱动器和有源像素矩阵使用CMOS技术制作在单晶硅上,并以该晶片为基底封装液晶盒,因而拥有了小尺寸和高显示分辨率的双重特性。文章介绍了LCOS显示器的原理、制造技术和应用领域,对其发展前景进行了展望。

用舒克紧束缚法计算了一种新型香蕉型液晶1,3-phenylene bis [4-(4′-nonyloxy) phenyliminomethyl] benzoate 的电子结构,结果表明:LUMO和HOMO的能量差别主要是受到香蕉型液晶的中心核、桥键(—COO—)的影响,而烷基尾对香蕉型液晶电子结构的影响不大;在6种可能跃迁中,只有能量最低的两种(π→π*,n→π*)在200~800 nm可见光范围内是经常发生的。对于这种香蕉型液晶,电子激发主要发生在4.0 eV (310 nm)和 1.7 eV (730 nm)处。

自主设计了苯并噁唑类液晶的合成路线。采用对烷基苯酚为起始原料,合成制得对烷基邻硝基苯酚,还原得到对烷基邻氨基苯酚,再与烷基苯氰在多聚磷酸脱水剂存在下合环得到2,5-取代苯并噁唑类液晶化合物,并在此基础上进一步拓展,合成出了系列化合物。标定了产品结构,测定了相关液晶参数,对液晶材料的性能进行了研究。在所研究的液晶化合物中,有的品种已实现了量产。

使用3种分子结构不同的单体材料体系制备了全息聚合物分散液晶光栅,对所制备光栅的形貌、衍射特性、驱动特性、单体双键转化率等进行了研究。研究结果表明:体系中单体材料结构刚性的增加有助于相分离结构的改善。由柔性单体制备的光栅样品,双键转化率低,光栅液晶区域液晶微滴尺寸小,驱动电压高;刚性适度的样品,其光栅液晶区域液晶微滴较大,衍射能力达到96％,实际衍射效率为82%,且曝光结束后单体的单体双键转化率达到了57％,驱动电压为8.3 V/μm;随着单体材料结构刚性的继续增加,光栅液晶微滴反而变小,液晶区域变窄,驱动电压升高。因此,合理增加单体的刚性程度有助于提高光栅相分离及光栅的电光特性。

树枝状硫醇分子可以于金基底上形成基于硫金键的自组装膜,且膜表面可以自组装形成纳米级的条带结构,依据锚定理论预测,此纳米条带形貌在液晶取向领域将具有较大的应用潜力。采用常规的醚化反应对树枝状硫醇分子的制备过程进行了探讨。实验中,分别采用了两种不同的合成方案,实验发现,催化剂和反应条件的不同造成了反应时间和收率的不同。通过方案对比得到了收率高、较易分离的合成路线。对此类组装膜的取向能力进行了计算,并与传统的PI类取向膜进行了对比,结果发现,此类薄膜具有很强的锚定能力。

采用一种既具有空穴传输特性又具有发光特性的新型荧光染料(E)-2-(4-(dipheny-lamino)styryl)quinolato-zinc (TPAHQZn)作为发光层,制备了结构为 ITO/ 4,4′,4″-{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine (2T-NATA)(15 nm)/ (E)-2-(4-(diphenylamino)styryl)quinolato-zinc (TPAHQZn)(x nm)/9,10-bis(2-naphthyl)anthracene(ADN)(31 nm)/ tris(8-quinolinolato) aluminum(Alq3)((65-x) nm)/LiF(0.6 nm)/Al的黄色有机电致发光器件。研究了不同厚度的发光层对器件性能的影响。TPAHQZn厚度为30 nm 的器件在14 V电压下实现了黄光发射,最大发光亮度为 2 479 cd/m2,最大电流效率为0.84 cd/A,色坐标由8 V(6.346 cd/m2)时的(0.502,0.449 5)到14 V(2 479 cd/m2 )时的(0.497 9,0.453)变化不大,器件的发光颜色稳定。

进行了锆钛酸铅反铁电体和铁电体的电子发射对比实验,研究了抽取电压、电极绝缘保护层和相变特性等对反铁电体电子发射性能的影响。通过涂覆绝缘保护层,大幅提高了表面击穿阈值,从而提高了施加场强;通过施加抽取电压,提高了发射电流密度。两种方式均使电流发射密度得到提高,最高达到153 A/cm2。利用相变理论,得到反铁电体相变时的强扩散和表面的半导性使局部或表面相变温度下降,相变温度的下降有助于电子发射,合理解释了观察到的反铁电体中发射电流密度比铁电体更高和电子发射起始阈值更低的现象。

对表面稳定铁电液晶器件中C1和C2两种排列态的自由能密度与表面取向情况的依赖关系做了理论模拟,得出采用较小预倾角的取向剂制备铁电液晶器件,可以消除器件中的Zigzag缺陷的结论。实验中采用预倾角为1.8°的取向剂RN-1199,得到了没有Zigzag缺陷的均匀排列器件。

保护膜的外逸电子发射有利于缩短PDP响应时间并使放电稳定进行,但同时也会带来壁电荷的损失。文章评述了保护膜的外逸电子发射特性致使壁电荷损失的因素,并讨论了目前为改善壁电荷损失采用的方法,为合理利用保护膜的外逸电子发射特性提供了良好的研究基础。

结合丝网印刷工艺,通过制备绝缘层和布线层的层叠式,在玻璃基底上实现了大面积的点阵阴极寻址结构。应用碳纳米管作为阴极材料,研发了三极结构的场致发射平板显示器件样品。通过点阵阴极寻址结构,可直接对发光像素进行逐点控制,从而实现整体器件的图像显示。该器件可与现有的驱动集成电路相结合进行控制,具备良好的场致发射特性和高的显示亮度。

掺杂氧化锌(ZnO)薄膜是一种新型的透明导电氧化物(TCO)材料,因有替代氧化铟锡(ITO)的潜能而成为当今TCO材料中的研究热点,其优异的光学和电学性能使其在平板显示器、太阳能电池等光电器件中具有光明的应用前景。文章对ZnO基半导体材料的结构和性能进行了介绍,综述了近年来以ZnO薄膜为基体的n型和p型掺杂的研究进展,并在此基础上对未来的发展方向进行了展望。

在洁净的玻璃基底溅射Cr-Cu-Cr复合薄膜,利用光刻和湿法刻蚀技术制备了大屏幕场致发射显示器薄膜型精细金属电极。讨论了不同腐蚀液对金属Cr刻蚀的影响,借助视频显微镜和台阶仪测试刻蚀后的电极形貌,结果表明,用质量比为6∶3∶100的KMnO4、NaOH和H2O的混合液腐蚀Cr膜的刻蚀速率平稳,刻蚀后的Cr电极边缘整齐,内向侵蚀少。此外,分析了FeCl3刻蚀液对Cu膜的刻蚀机理,讨论了刻蚀液在静置和循环条件下对制备FED薄膜型精细电极的影响,借助视频显微镜测试刻蚀后的电极形貌,结果表明,FeCl3刻蚀液在循环条件下刻蚀Cu膜速度均匀,刻蚀后电极边缘整齐。

金属电阻是影响大尺寸TFT-LCD信号延迟的关键因素。研究了利用低电阻率金属Al制作大尺寸TFT阵列信号线的生产工艺,发现在完成有源半导体层刻蚀后残留的少量Cl2会在后续工艺中对金属Al造成腐蚀,严重地影响了产品的性能。通过优化刻蚀工艺,采用活性更高的SF6去除刻蚀有源半导体层时残留的少量Cl2,避免了金属Al腐蚀的发生。

总结了异向导电胶膜(ACF)的组装工艺对ACF导电性能的影响。文献表明在ACF组装过程中,组装的温度、压头的压力和加热时间对ACF的固化程度有直接影响,进而影响到ACF互连的力学性能、电学性能和可靠性。合适的组装温度在180～200 ℃;不同的组装形式均有其最佳的组装压力;ACF胶的互连电阻在87％固化程度时最小;固化程度小于50%,出现短路的概率较大,达到25％;随着偏移程度的增加,ACF的互连电阻增加,导电粒子的形状对偏移产生的绝缘电阻影响更大。

针对VGA格式的视频输入信号的特性,结合复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计了适用于LCOS场序彩色显示的信号控制器。以CPLD为核心,采用乒乓操作思想协调两片外部静态随机存取存储器(SRAM) 对信号进行读写,对数据进行了串并转换,将并行输入的红、绿、蓝视频数据转换为红、绿、蓝子场数据,从而实现场序彩色显示。设计中采用了降低刷新频率的技术,降低了系统功耗。最后运用EDA工具进行了综合仿真。

研究了激光扫描显示(LSD)对视觉感知的一些重要影响。LSD可提供一种能对视觉系统产生特殊影响的高亮度单色图像。在受试者观看激光扫描显示或投影视频时,对其视觉调节进行了测量。单色显示器可能由于色适应对感知产生影响。在使用显示器之前和之后测试了受试者的色觉。当用激光扫描显示器时,发现视觉调节量不断增加,但影响的强度由显示器扫描速度来界定。调节方差的最大差异出现在处于低速扫描的视频显示器和激光扫描显示器之间。在一些受试者中,观看激光扫描显示还导致了可测的色觉变化。实验结果表明:观看激光扫描显示器会对视觉调节反应和色觉产生影响。

采用Tracepro软件模拟背光源不均匀现象时,模拟结果与人眼实际观察之间存在差异。分析了造成二者之间差异的原因,根据韦伯定律最小可觉差概念,提出了应用于判断液晶显示器背光源均匀性的公式。 将该公式拟合得到的人眼实际观察图与Tracepro的模拟追迹图相对比,以二者吻合度判断Tracepro参数设置的正确性。该仿真方法将Tracepro软件模拟与人眼实际观察结合起来,可帮助设计者在开发阶段更好地对产品进行评估。

采用光刻剥离法和射频磁控溅射技术在带有热氧化层的硅衬底上制备了以氧化锌(ZnO)为沟道层的薄膜晶体管(ZnO-TFT)。研究了不同温度退火处理对ZnO-TFT电学性能的影响,发现随着ZnO薄膜退火温度的增加,ZnO-TFT的阈值电压减小,电子的场效应迁移率增大。用原子力显微镜(AFM)对ZnO薄膜的微区结构进行观察,发现ZnO薄膜的平均粒径随退火温度的增加而增大,表明ZnO-TFT电学性质和沟道层薄膜晶粒大小密切相关。

利用Proteus ISIS中的元件制作功能,结合256×256的图形液晶显示器,设计了一款虚拟液晶触摸屏,并将其应用到简易国际象棋对弈控制系统中,通过此嵌入式系统的设计和仿真,对虚拟液晶触摸屏的制作、合成及软件设计做了详细介绍,填补了目前Proteus软件中液晶触摸屏应用设计的空白,对基于Proteus的各种液晶触摸屏的设计和应用具有一定的指导意义。

设计了一种有机电致发光显示器的驱动控制电路,可以实现256×64像素点、具有16级灰度的单色显示。以C8051F020作为主体MCU,加上外围电路和专用驱动IC-SSD1322构成整个显示系统。通过字模提取软件提取所需显示代码,实现OLED显示屏具有灰度级的文字和图片显示。提出OLED的休眠模式,适用于低功耗场合。

给出了一种应用于LED显示屏远程实时数字视频传输系统的设计方案。将PC端DVI接口输出的视频信号,转换为适合远距离传输的以太网帧格式,在接收端进行帧解码和信号还原,并将接收模块与控制模块集成在一块电路板上,实现了输入端分辨率和刷新率的灵活设置。使用千兆以太网集线器并通过RJ45接口实现了接收控制板的板级级联,免去了数据接收转发的功能模块,减少了设计复杂度。为满足实际远距离传输的需求,打破了千兆以太网5类非屏蔽双绞线最长100 m传输距离的限制,设计了一种以太网光纤转换模块,用单模光纤取代5类非屏蔽双绞线传输信号,最远传输距离达到 10 km。

以STC单片机为CPU控制单元、以LED点阵屏为显示屏幕、以太阳能电池板为系统供电电源设计了公交车站牌报站及查询系统。该系统可显示不同路数公交车所走的路线 并具有查询功能,可以让乘客通过查询方式找到需乘坐的车次,给乘客乘车带来方便。整个系统由太阳能供电、蓄电池作后备电源,可节约电能。

TFT-LCD驱动芯片中需要较大容量的内置存储器,相对于静态存储电路而言,动态存储电路节省了芯片的面积,有利于芯片成本的降低。文章讨论了用于TFT-LCD驱动芯片内置DRAM的分块设计方法,结合芯片物理特点将其分为左右对称两块。采用改进的3-T结构DRAM存储阵列,省去了伪存储单元,节省了面积,降低了功耗。优化了DRAM的刷新电路,省略了判断信号与RAS和CAS先后顺序的仲裁电路。结合芯片本身的特点设计了行、列译码电路。对于芯片的仿真,采用了模拟验证和形式验证相结合的前端设计验证方法,同时又采用了结构化抽取寄生参数和建立关键路径的后仿真。

以液晶显示器LM016L为例,系统论述了虚拟液晶显示屏的硬、软件设计思路和实现方法。以模块化的方法进行系统软件设计,提高了程序的可读性。在嵌入式系统设计与仿真平台Proteus ISIS 7.4上,对系统进行了软、硬件全方位设计与交互仿真,成功地实现了虚拟液晶显示屏的设计目的,显示了Proteus软件在单片机系统设计中的优越性和便捷性,缩短了设计进程,降低了系统设计成本。

针对ST7920液晶控制器和点阵式液晶显示模块KXM12864M(LCD Module,LCM)的特点,画出了ST7920与单片机的硬件接口电路。在Bresenham算法的基础上,采用离散的整数增量来代替斜率增量的计算方法,给出了适合MCU作图运算的优化算法推导过程,通过C语言编程实现了画线、画圆等操作。工程实际使用结果表明,该优化算法具有简单可行、移植性好的特点,为在中小型仪器仪表显示设备上绘制其它图形提供了新的途径。

为了降低定标器的硬件复杂度并提高液晶显示图像的质量,提出了一种行列采用不同插值算法的图像缩放引擎设计方法。在论述四点三次卷积插值算法和线性插值算法基础上,提出了行列不同计算点数的缩放引擎系统架构。在该架构中,水平缩放采用四点三次卷积插值算法,而垂直缩放采用优化的两点线性插值算法。相比双三次插值算法的实现,减少了9个乘法器的使用,明显节省了实现电路的硬件开销。另外,详细论述了放大单元及相应的滤波器的设计,并将设计结果综合下载到现场可编程门阵列(FPGA)芯片。FPGA验证结果表明,该设计切实可行。

提出了一种场致发射显示器(FED)用荧光粉材料的检测方案,设计了可以对荧光粉的发光特性和温度特性进行试验的检测仪器,该仪器具有较大激发功率,可以对荧光粉材料进行寿命试验。文章给出了FED材料实测数据和结果,这些实验数据和结果分析可以为器件设计提供重要依据,使器件的一些重要特性参数得以保证。

将三阶驱动原理应用于TFT-LCD 电测波形的设计,并通过实验验证了其有效性。设计过程中,直接通过栅极电压上拉,将Cs产生的Feed Through电压用来补偿栅极电压关闭时使Cgd产生的Feed Through电压。这样无需通过修正Vcom电压来补偿(栅极电压关闭时产生的Feed Through电压),避免了获取Clc参数难的问题。