液晶材料的光学测试和光学应用是液晶物理的主要研究手段和应用领域。所以液晶的光学研究方法也是随着液晶学科研究的逐步深入而不断发展, 并反过来又推动液晶这一诱人学科进入更加色彩绚丽的胜景。本综述主要是以液晶这一学科发展的历史纵向为轴线, 介绍和评述了在液晶研究领域中, 诸多常规的以单体晶体光学为基础的光学研究方法、原理、应用以及液晶物理研究中的局限和错误。考虑大多实际测试和应用中液晶材料是锚泊和局限在液晶盒中, 本综述着重介绍了以多层各向同性-各向异性介质薄膜系统为基础的液晶光学研究方法, 以正确地描述液晶(盒)的光学测试和响应。其中, 以现代光学为基础发展起来的光导波技术、光学表面波技术及它们之间的相互作用及耦合影响、液晶材料对其调制及应用等等, 都作了较为详细地介绍和比较。近年刚刚开拓发展的, 作为有机各向异性材料的液晶与无机各向异性材料的异型金属纳米颗粒的有序混合物, 在液晶(盒)器件中的表现及应用前景和对于光学测试及表征的的挑战, 也加以介绍和讨论。

经典Retinex模型增强算法采用固定尺度高斯核平滑滤波, 导致单一尺度Retinex无法进行全局有效增强, 而多尺度Retinex权重系数选取困难, 二者均不能满足视觉要求。针对以上问题, 基于人眼视觉掩盖效应提出一种尺度变化高斯核平滑滤波的Retinex算法。首先利用人眼视觉掩盖效应的屏蔽函数检测像素邻域空间细节, 依据像素区域细节信息丰富程度设计出尺度变化的高斯平滑滤波器, 实现照度估计, 最后对尺度变化高斯平滑滤波器实现提出实用方法。实验证明本文算法有效提高红外图像对比度, 增强细节信息, 在主观视觉效果和客观评价指标上整体优于修正对比度限制直方图均衡算法、单尺度Retinex、多尺度Retinex及平稳小波和Retinex增强算法。

针对FCM算法缺少空间关联信息且计算量大的问题, 本文提出一种结合图论和FCM的图像分割算法。首先, 引入图论算法对图像进行预处理, 将图分割为子图。接着, 对分割后的子图进行FCM聚类得到聚类中心。然后, 提出一种基于聚类中心颜色和空间信息的加权距离, 作为并查集算法的合并准则。最后, 采用改进的并查集算法对聚类结果进行区域合并。实验结果表明, 本文算法在保证图像分割质量的同时提高了图像分割速度。

为了对各类自然场景中的显著目标进行检测, 本文提出了一种将图像的深度信息引入区域显著性计算的方法,用于目标检测。首先对图像进行多尺度分割得到若干区域, 然后对区域多类特征学习构建回归随机森林, 采用监督学习的方法赋予每个区域特征显著值, 最后采用最小二乘法对多尺度的显著值融合, 得到最终的显著图。实验结果表明, 本文算法能较准确地定位RGBD图像库中每幅图的显著目标。

为了改善扭曲向列相(TN)型液晶显示的视角差的现象, 合成了一种具有苯并菲结构的盘状液晶单体, 并以该盘状液晶单体为材料制备了简易的光学补偿膜片。以4-氯丁醇乙酸酯、对羟基苯甲酸甲酯和邻苯二甲醚为原料, 通过七步反应以较高收率合成了一种具有苯并菲结构的盘状液晶单体。通过核磁共振(NMR)和元素分析(EA)确认了分子结构的正确性; 利用偏光显微镜(POM)、预倾角测试仪和示差扫描量热仪(DSC)等对其液晶参数进行测定, 并以该苯并菲单体为材料通过基板处理、摩擦配向、涂布等过程制备了光学补偿膜片。实验表明, 该苯并菲盘状液晶单体具有负的光学各向异性值(Δn=-0.060 8)、较宽的向列相温宽(54.6~166.4 ℃), 所制得的简易光学补偿膜片具有一定的补偿效果(Rth=137 nm)。该苯并菲类盘状液晶化合物可以作为光学补偿膜材料使用, 且制备方法简单, 原料易得, 收率较高, 易于实现大规模生产。

为了分析升华物组分对柱状隔垫物性能的影响机制, 对目前量产通用的隔垫物材料A和含有升华物组分的隔垫物材料B进行了研究。通过FTIR, 3D扫描显微镜, 弹性测试和量产测试等方法对隔垫物材料的升华物成分、形貌、力学性能和量产稳定性进行了分析。实验结果表明, 添加的升华物组分是一种熔沸点较低的丙烯酸酯单体, 相同工艺条件下可以增大隔垫物的顶面面积约1.5 μm, 同时减小其底面面积约1 μm。但是在大批量产的过程中, 会在掩膜板上凝结升华物形成曲面薄膜, 增加辅助隔垫物的尺寸和高度。添加的升华物组分可以提高隔垫物的抗压强度, 同时可以对应高PPI TFT-LCD产品的开发需求, 但是会使低温气泡等不良发生的概率变大。

超薄显示技术已成为市场的一种主流趋势。本文利用刻蚀后清洗的间歇式工艺研究了显示屏半成品的化学减薄。在光刻胶和边框胶保护下, 调整氢氟酸浓度, 加入一定量的硝酸、浓硫酸和盐酸, 并添加超声辅助条件, 刻蚀速率明显提高。通过交替的清洗工艺有效地降低了表面粗糙度, 并减少了表面白色附着物的沉淀。显示屏厚度从0.8 mm减薄到0.3 mm, 基板表面粗糙度为11.32 nm, 厚度均匀性为4.76 %。设计的间歇式减薄工艺可以应用到现有的显示屏生产工艺中, 为制作超薄液晶显示屏和超薄有机发光显示屏提供了一条可行的方案。

为了改善过孔的干法刻蚀中刻蚀率的不同导致SD线和P-Si接触面积不一致的问题, 同时解决ELA工艺导致P-Si表面突起而造成SD与P-Si点状接触的问题, 探究了过孔的不同干法刻蚀工艺对TFT-LCD性能的影响, 从中找出最佳的过孔干法刻蚀工艺。利用京东方产线设备制备了两种不同的LTPS阵列样品, 样品一的过孔工艺采用传统的底部接触方式, 样品二采用新的侧面接触方式,样品一和样品二其余的工艺过程一致。实验结果表明: 多点的U-I曲线由发散变为集聚, 电子迁移率有所提高; SEM数据表明采用侧面接触方式能够完全将P-Si刻穿。采用侧面接触方式能够明显的解决干法刻蚀中刻蚀率的不同导致SD线和P-Si接触面积不一致的问题, 同时避免了ELA工艺导致P-Si表面突起而造成SD与P-Si点状接触的问题, 电学性能有所改善, 同时减少了工艺时间, 提高了产能。

为了减小液晶波前校正器的响应时间, 本文结合光控取向技术, 研究了取向层预倾角及锚定强度特性对器件响应性能的影响。以液晶动力学方程为依据, 分析预倾角效应对液晶器件响应时间的影响; 利用预倾角及锚定强度与响应时间的定量关系, 推导出锚定强度与预倾角的关系, 从而简化了锚定强度的测量方法。采用光谱法监测了光控取向膜的取向度; 以此为依据, 利用4种不同曝光方式获得了不同的预倾角。理论模拟及实验结果一致表明: 偶氮染料分子(SD1)获得一定的锚定强度后, 通过降低其预倾角角度, 其所制器件的响应性能实现了优化。

随着高分辨率产品导入, TFT-LCD 阵列段各项参数范围越来越小, 工艺要求更为严格, 为了更好地管控湿法刻蚀各项参数, 本文以湿法刻蚀FI CD(Final Inspection Critical Dimension)均一性的影响因素及如何提高FI CD均一性为目的进行研究。首先, 通过对湿法刻蚀设备参数(主要包括刻蚀液温度、流量、压力、浓度、Nozzle Sliding、Oscillation Speed、刻蚀时间等)进行试验, 验证各项参数对FI CD均一性的影响。其次, 对沉积工序、曝光工序以及产品设计等进行试验, 获悉影响因素并进行改善。通过对湿法刻蚀设备自身参数的调整, 如减少设备温度、流量、压力波动, 使参数保持相对稳定状态, 可有效改善湿法刻蚀FI CD均一性, FI CD的均一性可从1.0降低至0.5。通过对湿法刻蚀设备参数进行试验并做相应调整, 湿法刻蚀FI CD均一性改善效果显著。

本文采用一种结构为Ag/MoO3/Ag的金属/氧化物/金属(M1/O/M2)叠层替代ITO作为OLED器件的阳极, 研究Ag/MoO3/Ag叠层结构变化对于OLED器件电极透过率、亮度、光谱等性能的影响。实验采用真空蒸镀方法制备了一系列器件, 器件结构为Ag/MoO3/Ag/MoO3(10 nm)/NPB(40 nm)/Alq3(60 nm)/LiF(1 nm)/Al(150 nm)。对比器件的电压-电流密度、电压-亮度、光谱特性等数据, 表明Ag/MoO3/Ag的结构为20/20/10(nm)时, 器件性能较好。在驱动电压为11 V时, 其亮度达到18 421 cd/m2, 电流效率为2.45 cd/A; 且因器件中存在微腔效应, 其EL光谱蓝移, 半高宽变窄。但考虑到530 nm处其电极透过率仅为17%, 所以经换算该器件实际发光亮度比ITO电极器件更高。该Ag/MoO3/Ag叠层阳极制作相对简单, 经优化后在顶发射和柔性OLED器件方面将具有一定的应用前景。

为了对四象限探测器输出的四路信号进行同步采集传输, 本文设计了一套高分辨率、高速率的同步数据采集传输系统。该系统首先以FPGA芯片EP1C12Q240为核心, 控制模数转换芯片ADS1274采集数据, 数据经过片内FIFO缓存, 然后按Camera Link协议将数据打包为32×40大小的图像, 图像经Camera Link接口传输到PC机, 最后使用图像采集卡采集图像数据, 并利用MATLAB编写软件实现图像解码与存储。实验结果表明: 该系统实现了分辨率为24 bit、采样速率为100 kHz的4通道同步数据采集, 其有效分辨率可达18.79 bit, 数据传输稳定可靠。满足了数据采集系统高分辨率、高速率的需求, 并且该方案也可方便地移植到其他应用中, 具有较好的可扩展性。

采用UV2A技术的像素较之MVA, 其穿透率可以提升20%, 这意味着UV2A技术可以大幅度降低系统功耗及背光成本。采用光配向技术, 开发了165 cm(65 in)UHD液晶面板, 其具备出色的显示性能, 比如全视角, 更快的响应时间, 超高的对比度等等。采用Cs-Swing八畴技术, 进一步降低了色偏现象。采用网状结构的Cs线设计, 降低了其电阻电容信号延迟。开发了一种新型的hG-2D像素结构及其驱动电路, 解决了65 in UHD面板在120 Hz驱动下充电时间严重不足的难题。

提出一种基于R61581显示驱动芯片实现液晶显示屏驱动的方法。本方法以STM32为主控制, 采用可变静态存储控制器(FSMC)接口实现R61581显示驱动。文中具体给出STM32与R61581的硬件连接方式以及FSMC的软件配置方法, 并给出基本字符图形显示验证方法。实验证明: 该FSMC接口硬件连接简单, 液晶显示操作占用系统CPU资源少, 800×480分辨率屏幕刷新率达到42FPS, 可支持大部分液晶屏的驱动。

硅基OLED微显示中为了在极小的像素面积内实现微小的OLED工作电流, 其像素驱动电路的驱动MOS管一般工作在亚阈值区, 存在OLED电流对驱动MOS管的阈值电压和栅源电压失配敏感、外围电路复杂等问题, 如果驱动MOS管工作在饱和区则可避免这些问题, 但为了获得微小的驱动电流, 必须采用尺寸大的倒比MOS管, 这又与极小的像素面积冲突。本文提出了一种采用脉宽调制(PWM)技术、驱动MOS管工作在饱和区的OLED微显示像素驱动电路, PWM信号减少了一帧内OLED的实际工作时间, OLED的脉冲电流变大, 使驱动MOS倒比管的尺寸减小; 由于PWM信号占空比小, 同时实现了OLED微小的平均像素驱动电流和亮度。结果表明PWM信号占空比为3%时, 实现的OLED驱动电流和像素亮度范围分别为27 pA~2.635 nA、2.19~225.1 cd/m2, 同时采用双像素版图共用技术, 在15 μm×15 μm的像素面积内实现了像素驱动电路的版图设计。