金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT）具有较高的载流子迁移率(10~100 cm2/V·s), 且薄膜均匀性好、制备温度低和可见光透明的优点, 被认为是最有前途的新一代TFT。激光退火因具有能量高、速度快、对衬底损伤小和退火范围可控的特点, 相比传统热退火, 更适用于柔性和大尺寸背板的制备。本文综述了有关金属氧化物薄膜及MOTFT激光退火的研究进展; 详细讨论了激光退火中的关键参数; 系统阐述了激光对金属氧化物薄膜的作用以及激光对MOTFT性能的影响。最后, 总结了现在激光退火技术存在的问题以及发展方向。

随着现代社会对数据存储容量和信息处理速度要求的不断提高, 更加小型化、集成化的平面光学器件受到了广泛的关注。作为一种典型的可以进行几何相位调制的液晶器件, 液晶偏振光栅具有衍射效率高、偏转角度大、响应时间短等优势, 已经展现出了非常大的应用潜力。然而, 目前液晶偏振光栅在设计制备过程中还存在许多与电光性能相关的问题, 限制其走向实际应用。实现液晶偏振光栅衍射特性的调控需要满足一些先决条件。本文通过选取合适液晶偏振光栅的弹性连续体模型, 主要研究改变液晶材料的物性参数如弹性常数、介电常数等在强、弱两种锚定条件下对临界盒厚和阈值电压的影响。并给出了针对不同应用要求的液晶偏振光栅的制备过程中, 关于液晶材料物性参数选择的理论参考依据。

针对氧化物工艺形成的钝化层通孔柱状不良进行系统研究, 发现通孔柱状不良发生的根本原因, 并找到了有效改善措施。通过对比两种不同设计的通孔出现的差异推测通孔柱状不良可能与膜层结构相关, 对相应的膜层进行去除验证, 确定了通孔柱状不良为1ITO 膜层导致。通过扫描电镜发现1ITO 刻蚀后仍然有小颗粒ITO残留, 对通孔柱状不良提出合理解释。最后在通孔柱状不良形成机理上, 提出了有效改善措施。ITO结晶物无法被刻蚀液刻蚀, 残留的ITO结晶物阻挡SiO2刻蚀, 从而形成通孔柱状不良。ITO一旦结晶, 延长1ITO 刻蚀时间也不能改善柱状不良, 通过降低ITO 厚度可有效减轻通孔柱状不良, 但仍然无法消除, 通过加大钝化层刻蚀反应气体, 可以有效将ITO结晶物反应抽出, 彻底消除通孔柱状不良。

为进一步提升液晶显示产品盒厚的稳定性, 本文研究了TFT-LCD中柱状隔垫物(Photo Spacer, PS）弹性回复率(ER）与基底膜层间的关系。首先制作不同基底膜层的PS样品, 然后利用SNU 3D显微镜表征PS的大小及高度, 用扫描电镜(SEM）观察基底膜层的厚度, 最后用动态超显微硬度计表征PS。实验结果表明, PS在空白玻璃(Bare Glass）上的ER比正常基底膜厚高3.9%(200 mN）。平坦层(Over Coat）维氏硬度越高时, PS ER越高, 且随着载入压力的增大, 维氏硬度差异所导致的PS ER差异越大, 当载入压力为500 mN时差异达到6.3%。彩色光阻(Color Resist）膜厚由2.2 μm变厚到2.5 μm时, PS ER降低, 载入压力为100 mN时, A、B材料PS ER分别降低3.7%、4.9%。另外对PS在基底涂层下的疲劳性进行了研究, 结果表明随着压入次数增加, PS ER增加, 塑性形变比例减小, 25次后逐渐保持平稳。

为了降低LED背光液晶显示器的能耗, 提出了四原色LED背光方案, 并对该四原色LED重新表达颜色的节能性能以及色差进行研究。首先, 由于人眼对于红色光不敏感, 文中提出了一种使用第四原色替代红色来重新表示复合颜色的方法。为了达到最佳的节能效果, 引入了发光效率来确定第四种原色。之后通过色域分区的方式, 说明了三原色到四原色的转换方法。最后, 介绍了如何评估颜色重新表达后的色差。结果表明, 通过OGB颜色而不是流行的RGB颜色重现复合颜色, 功耗平均降低了20%以上, 使用OGB表达颜色与RGB表达颜色的平均色差ΔE小于1.9。文中提出四原色LED背光方案, 对于目前的液晶显示器有良好的节能效果, 不会使图像的显示产生明显的色差, 符合当前显示器的显示准确和节能的要求。

随着显示技术的不断发展, 全面屏显示愈发受到市场的欢迎和追捧。为了最大限度降低产品边框、提高显示产品的屏占比, 本文研究了激光固化各向异性导电胶膜(Anisotropic Conductive Film,ACF）来实现显示器件绑定的新技术。通过对TFT的电极压痕、粒子形变量、ACF反应率、拉拔力和产品信赖性等测试, 发现激光绑定是一项实际可行的显示器件绑定技术。本文进行了激光绑定技术优势验证, 得到: (1）最小热损伤距离, 相比较传统热压绑定技术, 热损伤安全距离由0.75 mm 降低至0.15 mm, 极大地缩短了IC/COF到偏光片的距离, 避免了偏光片烫伤内缩影响显示。(2）降低量产生产节拍时间, 由于激光能量均匀集中, 且直接加热ACF, 使得ACF固化速度更快, 在现有ACF条件下, 本压时间可由5 s 降低至3 s, 大幅度加快生产节拍, 提高产品的生产效率。可见, 激光绑定既可以解决热压工艺瓶颈, 实现极致窄边框显示器的绑定, 又能降低生产节拍时间, 提高生产效率, 是一种非常有前途的新技术。

为改善TFT特性, 采用感应耦合等离子体(ICP）设备进行4-Mask光刻胶(PR）灰化工艺, 光刻胶剥离后源/漏数据线边缘、TFT沟道和其他像素区出现了线性的a-Si膜层残留。本文研究了光刻胶灰化工艺条件对a-Si膜层残留的影响, 结果表明: 压力、偏压射频功率是产生膜层残留的主要因素, O2用量为次要因素。通过光刻胶灰化工艺优化得出了改善膜层残留的条件: 压力≥2.66 Pa, 源极功率∶偏压功率≥3∶1, qv(SF6)∶qv(O2)≥1∶60, 对感应耦合等离子体设备在光刻胶灰化工艺中的进一步应用具有非常重要的意义。

缺陷检测在TFT阵列工艺的良率提高中起着重要作用,传统的人工识别效率低, 新兴的目标检测卷积神经网络在缺陷标注上需要耗费大量人力。为了实现TFT阵列缺陷自动检测的同时尽可能地减少人工成本, 提出了一种基于生成对抗网络和形态学重建的TFT阵列缺陷检测方法, 该方法中用于训练网络的数据集无需人工标注, 解决了人工标注成本大的问题。该方法首先通过AttentionGAN网络得到TFT阵列的显著性图, 接着选定显著性图中显著性最低的像素为种子点, 得到缺陷标记图像与缺陷掩膜图像, 进而进行二值形态学重建的区域生长, 最后得到缺陷的检测。该方法对于TFT阵列缺陷的二分类能达到F1分数为0.94的结果, 为TFT阵列的自动化缺陷检测提出了一种新思路。

为了提升人们对于电子设备的个人信息隐私保护, 在许多公共场合都需要显示装置具备宽视角与窄视角相互切换的功能。本文研究了一种可实现四向防窥的宽窄视角可切换的液晶显示技术, 通过特定的像素电极结构设计将一个子像素分割为两部分, 采用单一液晶配向方式来实现宽视角与四向窄视角模式的自由切换。本文所述的液晶显示装置其上基板一侧设有视角控制电极, 下基板一侧设有像素电极和公共电极。当视角控制电极给公共电极信号时,下基板侧的像素电极和公共电极所形成的边缘电场使液晶分子向不同方向水平旋转, 实现宽视角显示模式。当视角控制电极施加偏置的交流电压时, 液晶分子在水平电场和垂直电场共同作用下进行旋转并形成较大的倾角, 使液晶分子在离轴方向具有较大的相位延迟, 形成大视角的暗态漏光, 从而实现四向窄视角显示模式。实验结果表明: 宽视角显示模式时, 其上下左右视角均可达到60°以上, 且画面清晰可见。窄视角显示模式时, 其视角在上下大于60°、左右大于45°时, 具有良好的防窥效果。本技术架构简单, 无需额外增加任何器件, 通过单一液晶显示面板,单一背光源下即可实现四向视角进行宽窄切换的目的。

针对当训练样本不足时, 传统深度学习算法在手写数字识别中会出现训练不稳定、识别精度较低等问题, 提出了基于条件生成对抗网络的识别方法。首先, 在条件生成对抗网络的基础上, 利用生成器使用类别标签控制图像生成的优点, 将生成器产生的图像样本作为训练数据, 扩充数据集。同时, 利用反卷积网络和卷积网络分别构成生成器和判别器的网络结构, 去掉全连接层以提升模型稳定性。然后, 引入条件批量归一化, 利用它使用类别标签的优点, 使网络学习更多的特征。最后, 改进判别器为分类器, 并提出新的损失函数, 加快收敛速度, 提高识别精度。实验结果表明, 本文所提出的手写数字识别方法生成的图像质量更好, 识别准确率更高, 达到99.43%, 为生成对抗网络及其变体在图像识别领域中的应用提供了参考。

针对仪表识别系统背景复杂, 对小目标不敏感, 检测精度低等问题, 本文提出一种特征融合金字塔(FPN）和Faster R-CNN网络结合的仪表自动识别方法。首先使用FPN和Faster R-CNN网络的RPN结合定位表盘和指针区域, 并对多类仪表进行分类; 此外为了平衡仪表图像的正负样本, 提高检测准确性, 引入Focal Loss损失函数与RPN网络结合进行训练数据集; 其次对指针区域进行基于FPN的图像分割, 将FPN网络与反卷积结合, 提高指针区域分割准确性; 最后拟合指针获取指针偏转角度, 得到仪表读数。实验结果表明, 提出的方法准确率达到94.25%, 与传统算法相比, 提出的方法不仅检测精度高, 而且实用性更强。

针对受控场景下人脸表情识别率低的问题, 提出了一种受控场景下基于残差整流增强卷积神经网络的表情识别算法。该方法以卷积神经网络为原型, 在训练模型的过程中, 引入残差网络的思想, 修正测试集效果与训练集效果之间的差。通过内嵌于卷积层中的激励函数对残差块的线性整流操作, 协助表达复杂特征。同时, 通过数据增强方法抑制深度神经网络模型在训练过程中过快的拟合, 提升其在给定识别任务上的泛化性能, 进而提高模型学习效果的鲁棒性。实验中通过将该方法运用于模拟在线授课环境中, 最终达到受控场景下有效人脸表情识别的效果。实验结果表明, 该方法可以有效对受控情况下的人脸图像输入进行表情分类, 最高准确率达到了91.7%。该研究对人脸表情识别领域及人机交互领域的发展具有积极意义。

针对视觉测量中的点云配准问题, 提出一种基于电磁追踪系统的点云配准方法。首先, 搭建测量和配准系统, 采用基于平面的坐标系转换方法获得世界坐标系与发射器坐标系之间的转换关系。其次, 利用发射器和接收器之间准确的位姿信息, 获得发射器坐标系和接收器坐标系之间的转换关系。最后, 以发射器坐标系作为中间坐标系, 将获取的点云由世界坐标系转换到接收器坐标系下, 实现点云的粗配准, 进而采用ICP方法实现精配准。对不同深度的平面进行测量配准实验, 并使用石膏像对配准效果进行验证。实验结果表明: 粗配准后平面的配准误差在0.40 mm以下, 精配准后平面的配准误差在0.04 mm以下; 经过粗配准后的石膏像, 采用ICP方法进行精配准时其误差能够快速收敛, 且精配准后视觉效果良好。

针对机器视觉难以对反射表面进行缺陷检测等问题, 本文提出一种基于相位测量偏折术的缺陷检测方法。该方法以LCD屏幕作为结构光源, 格雷码图案结合相移图案作为结构光, 通过LCD屏幕投射到被测表面, 使用单目相机捕捉结构光的反射图案。首先对相机捕捉的图案逐个像素进行解码, 获得包裹相位和条纹级数; 然后进行相位展开并消除误差, 生成绝对相位图像; 再使用Canny算子对图像进行边缘检测, 将投影区域与非投影区域分割; 最后在投影区域内使用Canny算子检测出缺陷的边缘, 实现表面缺陷的检测与定位。实验结果表明: 在环境亮度较低且恒定的条件下, 相位测量偏折术可高效检测出反射表面上具有形变特征的缺陷, 精度为0.1 mm, 基本满足对反射表面上多种缺陷进行高精度、高效率、低成本检测的要求。