TFT-LCD的簡介

·TFT-LCD的概述    
      TFT(ThinFilm Transistor)LCD即薄膜場效應(yīng)晶體管LCD，是有源矩陣類型液晶顯示器(AM-LCD)中的一種。
·     TFT=Thin-FilmTransistor=薄膜晶體管
·     LCD=Liquid-CrystalDisplay=液晶顯示器
·     TFT-LCD（Thin FilmTransistor-liquid Crystal Display），薄膜電晶體液晶顯示屏，誕生于1960年，經(jīng)過不斷的改良，于1991年正式應(yīng)用于商業(yè)化筆記型，隨著工藝技術(shù)的逐步成熟，目前TFT-LCD在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域正逐步取代CRT產(chǎn)品，成為顯示技術(shù)之主流。
 
·     液晶顯示屏的優(yōu)點(diǎn)就是耗電小、工作電壓低、解析度高、無輻射、顯示屏本身比較輕薄、便于攜帶、使用壽命長等，由于具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如：電視機(jī)、顯示器、筆記本、、衛(wèi)星導(dǎo)航、PDA等。
 
液晶平板顯示器，特別TFT-LCD，是目前唯一在亮度、對比度、功耗、壽命、體積和重量等綜合性能上全面趕上和超過CRT的顯示器件，它的性能優(yōu)良、大規(guī)模生產(chǎn)特性好，自動化程度高，原材料成本低廉，發(fā)展空間廣闊，將迅速成為新世紀(jì)的主流產(chǎn)品，是21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè)亮點(diǎn)。
 
　　主要特點(diǎn)
和TN技術(shù)不同的是，TFT的顯示采用“背透式”照射方式——假想的光源路徑不是像TN液晶那樣從上至下，而是從下向上。這樣的作法是在液晶的背部設(shè)置特殊光管，光源照射時(shí)通過下偏光板向上透出。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導(dǎo)通時(shí)，液晶分子的表現(xiàn)也會發(fā)生改變，可以通過遮光和透光來達(dá)到顯示的目的，響應(yīng)時(shí)間大大提高到80ms左右。因其具有比TN-LCD更高的對比度和更豐富的色彩，熒屏更新頻率也更快，故TFT俗稱“真彩”。
 
TFT-LCD的主要特點(diǎn)是為每個(gè)像素配置一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件。由于每個(gè)像素都可以通過點(diǎn)脈沖直接控制。因而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相對獨(dú)立，并可以進(jìn)行連續(xù)控制。這樣的設(shè)計(jì)方法不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)也可以精確控制顯示灰度，這就是TFT色彩較DSTN更為逼真的原因。
 
　　應(yīng)用
目前，絕大部分筆記本廠商的產(chǎn)品都采用TFT-LCD。早期的TFT-LCD主要用于筆記本的制造。盡管在當(dāng)時(shí)TFT相對于DSTN具有極大的優(yōu)勢，但是由于技術(shù)上的原因，TFT-LCD在響應(yīng)時(shí)間、亮度及可視角度上與傳統(tǒng)的CRT顯示器還有很大的差距。加上極低的成品率導(dǎo)致其高昂的價(jià)格，使得桌面型的TFT-LCD成為遙不可及的尤物。
 
不過，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，良品率不斷提高，加上一些新技術(shù)的出現(xiàn)，使得TFT-LCD在響應(yīng)時(shí)間、對比度、亮度、可視角度方面有了很大的進(jìn)步，拉近了與傳統(tǒng)CRT顯示器的差距。如今，大多數(shù)主流LCD顯示器的響應(yīng)時(shí)間都提高到50ms以下，這些都為LCD走向主流鋪平了道路。
 
·TFT-LCD的主要優(yōu)點(diǎn)    
隨著TFT技術(shù)的成熟，彩色液晶平板顯示器迅速發(fā)展，不到10年的時(shí)間，TFT-LCD迅速成長為主流顯示器，這與它具有的優(yōu)點(diǎn)是分不開的。主要特點(diǎn)是：
 
（1）使用特性好：低壓應(yīng)用，低驅(qū)動電壓，固體化使用安全性和可靠性提高；平板化，又輕薄，節(jié)省了大量原材料和使用空間；低功耗，它的功耗約為CRT顯示器的十分之一，反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右，節(jié)省了大量的能源；TFT-LCD產(chǎn)品還有規(guī)格型號、尺寸系列化，品種多樣，使用方便靈活、維修、更新、升級容易，使用壽命長等許多特點(diǎn)。顯示范圍覆蓋了從1英寸至40英寸范圍內(nèi)的所有顯示器的應(yīng)用范圍以及投影大平面，是全尺寸顯示終端；顯示質(zhì)量從最簡單的單色字符圖形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高對比度，高響應(yīng)速度的各種規(guī)格型號的視頻顯示器；顯示方式有直視型，投影型，透視式，也有反射式。
 
（2）環(huán)保特性好：無輻射、無閃爍，對使用者的健康無損害。特別是TFT-LCD電子書刊的出現(xiàn)，將把人類帶入無紙辦公、無紙印刷時(shí)代，引發(fā)人類學(xué)習(xí)、傳播和記栽文明方式的革命。
 
（3）適用范圍寬，從-20℃到+50℃的溫度范圍內(nèi)都可以正常使用，經(jīng)過溫度加固處理的TFT-LCD低溫工作溫度可達(dá)到零下80℃。既可作為移動終端顯示，臺式終端顯示，又可以作大屏幕投影電視，是性能優(yōu)良的全尺寸視頻顯示終端。
 
（4）制造技術(shù)的自動化程度高，大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)特性好。TFT-LCD產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟，大規(guī)模生產(chǎn)的成品率達(dá)到90%以上。
 
（5）TFT-LCD易于集成化和更新?lián)Q代，是大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路技術(shù)和光源技術(shù)的完美結(jié)合，繼續(xù)發(fā)展?jié)摿艽蟆Ｄ壳坝蟹蔷?、多晶和單晶硅TFT-LCD，將來會有其它材料的TFT，既有玻璃基板的又有塑料基板。
　　
TFT-LCD技術(shù)研究現(xiàn)狀    
　　分辨率：TFT-LCD的分辨率在近幾年中經(jīng)由CGA( 320 * 2 00),VGA( 640 * 4 80),SVGA (1280 * 1024)。
XGA (1024 * 768). SXGA (1280 * 1024)發(fā)展到目前的UXGA (1600 * 1200)、QXGA (2560 * 2048)的水平。
 
對比度：美國P.P.Muhoray等人推出了波導(dǎo)基LCD技術(shù)，并利用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了174:1的高對比度，而現(xiàn)在的TFT-LCD對比度最高可達(dá)到500:1。
 
視角： 由于液晶材料是各向異性的，其分子排列的取向及在電場作用下的重新排列取得均勻影響LCD器件視角的拓寬，這就造成了LCD器件視角上的缺點(diǎn)，現(xiàn)已提出多種寬視角技術(shù)，如同平面切換模式、相對稱微單元模式、疇垂直模式等，視角可達(dá)到170度。
 
響應(yīng)速度:當(dāng)幀頻為60% 時(shí)，幀周期約為16ms,采用TN型LCD的普通TFT-LCD器件的響應(yīng)時(shí)間可低于20ms。最近推出了一種利用彈性連續(xù)聚合物穩(wěn)定化的平面開關(guān)方法，可使響應(yīng)時(shí)間縮短到10ms，采用光學(xué)補(bǔ)償帶可將響應(yīng)時(shí)間縮短到2～3ms，目前已用本技術(shù)研制出響應(yīng)時(shí)間為8ms的彩色LCD電視機(jī)。
 
　　壽命：由于制造技術(shù)的發(fā)展，TFT-LCD的壽命可達(dá)到3萬小時(shí)以上。
　　大屏幕和反射式己出現(xiàn):已研制成功38in的TFT-LCTV，結(jié)束了大屏幕LC的拼接時(shí)代，反射式TFT-LCD彩色顯示器也開始商品化。
　　由于TFT制作技術(shù)的發(fā)展、液晶材料性能的改善、寬視角技術(shù)的采用、響應(yīng)速度的提高和成品率的提高，TFT-LCD顯示性能已并不亞于CRT。
　　
·TFT型液晶顯示器結(jié)構(gòu)
通常的a-Si TFT主要由玻璃基板、柵電極、柵絕緣層、半導(dǎo)體活性層a-Si,歐姆接觸層n+a-Si、源漏電極及保護(hù)膜等組成，其中柵絕緣層和保護(hù)膜一般采用SiN。
 
a-Si TFT 的結(jié)構(gòu)可分為四種典型結(jié)構(gòu)：源、漏、柵三電極位于半導(dǎo)體活性層a-Si同一側(cè)的平面結(jié)構(gòu)，其中源、漏、柵三電極位于a-Si層上側(cè)的稱正柵平面結(jié)構(gòu)，源、漏、柵三電極位于a-Si層下側(cè)的稱倒柵平面結(jié)構(gòu)；源、漏、電極與柵電極位于a-Si層兩側(cè)的交錯結(jié)構(gòu)，其中柵電極在a-Si層上側(cè)，源、漏電極在a-Si層下側(cè)的稱正柵交錯結(jié)構(gòu)或頂柵結(jié)構(gòu)，柵極在a-Si下側(cè)，源、漏電極在a-Si層上側(cè)的稱倒柵交錯結(jié)構(gòu)或底柵結(jié)構(gòu)。
 
　　從制造工藝上看，交錯結(jié)構(gòu)的SiN，a-Si和n+a-Si三層(或其中二層)可以連續(xù)淀積，適合流水作業(yè)，又可減少交叉污染?，F(xiàn)在，交錯結(jié)構(gòu)已成為主流，它不僅對a-Si，SiN。n+a-Si可連續(xù)作業(yè)，而且倒柵還可以作遮光層(不需另設(shè)遮光層)，這對a-Si TFT是重要的，因?yàn)閍-Si對光敏感，一旦有光流入引起漏電流增加，將會導(dǎo)致像質(zhì)惡化。
　　
TFT型液晶顯示器原理
從TFT-LCD的切面結(jié)構(gòu)圖（上圖）可以看到LCD是由二層玻璃基板夾住液晶組成的，形成一個(gè)平行板電容器，通過嵌入在下玻璃基板上的TFT對這個(gè)電容器和內(nèi)置的存儲電容充電，維持每幅圖像所需要的電壓直到下一幅畫面更新。液晶的彩色都是透明的必須給LCD襯以白色的背光板上才能將五顏六色表達(dá)出來，而要使白色的背光板有反射就需要在四周加上白色燈光。因此在TFT-LCD的底部都組合了燈具，如CCFL或LED。
 
　　TFT-LCD需要背光，由于LCD面板本身并不發(fā)光，因此需要背光，液晶顯示器就必須加上一個(gè)背光板, 來提供一個(gè)高亮度，而且亮度分布均勻的光源。LCD實(shí)際上是打開來自其后面光源的光來表現(xiàn)其色彩的。目前的常用背光源是CCFL或LED。
　
TFT-LCD驅(qū)動原理
一個(gè)TFT元件就相當(dāng)于一個(gè)電控開關(guān)，掃描線（柵極）控制開關(guān)的打開和閉合，數(shù)據(jù)線（源極）提供液晶顯示不同亮度所需要的灰階電壓。當(dāng)在掃描線（柵極）上施以高電壓時(shí)，TFT元件打開，灰階電壓就能從數(shù)據(jù)線（源極）進(jìn)入像素電極（漏極），并經(jīng)由透明像素電極施加于液晶層上，改變液晶的站立角度從而顯示預(yù)定灰階。

 
整個(gè)TFT-LCD面板的顯示區(qū)域就是由數(shù)百萬個(gè)獨(dú)立TFT元件控制的像素矩陣構(gòu)成。如下圖，當(dāng)掃描線打開第三行像素時(shí)，數(shù)據(jù)線會將第三行像素所需要的灰階電壓寫入，然后關(guān)閉第三行，使其處于電壓保持狀態(tài)，同時(shí)打開第四行掃描線，寫入第四行像素所需的灰階電壓，完成寫入后關(guān)閉第四行，并開啟第五行像素，依序逐行寫入面板各行像素所需灰階電壓。

TFT-LCD 制程相關(guān)簡要