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TFT-LCD的概况

文章出处:原创 人气:发表时间:2017-07-03

·TFT-LCD的概述    
      TFT(ThinFilm Transistor)LCD即薄膜场效应晶体管LCD,是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。
·     TFT=Thin-FilmTransistor=薄膜晶体管
·     LCD=Liquid-CrystalDisplay=液晶显示器
·     TFT-LCD(Thin FilmTransistor-liquid Crystal Display),薄膜电晶体液晶显示屏,诞生于1960年,经过不断的改良,于1991年正式应用于商业化笔记型电脑,随着工艺技术的逐步成熟,目前TFT-LCD在各个应用领域正逐步取代CRT产品,成为显示技术之主流。
 
·     液晶显示屏的优点就是耗电小、工作电压低、解析度高、无辐射、显示屏本身比较轻薄、便于携带、使用寿命长等,由于具有这些优点,所以在很多领域得到广泛应用,如:电视机、显示器、笔记本电脑、手机、卫星导航、PDA等。
 
液晶平板显示器,特别TFT-LCD,是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过CRT的显示器件,它的性能优良、大规模生产特性好,自动化程度高,原材料成本低廉,发展空间广阔,将迅速成为新世纪的主流产品,是21世纪全球经济增长的一个亮点。
 
  主要特点
和TN技术不同的是,TFT的显示采用“背透式”照射方式——假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下,而是从下向上。这样的作法是在液晶的背部设置特殊光管,光源照射时通过下偏光板向上透出。由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极,在FET电极导通时,液晶分子的表现也会发生改变,可以通过遮光和透光来达到显示的目的,响应时间大大提高到80ms左右。因其具有比TN-LCD更高的对比度和更丰富的色彩,荧屏更新频率也更快,故TFT俗称“真彩”。
 
TFT-LCD的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关器件。由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制。因而每个节点都相对独立,并可以进行连续控制。这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度,同时也可以精确控制显示灰度,这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。
 
  应用
目前,绝大部分笔记本电脑厂商的产品都采用TFT-LCD。早期的TFT-LCD主要用于笔记本电脑的制造。尽管在当时TFT相对于DSTN具有极大的优势,但是由于技术上的原因,TFT-LCD在响应时间、亮度及可视角度上与传统的CRT显示器还有很大的差距。加上极低的成品率导致其高昂的价格,使得桌面型的TFT-LCD成为遥不可及的尤物。
 
不过,随着技术的不断发展,良品率不断提高,加上一些新技术的出现,使得TFT-LCD在响应时间、对比度、亮度、可视角度方面有了很大的进步,拉近了与传统CRT显示器的差距。如今,大多数主流LCD显示器的响应时间都提高到50ms以下,这些都为LCD走向主流铺平了道路。
 
·TFT-LCD的主要优点    
随着TFT技术的成熟,彩色液晶平板显示器迅速发展,不到10年的时间,TFT-LCD迅速成长为主流显示器,这与它具有的优点是分不开的。主要特点是:
 
(1)使用特性好:低压应用,低驱动电压,固体化使用安全性和可靠性提高;平板化,又轻薄,节省了大量原材料和使用空间;低功耗,它的功耗约为CRT显示器的十分之一,反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右,节省了大量的能源;TFT-LCD产品还有规格型号、尺寸系列化,品种多样,使用方便灵活、维修、更新、升级容易,使用寿命长等许多特点。显示范围覆盖了从1英寸至40英寸范围内的所有显示器的应用范围以及投影大平面,是全尺寸显示终端;显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率,高彩色保真度,高亮度,高对比度,高响应速度的各种规格型号的视频显示器;显示方式有直视型,投影型,透视式,也有反射式。
 
(2)环保特性好:无辐射、无闪烁,对使用者的健康无损害。特别是TFT-LCD电子书刊的出现,将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代,引发人类学习、传播和记栽文明方式的革命。
 
(3)适用范围宽,从-20℃到+50℃的温度范围内都可以正常使用,经过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到零下80℃。既可作为移动终端显示,台式终端显示,又可以作大屏幕投影电视,是性能优良的全尺寸视频显示终端。
 
(4)制造技术的自动化程度高,大规模工业化生产特性好。TFT-LCD产业技术成熟,大规模生产的成品率达到90%以上。
 
(5)TFT-LCD易于集成化和更新换代,是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合,继续发展潜力很大。目前有非晶、多晶和单晶硅TFT-LCD,将来会有其它材料的TFT,既有玻璃基板的又有塑料基板。
  
TFT-LCD技术研究现状    
  分辨率:TFT-LCD的分辨率在近几年中经由CGA( 320 * 2 00),VGA( 640 * 4 80),SVGA (1280 * 1024)。
XGA (1024 * 768). SXGA (1280 * 1024)发展到目前的UXGA (1600 * 1200)、QXGA (2560 * 2048)的水平。
 
对比度:美国P.P.Muhoray等人推出了波导基LCD技术,并利用这种技术实现了174:1的高对比度,而现在的TFT-LCD对比度最高可达到500:1。
 
视角: 由于液晶材料是各向异性的,其分子排列的取向及在电场作用下的重新排列取得均匀影响LCD器件视角的拓宽,这就造成了LCD器件视角上的缺点,现已提出多种宽视角技术,如同平面切换模式、相对称微单元模式、畴垂直模式等,视角可达到170度。
 
响应速度:当帧频为60% 时,帧周期约为16ms,采用TN型LCD的普通TFT-LCD器件的响应时间可低于20ms。最近推出了一种利用弹性连续聚合物稳定化的平面开关方法,可使响应时间缩短到10ms,采用光学补偿带可将响应时间缩短到2~3ms,目前已用本技术研制出响应时间为8ms的彩色LCD电视机。
 
  寿命:由于制造技术的发展,TFT-LCD的寿命可达到3万小时以上。
  大屏幕和反射式己出现:已研制成功38in的TFT-LCTV,结束了大屏幕LC的拼接时代,反射式TFT-LCD彩色显示器也开始商品化。
  由于TFT制作技术的发展、液晶材料性能的改善、宽视角技术的采用、响应速度的提高和成品率的提高,TFT-LCD显示性能已并不亚于CRT。
  
·TFT型液晶显示器结构
通常的a-Si TFT主要由玻璃基板、栅电极、栅绝缘层、半导体活性层a-Si,欧姆接触层n+a-Si、源漏电极及保护膜等组成,其中栅绝缘层和保护膜一般采用SiN。
 
a-Si TFT 的结构可分为四种典型结构:源、漏、栅三电极位于半导体活性层a-Si同一侧的平面结构,其中源、漏、栅三电极位于a-Si层上侧的称正栅平面结构,源、漏、栅三电极位于a-Si层下侧的称倒栅平面结构;源、漏、电极与栅电极位于a-Si层两侧的交错结构,其中栅电极在a-Si层上侧,源、漏电极在a-Si层下侧的称正栅交错结构或顶栅结构,栅极在a-Si下侧,源、漏电极在a-Si层上侧的称倒栅交错结构或底栅结构。
 
  从制造工艺上看,交错结构的SiN,a-Si和n+a-Si三层(或其中二层)可以连续淀积,适合流水作业,又可减少交叉污染。现在,交错结构已成为主流,它不仅对a-Si,SiN。n+a-Si可连续作业,而且倒栅还可以作遮光层(不需另设遮光层),这对a-Si TFT是重要的,因为a-Si对光敏感,一旦有光流入引起漏电流增加,将会导致像质恶化。
  
TFT型液晶显示器原理
从TFT-LCD的切面结构图(上图)可以看到LCD是由二层玻璃基板夹住液晶组成的,形成一个平行板电容器,通过嵌入在下玻璃基板上的TFT对这个电容器和内置的存储电容充电,维持每幅图像所需要的电压直到下一幅画面更新。液晶的彩色都是透明的必须给LCD衬以白色的背光板上才能将五颜六色表达出来,而要使白色的背光板有反射就需要在四周加上白色灯光。因此在TFT-LCD的底部都组合了灯具,如CCFL或LED。
 
  TFT-LCD需要背光,由于LCD面板本身并不发光,因此需要背光,液晶显示器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度,而且亮度分布均匀的光源。LCD实际上是打开来自其后面光源的光来表现其色彩的。目前的常用背光源是CCFL或LED。
 
TFT-LCD驱动原理
一个TFT元件就相当于一个电控开关,扫描线(栅极)控制开关的打开和闭合,数据线(源极)提供液晶显示不同亮度所需要的灰阶电压。当在扫描线(栅极)上施以高电压时,TFT元件打开,灰阶电压就能从数据线(源极)进入像素电极(漏极),并经由透明像素电极施加于液晶层上,改变液晶的站立角度从而显示预定灰阶。
TFT原件结构
 
整个TFT-LCD面板的显示区域就是由数百万个独立TFT元件控制的像素矩阵构成。如下图,当扫描线打开第三行像素时,数据线会将第三行像素所需要的灰阶电压写入,然后关闭第三行,使其处于电压保持状态,同时打开第四行扫描线,写入第四行像素所需的灰阶电压,完成写入后关闭第四行,并开启第五行像素,依序逐行写入面板各行像素所需灰阶电压。
TFT-LCD驱动原理
TFT-LCD 制程相关简要
TFT-LCD制程

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