TFT-LCD結(jié)構(gòu)及工作原理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)TFT-LCD結(jié)構(gòu)及工作原理TFT-LCD即薄膜場(chǎng)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(huì)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(duì)比度和

2、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(duì)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。目前，絕大部分筆記本電腦廠商的產(chǎn)品都采用TFT-LCD。早期的TFT-LCD主要用于筆記本電腦的制造。盡管在當(dāng)時(shí)TFT相對(duì)于DSTN具有極大的優(yōu)勢(shì)，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

3、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(duì)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。LCD的應(yīng)用市場(chǎng)應(yīng)該說是潛力巨大。但就液晶面板生產(chǎn)能力而言，全世界的LCD主要集中在中國臺(tái)灣、韓國和日本三個(gè)主要生產(chǎn)基地。亞洲是LCD面板研發(fā)及生產(chǎn)制造的中心，而臺(tái)、日、韓三大產(chǎn)地的發(fā)展情況各有不同。目前主流的TFT面板有aSi(非晶硅薄膜晶體管)、TFT技術(shù)和LTPS TFT（低溫復(fù)晶硅）TFT技

4、術(shù)。在a-Si方面，三個(gè)生產(chǎn)基地的技術(shù)各有千秋。日本廠商曾經(jīng)研制出分辨率高達(dá)25602048的LCD產(chǎn)品。因此，有些人認(rèn)為，aSi TFT技術(shù)完全可滿足高分辨率的產(chǎn)品需要，但是，由于技術(shù)的不成熟，它還不能滿足高速視頻影像或動(dòng)畫等的需要。LTPS TFT相對(duì)可以節(jié)約成本，這對(duì)于TFT LCD的推廣有著重要意義。目前，日本廠商已經(jīng)有量產(chǎn)12.1英寸LTPS TFT LCD的能力。而中國臺(tái)灣已開發(fā)完成LTPS組件制造技術(shù)與LTPS SXGA面板技術(shù)。韓國在這方面缺少專門的設(shè)計(jì)人員和研發(fā)專家，但像三星等主要企業(yè)已經(jīng)推出了LTPS產(chǎn)品，顯示出韓國廠商的實(shí)力。不過，目前LTPS技術(shù)尚不成熟，產(chǎn)品集中在小屏

5、幕，而且良品率低，成本優(yōu)勢(shì)尚無從談起。與LTPS相比，a-Si無疑是目前TFT LCD的主流。日本公司的aSiTFT投資策略上幾乎都以第三代LCD產(chǎn)品為主，通過制造技術(shù)及良品率的改善來提高產(chǎn)量，降低成本。日本一直走高端路線，其技術(shù)無疑是最先進(jìn)的。由于研發(fā)力量有限，臺(tái)灣的a-Si TFT技術(shù)主要來自日本廠商的轉(zhuǎn)讓，但由于臺(tái)灣企業(yè)一般屬于勞動(dòng)密集型，技術(shù)含量價(jià)低，以生產(chǎn)低端產(chǎn)品為主。韓國在a-Si方面有著強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力，比如三星公司就量產(chǎn)了全球第一臺(tái)24寸a-Si TFT LCD240T，它的響應(yīng)時(shí)間小于25ms，可以滿足一般應(yīng)用需要；而可視角度達(dá)到了160度，使得LCD在傳統(tǒng)弱項(xiàng)上不輸給CRT。

6、三星240T標(biāo)志著大屏幕TFT LCD技術(shù)走向成熟，也向世人展示了韓國廠商的實(shí)力不容置疑。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(cuò)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(cuò)結(jié)

7、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(cuò)結(jié)構(gòu)或底柵結(jié)構(gòu)。從制造工藝上看，交錯(cuò)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(cuò)結(jié)構(gòu)已成為主流，它不僅對(duì)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(duì)a-Si TFT是重要的，因?yàn)閍-Si對(duì)光敏感，一旦有光流入引起漏電流增加，將會(huì)導(dǎo)致像質(zhì)惡化。TFT型液晶顯示器的運(yùn)作原理從TFT-LCD的切面結(jié)構(gòu)圖（下圖）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(duì)這個(gè)電容器

8、和內(nèi)置的存儲(chǔ)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的市場(chǎng)分析TFT-LCD是有源矩陣液晶顯示器(AM LCD)的典型代表，其研究最活躍、發(fā)展最快、應(yīng)用增長也

9、最迅速，在筆記本電腦、攝像機(jī)與數(shù)字照相機(jī)監(jiān)視器等方面的應(yīng)用獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，另外，它在地理信息系統(tǒng)以及飛機(jī)座艙、便攜式DVD、臺(tái)式電腦和多媒體顯示器等方面都得到很好的應(yīng)用。彩色TFT-LCD的構(gòu)思最初由美國人(西屋公司)于1972年提出、日本東芝公司在1982年率先實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的規(guī)模生產(chǎn)，但那時(shí)的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟。自1993年日本掌握了TFT-LCD生產(chǎn)技術(shù)以來，分辨率已由CGA(320*200)發(fā)展到今天的UXGA(1600*1200),基片尺寸也已有第一代的240*270-32O*400mm2發(fā)展到2001年日本夏普、韓國三星電子和LG-Philips公司分別上馬的第七代的1350*1700 mm

10、2。目前，TFT-LCD的應(yīng)用主要在小尺寸的移動(dòng)電話市場(chǎng)、中型尺寸的掌上電腦與筆記本電腦市場(chǎng)、大型尺寸的液晶顯示監(jiān)視器和液晶電視市場(chǎng)等五個(gè)方面。2005年TFT-LCD將被主要應(yīng)用于顯示器(39%)、筆記本電腦(25%)、手機(jī)(16%),液晶電視(10%),PDA(6%)五大領(lǐng)域，市場(chǎng)銷售金額將超過250億美元，占LCD市場(chǎng)比例超過90%，成為液晶乃至整個(gè)平板顯示技術(shù)領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)。TFT-LCD技術(shù)的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)資金密集，規(guī)模經(jīng)營:建立一條生產(chǎn)線投資在10億美元左右.技術(shù)密集:涉及到半導(dǎo)體技術(shù)、精密機(jī)械、精密光學(xué)、自動(dòng)控制、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、光電子、微電子、精細(xì)化工、光源、材料、通訊

11、、計(jì)算機(jī)軟件等。發(fā)展速度快，核心技術(shù)穩(wěn)定:TFT-LCD產(chǎn)業(yè)化十年來生產(chǎn)線經(jīng)歷了7次大的發(fā)展，平均1年半生產(chǎn)線就要更新一次。但是TFT-LCD的核心技術(shù)是相對(duì)穩(wěn)定的。帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)面廣，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)具有全局意義:上游原料、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)涉及到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的幾十個(gè)領(lǐng)域。新材料的開發(fā)、大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備的制造、先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，將帶動(dòng)上游產(chǎn)業(yè)群。TFT-LCD模塊是信息產(chǎn)業(yè)的核心器件，涉及到通訊、交通、家電、計(jì)算機(jī)、教育、工業(yè)、醫(yī)療、國防等幾乎所有的領(lǐng)域。a-Si TFT-LCD技術(shù)的研究現(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(

12、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(duì)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(duì)比度，而現(xiàn)在的TFT-LCD對(duì)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(chǎng)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(duì)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23ms，