TFT定义

  TFT（ThinFilmTransistor）即薄膜场效应晶体管。所谓薄膜晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFT属于有源矩阵液晶显示器。

  TFT-LCD液晶显示屏[1]是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”（TFT）。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，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，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真。

  TFT工作原理

  （1）TFT是如何工作的TFT就是“ThinFilmTransistor”的简称，一般代指薄膜液晶显示器，而实际上指的是薄膜晶体管（矩阵）——可以“主动的”对屏幕上的各个独立的象素进行控制，这也就是所谓的主动矩阵TFT（activematrixTFT）的来历。那么图象究竟是怎么产生的呢？基本原理很简单：显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的象素组成，只要控制各个象素显示相应的颜色就能达到目的了。在TFTLCD中一般采用背光技术，为了能精确地控制每一个象素的颜色和亮度就需要在每一个象素之后安装一个类似百叶窗的开关，当“百叶窗”打开时光线可以透过来，而“百叶窗”关上后光线就无法透过来。当然，在技术上实际上实现起来就不像刚才说的那么简单。LCD（LiquidCrystalDisplay）就是利用了液晶的特性（当加热时为液态，冷却时就结晶为固态），一般液晶有三种形态：

  类似粘土的层列（Smectic）液晶

  类似细火柴棒的丝状（Nematic）液晶

  类似胆固醇状的（Cholestic）液晶

  液晶显示器使用的是丝状，当外界环境变化它的分子结构也会变化，从而具有不同的物理特性——就能够达到让光线通过或者阻挡光线的目的——也就是刚才比方的百叶窗。

  大家知道三原色，所以构成显示屏上的每个象素需上面介绍的三个类似的基本组件来构成，分别控制红、绿、蓝三种颜色。

  目前使用的普遍的是扭曲向列TFT液晶显示器（TwistedNematicTFTLCD），下图就是解释的此类TFT显示器的工作原理。现存的技术差别很大，我们将会在本文的部分中详细介绍。

  在上、下两层上都有沟槽，其中上层的沟槽是纵向排列，而下层是横向排列的。而下层是横向排列的。当不加电压液晶处于自然状态，从发光图2a扭曲向列TFT显示器工作原理图示意图层发散过来的光线通过夹层之后，会发生90度的扭曲，从而能在下层顺利透过。

  当两层之间加上电压之后，就会生成一个电场，这时液晶都会垂直排列，所以光线不会发生扭转——结果就是光线无法通过下层。

  （2）TFT象素架构:彩色滤光镜依据颜色分为红、绿、蓝三种，依次排列在玻璃基板上组成一组（dotpitch）对应一个象素每一个单色滤光镜称之为子象素（sub-pixel）。也就是说，如果一个TFT显示器支持1280×1024分辨率的话，那么至少需要1280×3×1024个子象素和晶体管。对于一个15英寸的TFT显示器（1024×768）那么一个象素大约是0.0188英寸（相当于0.30mm），对于18.1英寸的TFT显示器而言（1280×1024），就是0.011英寸（相当于0.28mm）。

  大家知道，象素对于显示器是有决定意义的，每个象素越小显示器可能达到的分辨率就会越大。不过由于晶体管物理特性的限制，目前TFT每个象素的大小基本就是0.0117英寸（0.297mm），所以对于15英寸的显示器来说，分辨率只有1280×1024。

  TFT的技术特点

  TFT技术是二十世纪九十年代发展起来的，采用新材料和新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术，是液晶（LC）、无机和有机薄膜电致发光（EL和OEL）平板显示器的基础。TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上（当然也可以在晶片上）通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必需的各种膜，通过对膜的加工制作大规模半导体集成电路（LSIC）。采用非单晶基板可以大幅度地降低成本，是传统大规模集成电路向大面积、多功能、低成本方向的延伸。在大面积玻璃或塑料基板上制造控制像元（LC或OLED）开关性能的TFT比在硅片上制造大规模IC的技术难度更大。对生产环境的要求（净化度为100级），对原材料纯度的要求（电子特气的纯度为99.999985%），对生产设备和生产技术的要求都超过半导体大规模集成，是现代大生产的顶尖技术。其主要特点有：

  （1）大面积：九十年代初代大面积玻璃基板（300mm×400mm）TFT-LCD生产线投产，到2000年上半年玻璃基板的面积已经扩大到了680mm×880mm），近950mm×1200mm的玻璃基板也将投入运行。原则上讲没有面积的限制。

  （2）高集成度：用于液晶投影的1.3英寸TFT芯片的分辨率为XGA含有百万个象素。分辨率为SXGA（1280×1024）的16.1英寸的TFT阵列非晶体硅的膜厚只有50nm，以及TABONGLASS和SYSTEMONGLASS技术，其IC的集成度，对设备和供应技术的要求，技术难度都超过传统的LSI。

  （3）功能强大：TFT早作为矩阵选址电路改善了液晶的光阀特性。对于高分辨率显示器，通过0-6V范围的电压调节（其典型值0.2到4V），实现了对象元的精确控制，从而使LCD实现高质量的高分辨率显示成为可能。TFT-LCD是人类历史上种在显示质量上超过CRT的平板显示器。现在人们开始把驱动IC集成到玻璃基板上，整个TFT的功能将更强大，这是传统的大规模半导体集成电路所无法比拟的。

  （4）低成本：玻璃基板和塑料基板从根本上解决了大规模半导体集成电路的成本问题，为大规模半导体集成电路的应用开拓了广阔的应用空间。

  （5）工艺灵活：除了采用溅射、CVD（化学气相沉积）MCVD（分子化学气相沉积）等传统工艺成膜以外，激光退火技术也开始应用，既可以制作非晶膜、多晶膜，也可以制造单晶膜。不仅可以制作硅膜，也可以制作其他的Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族半导体薄膜。

  （6）应用领域广泛，以TFT技术为基础的液晶平板显示器是信息社会的支柱产业，也技术可应用到正在迅速成长中的薄膜晶体管有机电致发光(TFT-OLED)平板显示器也在迅速的成长中。

  TFT-LCD的主要特点：

  随着九十年代初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。

  总结

  目前TFT-LCD已达到的技术水平状况：

  （1）水平和垂直角都达到170度；

  （2）显示亮度达到500尼特，对比度500：1；

  （3）寿命超过3万小时；

  （4）场序列全彩色（FSFC）技术开始应用于工业生产；

  （5）大屏幕薄膜晶体管液晶显示彩色电视（TFT-LCTV）已经开始进入大规模工业生产，TFT-LCTV的画质已经达到甚至超过了CRT，如28英寸TFTLCTV的分辨率为1920×1200，水平垂直视角均为170度；38英寸的TFTLCTV已研制成功；40英寸的TFT-LCD也已研制成功；

  （6）大面积低温多晶硅TFT-LCD已经开发成功，并投入工业生产，非晶硅TFT的自扫描LCD已经商品化；

  （7）反射式TFT-LCD彩色显示器开始商品化。例如分辨率是400×234，画面为16：9的5.8英寸反射式显示器的反射率为30%，响应速度为30ms，消耗功率为0.15瓦。

  （8）730×920mm基板大屏幕生产线已经研制成功，更大尺寸基板的大屏幕生产线正在建设之中。

  （9）塑料基板TFT-LCD开始商品化。日本现有5个品种的塑料基板产品。

  （10）背光源和逆变器，虽在积极开发反射式LCD，但用背光源的透射型TFT-LCD在相当长时间内还是主流产品。背光源是其重要配件。德国研制成用于液晶模块的平板荧光灯背光源，亮度达到5000-7000cd/m2，寿命达到10万小时。一些新型自热式背光源可以在-40℃到85℃范围内正常工作。OEL背光源和高亮度LED背光源已开发成功，并开始用于TFT-LCD、Linfinity。Microelectrunies发明了冷阴极背光源长寿命逆变器，光源调制范围达到500：1。

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