TFT-LCD

结构特点

　　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”。

　　相对于DSTN而言，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。

　　在TFT-LCD中，TFT的功能就是相当于一个开关管。常用的TFT是三端器件。一般在玻璃基板上制作半导体层，在其两端有与之相连接的源极和漏极。并通过栅极绝缘膜，与半导体相对置，设有栅极。利用施加于栅极的电压来控制源、漏电极间的电流。

　　对于显示屏来说，每个像素从结构上可以简化看作为像素电极和共同电极之间夹一层液晶。更重要的是从电的角度可以把它看作电容。其等效电路为图1所示。要对j行i列的像素P（i,j）充电，就要把开关T（i,j）导通，对信号线D（i）施加目标电压。当像素电极被充分充电后，即使开关断开，电容中的电荷也得到保存，电极间的液晶层分子继续有电压施加场作用。数据（列）驱动器的作用是对信号线施加目标电压，而栅极（行）驱动器的作用是起开关的导通和断开。由于加在液晶层上的显示电压可存储于各像素的存储电容，可以使液晶层能稳定地工作。这个显示电压通过TFT也可在短时间内可以重新写入，因此，即使在对高清晰度LCD中，也能满足不降低图像品质要求。

　　显示图像的关键还在于液晶在电场作用下的分子取向。一般通过对基板内侧的取向处理，使液晶分子的排列产生希望的结构变形来实现不同的显示模式。选择一定的显示模式，在电场作用下，液晶分子产生取向变化，并通过与偏振片的相配合，使入射光在通过液晶层后的强度随之发生变化。从而实现图像显示。

　　总而言之，TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。而开关单元（即TFT）的特性，则要满足通态电阻低，闭态电阻非常大这一要求。

工作原理

　　大家知道CRT的工作原理是通电后灯丝发热，阴极被激发，发射出电子流，电子流受到带有高电压的内部金属层的加速，经过透镜聚焦形成极细的电子束，打在荧光屏上，使荧光粉发光。和CRT的原理完全不同，LCD需要来自背后的光源，当光束通过这层液晶时，液晶体会并排或呈不规则扭转形状，所以液晶更像是一个个闸门，选择光线穿透是否，我们才能在屏幕看到深浅不一，错落有致的图像。

　　目前主流的液晶显示器都是薄膜晶体管LCD（TFTLCD），是由原有的液晶显示技术发展扩展而来的。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，以此做到完全的单独的控制一个像素点，液晶材料被夹在TFT玻璃层和颜色过滤层之间，通过改变刺激液晶的电压值就可以控制出现的光线强度与色彩。

　　一般情况下液晶是透明的，除非施加电压。加压后，一部分会发生变化，变得不透明。液晶的这个转换速度通常很慢（后面会有详细描述）。在1992年，EMI宣布发明了一种新的液晶显示技术铁电液晶FLCD（ferroelectricLCDs）。铁电液晶的优点是响应速度快，可达微秒级。而且无需更改电压也可以保持当前的状态，也就是更省电，这对于笔记本电脑，PDA等便携设备而言是非常有意义的。FLCD的优点众多，但目前市场上的产品缺很少，因为FLCD对于震动非常敏感，很容易损伤晶体，但将来一定会有所改进。

　　虽然铁电液晶FLCD的将来还是个未知数，但它还拥有高对比度盒超大可视角度等优点，对市场上主流的TFT会造成一定的冲击。FLCD的反应时间是多少？在正常的工作温度下，只有70us!这么短的时间几乎可以忽略了。

应用特性

　　推动TFT-LCD迅速的发展的一个很重要的因素就是它有以下主要应用特点：

　　（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。

主要参数

　　对于大多数用户而言，TFT液晶显示器已经可以满足日常工作娱乐的要求，例如编辑照片，视屏，文档等等。然而对于游戏玩家就不一样了，他们的要求更高。CRT比较重要的参数有屏幕大小，辐射，功耗等等，液晶显示器则有原始分辨率，非原始分辨率，反应时间和点距等等。

发展历程

　　回顾TFT-LCD的发展过程，大致可以分为以下几个阶段：1995年以前，TFT-LCD的应用主要集中在摄像机监视器、掌上游戏机、微型电视机和大屏幕投影机等贵族化消费品中。1995年，基板尺寸达到300mmx400mm，实现了10英寸VGA。1997年，11.3英寸、12.1英寸成为主流产品。1998年中至今，虽然根据市场需求的变化，TFT-LCD产品的价格有涨有跌，但总体来看，价格的跌幅已经超过了30％，目前15英寸左右的产品已经成为市场的主流产品。

　　从国内市场的情况来看，联想、方正已经推出了带液晶显示器的台式PC机，长城、海信、TCL等厂家也有类似机型，大批中小型厂商也正在大力发展TFT-LCD显示器。据不完全统计，国内部分厂家意向性购成协议金额高达38亿人民币，市场反应比较热烈。

　　目前市场上15英寸液晶显示器所采用的液晶屏的产地主要集中于韩国、日本和我国台湾地区，其中以韩国三星的市场占有率。

技术现状

　　目前，长期困扰液晶显示器的视角、色饱和度、亮度及反应速度等问题已经基本得到解决。由于LCD利用液晶旋转控制光线，造成先天狭视角限制，当LCD持续往大型屏幕发展时，对广视角要求是必然的，以往最方便的方法是贴上广视角膜，但广视角膜是日本FujiFilm一家独占材料，成本居高不下，因此各家LCD厂商积极研发新液晶材料及新结构，改良液晶配向提升视角，目前已成功应用的量产技术有富士通的MVA技术、日立IPS技术，其他推出展示的厂商有三星电子的PVA技术，视角可达170度，反应速度25～27ms；现代FFS技术视角可达160度；松下OCB技术视角可达160度，反应速度仅7ms。

　　当然，上述指标优异的TFT-LCD价格目前仍然较高，国内市场上的液晶显示器产品所采用的液晶屏性能大致如下：亮度150～250cd/、对比度200～300:1、反应速度25ms~50ms、水平视角120～160度、垂直视角90～120度。国内液晶显示器整机厂商目前大多采用指标较低的液晶屏以获得较低的成本，以低价策略争取市场份额。

　　普通商用台式TFT-LCD显示器，亮度在150~200 cd/、对比度200:1、水平视角120度、垂直视角90度、18bits真彩、反应速度在40~50ms之间即可获得满意的使用效果。由于对LCD指标要求不高，价格必然较低，就商用液晶显示器的桌面应用而言，这种指标的显示器性价比。

　　对于家用TFT-LCD显示器而言，上述指标就能满足需求，这是由于家用PC大多需要多媒体应用，对亮度、色彩、对比度、视角、反应时间等均有较高要求，在考虑性价比的前提下，比较理想的指标应为亮度250~300 cd/、对比度250~300:1、水平视角160度、垂直视角120度、24bits真彩、反应速度在25ms以下。同时，需要值得注意的一点是，虽然液晶显示器由于显示原理的不同，在60Hz这样较低的刷新频率下也不会存在闪烁问题，但考虑到对很多多媒体应用程序，特别是游戏的兼容性，显示器要能够接受高达85Hz刷新率的信号，由于TFT-LCD液晶屏本身所能支持的刷新率大多为75Hz，这一问题需要由整机的图像处理电路来完成。

未来发展主流

　　总体来看，虽然普通CRT显示器的价格日益下滑，平面的程度也越来越高，但越来越多的个人用户开始对电磁辐射严重、占用空间大而且体积笨重的CRT显示器感到了厌倦，而对性能优良的LCD显示器发生了越来越浓厚的兴趣。在LCD显示器强势需求的带动下，大型的LCD显示器厂商开始在广告、量产等方面加大了投入，为降低LCD显示器的生产成本而努力。同时随着半导体和微电子技术的发展，LCD的成品率也在迅速提高，为降低LCD显示器的售价、刺激LCD显示器进入家庭提供了必要的基矗LCD显示器正处在从贵族到平民的演变过程中。

　　目前TFT-LCD在全球PC显示器的占有率不到一成，液晶电视的占有率更低，因此LCD的价格下滑，虽然短期将压缩业者毛利，但同时引发市场的替代效果，价格愈接近CRT显示器，消费者选择高品质产品的诱因愈大，加速液晶显示器逐渐取代传统CRT显示器，全球每年1.2亿台的PC市场，以每年15[%]左右速度在迅速增加，成为LCD重要侵蚀目标；而LCD朝更大尺寸技术突破，未来每年近亿台的彩色电视机市场，将是LCD下一庞大目标市场，目前液晶电视即以每年3成以上的成长率成长着。

　　从发展的趋势来看，随着市场的成熟，厂商之间竞争的白热化，TFT-LCD显示器必须也必然在功能、应用场合及价格等方面进行分流。

　　同时，液晶电视在未来将获得较大发展，但大尺寸、适于多人同时观看的液晶电视价格极高，短期内无法大幅度降价。因此，将视频功能集成到目前的台式TFT-LCD显示器中是针对家用市场的一个卖点，在上述家用多媒体液晶显示器的基础上，可由整机图像处理电路根据TFT-LCD屏的光电转换特性，进行校正、色温校正以及图像放大，并对传统NTSC/PAL制的隔行视频信号作基于运动补偿的隔行逐行变换以消除图像边缘锯齿。通过上述专门的处理，现在的台式15英寸TFT-LCD显示器将成为真正意义上的多媒体显示器，除了能够接收和显示PC信号外，对VCR/VCD/DVD等输出的视频信号（CVBS、Y/C、Y/Pr/Pb）以及有线电视的RF信号均能得到远超传统电视机的显示效果。再配合基于BitMap的OSD（On Screen Display），可以构成非常个性化的个人多媒体显示器。