TFT-LCD液晶显示技术.docx

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1、TFT-LCD液晶显示技术与应用肖鹏飞101020043摘要：随着科学技术的不断发展， TFT-LCD液晶显示技术取得了重大关键技术的突破，现 在已经进入到了快速成长的时期.探索TFT-LCD技术的原理、技术特点及主要优点，并介绍 了该技术在笔记本手机等电子和工业设备上的应用关键词：TFT-LCD液晶；显示技术19世纪末布劳恩发明了 CRT技术，到了 20世纪，随着科技、广播电视媒体 以及计算机的出现和发展，显示器件的发展取得了非常大的进步.其实早在20世纪60年代基于LCD的显示就已经出现了， 到了 20世纪的70年代，相继 开发出现了扭曲相列型的TN-LCD和STN-LCD产品.目前，显示

2、技术正不断扩宽 自己的适用范围和应用领域，但是 TN模式与STN模式的显示有很多的缺点和 不足，已经不能够满足显示技术迅猛发展的要求，其存在的缺点和不足之处主要 表现在以下几个方面，例如显示的容量不够大、普遍存在交叉效应以及响应速度 也不够快等，之后出现了 TFT液晶显示技术，它的体积小、重量轻、功耗小、 易驱动、无辐射以及工作寿命长，它的出现对显示技术的发展有着重要的推动作 用，在笔记本手机等电子还有工业设备上都有很广泛的应用1.一、TFT-LCD显示原理TFT (Thin Film Transistor )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

3、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夜晶显示屏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。在众多的平板显示器激烈竞争中，何以 TFT-LCD能够脱颖而出，成为新一代 的主流显示器决不是偶然的，是人类科技发展和思维模式发展的必然。 液晶先后 避开了困难的发光问题，利用液晶作为光阀的优良特性把发光显示器件分解

4、成两 部分，即光源和对光源的控制。作为光源，无论从发光效率、全彩色，还是寿命, 都已取得了辉煌的成果，而且还在不断深化之中。LCD发明以来，背光源在不断地进步，由单色到彩色，由厚到薄，由侧置荧光灯式到平板荧光灯式。在发光光源方面取得的最新成果都会为LCDS供新的背光源。随着光源科技的进步，会有 更新的更好的光源出现并为LCD所应用。余下的就是对光源的控制，把半导体大 规模集成电路的技术和工艺移植过来， 研制成功了薄膜晶体管（TFD生产工艺， 实现了对液晶光阀的矩阵寻址控制，解决了液晶显示器的光阀和控制器的配合， 从而使液晶显示的优势得以实现。在TN-LCD显示技术与 STN-LCD显示技术之后

5、发展起来 TFT-LCD显示技术 克服了这两种技术的缺点和不足，其像素技术图，如图 1所示.从图1可以很 直观的看到它的结构，薄膜晶体管能够及时有效的将显示像素与扫描电极相分 离，在某一行接受到了固定的扫描的信号 以后，将此行的TFT单元全部打开，同 时传递数据线与液晶像素间的信息，可擒情公共顺以使得显示像素中有相关电荷被存储，同 时关闭其它行的TFT,使其连接数据线； 在取消扫描信号的同时，TFT关闭而该行 的整个像素上存储的电荷被保留，当接 图1 TFT-LC 口像索竹结枸示意垄受到下一个信号的时候，像素上存储的电 荷才会被释放.当处于显示状态，会选中 某一指定行，而其它行仍然处于非选定状

6、 态，正是这种作用可以将交叉效应减弱 甚至消失；止匕外，TFT具有泄漏电量小的 特点，使得写入的显示电荷量在一定时 间内基本不随时间发生变化，以此来实现占空比能够达到百分之百的显示效果2.二、TFT-LCD显示技术TFT-LCD液晶显示从结构来分可以分为反射式 LCD和背光型的LCD,反射式 的LCD具有低功耗的特征.背光型的LCD结构如图2所示.从图2中，可以看 出LCD添加了液晶介质和一定形状的极化层在 2个玻璃片的中间， 还在装有 场效应较强的薄膜晶体管在每个像素背后， 对薄膜晶体管施压后，液晶介质会表 现出来光开关的作用，进而使得液晶分子可以被更好的定向排列， 背射光从而透 过LCD来

7、显示.m a 上平！ 丁尸丁一1-0。+与，设目前在液晶显示器领域主要存在三种驱动方法，即为动态驱动法、静态驱动法以及双频驱动法，在这三种驱动方法中应用最多的是动态驱动法，TFT的LCD显示具有典型的矩阵式结果的电极制作与排列， 也就是说把水平的一组背电极连在 一起称为列电极， 显示器上每个像素都由它所在的行列唯一确定，如图2所示.想要做好某一行的像素显示功能除了使用电极或者响应的选择，还可以用一种驱动脉冲即为非选择性的，进而完成某行全部像素的显示功能.这样的工作是按 行进行的，具有循环周期短的特点，确保液晶屏上能够呈现出十分稳定的图像.LCD显示器中的背光型的背光源多数需要提供亮度均一的面光

8、源，亮度要求 可以人工调节，体体积小而且轻薄，色准，功率小，成本低.普通用的背光源分为半导体发光二极管（LED）,冷阴极荧光灯（CCF）和电致发光（EL）. 一 股比较小型号的设备一般使用 LED和EL,而中型号的设备一般使用 EL,彩色 液晶显示和面积液晶显示一般使用 CCF.要根据背光源来选择驱动条件，电流型 器件LED是一种低压电流很大的驱动，因此应该和用接限流电阻一起使用.EL为交流高压驱动，因此必须要用逆变器 CFF作为高压交流驱动，而且必须要用 电容或是电阻进行限流.针对TFT-LCD显示，一般多用CFF背光源.三、TFT-LCD液晶显示的特点到了 90年代初期，随着TFT技术逐渐

9、成熟，显示器以彩色液晶平板发展最 为迅猛，在不到10年的时间里，TFT-LCD很快发展成为了主流，TFT技术之所 以这么流行是因为它有着一些很独特的优势.这些优势表现为以下几个方面：（1）安全可靠的性能.使用TFT技术的显示设备电压和驱动都比较低，TFT-LCD 技术的应用非常的安全、可靠；与以前的技术相比TFT技术的显示器比较薄，而且可以节约不少的原材料，占用的空间也较小；TFT的能耗仅占CRT型号显示器的10%,可以很好的节约资源、能源；经过型号规格、尺寸的标准化以后 TFT-LCD产品的优势更为明显，它具有使用方便、灵活，种类丰富，在升级、维 修和更新方面也获得了很大的便利，产品的坚实耐

10、用延长仪器使用的寿命.TFT显示器可以应用到很宽的范围， 小到2.54 cm（1英寸），大到101.6 cm（40英 寸），可以说基本上所有的显示器都可以使用TFT来做；随着技术的发展，TFT-LCD产品的分辨率、对比度、亮度以及色彩的保真度、响应速度都达到了越 来越高的要求.（2）环保.由于TFT的显示器辐射小、不闪烁，所以不会损害消费者的健康.随着TFT-LCD类型电子书的出现，办公纸张和印刷物会逐步的减少，树木的砍 伐造纸就随之减少，由此造成的污染也能得到缓解 .（3）较宽的使用范围.TFT技术使用的温度范围广，在-50 C50c的温度范围都 可以正常使用，尤其是经过加固处理的显示器，甚

11、至可以在-80 C的环境下工作.TFT显示器既可以作为手机和电脑等设备的显示终端，又用在大屏幕的投影 电视上，是具有优良性能的全尺寸显示终端.（4 ） TFT技术应用广、发展快.TFT是光源技术和半导体集成电路相结合的产 物，它具有很大的潜力.现在，TFT-LCD的材料可以使存单晶硅、非晶以及多品 硅，随着技术的发展还会有更多的材料，例如塑料、玻璃基板 .四、TFT-LCD的特性指标1.响应时间响应时间的快慢是衡量TFT- LCD好坏的重要指标，响应时间指的是 TFT- LCD 对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或者是由亮转暗的反应时 问。一般来说分为两个部分：Tr（上升时间）、Tf（

12、下降时间），而我们所说的响应 时间指的就是两者之和，响应时间越小越好，如果超过40毫秒，就会出现运动图像的迟滞现象。目前TFT LCD的标准响应时间大部分在25毫秒左右，不过也 有少数机种可达到16毫秒。拥有16ms的超快响应时间，就可以用每秒显示 60 帧画面以上的速度，完全解决传统液晶显示屏在玩游戏或者看 DVC®碟时所存在 的拖影、残影问题。对比度是指在规定的照明条件和观察条件下，显示屏亮区与暗区的亮度之比。对比度是直接体现该 TFT- LCD能否体现丰富色阶的参数，对比度越高，还 原的画面层次感就越好。目前 TFT-LCD的标称为250:1或者300:1 ,高档产品 在400

13、:1或500:1。这里要说明的是，对比度必须与亮度配合才能产生最好的显 示效果。400:1或500:1的高对比度将使显示出来的画面色彩更加鲜艳，图像更 柔和，让您玩游戏或者看电影效果直逼 CRT®示屏。液晶显示屏亮度普遍高于传统CRT显示屏，TFT LCD5度一般以cd/m2院 明/每平方米）为单位，亮度越高，显示屏对周围环境的抗干扰能力就越强， 显示 效果显得更明亮。此参数至少要达到 200cd/m2最女?在250cd/m2以上。传统 CRT显示屏的亮度越高，它的辐射就越大，而 TFT- LCD的亮度是通过荧光管的 背光来获得，所以对人体不存在负面影响。屏幕坏点最常见的就是白点或者

14、黑点。黑点的鉴别方法是将整个屏幕调成白 屏，那黑点就无处藏身了；白点则正好相反，将屏幕调成黑屏，白点也就会现出 原形。通常一般坏点不超过3个的显示屏算合格出厂，3点以内的为A屏，三点 以上10点以内或带轻斑的算B屏，带重斑的和带线的算C屏。5 .可视角度TFT- LCD属于背光型显示屏件，其发出的光由液晶模块背后的背光灯提供， 这必然导致TFT- LCD只有一个最佳的欣赏角度一一正视。当你从其他角度观看 时，由于背光可以穿透旁边的像素而进入人眼， 就会造成颜色的失真，不失真的 范围就是液晶显示屏的可视角度。TFT- LCD的视角还分为水平视角和垂直视角， 水平视角一般大于垂直视角。目前来看，只

15、要在水平视角上达到120度，垂直视 角上达到140度就可以满足大多数用户的应用需求了。而最新的 TFT- LCD的面 板是用广视角技术生产的，可以达到上下140度，左右150度的视角，减少了因 为视角太小的原因给观看带来的不便。 当然这样的表现对于CRTS示屏接近180 度的视角无法相比，但对大多数应用来说也已经绰绰有余了。6 .点距TFT- LCD的点距是指组成液晶显示屏的每个像素点之间的间隔大小，目前 主流15英寸TFT- LCD产品的标准点距一般为，对应的分辨率为1024X 768。TFT LCD的可视面积是“实实在在”的，大体上有这样一个参照：15英寸TFT LCD 的可视面积接近17

16、英寸的CRTa示屏。7 .带宽TFT- LCD的带宽也是衡量液晶显示屏的一个指标。 一般TFT- LCD的带宽以 80MHz为标准。而大屏幕TFT- LCD兼有液晶显示的优点和大屏幕显示的优势， 使得以17英寸TFT- LCM代表的大屏幕液晶显示屏产品得到了广大消费者的青 睐。止匕外，它的可视面积比18寸彩电还大，而且它具有无辐射的优势，可使用 户近距离的欣赏 8.厚度由于TFT LCD自身的面板厚度都是一样的，也就是说，影响TFT LCD厚度 的主要因素将会是电路控制屏的技术、塑料外壳设计、机内空间压缩。当然，融 合了相当多的尖端液晶技术，采用了最新的超薄型液晶板和更轻薄的高亮度冷阴 极荧光

17、灯，加上更集成化的控制IC设计和更优化的散热处理，也能达到缩小外 形尺寸的目的。五、TFT-LCD的研究进展及应用1.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勺画质已经达到甚至超过了 CRT如28英寸TFT LC TV的分 辨率为1920X 1200,水平垂直视角均为170度；38英寸的TFT LC TV已研制成 功；40英寸的TFT

18、-LCD&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-LCW色显示器开始商品化。例如分辨率是 400X234,画面为 16: 9的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) 730X 920mms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#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

19、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-40C到85c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。TFT- LCD目前主要应用于计算机、视频终端、通讯及仪器仪表等行业。主 要应用领域有笔记本电脑、台式计算机监视器、工作站、工业监视器、全球卫星定位系统(GPS、个人数据处理、游戏机、便携式 VCD DVDS其它一些便 携装置。六、结语近

20、10多年来，随着科学技术的不断发展进步，经历了 7次发展之多的 TFT-LCD产业在大约每1.5 年的时间里就要更新生产线，TFT-LCD在核心技术 相对稳定的基础上不断地发展着.现在，TFT-LCD显示技术在上游原料、生产设 备、生产技术涉及到现代工业生产的几十个领域都有很好的应用.TFT-LCD作为信息产业最核心、最有力的模块，已经被非常广泛的应用在了交通、通讯、计算 机、家电、工业、教育、医疗等领域.参考文献：1李永忠，纪伟丰，周炎宏.STN-LCD残影显示的原理分析及实验研究 J.液晶与显示， 2011 , 26 (6) : 733-740.2贾雅琼，俞斌.基于DSP的彩色TFT-LCD数字图像显示技术研究J.3 田民波.电子显示.清华大学出版社，2001 , 56-64.4黄锡琅.TFT-LCD技术的进步.液晶与显示，1999,14(2):79-88.5扬柏梁.世界TFTLO业现状.液晶与显示,2000,15(3):154-158.6李维，.北京：电子工业出版社.2000:41-46.佐藤光世.LCD Intelligence,增刊号第1卷，1996, 71