薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD

一、产品概述

薄膜晶体管液晶显示器(tft-lcd)是液晶显示器中 重要的一种,其产值和影响力在液晶显示器家族中有着举足轻重的地位。广泛应用于电视机、笔记本电脑、监视器、手机等各个方面。tft-lcd根据薄膜晶体管材料的不同，又分为非晶硅tft（a-si tft）、多晶硅（p-si tft）和单晶硅mosfet（c-si mosfet）,后者形成的lcd被用于lcos（liquid crystal on silcon）技术。

tft-lcd技术是微电子与液晶显示巧妙结合的一种技术。人们将在si上进行微电子精细加工的技术，移植到在大面积玻璃上进行tft阵列的加工，再与业已成熟的lcd技术相结合，以求不断提高产品品质，增强自动化大规模生产能力，提高合格率，降低成本，使其性能/价格比不断向crt逼近。

有源矩阵驱动的概念应追溯到1971年,由rca的lechner等人为克服无源lcd器件（如tn-lcd、stn-lcd）存在的对比度低、显示容量小等缺点而提出的设想。但真正的tft开发工作是在英国dundee大学进行的。1981年snell等人在世界上首次试制成功了5x7点阵的tft-lcd。随后日本等国迅速开展研究工作,相继推出tft-lcd产品并开始商业化。1993年开始，tft-lcd开始进入大量生产的全盛时期。

二、工作原理

在tft-lcd中，tft的功能就是一个开关管。常用的tft是三端器件。在玻璃基板上制作半导体层，在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，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，电极间的液晶分子继续有电场作用。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电压可存储使液晶层能稳定地工作。这个显示电压通过tft也可在短时间内重新写入，因此，即使对高清晰度lcd，也能满足图像品质要求。

显示图像的关键还在于液晶在电场作用下的分子取向。一般通过对基板内側的取向处理，使液晶分子的排列产生希望的形变来实现不同的显示模式。在电场作用下，液晶分子产生取向变化，并通过与偏振片的配合，使入射光在通过液晶层后强度发生变化。从而实现图像显示。

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有一个薄膜晶体管（tft），可有效地克服非选通时的串扰，使之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。