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1、1TFT-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-LC
2、D 和 STN-LCD 产品.目前，显示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
3、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(一)TFT 液晶显示屏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
4、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2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 LCD 提供新的背光源。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（TFT）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
5、。 在 TN-LCD 显示技术与 STN-LCD 显示技术之后发展起来 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
6、处于非选定状态， 正是这种作用可以将交叉效应减弱甚至消失；此外，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
7、列，背射光从而透过 LCD 来显示.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3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
8、光源，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）.一般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，因此应该和串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
9、，随着 TFT 技术逐渐成熟，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
10、修和更新方面也获得了很大的便利，产品的坚实耐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-5050的温
11、度范围都可以正常使用，尤其是经过加固处理的显示器，甚至可以在-80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、非晶以及多晶硅，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 TFTLCD 好坏的重要指标，响应时间指的是TFTLCD 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间。一般来
12、说分为两个部分：Tr(上升时间)、Tf(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 TFTLCD 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 DVD 影碟4时所存在的拖影、残影问题。2.对比度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 TFTLCD 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 TFTLCD 的
13、标称为 250:1 或者 300:1，高档产品在 400:1 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 显示屏。3.亮度液晶显示屏亮度普遍高于传统 CRT 显示屏，TFTLCD 亮度一般以cdm2(流明/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 200cdm2，最好在 250cdm2以上。传统 CRT 显示屏的亮度越高，它的辐射就越大，而 TFTLCD 的亮度是通过荧光管的背光来获得
14、，所以对人体不存在负面影响。4.坏点屏幕坏点最常见的就是白点或者黑点。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TFTLCD 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 TFTLCD 只有一个最佳的欣赏角度正视。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。TFTLCD 的视角还分
15、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TFTLCD 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CRT 显示屏接近 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TFTLCD 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 TFTLCD 产品的标准点距一般为 0.297 毫米，对应的分辨率为1024768。TFTLCD 的可视面积是
16、“实实在在”的，大体上有这样一个参照：15 英寸 TFTLCD 的可视面积接近 17 英寸的 CRT 显示屏。7.带宽TFTLCD 的带宽也是衡量液晶显示屏的一个指标。一般 TFTLCD 的带宽以 80MHz 为标准。而大屏幕 TFTLCD 兼有液晶显示的优点和大屏幕显示的优势，使得以 17 英寸 TFTLCD 为代表的大屏幕液晶显示屏产品得到了广大消费者的青睐。此外，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 TFTLCD 自身的面板厚度都是一样的，也就是说，影响 TFTLCD 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，5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
