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1、25TFT-LCD技术 1 TFT LCD技术发展历史晶体管的发明对半导体行业来说，是个划时代的事件。作为晶体管的一种，TFT的发明是在与LCD没有任何联系的情况下发生的。1971年，虽然有人提出用TFT驱动LCD的概念，但是并没有引起人们的注意。直到1979年，开发出了TFT LCD，但是当时由于用无源矩阵的方法也可以驱动100条左右的扫描线，因此还是很多人对TFT LCD没有看好。在LCD画面的数十万个画素上都作TFT，在当时的半导体技术水平来看，简直是“痴人做梦”。进入80年代以后，在TN模式LCD上很难实现显示更多信息量的要求，因此很多人（LCD技术人员，而不是半导体技术人员）在液晶材
2、料和液晶模式上想找出答案。1983年左右，人们终于找到了答案新的液晶模式STN LCD。由于STN模式非常巧妙的解决了TN模式在100条扫描线以上出现画质急剧下降的问题，整个LCD业界几乎都投入到STN技术开发和产品开发。80年大后期，市场上大量出现了STN产品，还出现了类似于笔记本电脑的文字处理器（Word Processor）。但是对于彩色化、液晶电视等新的需求，STN模式显然力不从心（响应速度慢，灰度表示较困难）。很多技术人员开始转向新的解决方法。虽然TFT LCD的技术开发没有停止过，但是整个LCD业界开始把目光转向TFT LCD还是上个世纪80年代中期以后的事。上个世纪80年代正好是
3、日本半导体行业的全盛期，而且比较有趣的是几乎所有的拥有半导体部门的日本企业都参与了TFT LCD产业。因为TFT的工艺与DRAM有很大的类似性，因此虽然没有LCD的技术储备，日本很多半导体企业还是参与了这个行业。其实韩国的三星电子、LG飞利浦、现代都拥有或拥有过半导体部门；台湾的TFT LCD企业（友达）也与半导体有关系。下面的两个表各自描述TFT的技术发展史和LCD的技术发展史。在1971年TFT技术和LCD技术曾经有过交点，但是没有“成功”的结合；到了1981年开始这两个技术才真正结合并开始发芽开花了。 1、 TFT技术发展历史（引至Flat Panel Display 2001 P96）
4、时间主要事件发明人/组织晶体管的发明1947年发明点接触方式晶体管1951年发明结合方式晶体管Shockley等半导体产业的形成1954年晶体管大量应用1958年出现IC1971年出现微处理机TFT的发明1961年发明CdSe-TFT- 主要应用于感应器、固体摄影元件，高压开关Weimer有源矩阵LCD的发明1971年提出有源矩阵LCD概念Lechner1972年开发CdSe-TFT LCDBrody1975年开发CdSe-TFT驱动的ELBrodySi薄膜的出现1979年制作a-Si TFTLeComber1980年制作低温多晶硅TFT日立制作所1981年制作a-Si TFT LCDLeCo
5、mberTFT LCD的产品化 1984年高温多晶硅 TFT LCD的产品化Hattori Seiko信州精器1986年a-Si TFT LCD TV的产品化松下电器TFT产业的确立1991年采用彩色TFT LCD的笔记本电脑产品化 NEC、日本IBM2、 LCD技术发展历史（引至Flat Panel Display 2001 P96）时间主要事件发表者/发明者1961年最初TFT论文Weimer,P.K1962年申请DSM液晶模式的专利Williams,R US Patent 33224851968年发表DSM液晶模式的论文Heilmeier,G.H等发表GH（宾主）液晶模式的论文Heilm
6、eier,G.H等1970年发表ECB液晶模式的论文Hass，W等1971年发表TN液晶模式的论文Schadt,M等申请TN液晶模式的专利瑞士 F.Hoffma-La Roche&Co.Ag发表DSM液晶模式双频驱动法论文发表有源矩阵液晶原理的论文开发利用DSM液晶的手表精工1972年发表ECB矩阵液晶的论文申请1/3 Bias电压平均法的专利日立发表在LCD采用电压平均法的论文1973年发表梳状电极液晶的论文发表1/3 Bias电压平均法的专利发表制作CdSe-TFT矩阵LCD的论文开始出售采用DSM液晶的计算器夏普开始出售采用TN液晶的计算器精工申请随意Bias电压平均法的专利日立1974
7、年发表考虑实值依赖性的线顺次驱动法的论文申请随意Bias电压平均法的专利日立1975年发表有关制作DSM矩阵液晶的论文1976年发表有关制作TN矩阵液晶的论文Kawakami,H等1978年开始出售TN矩阵液晶显示器日立1979年发表有关矩阵液晶驱动波形正交函数的论文发表有关制作a-Si TFT的论文Le Comber,P.H等1980年发表有关制作a-Si TFTLCD的论文Snell,A.J等1981年发表有关制作低温多晶硅 TFT的论文申请低温多晶硅 TFT的专利日立发表彩膜方式LCD的论文内田龙男1983年发表暗示应该提高电光特性曲线陡度的论文申请STN专利英国皇家信号激光Establ
8、ishment,瑞士Brown Boveri研究中心1984年出售采用多晶硅TFT LCD的彩色液晶电视精工1985年发表制作STN LCD的论文1986年发表使用磨察法的STN的论文出售STN LCD产品日立发表用磨察方法控制高预倾角的论文出售采用a-Si TFT LCD的彩色液晶电视松下电器1987年申请2层STN LCD专利精工出售采用2层STN LCD的膝上电脑精工1988年发表有关制作彩色2层STN LCD的论文发表制作14“彩色a-Si TFT LCD的论文申请采用补偿膜的STN专利精工出售补偿膜STN LCD精工、日立、夏普1989年出售采用补偿膜STN LCD的笔记本电脑东芝1
9、990年出售采用彩色的补偿膜STN LCD的膝上电脑NEC1991年出售采用彩色a-Si TFT LCD的笔记本电脑NEC、日本IBM2 TFT LCD技术简介TFT 技术和LCD技术是完全不一样的两个领域。TFT技术属于半导体，具有技术密集型的大型装置设备产业的特点；LCD则具有劳动密集型的传统组装产业（现在LCD技术也趋向于技术密集型的装置产业）的特点。因此，TFT LCD技术所涉及的范围非常广泛，几乎所有理工专业都可以在TFT LCD找到适合的技术领域。TFT LCD厂家的产品-TFT LCD模块，包括以下部分：1） TFT /彩膜基板2） 液晶3） 驱动部分4） 背光源TFT技术覆盖的
10、是TFT/彩膜基板的制作；液晶面板的显示品质主要取决于液晶技术；信号处理并控制显示质量取决于驱动部分；光源部分取决于背光源技术。下图表示在LCD模块的各个组成部分。Case TopLCD Panel(TFT/CF)Diffusers & PrismsLight GuideLampSuppor MainReflectorPCBD-IC(on TCP)Housing LampBottom CoverDriver ICPCB下面就按以上分类的4个部分，逐一简单介绍TFT LCD的技术。 2-1 TFT技术TFT（Thin Film Transistor）- 薄膜晶体管，顾名思义是晶体管，正确的是利用
11、电场效果的晶体管。因此很多技术与半导体工艺非常相似，但是最近随着玻璃尺寸的增加（第5代玻璃尺寸按对角线有67英寸，远远大于最大的硅片尺寸-12英寸），两种工艺出现技术差异，特别是生产技术和设备技术。下面分工艺技术和生产技术简单介绍TFT技术。2-1-1 TFT基本概念A、TFT结构 TFT有底栅型结构和顶栅型结构。最近非晶硅TFT基本上都采用底栅结构。底栅顶栅栅源漏玻璃s栅源漏玻璃s从顶栅结构的TFT结构可以看出，与电场效果晶体管（FET）非常类似。TFT的工艺基本上是薄膜的成膜和图形形成过程的重复。目前非晶硅TFT一般使用46块掩膜，进行56次光刻胶过程。下图表示最典型的5块掩膜非晶硅TFT
12、的截面图。玻璃栅极e栅极绝缘层a-Sin+ a-Si漏极源极保护层ITO明奠基B、TFT基本原理众所周知，TFT也是通过加到栅极的电压来控制源漏电极之间的电流的导通和切断，即TFT在TFT LCD里起的作用就是开关。下图表示加到栅极的电压与源漏之间电流的大小。源漏电流栅极电压压通过调整栅极电压，可以控制源漏电流，一般在非晶硅TFT，最大源漏电流和最小源漏电流比很容易做到106以上，使得TFT能成为非常高效的开关。扫描线aox line信号线 lineTFT(电子开关）在TFT LCD中，如果不采用TFT的话，临近各个像素之间的电压互相发生影响，使得每个像素液晶所受电压被扭曲，结果显示品质大幅度
13、下降，这个现象一般叫做“串像”（Cross Talk）。像下图一样，如果在每一个像素内都做一个开关，这样临近像素之间的“串像”现象基本上消失，液晶所受电压没有扭曲，因此显示品质大幅改善。C、TFT的种类按形成TFT沟道（Channel）物质的结晶度可分为以下3种TFT。TFT种类特点缺点适合产品非晶硅TFT适合于在大面积玻璃上生产费用很低充电电流小大面积显示器多晶硅TFT充电电流较大芯片部分功能可以移植工艺较复杂生产费用增加手机、PDA单晶硅TFT充电电流非常大可以实现System on Glass工艺非常复杂生产费用昂贵手机、投影仪用面板由于工艺简单，生产费用低，又适合生产2“40“面板生产
14、，目前TFT LCD产品中，非晶硅TFT产品占绝对多数。但是，正如在半导体行业SOC成为大的技术开发和产品开发方向，在TFT行业也往这个方向发展。在TFT行业，这种技术称SOG（System on Glass），即把所有的功能全部集成到玻璃基板上，使得一个液晶模块成为笔记本电脑、带有显示屏的电脑或数字电视。就是说，SOG是把SOC包含在内部的概念，可以说，如果我们TFT行业实现了SOG技术，我们TFT行业可以涵盖整个半导体行业！目前由于技术开发水平还停留在比较低的阶段，SOG只不过处于萌芽状态。但是这个大的技术开发方向应该不会有变化。而低温多晶硅作为一种介于非晶硅和单晶硅之间的概念，由于可以利用既有的非晶硅的很多技术，目前其技术开发成为TFT技术开发的主流。还有这几年有机EL技术的发展，低温多晶硅更是受到瞩目。因为有机EL不能离开有源矩阵驱动，而利用电流发光的有机EL，对TFT的充电电流有较高的要求，而非晶硅无法满足有机E
