TFT

百科解釋

目錄·薄膜晶體管
·TFT技術解析
·TFT和LTPS TFT技術
·TFT-LCD技術
·TFT-LCD市場分析
·TFT系統(tǒng)時序控制模塊的設計

　　Thin Film Transistor (薄膜場效應晶體管)，是指液晶顯示器上的每一液晶象素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅動。從而可以做到高速度高亮度高對比度顯示屏幕信息。TFT屬于有源矩陣液晶顯示器。

　　補充：TFT（ThinFilmTransistor）是指薄膜晶體管，意即每個液晶像素點都是由集成在像素點后面的薄膜晶體管來驅動，從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色顯示設備之一，其效果接近CRT顯示器，是現(xiàn)在筆記本電腦和臺式機上的主流顯示設備。TFT的每個像素點都是由集成在自身上的TFT來控制，是有源像素點。因此，不但速度可以極大提高，而且對比度和亮度也大大提高了，同時分辨率也達到了很高水平。

　　TFT ( Thin film Transistor，薄膜晶體管）屏幕，它也是目前中高端彩屏手機中普遍采用的屏幕，分65536 色及26 萬色，1600萬色三種，其顯示效果非常出色。

TFT技術解析

　　TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜場效應晶體管LCD，是有源矩陣類型液晶顯示器(AM-LCD)中的一種。

　　和TN技術不同的是，TFT的顯示采用“背透式”照射方式——假想的光源路徑不是像TN液晶那樣從上至下，而是從下向上。這樣的作法是在液晶的背部設置特殊光管，光源照射時通過下偏光板向上透出。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導通時，液晶分子的表現(xiàn)也會發(fā)生改變，可以通過遮光和透光來達到顯示的目的，響應時間大大提高到80ms左右。因其具有比TN-LCD更高的對比度和更豐富的色彩，熒屏更新頻率也更快，故TFT俗稱“真彩”。

　　相對于DSTN而言，TFT-LCD的主要特點是為每個像素配置一個半導體開關器件。由于每個像素都可以通過點脈沖直接控制。因而每個節(jié)點都相對獨立，并可以進行連續(xù)控制。這樣的設計方法不僅提高了顯示屏的反應速度，同時也可以精確控制顯示灰度，這就是TFT色彩較DSTN更為逼真的原因。

　　目前，絕大部分筆記本電腦廠商的產品都采用TFT-LCD。早期的TFT-LCD主要用于筆記本電腦的制造。盡管在當時TFT相對于DSTN具有極大的優(yōu)勢，但是由于技術上的原因，TFT-LCD在響應時間、亮度及可視角度上與傳統(tǒng)的CRT顯示器還有很大的差距。加上極低的成品率導致其高昂的價格，使得桌面型的TFT-LCD成為遙不可及的尤物。

　　不過，隨著技術的不斷發(fā)展，良品率不斷提高，加上一些新技術的出現(xiàn)，使得TFT-LCD在響應時間、對比度、亮度、可視角度方面有了很大的進步，拉近了與傳統(tǒng)CRT顯示器的差距。如今，大多數主流LCD顯示器的響應時間都提高到50ms以下，這些都為LCD走向主流鋪平了道路。

　　LCD的應用市場應該說是潛力巨大。但就液晶面板生產能力而言，全世界的LCD主要集中在中國臺灣、韓國和日本三個主要生產基地。亞洲是LCD面板研發(fā)及生產制造的中心，而臺、日、韓三大產地的發(fā)展情況各有不同。

　　目前主流的TFT面板有a－Si(非晶硅薄膜晶體管)

TFT和LTPS TFT技術

　　在a-Si方面，三個生產基地的技術各有千秋。日本廠商曾經研制出分辨率高達2560×2048的LCD產品。因此，有些人認為，a－Si TFT技術完全可滿足高分辨率的產品需要，但是，由于技術的不成熟，它還不能滿足高速視頻影像或動畫等的需要。LTPS TFT相對可以節(jié)約成本，這對于TFT LCD的推廣有著重要意義。目前，日本廠商已經有量產12.1英寸LTPS

　　TFT LCD的能力。而中國臺灣已開發(fā)完成LTPS組件制造技術與LTPS SXGA面板技術。韓國在這方面缺少專門的設計人員和研發(fā)專家，但像三星等主要企業(yè)已經推出了LTPS產品，顯示出韓國廠商的實力。不過，目前LTPS技術尚不成熟，產品集中在小屏幕，而且良品率低，成本優(yōu)勢尚無從談起。

　　與LTPS相比，a-Si無疑是目前TFT LCD的主流。日本公司的a－Si TFT投資策略上幾乎都以第三代LCD產品為主，通過制造技術及良品率的改善來提高產量，降低成本。日本一直走高端路線，其技術無疑是最先進的。由于研發(fā)力量有限，臺灣的a-Si TFT技術主要來自日本廠商的轉讓，但由于臺灣企業(yè)一般屬于勞動密集型，技術含量價低，以生產低端產品為主。韓國在a-Si方面有著強大的研發(fā)實力，比如三星公司就量產了全球第一臺24寸a-Si TFT LCD—240T，它的響應時間小于25ms，可以滿足一般應用需要；而可視角度達到了160度，使得LCD在傳統(tǒng)弱項上不輸給CRT。三星240T標志著大屏幕TFT LCD技術走向成熟，也向世人展示了韓國廠商的實力不容置疑。

　　除了以上兩種TFT技術之間的競爭，SED將會成為TFT LCD的強大敵人。然而，SED目前仍屬于概念型產品，短時間內難以進入主流市場。

　　雖然目前LCD已經大幅降價，但是相對于CRT仍然價格較高。因此成本問題是大家關注的焦點。實際上，TFT的生產成本與CRT不相上下，但良品率極低造成了TFT面板成本居高不下的情況。TFT面板是由一塊較大的基板切割而成。而LCD產品還要有大量的晶體管陣列來控制三原色，現(xiàn)在的制造技術很難保證在一大塊基板上數千萬甚至上億的晶體管不出一個問題。如果有一個晶體管出現(xiàn)問題，那么那個晶體管對應的點的對應色彩就會出問題（只能顯示某種固定色彩），那么這個點就是通常稱的“壞點”。壞點出現(xiàn)的幾率于位置是不固定的，所以一塊基板很有可能會被浪費很多。目前一般LCD要求壞點在5個以下，而一些大廠把這個標準縮小到了3個，甚至為0，這就會使良品率降低。而一些小廠則將壞點數擴大，這樣一來，成本自然大幅下降，而產品品質隨之下降，這也是某些廠商為何可以大幅降低LCD售價的原因之一。

　　雖然目前有能力生產液晶顯示器的廠家不少，但真正有制造TFT面板能力的廠家屈指可數。ACER作為IT業(yè)內知名企業(yè)，實力相當雄厚，雖沒有自己生產TFT面板的能力，但與臺灣達基關系密切，在技術配合上有一定優(yōu)勢。不過，限于臺灣企業(yè)的技術實力，ACER LCD產品主要集中在中低端。PHILIPS作為世界知名的顯示設備制造廠，其顯示器銷量在國內一直名列前茅，而且于韓國LG達成同盟，共同研發(fā)、制造TFT面板。同樣由于技術原因，以及市場定位問題，PHILIPS目前的產品主要集中在中端，而且在零售市場PHILIPS動作一直不很明顯。三星作為另一實力強勁的顯示設備研發(fā)、制造廠商，在LCD方面投入了較大精力，致力于不斷豐富產品線，目前三星產品涵蓋了高中低端市場。

　　LCD技術仍處在不斷發(fā)展、完善的階段，三大產地的發(fā)展方向各有不同，它們之間既存在競爭，又有著合作。正是這些因素促使了LCD向前發(fā)展。

TFT-LCD技術

　　一、前言

　　進入新千年，作為信息產業(yè)的重要構成部分—顯示器件正在加速推進其平板化的進程。目前，世界已進入“信息革命”時代，顯示技術及顯示器件在信息技術的發(fā)展過程中占據了十分重要的地位，電視、電腦、移動電話、BP機、PDA等可攜式設備以及各類儀器儀表上的顯示屏為人們的日常生活和工作提供著大量的信息。沒有顯示器，就不會有當今迅猛發(fā)展的信息技術。顯示器集電子、通信和信息處理技術于一體,被認為是電子工業(yè)在20世紀微電子、計算機之后的又一重大發(fā)展機會。

　　科學技術的發(fā)展日新月異，顯示技術也在發(fā)生一場革命，特別是自90年代以來，隨著技術的突破及市場需求的急劇增長，使得以液晶顯示（LCD）為代表的平板顯示（FPD）技術迅速崛起。據Stanford公司預測，F(xiàn)PD市場規(guī)模正在以年增長率16.2%的速度發(fā)展著，到2000年FPD和CRT的產業(yè)都達到300億美元，CRT平均年增長率不足6.3%，遠低于FED的平均增長率，且FPD增長率仍在繼續(xù)提高，CRT在繼續(xù)下降，替代趨勢十分明朗，可以說平板顯示將成為21世紀顯示技術的主流，其產業(yè)和市場在不斷擴增之中。

　　經過二十多年的研究、競爭、發(fā)展，平板顯示器已進入角色，成為新世紀顯示器的主流產品，目前競爭最激烈的平板顯示器有四個品種：

　　1、場致發(fā)射平板顯示器（FED）；

　　2、等離子體平板顯示器（PDP）；

　　3、有機薄膜電致發(fā)光器（OEL）；

　　4、薄膜晶體管液晶平板顯示器（TFT-LCD）。

　　場發(fā)射平板顯示器原理類似于CRT，CRT只有一支到三支電子槍，最多六支，而場發(fā)射顯示器是采用電子槍陣列（電子發(fā)射微尖陣列，如金剛石膜尖錐），分辨率為VGA（640×480×3）的顯示器需要92.16萬個性能均勻一致的電子發(fā)射微尖，材料工藝都需要突破。目前美國和法國有小批量的小尺寸的顯示屏生產，用于國防軍工，離工業(yè)化、商業(yè)化還很遠。

　　等離子體發(fā)光顯示是通過微小的真空放電腔內的等離子放電激發(fā)腔內的發(fā)光材料形成的，發(fā)光效應低和功耗大是它的缺點（僅1.2lm/W，而燈用發(fā)光效率達80lm/W以上，6瓦/每平方英寸顯示面積），但在102～152cm對角線的大屏幕顯示領域有很強的競爭優(yōu)勢。業(yè)內專家分析認為，CRT、LCD和數字微鏡(DMD)3種投影顯示器可以與PDP競爭，從目前大屏幕電視機市場來看，CRT投影電視價格比PDP便宜，是PDP最有力的競爭對手，但亮度和清晰度不如PDP，LCD和DMD投影的象素和價格目前還缺乏競爭優(yōu)勢。盡管彩色PDP在像質、顯示面積和容量等方面有了明顯提高，但其發(fā)光效率、發(fā)光亮度、對比度還達不到直觀式彩色電視機的要求，最重要的是其價格還不能被廣大家用消費者所接受，這在一定程度上制約了彩色PDP市場拓展。目前主要在公眾媒體展示場合應用開始普遍起來。

　　半導體發(fā)光二極管（LED）的顯示方案由于GaN藍色發(fā)光二極管的研制成功，從而一舉獲得了超大屏幕視頻顯示器市場的絕對控制權，但是這種顯示器只適合做戶外大型顯示，在中小屏幕的視頻顯示器也沒有它的市場。

　　顯示器產業(yè)的專家一直期望有機薄膜電致發(fā)光材料能提供真正的象紙一樣薄的顯示器。有機薄膜電致發(fā)光真正的又輕又薄，低功耗廣視角，高響應速度（亞微妙）的固體平板顯示器。大規(guī)模工業(yè)生產的成本很低，使用壽命目前只有幾千小時。OLED在可以預見的將來將首先應用作為TFT-LCD的主要競爭對手，但目前還處于研究試制階段。

　　液晶平板顯示器，特別TFT-LCD，是目前唯一在亮度、對比度、功耗、壽命、體積和重量等綜合性能上全面趕上和超過CRT的顯示器件，它的性能優(yōu)良、大規(guī)模生產特性好，自動化程度高，原材料成本低廉，發(fā)展空間廣闊，將迅速成為新世紀的主流產品，是21世紀全球經濟增長的一個亮點。

　　二、TFT-LCD

　　在眾多的平板顯示器激烈競爭中，何以TFT-LCD能夠脫穎而出，成為新一代的主流顯示器決不是偶然的，是人類科技發(fā)展和思維模式發(fā)展的必然。液晶先后避開了困難的發(fā)光問題，利用液晶作為光閥的優(yōu)良特性把發(fā)光顯示器件分解成兩部分，即光源和對光源的控制。作為光源，無論從發(fā)光效率、全彩色，還是壽命，都已取得了輝煌的成果，而且還在不斷深化之中。LCD發(fā)明以來，背光源在不斷地進步，由單色到彩色，由厚到薄，由側置熒光燈式到平板熒光燈式。在發(fā)光光源方面取得的最新成果都會為LCD提供新的背光源。隨著光源科技的進步，會有更新的更好的光源出現(xiàn)并為LCD所應用。余下的就是對光源的控制，把半導體大規(guī)模集成電路的技術和工藝移植過來，研制成功了薄膜晶體管（TFT）生產工藝，實現(xiàn)了對液晶光閥的矩陣尋址控制，解決了液晶顯示器的光閥和控制器的配合，從而使液晶顯示的優(yōu)勢得以實現(xiàn)。

　　1、TFT工作原理

　�。�1）TFT是如何工作的 TFT就是“Thin Film Transistor”的簡稱，一般代指薄膜液晶顯示器，而實際上指的是薄膜晶體管（矩陣）—— 可以“主動的”對屏幕上的各個獨立的象素進行控制，這也就是所謂的主動矩陣TFT（active matrix TFT）的來歷。那么圖象究竟是怎么產生的呢？基本原理很簡單：顯示屏由許多可以發(fā)出任意顏色的光線的象素組成，只要控制各個象素顯示相應的顏色就能達到目的了。在TFT LCD中一般采用背光技術，為了能精確地控制每一個象素的顏色和亮度就需要在每一個象素之后安裝一個類似百葉窗的開關，當“百葉窗”打開時光線可以透過來，而“百葉窗”關上后光線就無法透過來。當然，在技術上實際上實現(xiàn)起來就不像剛才說的那么簡單。LCD（Liquid Crystal Display）就是利用了液晶的特性（當加熱時為液態(tài)，冷卻時就結晶為固態(tài)），一般液晶有三種形態(tài)：

　　類似粘土的層列（Smectic）液晶

　　類似細火柴棒的絲狀（Nematic）液晶

　　類似膽固醇狀的（Cholestic）液晶

　　液晶顯示器使用的是絲狀，當外界環(huán)境變化它的分子結構也會變化，從而具有不同的物理特性——就能夠達到讓光線通過或者阻擋光線的目的——也就是剛才比方的百葉窗。

　　大家知道三原色，所以構成顯示屏上的每個象素需上面介紹的三個類似的基本組件來構成，分別控制紅、綠、藍三種顏色。

　　目前使用的最普遍的是扭曲向列TFT液晶顯示器（Twisted Nematic TFT LCD），下圖就是解釋的此類TFT顯示器的工作原理�，F(xiàn)存的技術差別很大，我們將會在本文的第二部分中詳細介紹。

　　在上、下兩層上都有溝槽，其中上層的溝槽是縱向排列，而下層是橫向排列的。而下層是橫向排列的。當不加電壓液晶處于自然狀態(tài)，從發(fā)光圖2a扭曲向列TFT顯示器工作原理圖示意圖層發(fā)散過來的光線通過夾層之后，會發(fā)生90度的扭曲，從而能在下層順利透過。

　　當兩層之間加上電壓之后，就會生成一個電場，這時液晶都會垂直排列，所以光線不會發(fā)生扭轉——結果就是光線無法通過下層。

　�。�2）TF

　　T象素架構如圖4示，彩色濾光鏡依據顏色分為紅、綠、藍三種，依次排列在玻璃基板上組成一組（dot pitch）對應一個象素每一個單色濾光鏡稱之為子象素（sub-pixel）。也就是說，如果一個TFT顯示器最大支持1280×1024分辨率的話，那么至少需要1280×3×1024個子象素和晶體管。對于一個15英寸的TFT顯示器（1024×768）那么一個象素大約是0.0188英寸（相當于0.30mm），對于18.1英寸的TFT顯示器而言（1280×1024），就是0.011英寸（相當于0.28mm）

　　大家知道，象素對于顯示器是有決定意義的，每個象素越小顯示器可能達到的最大分辨率就會越大。不過由于晶體管物理特性的限制，目前TFT每個象素的大小基本就是0.0117英寸（0.297mm），所以對于15英寸的顯示器來說，分辨率最大只有1280×1024。

　　2 、 TFT的技術特點

　　TFT技術是二十世紀九十年代發(fā)展起來的，采用新材料和新工藝的大規(guī)模半導體全集成電路制造技術，是液晶（LC）、無機和有機薄膜電致發(fā)光（EL和OEL）平板顯示器的基礎。TFT是在玻璃或塑料基板等非單晶片上（當然也可以在晶片上）通過濺射、化學沉積工藝形成制造電路必需的各種膜，通過對膜的加工制作大規(guī)模半導體集成電路（LSIC）。采用非單晶基板可以大幅度地降低成本，是傳統(tǒng)大規(guī)模集成電路向大面積、多功能、低成本方向的延伸。在大面積玻璃或塑料基板上制造控制像元（LC或OLED）開關性能的TFT比在硅片上制造大規(guī)模IC的技術難度更大。對生產環(huán)境的要求（凈化度為100級），對原材料純度的要求（電子特氣的純度為99.999985％），對生產設備和生產技術的要求都超過半導體大規(guī)模集成，是現(xiàn)代大生產的頂尖技術。其主要特點有：

　　（1）大面積：九十年代初第一代大面積玻璃基板（300mm×400mm）TFT-LCD生產線投產，到2000年上半年玻璃基板的面積已經擴大到了680mm×880mm），最近950mm×1200mm的玻璃基板也將投入運行。原則上講沒有面積的限制。

　�。�2）高集成度：用于液晶投影的1.3英寸TFT芯片的分辨率為XGA含有百萬個象素。分辨率為SXGA（1280×1024）的16.1英寸的TFT陣列非晶體硅的膜厚只有50nm，以及TAB ON GLASS和SYSTEM ON GLASS技術，其IC的集成度，對設備和供應技術的要求，技術難度都超過傳統(tǒng)的LSI。

　�。�3）功能強大：TFT最早作為矩陣選址電路改善了液晶的光閥特性。對于高分辨率顯示器，通過0-6V范圍的電壓調節(jié)（其典型值0.2到4V），實現(xiàn)了對象元的精確控制，從而使LCD實現(xiàn)高質量的高分辨率顯示成為可能。TFT-LCD是人類歷史上第一種在顯示質量上超過CRT的平板顯示器�，F(xiàn)在人們開始把驅動IC集成到玻璃基板上，整個TFT的功能將更強大，這是傳統(tǒng)的大規(guī)模半導體集成電路所無法比擬的。

　�。�4）低成本：玻璃基板和塑料基板從根本上解決了大規(guī)模半導體集成電路的成本問題，為大規(guī)模半導體集成電路的應用開拓了廣闊的應用空間。

　�。�5）工藝靈活：除了采用濺射、CVD（化學氣相沉積）MCVD（分子化學氣相沉積）等傳統(tǒng)工藝成膜以外，激光退火技術也開始應用，既可以制作非晶膜、多晶膜，也可以制造單晶膜。不僅可以制作硅膜，也可以制作其他的Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族半導體薄膜。

　　（6）應用領域廣泛，以TFT技術為基礎的液晶平板顯示器是信息社會的支柱產業(yè)，也技術可應用到正在迅速成長中的薄膜晶體管有機電致發(fā)光(TFT-OLED)平板顯示器也在迅速的成長中。

　　3、 TFT-LCD的主要特點：

　　隨著九十年代初TFT技術的成熟，彩色液晶平板顯示器迅速發(fā)展，不到10年的時間，TFT-LCD迅速成長為主流顯示器，這與它具有的優(yōu)點是分不開的。主要特點是：

　�。�1）使用特性好：低壓應用，低驅動電壓，固體化使用安全性和可靠性提高；平板化，又輕薄，節(jié)省了大量原材料和使用空間；低功耗，它的功耗約為CRT顯示器的十分之一，反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右，節(jié)省了大量的能源；TFT-LCD產品還有規(guī)格型號、尺寸系列化，品種多樣，使用方便靈活、維修、更新、升級容易，使用壽命長等許多特點。顯示范圍覆蓋了從1英寸至40英寸范圍內的所有顯示器的應用范圍以及投影大平面，是全尺寸顯示終端；顯示質量從最簡單的單色字符圖形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高對比度，高響應速度的各種規(guī)格型號的視頻顯示器；顯示方式有直視型，投影型，透視式，也有反射式。

　�。�2）環(huán)保特性好：無輻射、無閃爍，對使用者的健康無損害。特別是TFT-LCD電子書刊的出現(xiàn)，將把人類帶入無紙辦公、無紙印刷時代，引發(fā)人類學習、傳播和記栽文明方式的革命。

　　（3）適用范圍寬，從-20℃到+50℃的溫度范圍內都可以正常使用，經過溫度加固處理的TFT-LCD低溫工作溫度可達到零下80℃。既可作為移動終端顯示，臺式終端顯示，又可以作大屏幕投影電視，是性能優(yōu)良的全尺寸視頻顯示終端。

　�。�4）制造技術的自動化程度高，大規(guī)模工業(yè)化生產特性好。TFT-LCD產業(yè)技術成熟，大規(guī)模生產的成品率達到90%以上。

　�。�5）TFT-LCD易于集成化和更新?lián)Q代，是大規(guī)模半導體集成電路技術和光源技術的完美結合，繼續(xù)發(fā)展?jié)摿艽�。目前有非晶、多晶和單晶硅TFT-LCD，將來會有其它材料的TFT，既有玻璃基板的又有塑料基板。

　　三、國際技術水平和現(xiàn)狀

　　TFT-LCD技術已經成熟，長期困擾液晶平板顯示器的三大難題：視角、色飽和度、亮度已經獲得解決。采用多區(qū)域垂直排列模式（MVA模式）和面內切換模式（IPS模式）使液晶平板顯示的水平視角都達到了170度。MVA模式還使響應時間縮短到20ms。

　　從技術角度來看，TN+Film解決方案是最簡單的一種，TFT顯示器制造商將過去用于老式LCD顯示器的扭曲向列（TN:Twisted Nematic）技術，同TFT技術相結合，從而有了TN+Film技術。這項技術主要就是通過顯示屏覆蓋一層特殊的薄膜，來擴大可視角度——可以把可視角度從90度擴大到大約140度。如圖6所示：TN+Film同標準TFT顯示器一樣都是通過排列液晶分子來實現(xiàn)對圖象的控制，它在上表面覆蓋一層薄膜來增大可視角度。不過TFT顯示器相對弱的對比度和緩慢的反應時間這些缺點仍然沒有改變。所以TN+Film這種方式并不是做好的解決方案，除了它的造價最便宜之外沒有任何可取之處。

　　IPS就是In-Plane Switching的簡稱，意思就是平板開關，又稱為Super TFT。最早由Hitachi(日立)開發(fā)，現(xiàn)在NEC和Nokia也使用此項技術制成顯示器。這項技術同扭曲向列顯示器（TN-Film）的不同就在于液晶分子相對于基本排列方式不同，當加上電壓之后液晶分子與基板平行排列。

　　采用這項技術的顯示器的可視角度達到了170度，已經同陰極射線管的可視角度相當了，不過這項技術也有缺點：為了能讓液晶分子平行排列，電極不能象扭曲向列顯示器（TN-Film）一樣，在兩層基板上都有，只能放在低層的基板上——這樣導致的直接結果就是顯示器的亮度和對比度明顯的下降，為了提高亮度和對比度，只有增強背光光源的亮度。這樣一來，反應時間和對比度相對于普通TFT顯示器而言更難提高了。所以這項技術似乎也不是最好的解決方案。

　　MVA多區(qū)域垂直排列技術，是由日本富士通（Fujitsu）公司開發(fā)的，單從技術的角度看，它兼顧了可視角度和反應時間兩個方面。找到了一個折中的解決方法。MVA技術使得可視角達到了160度—— 雖然不如IPS能達到的170度的可視角度，不過它`仍然是好的，因為這項技術能夠提供更好的對比度和更短的反應時間。

　　MVA中的M代指“multi-domains” —— 多區(qū)域的意思。圖8所示，那些紫色的突起（protrusion）構成了所謂的區(qū)域。富士通目前生產的MAV顯示器中一般就有這樣4個區(qū)域。

　　VA是“vertical alignment”的簡稱，意為垂直排列。不過單從字面上看會產生一些誤解，因為液晶分子并不是如圖所示的“突起”（protrusion）完全垂直。請看圖8所示黑色示意圖。當電壓生成一個電場時，液晶分子如圖相互平行排列，這樣背光光源就能穿過，而且能將光線向各個方向發(fā)散，從而擴大了可視角度。

　　另外，MVA還提供了比IPS和TN+Film技術都快的反應時間，這對于取得良好的視頻回收和殘視覺效果都是非常重要的。MVA液晶顯示器的對比度也有所提高，不過同樣也會隨著可視度的變換而變化。

　　在采用光學補償彎曲技術（OCB）的基礎上發(fā)展起來的場序列全彩色（FSFC）LCD技術不僅取消了占成本三分之一的彩色濾光膜（CF），還可使分辨率提高3倍，透過率提高5倍，同時簡化了工藝，降低了成本。彩膜技術和背光源技術的發(fā)展使TFT-LCD的彩色再現(xiàn)能力達到甚至超過了CRT。作為商品顯示器TFT-LCD的主要技術指標綜合性能在各類顯示器件中是最優(yōu)秀的，特別是TFT-LCD產品的大規(guī)模生產技術的完善，多品種、多系列的產品發(fā)展空間，應用范圍無所不至。最近韓國三星電子已經生產出了38英寸單一基板的TFT-LCD液晶電視和40英寸TFT-LCD顯示器，以其優(yōu)良的性能向公認的應為PDP霸占的大尺寸彩電市場進軍。

　　LCD是所有顯示器中耗電最低的產品，以13.3英寸XGA TFT-LCD為例，其功耗1998年為4.4瓦，1999年為3.3瓦，到2001年將小于2.5瓦，特別是反射型TFT-LCD的研制成功，由于取消了背光源，其功耗比透射式TFT-LCD低了一個數量級。同時由于幾改進，低溫激光退火多晶硅（P-Si）技術成熟，以至最近發(fā)展起來的單晶硅技術使得TFT-LCD的響應速度更快，電路集成化水平更高，鎖相環(huán)技術的應用，一種功能更新，更全的周邊電路的采用，系統(tǒng)集成（System on glass）技術的發(fā)展，使得TFT-LCD更輕、更薄。13.3英寸TFT-LCD其厚度在1998年為7.2mm，1999年為5.5mm，2001年降到5mm以下，其重量1998年為580克，1999年為450克，到2001年降到400克以下。ＴＦＴ-ＬＣＤ的大生產技術也已成熟，已實現(xiàn)全自動生產，其第五代生產線在2002年將進入實用生產階段，生產成本將不斷下降。TFT-LCD在技術上的成熟與進步以及其特有的性能優(yōu)勢確定了TFT-LCD最終取代CRT的格局。

　　四、總結

　　目前TFT-LCD已達到的技術水平狀況：

　�。�1）水平和垂直角都達到170度；

　�。�2）顯示亮度達到500尼特，對比度500：1；

　　（3）壽命超過3萬小時；

　�。�4）場序列全彩色（FSFC）技術開始應用于工業(yè)生產；

　　（5）大屏幕薄膜晶體管液晶顯示彩色電視（TFT-LC TV）已經開始進入大規(guī)模工業(yè)生產，TFT-LCTV的畫質已經達到甚至超過了CRT，如28英寸TFT LC TV的分辨率為1920×1200，水平垂直視角均為170度；38英寸的TFT LC TV已研制成功；40英寸的TFT-LCD也已研制成功；

　�。�6）大面積低溫多晶硅TFT-LCD已經開發(fā)成功，并投入工業(yè)生產，非晶硅TFT的自掃描LCD已經商品化；

　�。�7）反射式TFT-LCD彩色顯示器開始商品化。例如分辨率是400×234，畫面為16：9的5.8英寸反射式顯示器的反射率為30%，響應速度為30ms，消耗功率為0.15瓦。

　�。�8）730×920mm基板大屏幕生產線已經研制成功，更大尺寸基板的大屏幕生產線正在建設之中。

　�。�9）塑料基板TFT-LCD開始商品化。日本現(xiàn)有5個品種的塑料基板產品。

　　（10）背光源和逆變器，雖在積極開發(fā)反射式LCD，但用背光源的透射型TFT-LCD在相當長時間內還是主流產品。背光源是其重要配件。德國研制成用于液晶模塊的平板熒光燈背光源，亮度達到5000-7000cd/m2，壽命達到10萬小時。一些新型自熱式背光源可以在-40℃到85℃范圍內正常工作。OEL背光源和高亮度LED背光源已開發(fā)成功，并開始用于TFT-LCD、Linfinity

　　Microelectrunies發(fā)明了冷陰極背光源長壽命逆變器，光源調制范圍達到500：1。

TFT-LCD市場分析

　　一、國際市場分析與預測

　　TFT－LCD（彩色薄膜晶體管液晶顯示器）主要應用于計算機、視頻終端、通訊及儀器儀表等行業(yè)。主要應用領域有筆記本電腦、臺式計算機監(jiān)視器、工作站、工業(yè)監(jiān)視器、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、個人數據處理、游戲機、可視電話、便攜式VCD、DVD及其它一些便攜裝置。

　　1995年以前，TFT－LCD的應用主要集中在高檔攝像機監(jiān)視器、高檔掌上游戲機、微型電視機和大屏幕投影儀等貴族類消費產品。其過高的價格使下游整機廠家更多的選用了低檔TN和STN液晶。1995年后，隨著TFT生產廠家生產技術水平的提高、投入加大、基板尺寸提高到300mm-400mm以上，實現(xiàn)了10英寸VGA以上大尺寸TFT－LCD的大規(guī)模生產，加上上游原材料廠家的成熟帶來的成本降低，從而為TFT-LCD在筆記本電腦、監(jiān)視器等潛力巨大的市場應用建立了基礎。于是迎來了TFT歷史上的第一次高速成長期。在此期間，日本多家公司投資大型生產線，下游廠家積極開發(fā)推廣應用產品，由于原材料價格降低和大規(guī)模生產成本減低和成品率的提高，TFT的價格呈逐步降低的態(tài)勢，進一步促進應用領域的擴大，同時TFT廠家也保持了較高的利潤空間。此種情形一直保持到1996年上半年。

　　1996年第二季度至年底，全球FTF產業(yè)進入了一個相對停滯徘徊期。其原因并非市場需求不足，而是由于：

　　1．TFT產品的價格相對于CRT仍然偏高，難以被家庭、個人和中小企業(yè)這個最大的市場所接受；

　　2．用戶心理上對當時主流產品（l0．4英寸 VGA）不滿足，而11寸以上產品由于生產技術不成熟、生產能力低下，其價格和供貨能力均使下游產品廠家望而卻步；

　　3．前期TFT廠家的投入使生產能力相對于當時的市場需求有微量的過剩假象；

　　4．日本企業(yè)由于占有大部分生產能力，不愿降低自己的利潤空間而造成事實上的價格障礙。

　　此后1997年，由于韓國三星、現(xiàn)代、LG等公司第二代以上生產線紛紛投產，打破了日本獨家壟斷市場、控制價格的局面，TFT的價格趨于合理的定位，生產能力的擴增又刺激了下游產品特別是筆記本電腦中TFT應用的迅速增加，使得TFT行業(yè)又進入了一個相對非常短暫的快速發(fā)展期。市場容量急劇擴大，主流產品檔次迅速提升。11．3英寸、12．l英寸TFT成為當時筆記本電腦的上流配置，并呈現(xiàn)被更高檔次產品取代的態(tài)勢。同時日本、韓國企業(yè)迅速跟進，擴產增線，由此再一次迎來了與全球半導體行業(yè)發(fā)展規(guī)律一致的平臺式停滯階段。這一階段從1997年持續(xù)到1998年7月。

　　1998年下半年，由于TFT的性能價格比已達到了可同CRT一較長短的地步，同時，原來增長緩慢的中小尺寸TFT市場，由于消費類電子應用范圍的急劇擴張而得到從未有過的增長，這其中部分原回應歸功于INTERNET技術成熟導致的個人便攜式信息終端和GPS，以及可視電話、游戲機等產業(yè)的發(fā)展。TFT業(yè)界迎來了期盼已久的第三個飛速發(fā)展的階段。TFT行業(yè)取代了一直高速發(fā)展的DRAM（半導體存儲器）行業(yè)成為了半導體工業(yè)中最耀眼的明星。特別是東亞經濟危機抑制了包括日本、韓國和東南亞地區(qū)國家的盲目跟進，使得TFT生產能力的提高沒能跟上市場需求的飛速擴張，從而避免了前兩次發(fā)展中不正常的價格競爭，TFT產業(yè)可以說終于走向良性發(fā)展的正確道路。

　　由于以上原回，從1998年中至今，12－18英寸TFT－LCD產品價格漲幅超過30％，到1999年年底才達到一個穩(wěn)定的價格平臺階段。1998年第三季度開始，中小尺寸的價格增幅也達到15％以上，并將于2000年初醞釀進一步漲價。與此同時，市場的需求并不因價格的增長而減少，反而持續(xù)擴大，供個應求的賣方市場現(xiàn)象短期內沒有徹底解決的跡象。中國臺灣、韓國包括日本的TFT應用整機廠家，由于缺貨基本上不能達到滿產。各大TFT生產廠家的定單已經排到2001年，甚至更遠。

　　那么今后TFT行業(yè)的發(fā)展會是什么情況呢？這里我們結合1997年、1998年TFT－LCD市場實際，對TFT－LCD市場需求情況進行統(tǒng)計與預測，詳見表1。

　　表1 TFT-LCD主要應用產品的市場需求統(tǒng)計與預測

　　1997 1998 1999 2000 2001 2005

　　筆記本電腦(TFT-LCD) 0 1450 1493 1824 2200 400

　　臺式監(jiān)視器 0 130 250 400 800 5000

　　個人數字助理(PDA) 80 240 300 400 500 1200

　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS) 20 150 180 220 300 1000

　　液晶投影儀 2 50 120 300 600 1500

　　攝錄一體機 144 1100 1200 1400 1500 2000

　　VCD一體機 100 600 740 900 1200 300

　　近日，日本鳥取三洋LCD事業(yè)部總經理福好雅先生指出：雖然到2001年會出現(xiàn)TFT－LCD供需平衡的局面，但這種平衡將是短暫的。預計至2002年第四季度，全球TFT－LCD面板仍將出現(xiàn)供不應求的局面。

　　我們認為：作為高投入、高回報、高技術含量的TFT行業(yè)在可預期的10年到15年內仍將持續(xù)發(fā)展。其發(fā)展的一般規(guī)律還將遵循前面所表現(xiàn)的階段式階梯發(fā)展態(tài)勢。過去的和將來的躍升階段的推動力是生產技術的提高和生產能力的增加使得TFT找到了新的應用領域；而過去的和將來的平臺式停滯階段則緣于生產能力提高，巨處于新的應用市場的準備時期導致的相對市場飽和，但迄今為止每一次的供過于求并非生產能力的絕對過剩，而是產品結構調整時期的相對過剩；供大于求的相對幅度只在10％以內，并且持續(xù)時間是非常短暫的。作為新興的、未來十數年內不可替代的產業(yè)，其新的應用領域的生產空間在目前來說仍是無限的。而且，由于是資金投入高、技術含量大、人材要求高，有能力投身此行業(yè)的國家、企業(yè)不時能太多；因此不可能出現(xiàn)像TN和STN那樣的惡性競爭。所以在條件具備的情況下，周密組織，精心準備，在不斷學習完善自身的同時，積極跟進提高、投身國際市場，其商機是無限的。

　　具體到本階段，業(yè)界的普遍看法是：由于目前15英寸、17英寸應用市場的前期開發(fā)階段己接近完成，目前的上升勢頭有可能迅速過度到下一個發(fā)展階段，也就是說：即使有短暫的供需平衡期或供過于求期，總的發(fā)展和增長勢頭仍將持續(xù)到2004年，并等待另一輪的發(fā)展循環(huán)。

　　面對TFT－LCD市場如此誘人的局面，日本、韓國和中國臺灣紛紛投入巨資進行大尺寸TFT－LCD的生產線建設。原有的中小尺寸生產線也積極擴產，例如：臺灣元太基板投入數量將有6000片/月增加到1500片/月，其近日接到的日本的一個5英寸定單5年總金額為1億美金。

　　日本作為TFT-LCD的生產王國，無論技術或生產都處于世界領先地位。今年開始，日本TFT-LCD業(yè)界計劃投入二十億美元進行擴產，其中東芝公司己啟動第四代生產線的建設，玻璃基板尺寸為800mm×950mm，一次可切割6片17"TFT-LCD面板。

　　在韓國，三星、LG、現(xiàn)代三大TFT－LCD廠商，均看準TFT－LCD是未來的骨干產業(yè)，從1998年年底開始，這三家大公司計劃投入三十億美元進行擴廠建設，三星、LG兩家公司都雄心勃勃，爭取成為下一代顯示器市場的主導企業(yè)。

　　在中國臺灣，TFT-LCD被視為第二個半導體產業(yè)，1998年以來，臺灣利用日、韓先后陷入金融危機之時，對TFT－LCD加緊投資，出現(xiàn)投資熱潮，中華映管、達基電子已于1999上半年投入量產，瀚宇彩晶等四家廠商將于今明兩年進入量產，迄今為止，臺灣地區(qū)已投入40億美元。

　　韓國和中國臺灣廠商的投資擴產情況見表2和表3。

　　表2 韓國TFT-LCD廠商擴產情況

　　公司名稱擴產基板尺寸擴產量投產時間

　　三星 600×720mm 6萬片 1999年底

　　LG 590×670mm 2萬片 1999年底

　　現(xiàn)代 620×720mm 2萬片 1999年底

　　表3 中國臺灣TFT-LCD廠商投產情況

　　公司名稱基板尺寸月產能投產時間

　　廣輝 620mm×750mm 3萬片 2001年

　　達基 600mm×720mm 3萬片 1999年7月

　　中華映管 550mm×650mm 2.5萬片 1999年5月

　　奇晶 620mm×750mm 3萬片 1999年12月

　　潮宇 550mm×650mm 3萬片 2000年1月

　　聯(lián)友 610mm×720mm 3萬片 1999年10月

　　市場供應量的增加，勢必給整個TFT－LCD行業(yè)的結構帶來一定的變化，供需狀況會呈現(xiàn)出怎樣的趨勢？結合TFT－LCD的市場需求以及投產擴產情況，我們對大尺寸TFT－LCD的供需情況進行了分析預測結果示于表1和表2。

　　表1 大尺寸TFT-LCD供需預測一（單位：千片）

　　指標 1998 1998 1999 1999 1999 1999 2000 2000 2000 2000

　　三季度四季度一季度二季度三季度四季度一季度二季度三季度四季度

　　月供給 1098 1364 1399 1488 1562 1656 1870 2048 2225 2391

　　月需求 1092 1195 1259 1346 1475 1627 1730 1901 2052 2304

　　需求減供給 -5 169 140 143 88 29 140 147 172 87

　　表2 大尺寸TFT-LCD供需預測二（單位：千片）

　　指標 1998 1998 1999 1999 1999 1999 2000 2000 2000 2000

　　三季度四季度一季度二季度三季度四季度一季度二季度三季度四季度

　　月供給 1087 1364 1312 1290 1521 1677 1770 1938 2012 2156

　　月需求 1092 1195 1259 1346 1475 1627 1730 1901 2052 2304

　　需求減供給 -5 169 53 45 46 50 40 37 -41 -148

　　由表1可以看出到2000年第四季度TFT－LCD，基本維持在供需平衡局面上，有供不應求的情況出現(xiàn)。由表2可以看到至2000年第四季度將出現(xiàn)供過于求的情況。但從整個液晶行業(yè)的發(fā)展歷史來看，盡管是一個新興的行業(yè)，但整個行業(yè)的發(fā)展一直呈階梯式的上升趨勢，無論是TN、STN還是新興的TFT，其供應、需求的差額變動部基本維持在10％左右。隨著液晶應用領域的不斷拓展及其地位和作用的穩(wěn)步提升，未來的市場前景必將極其廣闊。

　　二、國內市場分析和現(xiàn)狀

　　我國是世界上TN和STN－LCD的最大生產國，但在1999年以前TFT－LCD的生產處于空白。吉林彩晶數碼高科顯示器有限公司先導工程引進了國內第一條TFT－LCD生產線，于1999年12月28日正式全線貫通投產，從而改變了國內應用TFT－LCD的整機廠商依賴于進日的局面。隨著2000年的量產，TFT－LCD在國內將廣泛地應用于筆記本電腦、液晶監(jiān)視器、個人信息助理（PDA）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、游戲機、可視電話等各個領域。

　　在國內的計算機顯示器行業(yè)，TFT－LCD顯示器的應用尚屬初級階段。盡管國內筆記本電腦市場從1993～1998年間平均增長率高達30％，但是由于基數低，市場銷售量占PC機的比率遠遠落后于發(fā)達國家。據CCID發(fā)表的最新資料表明：1999年上半年國內共銷售PC機217．4萬臺，其中筆記本電腦13．3萬臺，約占整個PC機市場的6．l％，而同期國際上筆記本電腦約占PC機市場的18～20％。同時，PC機市場成長較快，初步統(tǒng)計1999年可達500萬臺，臺式液晶監(jiān)視器剛剛投入市場。目前，聯(lián)想、方正己先后推出帶液晶顯示器的臺式PC機（天鷺、天問），長城、海爾、海信等廠商也計劃今年內可出臺式液晶顯示器的PC樣機，并將陸續(xù)進入批量生產。預計今后幾年內，隨著TFT－LCD顯示器生產成本的下降，筆記本電腦和液晶顯示器臺式PC機也會像普通臺式計算機一樣獲得快速發(fā)展。

　　目前，公司己與國內十余家廠商達成了意向性協(xié)議，上�？堤┛恕⑸虾＞\、長城集團、西安偉儀等公司合作意向極其明確、購買意愿強烈。初步統(tǒng)計，經過前期的銷售準備工作，購買意向的協(xié)議總金額已達38億人民幣，就我們目前這條生產線而言，相當于我們不停生產三年的產量。從當前公司掌握的資料表明：國內市場無論中小尺寸還是大尺寸TFT－LCD都處于正式啟動階段，需求極其旺盛。但由于我們生產線產量及品種的原因，盡管上述公司愿意提供其所需品種的研發(fā)費用，但公司為了占據主動，只與這些廠商達成意向性協(xié)議。新建一條產能更大、產品尺寸覆蓋更廣、更能發(fā)揮規(guī)模經濟效益的先進生產線，已成為更多人的愿望。機遇難得，再L規(guī)模，勢在必行。

　　TFT－LCD的出現(xiàn)和發(fā)展，使得顯示器技術產生了革命性的飛躍。液晶產業(yè)在國民經濟各個領域中的地位和作用愈來愈重要，其市場前景極其廣闊。

TFT系統(tǒng)時序控制模塊的設計

　　摘要：說明時序控制模塊和LCD系統(tǒng)中其它子模塊之間的關系，對時序控制模塊所要解決的時序問題進行分析。在分析問題的基礎上提出一種適用于中、小尺寸液晶顯示系統(tǒng)時序控制模塊的實現(xiàn)結構。對時序控制模塊進行功能驗證，給出FPGA邏輯功能驗證結果，證明設計可行。

　　LCD技術已成為平板顯示的主流技術，其中，中、小尺寸液晶產品成為開發(fā)的主流。中、小型LCD的應用將更加廣泛。

　　應用于中、小尺寸液晶顯示的主要技術有：

　　(1)STN-LCD(Super Twisted Nematic，超扭轉向列式液晶)；

　　(2)TFT-LCD(Thin Film Transistor，薄膜晶體管液晶顯示器)；

　　(3)LTPS(Low TemperaturePoly Silicon，低溫多晶硅)等三種。而其中技術最為成熟的是TFT-LCD。

　　由于TFT電流較低，無法直接在TFT上設計線路，因此，為了使TFT-LCD工作，需要外建IC控制電路。目前大多數有關TFT-LCD控制IC的

　　資料中對于時序控制器的介紹都很簡略，對其時序的控制和產生的原理缺乏深入分析。事實上，時序控制器TCON(Timing Controller)所產生的同步控制信號是決定TFT-LCD能否正常顯示的關鍵，因此它是TFT-LCD模塊組成中的核心控制部分之一，即控制中心。

　　本文首先粗略介紹液晶顯示系統(tǒng)組成，之后重點分析應用于中、小尺寸TFT-LCD的時序控制器(TCON)的工作原理，并在原理的基礎提出了一種TCON模塊的結構框圖，最后給出TCON模塊的FPGA驗證。

　　2 TFT-LCD系統(tǒng)的一般結構

　　TFT-LCD系統(tǒng)由兩個部分組成：LCD控制模塊和LCD面板模塊。實際應用中液晶面板又分兩種，傳統(tǒng)面板和智慧整合型面板，結構如圖1所示。

　　圖1 TFT-LCD系統(tǒng)結構框圖

　　TFT-LCD Monitor系統(tǒng)包括模數轉換器，處理PC顯卡輸出的模擬信號、數字視頻接口、視頻解碼器(處理視頻信號)、TMDS接收器、在屏顯示、控制單元、時序控制器、背光Source驅動器、Gate驅動器等組成。

　　TFT-LCD顯示器工作時，前端部分的控制電路模塊主要工作是將PC主機或是影音裝置(如DVD Player)輸出的訊號進行轉換，例如由PC顯示

　　卡輸出的模擬訊號，經由ADC組件的轉換，成為數字訊號；類似地，影音訊號則經由Video Decoder的轉換，成為相同的數字訊號，這些訊號再經過Scaler IC作放大或縮小的動作，并進行數字影像處理，再由cable線傳輸訊號到液晶模塊，然后通過時序控制器產生所需要的時序控制信號驅動縱向的驅動Ic和橫向的驅動IC，其中縱向的驅動IC負責控制數據的寫入，由橫向的驅動IC控制晶體管的開/關，并配合其它組件，如供電模塊，即可正確顯示圖像。

通信詞典解釋