tft�(TFT-LCD),即薄膜場效�(yīng)晶體管LCD,是有源矩陣類型液晶顯示�(AM-LCD)中的一�� 液晶平板顯示�,特別TFT-LCD,是目前�亮度、對比度、功�、壽�、體積和重量等綜合性能上全面趕上和超過CRT的顯示器�,它的性能�(yōu)�、大�(guī)模生�(chǎn)特性好,自動化程度�,原材料成本低廉,發(fā)展空間廣�,將迅速成為新世紀(jì)的主流產(chǎn)品,�21世紀(jì)全球�(jīng)�(jì)增長的一個亮��
和TN技�(shù)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�(shè)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�,在FET電極�(dǎo)通時,液晶分子的表現(xiàn)也會�(fā)生改變,可以通過遮光和透光來達(dá)到顯示的目的,響�(yīng)時間大大提高�80ms左右。因其具有比TN-LCD更高的對比度和更豐富的色�,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�(dǎo)體開�(guān)器件。由于每個像素都可以通過點脈沖直接控�。因而每個節(jié)點都相對獨立,并可以�(jìn)行連續(xù)控制。這樣的設(shè)計方法不僅提高了顯示屏的反應(yīng)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�
由于TFT是主動式矩陣LCD可讓液晶的排列方式具有記憶�,不會在電流消失后馬上恢�(fù)原狀。TFT還改善了STN閃爍(水波�)-模糊的�(xiàn)象有效地提高了播放動�(tài)畫面的能�。和STN相比,TFT有出色的色彩飽和�、還原能力和更高的對比度,但是缺點就是比較耗電,而且成本也比較高�
目前,絕大部分筆記本電腦廠商的產(chǎn)品都采用TFT-LCD。早期的TFT-LCD主要用于筆記本電腦的制�。盡管在�(dāng)時TFT相對于DSTN具有極大的優(yōu)�,但是由于技�(shù)上的原因,TFT-LCD在響�(yīng)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(dǎo)致其高昂的價�,使得桌面型的TFT-LCD成為遙不可及的尤��
不過,隨著技�(shù)的不斷發(fā)�,良品率不斷提高,加上一些新技�(shù)的出�(xiàn),使得TFT-LCD在響�(yīng)時間、對比度、亮度、可視角度方面有了很大的�(jìn)�,拉近了與傳�(tǒng)CRT顯示器的差距。如�,大多數(shù)主流LCD顯示器的響應(yīng)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(yīng)用市場應(yīng)該說是潛力巨�。但就液晶面板生�(chǎn)能力而言,全世界的LCD主要集中在中國臺�、韓國和日本三個主要生�(chǎn)基地。亞洲是LCD面板研發(fā)及生�(chǎn)制造的中心,而臺、日、韓三大�(chǎn)地的�(fā)展情況各有不��
下圖是TFT屏的典型時序。其中VSYNC是幀同步信號,VSYNC每發(fā)�1個脈沖,都意味著新的1屏視頻資料開始發(fā)�。而HSYNC為行同步信號,每個HSYNC脈沖都表明新�1行視頻資料開始發(fā)�。而VDEN則用來標(biāo)明視頻資料的有效,VCLK是用來鎖存視頻資料的像數(shù)時鐘�
并且在幀同步以及行同步的頭尾都必須留有回掃時間,例如對于VSYNC來說前回掃時間就是(VSPW+1)+(VBPD+1�,后回掃時間就是(VFPD+1�;HSYNC亦類�。這樣的時序要求是�(dāng)初CRT顯示器由于電子槍偏轉(zhuǎn)需要時間,但后來成了實際上的工�(yè)�(biāo)�(zhǔn),乃至于后來出現(xiàn)的TFT屏為了在時序上于CRT兼容,也采用了這樣的控制時��
目前主流的TFT面板有a-Si(非晶硅薄膜晶體管)、TFT技�(shù)和LTPS TFT(低溫復(fù)晶硅)TFT技�(shù)�
在a-Si方面,三個生�(chǎn)基地的技�(shù)各有千秋。日本廠商曾�(jīng)研制出分辨率高達(dá)2560×2048的LCD�(chǎn)�。因此,有些人認(rèn)�,a-Si TFT技�(shù)完全可滿足高分辨率的�(chǎn)品需�,但�,由于技�(shù)的不成熟,它還不能滿足高速視頻影像或動畫等的需�。LTPS TFT相對可以節(jié)約成本,這對于TFT LCD的推廣有著重要意�。目�,日本廠商已�(jīng)有量�(chǎn)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�(shù)與LTPS SXGA面板技�(shù)。韓國在這方面缺少專門的設(shè)計人員和研發(fā)專家,但像三星等主要企業(yè)已經(jīng)推出了LTPS�(chǎn)�,顯示出韓國廠商的實力。不�,目前LTPS技�(shù)尚不成熟,產(chǎn)品集中在小屏�,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�。日本公司的a-SiTFT投資策略上幾乎都以第三代LCD�(chǎn)品為�,通過制造技�(shù)及良品率的改善來提高�(chǎn)�,降低成本。日本一直走高端路線,其技�(shù)無疑是的。由于研�(fā)力量有限,臺灣的a-Si TFT技�(shù)主要來自日本廠商的轉(zhuǎn)讓,但由于臺灣企�(yè)一般屬于勞動密集型,技�(shù)含量價低,以生產(chǎn)低端�(chǎn)品為�。韓國在a-Si方面有著�(qiáng)大的研發(fā)實力,比如三星公司就量產(chǎn)了臺24寸a-Si TFT LCD�240T,它的響�(yīng)時間小于25ms,可以滿足一般應(yīng)用需�;而可視角度達(dá)到了160度,使得LCD在傳�(tǒng)弱項上不輸給CRT。三�240T�(biāo)志著大屏幕TFT LCD技�(shù)走向成熟,也向世人展示了韓國廠商的實力不容置��
tft屏是有源矩陣液晶顯示�(AM LCD)的典型代�,其研究最活躍、發(fā)展最快、應(yīng)用增長也最迅�,在筆記本電腦、攝像機(jī)與數(shù)字照相機(jī)�(jiān)視器等方面的�(yīng)用獨�(lǐng)�(fēng)�,另外,它在地理信息系統(tǒng)以及飛機(jī)座艙、便攜式DVD、臺式電腦和多媒體顯示器等方面都得到很好的應(yīng)用。彩色tft屏的�(gòu)思最初由美國�(西屋公司)�1972年提�、日本東芝公司在1982年率先實�(xiàn)這一技�(shù)的規(guī)模生�(chǎn),但那時的生�(chǎn)技�(shù)還不成熟。自1993年日本掌握了tft屏生�(chǎn)技�(shù)以來,分辨率已由CGA (320 * 200)�(fā)展到今天的UXGA (1600 * 1200),基片尺寸也已有代�240 * 270-32O * 400mm2�(fā)展到2001年日本夏�、韓國三星電子和LG-Philips公司分別上馬的第七代�1350 * 1700 mm2。目�,tft屏的�(yīng)用主要在小尺寸的移動電話市場、中型尺寸的掌上電腦與筆記本電腦市場、大型尺寸的液晶顯示�(jiān)視器和液晶電視市場等五個方��2005年tft屏將被主要應(yīng)用于顯示�(39[%])、筆記本電腦(25[%])、手�(jī)(16[%]),液晶電視(10[%]), PDA(6[%])五大�(lǐng)�,市場銷售金額將超過250億美�,占LCD市場比例超過90[%],成為液晶乃至整個平板顯示技�(shù)�(lǐng)域的主導(dǎo)技�(shù)�
tft屏的制造工藝有以下幾部分:在TFT基板上形成TFT陣列;在彩色濾光片基板上形成彩色濾光圖案及ITO�(dǎo)電層;用兩塊基板形成液晶�;安裝外圍電�、組裝背光源等的模塊組裝�
1. 在TFT基板上形成TFT陣列的工�
�(xiàn)已實�(xiàn)�(chǎn)�(yè)化的TFT類型包括:非晶硅TFT(a-Si TFT�、多晶硅TFT(p-Si TFT�、單晶硅TFT(c-Si TFT)幾種。目前使用最多的仍是a-Si TFT�
a-Si TFT的制造工藝是先在硼硅玻璃基板上濺射柵極材料膜,經(jīng)掩膜曝光、顯影、干法蝕刻后形成柵極布線圖案。一般掩膜曝光用步�(jìn)曝光�(jī)。第二步是用PECVD法�(jìn)行連續(xù)成膜,形成SiNx�、非摻雜a-Si�,摻磷n+a-Si�。然后再�(jìn)行掩膜曝光及干法蝕刻形成TFT部分的a-Si圖案。第三步是用濺射成膜法形成透明電極(ITO膜),再�(jīng)掩膜曝光及濕法蝕刻形成顯示電極圖�。第四步柵極端部絕緣膜的接觸孔圖案形成則是使用掩膜曝光及干法蝕刻法。第五步是將AL等�(jìn)行濺射成�,用掩膜曝光、蝕刻形成TFT的源�、漏極以及信號線圖案。用PECVD法形成保�(hù)絕緣�,再用掩膜曝光及干法蝕刻�(jìn)行絕緣膜的蝕刻成��(該保�(hù)膜用于對柵極以及信號線電極端部和顯示電極的保�(hù))。至�,整個工藝流程完��
TFT陣列工藝是tft屏制造工藝的�(guān)�,也是�(shè)備投資最多的部分。整個工藝要求在很高的凈化條件(例如10級)下�(jìn)�� 2. 在彩色濾光片(CF)基板上形成彩色濾光圖案的工�
彩色濾光片著色部分的形成方法有染料法、顏料分散法、印刷法、電解沉積法、噴墨法。目前以顏料分散法為��
顏料分散法的步是將顆粒均勻的微細(xì)顏料(平均粒徑小�0.1μm�(R、G、B三色)分散在透明感光樹脂�。然后將它們依次用涂敷、曝�、顯影工藝方�,依次形成R. G. B三色圖案。在制造中使用光蝕刻技�(shù),所用裝置主要是涂敷、曝光、顯影裝��
為了防止漏光,在RGB三色交界處一般都要加黑矩陣(BM)。以往多用濺射法形成單層金屬鉻�,現(xiàn)在也有改用金屬鉻和氧化鉻�(fù)合型的BM膜或樹脂混合碳的樹脂型BM�
此外,還需要在BM上制做一層保�(hù)膜及形成IT0電極,由于帶有彩色濾光片的基板是作為液晶屏的前基板與帶有TFT的后基板一起構(gòu)成液晶盒。所以必須關(guān)注好定位問題,使彩色濾光片的各單元與TFT基板各像素相對應(yīng)�
3. 液晶盒的制備工藝
首先是在上下基板表面分別涂敷聚酰亞胺膜并通過摩擦工藝,形成可誘導(dǎo)分子按要求排列的取向�。之后在TFT陣列基板周邊布好密封膠材�,并在基板上噴灑襯墊。同時在CF基板的透明電極末端涂布銀�。然后將兩塊基板對位粘接,使CF圖案與TFT像素圖案一一對正,再�(jīng)熱處理使密封材料固化。在印刷密封材料�,需留下注入口,以便抽真空灌注液晶�
近年�,隨著技�(shù)�(jìn)步和基板尺寸的不斷加�,在盒的制做工藝上也有很大的改�(jìn),比較有代表性的是灌晶方式的改變,從原來的成盒后灌注改為ODF�,即灌晶與成盒同步�(jìn)�。另�.墊襯方式也不再采用傳�(tǒng)的噴灑法,而是直接在陣列上用光刻法制作�
4. 外圍電路、組裝背光源等的模塊組裝工藝
在液晶盒制作工藝完成�,在面板上需要安裝外圍驅(qū)動電�,再在兩塊基板表面貼上偏振片。如果是透射型LCD.還要安裝背光��
隨著九十年代初TFT技�(shù)的成�,彩色液晶平板顯示器迅速發(fā)�,不�10年的時間,tft屏迅速成長為主流顯示�,這與它具有的�(yōu)點是分不開的。主要特點是�
�1)使用特性好
低壓�(yīng)�,低�(qū)動電�,固體化使用安全性和可靠性提高;平板�,又輕薄,節(jié)省了大量原材料和使用空間;低功�,它的功耗約為CRT顯示器的十分之一,反射式tft屏甚至只有CRT的百分之一左右,節(jié)省了大量的能�;tft屏產(chǎn)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�、升級容易,使用壽命長等許多特點。顯示范圍覆蓋了�1英寸�40英寸范圍�(nèi)的所有顯示器的應(yīng)用范圍以及投影大平面,是全尺寸顯示終�;顯示質(zhì)量從最簡單的單色字符圖形到高分辨率,高彩色保真�,高亮度,高對比度,高響�(yīng)速度的各種規(guī)格型號的視頻顯示�;顯示方式有直視型,投影�,透視�,也有反射式�
?�?)環(huán)保特性好
無輻�、無閃爍,對使用者的健康無損�。特別是tft屏電子書刊的出現(xiàn),將把人類帶入無紙辦公、無紙印刷時�,引�(fā)人類�(xué)�(xí)、傳播和記栽文明方式的革��
�3)適用范圍寬
�-20℃到+50℃的溫度范圍�(nèi)都可以正常使�,經(jīng)過溫度加固處理的tft屏低溫工作溫度可�(dá)到零�80�。既可作為移動終端顯�,臺式終端顯�,又可以作大屏幕投影電視,是性能�(yōu)良的全尺寸視頻顯示終端�
?�?)制造技�(shù)的自動化程度�
大規(guī)模工�(yè)化生�(chǎn)特性好。tft屏產(chǎn)�(yè)技�(shù)成熟,大�(guī)模生�(chǎn)的成品率�(dá)�90[%]以上�
�5)tft屏易于集成化和更�?lián)Q�
是大�(guī)模半�(dǎo)體集成電路技�(shù)和光源技�(shù)的完美結(jié)�,繼�(xù)�(fā)�?jié)摿�?。目前有非晶、多晶和單晶硅tft�,將來會有其它材料的TFT,既有玻璃基板的又有塑料基板�
tft屏技�(shù)已經(jīng)成熟,長期困擾液晶平板顯示器的三大難題:視角、色飽和�、亮度已�(jīng)獲得解決。采用多區(qū)域垂直排列模式(MVA模式)和面內(nèi)切換模式(IPS模式)使液晶平板顯示的水平視角都�(dá)到了170�。MVA模式還使響應(yīng)時間縮短�20ms�
(a) TN+Film
從技�(shù)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�(shù),同TFT技�(shù)相結(jié)合,從而有了TN+Film技�(shù)。這項技�(shù)主要就是通過顯示屏覆蓋一層特殊的薄膜,來�(kuò)大可視角度——可以把可視角度�90度擴(kuò)大到大約140�。如�6所示:TN+Film同標(biāo)�(zhǔn)TFT顯示器一樣都是通過排列液晶分子來實�(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(yīng)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,除了它的造價之外沒有任何可取之處�
(b)IPS(In-Plane Switching�
IPS就是In-Plane Switching的簡�,意思就是平板開�(guān),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�(shù)制成顯示�。這項技�(shù)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,如�7,當(dāng)加上電壓之后液晶分子與基板平行排�。采用這項技�(shù)的顯示器的可視角度達(dá)到了170度,已經(jīng)同陰極射線管的可視角度相�(dāng)�,不過這項技�(shù)也有缺點:為了能讓液晶分子平行排�,電極不能象扭曲向列顯示器(TN-Film)一�,在兩層基板上都�,只能放在低層的基板上——這樣�(dǎo)致的直接�(jié)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�,只有增�(qiáng)背光光源的亮�。這樣一來,反應(yīng)時間和對比度相對于普通TFT顯示器而言更難提高�。所以這項技�(shù)似乎也不是的解決方案�
(c)MVA(Multi-Domain Vertical Alignment)
MVA多區(qū)域垂直排列技�(shù),是由日本富士通(Fujitsu)公司開�(fā)�,單從技�(shù)的角度看,它兼顧了可視角度和反應(yīng)時間兩個方�。找到了一個折中的解決方法。MVA技�(shù)使得可視角達(dá)到了160度—� 雖然不如IPS能達(dá)到的170度的可視角度,不過它`仍然是好的,因為這項技�(shù)能夠提供更好的對比度和更短的反應(yīng)時間�
MVA中的M代指“multi-domains� —� 多區(qū)域的意思。圖8所�,那些紫色的突起(protrusion)構(gòu)成了所謂的區(qū)�。富士通目前生�(chǎn)的MAV顯示器中一般就有這樣4個區(qū)��
VA是“vertical alignment”的簡稱,意為垂直排�。不過單從字面上看會�(chǎn)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�。請看圖8所示黑色示意圖。當(dāng)電壓生成一個電場時,液晶分子如圖相互平行排�,這樣背光光源就能穿過,而且能將光線向各個方向發(fā)�,從而擴(kuò)大了可視角度�
另外,MVA還提供了比IPS和TN+Film技�(shù)都快的反�(yīng)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�。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�(xué)�(bǔ)償彎曲技�(shù)(OCB)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的場序列全彩色(FSFC)LCD技�(shù)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�3�,透過率提�5�,同時簡化了工藝,降低了成本。彩膜技�(shù)和背光源技�(shù)的發(fā)展使tft屏的彩色再現(xiàn)能力�(dá)到甚至超過了CRT。作為商品顯示器tft屏的主要技�(shù)指標(biāo)綜合性能在各類顯示器件中是秀�,特別是tft屏產(chǎn)品的大規(guī)模生�(chǎn)技�(shù)的完善,多品�、多系列的產(chǎn)品發(fā)展空間,�(yīng)用范圍無所不至 。最近韓國三星電子已�(jīng)生產(chǎn)出了38英寸單一基板的tft屏液晶電視和40英寸tft屏顯示器,以其優(yōu)良的性能向公�(rèn)的應(yīng)為PDP霸占的大尺寸彩電市場�(jìn)軍�
LCD是所有顯示器中耗電的產(chǎn)�,以13.3英寸XGA tft屏為例,其功�1998年為4.4��1999年為3.3瓦,�2001年將小于2.5�,特別是反射型tft屏的研制成功,由于取消了背光�,其功耗比透射式tft屏低了一個數(shù)量級。同時由于幾改�(jìn),低溫激光退火多晶硅(P-Si)技�(shù)成熟,以至最近發(fā)展起來的單晶硅技�(shù)使得tft屏的響應(yīng)速度更快,電路集成化水平更高,鎖相環(huán)技�(shù)的應(yīng)�,一種功能更新,更全的周邊電路的采用,系�(tǒng)集成(System on glass)技�(shù)的發(fā)�,使得tft屏更�、更��13.3英寸tft屏其厚度�1998年為7.2mm�1999年為5.5mm�2001年降�5mm以下,其重量1998年為580克,1999年為450�,到2001年降�400克以下。tft屏的大生�(chǎn)技�(shù)也已成熟,已實現(xiàn)全自動生�(chǎn),其第五代生�(chǎn)線在2002年將�(jìn)入實用生�(chǎn)階段,生�(chǎn)成本將不斷下�。tft屏在技�(shù)上的成熟與�(jìn)步以及其特有的性能�(yōu)勢確定了tft屏最終取代CRT的格局�
1、資金密集,�(guī)模經(jīng)�
建立一�4.5代線生產(chǎn)線投資在10億美元左�。建立一�8代線需要人民幣300億,建立一�10代線需要人民幣500~600�。技�(shù)密集:涉及到半導(dǎo)體技�(shù)、精密機(jī)�、精密光�(xué)、自動控�、大�(guī)模集成電路設(shè)計和制造技�(shù)、光電子、微電子、精�(xì)化工、光�、材�、通訊、計算機(jī)軟件等�
2、發(fā)展速度�,核心技�(shù)�(wěn)�
tft屏產(chǎn)�(yè)化十年來生產(chǎn)線經(jīng)歷了7次大的發(fā)�,平�1年半生產(chǎn)線就要更新一�。但是tft屏的核心技�(shù)是相對穩(wěn)定的�
帶動的產(chǎn)�(yè)面廣,對國民�(jīng)�(jì)具有全局意義:上游原�、生�(chǎn)�(shè)�、生�(chǎn)技�(shù)涉及到現(xiàn)代工�(yè)生產(chǎn)的幾十個領(lǐng)�。新材料的開�(fā)、大�(guī)模生�(chǎn)�(shè)備的制�、先�(jìn)生產(chǎn)技�(shù)的應(yīng)用,將帶動上游產(chǎn)�(yè)�。tft屏模塊是信息�(chǎn)�(yè)的核心器�,涉及到通訊、交�、家電、計算機(jī)、教�、工�(yè)、醫(yī)�、國防等幾乎所有的�(lǐng)��