绝缘栅

TFT与LCD一种液晶显示器技术的深度解

发布时间:2025/4/8 13:26:00   

TFT,即薄膜晶体管,是LCD技术中的一种重要变种。它属于有源矩阵类型液晶显示器AM-LCD的范畴,其独特之处在于液晶背部设置的特殊光管,使得屏幕上的每个独立像素都能得到“主动”的控制。这种主动矩阵TFT技术大大缩短了反应时间,通常TFT的反应速度可达约80ms,相比STN的ms更为迅速,从而避免了可能的闪烁现象。此外,由于TFT的主动式矩阵LCD特性,液晶的排列具有记忆性,不会在电流消失后立即恢复原状。这一技术还显著改善了STN的闪烁和模糊问题,从而有效提升了播放动态画面的能力。与STN相比,TFT在色彩饱和度、还原能力以及对比度方面都表现出色,尽管其缺点是耗电较多且成本相对较高。值得一提的是,TFT也被称为真彩屏,其亮度和可视角度在LCD领域中表现尤为出色,明显优于单色和伪彩LCD。LCD,即液晶显示器,是一个广泛应用的显示技术。其中,TFT是LCD的一种重要类型。液晶显示器根据其物理结构可划分为四种:扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)、双层超扭曲向列型(DSTN)和薄膜晶体管型(TFT)。值得注意的是,TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD在基本显示原理上具有共性,它们的主要区别在于液晶分子的扭曲角度。而TFT-LCD则采用了与这些类型完全不同的显示方式。

TFT-LCD技术融合了微电子技术与液晶显示器技术。该技术利用在硅片上进行微电子精细加工的经验,将这种技术移植到大面积玻璃上的TFT阵列加工中。接着,将这个TFT阵列基板与另一片带有彩色滤色膜的基板相结合,利用成熟的LCD技术形成一个液晶盒。经过后期的偏光片贴覆等工序,最终形成了液晶显示器(屏)。

在TFT-LCD中,TFT器件发挥着开关管的作用。它是一个三端器件,通常在玻璃基板上制作出半导体层,并设有源极和漏极与之相连。通过栅极绝缘膜与半导体相对置,可以设置栅极。通过施加于栅极的电压,可以控制源、漏电极间的电流,从而实现像素的开关和显示。对于显示屏而言,每个像素的结构可以简化为像素电极与共同电极之间夹着一层液晶。从电学的角度看,这可以视作一个电容。其等效电路如图1所示。为了对j行i列的像素P(i,j)进行充电,需要打开开关T(i,j)并对信号线D(i)施加目标电压。一旦像素电极充分充电,即使开关断开,电容中的电荷也会得到保留,使得电极间的液晶层分子继续受到电压场的作用。

数据(列)驱动器负责向信号线施加目标电压,而栅极(行)驱动器则负责开关的导通与断开。由于液晶层上的显示电压可以存储在各像素的存储电容中,这确保了液晶层的稳定工作。同时,这个显示电压也可以通过TFT在短时间内重新写入,从而满足高清晰度LCD的图像品质要求。

液晶在电场作用下的分子取向是显示图像的关键。通过处理基板内侧的取向,可以控制液晶分子的排列结构,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,并与偏振片配合,改变入射光通过液晶层后的强度,从而实现图像的显示。

相较于无源TN-LCD和STN-LCD的简单矩阵,TFT-LCD在每个像素上都设置了一个薄膜晶体管(TFT),有效克服了非选通时的串扰问题。这使得显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关,显著提升了图像质量。同时,开关单元(即TFT)的特性要求通态电阻低、闭态电阻高,以确保其正常工作。



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