薄膜晶体管液晶显示屏(TFT-LCD)

薄膜晶体管液晶显示屏（TFT-LCD）摘要：薄膜晶体管液晶显示屏（TFT-LCD）是目前使用最为广泛的液晶显示器。本文从TFT的结构、原理、制造工艺、特性指标、研究进展与应用等方面介绍了TFT-LCD的基本情况。关键词：薄膜晶体管液晶TFT结构原理工艺参数应用TFT-LCD技术是微电子技术和LCD技术巧妙结合的高新技术。人们利用微电子精细加工技术和Si材料处理技术，来开发大面积玻璃板上生长Si材料和TFT平面阵列的工艺技术。再与日益成熟的LCD制作技术结合，以求不断提高品质，增强自动化大规模生产能力，提高合格率，降低成本，使其性能/价格比向CRT逼近。一、TFT-LCD的结构与工作原理薄膜晶体管（TFT）液晶显示器是在扭曲向列（TN）液晶显示器中引入薄膜晶体管开关而形成的有源矩阵显示，从而克服无源矩阵显示中交叉干扰、信息量少、写入速度慢等缺点，大大改善了显示品质，使它可以应用到计算机高分辨率全色显示等领域。成品TFT-LCD主要部件是LCD显示模组（LCM）,LCM是由Panel板和背光源(backlight)组成。Panel板是整个液晶显示器的核心部分，它的制造工艺也是最复杂的。人们通常所说的亮点也就是在Panel板的制造过程中发生的。背光源的好坏能直接影响显示效果，它通常也是影响液晶显示器的寿命的关键所在。1.Panel板的结构及工作原理TFT-LCDPanel板的结构在Panel板下层玻璃基板上建有TFT阵列，每个像素的ITO电极与TFT漏电极联结，栅极与扫描总线连结，原源电源与信号总线连结。施加扫描信号电压时，原源电极导通使信号电压施加到存储电容器上并充电，在帧频内存储电容器的信号电压施加到液晶像素上，使之处于选通态。再一次寻址时，由信号电压大小来充电或放电。这样各像素之间被薄膜晶体管开关元件隔离，既防止了交叉干扰又保证了液晶响应速度满足于帧频速度，同时以存储信息大小来得到灰度级，目前灰度已可达到256级，可得到1670万种颜色，几乎可获得全色显示。从上世纪90年代形成产业以来，薄膜晶体管（TFT）液晶显示器的生产线已由第一代发展到了第六代，没换代一次基板玻璃的面积都大幅增加，而且产量不断提高、成本不断降低。如第七代薄膜晶体管（TFT）液晶显示器生产线的玻璃基板尺寸将达到1870*2200mm，目前可制成的液晶电视屏94cm(37inch),笔记本电脑屏幕的最大尺寸为38.1cm(15inch),监视器屏幕最大尺寸达63.5cm(25inch)。薄膜晶体管（TFT）液晶显示器的另一种发展趋势是薄型化、轻量化、低功耗化。基于新型材料的开发、制造工艺技术的革新、设备精度和自动化程度的提高及软件技术的进步，使得薄膜晶体管（TFT）液晶显示器产品的更新换代的速度非常快。TFT断面图2.背光源（Backlight）的结构及其原理（1）Lamp是自Inverter(反向交流器)接收高电压而发生可视光线的光源。主要使用CCFL(ColdCathodeFluorescentLamp).还有HCFL(HotCathodeFluorescentLamp)。（2）Lamphousing反射自Lamp出光的光源,入射到导光板上。使用黄铜、铝以及黄铜上附合Ag等材料的薄膜反射。（3）LightguidePanel(导光板)主要使用丙烯（PMMA)以InjectionMolding或Casting的方法而制作的，导光入射的光源，并且具有均匀分布光源的作用。（4）Reflector主要是聚醚(PET)器材上为减少导光板入射的光源损失，具有反射功能。（5）DiffuserDown(扩散Sheet)主要是聚醚(PET)器材上以丙烯类树脂形成球形的形状，均匀扩散自导光板出光的光源，同时起集光的作用。（6）BottomPrism主要是聚醚(PET)器材上以丙烯类树脂起规则地形成棱柱形状而集光的作用.辉度增加率为user表面的1.55倍。（7）TopPrism具有与BottomPrism同样的功能，以BottomPrism表面的1.33倍增加辉度.Prism以相互十字交叉布置，收集X轴和Y轴方向的光源.（8）DiffuserUp(ProtectorFilm)具有与DiffuserDown同样的构造，以保护Prism的作用为主要目的，亦称为保护膜。要使用透过性的Diffuser，由此，多少带来TopPrism集光的光源损失，但为减少Prism特性的不良而使用。二、TFT-LCD的制造工序1.薄膜晶体管(TFT)制造工序TFT的制造工序分坚膜、清洗、Photo、刻蚀、脱膜、检测六大工序。如图所示TFT制造工序图(1)坚膜工序坚膜工序是指将Gate电极、Data(Source/Drain)电极、像素电极、绝缘膜、保护膜以及半导体膜,以物理或化学方法,使其在Glass(玻璃)上形成膜的工序。Gate电极、Data(Source/Drain)电极、像素电极是金属物质(铝、铬、ITO、钼)，利用Sputtering（溅射）物理方法，再Target(主要是金属)和Glass之间的Plasma（离子区）,将Target物质贴在Glass上。Plasma（离子区）是两个电极之间注入的不活性Gas上施加高电压,从而离子化生成。离子化的不活性Gas在Target上冲击,然后脱掉的Target物质移到Glass而形成膜坚膜工序详解绝缘膜、保护膜、半导体膜是利用化学方式的PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)工序，即利用两个电极之间注入Gas之后施加高频率电源而生成的Plasma(等离子)，在Glass上生成膜的方式。(2)清洗工序清洗工序是指将初期投入或工序中Glass或膜表面的污染、Particle事先除去，以免发生不良的工序。对确保膜与膜之间的黏着性有所帮助。主要Unit有UV清洗Unit、Brush清洗Unit、MegaSonicUnit、CJ(CavitationJet)Unit。(3)Photo工序Photo工序是指用膜上形成要制作形态的Mask通过光,其形态从Mask移到感光剂(PR)的作业，包括感光剂涂屏(PRCoating)、曝光及显像等的工序。Photo工序(4)刻蚀工序刻蚀工序是指对去除感光剂(PR)部分的膜,利用物理、化学方法有选择地去除的工序。刻蚀方式有如下的两个方式：1.WetEtching是利用化学溶液刻蚀金属物质(铝，铬，ITO，钼)的方式；2.DryEtching利用GasPlasma刻蚀SiNx，a-Si的方式。刻蚀工序(5)脱膜工序脱膜工序是指刻蚀工序后，去除为形成Pattern而留下的感光剂(PR)的工序。脱膜工序的必须条件是完全除去PR,下部膜不应有损伤，还要维持为进行下一工序的均匀的表面状态。(6)检测工序。检测工序是指调查/评价工序、半成品，产品的质量判定良、不良的工序。2.成盒/制屏的工序TFT-LCD的面板（屏）的组装过程，是首先将洗净后的彩膜基板与TFT的阵列基板涂布上配向膜涂液，并摩擦定向。然后在TFT的阵列基板四周涂上封框胶，并散布5～10μm大小的间隔物于其上作支撑点，再将阵列基板与彩膜基板组合，以封框胶封合形成空的盒（Cell）。再以两种方式注入液晶，一种方式是先将此空的cell基板裁切断、裂片、取最终显示器产品所需尺寸大小，经检查后，以真空方式注入液晶材料并加以封合；另一种方法是先注入液晶，再进行裁切断片后再封合。这两种方式所需的制作时间不同，会影响总合格率也会造成生产能力的不同。Cell的制造工序3.模块的工艺流程最后将TFT-LCD的panel面板与驱动电路（DriveIC）、印刷电路板连接，并装上背光源以及固定框架就完成了液晶显示模块（LCM）。其工序一共有偏光板贴合、TAB贴合、PCB贴合、B/L组装、老化测试、包装如图（）所示。另外每块LCM在老化的前后都要进行一次检查。模块工序的部件模块制造工序详解(1)偏光板贴合主要分为清洗和偏光板的贴合两大工序。清洗包括刀洗、刷洗、冲洗、干燥：刀洗是用旋转刀片去除玻璃碎屑；刷洗是用毛刷去除灰尘和指纹；冲洗是用纯水去除残留的杂质；干燥以高、低温的热风去掉微细水气。偏光板贴合是指利用Panel板和偏光板上的信息将上下偏光板分别贴附Panel板的上板和下板。(2)TAB贴合TAB贴合是指利用ACF(AnisotropicConductiveFilm)将TAB(TapeAutomatedBonding)和Panel板连接。其工序包括ACF附着、TAB定位和本压榨：ACF附着是指将ACF贴附在Panel板上；TAB定位是利用Panel板上的定位信息将TAB预压在Panel板上；本压榨是在高温高压下将TAB完全压在Panel板上并且使得连接部位的ACF导通。TAB贴合简化图(3)PCB贴合PCB贴合与TAB贴合一样都是利用ACF来连接，不同的是这里连接的是TAB与PCB，所以由于材质的不同所使用的ACF也不同，同样工程条件也不同。具体工序分为树脂涂屏，ACF贴合和PCB正式压榨：树脂涂屏是为了防止水分和其它异物进入Panel板内；ACB贴合是将ACF贴附在PCB面板上；PCB正式压榨是将PCB与TAB在高温高压下压榨，并且使得连接部位的ACF导通。(4)B/L组装B/L组装是把Casetop、连接好TAB和PCB的Panel、BackLight以及SupportMain用手工的方式连接起来的工序。(5)老化测试老化测试是把组装好的液晶模块放置在50℃的老化房内检测模块的连接状况，根据客户要求其老化时间各有长短。(6)包装同样是利用手工的方式将测试合格的液晶模块包装出厂。三、TFT-LCD的特性指标1.响应时间响应时间的快慢是衡量TFT－LCD好坏的重要指标，响应时间指的是TFT－LCD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TFT－LCD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TFT－LCD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TFT－LCD的标称为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，TFT－LCD亮度一般以cd／m2(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200cd／m2，最好在250cd／m2以上。传统CRT显示屏的亮度越高，它的辐射就越大，而TFT－LCD的亮度是通过荧光管的背光来获得，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TFT－LCD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TFT－LCD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。TFT－LCD的视角还分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