薄膜电晶体液晶显示器

**薄膜電晶體液晶顯示器**（英語：**Thin film transistor liquid crystal display**，常簡稱為 **TFT-LCD**）是多數液晶顯示器的一種，它使用薄膜電晶體技術改善影象品質。雖然 TFT-LCD 有統稱為 LCD，不過它是種主動式矩陣 LCD，應用在電視、平面顯示器及投影機上。

簡單說，TFT-LCD 面板可視為兩片玻璃基板中間夾著一層液晶，上層的玻璃基板是與彩色濾光片、而下層的玻璃則有電晶體鑲嵌於上。當電流通過電晶體產生電場變化，造成液晶分子偏轉，藉以改變光線的偏極性，再利用偏光片決定畫素的明暗狀態。此外，上層玻璃因與彩色濾光片貼合，形成每個畫素各包含紅藍綠三顏色，這些發出紅藍綠色彩的畫素便構成了面板上的影像畫面。

## 架構

尋常的液晶顯示器好比計算機的顯示面版，其圖像元素是由電壓直接驅動；當控制一個單元時不會影響到其他單元。當畫素數量增加到極大如以百萬計時，這種方式就變得不實際。

液晶顯示器的三原色為紅、綠、藍，每個畫素的紅、綠、藍三色都要有單獨的連接線。

為了避免這種困境，將畫素排成行與列則可將連接線數量減至數以千計。如果一列中的所有畫素都由一個正電位驅動，而一行中的所有畫素都由一個負電位驅動，則行與列的交叉點畫素會有最大的電壓而切換狀態。然而此法仍有缺陷，即是同一行或同一列的其他畫素雖然受到的電壓僅為部分值，但這種部份切換仍會使畫素變暗（以不切換為亮的液晶顯示器而言）。解決方法是每個畫素都添加一個配屬於它的電晶體開關，使得每個畫素都可獨立控制。電晶體所擁有的低漏電流特徵所代表的意義乃是當畫面更新之前，施加在畫素的電壓不會任意喪失。每個畫素是個小的電容器，前方有著透明的銦錫氧化物層，後方也有透明層，並有絕緣性的液晶處在其中。

此種電路佈置方式很類似於動態隨機存取記憶體，只不過整個架構不是建在矽晶圓上，而是建構在玻璃上，許多矽晶圓製程技術所需的溫度會超過玻璃的熔點。尋常半導體的矽基質是利用液態矽長出很大的單晶，具有電晶體的良好特質，而薄膜電晶體液晶顯示器所用到的矽層是利用矽化物氣體製造出非晶矽層或多晶矽層，這種製造方法較不適合做出高等級的電晶體。

 

## 種類

### TN

TN+film（Twisted Nematic + film）是最常見的類型，主因於產品低價及多樣性。在現代的 TN 型面板上，畫素的反應時間已快到足以大幅減少殘影問題，甚至在規格上反應時間已經很快，但這個傳統反應時間是由 ISO 制定的標準，只定義了由全黑至全白的轉換時間，但並不表示是灰階間的轉換時間。在灰階之間的轉換時間（這是平常液晶實際上較頻繁的轉換）比由 ISO 所定義的要來得久。現在使用的 RTC-OD（Response Time Compensation-Overdrive）技術，讓製造商得以有效的降低不同灰階間（G2G）的轉換時間，然而，ISO 所定義的反應時間實際上並未改變。反應時間現在用 G2G（Gray To Gray）的數字來表示，例如 4ms 及 2ms，在 TN+Film 的產品上已司空見慣。這個市場策略，擁有相對於 VA 型較低成本的 TN 型面板，已在主導 TN 於消費性市場的走向。

TN 型顯示器苦於視角上的限制，特別是在垂直方向上，而且大部份無法顯示由現行繪圖卡輸出的 16.7 百萬色（24 位元的真實色彩）。經由特殊的方式，RGB 三色使用 6 bits (位元) 來當作 8 bits (位元) 用，它使用結合鄰近畫素的降階法去趨近 24-bits 色彩，以此來類比出所需的灰階。也有人使用 FRC (Frame Rate Control)

對液晶顯示器來說，畫素實際的穿透率一般不會與施予的電壓成線性變化。

另外，B-TN（Best TN）由三星電子發展。改善 TN 色彩與反應時間。

### STN

STN 液晶（Super-twisted nematic display）是超級扭曲向列液晶的簡稱。TN 液晶發明後，人們自然而然想到將 TN 液晶矩陣化用以顯示複雜的圖形。相對 TN 液晶扭轉 90 度，STN 液晶的扭轉 180 度到 270 度。90 年代初期彩色 STN 液晶問世，這種液晶的一個像素由三個液晶單元組成，覆上一層彩色濾光板，用電壓分別控制液晶單元的亮度就能產生顏色。

### VA

* CPA (Continuous Pinwheel Alignment) 由夏普開發。色彩再現高，產量少價格貴。
* MVA (Multi-domain Vertical Alignment) 由富士通於 1998 年開發，目的是作為 TN 與 IPS 的折衷方案。在當時，它擁有快速的畫素反應、廣視角及高對比，但相對的犧牲了亮度與色彩再現性。分析家預測 MVA 技術將主導整個主流市場，但 TN 卻擁有此優勢。主因為 MVA 的成本較高，及較慢的畫素反應（它會在亮度變化小時大幅增加）。
* P-MVA (Premium MVA) 由友達光電發展，改善 MVA 可視角度與反應時間。
* A-MVA (Advanced MVA) 由友達光電發展。
* S-MVA (Super MVA) 由奇美電子發展。
* PVA (Patterned Vertical Alignment) 由三星電子發展，雖然該公司稱其為目前具有最好對比的技術，不過卻也存在著與 MVA 相同的問題。
* S-PVA (Super PVA) 由三星電子發展，改善 PVA 可視角度與反應時間。
* C-PVA 由三星電子發展。

### IPS

* IPS (In-Plane Switching) 由日立在 1996 為改 TN 型面板的不良視角及色再現性而發展出來的。這種改善卻增加了反應時間，它的初始就是 50ms 的等級，IPS 型的面板成本也是極昂貴的。
* S-IPS (Super IPS) 擁有 IPS 技術的優點之外，又改善了畫素的更新時間。色再現性更接近 CRTs，價格也降低，然而對比仍然十分不佳，目前 S-IPS 僅應用於專業目的的較大型顯示器上。

### Super PLS

PLS (Plane to Line Switching) 是由三星電子研發，除了有驚人的視角外，同時還可以改善螢幕亮度達 10%，製造成本上面也比 IPS 要少 15%，目前提供的解析度最高可達 WXGA（1280×800）,MacBook Pro with Retina display 也有部分採用了三星生產的這種顯示器（解析度高達 2880×1800），其餘則依舊使用了 IPS 顯示器，主要使用的物件將會集中在智慧型手機跟平板電腦，已於 2011 年量產。

### ASV

夏普發展 ASV（Advanced Super-V）技術，改善了 TFT 的可視角問題。

### FFS

現代電子採用 FFS（Fringe Field Switching）技術，FFS 技術是由 IPS（In Plane Switching）廣視角技術的進階延伸而來，具有低耗電、高亮度等特性。FFS 可再延伸出 AFFS+（Advanced FFS +）以及 HFFS（High aperture FFS）技術，AFFS + 在陽光下具可視功能。

### OCB

OCB (Optical Compensated Birefringence) 是日本松下電器的技術。

## 顯示器工業

因建造 TFT 工廠的巨大花費，因此主要的面板代工廠商或許不會超出四或五家。依顯示器研究調查機構 DisplaySearch 資料，國際間市佔率排名較前者依序為三星電子、樂金顯示、友達、群創、夏普等。

未進行系統及 ID 組裝前面板模組通常會在廠內分成三個類別，這三種分別是亮暗點數目、面板顯示出的灰階及色彩的均勻性及一般性的產品品質。此外地，同批號的不同片面板仍會有 +/-2ms 反應時間上的差別。品質上判定最差的面板後來會賣予白牌的廠商。

品質上較差的面板或是 15 英吋以下尺寸通常不會含有數位訊號相容介面 DVI，因此它們的未來適用性或許會受限。較高的 17 英吋或 19 英吋機種，用於玩家及辦公室所使用的螢幕或許會有雙重顯示插槽：類比的 D-sub 及數字的 DVI；幾乎所有專業的螢幕都會有 DVI 及為了書信模式而轉 90 度的設計。無論如何，即始使用了 DVI 的影象訊號，也不保證會有較佳的影象品質：一個好的影像卡 RAMDAC 及合適且具保護的類比 VGA 線亦能提供相同的顯示品質。

### 廠房世代

一般稱呼某面板廠為幾代指的是其生產時玻璃基板的最大尺寸，尺寸越大者可切割出越多片面板，產能越大，所需的技術則越高。但各世代的長寬並沒有嚴格定義，在各家面板廠之間可能有些微差異。

## 主要製程

**前段 - Array**
: 前段的 Array 製程與半導體製程相似，但不同的是將薄膜電晶體製作於玻璃上，而非矽晶圓上。

**中段 - Cell**
: 中段的 Cell 製程，是以前段 Array 的玻璃為基板，與彩色濾光片的玻璃基板結合，並在兩片玻璃基板間灌入液晶。

**後段 - Module Assembly（模組組裝）**
: 後段模組組裝製程是將 Cell 製程後的玻璃與其他如背光板、電路、外框等多種零組件組裝的生產作業

## 參見

* LCD
* LED TV
* AMOLED
* DRAM

## 參考資料

## 外部連結

* Contemporary LCD Monitor Parameters and Characteristics （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Sharp Mie LCD plant Japan （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）