| 出版日期：2001-05-14 总期号：1019 本年期号：34 |
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今天,你TFT了吗？
浅谈TFT显示技术 现在显示技术基本上可以被分为两种：阴极射线管（CRT）和平面显示器。 CRT器件体积较大，较占地方；而平面显示器，因为不用显像管，所以是完全平面的且节省空间。平面显示本身又可以分为不同种类，如LCD、等离子显示、发光二极管（LED）和其他不同器件。本文我们要讨论一下TFT-LCD这样的平面显示器。TFT属于背光型显示器，大量应用于高中低档笔记本电脑中。 
图1 没有电压，光线通过 TFT即“Thin Film Transtitor”的简称，描述了控制每一单个像素的控制因素。它也被称之为“主动的矩阵TFT”。TFT影像是如何产生的？原理很简单：一个面板是由很多像素构成的，这些像素可以发出不同颜色的光。为了使单个像素发光，需要运用像素开或关这样的方式控制光通过。当然，技术的实现要比这里描述的复杂得多。液晶可以改变分子结构，从而使光通过。由两个偏光滤光器、色彩滤光器和两个阵列层来控制通过光的多少和需要产生的颜色。这两个阵列层被置于上下玻璃面板之间。对阵列层加压，会产生一个电场，使液晶重新排列。最常见的器件是扭曲向列TFT(TN)。下面解释这样的TFT是如何工作的。在两个阵列层之间加压之后产生电场，液晶排列发生变化，变成垂直排列。这样偏振光完全被第二个偏光器吸收，从而不会离开TFT的显示屏。 在屏幕上的每一像素需要三种颜色构成，即红、绿、蓝三色。这与阴极射线管的原理相同。红、绿、蓝三色滤光器依次附着在玻璃层上。每一像素是由三色子像素元素构成的。这就意味着1280×1024分辨率下，有3840×1024个晶体管和子像素元素存在。在一个15.1英寸的TFT（1024×768）上，每一点或像素间距0.0188英寸(0.30mm)。在一个18.1英寸的TFT（1280×1024）上，像素间距大约0.011英寸(0.28mm)。TFT像素是显示器中很关键的因素，而且间距越小，分辨率越高。但是，TFT也受到显示面积这样物理因素的限制。如果是15英寸的显示屏，像素间距0.0117英寸（0.297mm），要求1280×1024这样的分辨率是没什么意义的。 比例错误是怎么造成的？ 像素的位置是固定的，也就决定了TFT的分辨率。也就是说，像素的最大数目决定了最大的分辨率。但要是低分辨率呢？在玩电脑游戏、播放影像，或用于其他应用时，用户通常都得把分辨率调低，这时该怎么办呢？按显示屏尺寸比例分配影像尺寸就变得至关重要。如果电路不能有效完成工作，结果会非常令人不满，也达不到人们的目的。从技术角度来看，这比CRT要难控制得多。 
图2 加上电压，偏振光被吸收 原因是在CRT中，电子束可以改变方向，来适应新的分辨率。即使光线碰巧击中两个像素间的某一点，也不会有大碍。这种情况对TFT来说，是完全不同的。因为每一像素都是受控制的，为了适应低分辨率，复杂的结构使得必须对数据重新进行计算。若调整比例是整数，如把分辨率从800×600调整到1600×1200是不难的，因为只要把像素的高度和宽度翻一番就可以显示准确的图像了。但要把800×600的分辨率调整到1024×768，就不太容易了，因为要调整的比例是1.28，而不是一个整数。要把数据分配到每一像素并不总是可能的，因为电子得决定到底要激活一个还是两个像素。 TFT-LCD优缺点 优点： 1. 由于使用晶体管来控制像素，TFT的聚焦性能良好。 
图3 TFT的像素构成示意图 2. 与CRT相比， TFT的另一技术优势是，它不会产生几何差错。 
图4 像素比例错误示意图 3. 由于不需使用电子束扫描屏幕上每一行，故TFT屏幕不会闪动。 缺点： 1.视角过小。如果从侧面观察TFT显示器，你会发现屏幕亮度明显降低，色彩质量发生变化。稍微旧一些的显示器的视角通常是90度，每侧45度。如果只有一个人看屏幕，这不成问题。但如果有另外一个人也要看，比如，你要向你的客户解释一些事情，或在家里和别人合作玩动作游戏时，就比较麻烦了，你会听到他们向你抱怨显示器的低劣质量。 2.响应速度慢。播放视频影像或电脑游戏时，会必然出现一些高速切换的画面，而今天的液晶显示器显然很难满足要求。较慢的响应时间，对应着扭曲或有条纹的图像。这种有条纹图像的最典型例子是股票交易所大屏幕刷屏时的画面，或者动作游戏中飞机在峡谷中极速飞行的画面。 未来技术的趋势 有两项技术正在发展中：平面显示器的视角性能；向数字控制发展。 
图5 TN+Film的液晶显示排列 平面显示器制造商并没有停留于他们所取得的成绩上，最近推出了改进技术后的第一批成品模型。现在最重要的技术包括： TN+Film、IPS（Super-TFT）和MVA。我们将在下面对其进行介绍。 TN+Film显示器的液晶显示排列和底层垂直，在最上层增加的一层胶片扩大了视角，如图５所示。 
图6 加电之后，分子排列与底层平行 从技术角度来考虑，TN+Film方案是最容易实施的。显示器生产商采用我们在前面介绍的较老TFT（扭曲液晶向列）技术。一层特殊的胶片被覆盖在显示屏的表面，它扩大了平面视角，大约从90度到140度。但这种方案却并不能改善对比度和响应时间等其他性能。TN+Film方案的确不是最好的，但由于其投产容易且产量高（几乎与普通TN显示屏持平），是最廉价的解决方案。 IPS (In-Plane Switching， Super-TFT)最初是由Hitachi 开发的，现在NEC和Nokia公司也在生产采用这种技术的显示器。与TN+Film不同的是，IPS液晶的分子排列与底层平行，而不是垂直。使用IPS(Super-TFT)技术，显示器的视角可以最高达到170度，这与阴极射线管几乎持平。但这种技术也有它的缺点：由于液晶的平行排列，晶体管不能像传统的TFT-TN或TFT-TN+Film那样，放置在两层玻璃表面上。相反，它们得以梳子形的样子排列在最底层的玻璃表面上。这就会使对比度降低，并需要更明亮的背光来把亮度提高到要求的水平。与普通的TFT相比，响应时间和对比度改变很少。 
图7 富士通设计的MVA MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)从技术角度来看，这种方案明显增大了视角，缩短了响应时间。 我们觉得，Fujitsu的方案是目前最好的。MVA把视角增大到160度，同时，又保证了高对比度和低响应时间。MVA的工作原理如下：MVA中的M代表的是“多域”（ multi-domains）。图７显示了由多个突起设计构成的多个域。现在由Fujitsu生产的显示器要求每个单元有四个这样的域。 VA代表的是“垂直排列”，这个概念并不是绝对准确的，因为由伸出设计造成的排列并不是完全垂直的（见图７）。在两边加电之后产生一个电场，液晶会呈水平排列，后面的光可以穿过不同界面。MVA和IPS 、TN+Film相比较，响应时间要快得多，这对视频播放和游戏表现都很重要。对比度性能也有所改善，尽管有时仍取决于视角。 不同视角技术的评估 如图8所示：MVA响应时间要快得多，视角更加宽广。 TN+Film方案并没有明显缩短响应时间。这个系统总的来说，成本低廉、产量较高，视角也增宽到可接受的范围，但从长远来看，这种显示器的市场份额会下降。 
图8 不同视角技术的评估 IPS由于有像Hitachi 和NEC这样的大公司的支持，市场收益较高。主要原因是这种显示器的视角宽达170度，响应时间也较短。 从技术角度来看，MVA仍是最好的方案。视角增至160度，与阴极射线管几乎相同。响应时间达到20 ms，较好满足了视频播放的需要。现在市场收益较小，但会有增长。 了解tft相关概念 屏幕对角尺寸 一般的CRT显像管尺寸看上去总是比实际尺寸要小一些，而TFT却不存在边缘面积，所以指标里指示的尺寸和实际可观尺寸是一样的。例如，一个15.1英寸的平面显示器和一个17英寸的CRT显示器是一样大的。 视角 因为并不是每一种平面显示器都具有视角问题，这点就变得很关键。在TFT显示器中，当光从后面射来时，必须经过偏光滤波器、液晶和阵列层，这样光就有了方向性，大部分光沿垂直方向离开显示器。如果从较偏的角度来看，整个屏幕看起来比较灰暗，色彩也会失真。这个结果对银行存取款很有用，但在其他许多地方是不可取的。为了解决这样的问题，诸如IPS、MVA、TN+FILM的技术得到了广泛应用。它们可以把视角可以增加到160度，甚至更多，这样就可以弥补TFT的不足。 对比度 对比度是指明亮度的最大值和最小值之比。数值相差越大，效果越好。这个对显像管显示器来说没有任何的问题，因为它比例超过500：1。所以要在显像管上显示黑白照片并不太困难，但这对TFT来说，却成了问题。TFT面板后的荧光管亮度很难改变，只要系统在工作荧光灯就亮着。为了显示黑色区域，液晶要把来自后箱的光完全遮蔽住。但事实上，要把所有光都挡住是不太可能的。而人眼能接受到的对比度大约是250：1。 亮度 这是TFT领先的地方。每平方米200到250之间的烛光不是什么问题。虽然在技术上毫无问题，但也没有必要要求太高的亮度，因为这样只会使用户眼睛不舒服。CRT要达到更高亮度却有困难，因为这需要阴极射线管迅速加压，会有负面影响，导致器件寿命缩短。 像素错误 像素错误的产生多数是由于晶体管的问题，在屏幕上会显示干扰色彩。如果晶体管出现问题，光要么不能通过，要么永远亮着。如果这些错误大量出现在显示屏的某一区域，效果会很差。 但到目前为止，关于显示屏上最大允许存在的像素差错或像素差错组，尚无规定的标准。于是每个厂商都各有自己的标准，一般三到五个差错是允许的。用户在购买时应注意这一点，因为这种差错是在生产中过程中产生的，是没有办法来弥补的。幸运的是，这种差错不会在使用过程中增加。当然，前提是用户不要用手或其他物体挤压显示屏。 响应时间 当显示移动影像时，TFT效果就不会太好。基本上，现在先进系统的响应时间会保持在20到30千分之一秒。我们来做一个比较：一个标准的电影每秒会有25个影像产生，也就是说，每一画面会用40毫秒。因为液晶响应较慢，一个像快速飞行的飞机这样的画面看起来会不太清楚。但是，这并不是意味着，TFT不能用于播放视频影像，响应时间基本上是够用的。 色质
与数字平面显示屏相比，装置有标准VGA连接器的产品，首先得把模拟影像信号转化为数字信号，这个过程就会导致色彩质量的下降。一些厂商一直在使用低性能的A/D转换器，只能处理18位值（R.G.B每色６位值)，结果是仅能显示256k种的色彩。而真彩色模式至少需要16.7M种色彩。 总结： TFT平面显示器性能良好，色彩逼真，可以广泛地应用在办公室的字处理和计算工作中。另外，它不占用太多桌面空间，耗能少，低辐射。但TFT不适合于从事图形设计的人使用，因为这些设计师需要能达到照片效果的显示屏。由于目前TFT的响应时间有限，它同样不适合于专门进行视频编辑的人士，但用来播放DVD等却完全没有问题。购买TFT时应向销售商咨询，仔细翻阅宣传手册。目前主流TFT显示器指标见表。 明亮度 超过200cd/m2 对比度 超过300：1 像素差错 少于5 视角 超过140度 |
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