L'écran à cristaux liquides à transistor à couche mince, souvent appelé TFT LCD, est l'un des écrans à cristaux liquides les plus couramment utilisés. Il utilise la technologie du transistor à couche mince pour améliorer la qualité de l'image. Bien que les écrans TFT-LCD soient collectivement désignés sous le nom d'écrans LCD, il s'agit d'écrans LCD à matrice active utilisés dans les téléviseurs, les écrans plats et les projecteurs.
En bref, la peau TFT LCD peut être considérée comme deux substrats de verre entre lesquels est insérée une couche de cristaux liquides. Le substrat de verre supérieur est relié à un filtre de couleur, tandis que le verre inférieur contient des transistors. Lorsqu'un courant électrique traverse le transistor, le champ électrique change, ce qui entraîne une déviation des molécules de cristal liquide et modifie la polarisation de la lumière, qui est ensuite utilisée pour déterminer les états clairs et sombres des pixels à l'aide d'un polariseur. En outre, chaque pixel contient les couleurs rouge, bleue et verte grâce à la couche de verre supérieure associée à un filtre de couleur. Ces pixels émettant des couleurs rouge, bleue et verte forment l'image sur la peau.
Un écran à cristaux liquides ordinaire ressemble à l'écran d'une calculatrice en ce sens que ses éléments d'image sont commandés directement par la tension ; lorsqu'une unité est contrôlée, cela n'affecte pas les autres. Cette méthode devient impraticable lorsque le nombre de pixels est porté à un maximum, tel que le chronométrage en millions. Il est à noter que chaque pixel doit avoir des fils de connexion séparés pour les couleurs rouge, verte et bleue. Pour éviter ce dilemme, la disposition des pixels en lignes et en colonnes permet de réduire le nombre de lignes de connexion à des milliers. Si tous les pixels d'une colonne sont soumis à un potentiel positif et que tous les pixels d'une ligne sont soumis à un potentiel négatif, les pixels situés à l'intersection des lignes et des colonnes auront la tension maximale et seront commutés. Cette approche pose toutefois quelques problèmes : bien que la tension reçue par les autres pixels de la même ligne ou colonne ne soit qu'une valeur partielle, cette commutation partielle assombrit toujours le pixel (pour les écrans LCD qui ne passent pas à la luminosité). L'importance du faible courant de fuite du transistor réside dans le fait que la tension appliquée au pixel n'est pas arbitrairement perdue jusqu'à ce que l'image soit mise à jour. Chaque pixel est un petit condensateur devant lequel se trouve une couche transparente d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) et derrière lequel se trouve une couche transparente contenant un cristal liquide isolant.
Cet arrangement de circuit est très similaire à la mémoire à accès dynamique, sauf que l'ensemble de l'architecture est construit non pas sur des plaquettes de silicium, mais sur du verre. De nombreux procédés de fabrication de plaquettes de silicium requièrent des températures supérieures au point de fusion du verre. Le substrat de silicium pour les semi-conducteurs courants utilise du silicium liquide pour faire croître de grands cristaux uniques ayant de bonnes propriétés pour les transistors. Les couches de silicium pour les écrans à cristaux liquides à transistors à couche mince utilisent un gaz siliciure pour produire des couches de silicium amorphe ou polycristallin. Cette méthode de fabrication n'est pas adaptée à la fabrication de transistors de haute qualité.
TN
Le TN+film (nématique torsadé + film) est le type le plus courant, principalement en raison de son faible prix et de la diversité des produits. Sur les panneaux TN modernes, le temps de réponse des pixels est suffisamment rapide pour réduire considérablement le problème de l'image résiduelle, et même dans les spécifications, le temps de réponse est rapide. Toutefois, ce temps de réponse hérité est une norme établie par l'ISO, qui définit uniquement le temps de transition entre le noir et le blanc, mais pas le temps de transition entre les niveaux de gris. Les temps de transition entre les niveaux de gris (qui sont en fait plus fréquents dans les écrans LCD normaux) sont plus longs que ceux définis par l'ISO. La technologie rtc-od (reaction time compensated overdrive) actuellement utilisée permet aux fabricants de réduire efficacement le temps de conversion entre les différents niveaux de gris (G2G). Toutefois, le temps de réaction tel que défini par l'ISO n'a pas réellement changé. Les temps de réponse sont désormais exprimés en termes de quantités G2G (niveaux de gris à niveaux de gris), telles que 4 ms et 2 ms, qui sont courantes dans les produits à base de film TN+. Cette stratégie de marché, où les panneaux TN coûtent moins cher que les panneaux VA, domine la tendance du TN sur le marché grand public.
Les écrans TN sont limités par les angles de vision, en particulier verticalement, et la plupart ne peuvent pas afficher les 16,7 millions de couleurs (24 bits de couleurs réelles) qui sont actuellement produites par les cartes graphiques. D'une manière particulière, le RVB tricolore utilise 6 bits comme 8 bits. Il utilise une méthode de réduction consistant à combiner des pixels adjacents pour obtenir une approximation de la couleur 24 bits afin de simuler l'échelle de gris souhaitée. Certains utilisent également le FRC (Frame Rate Control).
Pour les écrans à cristaux liquides, la pénétration réelle des pixels ne varie généralement pas linéairement avec la tension appliquée.
En outre, le b-tn (meilleur TN) a été développé par Samsung Electronics. Amélioration de la couleur et du temps de réponse du TN.
STN
L'affichage STN (super twisted nematic display) est l'abréviation de super twisted nematic liquid crystal (cristaux liquides nématiques super torsadés). Après l'invention de l'écran TN, les gens ont naturellement pensé à utiliser la matrice de cristaux liquides TN pour afficher des graphiques complexes. Contrairement aux cristaux liquides TN, les cristaux liquides STN ont une torsion de 180 à 270 degrés. Au début des années 1990, les cristaux liquides STN couleur ont été introduits. Un pixel de ces cristaux liquides se compose de trois unités de cristaux liquides recouvertes d'un filtre de couleur, et les couleurs peuvent être produites en contrôlant la luminosité des unités de cristaux liquides à l'aide d'une tension.
VA
Le CPA (Continuous Pinwheel Arrangement) a été développé par Sharp. Haute reproduction des couleurs, faible production et prix élevé.
Le MVA (Multi Domain Vertical Alignment) a été développé par Fujitsu en 1998 comme un compromis entre le TN et l'IPS. À l'époque, il offrait une réponse rapide des pixels, des angles de vision larges et un taux de contraste élevé au détriment relatif de la luminosité et de la reproduction des couleurs. Les analystes avaient prédit que la technologie MVA dominerait l'ensemble du marché grand public, mais le TN avait l'avantage. Cela est principalement dû au coût élevé de la technologie MVA et à la lenteur de la réponse des pixels (qui augmente considérablement lorsque la luminosité change).
Le P-mva (Premium MVA) a été développé par l'AUO pour améliorer l'angle de vue et le temps de réponse du MVA.
L'A-mva (Advanced MVA) a été développé par l'AUO.
Le S-mva (Super MVA) a été développé par Chimei Innolux.
Le PVA (Patterned Vertical Alignment) a été mis au point par Samsung Electronics. Bien que l'entreprise affirme qu'il s'agit de la meilleure technologie de contraste disponible, elle présente les mêmes problèmes que le MVA.
Le S-PVA (Super PVA) a été développé par Samsung Electronics pour améliorer l'angle visuel et le temps de réponse du PVA.
Le C-PVA a été développé par Samsung Electronics.
IPS
L'IPS (In-Plane Switching) a été développé par Hitachi en 1996 pour remédier aux angles de vision et à la reproduction des couleurs médiocres des panneaux TN. Cette amélioration a permis d'augmenter le temps de réponse. Son niveau initial était de 50 ms et le coût des panneaux IPS était très élevé.
L'IPS (Super IPS) offre non seulement les avantages de la technologie iPS, mais améliore également le temps de mise à jour des pixels. La reproduction des couleurs est plus proche de celle d'un écran CRT et le prix a baissé. Toutefois, la comparaison reste médiocre. Actuellement, le S-IPS n'est utilisé que pour les grands écrans à usage professionnel.
Super PLS
Le PLS (Plane to Linear Switching) a été développé par Samsung Electronics. Outre ses angles de vision étonnants, il augmente la luminosité de l'écran de 101 TP3T et coûte 151 TP3T de moins à fabriquer que l'IPS.Actuellement, la résolution offerte peut aller jusqu'à WXGA (1280) x 800), et certains des MacBook Pros avec écran rétina utilisent également ce type d'écran fabriqué par Samsung (avec des résolutions allant jusqu'à 2880) x 1800), et les autres utilisent encore des écrans IPS. Les principales cibles seront les smartphones et les tablettes, qui sont déjà en production de masse en 2011.
ASV
Sharp a développé la technologie ASV (Advanced Super V) pour améliorer l'angle visuel des écrans TFT.
FFS
L'électronique moderne utilise la technologie FFS (Fringe Field Switching), une extension avancée de la technologie IPS (In-Plane Switching) à grand angle de vue, avec une faible consommation d'énergie et une grande luminosité.FFS peut être étendu avec les technologies AFFS+ (Advanced FFS+) et HFFs (High Aperture FFS).AFFS+ a des capacités visuelles à la lumière du soleil.
OCB
L'OCB (Optically Compensated Birefringence) est une technologie de Panasonic au Japon.
Présentation de l'industrie
Il n'y a probablement pas plus de quatre ou cinq grands équipementiers de la peau en raison du coût énorme de la construction d'une usine TFT. Parmi les plus connus, citons Sharp, AUO, Chimei, Samsung, LG Philips, etc.
Avant l'assemblage du système et de l'identifiant, les modules d'habillage sont généralement classés en usine en trois catégories, à savoir le nombre de points clairs et foncés, l'uniformité de l'échelle de gris et de la couleur de l'affichage de l'habillage, et la qualité générale du produit. En outre, il existe toujours une différence de +/-2 ms dans le temps de réponse entre les différentes peaux d'un même numéro de lot. Les peaux de la plus mauvaise qualité seront ensuite vendues à des fabricants de marques blanches.
Les écrans de mauvaise qualité ou de taille inférieure à 15 pouces n'intègrent souvent pas l'interface DVI compatible avec les signaux numériques, de sorte que leur utilisation future risque d'être limitée. Pour les modèles plus grands de 17 ou 19 pouces, les écrans destinés aux joueurs et à la bureautique peuvent être dotés d'un double emplacement d'affichage : D-sub analogique et DVI numérique ; presque tous les écrans professionnels sont dotés d'un DVI tourné à 90 degrés vers le mode lettre. Dans tous les cas, même si un signal vidéo DVI est utilisé, il n'est pas garanti que la qualité de l'image soit meilleure : une bonne carte graphique RAMDAC et un câble VGA analogique approprié et protégé peuvent fournir la même qualité d'affichage.
Jalons
La technologie des écrans à cristaux liquides à transistor à couche mince a d'abord été proposée par l'Europe et les États-Unis. Toutefois, en raison de l'immaturité de la technologie et du processus de fabrication, ce n'est qu'à la fin des années 1980 que les fabricants japonais ont maîtrisé la principale technologie de production et ont commencé la production de masse, formant ainsi l'énorme industrie actuelle. En 1992, avec la demande de produits LCD pour les ordinateurs portables, les écrans à cristaux liquides à transistors à couche mince se sont imposés comme le courant principal de l'affichage à cristaux liquides. Avec le développement de la technologie, le coût de production des écrans à cristaux liquides à transistor à couche mince a chuté de façon spectaculaire, ce qui a incité la demande de dispositifs d'affichage à passer du tube cathodique encombrant au transistor à couche mince léger, pour finalement dépasser la part de marché du tube cathodique. 2000, à l'époque de l'ouverture d'une nouvelle industrie de téléviseurs à cristaux liquides, selon "China Electronics News", la technologie de fabrication des écrans à cristaux liquides à transistor à couche mince a été développée jusqu'à la huitième génération. La construction de la ligne de dixième génération, de la ligne de onzième génération et de la ligne de douzième génération est également en cours de planification. L'affichage à cristaux liquides à transistor à couche mince de la Chine a pris du retard dans le domaine de l'affichage, mais les experts suggèrent que nous ne devrions pas contourner l'affichage à cristaux liquides à transistor à couche mince, en recherchant d'autres percées pour développer l'industrie chinoise de l'affichage à écran plat, nous devrions construire rapidement des lignes de production TFC : LCD et des capacités d'innovation technologique connexes, afin d'améliorer la compétitivité internationale de l'industrie chinoise des dispositifs à cristaux liquides à transistor à couche mince.
perspective de développement
Dans le cadre du développement rapide actuel de la technologie des écrans à cristaux liquides, les écrans à cristaux liquides à transistor à couche mince sont très appréciés pour leur grande capacité, leur haute définition et la qualité élevée de leurs couleurs réelles. La qualité d'affichage et les performances globales des écrans à cristaux liquides à transistor à couche mince dépendent fortement des performances du transistor à couche mince. Les transistors à couche mince (787) sont un type de silicium amorphe parmi de nombreux transistors à effet de champ (897). Au fur et à mesure que la technologie de fabrication des écrans LCD à transistors à couche mince a évolué, les écrans LCD à transistors à couche mince en silicium amorphe ont dominé le marché des écrans LCD à transistors à couche mince ; toutefois, les transistors à couche mince en silicium amorphe ont fortement limité le développement des écrans LCD à transistors à couche mince en raison de leur faible mobilité et de leur faible conductivité. Les chercheurs se sont donc attachés à trouver des solutions de remplacement appropriées pour obtenir une mobilité et une conductivité élevées. C'est ainsi que le silicium polycristallin et le silicium microcristallin ont été développés. Bien que les problèmes de faible mobilité et de conductivité aient été temporairement résolus dans une certaine mesure, le silicium polycristallin et le silicium microcristallin n'ont pas réussi à ébranler la position dominante du silicium amorphe en raison du prix élevé du silicium polycristallin et de la pénurie de matériaux pour le silicium microcristallin. L'écran à cristaux liquides à transistor à couche mince en nanosilicium est devenu un nouveau point fort en raison de ses avantages en matière de conductivité et de mobilité élevées ainsi que des progrès réalisés dans le domaine des nanotechnologies.