Тонкопленочный транзисторный жидкокристаллический дисплей, часто называемый TFT LCD, является одним из наиболее распространенных жидкокристаллических дисплеев. В нем используется технология тонкопленочных транзисторов для улучшения качества изображения. Хотя TFT-ЖК-дисплеи объединяют под общим названием LCD, это ЖК-дисплей с активной матрицей, который используется в телевизорах, плоскопанельных дисплеях и проекторах.
Вкратце, TFT LCD можно представить как две стеклянные подложки со слоем жидкого кристалла между ними. Верхняя стеклянная подложка соединена с цветным фильтром, а в нижнюю вмонтированы транзисторы. Когда через транзистор проходит электрический ток, электрическое поле изменяется, заставляя молекулы жидкого кристалла отклоняться, тем самым изменяя поляризацию света, которая затем используется для определения светлого и темного состояния пикселей с помощью поляризатора. Кроме того, каждый пиксель содержит красный, синий и зеленый цвета благодаря верхнему слою стекла в сочетании с цветным фильтром. Эти пиксели, излучающие красный, синий и зеленый цвета, формируют изображение на коже.
Обычный жидкокристаллический дисплей похож на дисплейную панель калькулятора тем, что его элементы изображения управляются непосредственно напряжением; когда управляется один элемент, это не влияет на остальные. Этот метод становится непрактичным, когда количество пикселей увеличивается до максимума, например, до миллионов. Обратите внимание, что каждый пиксель должен иметь отдельные соединительные провода для красного, зеленого и синего цветов. Чтобы избежать этой дилеммы, расположение пикселей в виде строк и столбцов позволяет сократить количество соединительных линий до тысячи. Если на все пиксели в столбце подать положительный потенциал, а на все пиксели в строке - отрицательный, то пиксели, расположенные на пересечении строк и столбцов, будут иметь максимальное напряжение и переключаться. Однако при таком подходе возникают некоторые проблемы, а именно: хотя напряжение, получаемое другими пикселями в той же строке или столбце, является лишь частичным значением, такое частичное переключение все равно затемняет пиксель (для ЖК-дисплеев, которые не переключаются на яркие). Решение заключается в добавлении транзисторного переключателя к каждому пикселю, чтобы каждый пиксель мог управляться независимо. Благодаря низкому току утечки транзистора напряжение, подаваемое на пиксель, не пропадает произвольно до тех пор, пока изображение не обновится. Каждый пиксель представляет собой небольшой конденсатор с прозрачным слоем оксида индия-олова (ITO) перед ним и прозрачным слоем за ним с изолирующим жидким кристаллом внутри.
Эта схема очень похожа на память с динамическим доступом, за исключением того, что вся архитектура построена не на кремниевых пластинах, а на стекле. Многие процессы производства кремниевых пластин требуют температуры выше температуры плавления стекла. В качестве кремниевой подложки для обычных полупроводников используется жидкий кремний для выращивания крупных монокристаллов с хорошими свойствами для транзисторов. Для производства слоев кремния для жидкокристаллических дисплеев на тонкопленочных транзисторах используется газ силицид для получения аморфных или поликристаллических слоев кремния. Этот метод производства не подходит для изготовления высококачественных транзисторов.
TN
TN+film (twisted nematic + film) - самый распространенный тип, в основном из-за низкой цены и разнообразия продукции. На современных TN-панелях время отклика пикселя достаточно быстрое, чтобы значительно уменьшить проблему остаточного изображения, и даже в спецификации время отклика быстрое. Однако это унаследованное время отклика является стандартом, установленным ISO, который определяет только время перехода от полностью черного к полностью белому, но не время перехода между уровнями серого. Время перехода между уровнями серого (которые в обычных ЖК-дисплеях встречаются чаще) больше, чем определенное ISO. Используемая в настоящее время технология rtc-od (reaction time compensated overdrive) позволяет производителям эффективно сократить время перехода между различными уровнями серого (G2G). Однако время реакции, определенное ISO, фактически не изменилось. Время отклика теперь выражается в величинах G2G (от шкалы серого к шкале серого), таких как 4 мс и 2 мс, что характерно для пленочных продуктов TN+. Эта рыночная стратегия, при которой панели TN стоят дешевле панелей VA, доминирует над тенденцией использования TN на потребительском рынке.
TN-дисплеи ограничены углами обзора, особенно по вертикали, и большинство из них не могут отображать 16,7 миллиона цветов (24-битный истинный цвет), которые в настоящее время выводятся видеокартами. В трехцветном RGB 6 бит используются особым образом, как 8 бит. В нем используется метод уменьшения, заключающийся в объединении соседних пикселей для приближения к 24-битному цвету, чтобы имитировать желаемую шкалу серого. Некоторые из них также используют FRC (Frame Rate Control).
Для ЖК-дисплеев фактическое проникновение пикселей обычно не изменяется линейно в зависимости от приложенного напряжения.
Кроме того, компанией Samsung Electronics был разработан b-tn (best TN). Улучшены цветопередача и время отклика TN.
STN
STN-дисплей (super twisted nematic display) - это аббревиатура от super twisted nematic liquid crystal. После изобретения TN-дисплея люди, естественно, подумали об использовании TN-матрицы для отображения сложной графики. В отличие от жидких кристаллов TN, жидкие кристаллы STN имеют изгиб от 180 до 270 градусов. В начале 1990-х годов появились цветные жидкие кристаллы STN. Один пиксель такого жидкого кристалла состоит из трех жидкокристаллических блоков, покрытых цветным фильтром, и цвета можно получить, управляя яркостью жидкокристаллических блоков с помощью напряжения.
VA
CPA (Continuous Pinwheel Arrangement) была разработана компанией Sharp. Высокая цветопередача, низкая производительность и высокая цена.
Технология MVA (Multi Domain Vertical Alignment) была разработана компанией Fujitsu в 1998 году как компромисс между TN и IPS. В то время она обеспечивала быстрый отклик пикселей, широкие углы обзора и высокий коэффициент контрастности за счет относительного снижения яркости и цветопередачи. Аналитики предсказывали, что технология MVA будет доминировать на рынке мейнстрима, но TN имела преимущество. В основном это объясняется высокой стоимостью MVA и медленным откликом пикселя (который значительно увеличивается при изменении яркости).
P-mva (Premium MVA) был разработан компанией AUO для улучшения угла обзора и времени отклика MVA.
A-mva (Advanced MVA) была разработана компанией AUO.
S-mva (Super MVA) был разработан компанией Chimei Innolux.
Технология PVA (Patterned Vertical Alignment) была разработана компанией Samsung Electronics. Хотя компания утверждает, что это лучшая из существующих технологий контрастирования, она имеет те же проблемы, что и MVA.
S-PVA (Super PVA) был разработан компанией Samsung Electronics для улучшения угла обзора и времени отклика поливинилацетата.
C-PVA был разработан компанией Samsung Electronics.
IPS
IPS (In-Plane Switching) была разработана компанией Hitachi в 1996 году, чтобы изменить плохие углы обзора и цветопередачу панелей TN. Это улучшение увеличило время отклика. Его начальный уровень составлял 50 мс, а стоимость панелей IPS была очень высокой.
IPS (Super IPS) не только обладает преимуществами технологии iPS, но и улучшает время обновления пикселей. Цветопередача приближена к ЭЛТ, а цена снизилась. Однако сравнение все еще плохое. В настоящее время S-IPS используется только в больших дисплеях для профессионального использования.
Super PLS
Технология PLS (Plane to Linear Switching) была разработана компанией Samsung Electronics. Помимо потрясающих углов обзора, он увеличивает яркость экрана на 101 TP3T и стоит на 151 TP3T дешевле, чем IPS. В настоящее время предлагаемое разрешение может достигать WXGA (1280) x 800), а некоторые MacBook Pros с дисплеями retina также используют этот тип дисплея производства Samsung (с разрешением до 2880) x 1800), а в остальных по-прежнему используются IPS-дисплеи. Основными целями станут смартфоны и планшеты, массовое производство которых начнется уже в 2011 году.
ASV
Компания Sharp разработала технологию ASV (Advanced Super V) для улучшения угла обзора TFT-дисплеев.
FFS
Современная электроника использует технологию FFS (Fringe Field Switching) - усовершенствованное расширение технологии IPS (In-Plane Switching) с широким углом обзора, низким энергопотреблением и высокой яркостью. FFS может быть расширена технологиями AFFS+ (Advanced FFS+) и HFFs (High Aperture FFS). AFFS+ обладает визуальными возможностями при солнечном свете.
OCB
OCB (Optically Compensated Birefringence) - это технология японской компании Panasonic.
Введение в промышленность
Вероятно, существует не более четырех или пяти крупных OEM-производителей из-за огромных затрат на строительство завода по производству TFT-матриц. Несколько известных - Sharp, AUO, Chimei, Samsung, LG Philips и др.
Перед сборкой системы и идентификатора модули скинов обычно классифицируются на заводе на три категории, а именно: количество ярких и темных точек, равномерность серой шкалы и цвета дисплея скина, а также общее качество продукта. Кроме того, разница во времени отклика между разными скинами одной и той же партии составляет +/-2 мс. Худшие по качеству скины впоследствии будут проданы производителям белых этикеток.
Низкокачественные мониторы или мониторы размером менее 15 дюймов часто не имеют цифрового интерфейса DVI, поэтому их пригодность в будущем может быть ограничена. Более высокие модели с диагональю 17 или 19 дюймов, предназначенные для геймеров и офисных пользователей, могут иметь два разъема для подключения дисплея: аналоговый D-sub и цифровой DVI; почти все профессиональные экраны будут иметь DVI, повернутый на 90 градусов в буквенный режим. В любом случае, даже если используется видеосигнал с DVI, нет никакой гарантии, что качество изображения будет лучше: хороший RAMDAC видеокарты и подходящий защищенный аналоговый кабель VGA могут обеспечить такое же качество изображения.
Вехи
Технология жидкокристаллических дисплеев на тонкопленочных транзисторах была впервые предложена в Европе и США. Однако из-за незрелости технологии и производственного процесса только в конце 1980-х годов японские производители полностью освоили основную технологию производства и начали массовое производство, сформировав нынешнюю огромную индустрию года. 1992 год, с появлением спроса на ЖК-продукты для портативных компьютеров, тонкопленочные транзисторные ЖК-дисплеи утвердились в качестве основного направления жидкокристаллических дисплеев. С дальнейшим развитием технологии, стоимость производства тонкопленочного транзисторного жидкокристаллического дисплея резко снизилась, что привело к спросу на устройства отображения от громоздкой катодной лучевой трубки к легким тонкопленочным транзисторам, и в конечном итоге превысило долю рынка катодной лучевой трубки. 2000 около времени открытия новой индустрии жидкокристаллических телевизоров, согласно "Китайским новостям электроники" сообщается, что, в настоящее время, технология производства тонкопленочного транзисторного жидкокристаллического дисплея была разработана до линии восьмого поколения, также планируется строительство линии десятого поколения, линии одиннадцатого поколения и линии двенадцатого поколения. Китайский тонкопленочный транзисторный жидкокристаллический дисплей в области дисплеев отстает, но эксперты предполагают, что мы не должны обходить стороной тонкопленочный транзисторный жидкокристаллический дисплей, искать другие прорывы для развития китайской индустрии плоских дисплеев, мы должны быть проведены быстро в строительстве TFC: LCD производственных линий и соответствующих технологических инновационных возможностей, чтобы повысить международную конкурентоспособность китайской тонкопленочной транзисторной жидкокристаллической промышленности устройств.
перспектива развития
В настоящее время, когда технология жидкокристаллических дисплеев стремительно развивается, жидкокристаллические дисплеи на тонкопленочных транзисторах пользуются популярностью благодаря большой емкости, высокой четкости и качеству отображения всех цветов. Качество отображения и общая производительность ЖК-дисплеев на тонкопленочных транзисторах в значительной степени зависят от характеристик тонкопленочного транзистора. Тонкопленочные транзисторы (787) - это разновидность аморфного кремния среди множества полевых транзисторов (897). По мере развития технологии изготовления тонкопленочных транзисторных ЖК-дисплеев аморфный кремний доминировал на рынке тонкопленочных транзисторных ЖК-дисплеев, однако тонкопленочные транзисторы из аморфного кремния сильно сдерживали развитие тонкопленочных транзисторных ЖК-дисплеев из-за их низкой подвижности и проводимости. Поиск подходящих альтернатив, обеспечивающих высокую подвижность и проводимость, был в центре внимания исследователей. На этой основе были разработаны поликристаллический кремний и микрокристаллический кремний. Хотя проблемы низкой подвижности и проводимости были временно решены в определенной степени, поликристаллический и микрокристаллический кремний не смогли поколебать доминирующее положение аморфного кремния из-за высокой цены на поликристаллический кремний и нехватки материалов для микрокристаллического кремния. Последующие тонкопленочные транзисторные жидкокристаллические дисплеи на основе нанокремния стали новой изюминкой благодаря высокой проводимости и подвижности, а также достижениям в области нанотехнологий.