Дисплей на тонкопленочных транзисторах что это

18.04.202219.04.2022 admin 0 Comments

TFT — экран, созданный на основе жидких кристаллов и под управлением тонкопленочных транзисторов

Что такое TFT дисплей

TFT дисплей – это экран, созданный на основе жидких кристаллов и под управлением тонкопленочных транзисторов. Подобные дисплеи задействуются в самых разных устройствах для отображения текста и изображений. Их можно встретить в компьютерах, ноутбуках, смартфонах, электронных книгах и других девайсах.

TFT расшифровывается, как Thin Film Transistor. С английского языка это переводится, как тонкопленочный транзистор.

В начале в продаже можно было встретить дисплеи с пассивной матрицей. Их работа была более медлительная, частота обновления была низкой, а также отмечалось появление мерцания на экране. Всему виной были физические параметры пикселей. Зато потом появились экраны с активной матрицей. Скорость обновления дисплея была увеличена и пропало мерцание. Это стало доступно благодаря специальному транзистору, сохраняющему значение в двоичном коде. Поэтому значение пикселя сохраняется прямо до того, как происходит смена сигнала.

Принципы работы

Тип матрицы TFT в настоящее время можно найти во многих мониторах, которые являются жидкокристаллическими. В основе технологии лежит использование тонкопленочного транзистора. Более того, каждый пиксель получает до четырех транзисторов. И все это благодаря активной матричной технологии.

Современные мониторы работают по определенной схеме. Она заключается в том, что каждый пиксель имеет в себе базовые цвета – красный, синий и зеленый. Исходя из них появляются уже остальные цвета. Так, в каждом пикселе есть три ячейки света, к которым подключен отдельный транзистор. Благодаря ему сообщается, какие цвета необходимо передавать. В совокупности данные пиксели и обеспечивают появление изображения на экране. Эта схема также называется RGB.

Устройство TFT дисплея

Конструкция ЖК-дисплея представлена следующим образом. Слои накладываются друг на друга, поэтому его часто сравнивают с сэндвичем. Его основная часть состоит из:

Сама жидкокристаллическая матрица включает в себя:

Свет в ЖК-дисплеях обеспечивается светодиодами или флуоресцентными лампами.

История создания TFT дисплея

Жидкие кристаллы были открыты еще тогда, когда никто не знал о мониторах. Они связаны с несколькими известными личностями, о которых знают во всем мире. Все началось с открытия жидких кристаллов ботаником из Австрии Фридрихом Райнитцером. Это произошло в 1888 году, когда он исследовал холестерины в растении. Путем опытов удалось получить вещество, обладающее кристаллической структурой. Также оно имело особенность при нагреве вести себя необычным образом. Когда температура достигала 145.5 градусов, то с веществом начинало происходить следующее. Оно становилось мутным и текло, кристаллическая структура сохранялась до 178.5 градусов. Только после этой отметки оно становилось жидким. Австрийский ботаник поспешил поделиться своим открытием с Отто Леманном, немецким физиком. Он тоже смог внести свой вклад в открытие. Необычная жидкость касательно оптических и электромагнитных свойств вела себя словно кристалл. Благодаря физику из Германии и появилось название жидкий кристалл, которое уже знакомо многим. Под ним понимают переходное состояние между твердым и изотропным жидким касательно вещества. Им сохраняется кристаллический порядок расположения молекул.

Также к истории стоит отнести фамилию русского физика Всеволода Константиновича Фредерикса. Он в 1927 году произвел открытие под названием «Переход Фредерикса». Со временем переход стал активно задействоваться в дисплеях жидкокристаллического типа. Далее изучение данного вопроса продолжалось. Компания RCA занималась электрооптическими эффектами в жидких кристаллах. Материалы из них уже тогда рассматривались для устройств, необходимых для отображения. С именем Джорджа Хейлмейера связано появление самого первого жидкокристаллического дисплея в 1964 году. Затем компании RCA удалось показать свой новый продукт. В 1968 году можно считать моментом выхода жидкокристаллического монохромного экрана. Далее марка «Шарп» создала калькулятор с ЖК дисплеем. После этого такие экраны уже можно было встретить в измерительных устройствах, калькуляторах и часах электронного типа.

Первое упоминание TN-effect – нематического эффекта относится к 1970 году. Его запатентовала швейцарская компания Хоффманн – ЛяРош. Далее уже в следующем году был получен патент аналогичного типа в США. Джеймсом Фергюсоном и компанией ILIXCO был выпущены LCD, созданные на основе TN-эффекта. Эта технология пригодилась для создания калькуляторов и электронных часов. Однако для больших экранов она еще не подходила. 1983 год был ознаменован важным событием. Швейцарские специалисты создали нематический материал нового типа для ЖК-экранов с пассивной матрицей. Он назывался STN, но еще имел свои недостатки. Работники компании «Шарп» для решения этого вопроса решили создать конструкцию Doudle STN, а в 1987 году ими был выпущен самый первый цветной 3-дюймовый жидкокристаллический экран. И через год ими же был представлен дисплей TFT LCD с диагональю в 14 дюймов.

Другие компании также занимались выпуск устройств с ЖК-экранами. Так, Casio в 1983 имела свой телевизор черно-белого типа с данной технологией, а затем могла похвастать цветным телевизором с ЖК-экраном портативного типа и видеокамеру с ЖК-экраном. В 90-х годах немало компаний начали разрабатывать варианты, которые бы стали альтернативой дисплеям TN и STN, а также в Германии запатентовали технологию IPS.

TFT дисплей: где используют

Сегодня TFT-дисплеи зачастую используются производителями мониторов. Как правило, речь идет о бюджетных моделях. При этом TFT-мониторы зачастую интересны кибер спортсменам и заядлым геймерам, которым важнее всего является не сочность картинки, а минимальное время отклика. Такие дисплеи применяются и в некоторых дешевых смартфонах, а также в других недорогих гаджетах.

Если вы работаете в офисе или учитесь, то наверняка хотя бы раз в жизни сталкивались с электронными калькуляторами. Здесь также активно используются пусть и маленькие, но удобные TFT-экраны. Это же относится и к электронным часам, которые были очень популярны до недавнего времени. Причем производители стараются устанавливать в такие устройства монохромные матрицы. Еще одним ярким примером служат электронные книги. Такие матрицы не требуют много энергии, являются очень дешевыми в плане стоимости изготовления, относительно безопасны для глаз пользователей.

Основные характеристики TFT

Виды TFT дисплеев — в мониторах, телевизорах, смартфонах

В настоящее время известны три варианта матрицы, которые отличаются своими параметрами.

TFT TN

Технологию в основном можно встретить в активных ЖК-мониторах. Она хорошо изучена и доработана, поэтому матрица относится к более бюджетным. Название расшифровывается, как Twisted Nematic, что переводится – скрученный нематик. Матрица имеет характеристики первых конструкций, тонкопленочного вида. Чаще всего подобные виды дисплеев используют в офисных или домашних компьютерах, а также игровых устройствах. Одним из главных достоинств данной технологии принято считать высокую скорость отклика монитора. Это положительно влияет процесс игры, так как картинка более плавная и можно быстро заметить любые изменения в геймплее. Важно, что пиксель способен быстро менять свое свечение. Это стало возможно благодаря особой конструкции. Что касается недостатков, то к ним относят низкую контрастность, небольшие углы обзора, не самое лучшее качество передачи цвета.

Название данной технологии расшифровывается, как in-plane switching. Еще встречается аббревиатура SFT — super fine TFT. Разработка технологии IPS произошла в 1996 году. В ней участвовали компании Hitachi и NEC. Если углубиться в создание технологии, то она заключается в следующем. Здесь управляющие полупрозрачные электроды находятся в одной плоскости. Это означает, что их расположили на нижней стороне жидкокристаллической ячейки. Отличительной чертой считается то, что при расслабленном состоянии кристаллы не будут пропускать свет. Когда начинает увеличиваться управляющее напряжение, то кристаллы начинают еще больше закручивать поляризацию светового пучка. К плюсам матрицы можно отнести их насыщенность и передачу цвета, которые остаются неизменными при различных углах обзора. Частота обновления экрана отличается хорошими показателями, но время отклика пришлось снизить. Кроме последнего момента, к минусам можно отнести не самую маленькую стоимость матриц такого типа.

VA, MVA, PVA

Vertical alignment – вертикальное выравнивание появилось благодаря компании Fujitsu. Технология была открыта в 1996 году. Она появилась, чтобы углы обзора стали лучше как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости. Фуджицу также поработали и над частотой отклика монитора, поэтому она стала намного выше. Кроме того, теперь изображение стало плавным, а картинка более объемной и контрастной. Также компания причастна и к появлению технологии MVA, появившейся в след за VA. Здесь были убраны многие недочеты первой версии. Она отличается широкими углами обзора, насыщенным черным цветом и отличной скоростью реакции. К минусам обычно относят быструю смену резких цветовых переходов и медленную смену плавных. Технология PVA появилась благодаря компании Samsung. Ее создатели избавились от многих ошибок, которые существовали ранее. Кроме достоинств версии MVA в ней добавились еще высокая четкость и контрастность.

Какие бывают подсветки в TFT дисплеях?

Дисплей обязан иметь дополнительное свечение внутри, так как благодаря этому человек может увидеть картинку на экране. Это обеспечивает модуль подсветки.

Светодиодная (LED) подсветка довольно часто встречается в ЖК-дисплеях. Она не требует большого потребления энергии, а также отличается улучшенными показателями – контрастности и цветопередачи. Кроме того, подобный тип подсветки может прослужить намного дольше остальных.

Флуоресцентные лампы также используются в качестве подсветки. С их помощью достигаются множество цветов. Такая подсветка позволяет получить белый цвет экрана, который довольно часто задействован в ЖК-дисплеях. Лампы также не нуждаются в большом потреблении энергии. Их стабильную работу способен обеспечить источник переменного напряжения (от 80 до 100 В). В отличие от первого варианта дисплей с такой подсветкой имеет меньший срок службы.

TFT или Super LCD — что же лучше

Часто пользователи становятся перед выбором, когда хотят приобрести для себя монитор или необходимое им устройство. Они начинают просматривать параметры, чтобы остановиться на лучшем варианте. Важно знать, что технологии TFT и LCD переплетены между собой, поэтому не исключают друг друга. Обе связаны с монитором, и он не может без них существовать. Однако стоит уточнить, что Super LCD – это ничто иное, как название экрана. Он отличается жидкокристаллической подсветкой высокого качества и имеет матрицу IPS. Такие устройства гарантируют пользователю отличную передачу цветов и прекрасную яркость. SLCD матрицы выигрывают у классических версий TFT, так как готовы обеспечить пользователя более широкими возможностями.

Перспективы TFT дисплея

На сегодняшний день технология TFT вряд ли имеет светлое будущее. Данные дисплеи уже достигли своего максимума и развиваться дальше уже практически некуда. Но и полностью исчезать они не собираются. TFT-матрицы имеют свои сильные стороны, благодаря чему их внедрение будет продолжаться и в последующие годы.

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

История

Строительство

Поликристаллический кремний иногда используется в дисплеях, требующих более высоких характеристик TFT. Примеры включают небольшие дисплеи с высоким разрешением, например, в проекторах или видоискателях. ТПТ на основе аморфного кремния являются наиболее распространенными из-за их более низкой стоимости производства, тогда как ТПТ из поликристаллического кремния более дороги и намного сложнее в производстве.

Скрученный нематик (TN)

Планетарная коммутация (IPS)

Плоскостная коммутация была разработана Hitachi Ltd. в 1996 году для улучшения плохого угла обзора и плохой цветопередачи TN-панелей в то время. Его название происходит от основного отличия от панелей TN, что молекулы кристаллов движутся параллельно плоскости панели, а не перпендикулярно ей. Это изменение уменьшает количество светорассеяния в матрице, что придает IPS характерные широкие углы обзора и хорошую цветопередачу.

Первоначальные итерации технологии IPS характеризовались медленным временем отклика и низким коэффициентом контрастности, но более поздние версии значительно улучшили эти недостатки. Благодаря широкому углу обзора и точной цветопередаче (почти без отклонения цвета вне угла) IPS широко используется в высококачественных мониторах, предназначенных для профессиональных художников-графиков, хотя с недавним падением цены он стал заметен в массовом производстве. рынок тоже. Технология IPS была продана Panasonic компанией Hitachi.

Разработка технологии LG IPS

Имя	Ник	Год	Замечания
Горизонтальный IPS	БЕДРА	2007 г.	Повышает контрастность за счет скручивания плоскости электрода. Также представлена дополнительная поляризационная пленка Advanced True White от NEC, которая делает белый цвет более естественным. Используется в профессиональных ЖК-экранах и ЖК-экранах для фотографий.
Улучшенный IPS	E-IPS	2009 г.	Более широкая апертура для светопропускания, позволяющая использовать более дешевую подсветку с меньшим энергопотреблением. Увеличивает угол обзора по диагонали и дополнительно сокращает время отклика до 5 мс.
Профессиональный IPS	P-IPS	2010 г.	Предлагает 1,07 миллиарда цветов (10-битная глубина цвета). Больше возможных ориентаций на подпиксель (1024 вместо 256) и обеспечивает лучшую истинную глубину цвета.
Усовершенствованный высокопроизводительный IPS	AH-IPS	2011 г.	Повышенная точность цветопередачи, увеличенное разрешение и PPI, а также более высокая светопропускная способность для снижения энергопотребления.

Расширенное переключение периферийного поля (AFFS)

Это ЖК-технология, полученная на основе IPS корейской компании Boe-Hydis. До 2003 года известное как переключение периферийного поля (FFS), усовершенствованное переключение периферийного поля представляет собой технологию, аналогичную IPS или S-IPS, предлагающую превосходные характеристики и цветовую гамму с высокой яркостью. Сдвиг и отклонение цвета, вызванные утечкой света, корректируются путем оптимизации гаммы белого, что также улучшает воспроизведение белого / серого. AFFS разработан Hydis Technologies Co., Ltd, Корея (официально Hyundai Electronics, LCD Task Force).

В 2004 году Hydis Technologies Co., Ltd лицензировала свой патент AFFS для японской Hitachi Displays. Hitachi использует AFFS для производства высококачественных панелей в своей линейке продуктов. В 2006 году Hydis также передала лицензию на AFFS компании Sanyo Epson Imaging Devices Corporation.

Hydis представила AFFS +, которая улучшила читаемость на открытом воздухе в 2007 году.

Многодоменное вертикальное выравнивание (MVA)

Он обеспечивает быструю для своего времени реакцию пикселей, широкие углы обзора и высокую контрастность за счет яркости и цветопередачи. Современные панели MVA могут предложить широкие углы обзора (уступающие только технологии S-IPS), хорошую глубину черного, хорошую цветопередачу и глубину, а также быстрое время отклика благодаря использованию технологий RTC ( компенсация времени отклика ). Если смотреть на панели MVA не перпендикулярно, цвета будут сдвигаться, но намного меньше, чем для панелей TN.

Узорчатое вертикальное выравнивание (PVA)

Расширенный супер просмотр (ASV)

Когда поле включено, молекулы жидкого кристалла начинают наклоняться к центру подпикселей из-за электрического поля; в результате образуется непрерывная вертушка соосности (CPA); азимутальный угол непрерывно вращается на 360 градусов, что обеспечивает отличный угол обзора. Режим ASV также называется режимом CPA.

Плоскостная коммутация (PLS)

Двухтранзисторный пиксель (DTP) TFT или сотовая технология

Индустрия дисплеев

Из-за очень высокой стоимости строительства заводов по производству TFT существует несколько крупных производителей панелей OEM для больших дисплеев. Поставщики стеклянных панелей:

Поставщики стеклянных ЖК-панелей
Тип панели	Компания	Замечания	основные производители телевизоров
IPS-Pro	Panasonic	Исключительно для рынка ЖК-телевизоров и известна как IPS Alpha Technology Ltd.	Panasonic, Hitachi, Toshiba
H-IPS и P-IPS	LG Дисплей	Они также производят другие типы TFT-панелей, такие как TN, для OEM-рынков, таких как мобильные, мониторные, автомобильные, портативные AV-панели и промышленные панели.	LG, Philips, BenQ
S-IPS	Hannstar
S-IPS	Chunghwa Picture Tubes, Ltd.
A-MVA	AU Optronics
S-MVA	Chi Mei Оптоэлектроника
S-PVA	S-LCD ( совместное предприятие Samsung и Sony )	Samsung, Sony
AFFS	Samsung	Для малых и средних специальных проектов.
ASV	Sharp Corporation	ЖК-телевизор и рынок мобильной связи	Sharp, Sony
МВА	Sharp Corporation	Исключительно для рынков ЖК-телевизоров со светодиодной подсветкой	Острый
HVA	CSOT	HVA и AMOLED	TCL

Электрический интерфейс

С аналоговыми сигналами, такими как VGA, контроллер дисплея также должен выполнять высокоскоростное аналого-цифровое преобразование. С цифровыми входными сигналами, такими как DVI или HDMI, необходимо простое переупорядочение битов перед их подачей в устройство масштабирования, если входное разрешение не соответствует разрешению панели дисплея.

Безопасность

Жидкие кристаллы постоянно подвергаются испытаниям на токсичность и экотоксичность на предмет потенциальной опасности. Результат таков:

Заявления применимы к Merck KGaA, а также к ее конкурентам JNC Corporation (ранее Chisso Corporation) и DIC (ранее Dainippon Ink & Chemicals). Все три производителя согласились не выпускать на рынок какие-либо остро токсичные или мутагенные жидкие кристаллы. Они занимают более 90 процентов мирового рынка жидких кристаллов. Оставшаяся рыночная доля жидких кристаллов, производимых в основном в Китае, состоит из более старых, незапатентованных веществ трех ведущих мировых производителей, которые уже прошли испытания на токсичность. В результате их также можно считать нетоксичными.

Полный отчет доступен онлайн в Merck KGaA.

Источник

Содержание

История

Строительство

Процесс разводки схемы TFT-LCD очень похож на процесс изготовления полупроводниковых изделий. Однако вместо того, чтобы изготавливать транзисторы из кремний, который формируется в кристаллический кремний вафли, они сделаны из тонкая пленка из аморфный кремний который депонируется на стекло панель. Слой кремния для TFT-LCD обычно наносится с помощью PECVD процесс. [11] Транзисторы занимают лишь небольшую часть площади каждого пикселя, а остальная часть кремниевой пленки стравливается, чтобы свет мог легко проходить через нее.

Поликристаллический кремний иногда используется в дисплеях, требующих более высокой производительности TFT. Примеры включают небольшие дисплеи с высоким разрешением, например, в проекторах или видоискателях. TFT на основе аморфного кремния являются наиболее распространенными из-за их более низкой стоимости производства, тогда как TFT из поликристаллического кремния более дороги и намного сложнее в производстве. [12]