-Aperçu du TFT-LCD
L'écran LCD TFT (ThinFilm Transistor), ou écran LCD à transistor à effet de champ à couche mince, est l'un des écrans à cristaux liquides de type matrice active (AM-LCD). ?? TFT=Thin-FilmTransistor=Transistor à couche mince
. LCD=Liquid-CrystalDisplay=Affichage à cristaux liquides
?? TFT-LCD (Thin Film Transistor-liquid Crystal Display), un écran à cristaux liquides à transistors à couche mince, est né en 1960. Après une amélioration continue, il a été officiellement utilisé dans les ordinateurs portables commerciaux en 1991. Avec la maturité progressive de la technologie des procédés, le Le TFT-LCD actuel remplace progressivement les produits CRT dans divers domaines d'application, devenant ainsi le courant dominant de la technologie d'affichage.
· Les avantages des écrans LCD sont une faible consommation d'énergie, une faible tension de fonctionnement, une haute résolution, aucun rayonnement, l'écran lui-même est relativement fin, facile à transporter, une longue durée de vie, etc. En raison de ces avantages, il a été largement utilisé dans de nombreux domaines, tels que : téléviseurs, moniteurs, ordinateurs portables, téléphones portables, PDA de navigation par satellite, etc.
Les écrans plats à cristaux liquides, en particulier les écrans TFT-LCD, sont actuellement les seuls appareils d'affichage qui rattrapent et dépassent complètement les écrans cathodiques en termes de luminosité, de contraste, de consommation d'énergie, de durée de vie, de volume et de poids. Il a d'excellentes performances et de bonnes caractéristiques de production de masse. Avec un degré élevé d'automatisation, un faible coût des matières premières et un large espace de développement, il deviendra rapidement un produit grand public au cours du nouveau siècle et un point lumineux pour la croissance économique mondiale au 21e siècle.
caractéristique principale
Différent de la technologie TN, l'écran TFT adopte un"back-through" méthode d'éclairage - le chemin de la source lumineuse imaginaire n'est pas de haut en bas comme les cristaux liquides TN, mais de bas en haut. Cette méthode consiste à installer un conduit de lumière spécial à l'arrière du cristal liquide, et la source lumineuse pénétrera vers le haut à travers le polariseur inférieur lorsqu'elle est irradiée. Étant donné que les électrodes intercalaires supérieure et inférieure sont remplacées par des électrodes FET et des électrodes communes, lorsque les électrodes FET sont allumées, les performances des molécules de cristaux liquides changent également. L'objectif de l'affichage peut être atteint grâce à un blindage et à une transmission de la lumière, et le temps de réponse est considérablement augmenté jusqu'à environ 80 ms. Parce qu'il a un rapport de contraste plus élevé et des couleurs plus riches que le TN-LCD, la fréquence de mise à jour de l'écran est également plus rapide, de sorte que TFT est communément appelé"true color".
La principale caractéristique du TFT-LCD est de configurer un dispositif de commutation à semi-conducteur pour chaque pixel. Parce que chaque pixel peut être directement contrôlé par des impulsions de points. Par conséquent, chaque nœud est relativement indépendant et peut être contrôlé en continu. Cette méthode de conception améliore non seulement la vitesse de réponse de l'écran d'affichage, mais peut également contrôler avec précision le niveau de gris de l'affichage. C'est la raison pour laquelle les couleurs TFT sont plus réalistes que DSTN.
application
À l'heure actuelle, la plupart des fabricants d'ordinateurs portables utilisent le TFT-LCD dans leurs produits. Les premiers TFT-LCD étaient principalement utilisés dans la fabrication d'ordinateurs portables. Bien que le TFT présentait de grands avantages par rapport au DSTN à cette époque, pour des raisons techniques, le TFT-LCD avait encore un grand écart avec les écrans CRT traditionnels en termes de temps de réponse, de luminosité et d'angle de vision. De plus, le rendement extrêmement faible a conduit à son prix élevé, faisant du TFT-LCD de bureau un produit étonnant inaccessible.
Cependant, avec le développement continu de la technologie, l'amélioration continue du taux de rendement et l'émergence de certaines nouvelles technologies, les TFT-LCD ont fait de grands progrès en termes de temps de réponse, de contraste, de luminosité et d'angles de vision, les rapprochant du traditionnel L'écart des moniteurs CRT. De nos jours, le temps de réponse de la plupart des moniteurs LCD grand public a été amélioré à moins de 50 ms, ce qui a ouvert la voie à la généralisation de l'écran LCD.
-Les principaux avantages du TFT-LCD
Avec la maturité de la technologie TFT, les écrans plats LCD couleur se sont développés rapidement. En moins de 10 ans, le TFT-LCD est rapidement devenu un écran grand public, indissociable de ses avantages. Les principales caractéristiques sont :
(1) Bonnes caractéristiques d'utilisation : application basse tension, basse tension de commande et sécurité et fiabilité améliorées de l'utilisation solide ; panneau plat, léger et fin, économisant beaucoup de matières premières et utilisant de l'espace; faible consommation d'énergie, sa consommation d'énergie est d'environ écran CRT Un dixième de celle du TFT-LCD réfléchissant, et même seulement environ un pour cent de celle du CRT, ce qui permet d'économiser beaucoup d'énergie; Les produits TFT-LCD ont également des spécifications, des modèles et des tailles en série, une variété de variétés, faciles à utiliser, flexibles, d'entretien et de renouvellement. , Facile à mettre à niveau, longue durée de vie et de nombreuses autres fonctionnalités. La gamme d'affichage couvre la gamme d'applications de tous les moniteurs allant de 1 pouce à 40 pouces et les grands plans de projection. C'est un terminal d'affichage pleine grandeur; la qualité d'affichage va des graphiques de caractères monochromes les plus simples à la haute résolution et à la haute fidélité des couleurs. Affichages vidéo de diverses spécifications et modèles avec une luminosité élevée, un contraste élevé et une vitesse de réponse élevée ; les méthodes d'affichage incluent la vue directe, la projection, la transparence et la réflexion.
(2) Bonnes caractéristiques de protection de l'environnement : pas de rayonnement, pas de scintillement, pas de mal à la santé de l'utilisateur'. En particulier, l'émergence des livres électroniques TFT-LCD fera entrer l'humanité dans l'ère du bureau sans papier et de l'impression sans papier, déclenchant une révolution dans la façon dont l'humanité apprend, diffuse et se souvient de la civilisation.
(3) La gamme d'applications est large et peut être utilisée normalement dans la plage de températures de -20C à 50C. La température de fonctionnement à basse température du TFT-LCD après le renforcement de la température peut atteindre moins 8OC. Il peut être utilisé comme écran de terminal mobile, écran de terminal de bureau et téléviseur de projection grand écran. Il s'agit d'un terminal d'affichage vidéo pleine grandeur avec d'excellentes performances.
(4) Le degré d'automatisation de la technologie de fabrication est élevé et les caractéristiques de la production industrielle à grande échelle sont bonnes. La technologie de l'industrie TFT-LCD est mature et le taux de rendement de la production de masse a atteint plus de 90 %.
(5) Le TFT-LCD est facile à intégrer et à mettre à niveau. C'est une combinaison parfaite de la technologie des circuits intégrés à semi-conducteurs à grande échelle et de la technologie des sources lumineuses, et a un grand potentiel de développement continu. Il existe actuellement des TFT-LCD en silicium amorphe, polycristallin et monocristallin. À l'avenir, il y aura des TFT d'autres matériaux, y compris des substrats en verre et des substrats en plastique.
Statut de recherche de la technologie TFT-LCD
Résolution : La résolution de TFT-LCD a dépassé CGA (320*200), VGA (640*480), SVGA (1280*1024) ces dernières années. XGA (1024*768).SXGA (1280*1024) s'est développé au niveau actuel de UXGA (1600*1200) et QXGA (2560*2048).
Rapport de contraste : PPMuhoray et d'autres aux États-Unis ont introduit la technologie LCD à base de guide d'ondes et ont utilisé cette technologie pour obtenir un rapport de contraste élevé de 174:1, tandis que le rapport de contraste TFT-LCD actuel peut atteindre 500:1.
Angle de vision : étant donné que le matériau à cristaux liquides est anisotrope, l'orientation de son arrangement moléculaire et le réarrangement sous l'action d'un champ électrique affecteront uniformément l'élargissement de l'angle de vision de l'appareil LCD, ce qui provoque les défauts de l'angle de vision de l'appareil LCD. Divers élargissements ont été proposés. Technologie d'angle de vision, comme le mode de commutation de plan, le mode micro-unité symétrique, le mode vertical de domaine, etc., l'angle de vision peut atteindre 170 degrés.
Vitesse de réponse : lorsque la fréquence d'images est de 60 %, la période d'images est d'environ 16 ms et le temps de réponse des appareils TFT-LCD ordinaires utilisant l'écran LCD TN peut être inférieur à 20 ms. Récemment, une méthode de commutation planaire utilisant une stabilisation élastique continue des polymères a été introduite, qui peut réduire le temps de réponse à 10 ms, et l'utilisation d'une bande de compensation optique peut réduire le temps de réponse à 2 ~ 3 ms. À l'heure actuelle, le temps de réponse de 8 ms a été développé avec cette technologie. TV LCD couleur.
Durée de vie : En raison du développement de la technologie de fabrication, la durée de vie du TFT-LCD peut atteindre plus de 30 000 heures.
Les grands écrans et les types réfléchissants sont apparus : le TFT-LCTV 38 pouces a été développé avec succès, mettant fin à l'ère de l'épissage des grands écrans LC, et les écrans couleur TFT-LCD réfléchissants ont également commencé à être commercialisés.
En raison du développement de la technologie de fabrication TFT, de l'amélioration des performances des matériaux à cristaux liquides, de l'adoption de la technologie à grand angle de vision, de l'amélioration de la vitesse de réponse et de l'augmentation du rendement, les performances d'affichage du TFT-LCD ne sont pas inférieures à celles du tube cathodique. .
-Structure d'affichage à cristaux liquides de type TFT
L'a-SiTFT habituel est principalement composé d'un substrat en verre, d'une électrode de grille, d'une couche isolante de grille, d'une couche active semi-conductrice a-Si, d'une couche de contact ohmique n+a-Si, d'une électrode de source et de drain, et d'un film protecteur, parmi lesquels la couche isolante de grille et le film protecteur forment une unité Utilisez SiN.
La structure de l'a-SiTFT peut être divisée en quatre structures typiques : une structure plane où les électrodes de source, de drain et de grille sont situées du même côté de la couche active semi-conductrice a-Si, et les électrodes de source, de drain et de grille sont situés sur la face supérieure de la couche a-Si. Structure plane de grille positive, les trois électrodes de source, drain et grille sont situées sur la face inférieure de la couche a-Si, appelée structure plane de grille inversée ; -Sur la face supérieure de la couche de Si, les électrodes de source et de drain sur la face inférieure de la couche a-Si sont appelées structure décalée à grille positive ou structure à grille supérieure, la grille est sur la face inférieure de l'a-Si couche, et les électrodes de source et de drain se trouvent sur la face supérieure de la couche a-Si. Structure en quinconce à porte inversée ou structure à porte inférieure.
Du point de vue du processus de fabrication, les trois couches (ou deux) de SiN, a-Si et n+a-Si avec une structure en quinconce peuvent être déposées en continu, ce qui convient aux opérations de pipeline et peut réduire la contamination croisée. Maintenant, la structure en quinconce est devenue le courant dominant, ce n'est pas seulement pour a-Si, SiN. n+a-Si peut fonctionner en continu et la porte inversée peut également être utilisée comme couche de protection contre la lumière (pas de
Mettre en place une couche de protection contre la lumière), ce qui est important pour l'a-SiTFT, car l'a-Si est sensible à la lumière. Une fois que la lumière pénètre et que le courant de fuite augmente, la qualité de l'image se détériore.
Principe de l'écran LCD TFT
D'après le schéma de structure en coupe transversale du TFT-LCD (ci-dessus), on peut voir que le LCD est composé d'un substrat de verre à deux couches prenant en sandwich des cristaux liquides pour former un condensateur à plaques parallèles. Le condensateur et le condensateur de stockage intégré sont affectés par le TFT intégré sur le substrat de verre inférieur. Chargez, maintenez la tension requise pour chaque image jusqu'à ce que l'image suivante soit mise à jour. La couleur des cristaux liquides est transparente et l'écran LCD doit être recouvert d'un rétroéclairage blanc pour exprimer les couleurs. Pour faire réfléchir le rétro-éclairage blanc, il est nécessaire d'ajouter des lumières blanches autour. Par conséquent, les lampes, telles que CCFL ou LED, sont combinées au bas du TFT-LCD.
Le TFT-LCD a besoin d'un rétroéclairage. Étant donné que l'écran LCD lui-même n'émet pas de lumière, il a besoin d'un rétroéclairage. Une plaque de rétroéclairage doit être ajoutée à l'affichage à cristaux liquides pour fournir une source lumineuse à haute luminosité avec une répartition uniforme de la luminosité. L'écran LCD allume en fait la lumière de la source lumineuse située derrière pour exprimer ses couleurs. La source de rétroéclairage couramment utilisée est CCFL ou LED.
Principe de pilotage TFT-LCD
Un élément TFT équivaut à un interrupteur à commande électronique. La ligne de balayage (porte) contrôle l'ouverture et la fermeture du commutateur, et la ligne de données (source) fournit la tension en niveaux de gris requise pour que l'écran LCD affiche une luminosité différente. Lorsqu'une haute tension est appliquée à la ligne de balayage (porte), l'élément TFT est allumé et la tension en niveaux de gris peut entrer dans l'électrode de pixel (drain) à partir de la ligne de données (source) et être appliquée à la couche de cristaux liquides à travers l'électrode de pixel transparente. L'angle debout du cristal liquide est modifié pour afficher une échelle de gris prédéterminée.
Toute la zone d'affichage du panneau TFT-LCD est composée d'une matrice de pixels contrôlée par des millions d'éléments TFT indépendants. Comme le montre la figure ci-dessous, lorsque la ligne de balayage allume la troisième rangée de pixels, la ligne de données écrira la tension en niveaux de gris requise par la troisième rangée de pixels, puis fermera la troisième rangée pour la maintenir dans le maintien de tension l'état, et en même temps, allumez la quatrième rangée de lignes de balayage, écrivez la tension en niveaux de gris requise par la quatrième rangée de pixels, fermez la quatrième rangée une fois l'écriture terminée et allumez les pixels de la cinquième rangée, et écrivez les tensions d'échelle de gris requises de chaque rangée de pixels sur le panneau dans l'ordre.
Brièvement lié au processus de fabrication de TFT-LCD
