Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с TFT LCD )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Тонкопленочные транзисторы жидкокристаллический дисплей ( TFT LCD ) представляет собой вариант жидкокристаллического дисплея (LCD) , который использует тонкопленочные транзисторы технологии (TFT) , [1] для улучшения качества изображения , такого как адресация и контраст. TFT LCD - это LCD с активной матрицей , в отличие от LCD с пассивной матрицей или простых LCD с прямым управлением [ требуется пояснение ] с несколькими сегментами.

TFT ЖК - дисплеи используются в приборах , в том числе телевизоров , компьютерных мониторов , мобильных телефонов , карманных устройств, игровых систем, персональных цифровых ассистентов , навигационных систем , проекторов , [2] и автомобильных приборных панелей .

История [ править ]

В феврале 1957 года Джон Уоллмарк из RCA подал патент на тонкопленочный полевой МОП-транзистор. Пол К. Веймер , также из RCA, реализовал идеи Уоллмарка и в 1962 году разработал тонкопленочный транзистор (TFT), тип полевого МОП-транзистора, отличный от стандартного полевого МОП-транзистора. Это было сделано с тонкими пленками селенида кадмия и селенида кадмия . Идея жидкокристаллического дисплея (LCD) на основе TFT была придумана Бернардом Лехнером из RCA Laboratories в 1968 году. В 1971 году Лехнер, Ф. Дж. Марлоу, Э. О. Нестер и Дж. Талтс продемонстрировали матричный дисплей 2 на 18, управляемый гибридная схема с использованиемрежим динамического рассеяния ЖК-дисплеев. [3] В 1973 году T. Peter Brody , JA Asars и GD Dixon из Westinghouse Research Laboratories разработали TFT-дисплей с CdSe ( селенид кадмия ), который они использовали для демонстрации первого жидкокристаллического дисплея на тонкопленочных транзисторах CdSe (TFT LCD). . [4] [5] Броуди и Фанг-Чен Луо продемонстрировали первый плоский жидкокристаллический дисплей с активной матрицей (AM LCD) с использованием CdSe TFT в 1974 году, а затем Броуди ввел термин «активная матрица» в 1975 году. [3] As 2013 года , все современные высококачественные электронные визуальные дисплеи высокого разрешенияустройства используют дисплеи с активной матрицей на основе TFT. [6] [7] [4] [8] [9] [10]

Строительство [ править ]

Диаграмма в пиксельном макете

Жидкокристаллические дисплеи, используемые в калькуляторах и других устройствах с такими же простыми дисплеями, имеют элементы изображения с прямым приводом, и поэтому напряжение может быть легко приложено только к одному сегменту этих типов дисплеев, не мешая другим сегментам. Это было бы непрактично для большого дисплея , потому что он имел бы большое количество (цветных) элементов изображения ( пикселей ), и, следовательно, потребовались бы миллионы соединений, как верхних, так и нижних для каждого из трех цветов (красный, зеленый и синий) каждого пикселя. Чтобы избежать этой проблемы, пиксели адресуются в строках и столбцах, уменьшая количество подключений с миллионов до тысяч. Провода столбца и ряда присоединяются к транзистору.переключатели, по одному на каждый пиксель. Односторонняя характеристика прохождения тока транзистора предотвращает разрядку заряда, прикладываемого к каждому пикселю, между обновлениями изображения на дисплее. Каждый пиксель представляет собой небольшой конденсатор со слоем изолирующего жидкого кристалла, помещенным между прозрачными проводящими слоями ITO .

Процесс разводки схемы TFT-LCD очень похож на процесс изготовления полупроводниковых приборов. Однако вместо изготовления транзисторов из кремния , который сформирован в кристаллической кремниевой пластины, они сделаны из тонкой пленки из аморфного кремния , который откладывается на стеклянной панели. Слой кремния для TFT-LCD обычно наносится с использованием процесса PECVD . [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 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 их гораздо сложнее производить. [12]

Типы [ править ]

Скрученный нематик (TN)[ редактировать ]

TN-дисплей под микроскопом, транзисторы видны внизу

Скрученный нематический дисплей является одним из старейших и часто самый дешевый вид технологий ЖК - дисплей доступны. Дисплеи TN выигрывают от быстрого времени отклика пикселей и меньшего размытия, чем другие технологии ЖК-дисплеев, но страдают от плохой цветопередачи и ограниченных углов обзора, особенно в вертикальном направлении. Цвета будут смещаться, потенциально вплоть до полного инвертирования, если смотреть под углом, не перпендикулярным дисплею. Современные высококачественные потребительские товары разработали методы для преодоления недостатков технологии, такие как технологии RTC (компенсация времени отклика / перегрузка).. Современные дисплеи TN могут выглядеть значительно лучше, чем старые дисплеи TN, созданные десятилетиями ранее, но в целом TN имеет худшие углы обзора и плохую цветопередачу по сравнению с другими технологиями.

Панели TN могут отображать цвета с использованием только шести битов на канал RGB, или всего 18 битов, и не могут отображать 16,7 миллиона цветовых оттенков (24-битный истинный цвет ), которые доступны при использовании 24-битного цвета. Вместо этого на этих панелях отображается интерполированный 24-битный цвет с использованием метода дизеринга, который объединяет соседние пиксели для имитации желаемого оттенка. Они также могут использовать форму временного дизеринга, называемую управлением частотой кадров (FRC), которая циклически переключается между различными оттенками с каждым новым кадром для имитации промежуточного оттенка. Такие 18-битные панели с дизерингом иногда рекламируются как имеющие «16,2 миллиона цветов». Эти методы имитации цвета заметны многим людям и весьма утомительны для некоторых. [13]FRC обычно наиболее заметен в более темных тонах, в то время как дизеринг делает отдельные пиксели ЖК-дисплея видимыми. В целом цветопередача и линейность на TN-панелях оставляет желать лучшего. Недостатки цветовой гаммы дисплея (часто называемой процентом цветовой гаммы NTSC 1953 ) также связаны с технологией подсветки. Для старых дисплеев не редкость диапазон от 10% до 26% цветовой гаммы NTSC, тогда как другие типы дисплеев, использующие более сложные CCFL или светодиодные люминофорные композиции или светодиодную подсветку RGB, могут выходить за пределы 100% цветовой гаммы NTSC. , разница вполне заметна человеческому глазу.

Коэффициент пропускания пикселя ЖК-панели обычно не изменяется линейно с приложенным напряжением [14], а стандарт sRGB для компьютерных мониторов требует определенной нелинейной зависимости количества излучаемого света как функции от значения RGB .

Планетарная коммутация (IPS)[ редактировать ]

Плоскостная коммутация была разработана Hitachi Ltd. в 1996 году для улучшения плохого угла обзора и плохой цветопередачи TN-панелей в то время. [15] [16] Его название происходит от основного отличия от панелей TN, что молекулы кристалла 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. [17]

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.

Расширенное переключение периферийного поля (AFFS)[ редактировать ]

Это ЖК-технология, полученная на основе IPS корейской компании Boe-Hydis. До 2003 года [21] известное как переключение пограничного 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). [22]

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 введена AFFS + который улучшил открытую читаемость в 2007 году [ править ]

Многодоменное вертикальное выравнивание (MVA)[ редактировать ]

Он обеспечивает быструю для своего времени реакцию пикселей, широкие углы обзора и высокую контрастность за счет яркости и цветопередачи. [ необходима цитата ] 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 ). [ необходимая цитата ] Когда панели MVA рассматриваются не перпендикулярно, цвета будут сдвигаться, но намного меньше, чем для панелей TN. [ необходима цитата ]

Существует несколько технологий «следующего поколения», основанных на MVA, в том числе P-MVA и AMVA от AU Optronics , а также S-MVA от Chi Mei Optoelectronics .

Узорчатое вертикальное выравнивание (PVA)[ редактировать ]

Менее дорогие панели PVA часто используют дизеринг и FRC , тогда как панели super-PVA (S-PVA) используют не менее 8 бит на компонент цвета и не используют методы имитации цвета. [ необходима цитата ] S-PVA также в значительной степени устраняет искривление сплошных черных под углом и уменьшает гамма-сдвиг вне угла. Некоторые высококачественные ЖК-телевизоры Sony BRAVIA предлагают поддержку 10-битного цвета и цвета xvYCC, например, серия Bravia X4500. S-PVA также предлагает быстрое время отклика с использованием современных технологий RTC. [ необходима цитата ]

Расширенный супер просмотр (ASV)[ редактировать ]

Усовершенствованный супервизор, также называемый осесимметричным вертикальным выравниванием, был разработан Sharp . [23] Это режим VA, в котором молекулы жидких кристаллов ориентируются перпендикулярно подложкам в выключенном состоянии. Нижний подпиксель имеет непрерывно покрытые электроды, а верхний имеет электрод меньшей площади в центре подпикселя.

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. [24]

Плоскостная коммутация (PLS)[ редактировать ]

Технология Super PLS, разработанная Samsung , имеет сходство с панелями IPS и предлагает улучшенные углы обзора и качество изображения, повышенную яркость и более низкие производственные затраты. Технология PLS дебютировала на рынке дисплеев для ПК с выпуском мониторов Samsung S27A850 и S24A850 в сентябре 2011 года [25].

Двухтранзисторный пиксель (DTP) TFT или сотовая технология[ редактировать ]

Патентные электронные системы TFT Store

Технология пикселей или ячеек с двумя транзисторами TFT - это технология отражающего дисплея для использования в приложениях с очень низким энергопотреблением, таких как электронные этикетки на полках (ESL), цифровые часы или измерения. DTP включает добавление затвора вторичного транзистора в единственную ячейку TFT для поддержания отображения пикселя в течение периода 1 с без потери изображения или без ухудшения состояния транзисторов TFT с течением времени. Уменьшая частоту обновления стандартной частоты с 60 Гц до 1 Гц, DTP утверждает, что увеличивает энергоэффективность на несколько порядков.

Индустрия медийной рекламы [ править ]

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

Электрический интерфейс [ править ]

Внешние потребительские устройства отображения, такие как ЖК-экран TFT, имеют один или несколько аналоговых интерфейсов VGA , DVI , HDMI или DisplayPort , причем многие из них имеют набор этих интерфейсов. Внутри внешних устройств отображения находится плата контроллера, которая преобразует видеосигнал с использованием цветового отображения и масштабирования изображения, обычно с использованием дискретного косинусного преобразования (DCT), чтобы преобразовать любой источник видео, такой как CVBS , VGA , DVI , HDMI и т. Д., В цифровой. RGBпри собственном разрешении панели дисплея. В ноутбуке графический чип будет напрямую генерировать сигнал, подходящий для подключения к встроенному TFT-дисплею. Механизм управления подсветкой обычно находится на той же плате контроллера.

Интерфейс низкого уровня панелей дисплеев STN , DSTN или TFT использует либо несимметричный сигнал TTL 5 В для старых дисплеев, либо TTL 3,3 В для немного новых дисплеев, который передает пиксельные часы, горизонтальную синхронизацию , вертикальную синхронизацию , цифровой красный, цифровой зеленый, цифровой синий параллельно. Некоторые модели (например, AT070TN92) также имеют возможность ввода / вывода , сигналы направления горизонтального и вертикального сканирования.

Новые и большие (> 15 дюймов ) TFT-дисплеи часто используют сигнализацию LVDS, которая передает то же содержимое, что и параллельный интерфейс (Hsync, Vsync, RGB), но помещает биты управления и RGB в ряд линий последовательной передачи, синхронизированных с часами, частота которых равна скорости пикселей. LVDS передает семь битов за такт на строку данных, при этом шесть битов являются данными, а один бит используется для сигнализации о необходимости инвертирования остальных шести битов для поддержания баланса постоянного тока. Недорогие TFT-дисплеи часто имеют три строки данных и, следовательно, напрямую поддерживают только 18 бит на пиксель . У высококлассных дисплеев есть четыре или пять строк данных для поддержки 24 бит на пиксель ( истинный цвет ) или 30 бит на пиксель ( HDR) соответственно. Производители панелей постепенно заменяют LVDS на Internal DisplayPort и Embedded DisplayPort, что позволяет в шесть раз сократить количество дифференциальных пар. [ необходима цитата ]

Интенсивность подсветки обычно регулируется изменением нескольких вольт постоянного тока, или генерацией сигнала ШИМ , или регулировкой потенциометра, или просто фиксированной. Это, в свою очередь, управляет высоковольтным ( 1,3 кВ ) инвертором постоянного и переменного тока или матрицей светодиодов . Метод управления яркостью светодиодов заключается в импульсном воздействии на них ШИМ, который может быть источником гармонического мерцания. [ необходима цитата ]

Пустая панель дисплея принимает только цифровой видеосигнал с разрешением, определяемым пиксельной матрицей панели, разработанной при изготовлении. Некоторые экранные панели будут игнорировать LSB биты информации о цвете , чтобы представить последовательный интерфейс (8 бит -> 6 бит / цвет х3). [ необходима цитата ]

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 [ править ]

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

  • сточные воды производства крайне токсичны для водных организмов [28]
  • но в редких случаях может оказывать раздражающее, разъедающее или сенсибилизирующее действие. Любых эффектов можно избежать, используя ограниченную концентрацию в смесях,
  • не являются мутагенными - ни в бактериях (тест Эймса), ни в клетках млекопитающих (тест на лимфому мыши или тест на хромосомную аберрацию),
  • не подозреваются в канцерогенности, [29]
  • опасны для водных организмов (бактерий, водорослей, дафний, рыб), [28]
  • не обладают значительным потенциалом биоаккумуляции,
  • не поддаются биологическому разложению. [29]

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. [29]

В CCFL подсветки , используемые во многих ЖК - мониторов содержат ртуть , который является токсичным.

См. Также [ править ]

  • Взрывное затемнение
  • Компьютерный монитор
  • Примеры отображения
  • Светодиодный дисплей
  • Жидкокристаллический
  • Телевизор с жидкокристаллическим дисплеем
  • Трансфлективный жидкокристаллический дисплей для адаптации к яркости окружающей среды

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Технология отображения TFT» . 2020. Архивировано из оригинала на 2020-10-07.
  2. ^ «Объяснение технологии ЖК-панели» . Pchardwarehelp.com . Проверено 21 июля 2013 .
  3. ^ a b Кавамото, Х. (2012). «Изобретатели ЖК-дисплея с активной матрицей TFT получили медаль IEEE Nishizawa 2011». Журнал дисплейных технологий . 8 (1): 3–4. DOI : 10.1109 / JDT.2011.2177740 . ISSN 1551-319X . 
  4. ^ а б Куо, Юэ (1 января 2013 г.). «Технология тонкопленочных транзисторов - прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . Интерфейс электрохимического общества . 22 (1): 55–61. DOI : 10.1149 / 2.F06131if . ISSN 1064-8208 .  
  5. ^ Броуди, Т. Питер ; Asars, JA; Диксон, Дж. Д. (ноябрь 1973 г.). «Жидкокристаллический дисплей размером 6 × 6 дюймов с разрешением 20 строк на дюйм». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 20 (11): 995–1001. DOI : 10,1109 / Т-ED.1973.17780 . ISSN 0018-9383 . 
  6. ^ Бротертон, SD (2013). Введение в тонкопленочные транзисторы: физика и технология тонкопленочных транзисторов . Springer Science & Business Media . п. 74. ISBN 9783319000022.
  7. ^ Веймер, Пол К. (1962). «Новый тонкопленочный транзистор TFT». Труды ИРЭ . 50 (6): 1462–1469. DOI : 10.1109 / JRPROC.1962.288190 . ISSN 0096-8390 . 
  8. ^ Кимидзука, Нобору; Ямазаки, Шунпей (2016). Физика и технология кристаллического оксидного полупроводника CAAC-IGZO: Основы . Джон Вили и сыновья. п. 217. ISBN. 9781119247401.
  9. ^ Lojek, Бо (2007). История полупроводниковой техники . Springer Science & Business Media. С. 322–324. ISBN 978-3540342588.
  10. ^ Ричард Аронс (2012). «Промышленные исследования в области микросхем в RCA: первые годы, 1953–1963». 12 (1). IEEE Annals of the History of Computing: 60–73. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  11. ^ "TFT LCD - Изготовление TFT LCD" . Plasma.com. Архивировано из оригинала на 2013-05-02 . Проверено 21 июля 2013 .
  12. ^ «TFT LCD - Электронные аспекты ЖК-телевизоров и ЖК-мониторов» . Plasma.com. Архивировано из оригинала на 2013-08-23 . Проверено 21 июля 2013 .
  13. Олег Артамонов (2004-10-26). «Руководство X-bit: Параметры и характеристики современных ЖК-мониторов (стр. 11)» . Xbitlabs.com. Архивировано из оригинала на 2009-05-19 . Проверено 5 августа 2009 .
  14. ^ Marek Matuszczyk, жидкие кристаллы в дисплеях Архивировано 2004-12-23 в Wayback Machine . Университет Чалмерса, Швеция, c. 2000 г.
  15. ^ "TN Film, MVA, PVA и IPS - Панельные технологии" . TFT Central . Проверено 9 сентября 2009 года .
  16. ^ "Панель IPS или TN?" . Источник киберспорта . Дата обращения 23 мая 2016 .
  17. ^ «Enhanced Super IPS - качество изображения нового поколения» (PDF) . Дисплей LG . Проверено 9 сентября 2009 года .
  18. IPS-Pro (Развитие технологии IPS). Архивировано 29 марта 2010 г. на Wayback Machine.
  19. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) на 2012-11-15 . Проверено 24 ноября 2013 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  20. ^ tech2 News Staff. «LG представляет дисплеи AH-IPS со сверхвысоким разрешением» . Tech2.in.com. Архивировано из оригинала на 2013-06-06 . Проверено 21 июля 2013 .
  21. ^ "AFFS и AFFS +" . Технологии . Vertex LCD. Архивировано из оригинала на 2016-05-18 . Проверено 12 августа 2010 .
  22. ^ К. Х. Ли; Привет, Ким; KH Park; SJ Jang; IC Park и JY Lee (июнь 2006 г.). «Новая удобочитаемость портативного TFT-LCD с технологией AFFS на открытом воздухе». Сборник технических документов симпозиума SID . AIP. 37 (1): 1079–82. DOI : 10.1889 / 1.2433159 .
  23. ^ "Sharp Advanced Super View (ASV) - Sharp" . www.sharpsma.com . Проверено 12 июня 2019 .
  24. ^ Мир жидкокристаллических дисплеев с сайта personal.kent.edu/%7Emgu
  25. ^ «Samsung SyncMaster SA850: первый в мире монитор на матрице PLS» . X-bit labs. 2011-05-30 . Проверено 21 июля 2013 .
  26. IPS Alpha Technology Ltd. Архивировано 24 декабря 2007 г. в Archive.today.
  27. ^ «О нас» . www.szcsot.com . Проверено 5 июня 2019 .
  28. ^ а б Ким, Сэ-Бом; Ким, Вун-Ки; Чоунламани, Вансенг; Со, Джэхван; Ю, Джису; Джо, Хун-Дже; Юнг, Джинхо (15 августа 2012 г.). «Определение многоуровневой токсичности сточных вод жидкокристаллических дисплеев по отношению к Daphnia magna и Moina macrocopa». Журнал опасных материалов . Сеул, Корея; Лаос, Лаос. 227–228: 327–333. doi : 10.1016 / j.jhazmat.2012.05.059 - через Elsevier.
  29. ^ a b c «Дисплеи | Merck KGaA, Дармштадт, Германия» . www.merck-performance-materials.com . Проверено 17 февраля 2018 .

Внешние ссылки [ править ]

  • TFT Central - обзоры, новости и статьи, а также база данных панельного поиска
  • «Поиск панели монитора» . FlatpanelsHD.com . - База данных поиска панелей ЖК-мониторов
  • Учебное пособие по анимированному ЖК-дисплею от 3M
  • ЖК-панели с компенсацией времени отклика , X-bit labs, 20 декабря 2005 г.
  • «Параметры и характеристики современных ЖК-мониторов» . X-bit labs . 26 октября, 2004. Архивировано из оригинала на 14 января 2005 года.
  • Проблемы с играми на ЖК-дисплеях TFT , Digital Silence, 10 августа 2004 г.
  • Что такое TFT LCD , Plasma.com - подробное описание технологии внутри TFT LCD
  • Руководство по покупке монитора - обзоры CNET