Что такое TFT LCD?
TFT LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) – сокращенное название жидкокристаллического индикатора на тонкопленочных транзисторах. Сечение TFT-панели показано на рис.1.
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_1.jpg) Рис.1 Сечение TFT-панели
Введение в структуру ЖКИ. Поляризаторы.
Верхний поляризатор может поляризовать рассеянный свет от случайной поляризации в заданном направлении поляризации. До приложения электрического поля к электродам жидкие кристаллы выровнены в скрученную структуру. Свет в этом случае изменяется в соответствии со скрученной структурой жидких кристаллов. Нижний поляризатор сориентирован перпендикулярно верхнему поляризатору. Когда свет достигает нижнего поляризатора, оба поляризатора оказываются выровненными друг с другом. Свет может беспрепятственно проходить через них, как показано на рис.2.
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_2.jpg) Рис.2 Скрученная структура жидких кристаллов
Стеклянная подложка, подложка TFT и подложка цветового фильтра
С помощью высокоточных фотолитографических технологий на стеклянную подложку наносится узор для последовательного пошагового переноса изображений множества электродов ЖКИ (рис.3). Стекло TFT имеет столько транзисторов, сколько пикселей содержит дисплей, а генерацию цвета обеспечивает стекло цветового фильтра, имеющего фильтр цвета. Движение жидких кристаллов вызывается разностью потенциалов между электродами, находящихся на стекле TFT и стекле цветового фильтра, и именно это движение жидких кристаллов приводит к генерации цвета и оно же определяет яркость ЖКИ.
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_3.jpg) Рис.3 Стеклянные подложки TFT и цветового фильтра
Жидкие кристаллы
Жидкие кристаллы – почти прозрачные субстанции, проявляющие одновременно свойства кристалла и жидкости. Две стеклянные пластины, герметизированные эпоксидной смолой и имеющие щель в левом углу, позволяют ввести жидкие кристаллы (в вакууме) до окончательной герметизации стеклянных пластин. Разность потенциалов определяет ориентацию жидких кристаллов. Различия в ориентации жидких кристаллов приводят к различиям в коэффициенте пропускания (или отражения) и получаемым цветам в случае, когда используются поляризаторы и цветовой фильтр. Жидкие кристаллы – это субстанции, демонстрирующие различные фазы (твердое тело, жидкий кристалл или жидкость) при разных температурах (рис.4).
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_4.jpg) Рис.4 Различные фазы жидкокристаллического вещества
Выравнивающая пленка
Пленка наносится на две стеклянные пластинки (верхнюю и нижнюю) и имеет ряд параллельных канавок, обеспечивающих выравнивание молекул жидких кристаллов в соответствующем направлении (риc.5 имеет ряд параллельных канавок, обеспечивающих выравнивание молекул жидких кристаллов в соответствующем направлении ).
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_5.jpg) Рис.5 Выравнивание молекул жидких кристаллов
Введение в управление жидкими кристаллами
Развитие жидких кристаллов
Жидкие кристаллы были открыты более 100 лет назад. Их внешнее состояние при нагревании может изменяться от твердого до жидкокристаллического и даже полностью переходить в жидкую форму при дальнейшем повышении температуры. За прошедшие годы были предприняты большие усилия для совершенствования жидких кристаллов, и результатом явилось их широкое использование в электронных калькуляторах и цифровых часах. В настоящее время цветные ЖКИ имеют еще больший диапазон применений: сотовые телефоны, персональные компьютеры и телевизоры, обладающие малой толщиной, малой потребляемой мощностью, высоким разрешением и яркостью. Кроме того, в обозримом будущем прогнозируется впечатляющий рост востребованности панелей ЖКИ, связанный с быстро развивающейся популярностью плоских дисплеев.
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_6.jpg) Рис.6 Реакция ЖК- вещества на приложение внешнего поля
Как работают жидкие кристаллы
При подаче напряжения к двум электродам ЖКИ молекулы жидких кристаллов «раскручиваются» тем сильнее, чем выше приложенный потенциал (рис.6). Чувствительность к электрическому напряжению - одна из основных особенностей жидких кристаллов.
На рис.7 показан нормальный «белый» режим работы ЖКИ. Свет может проходить через слои жидких кристаллов, пока к ним не приложено никакой разности потенциалов, и молекулы жидких кристаллов будут изменять ориентацию световой плоскости в соответствии с их собственными углами. Однако при приложении напряжения жидкокристаллические молекулы будут «раскручивать» и «выпрямлять» свет, направляющийся к верхнему поляризационному фильтру. Поэтому свет не сможет пройти сквозь активную область ЖКИ, и эта область будет темнее окружающих зон.
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_7.jpg) Рис.7 Прохождение света через ЖКИ
Метод управления жидкими кристаллами
На рис.8 показана схема управления жидкими кристаллами. В пределах одного выбранного периода времени переключатель замыкается и на жидкие кристаллы подается входное напряжение, что приводит к изменению ориентации жидкокристаллических молекул. Когда переключатель выключатся, определенный заряд сохраняется в Clc, при этом величина напряжения на Clc будет со временем понижаться. Для расширения возможностей хранения заряда можно рассмотреть добавление параллельно Clс запоминающего конденсатора Cst.
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_8.jpg) Рис.8 Схема управления жидкими кристаллами
Запоминающий конденсатор
Фактически управление жидкими кристаллами должно производиться переменным напряжением. Для активации ЖКИ напряжение подается только при включенном переключателе, после чего переключатель немедленно отключается. В некоторых случаях напряжение на жидких кристаллах будет падать из-за наличия утечек. Для предотвращения такой ситуации мы можем использовать один параллельный конденсатор для компенсации напряжения утечки. При увеличении емкости Cst форма напряжения на нем приближается к меандру (рис.9).
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_9.jpg) Рис.9 Компенсирующее действие запоминающего конденсатора
Как работает жидкокристаллический индикатор на TFT
TFT выполняет роль переключателя. Вывод затвора TFT подключен к линии сканирования, вывод истока подключен к линии данных, а вывод стока соединен с Clc и Cst. Когда затвор активизирован (выбран на линии сканирования), канал TFT открывается и данные об изображении будут записаны в Clc и Cst. Когда затвор не выбран, канал TFT закрыт (рис.10).
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_10.jpg) Рис.10 Схема работы ячейки TFT-ЖКИ
Основа структуры TFT-ЖКИ
Основа структуры TFT-ЖКИ содержит жидкие кристаллы, два поляризатора и стеклянные пластины: верхняя подложка цветового фильтра и нижняя подложка массива TFT. Жидкокристаллическое вещество впрыскивается между этими двумя стеклянными пластинами (рис.11).
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_11.jpg) Рис.11 Структура TFT-ЖКИ
Регулирование потока света
Управляя величиной входного напряжения, подаваемого на жидкие кристаллы, можно изменять расположение молекул, их ориентацию и направление, что приведет к соответствующему изменению объема светового потока, проходящего через жидкие кристаллы (рис.12).
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_12.jpg) Рис.12 Регулирование светового потока
Формирование цвета
При прохождении светового потока через цветовой фильтр, интегрированный в верхнее цветное стекло, формируется каждый отдельный пиксель изображения путем смешивания базовых цветовых элементов RGB (R-красный, G-зеленый и B-голубой). Если красный, зеленый и голубой элементы пикселя выбраны в равной пропорции, будет сформирован белый свет. Путем регулировки соотношения этих трех элементов получают необходимое количество разнообразных цветов.
![](/im/lcd/tech/tft/Fig_13.jpg) Рис.13 Формирование цвета
|