TFT LCD-teknik för bred betraktningsvinkel

TFT LCD-struktur

För en mer detaljerad förklaring av TFT LCD-struktur eller LCD-skärmar i allmänhet, seTFT LCD Grundläggande kunskaperellerIntroduktion till LCD-skärmar.

DeTFT LCD, eller tunnfilmstransistor flytande kristallskärm, är en populär form av bildskärmsteknik som ofta används i datorskärmar och andra vanliga enhetsskärmar. Denna displaymodul, eller mer specifiktLCD-modul, består av tre nyckellager. Det djupaste lagret, närmast baksidan av enheten, består av, listat från längst till närmast ytan, den första polarisatorn, ett glassubstrat, pixelelektroder och TFT. Det yttersta lagret liknar detta lager, eftersom det också har ett glassubstrat, en polarisator och (i vissa matriser) elektroder; Men ordningen på dessa komponenter vänds jämfört med det andra lagret (polarisatorn är närmast ytan), och det finns ett RGB-färgfilter i detta lager. Mellan dessa två lager finns ett lager av flytande kristallmolekyler som bär laddningar och energi mot ytan av TFT LCD-skärmen. Kristallmolekylerna kan justeras på en mängd olika sätt för att ändra visningsegenskaperna på LCD-skärmen.

Som en LCD-enhet med aktiv matris består TFT LCD:s individuella pixlar av röda, gröna och blå subpixlar, var och en med sin egen TFT och elektroder under sig. Dessa underpixlar styrs individuellt och aktivt, därav namnet active-matrix; detta ger sedan smidigare och snabbare svarstid. Den aktiva matrisen tillåter också större visningslägen som fortsätter att upprätthålla kvaliteten på färg, uppdateringsfrekvens och upplösning när bildförhållandet ökas.

Inom pixlarna som utgör TFT LCD-skärmen spelar elektroder en roll för att leda kretsen mellan dem. Om de är skiktade på båda insidorna av de två glassubstraten, skapar elektroderna tillsammans med TFT en elektrisk väg inuti det flytande kristallskiktet. Det finns också andra placeringar av elektroder förutom på ytan och baksidan av enheten som ändrar effekten av den elektriska vägen mellan substraten (som diskuteras senare i den här artikeln). Denna väg har en effekt på kristallerna genom dess elektriska fält, vilket är ett av TFT-koncepten som är ansvariga för den låga, minimerade strömförbrukningen hos TFT, vilket gör dem så effektiva och tilltalande.

När det elektriska fältet interagerar med vätskekristallmolekylerna, kan molekylerna rikta in sig på en mängd olika sätt, vilket förändrar hur ljuset passerar igenom frånbakgrundsbelysningav enheten (finns bakom den bakersta polarisatorn) till ytan. Eftersom LCD-skärmar inte kan lysa upp sig själva behövs en bakgrundsbelysning för att ge belysning som TFT LCD-komplexet sedan manipulerar. De flytande kristallerna polariserar ljuset i olika grad, och följaktligen passerar ytpolarisatorn olika nivåer av ljus genom det och kontrollerar på så sätt pixelns färg och ljusstyrka.

TN (Twisted Nematic) Typ TFT LCD

Även om det finns en mängd olika sätt att anpassa kristallmolekylerna, är det ett av de äldsta, vanligaste och billigaste alternativen för LCD-teknik att använda en vriden nematisk (TN) för att göra det. Den använder det elektriska fältet mellan elektroderna organiserade med en på ytsubstratskiktet och den andra på det bakre substratskiktet för att manipulera de flytande kristallerna.

När inget elektriskt fält påverkar strukturen av kristallerna, finns det en 90 graders vridning i inriktningen. Denna vridning tillåter ljus att röra sig genom skiktet, polariserar ljuset när det passerar för att sedan gå genom ytpolarisatorn.

Om ett elektriskt fält appliceras kan vridningen i kristallstrukturen hos molekylerna lindas upp och räta ut dem. När detta händer är ljuset inte polariserat och kan inte passera genom ytpolarisatorn, vilket visar en svart pixel. Det är också möjligt att skapa en mittemellan av den fullt upplysta eller helt ogenomskinliga pixeln; om ljuset är delvis polariserat (det elektriska fältet rätar inte ut kristallinriktningen helt), då sänds en mellanljusnivå ut från LED-bakgrundsbelysningen genom polarisatorn.

Även om detta är ett av de billigaste alternativen för bildskärmsteknik, har det sina egna problem. TN TFT LCD-skärmen har inte högsta svarstider jämfört med andra typer, och den ger inte lika bred betraktningsvinkel som andra TFT LCD-skärmar som använder olika inriktningsmetoder. En betraktningsvinkel är den riktning i vilken en skärm kan tittas på innan den visade bilden inte kan ses ordentligt när det gäller ljus och färg. TN-skärmar kämpar mest med vertikala betraktningsvinklar men har också något begränsade horisontella vinklar också. Denna TN LCD-skärms betraktningsvinkelgräns kallas gråskaleinversionsfrågan.

Det finns flera sätt att lösa problemet med gråskaleinversion.

I allmänhet, när betraktningsvinkeln inte är idealisk, minskar bildkvaliteten som helhet. Saker som kontrastförhållande (luminansförhållandet mellan det ljusaste vita och mörkaste svarta) och skärmens läsbarhet bevaras inte på grund av detta problem.

Bland metoderna för flytande kristallinriktning är TN bara ett alternativ för LCD-teknik. Det finns flera andra vanliga sätt att rikta in kristallerna för en bred betraktningsvinkel, till exempel vertikal justering för flera domäner eller omkoppling i planet. Dessutom, på grund av överflöd av TN-enheter, har något som kallas O-film också introducerats för att paras ihop med TN-skärmar så att användarna inte behöver köpa helt nya enheter.

MVA (Multi-Doain Vertical Alignment) TFT LCD

Enkelt uttryckt delar denna metod upp cellen under varje pixel i flera domäner. Med uppdelningen kan molekyler i samma cell orienteras på olika sätt, och så att användarna ändrar sina vyer av skärmen, finns det olika kristallriktade riktningar som gör det möjligt att bevara skärmegenskaperna över dessa vinklar som hög ljusstyrka och hög kontrast . Detta löser problemet med vad som kallas en mono-domän vertikal justering.

Även om det mestadels liknar TN, har MVA en anmärkningsvärd egenskap i sin cell som TN-celler inte har: glasutsprång. Mellan sandwichelektroderna omorienterar vinklade glasutsprång ljuset som färdas inuti skiktet så att när det lämnar ytpolarisatorn färdas det i en mängd olika riktningar för att tillfredsställa behovet av en bred betraktningsvinkel.

Under den senaste utvecklingen av MVA TFT LCD har kontrastförhållande, ljusstyrka och svarstider ökat i kvalitet. Kontrastförhållandet, som var 300:1 när det först utvecklades 1997, har förbättrats till 1000:1. På samma sätt har svarstiden, som kännetecknas av stigande (svart till vit) och avklingande (vit till svart) tid, nått tider som är de snabbaste som mänskliga ögon kan bearbeta, vilket visar lämpligheten hos MVA-baserade skärmar för rörliga bilder.

IPS (In-Panel Switching) TFT LCD

En annan lösning på gråskaleinversionsproblemet som orsakas av TN ärIPS LCD. När det gäller fördelarna med IPS är det ganska likt MVA. Men strukturellt, snarare än att ha yt- och bakelektroder, placerar IPS båda elektroderna på det bakre substratet. Detta tvingar sedan molekylerna att, när det elektriska fältet är på, byta orientering, känd som planväxling, och rikta in sig på ett parallellt sätt med substraten snarare än vinkelrätt som i TN-enheter. En starkare bakgrundsbelysning behövs i det här fallet, eftersom ljuset kommer att behöva mer kraft för att producera samma displayljusstyrka som TN kan göra med mindre ljus från källan.

Med denna typ av inriktning bevarades betraktningsvinklarna i mycket bredare riktningar jämfört med TN. Nyligen har IPS-skärmar förbättrade egenskaper som svarstid för att göra IPS-skärmarna mer önskvärda för konsumenter. Men denna typ av TFT LCD tenderar att kosta mer än TN-enheter.

TN vs O-Film vs MVA vs IPS TFT LCD

Medan TN TFT LCD har den lägsta kostnaden, är det av en anledning. O-filmer, MVAs och IPS TFT LCD-skärmar har högre kostnader på grund av deras mer intrikata tekniker som förbättrar betraktningsvinkeln för att behålla upplösningen och den allmänna bildkvaliteten.

O-filmen är specifikt unik eftersom den snarare än att ändra vätskekristallinriktningstekniken och för en relativt låg kostnad kan byta ut ytpolarisatorn på en TN-enhet med en speciell film för att vidga betraktningsvinkeln. Eftersom den är kombinerad med TN kan den bara förbättra betraktningsvinkeln något.

IPS har störst potential för förbättrad betraktningsvinkel och når högre möjliga vinklar än alla andra alternativ. Med IPS finns det dock en högre strömförbrukning än den vanliga TN-enheten på grund av behovet av en starkare bakgrundsbelysning i denna enhet.

MVA är nära, bara något mindre, IPS TFT LCD i vinkel. Vad den dock har är en mycket snabbare svarstid, som nämnts tidigare.

Alla dessa tekniker är genomförbara alternativ beroende på konsumentens önskemål och prisklass. MVA och IPS TFT LCD-skärmar tenderar att vara mer praktiska för konsumentprodukter som LCD-skärmar och telefonskärmar, medan TN- och O-film LCD-skärmar kan gå över till industriella tillämpningar. Icke desto mindre, med tillväxten av IPS- och MVA-LCD-skärmar, ökar deras tillämpningar.

AFFS (Advanced Fringe Field Switching) TFT LCD

AFFS liknar IPS i konceptet; båda riktar in kristallmolekylerna på ett parallellt-till-substrat-sätt, vilket förbättrar betraktningsvinklarna. AFFS är dock mer avancerad och kan bättre optimera strömförbrukningen. Framför allt har AFFS hög transmittans, vilket innebär att mindre av ljusenergin absorberas i det flytande kristallskiktet och mer transmitteras mot ytan. IPS TFT LCD-skärmar har vanligtvis lägre transmittanser, därav behovet av ljusare bakgrundsbelysning. Denna transmittansskillnad är förankrad i AFFS:s kompakta, maximerade aktiva cellutrymme under varje pixel.

Sedan 2004 har Hydis, som utvecklade AFFS, licensierat AFFS till det japanska företaget Hitachi Displays, där människor utvecklar komplicerade AFFS LCD-paneler. Hydis har förbättrade visningsegenskaper som läsbarhet utomhus på skärmen, vilket gör den ännu mer tilltalande att använda för sin huvudapplikation: mobiltelefoner.

Om du vill lära dig mer om TFT eller LCD-skärmar, besök vårwebbplats!