Was ist ein TFT-LCD?
A TFT-LCD , oder eine Flüssigkristallanzeige mit Dünnschichttransistoren, ist heute eine der am schnellsten wachsenden Formen der Anzeigetechnologie. Der Dünnschichttransistor (TFT) ist eine Art von Halbleiterbauelement, das in der Displaytechnologie verwendet wird, um die Effizienz, Kompaktheit und Kosten des Produkts zu verbessern. In Verbindung mit seinen Halbleitereigenschaften ist das TFT-LCD ein Aktiv-Matrix-Display, das Pixel einzeln und aktiv anstatt passiv steuert, was die Vorteile dieses Halbleiterbauelements noch weiter steigert.
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Da gepaart mit Flachbildschirm-Technologie, insbesondere Flüssigkristallanzeigen (LCD), TFT-Displays sind gewachsen für Bildschirme und LCD-Monitore wie Computermonitore und Smartphones sehr beliebt. Mit dieser Entwicklung geriet die Kathodenstrahlröhre, auch CRT genannt, in die Vergangenheit, da das leichtere, weniger sperrige LCD den Bereich der Displays übernahm. Moderne hochauflösende und hochwertige Displays verwenden hauptsächlich die TFT-Technologie innerhalb der LCDs.
Aufbau des TFT-LCD
Das TFT-LCD ist mit drei Tastenschichten aufgebaut. Zwei Sandwich-Schichten bestehen aus Glassubstraten, wobei eine TFTs enthält, während die andere einen RGB- oder Rot-Grün-Blau-Farbfilter hat. Die Schicht zwischen den Glasschichten ist eine Flüssigkristallschicht.
Abb. 1: Ein visuelles Diagramm der verschiedenen Schichten und Komponenten, die in einem TFT-LCD-Display verwendet werden.
Das TFT-Glassubstratschicht ist die tiefste oder hinterste Schicht der Leiterplatte eines Geräts. Es besteht aus amorphem Silizium, einer Siliziumsorte mit nichtkristalliner Struktur. Dieses Silizium wird dann auf dem eigentlichen Glassubstrat abgeschieden. Die TFTs in dieser Schicht werden jedem Subpixel einzeln gepaart (siehe Architektur eines TFT-Pixels unten) von der anderen Substratschicht des Bauelements und steuern die an ihre jeweiligen Subpixel angelegte Spannung. Diese Schicht weist auch Pixelelektroden zwischen dem Substrat und der Flüssigkristallschicht auf. Elektroden sind Leiter, die Elektrizität in oder aus etwas leiten, in diesem Fall Pixel.
Auf der Oberflächenebene befindet sich das andere Glassubstrat. Direkt unter diesem Glassubstrat befinden sich die eigentlichen Pixel und Subpixel, die den RGB-Farbfilter bilden. Um den Elektroden der zuvor erwähnten Schicht entgegenzuwirken, weist diese Oberflächenschicht auf der den Flüssigkristallen näheren Seite Gegenelektroden (oder gemeinsame) Elektroden auf, die den zwischen den beiden Schichten verlaufenden Stromkreis schließen. In diesen beiden Substratschichten bestehen die Elektroden am häufigsten aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), da sie Transparenz ermöglichen und gute Leitfähigkeitseigenschaften aufweisen.
Die Außenseiten der Glassubstrate (der Oberfläche am nächsten oder der Rückseite am nächsten) haben Filterschichten, die Polarisatoren genannt werden. Diese Filter lassen nur bestimmte Lichtstrahlen durch, wenn sie auf eine bestimmte Weise polarisiert sind, dh die geometrischen Wellen des Lichts passen zum Filter. Wenn es nicht richtig polarisiert ist, passiert das Licht nicht den Polarisator, wodurch ein undurchsichtiger LCD-Bildschirm entsteht.
Zwischen den beiden Substratschichten liegen Flüssigkristalle. Zusammen können sich die Flüssigkristallmoleküle in Bezug auf die Bewegung wie eine Flüssigkeit verhalten, aber sie behalten ihre Struktur als Kristall. Für diese Schicht stehen verschiedene chemische Formeln zur Verfügung. Typischerweise werden Flüssigkristalle so ausgerichtet, dass sie die Moleküle in einer bestimmten Weise positionieren, um ein spezifisches Verhalten beim Durchgang von Licht durch die Polarisation der Lichtwellen zu induzieren. Dazu muss entweder ein magnetisches oder ein elektrisches Feld verwendet werden; bei Displays ist jedoch ein magnetisches Feld, um verwendbar zu sein, für das Display selbst zu stark, und daher werden elektrische Felder verwendet, die sehr geringe Leistung verbrauchen und keinen Strom benötigen.
Bevor ein elektrisches Feld an die Kristalle zwischen den Elektroden angelegt wird, sind die Kristalle in einem um 90 Grad verdrehten Muster ausgerichtet, so dass ein richtig kristallpolarisiertes Licht im „Normalweiß“-Modus eines Displays durch den Oberflächenpolarisator gehen kann. Dieser Zustand wird durch Elektroden verursacht, die absichtlich mit einem Material beschichtet sind, das die Struktur mit dieser spezifischen Drehung ausrichtet.
Wenn jedoch das elektrische Feld angelegt wird, wird die Verdrillung gebrochen, wenn sich die Kristalle ausrichten, auch bekannt als Neuausrichtung. Das durchtretende Licht kann immer noch den Rückpolarisator passieren, aber da die Kristallschicht das Licht nicht polarisiert, um durch den Oberflächenpolarisator zu gehen, wird kein Licht auf die Oberfläche übertragen, wodurch eine opake Anzeige entsteht. Wenn die Spannung verringert wird, richten sich nur einige Kristalle neu aus, wodurch eine Teilmenge des Lichts durchgelassen wird und verschiedene Graustufen (Lichtstufen) erzeugt werden. Dieser Effekt wird als verdrillter nematischer Effekt bezeichnet.
Abb. 2: Auf der linken Seite befindet sich die verdrillte Flüssigkristallschicht, in der polarisiertes Licht ungehindert hindurchtritt; rechts ist, nachdem das elektrische Feld in die Schicht geladen wurde, wodurch die Molekülorientierungen vollständig neu ausgerichtet werden, so dass das Licht nicht polarisiert wird und den Oberflächenpolarisator nicht passieren kann.
Das verdrehter nematischer Effekt ist eine der günstigsten Optionen für die LCD-Technologie und ermöglicht auch eine schnelle Pixelreaktionszeit. Es gibt jedoch noch einige Grenzen; Die Qualität der Farbwiedergabe ist möglicherweise nicht gut, und die Blickwinkel oder die Blickrichtung auf den Bildschirm sind eingeschränkter.
Eine Lösung für diese Grenzen wurde durch In-Plane-Switching gegeben (IPS) der Flüssigkristalle. Anstatt die Kristalle senkrecht zu den Elektroden auszurichten, richtet IPS sie parallel aus. Das Licht wird dann innerhalb der Matrix stromlinienförmiger. Es gab anfängliche Probleme wie eine langsame Reaktionszeit, aber in letzter Zeit wurden diese Probleme größtenteils behoben, sodass die Vorteile der besseren Blickwinkel und Farbwiedergabe größer sind als die Fehler. Es ist jedoch eine kostspieligere Technologie als die Twisted-Nematic-Geräte.
Abb. 3:Die obere Reihe charakterisiert die Art der Ausrichtung bei der Verwendung von IPS sowie die Qualität der Blickwinkel. Die untere Reihe zeigt, wie die verdrillte Nematik zur Ausrichtung der Kristalle verwendet wird und wie die Blickwinkel davon beeinflusst werden.
Das durch das Gerät fallende Licht stammt von der Hintergrundbeleuchtung, die von der Rückseite oder der Seite des Displays beleuchtet werden kann. Da das LCD kein eigenes Licht erzeugt, muss es die Hintergrundbeleuchtung im LCD-Modul. Diese Lichtquelle kommt am häufigsten in Form von Leuchtdioden, besser bekannt als LEDs, vor. In letzter Zeit werden organische LEDs (OLED) kommen ebenfalls zum Einsatz. In der Regel weiß, durchläuft dieses Licht, wenn es richtig polarisiert ist, den RGB-Farbfilter der Oberflächensubstratschicht und zeigt die von der TFT-Vorrichtung signalisierte Farbe an.
TFT-LCD-Fahren
Wenn Sie auf den ersten Absatz unter „Evolution of TFTs“ im letzten Artikel verweisen, „Die Geschichte der Dünnschichttransistor-Displays” wird eine grundlegende Erklärung des Feldeffekttransistors (FET) gegeben. Der TFT ist eine Form von FET und folgt daher auch dem Antriebsprinzip von FETs. Im Wesentlichen kann der Signalstrom gesteuert oder geändert werden, wenn eine Spannung an das Gate eines TFT angelegt wird. Dieser Strom, der als Ansteuerspannung bezeichnet wird, fließt auf dem TFT-basierten LCD-Panel dann von der Source zum Drain und sendet ein Signal an sein Subpixel, das Licht durchlässt.
Architektur eines TFT-Pixels
Innerhalb eines LCD kann jedes Pixel durch seine drei Subpixel charakterisiert werden. Diese drei Subpixel erzeugen die RGB-Farbgebung dieses Gesamtpixels. Diese Subpixel fungieren als Kondensatoren oder elektrische Speichereinheiten innerhalb einer Vorrichtung, jede mit ihren eigenen unabhängigen strukturellen und funktionellen Schichten, wie zuvor beschrieben. Mit den drei Subpixeln pro Pixel können je nach Flüssigkristallausrichtung Farben nahezu beliebiger Art aus dem durch Filter und Polarisator hindurchtretenden Licht in unterschiedlicher Helligkeit gemischt werden.
