Qu'est-ce qu'un écran LCD TFT ?
A TFT LCD , ou un écran à cristaux liquides à transistors à couches minces, est l'une des formes de technologie d'affichage à la croissance la plus rapide aujourd'hui. Le transistor à couche mince (TFT) est un type de dispositif semi-conducteur utilisé dans la technologie d'affichage pour améliorer l'efficacité, la compacité et le coût du produit. En conjonction avec ses propriétés semi-conductrices, l'écran LCD TFT est un écran à matrice active, contrôlant les pixels individuellement et activement plutôt que passivement, renforçant les avantages de ce dispositif semi-conducteur.
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Depuis associé à la technologie des écrans plats, notamment les écrans à cristaux liquides (LCD), Les écrans TFT ont grandi très populaire pour les écrans d'affichage et les moniteurs LCD comme les écrans d'ordinateur et les smartphones. Avec ce développement, le tube cathodique, autrement connu sous le nom de tube cathodique, a commencé à tomber dans le passé alors que l'écran LCD plus léger et moins encombrant a pris le relais dans le domaine des écrans. Les écrans modernes haute résolution et de qualité utilisent principalement la technologie TFT dans les écrans LCD.
Structure de l'écran LCD TFT
L'écran LCD TFT est construit avec trois couches clés. Deux couches de prise en sandwich sont constituées de substrats de verre, bien que l'une comprenne des TFT tandis que l'autre a un filtre de couleur RVB ou rouge vert bleu. La couche entre les couches de verre est une couche de cristaux liquides.
Fig. 1: Un diagramme visuel des différentes couches et composants utilisés dans un écran LCD TFT.
La Couche de substrat en verre TFT est la couche la plus profonde ou la plus en arrière du circuit imprimé d'un appareil. Il est composé de silicium amorphe, un type de silicium à structure non cristalline. Ce silicium est ensuite déposé sur le substrat verrier lui-même. Les TFT de cette couche sont appariés individuellement à chaque sous-pixel (voir Architecture d'un pixel TFT ci-dessous) de l'autre couche de substrat du dispositif et contrôler la quantité de tension appliquée à leurs sous-pixels respectifs. Cette couche comporte également des électrodes de pixels entre le substrat et la couche de cristaux liquides. Les électrodes sont des conducteurs qui acheminent l'électricité vers ou hors de quelque chose, dans ce cas, des pixels.
Au niveau de la surface se trouve l'autre substrat de verre. Juste en dessous de ce substrat de verre se trouve l'endroit où résident les pixels et les sous-pixels réels, formant le filtre de couleur RVB. Afin de contrecarrer les électrodes de la couche mentionnée précédemment, cette couche superficielle comporte des contre-électrodes (ou communes) du côté le plus proche des cristaux liquides qui ferment le circuit qui circule entre les deux couches. Dans ces deux couches de substrat, les électrodes sont le plus souvent en oxyde d'indium et d'étain (ITO) car elles permettent une transparence et ont de bonnes propriétés conductrices.
Les côtés extérieurs des substrats de verre (les plus proches de la surface ou les plus proches du dos) comportent des couches filtrantes appelées polariseurs. Ces filtres ne laissent passer que certains faisceaux lumineux s'ils sont polarisés de manière spécifique, c'est-à-dire que les ondes géométriques de la lumière sont adaptées au filtre. Si elle n'est pas correctement polarisée, la lumière ne passe pas à travers le polariseur qui crée un écran LCD opaque.
Entre les deux couches de substrat se trouvent des cristaux liquides. Ensemble, les molécules de cristaux liquides peuvent se comporter comme un liquide en termes de mouvement, mais elles conservent leur structure de cristal. Il existe une variété de formules chimiques disponibles pour une utilisation dans cette couche. En règle générale, les cristaux liquides sont alignés pour positionner les molécules d'une certaine manière afin d'induire des comportements spécifiques de passage de la lumière à travers la polarisation des ondes lumineuses. Pour ce faire, un champ magnétique ou électrique doit être utilisé ; cependant, avec les écrans, pour qu'un champ magnétique soit utilisable, il sera trop fort pour l'écran lui-même, et donc des champs électriques, utilisant une très faible puissance et ne nécessitant aucun courant, sont utilisés.
Avant d'appliquer un champ électrique aux cristaux entre les électrodes, l'alignement des cristaux se fait selon un motif torsadé à 90 degrés, permettant à une lumière correctement polarisée par des cristaux de traverser le polariseur de surface dans le mode « blanc normal » d'un écran. Cet état est causé par des électrodes qui sont volontairement enrobées d'un matériau qui oriente la structure avec cette torsion spécifique.
Cependant, lorsque le champ électrique est appliqué, la torsion est brisée à mesure que les cristaux se redressent, autrement dit réalignement. La lumière qui passe peut toujours traverser le polariseur arrière, mais comme la couche de cristal ne polarise pas les lumières pour traverser le polariseur de surface, la lumière n'est pas transmise à la surface, donc un affichage opaque. Si la tension diminue, seuls certains cristaux se réalignent, laissant passer une quantité partielle de lumière et créant différentes nuances de gris (niveaux de lumière). Cet effet est appelé effet nématique tordu.
Fig. 2: Sur la gauche se trouve la couche de cristal liquide torsadée dans laquelle la lumière polarisée passe librement ; à droite, après que le champ électrique a été chargé dans la couche, réalignant complètement les orientations des molécules de sorte que la lumière ne soit pas polarisée et ne puisse pas traverser le polariseur de surface.
La effet nématique tordu est l'une des options les moins chères pour la technologie LCD, et elle permet également un temps de réponse rapide des pixels. Il y a quand même quelques limites ; la qualité de reproduction des couleurs peut ne pas être excellente et les angles de vision, ou la direction dans laquelle l'écran est regardé, sont plus limités.
Une solution à ces limites a été donnée par la commutation dans le plan (IPS) des cristaux liquides. Plutôt que d'aligner les cristaux perpendiculairement aux électrodes, IPS les aligne de manière parallèle. La lumière est alors plus rationalisée au sein de la matrice. Il y avait des problèmes initiaux comme le temps de réponse lent, mais récemment, ces problèmes ont été pour la plupart résolus, rendant les avantages de meilleurs angles de vision et de reproduction des couleurs supérieurs aux défauts. Il s'agit cependant d'une technologie plus coûteuse que les dispositifs nématiques torsadés.
Fig. 3:La rangée du haut caractérise la nature de l'alignement lors de l'utilisation de l'IPS ainsi que la qualité des angles de vision. La rangée du bas montre comment le nématique torsadé est utilisé pour aligner les cristaux et comment les angles de vision en sont affectés.
La lumière qui traverse l'appareil provient du rétroéclairage qui peut éclairer l'arrière ou le côté de l'écran. Parce que l'écran LCD ne produit pas sa propre lumière, il doit utiliser le rétroéclairage dans le Module LCD. Cette source lumineuse se présente le plus souvent sous la forme de diodes électroluminescentes, plus connues sous le nom de LED. Récemment, les LED organiques (OLED) ont également été utilisés. Généralement blanche, cette lumière, si elle est correctement polarisée, traversera le filtre de couleur RVB de la couche de substrat de surface, affichant la couleur signalée par le dispositif TFT.
TFT LCD Conduite
Si vous vous référez au premier paragraphe sous « Évolution des TFT » dans le dernier article, «L'histoire des écrans à transistors à couche mince”, il y aura une explication de base du transistor à effet de champ (FET). Le TFT est une forme de FET, et il suit donc également le principe de conduite des FET. Essentiellement, si une tension est appliquée à la grille d'un TFT, le courant de signal peut être contrôlé ou modifié. Ce courant, appelé tension de commande, sur le panneau LCD à base de TFT circule ensuite de la source au drain et envoie un signal à son sous-pixel, laissant passer la lumière.
Architecture d'un pixel TFT
Dans un LCD, chaque pixel peut être caractérisé par ses trois sous-pixels. Ces trois sous-pixels créent la colorisation RVB de ce pixel global. Ces sous-pixels agissent comme des condensateurs ou des unités de stockage électrique au sein d'un appareil, chacun avec ses propres couches structurelles et fonctionnelles indépendantes, comme décrit précédemment. Avec les trois sous-pixels par pixel, les couleurs de presque toutes sortes peuvent être mélangées à partir de la lumière passant à travers les filtres et le polariseur à différentes luminosités en fonction de l'alignement des cristaux liquides.
