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Structure d'affichage à cristaux liquides de TFT
Pour une explication plus détaillée de la structure LCD TFT ou des écrans LCD en général, veuillez vous référer à TFT LCD Connaissances de base or Présentation des écrans LCD.
La LCD TFT ou affichage à cristaux liquides à transistors à couches minces, est une forme populaire de technologie d'affichage souvent utilisée dans les écrans d'ordinateur et autres écrans d'appareils courants. Ce module d'affichage, ou plus précisément Module LCD, est composé de trois couches clés. La couche la plus profonde, la plus proche de l'arrière de l'appareil est composée, de la plus éloignée à la plus proche de la surface, du premier polariseur, d'un substrat de verre, d'électrodes de pixels et de TFT. La couche la plus superficielle est similaire à cette couche, car elle possède également un substrat de verre, un polariseur et (dans certaines matrices) des électrodes ; cependant, l'ordre de ces composants est inversé par rapport à l'autre couche (le polariseur est le plus proche de la surface), et il y a un filtre de couleur RVB dans cette couche. Entre ces deux couches, une couche de molécules de cristaux liquides existe et transporte des charges et de l'énergie vers la surface de l'écran LCD TFT. Les molécules de cristal peuvent être alignées de diverses manières pour modifier les propriétés de visualisation de l'écran LCD.
En tant que périphérique LCD à matrice active, les pixels individuels de l'écran LCD TFT se composent de sous-pixels rouges, verts et bleus, chacun avec son propre TFT et ses électrodes en dessous. Ces sous-pixels sont contrôlés individuellement et activement, d'où le nom de matrice active ; cela permet alors un temps de réponse plus fluide et plus rapide. La matrice active permet également des modes d'affichage plus grands qui continuent de maintenir la qualité des couleurs, le taux de rafraîchissement et la résolution lorsque le rapport hauteur/largeur est augmenté.
Au sein des pixels composant l'écran LCD TFT, les électrodes jouent un rôle dans la conduction du circuit entre elles. Si elles sont superposées sur les deux faces internes des deux substrats de verre, les électrodes, ainsi que le TFT, créent un chemin électrique à l'intérieur de la couche de cristaux liquides. Il existe également d'autres emplacements d'électrodes en plus de la surface et de l'arrière de l'appareil qui modifient l'effet de la voie électrique entre les substrats (qui seront discutés plus loin dans cet article). Cette voie a un effet sur les cristaux à travers son champ électrique, qui est l'un des concepts TFT responsables de la consommation d'énergie faible et minimisée des TFT, ce qui les rend si efficaces et attrayants.
Lorsque le champ électrique interagit avec les molécules de cristaux liquides, les molécules peuvent s'aligner de diverses manières, modifiant ainsi la façon dont la lumière passe du rétro-éclairage de l'appareil (qui se trouve derrière le polariseur le plus en arrière) à la surface. Parce que les écrans LCD ne peuvent pas s'éclairer, un rétroéclairage est nécessaire pour fournir un éclairage que le complexe LCD TFT manipule ensuite. Les cristaux liquides polarisent la lumière à différents degrés et, par conséquent, le polariseur de surface fait passer différents niveaux de lumière à travers lui, contrôlant ainsi la couleur et la luminosité du pixel.
LCD TFT de type TN (Twisted Nematic)
Bien qu'il existe une variété de façons d'aligner les molécules de cristal, l'utilisation d'un nématique torsadé (TN) pour le faire est l'une des options les plus anciennes, les plus courantes et les moins chères pour la technologie LCD. Il utilise le champ électrique entre les électrodes organisées avec une sur la couche de substrat de surface et l'autre sur la couche de substrat arrière pour manipuler les cristaux liquides.
Lorsqu'aucun champ électrique n'affecte la structure des cristaux, il y a une torsion de 90 degrés dans l'alignement. Cette torsion permet à la lumière de se déplacer à travers la couche, polarisant la lumière lors de son passage pour ensuite traverser le polariseur de surface.
Si un champ électrique est appliqué, la torsion dans la structure cristalline des molécules peut être déroulée, les redressant. Lorsque cela se produit, la lumière n'est pas polarisée et ne peut pas traverser le polariseur de surface, affichant un pixel noir. Il est également possible de créer un intermédiaire du pixel entièrement éclairé ou entièrement opaque ; si la lumière est partiellement polarisée (le champ électrique ne redresse pas complètement l'alignement du cristal), alors un niveau de luminance moyen de la lumière est émis par les rétroéclairages LED à travers le polariseur.
Bien que ce soit l'une des options les moins chères pour la technologie d'affichage, elle a ses propres problèmes. L'écran LCD TFT TN n'a pas les meilleurs temps de réponse par rapport aux autres types, et il n'offre pas un angle de vision aussi large que les autres écrans LCD TFT utilisant différentes méthodes d'alignement. Un angle de vue est la direction dans laquelle un écran peut être regardé avant que l'image affichée ne puisse être vue correctement en termes de lumière et de couleur. Les écrans TN ont principalement du mal avec les angles de vision verticaux, mais ont également des angles horizontaux quelque peu limités. Cette limite d'angle de vision des écrans LCD TN est appelée problème d'inversion des niveaux de gris.
Il existe plusieurs façons de résoudre le problème d'inversion des niveaux de gris.
Généralement, lorsque l'angle de vue n'est pas idéal, la qualité de l'image dans son ensemble diminue. Des éléments tels que le rapport de contraste (le rapport de luminance entre le blanc le plus brillant et le noir le plus foncé) et la lisibilité de l'écran ne sont pas préservés en raison de ce problème.
Parmi les méthodes d'alignement des cristaux liquides, TN n'est qu'une option pour la technologie LCD. Il existe diverses autres façons courantes d'aligner les cristaux pour un grand angle de vue, telles que l'alignement vertical multi-domaines ou la commutation dans le plan. De plus, en raison de l'abondance d'appareils TN, quelque chose appelé O-film a également été introduit pour s'associer aux écrans TN afin que les utilisateurs n'aient pas à acheter de nouveaux appareils entiers.
LCD TFT MVA (alignement vertical multi-domaines)
En termes simples, cette méthode divise la cellule sous chaque pixel en plusieurs domaines. Avec la division, les molécules d'une même cellule peuvent être orientées différemment, et ainsi, à mesure que les utilisateurs modifient leur vision de l'écran, il existe différents alignements directionnels des cristaux qui permettent de préserver les propriétés d'affichage sur ces angles, telles qu'une luminosité élevée et un contraste élevé. . Cela résout le problème de ce que l'on appelle un alignement vertical mono-domaine.
Bien que principalement similaire au TN, le MVA a une caractéristique notable dans sa cellule que les cellules TN n'ont pas : des saillies en verre. Entre les électrodes en sandwich, des saillies de verre angulaires réorientent la lumière se déplaçant à l'intérieur de la couche de sorte qu'à la sortie du polariseur de surface, elle se déplace dans une multitude de directions pour satisfaire le besoin d'un grand angle de vision.
Dans les développements récents de l'écran LCD TFT MVA, le rapport de contraste, la luminosité et les temps de réponse ont tous augmenté en qualité. Le rapport de contraste, qui était de 300:1 lors de son premier développement en 1997, a été amélioré à 1000:1. De même, le temps de réponse, caractérisé par un temps d'augmentation (du noir au blanc) et de la décroissance (du blanc au noir), a atteint des temps qui sont les plus rapides que les yeux humains peuvent traiter, démontrant la pertinence des affichages MVA pour les images en mouvement.
IPS (commutation dans le panneau) TFT LCD
Une autre solution au problème d'inversion des niveaux de gris causé par TN est le IPS LCD. En termes de prestations de l'IPS, il est assez similaire au MVA. Mais structurellement, plutôt que d'avoir des électrodes de surface et arrière, l'IPS place les deux électrodes sur le substrat arrière. Cela oblige ensuite les molécules, lorsque le champ électrique est activé, à changer d'orientation, appelée commutation de plan, et à s'aligner parallèlement aux substrats plutôt que perpendiculairement comme dans les dispositifs TN. Un rétroéclairage plus lumineux est nécessaire dans ce cas, car la lumière aura besoin de plus de puissance pour produire la même luminosité d'affichage que le TN peut être capable de faire avec moins de lumière de la source.
Avec ce type d'alignement, les angles de vision étaient conservés dans des directions beaucoup plus larges par rapport au TN. Récemment, les écrans IPS ont amélioré des qualités telles que le temps de réponse pour rendre les écrans IPS plus attrayants pour les consommateurs. Cependant, ce type d'écran LCD TFT aura tendance à coûter plus cher que les appareils TN.
TN contre O-Film contre MVA contre IPS TFT LCD
Alors que l'écran LCD TN TFT a le coût le plus bas, c'est pour une raison. Les films O, les MVA et les écrans LCD IPS TFT ont des coûts plus élevés en raison de leurs technologies plus complexes qui améliorent l'angle de vision pour conserver la résolution et la qualité d'affichage générale.
Le film O en particulier est unique car plutôt que de changer la technologie d'alignement des cristaux liquides et pour un coût relativement faible, il peut remplacer le polariseur de surface d'un appareil TN par un film spécial pour élargir l'angle de vision. Parce qu'il est combiné avec TN, il ne peut qu'améliorer légèrement l'angle de vision.
IPS a le plus grand potentiel pour un angle de vision amélioré, atteignant des angles possibles plus élevés que toutes les autres options. Avec IPS, cependant, il y a une consommation d'énergie plus élevée que l'appareil TN ordinaire en raison de la nécessité d'un rétroéclairage plus lumineux dans cet appareil.
Le MVA est proche, à peine moins, de l'IPS TFT LCD en angle. Ce qu'il a, cependant, c'est un temps de réponse beaucoup plus rapide, comme indiqué précédemment.
Toutes ces technologies sont des options viables selon les désirs du consommateur et la gamme de prix. Les écrans LCD TFT MVA et IPS ont tendance à être plus pratiques pour les produits de consommation tels que les moniteurs LCD et les écrans de téléphone, tandis que les écrans LCD à film TN et O peuvent se transformer en applications industrielles. Néanmoins, avec la croissance des écrans LCD IPS et MVA, leurs applications s'élargissent.
AFFS (Commutation de champ de frange avancée) TFT LCD
L'AFFS est similaire à l'IPS dans son concept ; les deux alignent les molécules de cristal de manière parallèle au substrat, améliorant ainsi les angles de vision. Cependant, l'AFFS est plus avancé et peut mieux optimiser la consommation d'énergie. Plus particulièrement, l'AFFS a une transmittance élevée, ce qui signifie que moins d'énergie lumineuse est absorbée dans la couche de cristaux liquides et plus est transmise vers la surface. Les écrans LCD IPS TFT ont généralement des transmittances plus faibles, d'où la nécessité d'un rétroéclairage plus lumineux. Cette différence de transmittance est enracinée dans l'espace de cellule active compact et maximisé de l'AFFS sous chaque pixel.
Depuis 2004, Hydis, qui a développé l'AFFS, a concédé sous licence l'AFFS à la société japonaise Hitachi Displays, où les gens développent des panneaux LCD AFFS compliqués. Hydis a amélioré les propriétés d'affichage telles que la lisibilité de l'écran en extérieur, ce qui le rend encore plus attrayant à utiliser pour son application principale : les écrans de téléphones portables.
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