O que é um LCD TFT?
A TFT LCD , ou uma tela de cristal líquido com transistor de filme fino, é uma das formas de tecnologia de tela de crescimento mais rápido hoje. O transistor de película fina (TFT) é um tipo de dispositivo semicondutor usado na tecnologia de exibição para aumentar a eficiência, compactação e custo do produto. Em conjunto com suas propriedades semicondutoras, o LCD TFT é uma tela de matriz ativa, controlando pixels individualmente e ativamente, em vez de passivamente, promovendo os benefícios deste dispositivo semicondutor.
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Desde emparelhado com a tecnologia de tela plana, notadamente telas de cristal líquido (LCD), As telas TFT cresceram amplamente em popularidade para telas e monitores LCD, como monitores de computador e smartphones. Com este desenvolvimento, o tubo de raios catódicos, também conhecido como CRT, começou a cair no passado à medida que o LCD mais leve e menos volumoso assumiu o domínio dos monitores. Os monitores modernos de alta resolução e qualidade usam principalmente a tecnologia TFT nos LCDs.
Estrutura do LCD TFT
O LCD TFT é construído com três camadas principais. Duas camadas de sanduíche consistem em substratos de vidro, embora uma inclua TFTs, enquanto a outra tem um filtro de cor RGB, ou vermelho verde azul. A camada entre as camadas de vidro é uma camada de cristal líquido.
Fig. 1: Um diagrama visual das diferentes camadas e componentes usados em um display TFT LCD.
A camada de substrato de vidro TFT é a camada mais profunda ou mais atrás da placa de circuito de um dispositivo. É feito de silício amorfo, um tipo de silício com estrutura não cristalina. Este silício é então depositado no próprio substrato de vidro. Os TFTs nesta camada são pareados individualmente para cada sub-pixel (consulte Arquitetura de um Pixel TFT abaixo) da outra camada de substrato do dispositivo e controlar a quantidade de tensão aplicada aos seus respectivos subpixels. Esta camada também possui eletrodos de pixel entre o substrato e a camada de cristal líquido. Os eletrodos são condutores que canalizam eletricidade para dentro ou para fora de algo, neste caso, pixels.
No nível da superfície está o outro substrato de vidro. Logo abaixo desse substrato de vidro é onde residem os pixels e subpixels reais, formando o filtro de cor RGB. Para neutralizar os eletrodos da camada mencionada anteriormente, esta camada superficial possui contra-eletrodos (ou comuns) no lado mais próximo dos cristais líquidos que fecham o circuito que viaja entre as duas camadas. Em ambas as camadas de substrato, os eletrodos são mais frequentemente feitos de óxido de índio e estanho (ITO) porque permitem transparência e têm boas propriedades condutoras.
Os lados externos dos substratos de vidro (mais próximos da superfície ou mais próximos da parte de trás) possuem camadas de filtro chamadas polarizadores. Esses filtros permitem que apenas certos feixes de luz passem se forem polarizados de uma maneira específica, o que significa que as ondas geométricas da luz são apropriadas para o filtro. Se não polarizada corretamente, a luz não passa pelo polarizador, o que cria uma tela LCD opaca.
Entre as duas camadas de substrato encontram-se cristais líquidos. Juntas, as moléculas de cristal líquido podem se comportar como um líquido em termos de movimento, mas mantém sua estrutura como um cristal. Há uma variedade de fórmulas químicas disponíveis para uso nesta camada. Normalmente, os cristais líquidos são alinhados para posicionar as moléculas de uma determinada maneira para induzir comportamentos específicos de passagem de luz através da polarização das ondas de luz. Para fazer isso, um campo magnético ou elétrico deve ser usado; no entanto, com monitores, para que um campo magnético seja utilizável, ele será muito forte para o próprio monitor e, portanto, campos elétricos, usando energia muito baixa e não requerem corrente, são usados.
Antes de aplicar um campo elétrico aos cristais entre os eletrodos, o alinhamento dos cristais está em um padrão de torção de 90 graus, permitindo que uma luz polarizada corretamente passe pelo polarizador de superfície no modo “branco normal” de uma tela. Este estado é causado por eletrodos que são propositadamente revestidos em um material que orienta a estrutura com essa torção específica.
No entanto, quando o campo elétrico é aplicado, a torção é quebrada à medida que os cristais se endireitam, também conhecido como realinhamento. A luz que passa ainda pode passar pelo polarizador traseiro, mas como a camada de cristal não polariza as luzes para passar pelo polarizador de superfície, a luz não é transmitida para a superfície, resultando em uma tela opaca. Se a voltagem for diminuída, apenas alguns cristais se realinharão, permitindo a passagem de uma quantidade parcial de luz e criando diferentes tons de cinza (níveis de luz). Este efeito é chamado de efeito nemático torcido.
Fig. 2: À esquerda está a camada de cristal líquido retorcido na qual a luz polarizada passa livremente; à direita é depois que o campo elétrico é carregado na camada, realinhando completamente as orientações das moléculas para que a luz não seja polarizada e não possa passar pelo polarizador de superfície.
A efeito nemático torcido é uma das opções mais baratas para a tecnologia LCD e também permite um tempo de resposta de pixel rápido. Ainda existem alguns limites, no entanto; A qualidade da reprodução de cores pode não ser ótima e os ângulos de visão ou a direção para a qual a tela é vista são mais limitados.
Uma solução para esses limites foi dada por meio de comutação no plano (IPS) dos cristais líquidos. Em vez de alinhar os cristais perpendicularmente aos eletrodos, o IPS os alinha de maneira paralela. A luz é então mais simplificada dentro da matriz. Houve problemas iniciais como tempo de resposta lento, mas recentemente, esses problemas foram resolvidos em sua maioria, tornando os benefícios de melhores ângulos de visão e reprodução de cores maiores do que as falhas. É, no entanto, uma tecnologia mais cara do que os dispositivos nemáticos torcidos.
Fig. 3:A linha superior caracteriza a natureza do alinhamento no uso do IPS, bem como a qualidade dos ângulos de visão. A linha inferior mostra como o nemático torcido é usado para alinhar os cristais e como os ângulos de visão são afetados por ele.
A luz que passa pelo dispositivo é proveniente da luz de fundo, que pode iluminar a parte traseira ou lateral da tela. Como o LCD não produz sua própria luz, ele precisa usar a luz de fundo no Módulo LCD. Essa fonte de luz geralmente vem na forma de diodos emissores de luz, mais conhecidos como LEDs. Recentemente, LEDs orgânicos (OLED) também entraram em uso. Normalmente branca, esta luz, se polarizada corretamente, passará pelo filtro de cor RGB da camada de substrato de superfície, exibindo a cor sinalizada pelo dispositivo TFT.
Condução TFT LCD
Se você se referir ao primeiro parágrafo em “Evolução dos TFTs” no último artigo, “A história das telas de transistores de filme fino”, haverá uma explicação básica do transistor de efeito de campo (FET). O TFT é uma forma de FET e, portanto, também segue o princípio de condução dos FETs. Essencialmente, se uma tensão for aplicada à porta de um TFT, a corrente do sinal pode ser controlada ou alterada. Essa corrente, chamada tensão de condução, no painel LCD baseado em TFT flui da fonte para o dreno e lança um sinal para seu subpixel, permitindo que a luz passe.
Arquitetura de um Pixel TFT
Dentro de um LCD, cada pixel pode ser caracterizado por seus três subpixels. Esses três subpixels criam a colorização RGB desse pixel geral. Esses subpixels atuam como capacitores ou unidades de armazenamento elétrico dentro de um dispositivo, cada um com suas próprias camadas estruturais e funcionais independentes, conforme descrito anteriormente. Com os três subpixels por pixel, cores de quase qualquer tipo podem ser misturadas a partir da luz que passa pelos filtros e pelo polarizador em diferentes brilhos com base no alinhamento do cristal líquido.
