TFT LCD панели: история и устройство, достоинства и недостатки

ОТКРЫТИЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ

Разработка и производство экранов на основе жидких кристаллов было бы невозможным, если бы не ботаник из Австрии — Рейнитцер (Reinitzer). В конце 1880-х годов Рейнитцер, изучая химические вещества в растениях, обнаружил удивительные свойства холестерина бензоат (cholesteryl benzoate), как оказалось, имевшего две температуры плавления. Твердый образец плавился при температуре 145 градусов Цельсия, образуя мутную жидкость, которая при повышении температуры до 178,5 градусов Цельсия становилась прозрачной. В 1888 году друг Райнитцера — физик Отто Лехманн (Otto Lehmann) завершил исследования, начатые ботаником, проявив интерес к отражающей способности органического вещества — задерживать свет в зависимости от своей температуры, назвав новый материал жидким кристаллом (ЖК).

После замечательного открытия жидких кристаллов прошло примерно 80 лет, прежде чем человечество нашло способы применения удивительных свойств вещества, поскольку бытовое использование осложнялось высокими значениями точек плавления. Только благодаря появлению электричества, открытию новых веществ и всестороннему исследованию свойств электрических полей и особенностей их взаимодействия с различными материалами, в том числе с ЖК, стало возможным конструирование приборов с жидкими кристаллами. Заметим, что ЖК под воздействием электрического тока не изменяют свой цвет, а происходит переориентация молекул жидких кристаллов во внешнем электрическом поле, тем самым, меняя поляризацию светового потока, который в этот момент проходит через слой ЖК, пропуская или задерживая лучи света. Хотя патент на промышленное использование жидких кристаллов был выдан британской компании Marconi еще в 1930 году, но их исследователи так и не смогли внедрить ЖК в производство. Только в конце 1960-х годов на их основе появились на свет первые монохромные жидкокристаллические дисплеи (Liquid Crystal Display или LCD) — цифровые часы, выпущенные компанией RCA (Radio Corporation of America) из города Принстона, штата Нью-Джерси. Громадную роль в усовершенствовании LCD-технологии сыграла, да и до сих пор играет, корпорация Sharp. Именно благодаря ее научным изысканиям в середине 1970-х годов удалось совершить переход от сегментированных LCD-индикаторов к матрицам с адресацией каждого пикселя (точки). В 1976 году Sharp впервые представляет 5,5-дюймовый черно-белый телевизор, в основе которого была ЖК-матрица с разрешением 160*120 пикселей.

Следующим шагом совершенствования технологии стало появление в 1980-х годах STN-элементов с повышенной контрастностью, а, затем, многослойных матриц, безошибочно воспроизводящих цветное изображение. Основными технологиями изготовления LCD на текущий момент являются — TN+film и IPS, а также MVA. Различие между ними состоит в геометрии поверхности, использованном полимере, управляющей пластине и во фронтальном электроде. Особую роль играет чистота и вид полимера, имеющего свойства жидких кристаллов, который используется в конкретном изделии. Цвет каждой точки современного ЖК-дисплея создается благодаря наличию сразу трех ЖК-колбочек, которые расположены последовательно, друг за другом, и отвечают за передачу одного из трех базовых цветов — красного, синего и зеленого. Прозрачность ЖК-колбочки регулируется посредством управляющего транзистора за счет подачи на кристалл напряжения и пропускания через него электрического тока.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ TFT LCD ПАНЕЛИ

LCD TFT — это один из множества видов ЖК-дисплеев, использующих активную матрицу, которая управляется при помощи тонкопленочных транзисторов (Thin Film Transistor или TFT). Применение транзисторов позволило повысить быстродействие, улучшить контрастность и четкость отображаемого изображения на экране дисплея. При этом себестоимость производства готовой продукции очень невысока по сравнению с другими типами LCD-дисплеев, имеющих аналогичные характеристики.

 

Структура LCD TFT панели:

•  С обеих сторон панель обрамляют стеклянные пластины, с нанесенной на них поляризующей пленки, верхний и нижний слои поляризуют свет под углом 90 градусов относительно друг друга. Это делается для того, чтобы лучи света могли беспрепятственно проходить сквозь панель, ведь, жидкие кристаллы имеют скрученную структуру, изменяющую поток света под углом 90 градусов.
•  Выравнивающая пленка наносится на электроды и внутреннюю поверхность стекол. Пленка полируется, чтобы образовать продольные канавки, необходимые для выравнивания молекул полимера, имеющего свойства ЖК. Причем, направления полировки верхнего и нижнего слоев также перпендикулярны относительно друг друга, как и слои поляризаторов. Благодаря этому происходит предварительное скручивание слоев молекул ЖК.
•  Черная матрица
•  Цветовой фильтр
•  Жидкие кристаллы
•  Тонкопленочные транзисторы и конденсатор
•  Общий электрод и электрод дисплея
•  Защитная пленка
•  Заполнитель и уплотнитель

Строение субпикселя LCD TFT панели:

•  Стеклянная подложка
•  Подложка TFT
•  Полимер со свойствами жидких кристаллов
•  Подложка цветового фильтра

Процесс изготовления пикселя современной LCD TFT панели состоит из нескольких этапов, на каждом из которых требуется высокая точность и максимальная степень вакуума. В самом начале при помощи фотолитографии стеклянная подложка снабжается множеством линий, которые необходимы для создания изображений большого количества электродов. На стеклянную подложку TFT наносится такое число тонкопленочных транзисторов, которое строго соответствует количеству субпикселей производимой панели. Цвет каждого субпикселя определяется цветом фильтра. Обе стеклянные пластины герметизируются с помощью эпоксидной смолы. Перед окончательным закупориванием полученная емкость заполняется жидкими кристаллами.

Принцип генерации цвета пикселя заключается в том, что при подаче напряжения на электроды, один из которых находится на подложке TFT, а другой — на подложке цветового фильтра, жидкие кристаллы меняют свое состояние, тем самым, пропуская или задерживая лучи света, которые идут от лампы подсветки, расположенной за LCD TFT панелью.

Для управления субпикселем требуется электрическая схема, состоящая из источника тока, переключателя и конденсатора, эквивалентного по емкости ЖК-веществу. Переключатель включается только в те мгновения, когда необходимо зарядить конденсатор положительным или отрицательным потенциалом. Во избежание изменения напряжения из-за паразитных утечек в течении продолжительного времени, в схеме обычно предусматривается дополнительный конденсатор.

В LCD TFT панели переключателем является тонкопленочный транзистор, затвор которого соединен с цепью сканирования, исток подсоединен к шине данных, а сток выходит на конденсаторы, аккумулирующие потенциал. Подача тока на затвор замыкает цепь между линией данных, передающих информацию об изображении, и конденсатором, который запоминает эти данные. Если отсутствует ток на затворе транзистора, то цепь шина данных-конденсатор разомкнута. Чтобы управлять величиной потока света, достаточно регулировать входное напряжение, которое подается на ЖК из линии данных.

ВИДЫ TFT LCD ПАНЕЛЕЙ

Разновидность данных матриц определяется технологией изготовления субпикселей. Наиболее выгодным с точки зрения цены и качества получаемых изделий считается лазерный отжиг, во время которого нагревается и расплавляется аморфный кремний, содержащий минимальное количество водорода. Аморфный кремний, остывая, превращается в поликристаллическую пленку. Применение различных технологий приводит к проявлению тех или иных особенностей, которые влияют на характеристики ЖК: 

•  Степень подвижности электронов в тонкопленочных транзисторах. Чем она выше, тем меньшим можно сделать сам транзистор и всю схему контроллера субпикселя.
•  Полезную площадь субпикселя. Большие размеры увеличивают яркость свечения пикселя.
•  Надежность изделия и стоимость производства. Если в одном цикле прямо на подложке ЖК внедрять интегральные схемы строчных и столбцовых драйверов, то уменьшится не только количество внешних контактов, но и размеры подложки TFT.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ TFT LCD ПАНЕЛЕЙ

Разрешение дисплея определяется в пикселях и отражает горизонтальный и вертикальный размер матрицы. Каждая панель производится под определенное значение, а иные разрешения получаются путем интерполяции.

Размер пикселя или точки выражено в расстоянии между центрами соседствующих пикселей.

Пропорциональный формат или отношение сторон экрана дисплея, а, именно, ширины к высоте.

Диагональ видимой области дисплея сообщает о размере панели, но не об эффективной площади, потому что на площадь большое влияние оказывает пропорциональный формат.

Контрастность характеризуется отношением яркости самой темной и светлой точки.

Яркость сообщает о количестве света, которое излучается дисплеем.

Время отклика — это наименьший интервал времени, в течение которого пиксель меняет свою яркость. 

Угол обзора представляет собой угол, при котором контраст падает до определенного значения.

Вид матрицы или технология изготовления ЖК-панели.

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ TFT LCD ПАНЕЛЕЙ

Компактность и легкость, плоский экран и отсутствие мерцания, минимальное электромагнитное излучение и безопасность для окружающей среды — главные преимущества ЖК-дисплеев. Кроме того, они потребляют в разы меньше электроэнергии, чем, например, ЭЛТ-мониторы. Цифровые данные, которыми обмениваются между собой компьютер и ЖК-панель, исключают появление помех и искажений при передаче.

Основным недостатком ЖК-матриц можно назвать фиксированное разрешение, под которое они изготовлены. При интерполяции иных значений неминуемо ухудшается качество изображения. Конечно, нельзя забывать и о большей степени деградации ЖК-панелей в сравнении с теми же ЭЛТ-мониторами.

СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ TFT LCD ПАНЕЛЕЙ

Спектр устройств, где применяется данный вид панелей, растет день ото дня: мониторы и телевизоры, телефоны и фотоаппараты, навигаторы и электронные книги, переводчики, часы и калькуляторы, портативные мультимедиа-проигрыватели и этот список можно продолжать до бесконечности.

НЕИСПРАВНОСТИ TFT LCD ПАНЕЛЕЙ

Во-первых, допускается наличие битых пикселей, когда в интегральной схеме трех субпикселей имеется производственный брак и неисправен транзистор, конденсатор или электрический проводник. Такой дефект нельзя исправить и матрица подлежит замене.

Во-вторых, в процессе эксплуатации выходят из строя разные модули дисплея. В зависимости от поломки и ожидаемой стоимости предстоящего ремонта можно сделать вывод о целесообразности ее устранения. Если неисправен блок питания или первичные цепи, то такой ремонт недорогой. Однако, если вина за лампами подсветки и их блоком управления, то возвращение к жизни ЖК-монитора будет стоить Вам дорого.

Сервисный центр компании "КОПИЯ" осуществляет качественный ремонт практически всех моделей TFT LCD дисплеев. Опытные высококвалифицированные инженеры бесплатно проведут диагностику Вашего монитора. При необходимости мы сами можем доставить Ваш монитор в наш сервисный центр.

Избегайте непрофессионального вмешательства в начинку Вашего любимца, при первых признаках неисправности сразу обращайтесь к специалистам, в надежный и проверенный сервисный центр, тогда ремонт будет недорогим и монитор прослужит гораздо дольше.

В ниже приведенной форме обратной связи Вы можете легко с нами связаться, оформить заказ на ремонт Вашего LCD TFT-монитора или просто проконсультироваться.