TFT LCD или жидкокристаллический дисплей на тонкопленочных транзисторах — это популярная форма технологии отображения, часто используемая в компьютерных мониторах и экранах других распространенных устройств. Этот дисплейный модуль, точнее ЖК-модуль состоит из трех ключевых слоев. Самый глубокий слой, ближайший к задней части устройства, состоит из первого поляризатора, стеклянной подложки, пиксельных электродов и тонкопленочных транзисторов, перечисленных в порядке от самого дальнего к ближайшему к поверхности. Самый поверхностный слой похож на этот слой, так как он также имеет стеклянную подложку, поляризатор и (в некоторых матрицах) электроды; однако порядок этих компонентов перевернут по сравнению с другим слоем (поляризатор находится ближе всего к поверхности), и в этом слое есть цветовой фильтр RGB. Между этими двумя слоями существует слой молекул жидких кристаллов, который переносит заряды и энергию к поверхности TFT LCD. Молекулы кристалла можно выровнять различными способами, чтобы изменить свойства просмотра ЖК-экрана.

В качестве ЖК-устройства с активной матрицей отдельные пиксели TFT LCD состоят из красных, зеленых и синих субпикселей, каждый из которых имеет собственный TFT и электроды под ними. Эти субпиксели управляются индивидуально и активно, отсюда и название «активная матрица»; это обеспечивает более плавное и быстрое время отклика. Активная матрица также позволяет использовать более крупные режимы отображения, которые продолжают поддерживать качество цвета, частоту обновления и разрешение при увеличении соотношения сторон.

Внутри пикселей, составляющих ЖК-дисплей TFT, электроды играют роль в проведении цепи между ними. При нанесении слоев на обе внутренние стороны двух стеклянных подложек электроды вместе с TFT создают электрический путь внутри жидкокристаллического слоя. Существуют также другие варианты размещения электродов, помимо поверхности и задней части устройства, которые изменяют влияние электрического пути между подложками (будет обсуждаться позже в этой статье). Этот путь воздействует на кристаллы через их электрическое поле, что является одной из концепций TFT, ответственной за низкое, сведенное к минимуму энергопотребление TFT, что делает их такими эффективными и привлекательными.

Когда электрическое поле взаимодействует с молекулами жидких кристаллов, молекулы могут выравниваться различными способами, изменяя способ прохождения света от подсветки устройства (находится за самым задним поляризатором) на поверхность. Поскольку ЖК-экраны не могут освещаться сами по себе, для обеспечения освещения, которым затем управляет ЖК-комплекс TFT, необходима задняя подсветка. Жидкие кристаллы поляризуют свет в разной степени, и, следовательно, поверхностный поляризатор пропускает через себя разные уровни света, тем самым контролируя цвет и яркость пикселя.

Хотя существует множество способов выравнивания молекул кристалла, использование для этого скрученного нематика (TN) является одним из самых старых, распространенных и дешевых. варианты ЖК-технологии. Он использует электрическое поле между электродами, расположенными один на поверхностном слое подложки, а другой на заднем слое подложки, для управления жидкими кристаллами.

Когда электрическое поле не влияет на структуру кристаллов, возникает 90 градусов поворота в выравнивании. Этот поворот позволяет свету проходить через слой, поляризуя свет, когда он проходит, а затем проходит через поверхностный поляризатор.

Если приложить электрическое поле, закрутка в кристаллической структуре молекул может быть раскручена, выпрямляя их. Когда это происходит, свет не поляризован и не может пройти через поверхностный поляризатор, отображая черный пиксель. Также можно создать промежуточный вариант полностью освещенного или полностью непрозрачного пикселя; если свет частично поляризован (электрическое поле не полностью выпрямляет ориентацию кристалла), то свет среднего уровня яркости излучается светодиодами подсветки через поляризатор.

Хотя это один из самых дешевых вариантов технологии отображения, у него есть свои проблемы. ЖК-дисплей TN TFT не имеет лучшего времени отклика по сравнению с другими типами и не обеспечивает такого широкого угла обзора, как другие ЖК-дисплеи TFT, использующие другие методы выравнивания. Угол обзора — это направление, в котором можно смотреть на экран до того, как отображаемое изображение не будет правильно видно с точки зрения света и цвета. У дисплеев TN в основном проблемы с вертикальными углами обзора, но они также имеют несколько ограниченные горизонтальные углы. Это ограничение угла обзора TN LCD называется проблемой инверсии шкалы серого.

Как правило, при неидеальном угле обзора качество изображения в целом снижается. Из-за этой проблемы не сохраняются такие вещи, как коэффициент контрастности (соотношение яркостей между самым ярким белым и самым темным черным) и читаемость экрана.

Среди методов выравнивания жидких кристаллов TN является лишь одним из вариантов технологии LCD. Существуют различные другие распространенные способы выравнивания кристаллов для обеспечения широкого угла обзора, такие как многодоменное вертикальное выравнивание или переключение в плоскости. Кроме того, из-за обилия устройств TN также была представлена ​​​​то, что называется O-film, для сопряжения с экранами TN, чтобы пользователям не приходилось покупать совершенно новые устройства.

MVA (многодоменное вертикальное выравнивание) TFT LCD

Проще говоря, этот метод делит ячейку под каждым пикселем на несколько доменов. При разделении молекулы в одной и той же ячейке могут быть ориентированы по-разному, и поэтому, когда пользователи меняют свое представление о дисплее, существуют различные ориентации кристаллов, которые позволяют сохранить свойства дисплея под этими углами, такие как высокая яркость и высокая контрастность. . Это решает проблему так называемого монодоменного вертикального выравнивания.

Хотя MVA в основном похож на TN, у него есть одна примечательная особенность в ячейке, которой нет у клеток TN: стеклянные выступы. Между промежуточными электродами угловые стеклянные выступы переориентируют свет, проходящий внутри слоя, так что, выходя из поверхностного поляризатора, он распространяется во множестве направлений, чтобы удовлетворить потребность в широком угле обзора.

В последних разработках ЖК-дисплеев MVA TFT контрастность, яркость и время отклика повысились по качеству. Коэффициент контрастности 300: 1, когда он был впервые разработан в 1997, было улучшено до 1000:1. Точно так же время отклика, характеризующееся временем нарастания (от черного к белому) и затухания (от белого к черному), достигло самого быстрого времени, которое может обрабатывать человеческий глаз, что демонстрирует пригодность дисплеев на основе MVA для движущихся изображений.

IPS (внутрипанельное переключение) TFT LCD

Другим решением проблемы инверсии шкалы серого, вызванной TN, является IPS LCD . С точки зрения преимуществ IPS он довольно похож на MVA. Но конструктивно, вместо того, чтобы иметь поверхностный и задний электроды, IPS размещает оба электрода на задней подложке. Затем это заставляет молекулы, когда электрическое поле включено, менять ориентацию, известную как переключение плоскостей, и выравниваться параллельно подложкам, а не перпендикулярно, как в устройствах TN. В этом случае необходима более яркая подсветка, так как свету потребуется больше энергии для получения той же яркости дисплея, которую TN может обеспечить с меньшим количеством света от источника.

При таком типе юстировки углы обзора сохранялись в гораздо более широких направлениях по сравнению с TN. В последнее время дисплеи IPS имеют улучшенные качества, такие как время отклика, что делает экраны IPS более привлекательными для потребителей. Однако этот тип ЖК-дисплея TFT, как правило, будет стоить дороже, чем устройства TN.

TN, O-Film, MVA, IPS TFT LCD

Несмотря на то, что TN TFT LCD имеет наименьшую стоимость, это не просто так. O-пленки, MVA и ЖК-дисплеи IPS TFT имеют более высокую стоимость из-за их более сложных технологий, которые улучшают угол обзора для сохранения разрешения и общего качества отображения.

O-пленка уникальна тем, что вместо изменения технологии выравнивания жидких кристаллов и при относительно низкой стоимости она может заменить поверхностный поляризатор устройства TN на специальную пленку для расширения угла обзора. Поскольку он сочетается с TN, он может лишь немного улучшить угол обзора.

IPS обладает наибольшим потенциалом для улучшения угла обзора, достигая более высоких возможных углов, чем все другие варианты. Однако с IPS энергопотребление выше, чем у обычного устройства TN, из-за необходимости более яркой подсветки в этом устройстве.

МВА близок, лишь немного меньше, к IPS TFT LCD по углу. Однако, как было сказано ранее, у него гораздо более быстрое время отклика.

Все эти технологии являются жизнеспособными вариантами в зависимости от желаний потребителя и диапазона цен. ЖК-дисплеи MVA и IPS TFT, как правило, более практичны для потребительских товаров, таких как ЖК-мониторы и экраны телефонов, в то время как ЖК-дисплеи TN и O-film могут использоваться в промышленных приложениях.