تقنية LCD الترانزستور

هيكل TFT-LCD. تتكون شاشات الكريستال السائل ذات الترانزستور ذو الأغشية الرقيقة من ثلاثة مكونات أساسية: شاشة العرض والإضاءة الخلفية ودائرة القيادة.

تشتمل شاشة العرض TFT-LCD على ركيزة زجاجية مصفوفة وفيلم مرشح ملون ومواد بلورية سائلة. عملية إعداد الركيزة الزجاجية للمصفوفة هي: استخدام ثلاثة أقنعة للطباعة الحجرية الضوئية، أولاً قم بإيداع فيلم ITO بشكل مستمر (سمك 20 ~ 50 نانومتر) وفيلم Cr (سمك 50 ~ 100 نانومتر) على الركيزة الزجاجية، وأنماط الطباعة الحجرية الضوئية، ثم قم بإيداع فيلم البوابة العازلة بشكل مستمر SiN : (سمك حوالي 400 نانومتر)، ثم الجوهري a-Si (سمك 50 ~ 100 نانومتر) م) و يتم استخدام طبقة n+a-Si، ونمط الطباعة الحجرية الضوئية (الطريقة الجافة) لترسيب فيلم Al، والطباعة الحجرية الضوئية لقطب مصدر التصريف، وأخيرًا، باستخدام قطب مصدر التصريف كقناع، والنقش الذاتي الانحياز لـ Cr فيلم و TFT على فيلم القطب البكسل n + a-Si بين المصدر والصرف. هذه هي عملية التصنيع البسيطة للهيكل المتدرج العكسي TFT. والخطوة التالية هي تطبيق طبقة محاذاة بوليميد على الركيزة الزجاجية وفركها بفانيلا في اتجاه معين لتشكيل قنوات دقيقة في نفس الاتجاه على سطح طبقة المحاذاة للتحكم في محاذاة جزيئات الكريستال السائل. بشرط أن تكون اتجاهات الأخدود لأخاديد الاتجاه العلوي والسفلي للركائز الزجاجية متعامدة، يتم إغلاق الركائز الزجاجية في صندوق. عادة ما تكون الفجوة بين الصناديق بضعة ميكرونات فقط (مثل 10 ميكرومتر)، ثم يتم إخلاء مادة الكريستال السائل وملؤها.

يُشار إلى مرشح الألوان (مرشح الألوان) باسم CF. تستخدم شاشة العرض الملونة TFT-LCD في الواقع الضوء الذي يمر عبر ركيزة المصفوفة لإضاءة الفيلم الملون، ويمكن لشاشة العرض عرض الألوان. يمكن صنع فيلم مرشح اللون (مثل السيلوفان الملون) أعلى القطب الشفاف (بين القطب الشفاف وطبقة الكريستال السائل)، أو تحت القطب الشفاف (بين القطب الشفاف والزجاج)، مع الجزء العلوي والسفلي ركائز زجاجية وCF دقة محاذاة الفيلم عالية جدًا، الأمر الذي يتطلب محاذاة المصفوفة السوداء والبيضاء لفيلم CF تمامًا مع حافة قطب البكسل ITO. يتم تثبيت فيلم CF على سطح الخلية البلورية السائلة، ومن ثم يتم وضع الخلية البلورية السائلة بين مستقطبين عديمي اللون. يمكن وصف مبدأ عرض الألوان بإيجاز على النحو التالي: قم بتقسيم بكسل شاشة TFT-LCD إلى ثلاثة ألوان أساسية هي الأحمر والأخضر والأزرق (R، G، B)، وتتوافق مع RGB لفيلم CF. تتحكم شاشة LCD التي تعمل كصمام ضوئي في نقل الضوء. تتم موازنة الألوان الثلاثة للضوء لفيلم CF وتعديلها للحصول على اللون المطلوب. إذا تسرب الضوء الساقط الذي يمر عبر غشاء CF، فسيؤثر على تباين شاشة TFT-LCD، لذلك يجب تثبيت مصفوفة سوداء واقية من الضوء (Black Matrix)، يشار إليها باسم BM، عند الفجوة. من أجل الاستقرار والنعومة، يتم استخدام راتنجات الأكريليك وراتنجات الإيبوكسي لصنع طبقة واقية (oe cota) بسماكة تتراوح من 0.5 إلى 2 ميكرومتر، يشار إليها بـ OC. ثم يتم تشكيل قطب كهربائي مشترك، وهو فيلم قطب كهربائي شفاف، على هذه الطبقة الواقية. عادة ما تكون طبقة BM مصنوعة من الكروم المعدني (Cr). من أجل تقليل انعكاس السطح، يتم استخدام أكسيد الكروم (CrOx) أو الراتنج أيضًا. يبلغ سمك الكروم المعدني حوالي 1000 إلى 1500 أنجستروم، ويتم تلوينه بالراتنج أو الصبغة أو الصباغ كطبقة ملونة. يختلف نمط التلوين لكل بكسل حسب الغرض من شاشة TFT-LCD. على سبيل المثال، يمكن ترتيبه في شرائح، فسيفساء، مثلثات، إلخ. يتم التعبير عن خصائص فيلم CF في النفاذية، ونقاء اللون، والتباين والانعكاس المنخفض، وبالتالي فإن متطلبات فيلم CF هي: النفاذية العالية ونقاء اللون؛ تباين عالي وتسطيح، وانعكاس منتشر منخفض للغاية.

مادة الكريستال السائل. وفقا لإحصائيات غير كاملة، هناك أكثر من 10000 نوع من مركبات البوليمر التي يمكن استخدامها كمواد بلورية سائلة. عادة ما يكون من الصعب استخدام نوع من مادة الكريستال السائل لتلبية المؤشرات الفنية الرئيسية مثل نطاق درجة الحرارة، ومعامل المرونة، وثابت العزل الكهربائي، وتباين معامل الانكسار، واللزوجة التي يتطلبها الجهاز. في الهندسة، يجب استخدام البلورات السائلة المختلطة لتعديل الخواص الفيزيائية. يمكن تقسيم المواد البلورية السائلة التمثيلية شائعة الاستخدام إلى ثلاث فئات رئيسية وفقًا لاتجاهات الترتيب الجزيئي المختلفة: إحداها هي البلورات السائلة الخيطية. في هذه المادة البلورية السائلة، تكون المحاور الطويلة للجزيئات متوازية، ولا يمكن للجزيئات أن تدور وتنزلق فحسب، بل تتحرك أيضًا لأعلى ولأسفل؛ والثاني هو البلورة السائلة الكولسترولية. في هذا النوع من المواد البلورية السائلة، يتم توجيه الجزيئات على مستويات مختلفة. على نفس المستوى، يكون المحور الطويل للجزيئات موازيًا لمخرج كل مستوى، ويلتف طبقة بعد طبقة لإظهار تغير حلزوني؛ والثالث هو الكريستال السائل القريب الطور.

يحتوي هذا النوع من المواد البلورية السائلة على جزيئات مرتبة في شكل طبقات. تكون المحاور الطويلة للجزيئات في كل طبقة متوازية ويمكن أن تتحرك بالتوازي مع بعضها البعض، لكن الجزيئات لا يمكنها الانزلاق بحرية بين الطبقات. الخصائص الرئيسية للمواد البلورية السائلة هي: أنها تمتلك بنية جزيئية رفيعة، وتختلف طبقتها الموصلية الكهربائية، وثابت العزل الكهربائي، ومعامل الانكسار في اتجاهين متعامدين ومتوازيين مع المخرج الجزيئي، وتختلف باختلاف الظروف الخارجية مثل درجة الحرارة و تردد القيادة. يتغير. بالإضافة إلى ذلك، فإن تباين معامل الانكسار كبير، ويمكن جعل الخلية البلورية السائلة أرق مع إنتاج نفس التأثير البصري. يمكن لقوة المجال الكهربائي بنفس الجهد تسريع سرعة استجابة الخلية البلورية السائلة.

الإضاءة الخلفية TFT-LCD. الكريستال السائل نفسه لا ينبعث منه ضوء، ويجب تطبيق الإضاءة الخارجية. تسمى هذه الإضاءة الخارجية بالإضاءة الخلفية. يمكن تقسيم الإضاءة الخلفية لشاشة LCD تقريبًا إلى ثلاثة أنواع: نوع الحافة، والنوع المباشر، والنوع ذاتي الإضاءة وفقًا للموضع النسبي لسطح شاشة الكريستال السائل ومصدر الضوء. المصابيح المتوهجة ومصابيح الهالوجين الأبيض هي مصادر ضوء نقطية، ومصابيح الفلورسنت (الكاثودات الساخنة والكاثودات الباردة) هي مصادر ضوء خطية، والتألق الكهربائي (EL) والثنائيات الباعثة للضوء هي مصادر للضوء السطحي. مصابيح الحافة الخلفية عبارة عن مصابيح فلورسنت تعمل على تجميع مصادر الضوء الخطية على جوانب منطقة العرض. من أجل ضمان توحيد السطوع في منطقة العرض، تعتمد الإضاءة الخلفية من نوع الحافة مقاييس تجميع الضوء وتوجيه الضوء. تهدف مجموعة الضوء إلى جعل الضوء الساقط ينبعث بشكل فعال من جانب واحد، ويعكس دليل الضوء الضوء المنبعث من المجموعة لجعله مصدر ضوء مستو؛ الإضاءة الخلفية المباشرة تقع مباشرة أسفل منطقة العرض، ومجهزة بواحد أو عدة مصابيح كاثود باردة جنبًا إلى جنب ومجهزة بألواح مبعثرة منتشرة أعلى مصابيح الكاثود البارد لإزالة البقع التي تسببها مصابيح الكاثود الباردة؛ تم تجهيز الإضاءة الخلفية ذاتية الإضاءة بلوحة مضيئة كهربائيًا أسفل منطقة العرض. التلألؤ الكهربائي هو تلألؤ سطحي، يمكن أن ينبعث الضوء بشكل موحد على السطح بأكمله دون بقع. ألوان التألق هي الأخضر والأزرق والأبيض، ويتراوح السطوع من 30 إلى 100 شمعة في المتر المربع. اتجاه تطوير الإضاءة الخلفية TFT-LCD هو: شاشة كبيرة، وسطوع عالي، وزاوية عرض واسعة، ونحافة، وخفيفة الوزن، واستهلاك منخفض للطاقة، وسعر منخفض. .

دائرة محرك TFT-LCD. من أجل عرض رسومات عشوائية، يستخدم TFT-LCD شاشة عرض مصفوفة المسح التدريجي مع ترتيب نقاط m×n. عند تصميم دائرة القيادة، يجب علينا أولاً أن نأخذ في الاعتبار أن التحليل الكهربائي البلوري السائل سوف يتسبب في تدهور مادة البلورة السائلة. لضمان طول العمر، يتم استخدام محرك التيار المتردد بشكل عام. تتضمن أوضاع القيادة التي تم تشكيلها ما يلي: وضع اختيار الجهد، ووضع المنحدر، ووضع DAC، والوضع التناظري، وما إلى ذلك. نظرًا لأن TFT-LCD يستخدم بشكل أساسي في أجهزة الكمبيوتر المحمولة، فإن دائرة القيادة تنقسم تقريبًا إلى: دائرة التحكم في الإشارة، ودائرة الطاقة، دائرة الجهد ذات المقياس الرمادي، دائرة محرك القطب المشترك، دائرة محرك خط البيانات ودائرة محرك خط العنونة (محرك البوابة IC).

الوظائف الرئيسية لدائرة القيادة المذكورة أعلاه هي: توفر دائرة التحكم في الإشارة الإشارات الرقمية وإشارات التحكم وإشارات الساعة إلى IC الرقمي، وتوفر إشارات التحكم وإشارات الساعة إلى محرك البوابة IC؛ تقوم دائرة الطاقة بتزويد جهد الطاقة المطلوب إلى الدائرة المتكاملة الرقمية وبوابة القيادة IC؛ توفر دائرة الجهد الرمادي الفولتية الرمادية العشرة الناتجة عن دائرة القيادة الرقمية إلى برنامج تشغيل البيانات على التوالي؛ مشترك تقوم دائرة قيادة القطب الكهربائي بتزويد الجهد المشترك للقطب المشترك بالنسبة إلى قطب البكسل الكهربائي؛ تقوم دائرة قيادة خط البيانات بإغلاق كل بيانات عرض 6 بت وإشارة الساعة لإشارة RGB المرسلة من دائرة التحكم في الإشارة في تسلسل توقيت وتستمر في ذلك داخليًا، ثم يتم تحويل بيانات العرض هذه إلى إشارة تناظرية بواسطة 6 بت محول DA، ثم يتم تحويله إلى مقاومة بواسطة دائرة الإخراج ويتم توفيره لخط البيانات لشاشة LCD؛ تقوم دائرة تشغيل البوابة بتحويل إشارة الساعة من دائرة التحكم في الإشارة إلى جهد التشغيل/الإيقاف لدائرة الخرج من خلال إجراء تحويل سجل التحول، ثم تطبقها على شاشة LCD بالتسلسل. أخيرًا، يتم تجميع دائرة القيادة على TAB (لوحة دائرة مرنة للحام أوتوماتيكي) وتوصيلها بشاشة LCD باستخدام ACF (فيلم لاصق موصل متباين الخواص) وTCP (شريط مرن لدائرة القيادة).

مبدأ عمل TFT-LCD. أولاً، تم تقديم مبدأ العرض. يعتمد مبدأ شاشة الكريستال السائل على خاصية أن نفاذية الضوء للبلورة السائلة تتغير مع حجم الجهد المطبق عليها. عندما يمر الضوء عبر المستقطب العلوي، يصبح ضوءًا مستقطبًا خطيًا. يتوافق اتجاه الاستقطاب مع اتجاه اهتزاز المستقطب، ويتوافق مع ترتيب ترتيب جزيئات الكريستال السائل على الركائز الزجاجية العلوية والسفلية. عندما يمر الضوء عبر طبقة الكريستال السائل، يتحلل الضوء المستقطب خطيًا إلى شعاعين من الضوء بسبب الانكسار بواسطة البلورة السائلة. ولأن شعاعي الضوء ينتشران بسرعات مختلفة (مع نفس الطور)، فعندما يتم دمج شعاعي الضوء، فإن اتجاه اهتزاز الضوء المهتز سيتغير حتماً. يتشوه الضوء الذي يمر عبر طبقة الكريستال السائل تدريجياً. عندما يصل الضوء إلى المستقطب السفلي، فإن اتجاه اهتزاز المحور البصري يلتوي بمقدار 90 درجة ويظل متسقًا مع اتجاه اهتزاز المستقطب السفلي. وبهذه الطريقة، يمر الضوء عبر المستقطب السفلي ليشكل مجالًا ساطعًا. بعد تطبيق الجهد، يتم توجيه البلورة السائلة تحت تأثير المجال الكهربائي ويختفي التشويه. في هذا الوقت، لم يعد الضوء المستقطب خطيًا الذي يمر عبر المستقطب العلوي يدور في الطبقة البلورية السائلة ولا يمكنه المرور عبر المستقطب السفلي ليشكل حقلًا مظلمًا. يمكن ملاحظة أن البلورة السائلة نفسها لا تنبعث منها ضوء ويمكن عرضها تحت تعديل مصدر ضوء خارجي. أثناء عملية العرض بأكملها، تعمل البلورة السائلة كصمام ضوئي يتم التحكم فيه بالجهد. يمكن وصف مبدأ عمل TFT-LCD باختصار على النحو التالي: عندما يكون الجهد الأمامي للبوابة أكبر من الجهد المطبق، يتم تشغيل قطب مصدر التصريف، وعندما يكون الجهد الأمامي للبوابة مساويًا لـ 0 أو جهدًا سالبًا، يتم تشغيل التصريف - يتم إيقاف تشغيل القطب الكهربائي المصدر. يتم توصيل قطب التصريف بقطب البكسل ITO، ويتم توصيل قطب المصدر بخط المصدر (قطب العمود)، ويتم توصيل قطب البوابة بخط البوابة (قطب الصف). هذا هو مبدأ العمل البسيط لـ TFT-LCD.

التقنيات الرئيسية لشاشات TFT-LCD. هناك العديد من التقنيات الرئيسية ل تفت-إل سي دي، بما في ذلك بشكل رئيسي الجوانب الرئيسية التالية:

الأول هو تحسين تكنولوجيا معدل الافتتاح. تشير نسبة الفتحة إلى نسبة الجزء الذي ينقل الضوء والجزء المعتم من شاشة TFT-LCD. كلما زادت نسبة الفتحة، زاد السطوع. العوامل الرئيسية التي تؤثر على نسبة الفتحة هي عرض ناقل البوابة والمصدر، وحجم TFT، ودقة محاذاة صندوق الركيزة العلوي والسفلي، وحجم مكثف التخزين، وحجم المصفوفة السوداء، وما إلى ذلك. ومن أجل تحسين نسبة الفتحة، فإن الطريقة المعتمدة هي جعل كل من المصفوفة بالأبيض والأسود ومرشح الألوان على الركيزة TFT. تتجنب هذه الطريقة انخفاض نسبة الفتحة الناتج عن دقة محاذاة الصندوق، لكن الناتج ليس مرتفعًا جدًا وستزداد التكلفة وفقًا لذلك. والآخر هو ناقل البوابة المصدر، والذي يستخدم تكنولوجيا التصنيع الدقيق للدوائر المتكاملة. في التسعينيات، تم تصنيع مصفوفة TFT بشكل دقيق إلى حوالي 10 ميكرومتر، مع معدل فتحة يبلغ 35%. عندما وصلت المعالجة الدقيقة إلى 5 ميكرومتر، كان معدل الفتحة 80%. والثالث هو استخدام تكنولوجيا الطباعة الحجرية ذاتية الانحياز.

والغرض الرئيسي هو القضاء على السعة الطفيلية التي شكلتها تداخل البوابة والمصدر والصرف. باستخدام تقنية الطباعة الحجرية الضوئية ذاتية الانحياز، يتم استخدام قطب البوابة كقناع للحفر الضوئي n+a-Si وأقطاب المصدر والصرف لتقليل التداخل بين أقطاب البوابة والمصدر. الخطوة الأخيرة هي تحسين البوابة والمواد المصدرية. من أجل زيادة نسبة الفتحة، يجب أن يظل عرض الناقل صغيرًا قدر الإمكان، ولكن يجب مراعاة مشكلة انخفاض التباين بسبب مقاومة الناقل المفرطة، وتأخير إشارة الإدخال، وعدم كفاية القيادة. عادة، يتم تغليف معدن Cr أو MoTa بـ Al، بحيث يمكن الحصول على ناقل ذو مقاومة منخفضة.

والثاني هو تكنولوجيا توسيع المنظور. يحدد تباين جزيئات البلورات السائلة التوزيع المكاني المختلف لجزيئات البلورات السائلة ونفاذيات الضوء المختلفة عند زوايا صلبة مختلفة. وهذا سبب مهم لعدم تباين العرض. لذلك، يعد توسيع زاوية المشاهدة إحدى المشكلات الرئيسية في تقنية شاشات الكريستال السائل. تشمل التدابير التقنية المعتمدة عمومًا ما يلي: تكنولوجيا غشاء التعويض. على شاشة ال سي دي، يتم إرفاق فيلم نشر الضوء وفيلم تعويض شدة الضوء لتوزيع الضوء الذي يمر عبر شاشة LCD بالتساوي وتعويض شدة الضوء في زوايا معينة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام تقنية متعددة المجالات لتقسيم أكثر من منطقتين مختلفتين لترتيب جزيء الكريستال السائل داخل البكسل لتشكيل اتجاه جزيء الكريستال السائل متعدد المجالات، وبالتالي تحقيق الغرض من توسيع زاوية المشاهدة. تتضمن تقنيات زاوية الرؤية الموسعة أيضًا أساليب ومقاييس مثل IPS وASM.

والثالث هو تبسيط عملية صفيف TFT. بشكل عام، عدد مرات النقش لعملية مصفوفة TFT هو من 7 إلى 9 مرات. تدفق العملية طويل جدًا، مما يؤثر على معدل تأهيل المنتج والقدرة الإنتاجية. تشير الأدبيات الأجنبية إلى وجود أربع عمليات تراكب، وهو نصف عدد عمليات صفيف TFT التقليدية.

وبطبيعة الحال، فإن التقنيات الرئيسية لشاشات الكريستال السائل لا تقتصر على الجوانب الثلاثة المذكورة أعلاه فحسب، بل إنها أهم التقنيات التي تؤثر على جودة شاشات TFT-LCD. لن يتم مناقشة التقنيات الرئيسية الأخرى هنا.