TFT LCD טכנולוגיות זווית צפייה רחבה

מבנה LCD TFT

להסבר מפורט יותר על מבנה TFT LCD או על מסכי LCD בכלל, עיין בידע בסיסי ב-TFT LCDאוֹמבוא למסכי LCD.

הTFT LCD, או תצוגת גביש נוזלי טרנזיסטור סרט דק, היא צורה פופולרית של טכנולוגיית תצוגה המשמשת לעתים קרובות בצגי מחשב ומסכי מכשירים נפוצים אחרים. מודול תצוגה זה, או ליתר דיוקמודול LCD, מורכב משלוש שכבות מפתח. השכבה העמוקה ביותר, הקרובה ביותר לחלק האחורי של המכשיר, מורכבת מהקטב הראשון, מצעדי זכוכית, אלקטרודות פיקסלים ו-TFT, הרשומה מהמרוחק לקרוב לפני השטח. השכבה הכי פני השטח דומה לשכבה זו, שכן יש לה גם מצע זכוכית, מקטב ו(במטריקס מסוימות) אלקטרודות; עם זאת, סדר הרכיבים הללו מתהפך בהשוואה לשכבה האחרת (המקטב הוא הקרוב ביותר לפני השטח), ויש מסנן צבע RGB בשכבה זו. בין שתי השכבות הללו, מתקיימת שכבה של מולקולות גביש נוזלי הנושאת מטענים ואנרגיה לעבר פני השטח של ה-TFT LCD. ניתן ליישר את מולקולות הגביש במגוון דרכים כדי לשנות את תכונות הצפייה של מסך ה-LCD.

כהתקן LCD עם מטריקס אקטיבי, הפיקסלים האישיים של ה-TFT LCD מורכבים מתת פיקסלים אדומים, ירוקים וכחולים, כל אחד עם TFT משלו ואלקטרודות מתחתיהם. תת-פיקסלים אלו נשלטים בנפרד ובאופן אקטיבי, ומכאן השם אקטיבי-מטריקס; אז זה מאפשר זמן תגובה חלק ומהיר יותר. המטריצה ​​האקטיבית מאפשרת גם מצבי תצוגה גדולים יותר שממשיכים לשמור על איכות הצבע, קצב הרענון והרזולוציה כאשר יחס הגובה-רוחב מוגדל.

בתוך הפיקסלים המרכיבים את תצוגת ה-TFT LCD, אלקטרודות ממלאות תפקיד בהולכת המעגל ביניהן. אם הם מונחים בשכבות על שני החלקים הפנימיים של שני מצעי הזכוכית, האלקטרודות, יחד עם ה-TFT, יוצרות מסלול חשמלי בתוך שכבת הגביש הנוזלי. יש גם מיקומים אחרים של אלקטרודות מלבד על פני השטח והגב של המכשיר שמשנים את השפעת המסלול החשמלי בין המצעים (עליו נדון בהמשך מאמר זה). למסלול הזה יש השפעה על הגבישים דרך השדה החשמלי שלו, שהוא אחד ממושגי ה-TFT האחראים לצריכת החשמל הנמוכה והממוזערת של TFT, מה שהופך אותם ליעילים ומושכים כל כך.

כאשר השדה החשמלי יוצר אינטראקציה עם מולקולות הגביש הנוזלי, המולקולות יכולות להתיישר במגוון דרכים, ולשנות את האופן שבו האור עובר דרךתאורה אחוריתשל המכשיר (נמצא מאחורי המקטב האחורי ביותר) אל פני השטח. מכיוון שמסכי LCD אינם יכולים להאיר את עצמם, יש צורך בתאורה אחורית כדי לספק תאורה שקומפלקס ה-TFT LCD מפעיל לאחר מכן. הגבישים הנוזליים מקטבים את האור בדרגות שונות, וכתוצאה מכך, מקטב פני השטח מעביר דרכו רמות שונות של אור, ובכך שולט על צבע הפיקסל ובהירותו.

TN (Twisted Nematic) מסוג TFT LCD

למרות שקיימות מגוון דרכים ליישר את מולקולות הגביש, שימוש בנמטיקה מעוותת (TN) לשם כך היא אחת האפשרויות הוותיקות, הנפוצות והזולות ביותר עבור טכנולוגיית LCD. הוא משתמש בשדה החשמלי בין האלקטרודות המאורגנות כאשר אחת על שכבת המצע על פני השטח והשנייה על שכבת המצע האחורית כדי לתפעל את הגבישים הנוזליים.

כאשר אין שדה חשמלי משפיע על מבנה הגבישים, יש פיתול של 90 מעלות ביישור. טוויסט זה מאפשר לאור לנוע בשכבה, ולקטב את האור כשהוא עובר ואז לעבור דרך מקטב פני השטח.

אם מופעל שדה חשמלי, ניתן לפרום את הפיתול במבנה הגבישי של המולקולות, וליישר אותן. כאשר זה קורה, האור אינו מקוטב ואינו יכול לעבור דרך מקטב פני השטח, ומציג פיקסל שחור. אפשר גם ליצור בין הפיקסל המואר או האטום לחלוטין; אם האור מקוטב חלקית (השדה החשמלי אינו מיישר את יישור הגבישים במלואו), אזי רמת הארה בינונית של אור נפלטת מתאורות ה-LED האחוריות דרך המקטב.

למרות שזו אחת האפשרויות הזולות ביותר לטכנולוגיית תצוגה, יש לה בעיות משלה. ל-TN TFT LCD אין זמני תגובה מעולים בהשוואה לסוגים אחרים, והוא אינו מספק זווית צפייה רחבה כמו מסכי TFT LCD אחרים המשתמשים בשיטות יישור שונות. זווית צפייה היא הכיוון בו ניתן להסתכל על מסך לפני שלא ניתן לראות את התמונה המוצגת כראוי מבחינת אור וצבע. תצוגות TN נאבקות בעיקר בזוויות צפייה אנכיות אך יש להן גם זוויות אופקיות מוגבלות במקצת. מגבלת זווית צפייה זו של TN LCD נקראת בעיית היפוך בקנה מידה אפור.

ישנן מספר דרכים לפתור את בעיית ההיפוך בקנה מידה אפור.

בדרך כלל, כאשר זווית הצפייה אינה אידיאלית, איכות התמונה בכללותה יורדת. דברים כמו יחס ניגודיות (יחס הבהירות בין הלבן הבהיר ביותר לשחור הכהה ביותר) וקריאות המסך אינם נשמרים עקב בעיה זו.

בין השיטות של יישור גבישים נוזליים, TN היא רק אפשרות אחת עבור טכנולוגיית LCD. ישנן דרכים נפוצות אחרות ליישור את הגבישים לזווית צפייה רחבה, כגון יישור אנכי מרובה תחומים או מיתוג במישור. בנוסף, בגלל השפע של מכשירי TN, הוכנס גם משהו שנקרא O-film להתאמה למסכי TN כך שהמשתמשים לא יצטרכו לקנות מכשירים חדשים לגמרי.

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) TFT LCD

במילים פשוטות, שיטה זו מחלקת את התא שמתחת לכל פיקסל למספר תחומים. בעזרת החלוקה, מולקולות באותו תא יכולות להיות מכוונות בצורה שונה, וככל שהמשתמשים מעבירים את תצוגות התצוגה שלהם, ישנם יישור כיווני גביש שונים המאפשרים לשמר את מאפייני התצוגה על פני זוויות אלו כגון בהירות גבוהה וניגודיות גבוהה . זה פותר את הבעיה של מה שמכונה יישור אנכי מונו-דומיין.

למרות שדומה לרוב ל-TN, ל-MVA יש תכונה אחת בולטת בתא שלו שאין לתאי TN: בליטות זכוכית. בין האלקטרודות הכרוכות, בליטות זכוכית זוויות מכוונות מחדש את האור הנוסע בתוך השכבה, כך שכאשר יוצא ממקטב פני השטח, הוא נע במספר כיוונים כדי לספק את הצורך לזווית ראייה רחבה.

בפיתוחים האחרונים של MVA TFT LCD, יחס הניגודיות, הבהירות וזמני התגובה עלו כולם באיכותם. יחס הניגודיות, שהיה 300:1 כאשר פותח לראשונה ב-1997, שופר ל-1000:1. באופן דומה, זמן התגובה, המאופיין בזמן עלייה (שחור ללבן) ודעיכה (לבן לשחור), הגיע לזמנים שהם המהירים ביותר שעיניים אנושיות יכולות לעבד, מה שמוכיח את ההתאמה של תצוגות מבוססות MVA לתמונות נעות.

IPS (מיתוג בתוך לוח) TFT LCD

פתרון נוסף לבעיית ההיפוך בקנה מידה אפור הנגרמת על ידי TN הואIPS LCD. מבחינת היתרונות של ה-IPS, הוא די דומה ל-MVA. אבל מבחינה מבנית, במקום שיש להם אלקטרודות משטח ואחוריות, ה-IPS מניח את שתי האלקטרודות על המצע האחורי. לאחר מכן זה מאלץ את המולקולות, כאשר השדה החשמלי פועל, להחליף כיוונים, המכונה מיתוג מישור, ולהתיישר באופן מקביל למצעים ולא בניצב כמו במכשירי TN. יש צורך בתאורה אחורית בהירה יותר במקרה זה, מכיוון שהאור יזדקק ליותר כוח כדי לייצר את אותה בהירות התצוגה שאולי ה-TN יוכל לעשות עם פחות אור מהמקור.

עם סוג זה של יישור, זוויות הצפייה נשמרו בכיוונים רחבים הרבה יותר בהשוואה ל-TN. לאחרונה, צגי IPS שיפרו איכויות כמו זמן תגובה כדי להפוך את מסכי IPS לנחשקים יותר עבור הצרכנים. עם זאת, סוג זה של TFT LCD נוטה לעלות יותר ממכשירי TN.

TN מול O-Film מול MVA מול IPS TFT LCD

בעוד של-TN TFT LCD יש את העלות הנמוכה ביותר, יש לכך סיבה. לסרטי O-films, MVAs ו-IPS TFT LCDs יש עלויות גבוהות יותר הודות לטכנולוגיות המורכבות יותר שלהם המשפרות את זווית הצפייה כדי לשמור על רזולוציה ואיכות תצוגה כללית.

ה-O-film במיוחד הוא ייחודי מכיוון שבמקום לשנות את טכנולוגיית יישור הגביש הנוזלי ובעלות נמוכה יחסית, הוא יכול להחליף את מקטב פני השטח של מכשיר TN בסרט מיוחד כדי להרחיב את זווית הצפייה. מכיוון שהוא משולב עם TN, הוא יכול רק לשפר מעט את זווית הצפייה.

ל-IPS יש את הפוטנציאל הגבוה ביותר לשיפור זווית צפייה, להגיע לזוויות אפשריות גבוהות יותר מכל האפשרויות האחרות. עם זאת, עם IPS, יש צריכת חשמל גבוהה יותר ממכשיר ה-TN הרגיל בגלל הצורך בתאורה אחורית בהירה יותר במכשיר זה.

MVA קרוב, רק מעט פחות, ל-IPS TFT LCD בזווית. עם זאת, מה שכן יש לו הוא זמן תגובה מהיר בהרבה, כפי שצוין קודם לכן.

כל הטכנולוגיות הללו מהוות אפשרויות קיימות בהתאם לרצונות הצרכן וטווח המחירים. MVA ו-IPS TFT LCD נוטים להיות מעשיים יותר עבור מוצרי צריכה כמו מסכי LCD ומסכי טלפון, בעוד שמסכי TN ו-O-film LCD יכולים לעבור ליישומים תעשייתיים. אף על פי כן, עם צמיחתם של מסכי IPS ו-MVA, היישומים שלהם מתרחבים.

AFFS (Advanced Fringe Field Switching) TFT LCD

ה-AFFS דומה ל-IPS בתפיסה; שניהם מיישרים את מולקולות הגביש בצורה מקבילה למצע, ומשפרות את זוויות הצפייה. עם זאת, ה-AFFS מתקדם יותר ויכול לייעל טוב יותר את צריכת החשמל. במיוחד, ל-AFFS יש שידור גבוה, כלומר פחות מאנרגיית האור נספגת בשכבת הגביש הנוזלי ויותר מועברת לעבר פני השטח. למסכי IPS TFT LCD יש בדרך כלל שידורים נמוכים יותר, ומכאן הצורך בתאורה אחורית בהירה יותר. הפרש השידור הזה מושרש במרחב התא הפעיל הקומפקטי והמקסימלי של AFFS מתחת לכל פיקסל.

מאז 2004, Hydis, שפיתחה את ה-AFFS, העניקה רישיון ל-AFFS לחברת Hitachi Displays היפנית, שם אנשים מפתחים לוחות AFFS LCD מסובכים. ל-Hydis יש תכונות תצוגה משופרות כמו קריאות חיצונית של המסך, מה שהופך אותו אפילו יותר מושך לשימוש עבור היישום העיקרי שלו: תצוגות טלפונים ניידים.

אם תרצה ללמוד עוד על TFTs או LCDs, אנא בקר שלנואֲתַר אִינטֶרנֶט!