מה זה TFT LCD

 מההאם TFT LCD ממוצע? 

TFT LCD הוא קיצור שלתצוגת גביש נוזלי טרנזיסטור עם סרט דק, שנבנה על ידי שכבת סרטים דקים על מצע זכוכית, ומכאן השם. טכניקה זו משמשת בדרך כלל ליצירת מיקרו-מעבדים. ה-TFT ב-LCD שולט בפיקסלים בודדים בתצוגה על ידי הגדרת רמת השדה החשמלי על פני שלושת קבלי הגביש הנוזלי (אחד לכל תת-פיקסל של אדום, ירוק וכחול) בפיקסל על מנת לשלוט בקיטוב של חומר קריסטל. כמות הקיטוב בגביש קובעת את כמות האור שמגיעה למסנן הצבעים מהתאורה האחורית. בגלל יכולת זו לשלוט באופן ישיר ומהיר בכל פיקסל, TFT נקראת גם טכנולוגיית Active-Matrix LCD.

צג TFT LCD הוא סוג של צג שטוח שפועל כצג מחשב או כצג עבור טלוויזיה. TFT LCD הוא קיצור של תצוגת גביש נוזלי טרנזיסטור סרט דק. לרוב, היצרנים מקצרים את המונח של צגים כאלה ל-LCD, ומוציאים את ה-TFT מהשם שכן קיצור זה מתייחס פשוט לסוג צג ה-LCD, ו-TFT הוא בקלות הסוג הפופולרי ביותר.

טרנזיסטור הסרט הדק מורכב מחתיכה דקה של חומר מוליך למחצה המיושם על מצע זכוכית. לכל פיקסל טרנזיסטור משלו יחד עם חומר הגביש הנוזלי. חומר הגביש הנוזלי מציג תכונות של נוזל, בגלל יכולתו להשתנות במהירות, וגם של גביש, בגלל יכולתו להישאר במצב מסודר. הטרנזיסטור מפעיל מתח על הפיקסל, הקובע את צבעו ועוצמתו. פיקסל הוא קיצור של אלמנט תמונה, והפיקסלים הזעירים מתמזגים יחדיו כדי ליצור את התמונה בתצוגה.

שם נוסף לצג TFT LCD הוא LCD עם מטריקס אקטיבי. למרות ש-TFT היא לא טכנולוגיית המטריצה ​​האקטיבית היחידה, היא ברובה המכריע הסוג הנפוץ ביותר, מה שגורם לאנשים מסוימים להשתמש בשני המונחים לסירוגין. עם זאת, TFT הוא רק חלק קטן מ-LCD עם מטריקס אקטיבי. המונח אקטיבי-מטריקס מתייחס ליכולת של הצג לשלוט בפיקסלים בודדים ולהחליף אותם במהירות.

מסכי LCD עם מטריקס אקטיביים נבדלים ממסכי LCD עם מטריקס פסיביים בכמה אופנים. יש להם קצב רענון גבוה, ניגודיות גבוהה וזמני תגובה גבוהים, לפחות בהשוואה לתצוגות מטריצות פסיביות. LCD מטריצת פסיבי נמצא בדרך כלל בתצוגת מחשבון או בשעון יד דיגיטלי, כאשר התצוגה מכילה מספר מוגבל של מקטעים ואינה דורשת צבע מלא. תצוגות מטריצה ​​אקטיביות הן בדרך כלל צגי LCD בצבע מלא ברזולוציה גבוהה, והם כוללים את אלו המצויים בתצוגות מחשב, טלפונים סלולריים וטלוויזיות.

ניתן למצוא כמה סוגים שונים של טכנולוגיית טרנזיסטור סרט דק בצג TFT LCD. הנפוץ ביותר עבור צגי מחשב וטלוויזיות נקרא צג נמטי מעוות (TN), הכולל זמני תגובה מהירים. עם זאת, תצוגות TN אינן מצטיינות בתחומים של זווית צפייה במסך ושעתוק צבע. טכנולוגיית מוניטור נפוצה נוספת היא IPS, קיצור של מיתוג בתוך המטוס. צג IPS מציע צבע נהדר וזוויות צפייה טובות, אך קצבי הרענון שלו איטיים.

 LCD גביש נוזלי

גבישים נוזליים הם חומרים כמעט שקופים ומציגים את המאפיינים של גבישים ונוזלים בו זמנית. שתי לוחות זכוכית אטומים בשרף אפוקסי ועם חריץ בפינה השמאלית מאפשרים הכנסת גבישים נוזליים (תחת ואקום) לפני האיטום הסופי של לוחות הזכוכית. הפרש הפוטנציאלים קובע את כיוון הגביש הנוזלי. כאשר משתמשים במקטבים ומסנני צבע, ההבדל בכיוון הגביש הנוזלי גורם להבדל בשידור (או השתקפות) ובצבע המתקבל. גבישים נוזליים הם חומרים המציגים פאזות שונות (מוצק, גביש נוזלי או נוזל) בטמפרטורות שונות

 סרט פילוס

הסרט מופקד על שתי לוחות זכוכית (עליון ותחתון), עם סדרה של חריצים מקבילים, כך שמולקולות הגביש הנוזלי מיושרות בכיוון המתאים (איור 5 כולל סדרה של חריצים מקבילים, כך שמולקולות הגביש הנוזלי מיושר בכיוון המתאים)

 פיתוח LCD

גביש נוזלי התגלה לפני יותר מ-100 שנה. כאשר הם מחוממים, מצבם החיצוני יכול להשתנות מגביש מוצק לגבישי נוזלי, ואף להפוך לחלוטין לצורה נוזלית ככל שהטמפרטורה עולה עוד יותר. במהלך השנים אנשים עשו מאמצים רבים לשפר גבישים נוזליים, וכתוצאה מכך נעשה בהם שימוש נרחב במחשבונים אלקטרוניים ובשעונים דיגיטליים. נכון לעכשיו, טווח היישומים של גביש נוזלי צבעוני רחב יותר: טלפונים ניידים, מחשבים אישיים וטלוויזיות, בעלי המאפיינים של עובי נמוך, צריכת חשמל נמוכה, רזולוציה גבוהה ובהירות. בנוסף, בעתיד הנראה לעין, מונע מההתפשטות המהירה של צגים שטוחים, הביקוש לפאנלים LCD צפוי לגדול באופן משמעותי.

 איך עובד LCD

כאשר מתח מופעל על שתי אלקטרודות ה-LCD, ככל ש"התפשטות" מולקולות הגביש הנוזלי חזק יותר, כך הפוטנציאל המופעל גבוה יותר (איור 6). רגישות למתח היא אחד המאפיינים העיקריים של גבישים נוזליים. איור 7 מציג את המצב ה"לבן" הרגיל של ה-LCD. כל עוד לא מופעל הבדל פוטנציאלי, אור יכול לעבור דרך שכבת הגביש הנוזלי, ומולקולות הגביש הנוזלי ישנו את כיוון מישור האור בהתאם לזווית שלהם. עם זאת, כאשר מופעל מתח, מולקולות הגביש הנוזלי "יפתחו" ו"ייישרו" את האור המופנה אל מסנן הקיטוב העליון. לכן, אור לא יוכל לעבור דרך האזור הפעיל של ה-LCD, ואזור זה יהיה כהה יותר מהאזור שמסביב.

 מצב בקרת LCD

איור 8 מציג את מעגל הבקרה של ה-LCD. בפרק זמן נבחר, המתג נסגר ומופעל על הגביש הנוזלי מתח כניסה, שיגרום לשינוי האוריינטציה של מולקולות הגביש הנוזלי. כאשר המתג סגור, מטען מסוים מאוחסן ב-Clc, והמתח על פני Clc יורד עם הזמן. שקול להוסיף קבל אחסון Cst במקביל ל-Clc כדי להרחיב את קיבולת האחסון של המטען.

 קבל אחסון אנרגיה

למעשה, השליטה על הגביש הנוזלי חייבת להתבצע באמצעות מתח AC. כדי להפעיל את ה-LCD, מתח מופעל רק כאשר המתג מופעל, ולאחר מכן המתג כבוי מיד. במקרים מסוימים, המתח על גבי הגביש הנוזלי יורד עקב דליפה. כדי למנוע זאת, נוכל להשתמש בקבל מקביל כדי לפצות על מתח הזליגה. ככל שהקיבול Cst גדל, צורת המתח על פניו קרובה לזיגזג

 עקרון העבודה של TFT LCD

ה-TFT פועל כמתג. השער של ה-TFT מחובר לקו הסריקה, המקור מחובר לקו הנתונים והניקוז מחובר ל-Clc ו-Cst. כאשר התריס מופעל (נבחר על קו הסריקה), ערוץ ה-TFT נפתח, ונתוני התמונה ייכתבו לתוך Clc ו-Cst. כאשר התריס אינו נבחר, ערוץ ה-TFT נסגר

 המבנה הבסיסי של TFT LCD

הליבה של מבנה TFT-LCD כוללת גביש נוזלי, שני מקטבים וצלחת זכוכית: מצע סרט צבע עליון ומצע תחתון של מערך TFT. הזרקת חומר גביש נוזלי בין שתי לוחות הזכוכית

 התאמת שטף האור

על ידי שליטה בגודל מתח הכניסה המופעל על הגביש הנוזלי, ניתן לשנות את הסידור, הכיוון והכיוון של המולקולות, מה שיגרום לנפח שטף האור דרך הגביש הנוזלי להשתנות בהתאם.