Cosa sono gli LCD a matrice attiva e i TFT-LCD?

Alla luce della tecnologia di visualizzazione, gli LCD possono essere classificati come LCD a matrice passiva e LCD a matrice attiva, mentre il TFT-LCD è un display attivo a transistor a film sottile.

I. Tecnologia dei display LCD: Matrice passiva vs. Matrice attiva

I cristalli liquidi (LC) sono uno stato della materia con proprietà intermedie tra quelle dei liquidi convenzionali e quelle dei cristalli solidi, in cui le molecole costituenti tendono ad allinearsi l'una rispetto all'altra. Gli schermi a cristalli liquidi (LCD) sfruttano le caratteristiche uniche dei LC nematici, che sono otticamente attivi e si allineano con un campo applicato.

Il carattere della LC in fase nematica: il centro di gravità delle molecole nella fase nematica manca di ordine posizionale, consentendo di fluire liberamente e le posizioni del loro centro di massa sono distribuite in modo casuale come in un liquido, ma i direttori delle molecole sono spontaneamente allineati con i loro assi lunghi approssimativamente paralleli.

Esistono due modi per pilotare il funzionamento di LC nel campo elettrico: con una matrice passiva o con una griglia a matrice attiva. Pertanto, gli LCD possono essere classificati come LCD a matrice passiva (PMLCD) e LCD a matrice attiva (AMLCD).

-LCD a matrice passiva (PMLCD)

Il display a matrice passiva è la prima tecnologia LCD commercializzata, progettata con una semplice griglia di elettrodi di fila e di colonna sulle piastre superiore e inferiore per indirizzare i pixel.

Il principio di funzionamento del display passivo consiste nell'utilizzare il segnale di ingresso per pilotare gli elettrodi di ciascuna riga a turno, in modo che quando si seleziona una riga, gli elettrodi della colonna si attivino per accendere i pixel situati all'intersezione della riga e della colonna.

Svantaggi

Questo metodo è relativamente semplice. Tuttavia, i suoi svantaggi sono

diafonia

Data la struttura multiplexing, se una corrente elevata attraversa un segmento, un segmento vicino ne risentirà, causando il ghosting.

scarso rapporto di contrasto

La gamma di tensioni consentite è limitata e il rapporto di contrasto si riduce

limite delle righe e bassa risposta

Durante l'aggiunta di righe e colonne, la corrente si riduce e di conseguenza la cella si accende e si spegne lentamente

Di solito è limitata a circa 320 righe.

-LCD a matrice attiva (AMLCD) / LCD TFT

Il display AM elimina queste limitazioni di multiplazione sfruttando un elemento di commutazione e un condensatore di memoria in ogni pixel del display

Questi interruttori sono solitamente implementati tramite transistor, fabbricati utilizzando un film sottile che trasporta corrente (solitamente un film di silicio-Si) e quindi chiamati transistor a film sottile, TFT

L'LCD a matrice attiva è noto anche come LCD TFT.

Un display a colori con risoluzione 1024×768 comprende 1024x3x768=2.359.296 sub-pixel

Analogamente all'LCD a matrice passiva, anche gli strati superiore e inferiore dell'LCD a matrice attiva sono disposti verticalmente e orizzontalmente con elettrodi trasparenti in ossido di indio-stagno (ITO).

La differenza è che a ogni unità viene aggiunto un piccolo transistor che controlla l'accensione e lo spegnimento di ogni pixel

Questo permette di applicare le tensioni di colonna solo alla riga che viene indirizzata, mentre il condensatore di memoria mantiene le informazioni sui pixel per l'intero fotogramma anche quando il segnale di indirizzamento viene rimosso

In questo modo, è possibile ottenere un contrasto elevato e utilizzare una miscela LC veloce, poiché il pixel non deve più rispondere alla tensione media su un intero periodo del fotogramma, come nei PMLCD. Per lo stesso motivo, anche il fenomeno della diafonia è ridotto al minimo.

-Rivoluzione della tecnologia LCD

lCD passivo, da TN, STN, DSTN a FSTN

I primi schermi a matrice passiva si basavano su design nematici ritorti (TN). Le direzioni di polarizzazione delle piastre polarizzanti superiore e inferiore sono a 90°, quindi il cristallo liquido al centro è attorcigliato a 90°

I pannelli LCD risultanti hanno un basso contrasto e tempi di risposta lenti. Questo metodo funziona bene per i display a bassa informazione, ma non per quelli dei computer.

Il metodo Super Twisted Nematic (STN) è stato migliorato modificando la composizione chimica del LC in modo che le molecole di LC siano attorcigliate più di una volta; di conseguenza, l'attorcigliamento della luce raggiunge i 180° e i 270°, migliorando notevolmente il contratto

All'inizio degli anni '80, la tecnologia STN era molto popolare. Ma è accompagnata da uno spostamento del colore della luce, soprattutto quando lo schermo è fuori asse. Per questo motivo gli schermi dei primi computer erano sempre bluastri e giallastri.

Per risolvere il problema del cambiamento di colore, sono state sviluppate la tecnologia STN a doppio strato (DSTN) e quella ulteriormente migliorata STN a compensazione cinematografica (FSTN), con una qualità di visualizzazione comparabile e un costo ridotto.

All'inizio degli anni '90 è stato proposto il concetto di doppia scansione per FSTN, per risolvere il fenomeno del fantasma e migliorare significativamente il contrasto, la qualità grafica e ridurre il tempo di risposta. È tuttora ampiamente utilizzato nei computer a basso prezzo.

lCD attivo, il display a schermo piatto avanzato è diventato mainstream alla fine degli anni '90

Rispetto alla matrice passiva, la matrice attiva è una tecnologia molto più avanzata per i display a schermo piatto

Tuttavia, per competere con i CRT negli anni '90, la qualità dell'immagine degli AMLCD non raggiungeva gli standard dei CRT.

Gli svantaggi erano l'angolo di visione e la gamma di colori limitati, lo scarso livello del nero, la bassa luminanza di picco e il lento tempo di risposta del materiale LC, il costo elevato e la bassa resa di produzione

Negli ultimi 30 anni, questi problemi sono stati ampiamente affrontati e risolti

dal 2005, la qualità dell'immagine degli LCD per la TV ha superato quella dei CRT; la pietra miliare è rappresentata dai moduli LC ad alta definizione (FHD) con 1080 linee introdotti sul mercato, che presentano un buon contrasto alla luce del giorno e un'alta risoluzione.

l'angolo di visione può essere ampliato in modo spettacolare grazie all'applicazione di nuove strutture LC come le In-Plane Switching (IPS) e le Vertically Aligned Nematic (VAN)

la gamma cromatica è stata migliorata grazie all'applicazione di nuovi materiali per filtri colore e diodi luminosi (LED) nel BLU

l'elevato contrasto dinamico (compreso un buon livello di nero) è ottenuto grazie ad adeguate tecniche di dimmerazione

la riduzione dello spessore della cella LC e l'applicazione di nuove ricette LC hanno permesso di ridurre il tempo di risposta

poiché il costo del pannello di un modulo LCD TFT è relativamente alto, la riduzione del costo di produzione di un pannello LC è uno dei problemi principali. Il modo più efficace è quello di ingrandire il vetro madre o il substrato delle lastre posteriori e anteriori

Fino al 2021 è in produzione il Gen11, che può elaborare un substrato di vetro di dimensioni 3000*3320(mm). (Nel settore, "Gen" sta per generazione, che viene utilizzata per indicare le dimensioni del substrato di vetro per un pannello LC). )

con il miglioramento del processo produttivo in termini di alta resa ed efficienza dei costi, il TFT-LCD ha assunto la leadership nel mercato dei display.

-PMCD vs. AMLCD

Anche se l'AMLCD (LCD TFT) sfrutta la tecnologia e la qualità dei display, il costo di alcuni moduli può competere con quello degli LCD passivi di dimensioni simili.

Il PMLCD occupa ancora alcuni mercati specifici grazie al basso costo e all'assenza di alta risoluzione

lCD a matrice passiva

Principio di funzionamento: I pixel vengono indirizzati direttamente e devono mantenere il loro stato tra un aggiornamento e l'altro dello schermo senza il beneficio di una carica elettrica costante.

Ulteriori classificazioni/sviluppi tecnologici: TN, STN, DSTN, FSTN con doppia scansione.

Rapporto di contrasto: Più basso

Tempo di risposta: Più lento

Saturazione del colore: Più bassa

Risoluzione: Inferiore

Scala di grigi: Molto limitata

Luminosità: Inferiore

Consumo di energia: Più basso

Costo: Più basso

Personalizzato: Flessibile con costi inferiori

Applicazione: Display numerici, word processor monocromatici, principalmente display monocromatici a basso costo e basso consumo e display grafici.

lCD a matrice attiva

Principio di funzionamento: Ogni pixel è dotato di un interruttore che disaccoppia la funzione di selezione dei pixel. Il transistor a film sottile è la tecnologia principale del sottogruppo AMLCD.

Ulteriore classificazione/sviluppo tecnologico: Alla luce dell'angolo di visione: TN, IPS, VAN; In base al materiale utilizzato per la sua elaborazione: silicio amorfo (a-Si), silicio policristallino a bassa temperatura (LTPS), silicio a grana continua (CGS), ossido di indio-gallio-zinco (l IGZO), polisilicio ad alta temperatura (HTPS).

Rapporto di contrasto: Più alto

Tempo di risposta: Più veloce

Saturazione del colore: Colore vero

Risoluzione: In grado di raggiungere una risoluzione molto più elevata, fino alla risoluzione 8K.

Scala di grigi: In grado di raggiungere un'elevata

Luminosità: Più alta

Consumo di energia: Più alto

Costo: maggiore

Personalizzato: Costo NRE più elevato per il pannello LCD, ma flessibile grazie alle molteplici opzioni: dimensioni, risoluzione, BL, finitura della copertura, ecc.

Applicazioni: Telefoni cellulari, schermi di computer, monitor, televisione e display a colori tradizionali.

II. Caratteristiche principali degli LCD TFT nel settore

Grazie ai vantaggi della tecnologia dei display a matrice attiva e allo sviluppo tecnologico dei relativi materiali, componenti e produzione negli ultimi anni, il TFT-LCD ha attirato i mercati ad adottare questa tecnologia.

flessibilità nelle dimensioni

In teoria, le dimensioni non hanno limiti

Nel mercato, le dimensioni più comuni nelle applicazioni, coprono meno di 1 pollice per gli indossabili e più di 50 pollici per i televisori.

alta integrazione

Con la rivoluzione dell'industria dei circuiti integrati, il TFT-LCD è in grado di fornire un'alta risoluzione con uno spessore e una dimensione ridotti.

Ad esempio, il TFT da 1,3 pollici può avere una risoluzione XGA (1024 x 768) contenente milioni di pixel, mentre il film TFT da 16,1 pollici con risoluzione SXGA (1280×1024) è di soli 50 nm.

elevate prestazioni di visualizzazione

Nel TFT-LCD, ogni pixel del display a cristalli liquidi è controllato in modo indipendente da un transistor a film sottile integrato dietro.

In questo modo, il display può avere una risposta rapida e un'elevata precisione dei colori, per fornire un contrasto elevato, un'alta luminosità e colori reali.

efficienza dei costi

Dal punto di vista industriale, l'applicazione di substrati di vetro e plastica risolve fondamentalmente il problema dei costi dei circuiti integrati a semiconduttore su larga scala.

Con l'ottimizzazione della produzione e della tecnologia negli ultimi 30 anni, il tasso di rendimento è migliorato, superando in media il 90%, molto meglio dell'OLED che si attesta intorno all'80%.

consumo di energia e durata di vita

Rispetto al CRT, l'LCD TFT consuma circa un decimo dell'energia di un display CRT e l'LCD TFT riflettente ne consuma addirittura solo un centesimo.

Il consumo di energia del display TFT è dovuto principalmente alla retroilluminazione, che rappresenta circa il 90%. La riduzione del consumo energetico della retroilluminazione è l'obiettivo dello sviluppo futuro dei display a cristalli liquidi TFT, oltre a migliorarne la durata.

Perché la retroilluminazione è anche il fattore chiave che determina la durata del display LCD. Quando la retroilluminazione si spegne mentre raggiunge la sua durata massima, lo schermo LCD si consuma. Anche prima di allora, la qualità del display si riduce

Tuttavia, rispetto all'OLED, il TFT-LCD ha una durata maggiore, superiore alle 30.000 ore.

III. Applicazione del TFT-LCD

Il TFT-LCD è un'interfaccia tra l'uomo e le macchine; ogni industria ha ancora un requisito unico per far funzionare il proprio terminale in uno scenario specifico

Alla luce dei requisiti in termini di dimensioni e caratteristiche per i vari settori, abbiamo condiviso la nostra esperienza e comprensione del segmento delle applicazioni sul sito.

Se desiderate utilizzare TFT-LCD e LCD grafico nel vostro terminale, non esitate a contattarci. Forniamo prodotti di piccole e medie dimensioni e possiamo fornire una soluzione personalizzata per la vostra applicazione.