ما هي المواد الشائعة المستخدمة في شاشات LCD؟

TFT هو اختصار ل "ترانزستور الأغشية الرقيقة" ، المعروف أيضا باسم "اللون الحقيقي" ، وهو ينتمي إلى شاشة LCD المصفوفة النشطة. إنها شاشة تتكون من ترانزستورات الأغشية الرقيقة ، ويتم تشغيل كل بكسل من وحدات البكسل البلورية السائلة بواسطة ترانزستور غشاء رقيق. يقع كل بكسل خلف أربعة ترانزستورات مستقلة للأغشية الرقيقة تدفع البكسل لإصدار ضوء ملون ، ويمكنه عرض اللون الحقيقي لعمق اللون 24 بت. تعمل أربعة ترانزستورات مستقلة ذات أغشية رقيقة على دفع كل بكسل لإصدار ضوء ملون ، مما يسمح له بعرض عمق ألوان حقيقي يبلغ 24 بت. توفر شاشات TFT LCD دقة تصل إلى UXGA (1600×1200). يحتوي ترتيب TFT على ذاكرة ، لذلك عندما يختفي التيار ، فإنه لا يعود على الفور إلى حالته الأصلية ، مما يحسن بشكل فعال من تأثير الصورة الديناميكية لشاشة LCD ، كما أن القدرة على عرض الصور الثابتة أكثر بروزا ، وتتميز TFT LCD بميزة وقت الاستجابة القصير من الكفاءة ، والملونة ، لذلك فهي تستخدم على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر المحمولة و DV ، DC-DC. الجانب السلبي لشاشة TFT LCD هو زيادة استهلاك الطاقة والتكلفة العالية نسبيا.

البلورة السائلة هي مادة عضوية تتناوب بين الحالات الصلبة والسائلة وتمتلك خصائص تشتت ديناميكي كهروضوئي. لديها العديد من حالات الطور البلوري السائل ، بما في ذلك الطور الكوليستري ، والمراحل شبه البلورية المختلفة ، والمرحلة النيماتيكية ، وما إلى ذلك. وفقا لخصائصها المادية ، تم تطوير معظم المواد البلورية السائلة من حالات الطور المختلفة لأجهزة العرض المسطحة ، والتي تم تطويرها باستخدام بلورات سائلة مختلفة من النيماتيك ، والبلورات السائلة المشتتة للبوليمر ، والبلورات السائلة المستقرة المزدوجة (المتعددة) ، والبلورات السائلة الكهرومغناطيسية ، وشاشات الكريستال السائل المضادة للكهرباء الحديدية ، وما إلى ذلك ، والتي تم تطويرها بنجاح ، وأكبر حصة في السوق ، وأسرع تطور هو التطور. تتكون مواد عرض الكريستال السائل من مجموعة من المركبات العضوية ذات الجزيئات الصغيرة ، مع الميزة الهيكلية الرئيسية وهي بنية جزيئية تشبه القضيب. مع التقدم السريع لشاشات الكريستال السائل ، هناك اهتمام متزايد بإنتاج ودراسة مواد الكريستال السائل.

1. مواد الكريستال السائل ل TN-LCD

بدأ تطوير مواد الكريستال السائل من نوع TN في عام 1968 عندما تم تقديم تقنية شاشة العرض البلورية السائلة المتناثرة الديناميكية (DSM-LCD) في الولايات المتحدة. ومع ذلك ، بسبب عدم الاستقرار الهيكلي للمواد البلورية السائلة المتاحة ، كان تطبيقها كمواد عرض محدودا للغاية. بعد إدخال شاشة الكريستال السائل العمودي المشوهة (TN-LCD) في عام 1971 ، تم تطوير مواد الكريستال السائل من نوع TN ذات التباين الإيجابي العازل بسرعة ؛ على وجه الخصوص ، قام GW Gray وآخرون بتصنيع الهيكل المستقر نسبيا لمواد الكريستال السائل من سلسلة العين ثنائية الفينيل في عام 1974. تم استيفاء معايير أداء أجهزة LCD مثل الساعات الإلكترونية والآلات الحاسبة وشاشات العرض في ذلك الوقت ، مما أدى إلى عصر صناعة TN-LCD.

تم إنتاج مجموعة متنوعة من مواد الكريستال السائل TN لشاشات LCD. هذه المركبات البلورية السائلة كلها مستقرة من الناحية الهيكلية ، مع مجموعة متنوعة من درجات حرارة الطور النيماتيك واللزوجة النسبية المنخفضة. فهي لا تلبي فقط مواصفات السطوع عالي الدقة ، واللزوجة المنخفضة في 20-30mPaoS (20 درجة مئوية) ، و △n ≈0.15 للبلورات السائلة الهجينة ولكنها تضمن أيضا أداء النظام في درجات الحرارة المنخفضة. تظهر مركبات الكريستال السائل المحتوية على حلقة ثنائية الفينيل قيما أعلى وتعزز انحدار البلورات السائلة. تستخدم مركبات البيريميدين ، بقيمة K33 / K11 حوالي 0.60 ، بشكل شائع لتغيير ترتيب درجة الحرارة وقيمة △n في تركيبات المواد البلورية السائلة TN-LCD و STN-LCD. المركبات البلورية السائلة ثنائية الأكسجين سداسية الحلقات مطلوبة للتحكم في أداء "محرك الإرسال المتعدد".

2. مواد الكريستال السائل ل STN-LCD

منذ اختراع شاشة الكريستال السائل النيماتيك الملتوية الفائقة (STN-LCD) في عام 1984 ، نظرا لسعة العرض الموسعة ، ومنحنى الخصائص الكهروضوئية الأكثر حدة ، وزيادة التباين ، مما يتطلب استخدام مواد الكريستال السائل النيماتيك ذات الخصائص الكهروضوئية الأفضل ، حتى نهاية الثمانينيات ، وتشكيل صناعة STN-LCD ، تستخدم منتجاتها بشكل أساسي في أجهزة التنبيه ، الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ومحطات الحواسيب الصغيرة المحمولة.

غالبا ما تتميز شاشات STN-LCD ذات المواد البلورية المختلطة بلزوجة منخفضة ، وقيمة K33 / K11 عالية ، وقابل للتعديل △n و Vth (جهد العتبة) ، ونقطة سطوع أعلى من 30 درجة مئوية أو أعلى. يشار إلى تعديل المواد البلورية المختلطة عادة باسم "نظام الزجاجات الأربعة". يمكن لنهج التعديل هذا تعديل جهد العتبة والانكسار الثنائي دون التأثير سلبا على الخصائص الأخرى للبلورة السائلة.

تشمل مركبات الكريستال السائل الأكثر شيوعا المستخدمة في STN-LCD ثنائي فينيل أسيتيلين ، وروابط جسر الإيثيلين ، ومركبات البلورات السائلة الألكينية المتسلسلة. مركبات من نوع ثنائي فينيل أسيتيلين: تم تحسين سرعة تفاعل STN-LCD من 300 مللي ثانية إلى 120 ~ 130 مللي ثانية ، مما يؤدي إلى أداء أكبر وزيادة الاستخدام في شاشات STN-LCD الحديثة. يحتوي ما يقرب من 70٪ من المواد البلورية السائلة الحالية ل STN-LCD على مواد كيميائية من نوع ثنائي فينيل أسيتيلين في تركيبتها. تتميز البلورات السائلة المرتبطة بجسر الإيثيلين بلزوجة منخفضة ، وقيمة △n ، ونطاق درجة حرارة انتقال الطور ، ونقطة انصهار ، مما يجعلها مثالية لتنظيم أداء درجات الحرارة المنخفضة في بلورات السائلة الهجينة TN و STN. البلورات السائلة لمجموعة الألكينيل المتسلسلة نظرا لأن STN-LCD تتطلب خصائص عتبة حادة ، فإن مضاعفة النسبة الثابتة المرنة K33 / K11 للمواد البلورية السائلة أمر كاف. تحتوي مركبات الكريستال السائل المنتهية بالألكين على نسبة ثابتة مرنة عالية بشكل غير عادي تبلغ K33 / K11 ويتم استخدامها في شاشات STN-LCD بنتائج ممتازة.

بالمقارنة مع زاوية المشاهدة ووقت الاستجابة ، تقدمت شاشات STN بشكل كبير في السنوات الأخيرة. بسبب تأثير TFT-LCD ، فقدت STN-LCD تدريجيا حصتها في السوق في أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة تلفزيون LCD. نظرا للنفقات ، لن تتمكن TFT-LCD من استبدال STN-LCD الأصلية بالكامل في الاتصالات المتنقلة ووحدات التحكم في الألعاب والتطبيقات الأخرى.

3. TFT-LCD باستخدام مواد الكريستال السائل

مع التطور السريع لتقنية شاشة العرض البلورية السائلة التي تعمل بمصفوفة TFT (TFT LCD) ذات الترانزستور الرقيق ، لم تحتل TFT LCD مؤخرا ليس فقط أجهزة الكمبيوتر المحمول المحمولة وأسواق العرض المتطورة الأخرى ، ولكنها أطلقت أيضا تحديا لشاشات سطح المكتب من خلال عمليات التصنيع المحسنة وخفض التكاليف. إن استخدام مصفوفات الترانزستور ذات الأغشية الرقيقة لدفع جزيئات البلورات السائلة مباشرة يلغي تأثير التشويه المتقاطع ، مما يؤدي إلى سعة معلومات كبيرة ؛ يؤدي استخدام مواد الكريستال السائل منخفضة اللزوجة إلى تحسين سرعة الاستجابة وتلبية احتياجات عرض صور الفيديو. نتيجة لذلك ، تقدمت شاشة TFT LCD بشكل كبير إلى ما هو أبعد من شاشات الكريستال السائل من نوع TN و STN ، حيث برزت كواحدة من أكثر تقنيات العرض الواعدة في القرن الحادي والعشرين. انقر هنا للحصول على 10.1 Lvds TFT LCD Module.

يجب أن تفي مواد TFT بمعايير أداء المواد الأكبر والأكثر تطلبا من مواد TN و STN. يجب أن تكون البلورة السائلة الهجينة مستقرة بصريا وحراريا وكيميائيا ، مع احتفاظ عالي بالشحن ومقاومته. يجب أن تتمتع البلورات السائلة الهجينة أيضا بلزوجة منخفضة ، وثبات ممتاز ، وتباين بصري صحيح ، وجهد عتبة.

تستخدم TFT LCD أيضا مبدأ التأثير الكهروضوئي من نوع TN ، على الرغم من أن المواد البلورية السائلة المستخدمة ليست هي نفسها المستخدمة في شاشات الكريستال السائل التقليدية. بالإضافة إلى الاستقرار الفيزيائي والكيميائي القوي ونطاق درجة حرارة التشغيل الواسع ، يجب أن تتمتع مواد الكريستال السائل TFT LCD بالخصائص التالية.

(1) يجب أن تكون اللزوجة عند 20 درجة مئوية أقل من 35 ميجا باسكال للاستجابة السريعة.

(2) يتطلب معدل الاحتفاظ بالجهد العالي (V.H.R) مادة بلورية سائلة بمقاومة لا تقل عن 1012Ω.cm.

(3) تقليل جهد العتبة (Vth) للحصول على قيادة الجهد المنخفض وتقليل استخدام الطاقة.

(4) يتطابق تباين الخواص البصرية (△n) مع شاشة TFT LCD للتخلص من تأثير قوس قزح وتحقيق تباين عال ومجال رؤية واسع. يجب أن يكون نطاق القيمة n 0.07-0.11.

تستخدم

شاشات LCD TN و STN بشكل شائع مواد بلورية سائلة مع مجموعات نهاية سيانو ، مثل بلورات السائلة الشبيهة بثنائي الفينيل والفينيل سيكلوهكسان التي تحتوي على السيانو. تتميز مركبات السيانو الطرفية بخصائص كهروضوئية عالية ε وجيدة ، لكنها تجذب الشوائب الأيونية ولها احتفاظ بالجهد المنخفض. بالإضافة إلى ذلك ، فإن لزوجتها أعلى من البلورات السائلة المحتوية على الفلور مع نفس التركيب الجزيئي ، مما يحد من تطبيقها في شاشات TFT LCD. تحتوي بلورات إستر السائلة على عمليات توليف مباشرة ، ومجموعة كبيرة من الأنواع ، وفاصل انتقال طويل ، لكن لزوجتها العالية تسبب انخفاضا كبيرا في الكمية المطلوبة في تركيبات TFT LCD. نتيجة لذلك ، أصبح إنشاء جزيئات بلورية سائلة جديدة تلبي الشروط المذكورة أعلاه هو المحور الأساسي لأبحاث كيمياء البلورات السائلة.

TN-LCD حاليا في انخفاض بين مواد عرض الكريستال السائل ، مع تقلص الطلب في السوق تدريجيا وفائض القدرة التصنيعية والتنافس القوي على الأسعار ، مما يجعلها غير قابلة للاستثمار. في حين أن STN-LCD ستصل تدريجيا إلى مرحلة النضج ، فإن الطلب في السوق يتزايد باستمرار ، ويتم تأسيس تكنولوجيا التصنيع بالكامل. تدخل TFT-LCD حقبة جديدة من التوسع السريع في جميع أنحاء العالم ، ويتزايد الطلب في السوق بسرعة. من المتوقع أن تصبح واحدة من أكثر مواد العرض الواعدة في القرن الحادي والعشرين.