كيف تعمل شاشة TFT LCD

1. ما هو TFT LCD؟

واحدة من تقنيات العرض التي تتطور بشكل أسرع في الوقت الحالي هي شاشة TFT LCD أو شاشة الكريستال السائل الترانزستور ذات الأغشية الرقيقة. يتم استخدام نوع من أجهزة أشباه الموصلات يسمى ترانزستور الأغشية الرقيقة (TFT) في تقنية العرض لزيادة كفاءة المنتج وصغر حجمه وتكلفته. شاشة TFT LCD عبارة عن شاشة مصفوفة نشطة بالإضافة إلى امتلاكها لخصائص أشباه الموصلات ، مما يعزز مزايا جهاز أشباه الموصلات هذا. يتحكم في وحدات البكسل بشكل فردي ونشط بدلا من السلبية.

منذ استخدامها جنبا إلى جنب مع تقنية اللوحة المسطحة ، وخاصة شاشات الكريستال السائل (LCD) ، أصبحت شاشات TFT شائعة بشكل متزايد للاستخدام في شاشات LCD وشاشات العرض ، بما في ذلك شاشات الكمبيوتر والهواتف الذكية. مع هذا التقدم ، بدأت شاشة LCD الأخف وزنا والأقل حجما في استبدال أنبوب أشعة الكاثود ، المعروف أيضا باسم CRT ، كتقنية عرض مهيمنة. تستخدم تقنية TFT الموجودة في شاشات LCD اليوم بشكل أساسي لإنشاء شاشات عالية الدقة وعالية الجودة.

2. هيكل

TFT LCD

ثلاث طبقات رئيسية تشكل بناء TFT LCD. تشكل الركائز الزجاجية طبقتي الساندويتش. يحتوي أحدهما على TFTs بينما يحتوي الآخر على مرشح ألوان RGB أو أحمر-أخضر-أزرق. توجد طبقة بلورية سائلة في الفراغ بين طبقات الزجاج.

الطبقة الأعمق أو الخلفية على لوحة الدوائر الكهربية للجهاز هي طبقة الركيزة الزجاجية TFT. يستخدم السيليكون غير المتبلور ، وهو مجموعة متنوعة من السيليكون ذو البنية غير البلورية ، لصنعه. ثم يتم تغطية الركيزة الزجاجية الفعلية بطبقة من السيليكون. يتم إقران TFTs في هذه الطبقة بشكل فردي مع كل بكسل فرعي من طبقة الركيزة الأخرى للجهاز (انظر بنية TFT Pixel أدناه) وتنظيم الجهد المطبق على كل بكسل فرعي. في هذه الطبقة ، بين الركيزة والطبقة البلورية السائلة ، توجد أيضا أقطاب بكسل. الموصل هو مكون يسمح للكهرباء بالتدفق داخل أو خارج جسم آخر ، في هذه الحالة ، وحدات البكسل.

تقع

الركيزة الزجاجية الأخرى على مستوى السطح. توجد وحدات البكسل الفعلية والبكسل الفرعي التي تشكل مرشح ألوان RGB أسفل هذه الركيزة الزجاجية مباشرة. تحتوي هذه الطبقة السطحية على أقطاب كهربائية مضادة (أو شائعة) على الجانب الأقرب إلى البلورات السائلة التي تحجب الدائرة التي تنتقل بين الطبقتين لموازنة أقطاب الطبقة المذكورة أعلاه. نظرا لأنها تسمح بالشفافية ولها خصائص موصلة جيدة ، عادة ما تستخدم أقطاب أكسيد القصدير الإنديوم (ITO) في كلتا طبقتي الركيزة هاتين.

توجد طبقات مرشح المستقطب على الجوانب الخارجية للركائز الزجاجية ، سواء كانت أقرب إلى الأمام أو الخلف. يمكن فقط لحزم معينة من الضوء المستقطبة بطريقة معينة ، أي أن موجاتها الهندسية متوافقة مع المرشح ، يمكن أن تمر عبر هذه المرشحات. يمنع الاستقطاب غير الصحيح الضوء من المرور عبر المستقطب ، مما ينتج عنه شاشة LCD غير شفافة.

تقع البلورات السائلة بين طبقتي الركيزة. معا ، قد تتحرك الجزيئات التي تتكون منها البلورة السائلة وتتصرف مثل السائل ، لكنها تحافظ على بنية بلورية. للاستخدام في هذه الطبقة ، تتوفر مجموعة متنوعة من الصيغ الكيميائية. للحث على سلوكيات معينة لتمرير الضوء عبر استقطاب موجات الضوء ، عادة ما تتم محاذاة البلورات السائلة لوضع الجزيئات بطريقة معينة. يجب استخدام مجال مغناطيسي أو مجال كهربائي لتحقيق ذلك. ومع ذلك ، مع شاشات العرض ، سيكون المجال المغناطيسي غير فعال لأنه سيكون قويا جدا بالنسبة للشاشة نفسها. نتيجة لذلك ، يتم استخدام المجالات الكهربائية ، التي تستخدم القليل جدا من الطاقة ولا تتطلب تيارا.

تكون محاذاة البلورات في نمط ملتوي بزاوية 90 درجة قبل تطبيق مجال كهربائي على البلورات بين الأقطاب الكهربائية ، مما يسمح للضوء المستقطب البلوري بشكل صحيح بالمرور عبر المستقطب السطحي في وضع "الأبيض العادي" للشاشة. الأقطاب الكهربائية التي تم تغليفها على وجه التحديد بمادة تلوي الهيكل في هذا الاتجاه المعين هي التي تسبب هذه الحالة.

يتم كسر الالتواء أو إعادة المحاذاة عند تطبيق المجال الكهربائي ، مما يتسبب في تقويم البلورات. على الرغم من أن الضوء المار لا يزال بإمكانه المرور عبر المستقطب الخلفي ، إلا أن الضوء لا ينتقل إلى السطح بسبب فشل الطبقة البلورية في استقطاب الضوء للمرور عبر المستقطب السطحي ، مما يخلق شاشة معتمة. عندما يتم تقليل الجهد ، يتم إعادة تنظيم بعض البلورات فقط ، مما يسمح بمرور بعض الضوء وإنتاج نغمات مختلفة من اللون الرمادي (مستويات الضوء). التأثير النيماتي الملتوي هو الاسم الذي يطلق على هذا التأثير.

يعد التأثير النيماتي الملتوي أحد الخيارات الأقل تكلفة لتقنية LCD ، كما يتيح أوقات استجابة سريعة للبكسل. ومع ذلك ، لا تزال هناك بعض القيود. قد لا تكون جودة إعادة إنتاج الألوان ممتازة ، وهناك عدد أقل من زوايا المشاهدة أو الزوايا التي يمكن من خلالها عرض الشاشة.

من خلال التبديل داخل المستوى (IPS) للبلورات السائلة ، تم التغلب على هذه الحدود. يوازي IPS المحاذاة البلورية بدلا من محاذاة الأقطاب الكهربائية بشكل عمودي. ثم تعمل المصفوفة على تبسيط الضوء إلى حد كبير. تم إصلاح المشكلات الأولية المتعلقة بأوقات الاستجابة البطيئة في الغالب مؤخرا ، لذا فإن مزايا زوايا المشاهدة الأفضل واستنساخ الألوان تفوق الآن العيوب. ومع ذلك ، بالمقارنة مع الأجهزة النيماتيكية الملتوية ، فهي تقنية أكثر تكلفة.

الإضاءة

الخلفية للجهاز، والتي يمكنها عرض الضوء من جانب الشاشة أو خلفها، هي مصدر الضوء الذي ينتقل عبره. يجب أن تستخدم شاشة LCD الإضاءة الخلفية في وحدة LCD لأنها لا تستطيع إنتاج ضوءها. الثنائيات الباعثة للضوء ، والتي يشار إليها أيضا باسم مصابيح LED ، هي نوع مصدر الضوء الذي يتم استخدامه بشكل متكرر. أصبحت مصابيح LED العضوية (OLEDs) شائعة أيضا مؤخرا. إذا تم استقطابه بشكل صحيح ، فسوف يمر هذا الضوء ، الذي يكون عادة أبيض ، عبر مرشح ألوان RGB لطبقة الركيزة السطحية ويعرض اللون الذي يحدده جهاز TFT.

3. قيادة شاشة TFT LCD

هناك تفسير أساسي لترانزستور التأثير الميداني (FET) في الفقرة الأولى تحت عنوان "تطور TFTs" في المقالة السابقة ، "تاريخ شاشات ترانزستور الأغشية الرقيقة". نظرا لأن TFT هو نوع من FET ، فإنه يلتزم أيضا بمبدأ تشغيل FETs. بشكل أساسي ، يمكن التحكم في تيار الإشارة ل TFT أو تغييره عن طريق تطبيق جهد على البوابة. على لوحة LCD المستندة إلى TFT ، يتدفق هذا التيار ، المعروف باسم جهد القيادة ، من المصدر إلى البالوعة ويرسل إشارة إلى البكسل الفرعي ، مما يسمح بمرور الضوء.

4. بنية TFT Pixel:

يمكن التعرف على كل بكسل في شاشة LCD من خلال وحدات البكسل الفرعية الثلاثة. يتم إنتاج تلوين RGB لهذا البكسل بأكمله بواسطة وحدات البكسل الفرعية الثلاثة هذه. تعمل وحدات البكسل الفرعية هذه ، ولكل منها طبقاتها الهيكلية والوظيفية المستقلة كما ذكرنا سابقا ، كمكثفات أو وحدات تخزين كهربائية داخل الجهاز. وفقا لمحاذاة البلورة السائلة ، يمكن خلط الضوء الذي يمر عبر المرشحات والمستقطب بألوان من أي نوع تقريبا باستخدام وحدات البكسل الفرعية الثلاثة لكل بكسل.