ما هي شاشة TFT LCD؟

قائمة

المحتوى ●

●

TFT LCD >>

>>

LCD >>

>>

● فهم هيكل شاشة

TFT LCD ● كيف تعمل شاشات TFT LCD: شرح

خطوة بخطوة ● مزايا شاشات

TFT LCD ● عيوب شاشات TFT LCD

● تطبيقات شاشات TFT LCD

●

ماذا تعني TFT؟

>>

>>

>>

>>

● مقدمة الاستشهادات

في عالم اليوم ، أصبحت الأجهزة الإلكترونية جزءا لا غنى عنه من حياتنا اليومية. من الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى أجهزة التلفزيون واللافتات الرقمية ، نحن محاطون باستمرار بالشاشات. من بين تقنيات العرض المختلفة المتاحة ، تبرز شاشة الكريستال السائل ذات الترانزستور الرقيق (TFT LCD) كقوة مهيمنة ، حيث تقدم مزيجا مقنعا من جودة الصورة وكفاءة الطاقة وتعدد الاستخدامات [1][3]. تهدف هذه المقالة إلى تقديم استكشاف شامل لشاشات TFT LCD ، تغطي تاريخها وهيكلها ومبدأ عملها وتطبيقاتها ومزاياها وعيوبها واتجاهاتها المستقبلية.

تاريخ موجز لتقنية TFT LCD

يعد تطوير تقنية TFT LCD رحلة رائعة تمتد لعدة عقود ، وتتميز بالاختراقات والابتكارات الكبيرة. يوفر فهم هذا التاريخ سياقا قيما لتقدير الحالة الحالية لتقنية TFT LCD [1].

الابتكارات المبكرة

يمكن إرجاع أساس تقنية TFT إلى منتصف القرن العشرين عندما بدأ الباحثون في استكشاف إمكانات الأغشية الرقيقة في الأجهزة الإلكترونية. في فبراير - شباط 1957, قدم جون [ولمرك] من [ركا] براءة اختراع لفيلم رقيقة [موسفت][1]. قام Paul K. Weimer ، أيضا من RCA ، بتنفيذ أفكار Wallmark وطور ترانزستور الأغشية الرقيقة (TFT) في عام 1962 ، وهو نوع من MOSFET متميز عن MOSFET السائب القياسي [1]. كان مصنوعا من أغشية رقيقة من سيلينيد الكادميوم وكبريتيد الكادميوم [1].

ولادة شاشة TFT LCD

تم تصميم فكرة شاشة الكريستال السائل (LCD) القائمة على TFT من قبل برنارد ليشنر من مختبرات RCA في عام 1968 [1]. في عام 1971 ، أظهر Lechner و F.J. Marlowe و E.O. Nester و J. Tults عرض مصفوفة 2 × 18 مدفوعة بدائرة هجينة باستخدام وضع التشتت الديناميكي لشاشات LCD [1]. في عام 1973 ، طور T. Peter Brody و J. A. Asars و G.D. Dixon في مختبرات Westinghouse Research Laboratories CdSe (سيلينيد الكادميوم) TFT ، والذي استخدموه لإظهار أول شاشة عرض بلورية سائلة ذات أغشية رقيقة من الترانزستور CdSe (TFT LCD) [1]. أظهر Brody و Fang-Chen Luo أول شاشة عرض بلورية سائلة ذات مصفوفة نشطة مسطحة (AM LCD) باستخدام CdSe TFTs في عام 1974 ، ثم صاغ برودي مصطلح "المصفوفة النشطة" في عام 1975 [1].

النضج والهيمنة

شهدت العقود اللاحقة تحسينات مستمرة في تقنية TFT LCD ، مدفوعة بالتقدم في علوم المواد وعمليات التصنيع وتصميم العرض. ظهرت شاشات TFT LCD غير المتبلورة من السيليكون (a-Si) كأول تقنية TFT تجارية ، واكتسبت اعتمادا واسع النطاق بسبب عملية التصنيع البسيطة والاستقرار الجيد والتكلفة المنخفضة [3]. بحلول عام 2013 ، استخدمت معظم أجهزة العرض المرئية الإلكترونية الحديثة عالية الدقة وعالية الجودة شاشات المصفوفة النشطة المستندة إلى TFT [1].

المنافسة والتطور

اعتبارا من عام 2024 ، لا تزال شاشات TFT LCD مهيمنة ، ولكنها تتنافس مع OLED للحصول على شاشات عالية السطوع وعالية الدقة ، وتتنافس مع الورق الإلكتروني للحصول على شاشات منخفضة الطاقة [1]. تستمر الابتكارات في تحسين تقنية TFT LCD ، وتعزيز قدرات اللمس ، وتحسين كفاءة الطاقة ، وتمكين الحلول المخصصة للتطبيقات المتنوعة[8].

فهم هيكل شاشة TFT LCD

شاشة TFT LCD عبارة عن مجموعة معقدة من طبقات متعددة ، تلعب كل منها دورا مهما في إنتاج صور عالية الجودة [3]. دعنا نتعمق في هيكل لوحة TFT LCD النموذجية:

1. الإضاءة الخلفية: وحدة الإضاءة الخلفية هي مصدر الإضاءة للشاشة. يتكون عادة من مصابيح الفلورسنت الكاثودية الباردة (CCFLs) أو ، بشكل أكثر شيوعا اليوم ، الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs). تنبعث الإضاءة الخلفية من الضوء الأبيض الذي يمر عبر الطبقات اللاحقة من شاشة LCD[3].

2. المستقطبات: المستقطبات هي مرشحات بصرية تسمح فقط لموجات الضوء التي تهتز في اتجاه معين بالمرور من خلالها. تحتوي لوحة TFT LCD على مستقطبين ، أحدهما في الأمام والآخر في الخلف ، موجه بشكل عمودي على بعضهما البعض. يضمن هذا الترتيب أن الضوء لا يمكن أن يمر إلا عندما تتم محاذاة البلورات السائلة بطريقة معينة[3][7].

3. ركائز زجاجية: تتكون شاشات الكريستال السائل TFT من ركيزتين زجاجيتين تمتلئ بينهما مادة الكريستال السائل [7] [9]. توفر هذه الركائز الدعم الهيكلي وتعمل كأساس للطبقات الأخرى.

4. طبقة ترانزستور الأغشية الرقيقة (TFT): طبقة TFT هي قلب شاشة LCD المصفوفة النشطة. يتكون من مجموعة من الترانزستورات المجهرية ، كل منها يتحكم في الجهد المطبق على بكسل فرعي مقابل. تعمل TFTs كمفاتيح ، وتنظم بدقة كمية الضوء التي تمر عبر كل بكسل فرعي [3] [6].

5. طبقة الكريستال السائل: مادة الكريستال السائل هي المكون الرئيسي الذي يعدل الضوء الذي يمر عبر الشاشة. البلورات السائلة هي جزيئات عضوية يمكنها محاذاة نفسها استجابة لمجال كهربائي. من خلال التحكم في المجال الكهربائي المطبق على البلورات السائلة ، يمكن التحكم بدقة في كمية الضوء المنقولة عبر كل بكسل فرعي [3][7].

6. طبقة مرشح اللون: طبقة مرشح الألوان مسؤولة عن إنشاء وحدات البكسل الفرعية باللون الأحمر والأخضر والأزرق (RGB) التي تتحد لإنشاء الصورة بالألوان الكاملة. يتكون مرشح الألوان من مرشحات صغيرة باللون الأحمر والأخضر والأزرق مرتبة في نمط فسيفساء[3][7].

7. طبقات المحاذاة: طبقات المحاذاة عبارة عن أغشية رقيقة تغطي الأسطح الداخلية للركائز الزجاجية. تتم معالجة هذه الطبقات لإنشاء أخاديد مجهرية تقوم بمحاذاة جزيئات البلورات السائلة في اتجاه معين عندما لا يتم تطبيق مجال كهربائي [7].

كيف تعمل شاشات TFT LCD: شرح خطوة بخطوة

يتضمن تشغيل شاشة TFT LCD تفاعلا منسقا لمكوناتها المختلفة. فيما يلي شرح تفصيلي لكيفية عمل شاشة TFT LCD:

1. إضاءة الإضاءة الخلفية: تنبعث الإضاءة الخلفية من الضوء الأبيض غير المستقطب (أي تهتز موجات الضوء في جميع الاتجاهات)[3].

2. الاستقطاب: يمر الضوء عبر المستقطب الخلفي ، الذي يقوم بتصفية جميع موجات الضوء باستثناء تلك التي تهتز في اتجاه معين. يصبح الضوء مستقطبا[3][7].

3. تعديل الكريستال السائل: يدخل الضوء المستقطب إلى طبقة الكريستال السائل. تتحكم مصفوفة TFT في المجال الكهربائي المطبق على كل بكسل فرعي ، والذي بدوره يتحكم في محاذاة جزيئات البلورات السائلة. عندما لا يتم تطبيق مجال كهربائي ، تتم محاذاة البلورات السائلة بطريقة تدور الضوء المستقطب بمقدار 90 درجة [3] [6].

4. تصفية الألوان: يمر الضوء المستدير عبر طبقة مرشح الألوان ، والتي تفصل الضوء الأبيض إلى مكوناته الحمراء والخضراء والزرقاء. يسمح كل بكسل فرعي فقط بمرور اللون المقابل له [3][7].

5. انتقال الضوء: ثم يمر الضوء عبر المستقطب الأمامي. إذا قامت البلورات السائلة بتدوير الضوء بمقدار 90 درجة ، فسوف يمر الضوء عبر المستقطب الأمامي. إذا لم تقم البلورات السائلة بتدوير الضوء ، حجب الضوء بواسطة المستقطب الأمامي [7].

6. تشكيل الصورة: من خلال التحكم في الجهد المطبق على كل بكسل فرعي ، يمكن لمصفوفة TFT التحكم بدقة في كمية الضوء الأحمر والأخضر والأزرق المنقول عبر كل بكسل فرعي. يسمح هذا للشاشة بإنشاء مجموعة واسعة من الألوان والظلال ، وتشكيل الصورة النهائية [6].

مزايا شاشات TFT LCD

توفر شاشات TFT LCD العديد من المزايا مقارنة بتقنيات العرض الأخرى ، مما يساهم في اعتمادها على نطاق واسع:

- دقة عالية: يمكن أن تحقق شاشات TFT LCD كثافة بكسل عالية ، مما ينتج عنه صور حادة ومفصلة [6].

-السطوع: شاشات TFT LCD قادرة على إنتاج صور ساطعة ، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في ظروف الإضاءة المختلفة [6].

- دقة الألوان: يمكن لشاشات TFT LCD إعادة إنتاج مجموعة واسعة من الألوان بدقة ، مما يوفر تجربة ممتعة بصريا [6].

- وقت استجابة سريع: يتيح تصميم المصفوفة النشط لشاشات TFT LCD أوقات استجابة سريعة ، مما يقلل من ضبابية الحركة والظلال [6].

- كفاءة الطاقة: بالمقارنة مع تقنيات العرض القديمة مثل CRT ، تستهلك شاشات TFT LCD طاقة أقل [10].

- المظهر الجانبي النحيف: يمكن تصنيع شاشات LCD TFT رفيعة جدا وخفيفة الوزن ، مما يجعلها مثالية للأجهزة المحمولة [3].

عيوب شاشات TFT LCD

على الرغم من مزاياها ، إلا أن شاشات TFT LCD لها أيضا بعض القيود:

-زاوية الرؤية: يمكن أن تتحلل جودة صورة شاشات TFT LCD عند عرضها من زاوية. ويرجع ذلك إلى الطريقة التي تتماشى بها البلورات السائلة واستقطاب الضوء[6].

-مستويات الأسود: عادة ما تكافح شاشات LCD TFT لإنتاج مستويات سوداء عميقة ، مما يؤدي إلى انخفاض نسبة التباين [6].

- تعقيد التصنيع: عملية تصنيع شاشات LCD TFT معقدة وتتطلب معدات متخصصة ، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الإنتاج [8].

- احتمالية وجود وحدات بكسل ميتة: نظرا للعدد الكبير من الترانزستورات في مصفوفة TFT ، هناك احتمال حدوث وحدات بكسل ميتة (وحدات البكسل التي لا يتم تشغيلها أو إيقاف تشغيلها) [6].

تطبيقات شاشات TFT LCD تجد

شاشات TFT LCD تطبيقات في مجموعة واسعة من الأجهزة والصناعات[2][5]:

- الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة: ربما تكون هذه هي التطبيقات الأكثر شيوعا لشاشات TFT نظرا لكثافة البكسل العالية وكفاءتها في استخدام الطاقة[10].

- أجهزة التلفزيون وشاشات الكمبيوتر: أصبحت شاشات TFT LCD هي المعيار لأجهزة التلفزيون والشاشات، حيث توفر جودة صورة فائقة وكفاءة في استخدام الطاقة مقارنة بسابقاتها[10].

- شاشات السيارات: تستخدم في شاشات لوحة القيادة وأنظمة GPS وأنظمة الترفيه ، مما يوفر للسائقين والركاب تجربة مستخدم أكثر وضوحا وأمانا [8].

- المعدات الطبية: ضرورية في الأجهزة الطبية ، بما في ذلك أجهزة مراقبة المرضى وأنظمة التصوير ، حيث تكون الدقة والموثوقية ذات أهمية قصوى [2] [8].

- الأنظمة الصناعية: تطبق في واجهات الماكينة والتحكم في العمليات ، حيث تكون العروض الواضحة ضرورية للمراقبة وكفاءة التشغيل [2] [8].

- الجيش والدفاع: شاشات متينة لمراكز القيادة والعمليات الميدانية والأنظمة المثبتة على المركبات ، متوافقة مع معايير MIL-SPEC للمتانة وسهولة قراءة ضوء الشمس [2].

- البحرية والبحرية: أنظمة الملاحة ولوحات التحكم وأنظمة الترفيه على متن السفن ، تتميز بتصميمات مقاومة للماء والتآكل [2].

- أنظمة المعلومات العامة: لشاشات العرض الإعلانية واللافتات الرقمية والأكشاك الإعلامية في الأماكن العامة ، مما يضمن الوضوح والرؤية في ظروف الإضاءة المختلفة [8].

الابتكارات والاتجاهات المستقبلية

يتطور مجال تقنية TFT LCD باستمرار ، مع تركيز البحث والتطوير المستمر على معالجة حدودها وتوسيع قدراتها [8]:

- قدرات اللمس المحسنة: تكامل شاشات اللمس السعوية التي توفر إمكانات اللمس المتعدد والتعرف على الإيماءات [8].

- تحسين كفاءة الطاقة: تطوير شاشات LED ذات إضاءة خلفية تستهلك طاقة أقل وتوفر شاشة أكثر سطوعا [8].

- شاشات مرنة: ابحث في ركائز ومواد مرنة يمكن أن تمكن من إنشاء شاشات TFT LCD قابلة للطي وقابلة للطي.

- تقنية Quantum Dot: دمج النقاط الكمومية لتعزيز التدرج اللوني والسطوع.

- إضاءة خلفية Mini-LED و Micro-LED: استخدام مصابيح LED أصغر لتمكين التحكم بشكل أكثر دقة في التعتيم المحلي ، وتحسين نسبة التباين ومستويات اللون الأسود.

في الختام

أحدثت شاشات TFT LCD ثورة في الطريقة التي نتفاعل بها مع الأجهزة الإلكترونية ، مما يوفر حل عرض غني بصريا ومتعدد الاستخدامات لمجموعة واسعة من التطبيقات. من بداياتها المتواضعة إلى هيمنتها الحالية ، شهدت شاشات TFT LCD تطورات ملحوظة ، مدفوعة بالابتكار والتحسين المستمرين. بينما تظهر التقنيات المنافسة مثل OLED ، تستمر شاشات TFT LCD في التطور ، وتتضمن ميزات وتحسينات جديدة تضمن أهميتها في المشهد المتغير باستمرار لتكنولوجيا العرض. بينما نمضي قدما ، يمكننا أن نتوقع رؤية المزيد من التطبيقات المبتكرة لشاشات TFT LCD ، مما يشكل مستقبل الاتصالات المرئية وعرض المعلومات.

سؤال وجواب

1. ماذا تعني TFT؟

يرمز TFT إلى ترانزستور الأغشية الرقيقة [4]. إنه نوع من تقنيات الترانزستور المستخدمة في شاشات LCD لتحسين جودة الصورة ، مثل قابلية العنونة والتباين [3].

2. كيف تختلف شاشة TFT LCD عن شاشة LCD العادية؟

شاشة TFT LCD هي نوع من شاشات LCD ذات المصفوفة النشطة ، بينما يمكن أن تكون شاشة LCD العادية إما مصفوفة سلبية أو مصفوفة نشطة [3] [4]. تستخدم شاشات TFT LCD ترانزستورات رقيقة للتحكم في كل بكسل على حدة ، مما يؤدي إلى أوقات استجابة أسرع وتباين أفضل وزوايا عرض أوسع مقارنة بشاشات LCD ذات المصفوفة السلبية [6].

3. ما هي التطبيقات الرئيسية لشاشات TFT LCD؟

تستخدم شاشات TFT LCD في مجموعة واسعة من الأجهزة ، بما في ذلك الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة التلفزيون وشاشات الكمبيوتر وشاشات السيارات والمعدات الطبية والأنظمة الصناعية وأنظمة المعلومات العامة [2] [5] [8] [10].

4. ما هي مزايا شاشات TFT LCD على تقنيات العرض الأخرى؟

توفر شاشات TFT LCD العديد من المزايا ، بما في ذلك الدقة العالية والسطوع ودقة الألوان ووقت الاستجابة السريع وكفاءة الطاقة والمظهر الجانبي النحيف [6] [10].

5. ما هي بعض قيود شاشات TFT LCD؟

تتضمن بعض قيود شاشات TFT LCD الاعتماد على زاوية الرؤية ، وصعوبة إنتاج مستويات سوداء عميقة ، وتعقيد التصنيع ، وإمكانية وجود وحدات بكسل ميتة [6] [8].

الاستشهادات

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/S-IPS

[2] https://www.abraxsyscorp.com/tft-lcd-monitors-features-benefits-real-world-applications/

[3] https://www.hongguangdisplay.com/blog/what-is-a-tft-lcd/

[4] https://www.szmaclight.com/new/What-is-TFT-meaning.html

[5] https://www.proculustech.com/what-is-tft-lcd-what-are-applications-for-tft-lcd-screen/

[6] https://blog.notechriddles.com/tw/what-is-tft-screen-and-the-difference-to-lcd-led-ips-oled-tw.html

[7] https://www.orientdisplay.com/knowledge-base/tft-basics/what-is-thin-film-transistor-tft/

[8] https://www.xhpanel.com/blog-detail/comprehensive-guide-to-tft-lcd-displays-technology-applications-and-innovations

[9] https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%96%84%E8%86%9C%E9%9B%BB%E6%99%B6%E9%AB%94%E6%B6%B2%E6%99%B6%E9%A1%AF%E7%A4%BA%E5%99%A8

[10] https://www.av-display.hk/blog/what-are-the-common-applications-of-tft-displays