TFT-LCD

TFT LCD (Thin-Film-Transistor Liquid Crystal Display) on kerrosrakenteinen nestekidenäyttö, jossa nestekideaine on sijoitettu kahden lasilevyn väliin.

TFT LCD -näytössä valon läpäisevyyttä ja värien muodostumista säätelevät polarisaatiosuodattimet, RGB-värisuodattimet ja kohdistuskerrokset. Jokainen aktiivimatriisin pikseli on kytketty transistoriin, joka sisältää kondensaattorin, mahdollistaen alipikselin varauksen säilyttämisen ilman jatkuvaa sähkövarausta. TFT-kerros hallitsee valon kulkua, värisuodatin tuottaa värit ja pintakerros muodostaa näkyvän näytön. Näytössä hyödynnetään sähkövarausta, joka muuttaa nestekidemateriaalin molekyylirakennetta, jolloin taustavalon eri aallonpituudet pääsevät läpi. TFT-näytön aktiivimatriisi muuttuu jatkuvasti ohjauslaitteesta tulevan signaalin mukaan, ja näytön tarkkuus määräytyy pikseleiden tiheyden eli resoluution perusteella. Mitä enemmän pikseleitä, sitä tarkempi ja yksityiskohtaisempi kuva.

TFT-näytön ominaisuuksia määrittelevät näytön koko, virrankulutus, resoluutio ja liitäntätapa. TFT-näyttö itsessään ei tuota valoa, vaan käyttää taustavaloa, joka nykyään on usein LED-pohjainen. Tämä vähentää virrankulutusta ja mahdollistaa ohuemman rakenteen. TFT-näytön moduuli koostuu näytöstä, LED-taustavalosta ja ohjainpiiristä.

TFT LCD -näytöillä on useita etuja verrattuna perinteisiin LCD-näyttöihin. Perinteisissä LCD-näytöissä on vain yksi transistorikerros, kun taas TFT LCD -näytöissä käytetään ohutta transistorikalvoa. Tämä parantaa kuvanlaatua, lyhentää vasteaikaa ja vähentää virrankulutusta. Lisäksi TFT LCD -näytöt ovat ohuempia ja kevyempiä, mikä tekee niistä erityisen sopivia kannettaviin laitteisiin.

TFT pikselin toiminta ja näytön rakenne

TFT LCD -paneeli koostuu yksikköpikseleistä, joita kutsutaan usein alipikseleiksi. Jokainen yksikköpikseli sisältää TFT:n, pikselielektrodin (ITO) ja varastointikondensaattorin (Cs). Esimerkiksi SVGA-värillisessä TFT LCD -paneelissa on yhteensä 1 440 000 yksikköpikseliä (800x3x600). Yksikköpikselit on järjestetty matriisiin, jossa ne on liitetty porttiväylä- ja dataväylälinjoihin 2400x600 -matriisimuodossa SVGA:ssa. Tämä mahdollistaa kunkin yksikköpikselin osoitteistamisen rivien ja sarakkeiden liitäntätyynyjen kautta. TFT LCD:n suorituskyky riippuu yksikköpikselin suunnitteluparametreista, kuten TFT:n kanavan leveydestä (W) ja pituudesta (L), elektrodien päällekkäisyydestä, varastointikondensaattorin ja pikselielektrodin koosta sekä niiden välisestä tilasta. Lisäksi suorituskykyyn vaikuttavat mustaan matriisiin, väyläjohtoihin ja niiden reititykseen liittyvät suunnitteluparametrit. Yksikköpikselin ITO-pikselielektrodin nestekidekerros muodostaa kondensaattorin, jonka vastaelektrodi on värisuodatinalustan yhteinen elektrodi.

Historia

TFT LCD -näyttötekniikan historia alkoi vuonna 1957, kun RCA:n John Wallmark jätti patentin ohutkalvo-MOSFET:sta. Vuonna 1962 RCA:n Paul K. Weimer kehitti Wallmarkin patentin pohjalta ohutkalvotransistoriteknologian (TFT). Vuonna 1968 RCA:n Bernard Lechner käytti tätä tekniikkaa ensimmäisen kerran nestekidenäytössä (LCD). Vuonna 1971 Lechner, F. J. Marlowe, E. O. Nester ja J. Tults esittelivät hybridipiirillä ohjatun 2x18 -matriisinäytön, jossa käytettiin nestekidenäytön dynaamista sirontatilaa. Vuonna 1974 Brody ja Fang-Chen Luo esittelivät ensimmäisen litteän aktiivimatriisin nestekidenäytön (AM LCD), jossa hyödynnettiin CdSe TFT:tä , ja vuonna 1975 Brody keksi termin "aktiivimatriisi LCD".

Vuoteen 2020 mennessä TFT-LCD -näyttötekniikka on hallinnut näyttömarkkinoita, korvaten viimeisten 20 vuoden aikana lähes täysin CRT- (katodisädeputki) ja plasmanäytöt. Ainoat merkittävät kilpailijat ovat nykyään OLED (orgaaninen valodiodi) ja Micro LED -tekniikat.

Edut ja käyttömahdollisuudet

TFT LCD -näytöillä on monia etuja verrattuna perinteisiin näyttöihin, kuten CRT- ja plasmanäyttöihin. Ne ovat kevyitä, ohuita ja energiatehokkaita, mikä mahdollistaa niiden käytön matkapuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa, seinälle ripustettavissa LCD-televisioissa, litteissä tietokonenäytöissä ja muissa kädessä pidettävissä laitteissa. Lisäksi TFT LCD -näytöt ovat kustannustehokkaita, mikä tekee niistä markkinoiden hallitsevia näyttöjä.

LCD-näyttöjä on kahta päätyyppiä: aktiiviset TFT-värinäytöt ja yksiväriset passiivinäytöt. Ennen TFT-näyttöjen kehitystä passiivimatriisi-LCD -näytöt olivat yleisiä. Passiivimatriisi-LCD -näytöt soveltuvat kuitenkin vain yksivärisiin näyttöihin, kuten laskimiin, kelloihin (ei älykelloihin), termostaatteihin (ei älytermostaatteihin) ja kulutusmittareihin. TFT LCD -tekniikan myötä näyttömaailma on muuttunut värikkäämmäksi ja monipuolisemmaksi.

Amorfista piitä käytetään näytöissä, jotka vaativat korkeampaa TFT-suorituskykyä, kuten projektorien tai etsimien pienissä korkean resoluution näytöissä. Amorfiseen piihin perustuvat TFT:t ovat kuitenkin yleisimpiä, koska niiden tuotantokustannukset ovat alhaisemmat.

Uudet TFT-teknologiat

TFT LCD -tekniikassa oli aiemmin ongelmia katselukulman ja hitaan vasteajan kanssa, mutta nämä haasteet on ratkaistu uuden IPS (in-plane switching) -tekniikan myötä.

Tulevaisuudessa TFT LCD -näytöt kehittyvät edelleen suuremmiksi, kuten Samsungin 146-tuumainen malli CES'19-tapahtumassa, ja tarjoavat erittäin korkean resoluution, kuten 8K (7 680×4 320 pikseliä). Ne ovat nopeita ja soveltuvat erinomaisesti pelaamiseen, tarjoavat laajat katselukulmat (170 astetta) ja korkean kontrastisuhteen, mikä tekee niistä sopivia vaativiin ilmailu- ja lääketieteen näyttöihin. Lisäksi ne voidaan yhdistää kapasitiivisiin kosketusnäyttöihin (PCAP) parantaen käyttökokemusta.