TFT LCD คืออะไร

 อะไรTFT LCD มีความหมายหรือไม่? 

TFT LCD ย่อมาจากจอแสดงผลคริสตัลเหลวทรานซิสเตอร์แบบฟิล์มบาง ซึ่งสร้างโดยการจัดชั้นฟิล์มบางๆ บนพื้นผิวแก้ว จึงเป็นที่มาของชื่อ เทคนิคนี้มักใช้ในการสร้างไมโครโปรเซสเซอร์ TFT ใน LCD ควบคุมแต่ละพิกเซลในจอแสดงผลโดยการตั้งค่าระดับสนามไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุผลึกเหลวสามตัว (หนึ่งตัวสำหรับแต่ละพิกเซลย่อยของสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน) ในพิกเซลเพื่อควบคุมโพลาไรซ์ของ วัสดุคริสตัล ปริมาณโพลาไรซ์ในคริสตัลเป็นตัวกำหนดปริมาณแสงที่ส่องถึงฟิลเตอร์สีจากแบ็คไลท์ เนื่องจากความสามารถในการควบคุมแต่ละพิกเซลได้โดยตรงและรวดเร็ว TFT จึงถูกเรียกว่าเทคโนโลยี LCD แอ็คทีฟเมทริกซ์

จอภาพ TFT LCD เป็นจอภาพแบบจอแบนที่ทำงานได้ทั้งจอคอมพิวเตอร์หรือจอภาพสำหรับทีวี TFT LCD ย่อมาจากจอแสดงผลคริสตัลเหลวทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง ส่วนใหญ่ ผู้ผลิตจะย่อคำศัพท์สำหรับจอภาพดังกล่าวเป็น LCD โดยเลิกใช้ชื่อ TFT เนื่องจากคำย่อนี้หมายถึงประเภทของจอภาพ LCD และ TFT เป็นประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุด

ทรานซิสเตอร์แบบฟิล์มบางประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บางๆ ที่ทาบนพื้นผิวแก้ว แต่ละพิกเซลมีทรานซิสเตอร์ของตัวเองพร้อมกับวัสดุคริสตัลเหลว วัสดุผลึกเหลวแสดงคุณสมบัติของทั้งของเหลว เนื่องจากสามารถเปลี่ยนแปลงได้รวดเร็ว และผลึก เนื่องจากความสามารถในการคงตำแหน่งที่จัดเรียงไว้ ทรานซิสเตอร์ใช้แรงดันไฟฟ้ากับพิกเซลเพื่อกำหนดสีและความเข้ม พิกเซลนั้นย่อมาจากองค์ประกอบภาพ และพิกเซลเล็กๆ ผสมผสานเข้าด้วยกันเพื่อสร้างภาพบนจอภาพ

อีกชื่อหนึ่งสำหรับจอภาพ TFT LCD คือ LCD แบบแอกทีฟแมทริกซ์ แม้ว่า TFT จะไม่ใช่เทคโนโลยีแอ็คทีฟเมทริกซ์เพียงอย่างเดียว แต่เป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุด ทำให้บางคนใช้คำสองคำนี้แทนกันได้ อย่างไรก็ตาม TFT เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของ LCD แบบแอกทีฟแมทริกซ์ คำว่า active-matrix หมายถึงความสามารถของจอภาพในการควบคุมแต่ละพิกเซลและสลับไปมาอย่างรวดเร็ว

LCD แบบแอกทีฟแมทริกซ์แตกต่างจาก LCD แบบพาสซีฟเมทริกซ์ในหลายประการ มีอัตราการรีเฟรชสูง คอนทราสต์สูง และเวลาตอบสนองสูง อย่างน้อยเมื่อเทียบกับจอแสดงผลแบบพาสซีฟเมทริกซ์ โดยทั่วไปจะพบ LCD แบบพาสซีฟเมทริกซ์ในจอแสดงผลเครื่องคิดเลขหรือนาฬิกาข้อมือดิจิทัล โดยที่จอแสดงผลมีจำนวนเซ็กเมนต์ที่จำกัดและไม่ต้องการสีทั้งหมด จอภาพ Active-matrix มักเป็นจอ LCD แบบสีที่มีความละเอียดสูง และรวมถึงจอภาพที่พบในจอคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ และทีวี

เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์แบบฟิล์มบางประเภทต่างๆ อาจพบได้ในจอภาพ TFT LCD จอภาพคอมพิวเตอร์และทีวีที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดเรียกว่าจอแสดงผลแบบบิดเกลียว (TN) ซึ่งแสดงเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว อย่างไรก็ตาม จอภาพ TN ไม่ได้โดดเด่นในด้านมุมมองหน้าจอและการสร้างสี เทคโนโลยีจอภาพทั่วไปอีกประการหนึ่งคือ IPS ซึ่งย่อมาจากการสลับในระนาบ จอแสดงผล IPS ให้สีที่ยอดเยี่ยมและมุมมองที่ดี แต่อัตราการรีเฟรชนั้นช้า

 คริสตัลเหลว LCD

ผลึกเหลวเป็นสารที่เกือบจะโปร่งใสและแสดงลักษณะของผลึกและของเหลวในเวลาเดียวกัน แผ่นแก้วสองแผ่นปิดสนิทด้วยอีพอกซีเรซินและมีร่องที่มุมซ้าย อนุญาตให้นำผลึกเหลว (ภายใต้สุญญากาศ) เข้ามาก่อนที่จะปิดผนึกแผ่นแก้วขั้นสุดท้าย ความต่างศักย์เป็นตัวกำหนดทิศทางของผลึกเหลว เมื่อใช้โพลาไรเซอร์และฟิลเตอร์สี ความแตกต่างในการวางแนวของผลึกเหลวทำให้เกิดความแตกต่างในการส่องผ่าน (หรือการสะท้อนแสง) และสีที่ได้ ผลึกเหลวคือสารที่มีสถานะต่างกัน (ของแข็ง ผลึกเหลว หรือของเหลว) ที่อุณหภูมิต่างกัน

 ฟิล์มปรับระดับ

ฟิล์มวางอยู่บนแผ่นกระจกสองแผ่น (บนและล่าง) โดยมีร่องคู่ขนานกันเป็นชุด เพื่อให้โมเลกุลของผลึกเหลวอยู่ในแนวเดียวกัน (ภาพที่ 5 มีชุดของร่องขนานกันเพื่อให้โมเลกุลของผลึกเหลว จัดไปในทิศทางที่สอดคล้องกัน)

 การพัฒนา LCD

คริสตัลเหลวถูกค้นพบเมื่อ 100 กว่าปีที่แล้ว เมื่อถูกความร้อน สถานะภายนอกของพวกมันสามารถเปลี่ยนจากของแข็งเป็นผลึกเหลว และแม้กระทั่งเปลี่ยนเป็นรูปของเหลวโดยสมบูรณ์เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอีก ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ผู้คนได้ใช้ความพยายามอย่างมากในการปรับปรุงผลึกเหลว และด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์และนาฬิกาดิจิตอล ในปัจจุบัน การใช้งานคริสตัลเหลวสีมีขอบเขตกว้างขึ้น: โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล และทีวีซึ่งมีความหนาต่ำ ใช้พลังงานต่ำ ความละเอียดและความสว่างสูง นอกจากนี้ ในอนาคตอันใกล้ จากการขยายตัวอย่างรวดเร็วของจอแบน ความต้องการจอ LCD คาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

 LCD ทำงานอย่างไร

เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากับอิเล็กโทรด LCD สองอิเล็กโทรด ยิ่ง "แฉ" ของโมเลกุลผลึกเหลวแข็งแกร่งเท่าใด ศักยภาพที่ใช้ก็จะยิ่งสูงขึ้น (รูปที่ 6) ความไวต่อแรงดันไฟฟ้าเป็นหนึ่งในลักษณะสำคัญของผลึกเหลว รูปที่ 7 แสดงโหมด "สีขาว" ปกติของ LCD ตราบใดที่ไม่มีการใช้ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น แสงสามารถผ่านชั้นคริสตัลเหลวได้ และโมเลกุลของผลึกเหลวจะเปลี่ยนทิศทางของระนาบแสงตามมุมของพวกมันเอง อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า โมเลกุลของผลึกเหลวจะ "แฉ" และ "ทำให้ตรง" แสงที่ส่งไปยังตัวกรองโพลาไรซ์ด้านบน ดังนั้นแสงจะไม่สามารถผ่านบริเวณแอคทีฟของ LCD ได้ และบริเวณนี้จะมืดกว่าบริเวณโดยรอบ

 โหมดควบคุม LCD

รูปที่ 8 แสดงวงจรควบคุม LCD ในช่วงเวลาที่กำหนด สวิตช์จะปิดลงและแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะถูกนำไปใช้กับผลึกเหลว ซึ่งจะทำให้ทิศทางของโมเลกุลผลึกเหลวเปลี่ยนไป เมื่อปิดสวิตช์ ประจุบางอย่างจะถูกเก็บไว้ใน Clc และแรงดันไฟฟ้าใน Clc จะลดลงตามเวลา พิจารณาเพิ่มตัวเก็บประจุ Cst ควบคู่ไปกับ Clc เพื่อขยายความจุของประจุ

 ตัวเก็บประจุเก็บพลังงาน

ในความเป็นจริง การควบคุมผลึกเหลวต้องดำเนินการโดยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ในการเปิดใช้งาน LCD แรงดันไฟฟ้าจะใช้เมื่อเปิดสวิตช์เท่านั้น จากนั้นสวิตช์จะปิดทันที ในบางกรณี แรงดันตกคร่อมผลึกเหลวจะลดลงเนื่องจากการรั่วซึม เพื่อป้องกันสิ่งนี้ เราสามารถใช้ตัวเก็บประจุแบบขนานเพื่อชดเชยแรงดันไฟรั่ว เมื่อความจุ Cst เพิ่มขึ้น รูปร่างของแรงดันไฟฟ้าที่ตัดขวางจะใกล้เคียงกับซิกแซก

 หลักการทำงานของ TFT LCD

TFT ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ ประตูของ TFT เชื่อมต่อกับเส้นสแกน แหล่งที่มาเชื่อมต่อกับสายข้อมูล และท่อระบายน้ำเชื่อมต่อกับ Clc และ Cst เมื่อเปิดใช้งานชัตเตอร์ (เลือกบนเส้นสแกน) ช่องสัญญาณ TFT จะเปิดขึ้น และข้อมูลภาพจะถูกเขียนลงใน Clc และ Cst เมื่อไม่ได้เลือกชัตเตอร์ ช่อง TFT จะปิด

 โครงสร้างพื้นฐานของ TFT LCD

แกนกลางของโครงสร้าง TFT-LCD ประกอบด้วยคริสตัลเหลว โพลาไรเซอร์สองตัว และแผ่นกระจก: พื้นผิวฟิล์มสีด้านบน และพื้นผิวอาร์เรย์ TFT ด้านล่าง ฉีดวัสดุคริสตัลเหลวระหว่างแผ่นแก้วทั้งสองแผ่น

 การปรับฟลักซ์ส่องสว่าง

โดยการควบคุมขนาดของแรงดันไฟขาเข้าที่ใช้กับผลึกเหลว การจัดเรียง ทิศทางและทิศทางของโมเลกุลสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งจะทำให้ปริมาตรของฟลักซ์การส่องสว่างผ่านผลึกเหลวเปลี่ยนแปลงไปตามนั้น