Que sont les LCD à matrice active et les TFT-LCD ?

À la lumière de la technologie d'affichage, les LCD peuvent être classés en LCD à matrice passive et LCD à matrice active, les TFT-LCD sont des écrans actifs à transistors à film mince.

I.Technologie des écrans LCD : Matrice passive vs matrice active

Les cristaux liquides (CL) sont un état de la matière dont les propriétés se situent entre celles des liquides classiques et celles des cristaux solides, dans lesquels les molécules constitutives ont tendance à s'aligner les unes par rapport aux autres. Les écrans à cristaux liquides (LCD) utilisent le caractère unique des cristaux liquides nématiques qui sont optiquement actifs et s'alignent avec un champ appliqué.

Le caractère de la phase Nematic LC : Le centre de gravité des molécules dans la phase Nematic manque d'ordre positionnel, ce qui lui permet de s'écouler librement et les positions de leur centre de masse sont distribuées aléatoirement comme dans un liquide, mais les directeurs des molécules sont spontanément alignés avec leurs axes longs grossièrement parallèles.

Il y a deux façons de faire fonctionner le LC dans le champ électrique, soit avec une matrice passive, soit avec une grille de matrice active. Par conséquent, les LCD peuvent être classés en LCD à matrice passive (PMLCD) et LCD à matrice active (AMLCD).

-LCD à matrice passive (PMLCD)

L'affichage matriciel passif est la première technologie LCD commercialisée, qui est conçue avec une simple grille d'électrodes de ligne et de colonne respectives sur les plaques supérieure et inférieure pour adresser les pixels.

Le principe de fonctionnement de l'affichage passif consiste à utiliser le signal d'entrée pour commander les électrodes de chaque rangée à tour de rôle. Ainsi, lorsqu'une rangée est sélectionnée, les électrodes de la colonne sont déclenchées pour allumer les pixels situés à l'intersection de la rangée et de la colonne.

Inconvénients

Cette méthode est relativement simple. Cependant, elle présente les inconvénients suivants

● Diaphonie

Compte tenu de la structure de multiplexage, si un segment est traversé par un courant important, un segment voisin sera affecté, ce qui provoquera des images fantômes.

● Un rapport de contraste médiocre

Par conséquent, la plage de tension autorisée est limitée, et le rapport de contraste est réduit

● Limite de rangées et faible réponse

Pendant que les rangées et les colonnes sont ajoutées, le courant devient faible, par conséquent, la cellule s'allume et s'éteint lentement

Elle est généralement limitée à environ 320 rangs.

-LCD à matrice active (AMLCD) / LCD TFT

L'affichage AM supprime ces limitations de multiplexage en exploitant un élément de commutation et un condensateur de stockage à chaque pixel de l'affichage

Ces commutateurs sont généralement mis en œuvre par des transistors, fabriqués à l'aide d'une couche mince conductrice de courant (généralement une couche de silicium-Si) et donc appelés transistors à couche mince (TFT)

L'écran LCD à matrice active est également connu sous le nom d'écran LCD TFT.

Un écran couleur d'une résolution de 1024×768 comprend 1024x3x768=2 359 296 sous-pixels

Comme pour l'écran LCD à matrice passive, les couches supérieure et inférieure de l'écran LCD à matrice active sont également disposées verticalement et horizontalement avec des électrodes transparentes en oxyde d'indium et d'étain (ITO).

La différence réside dans le fait qu'un petit transistor est ajouté à chaque unité, et que ce transistor contrôle l'activation et la désactivation de chaque pixel

Il permet d'appliquer les tensions de la colonne uniquement à la ligne qui est adressée, tandis que le condensateur de stockage maintient les informations du pixel pour toute la trame, même lorsque le signal d'adressage est supprimé

Ainsi, un contraste élevé est possible et un mélange LC rapide peut être utilisé, puisque le pixel ne doit plus répondre à la tension moyenne sur une période de trame entière, comme dans les PMLCD. Pour la même raison, le phénomène de diaphonie est également minimisé.

-Révolution de la technologie LCD

▶ LCD passif, de TN, STN, DSTN à FSTN

Les premiers écrans matriciels passifs reposaient sur des conceptions nématiques torsadées (TN). Les directions de polarisation des plaques de polarisation supérieure et inférieure sont à 90°, de sorte que le cristal liquide au milieu est tordu à 90°

Les panneaux LCD qui en résultent présentent un faible contraste et des temps de réponse lents. Cette méthode fonctionne bien pour les écrans à faible contenu informatif, mais pas pour les écrans d'ordinateur.

La méthode Super Twisted Nematic (STN) est améliorée en modifiant la composition chimique des cristaux liquides de manière à ce que les molécules de cristaux liquides soient torsadées plus d'une fois. Par conséquent, la torsion de la lumière atteint 180° à 270°, ce qui peut améliorer considérablement le contrat

Au début des années 1980, la technologie STN était très populaire. Mais elle s'accompagne d'un décalage des couleurs de la lumière, en particulier lorsque l'écran est désaxé. C'est pourquoi les premiers écrans d'ordinateur étaient toujours bleuâtres et jaunâtres.

Pour résoudre le problème du décalage des couleurs, on a mis au point les réseaux STN à double couche (DSTN) et une technologie améliorée, les réseaux STN à compensation de film (FSTN), qui offrent une qualité d'affichage comparable et un faible coût.

Le concept de double balayage pour les réseaux transistorisés à couches minces a été proposé au début des années 1990 pour résoudre le phénomène d'image fantôme, améliorer considérablement le contraste et la qualité graphique et réduire le temps de réponse. Il est encore largement utilisé dans les ordinateurs à bas prix.

▶ Active LCD, l'écran plat avancé est devenu courant à la fin des années 90

Par rapport à la matrice passive, la matrice active est une technologie beaucoup plus avancée pour l'affichage à écran plat

Mais pour concurrencer le tube cathodique dans les années 90, la qualité d'image des AMLCD n'atteignait pas le standard du tube cathodique.

Les inconvénients étaient l'angle de vision et la gamme de couleurs limités, le faible niveau de noir, la faible luminance de pointe et le temps de réponse lent du matériau LC, le coût élevé et le faible rendement en production

Au cours des 30 dernières années, ces problèmes ont été largement abordés et résolus

● Depuis 2005, la qualité d'image des LCD pour la télévision a dépassé celle des CRT, le jalon étant les modules LC Full High Definition (FHD) avec 1080 lignes introduits sur le marché, qui présentent un bon contraste en lumière du jour et une haute résolution.

● L'angle de vision pourrait être élargi de façon spectaculaire en appliquant de nouvelles structures LC comme les LC à commutation dans le plan (IPS) et les LC nématiques alignés verticalement (VAN)

● La gamme de couleurs a été améliorée en appliquant de nouveaux matériaux de filtre de couleur et des diodes électroluminescentes (LED) dans le BLU

● Un contraste dynamique élevé (y compris un bon niveau de noir) est obtenu par des techniques de gradation adéquates

● La minimisation de l'épaisseur de la cellule LC et l'application de nouvelles recettes LC ont permis de raccourcir le temps de réponse

● Le coût du panneau d'un module LCD TFT étant relativement élevé, la diminution du coût de fabrication d'un panneau LC est l'un des principaux enjeux. Le moyen le plus efficace consiste à agrandir le verre mère ou le substrat des plaques arrière et avant

Jusqu'en 2021, la Gen11 est en production, elle peut traiter la taille du substrat de verre 3000*3320(mm). (Dans l'industrie, "Gen" signifie "génération", qui est utilisée pour indiquer la taille du substrat en verre pour un panneau LC. )

● Grâce à l'amélioration du processus de production en termes de rendement élevé et de rentabilité, le TFT-LCD a pris la tête du marché des écrans désormais.

-PMLCD vs. AMLCD

Même si l'AMLCD (TFT LCD) tire parti de la technologie et de la qualité d'affichage, le coût de certains modules peut rivaliser avec la taille similaire des LCD passifs.

Le PMLCD occupe encore certains marchés spécifiques avec un faible coût et sans haute résolution requise

● LCD matriciel passif

Principe de fonctionnement : Les pixels sont adressés directement et ils doivent conserver leur état entre les rafraîchissements de l'écran sans bénéficier d'une charge électrique constante.

Classification ultérieure/développement technologique : TN, STN, DSTN, FSTN avec double balayage.

Rapport de contraste : Bas

Temps de réponse : Plus lent

Saturation des couleurs : Plus faible

Résolution : Plus bas

Niveaux de gris : Très limité

Luminosité : Plus faible

Consommation d'énergie : Plus faible

Coût : Plus bas

Personnalisé : Flexible et moins coûteux

Application : Affichages numériques, traitements de texte monochromes, principalement des affichages monochromes à faible coût et à faible puissance, et des affichages graphiques.

● LCD à matrice active

Principe de fonctionnement : Un commutateur est placé à chaque pixel, ce qui découple la fonction de sélection des pixels. Le transistor à couche mince est la principale technologie du sous-groupe AMLCD.

Classification ultérieure/développement technologique : En fonction de l'angle de vision : TN, IPS, VAN ; En fonction du matériau utilisé pour son élaboration : silicium amorphe (a-Si), silicium polycristallin à basse température (LTPS), silicium à grain continu (CGS), oxyde d'indium, de gallium et de zinc (l IGZO), poly-silicium à haute température (HTPS).

Rapport de contraste : Plus élevé

Temps de réponse : Plus rapide

Saturation des couleurs : Couleurs vraies

Résolution : Capable d'une résolution beaucoup plus élevée, atteignant maintenant la résolution 8K.

Niveaux de gris : Capable d'une haute

Luminosité : Plus élevé

Consommation d'énergie : Plus élevée

Coût : plus élevé

Personnalisé : Coût NRE plus élevé sur le panneau LCD, mais flexible grâce aux multiples options : taille, résolution, BL, finition du couvercle, etc.

Application : Téléphones mobiles, écrans d'ordinateur, moniteurs, télévision et écrans couleur grand public.

II. Caractéristiques principales de l'écran LCD TFT dans l'industrie

Grâce aux avantages de la technologie d'affichage à matrice active et au développement technologique des matériaux, des composants et de la production connexes au cours des dernières années, le TFT-LCD a attiré les marchés pour adopter cette technologie.

● Une taille flexible

En théorie, la taille ne peut avoir aucune limite

Sur le marché, la taille la plus courante dans les applications, couvrir moins de 1 pouce pour les wearables, et plus de 50 pouces pour la télévision.

● Une intégration élevée

Avec la révolution de l'industrie des circuits intégrés, le TFT-LCD peut fournir une haute résolution avec moins d'épaisseur et de taille.

Par exemple, le TFT de 1,3 pouce peut avoir une résolution de XGA (1024 x 768) contenant des millions de pixels, tandis que le film TFT pour 16,1 pouces avec une résolution de SXGA (1280×1024) ne fait que 50 nm.

● Des performances d'affichage élevées

Dans le TFT-LCD, chaque pixel de l'écran à cristaux liquides est contrôlé indépendamment par un transistor à couche mince intégré derrière.

Par ce moyen, l'affichage peut avoir une réponse rapide et une grande précision dans les couleurs, pour fournir un contraste élevé, une haute luminosité et des couleurs vraies.

● Efficacité des coûts

D'un point de vue industriel, l'application de substrats en verre et de substrats en plastique résout fondamentalement le problème du coût des circuits intégrés à semi-conducteurs à grande échelle.

Et avec l'optimisation de la production et de la technologie au cours des 30 dernières années, le taux de rendement s'est amélioré, en moyenne au-dessus de 90%, bien mieux que l'OLED d'environ 80%.

● Consommation électrique et durée de vie

Par rapport au tube cathodique, l'écran LCD TFT consomme environ un dixième de l'énergie d'un écran CRT, et l'écran LCD TFT réfléchissant n'en consomme même qu'un centième.

La consommation d'énergie de l'écran TFT provient principalement du rétroéclairage, qui représente environ 90 %. La réduction de la consommation d'énergie du BL est l'objectif du développement futur de l'affichage à cristaux liquides TFT, ainsi que l'amélioration de sa durée de vie.

En effet, le rétroéclairage est également le facteur clé qui détermine la durée de vie du LCD. Lorsque le rétroéclairage s'éteint alors qu'il a atteint sa durée de vie maximale, l'écran LCD s'use. Avant même cela, la qualité d'affichage diminuera

Cependant, par rapport à l'OLED, le TFT-LCD a toujours une durée de vie plus longue, plus de 30 000 heures.

III. Application du TFT-LCD

Le TFT-LCD est une interface entre les humains et les machines, chaque industrie a toujours ses propres exigences pour que son terminal fonctionne dans un environnement spécifique

À la lumière des exigences en termes de taille et de caractéristiques pour diverses industries, nous avons partagé notre expérience et notre compréhension du segment Application sur le site.

Si vous souhaitez utiliser des écrans TFT-LCD et Graphic LCD dans votre terminal, n'hésitez pas à nous contacter. Nous fournissons des produits de petite et moyenne taille et nous pouvons vous proposer une solution personnalisée pour votre application.