Transistor-LCD-Technologie

TFT-LCD-Struktur. Flüssigkristallanzeigen mit Dünnschichttransistoren bestehen aus drei Kernkomponenten: Anzeigebildschirm, Hintergrundbeleuchtung und Ansteuerschaltung.

Der TFT-LCD-Bildschirm umfasst ein Array-Glassubstrat, einen Farbfilterfilm und Flüssigkristallmaterial. Der Vorbereitungsprozess für das Array-Glassubstrat besteht aus: Unter Verwendung von drei Fotolithographiemasken werden zunächst kontinuierlich ein ITO-Film (Dicke 20–50 nm) und ein Cr-Film (Dicke 50–100 nm) sowie Fotolithographiemuster auf dem Glassubstrat abgeschieden und anschließend kontinuierlich ein isolierender Gatefilm SiN abgeschieden : (Dicke etwa 400 nm) und dann intrinsisches a-Si (Dicke 50–100 nm) m) und n+a-Si Schicht und Photolithographiemuster (Trockenmethode) wird verwendet, um den Al-Film abzuscheiden, Photolithographie der Drain-Source-Elektrode und schließlich, unter Verwendung der Drain-Source-Elektrode als Maske, selbstausrichtendes Ätzen des Cr-Films und des TFT auf dem Pixelelektrode n+a-Si-Film zwischen Source und Drain. Dies ist der einfache Herstellungsprozess der umgekehrt gestaffelten TFT-Struktur. Der nächste Schritt besteht darin, eine Polyimid-Ausrichtungsschicht auf das Glassubstrat aufzutragen und diese mit einem Flanell in eine bestimmte Richtung zu reiben, um auf der Oberfläche der Ausrichtungsschicht feine Kanäle in derselben Richtung zu bilden und die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zu steuern. Unter der Bedingung, dass die Rillenrichtungen der oberen und unteren Orientierungsrillen der beiden Glassubstrate orthogonal sind, werden die beiden Glassubstrate in einer Box versiegelt. Der Spalt zwischen den Kästen beträgt im Allgemeinen nur wenige Mikrometer (z. B. 10 μm), und dann wird das Flüssigkristallmaterial evakuiert und gefüllt.

Der Farbfilter (Color Filter) wird als CF bezeichnet. Die Farbanzeige von TFT-LCD nutzt tatsächlich Licht, das durch das Array-Substrat geht, um den Farbfilm zu beleuchten, und der Anzeigebildschirm kann Farben anzeigen. Der Farbfilterfilm (wie farbiges Zellophan) kann oben auf der transparenten Elektrode (zwischen der transparenten Elektrode und der Flüssigkristallschicht) oder unter der transparenten Elektrode (zwischen der transparenten Elektrode und dem Glas) mit der Ober- und Unterseite angebracht werden Glassubstrate und CF Die Filmausrichtungsgenauigkeit ist sehr hoch, was erfordert, dass die Schwarz-Weiß-Matrix des CF-Films genau mit der Kante der ITO-Pixelelektrode ausgerichtet ist. Der CF-Film wird auf der Oberfläche der Flüssigkristallzelle angebracht, und dann wird die Flüssigkristallzelle zwischen zwei farblosen Polarisatoren eingelegt. Das Prinzip der Farbanzeige lässt sich kurz wie folgt beschreiben: Teilen Sie ein Pixel eines TFT-LCD in drei Primärfarben Rot, Grün und Blau (R, G, B) auf und entsprechen Sie dem RGB des CF-Films. Das LCD, das als Lichtventil fungiert, steuert die Lichtdurchlässigkeit. Die drei Lichtfarben des CF-Films werden ausbalanciert und angepasst, um die gewünschte Farbe zu erhalten. Wenn das einfallende Licht durch die CF-Folie dringt, beeinträchtigt dies den Kontrast des TFT-LCD. Daher muss an der Lücke eine lichtabschirmende schwarze Matrix (Black Matrix), kurz BM genannt, installiert werden. Für Stabilität und Glätte wird aus Acrylharz und Epoxidharz eine Schutzschicht (oe cota) mit einer Dicke von 0,5 bis 2 μm, OC genannt, hergestellt. Auf dieser Schutzschicht wird dann eine gemeinsame Elektrode, ein transparenter Elektrodenfilm, gebildet. Die BM-Schicht besteht üblicherweise aus metallischem Chrom (Cr). Um die Oberflächenreflexion zu reduzieren, wird auch Chromoxid (CrOx) oder Harz verwendet. Die Dicke von metallischem Chrom beträgt etwa 1000 bis 1500 Angström und es wird mit Harz, Farbstoff oder Pigment als Farbschicht gefärbt. Das Farbmuster jedes Pixels unterscheidet sich je nach Verwendungszweck des TFT-LCD. Es kann beispielsweise in Streifen, Mosaiken, Dreiecken usw. angeordnet sein. Die Eigenschaften von CF-Folien werden in Durchlässigkeit, Farbreinheit, Kontrast und geringer Reflexion ausgedrückt, daher sind die Anforderungen an CF-Folien: hohe Durchlässigkeit und Farbreinheit; hoher Kontrast und Flächigkeit sowie extrem geringe diffuse Reflexion.

Flüssigkristallmaterial. Unvollständigen Statistiken zufolge gibt es mehr als 10.000 Arten von Polymerverbindungen, die als Flüssigkristallmaterialien verwendet werden können. Normalerweise ist es schwierig, eine Art Flüssigkristallmaterial zu verwenden, um die wichtigsten technischen Indikatoren wie Temperaturbereich, Elastizitätskoeffizient, Dielektrizitätskonstante, Brechungsindexanisotropie und Viskosität zu erfüllen, die für das Gerät erforderlich sind. In der Technik müssen gemischte Flüssigkristalle zur Modulation physikalischer Eigenschaften eingesetzt werden. Häufig verwendete repräsentative Flüssigkristallmaterialien können entsprechend den unterschiedlichen Richtungen der molekularen Anordnung in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: Eine davon ist der nematische Flüssigkristall. In diesem Flüssigkristallmaterial sind die Längsachsen der Moleküle parallel und die Moleküle können sich nicht nur drehen und gleiten, sondern sich auch auf und ab bewegen; der zweite ist ein cholesterischer Flüssigkristall. Bei dieser Art von Flüssigkristallmaterial sind die Moleküle auf unterschiedlichen Ebenen ausgerichtet. Auf derselben Ebene verläuft die Längsachse der Moleküle parallel zur Richtung jeder Ebene und verdreht sich Schicht für Schicht, um eine spiralförmige Veränderung zu zeigen; der dritte ist ein phasennaher Flüssigkristall.

Bei dieser Art von Flüssigkristallmaterial sind die Moleküle in Schichtform angeordnet. Die Längsachsen der Moleküle in jeder Schicht sind parallel und können sich parallel zueinander bewegen, die Moleküle können jedoch nicht frei zwischen den Schichten gleiten. Die Hauptmerkmale von Flüssigkristallmaterialien sind: Sie haben eine schlanke Molekülstruktur und ihre elektrische Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante und ihr Brechungsindex unterscheiden sich in zwei Richtungen senkrecht und parallel zum molekularen Direktor und variieren mit äußeren Bedingungen wie Temperatur und Fahrfrequenz. ändern. Darüber hinaus ist die Brechungsindexanisotropie groß und die Flüssigkristallzelle kann bei gleichem optischen Effekt dünner gemacht werden. Die elektrische Feldstärke bei gleicher Spannung kann die Reaktionsgeschwindigkeit der Flüssigkristallzelle beschleunigen.

TFT-LCD-Hintergrundbeleuchtung. Der Flüssigkristall selbst emittiert kein Licht und es muss eine externe Beleuchtung eingesetzt werden. Diese externe Beleuchtung wird als Hintergrundbeleuchtung bezeichnet. Die Hintergrundbeleuchtung eines LCD-Displays kann grob in drei Typen unterteilt werden: Kantentyp, direkter Typ und selbstleuchtender Typ entsprechend der relativen Position der Oberfläche des Flüssigkristalldisplays und der Lichtquelle. Glühlampen und weiße Halogenlampen sind Punktlichtquellen, Leuchtstofflampen (Heißkathoden, Kaltkathoden) sind Linienlichtquellen und Elektrolumineszenz (EL) und Matrix-Leuchtdioden sind Flächenlichtquellen. Bei Edge-Backlights handelt es sich um Leuchtstofflampen, die an den Seiten des Anzeigebereichs linienförmige Lichtquellen anordnen. Um die Gleichmäßigkeit der Helligkeit im Anzeigebereich sicherzustellen, verwenden Kantenhintergrundbeleuchtungen Maßnahmen zur Lichtsammlung und Lichtführung. Die Lichtsammlung soll das einfallende Licht effektiv von einer Seite emittieren lassen, und der Lichtleiter soll das von der Sammlung emittierte Licht reflektieren, um daraus eine ebene Lichtquelle zu machen. Die direkte Hintergrundbeleuchtung befindet sich direkt unter dem Anzeigebereich und ist mit einer oder mehreren nebeneinander angeordneten Kaltkathodenlampen ausgestattet. Sie sind mit diffusen Streuplatten auf der Oberseite der Kaltkathodenlampen ausgestattet, um durch die Kaltkathodenlampen verursachte Flecken zu beseitigen. Die selbstleuchtende Hintergrundbeleuchtung ist mit einer Elektrolumineszenzplatte unterhalb der Anzeigefläche ausgestattet. Elektrolumineszenz ist Oberflächenlumineszenz, die Licht gleichmäßig und fleckenfrei über die gesamte Oberfläche abgeben kann. Die Lumineszenzfarben sind Grün, Blau und Weiß und die Helligkeit beträgt 30 bis 100 Nits. Der Entwicklungstrend der TFT-LCD-Hintergrundbeleuchtung ist: großer Bildschirm, hohe Helligkeit, großer Betrachtungswinkel, dünn, leicht, geringer Stromverbrauch und niedriger Preis. .

TFT-LCD-Ansteuerschaltung. Um beliebige Grafiken anzuzeigen, verwendet TFT-LCD ein progressives Scan-Matrix-Display mit m×n angeordneten Punkten. Beim Entwurf der Antriebsschaltung müssen wir zunächst berücksichtigen, dass die Flüssigkristallelektrolyse zu einer Verschlechterung des Flüssigkristallmaterials führt. Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, wird im Allgemeinen ein Wechselstromantrieb verwendet. Zu den gebildeten Antriebsmodi gehören: Spannungsauswahlmodus, Rampenmodus, DAC-Modus und Analogmodus usw. Da TFT-LCD hauptsächlich in Notebook-Computern verwendet wird, ist die Antriebsschaltung grob unterteilt in: Signalsteuerschaltung, Leistungsschaltung, Graustufenspannungsschaltung, gemeinsame Elektroden-Ansteuerschaltung, Datenleitungs-Ansteuerschaltung und Adressierungsleitungs-Ansteuerschaltung (Gate-Ansteuer-IC).

Die Hauptfunktionen der oben genannten Treiberschaltung sind: Die Signalsteuerschaltung liefert digitale Signale, Steuersignale und Taktsignale an den digitalen IC und liefert die Steuersignale und Taktsignale an den Gate-Treiber-IC; Der Stromkreis versorgt den digitalen IC und den Gate-Treiber-IC mit der erforderlichen Spannung. die Gray-Spannungsschaltung liefert die 10 Gray-Spannungen, die von der digitalen Treiberschaltung erzeugt werden, jeweils an den Datentreiber; gemeinsam Die Elektrodentreiberschaltung liefert die gemeinsame Spannung an die gemeinsam genutzte Elektrode relativ zur Pixelelektrode. Die Datenleitungs-Treiberschaltung speichert alle 6-Bit-Anzeigedaten und das Taktsignal des von der Signalsteuerschaltung gesendeten RGB-Signals in einer Zeitsequenz und setzt sie intern fort. Anschließend werden diese Anzeigedaten in ein analoges 6-Bit-Signal umgewandelt DA-Wandler, der dann vom Ausgangskreis in eine Impedanz umgewandelt und der Datenleitung des LCD-Bildschirms zugeführt wird; Die Gate-Treiberschaltung schaltet das Taktsignal von der Signalsteuerschaltung durch die Schieberegister-Umwandlungsaktion auf die EIN/AUS-Spannung der Ausgangsschaltung um und legt es dann nacheinander auf den LCD-Bildschirm an. Abschließend wird die Antriebsschaltung auf der TAB (flexible Leiterplatte zum automatischen Schweißen) montiert und mithilfe von ACF (anisotroper leitfähiger Klebefilm) und TCP (flexibles Klebeband für die Antriebsschaltung) mit dem LCD-Display verbunden.

Funktionsprinzip des TFT-LCD. Zunächst wird das Anzeigeprinzip vorgestellt. Das Prinzip der Flüssigkristallanzeige basiert auf der Eigenschaft, dass sich die Lichtdurchlässigkeit von Flüssigkristallen mit der Größe der an sie angelegten Spannung ändert. Wenn das Licht den oberen Polarisator passiert, wird es zu linear polarisiertem Licht. Die Polarisationsrichtung stimmt mit der Schwingungsrichtung des Polarisators überein und stimmt mit der Anordnungsreihenfolge der Flüssigkristallmoleküle auf dem oberen und unteren Glassubstrat überein. Wenn Licht die Flüssigkristallschicht durchdringt, wird das linear polarisierte Licht aufgrund der Brechung durch den Flüssigkristall in zwei Lichtstrahlen zerlegt. Und da sich die beiden Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (mit derselben Phase) ausbreiten, ändert sich bei der Kombination der beiden Lichtstrahlen zwangsläufig die Schwingungsrichtung des vibrierenden Lichts. Licht, das durch die Flüssigkristallschicht dringt, wird allmählich verzerrt. Wenn das Licht den unteren Polarisator erreicht, wird die Schwingungsrichtung seiner optischen Achse um 90 Grad gedreht und bleibt mit der Schwingungsrichtung des unteren Polarisators konsistent. Auf diese Weise passiert das Licht den unteren Polarisator und bildet ein helles Feld. Nach dem Anlegen einer Spannung wird der Flüssigkristall unter der Wirkung des elektrischen Feldes ausgerichtet und die Verzerrung verschwindet. Zu diesem Zeitpunkt rotiert das linear polarisierte Licht, das durch den oberen Polarisator gelangt, nicht mehr in der Flüssigkristallschicht und kann den unteren Polarisator nicht passieren, um ein Dunkelfeld zu bilden. Es ist ersichtlich, dass der Flüssigkristall selbst kein Licht emittiert und unter der Modulation einer externen Lichtquelle angezeigt werden kann. Während des gesamten Anzeigevorgangs fungiert der Flüssigkristall als spannungsgesteuertes Lichtventil. Das Funktionsprinzip von TFT-LCD lässt sich kurz wie folgt beschreiben: Wenn die Gate-Durchlassspannung größer als die angelegte Spannung ist, wird die Drain-Source-Elektrode eingeschaltet, und wenn die Gate-Durchlassspannung gleich 0 oder eine negative Spannung ist, wird die Drain-Elektrode eingeschaltet -Source-Elektrode ist ausgeschaltet. Die Drain-Elektrode ist mit der ITO-Pixelelektrode verbunden, die Source-Elektrode ist mit der Source-Leitung (Spaltenelektrode) verbunden und die Gate-Elektrode ist mit der Gate-Leitung (Zeilenelektrode) verbunden. Dies ist das einfache Funktionsprinzip von TFT-LCD.

Schlüsseltechnologien von TFT-LCD. Es gibt viele Schlüsseltechnologien dafür TFT-LCD, hauptsächlich einschließlich der folgenden Hauptaspekte:

Die erste besteht darin, die Öffnungsratentechnologie zu verbessern. Das Öffnungsverhältnis bezieht sich auf das Verhältnis des lichtdurchlässigen Teils und des undurchsichtigen Teils des TFT-LCD-Displays. Je größer das Öffnungsverhältnis, desto höher die Helligkeit. Die Hauptfaktoren, die das Aperturverhältnis beeinflussen, sind die Breite des Gate- und Source-Busses, die TFT-Größe, die Ausrichtungsgenauigkeit der oberen und unteren Substratbox, die Größe des Speicherkondensators und die Größe der schwarzen Matrix usw. Um das Aperturverhältnis zu verbessern, wird folgende Methode angewendet: Sowohl die Schwarz-Weiß-Matrix als auch der Farbfilter auf dem TFT-Substrat. Diese Methode vermeidet die durch die Genauigkeit der Kastenausrichtung verursachte Verringerung des Öffnungsverhältnisses, allerdings ist die Ausbeute nicht sehr hoch und die Kosten steigen entsprechend. Der andere ist der Gate-Source-Bus, der die Mikrobearbeitungstechnologie integrierter Schaltkreise nutzt. In den 1990er Jahren wurde die TFT-Matrix auf etwa 10 μm mikrobearbeitet, mit einer Öffnungsrate von 35 %. Als die Mikrobearbeitung 5 μm erreichte, betrug die Öffnungsrate 80 %. Die dritte besteht darin, die selbstausrichtende Lithographietechnologie zu verwenden.

Der Hauptzweck besteht darin, die parasitäre Kapazität zu beseitigen, die durch die Überlappung von Gate, Source und Drain entsteht. Mithilfe der selbstausrichtenden Photolithographietechnologie wird die Gate-Elektrode als Maske zum Photoätzen von n+a-Si sowie Source- und Drain-Elektroden verwendet, um die Überlappung zwischen Gate- und Source-Elektroden zu reduzieren. Der letzte Schritt besteht darin, Gate- und Quellmaterialien zu verbessern. Um das Öffnungsverhältnis zu erhöhen, sollte die Busbreite so klein wie möglich gehalten werden, es sollte jedoch das Problem eines verringerten Kontrasts aufgrund eines übermäßigen Buswiderstands, einer Verzögerung des Eingangssignals und einer unzureichenden Ansteuerung berücksichtigt werden. Normalerweise wird Cr- oder MoTa-Metall mit Al beschichtet, so dass ein Bus mit niedrigem Widerstand erhalten werden kann.

Die zweite ist die perspektivenerweiternde Technologie. Die Anisotropie von Flüssigkristallmolekülen bestimmt die unterschiedliche räumliche Verteilung von Flüssigkristallmolekülen und die unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit bei verschiedenen Raumwinkeln. Dies ist ein wichtiger Grund für einen ungleichmäßigen Displaykontrast. Daher ist die Erweiterung des Betrachtungswinkels eines der Schlüsselthemen in der Flüssigkristallanzeigetechnologie. Zu den allgemein angewandten technischen Maßnahmen gehören: Kompensationsmembrantechnik. Auf der LCD-Bildschirm, eine Lichtstreuungsfolie und eine Lichtintensitätskompensationsfolie sind angebracht, um das durch den LCD-Bildschirm hindurchtretende Licht gleichmäßig zu streuen und die Lichtintensität in bestimmten Winkeln auszugleichen. Darüber hinaus wird die Multidomänentechnologie verwendet, um mehr als zwei unterschiedliche Flüssigkristallmolekül-Anordnungsbereiche innerhalb des Pixels zu unterteilen, um eine Multidomänen-Flüssigkristallmolekülorientierung zu bilden, wodurch der Zweck der Erweiterung des Betrachtungswinkels erreicht wird. Zu den Technologien zur Erweiterung des Betrachtungswinkels zählen auch Methoden und Maßnahmen wie IPS und ASM.

Die dritte besteht darin, den TFT-Array-Prozess zu vereinfachen. Im Allgemeinen beträgt die Anzahl der Ätzvorgänge beim TFT-Array-Prozess 7 bis 9 Mal. Der Prozessablauf ist zu lang, was sich auf die Produktqualifizierungsrate und die Produktionskapazität auswirkt. Aus der ausländischen Literatur wird berichtet, dass es vier Overlay-Prozesse gab, was der Hälfte der Anzahl herkömmlicher TFT-Array-Prozesse entspricht.

Natürlich sind die Schlüsseltechnologien von Flüssigkristallanzeigen nicht nur die oben genannten drei Aspekte, sondern sie sind die kritischsten Technologien, die die Qualität von TFT-LCDs beeinflussen. Auf andere Schlüsseltechnologien wird hier nicht eingegangen.