قائمة المحتوى
● مقدمة
● تاريخ موجز لتكنولوجيا TFT LCD
● كيف تعمل LCDs TFT: شرح خطوة بخطوة
● الابتكارات والاتجاهات المستقبلية
● خاتمة
>> 2. كيف يختلف LCD TFT عن شاشة LCD العادية؟
>> 3. ما هي التطبيقات الرئيسية لشاشات TFT LCD؟
>> 4. ما هي مزايا شاشات TFT LCD على تقنيات العرض الأخرى؟
>> 5. ما هي بعض حدود شاشات TFT LCD؟
في عالم اليوم ، أصبحت الأجهزة الإلكترونية جزءًا لا غنى عنه من حياتنا اليومية. من الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى أجهزة التلفزيون واللافتات الرقمية ، نحن محاطون باستمرار بشاشات. من بين تقنيات العرض المختلفة المتوفرة ، تبرز شاشة الكريستال السائل الرقيق للفيلم الرقيقة (TFT LCD) كقوة مهيمنة ، مما يوفر مزيجًا مقنعًا من جودة الصورة ، وكفاءة الطاقة ، والتنوع [1] [3]. تهدف هذه المقالة إلى تقديم ملف الاستكشاف الشامل لشاشات TFT LCD ، وتغطي تاريخها ، وهيكلها ، مبدأ العمل ، التطبيقات ، المزايا ، العيوب ، والاتجاهات المستقبلية.
يعد تطوير تقنية TFT LCD رحلة رائعة تمتد لعدة عقود ، تتميز باختراقات وابتكارات كبيرة. يوفر فهم هذا التاريخ سياقًا قيمًا لتقدير الحالة الحالية لتكنولوجيا TFT LCD [1].
يمكن إرجاع أساس تقنية TFT إلى منتصف القرن العشرين عندما بدأ الباحثون في استكشاف إمكانات الأفلام الرقيقة في الأجهزة الإلكترونية. في فبراير 1957 ، قدم جون وولارك من RCA براءة اختراع لفيلم رفيع MOSFET [1]. قام بول ك. فايمر ، أيضًا من RCA ، بتنفيذ أفكار Wallmark وطور الترانزستور الرقيق للفيلم (TFT) في عام 1962 ، وهو نوع من MOSFET متميز عن MOSFET القياسي [1]. كان مصنوعًا من أفلام رقيقة من سيلينيد الكادميوم وكبريتيد الكادميوم [1].
تم تصور فكرة عرض البلورة السائلة المستندة إلى TFT (LCD) من قبل برنارد ليشنر من مختبرات RCA في عام 1968 [1]. في عام 1971 ، أظهر Lechner و FJ Marlowe و Eo Nester و J. Tults شاشة مصفوفة 2-by-18 مدفوعة بواسطة دائرة هجينة باستخدام وضع الانتثار الديناميكي لـ LCDs [1]. في عام 1973 ، طورت T. Peter Brody و JA Asars و GD Dixon في Westinghouse Research Laboratories CDSE (Cadmium Selenide) TFT ، والتي استخدموها لإظهار أول عرض CDSE-Film-Film-Transistor Siled-Crystal (TFT LCD) [1]. أظهر Brody و Fang-Chen Luo أول شاشة مسطحة في البلورة السائلة (AM LCD) باستخدام CDSE TFTS في عام 1974 ، ثم صاغ برودي المصطلح 'المصفوفة النشطة ' في عام 1975 [1].
شهدت العقود اللاحقة تحسينات مستمرة في تقنية TFT LCD ، مدفوعة بالتقدم في علوم المواد وعمليات التصنيع وتصميم العرض. برزت LCDs غير المتبلور (A-SI) TFT كأول تقنية TFT التجارية ، واكتسبت اعتمادًا واسع النطاق بسبب عملية التصنيع البسيطة ، والاستقرار الجيد ، والتكلفة المنخفضة [3]. بحلول عام 2013 ، استخدمت معظم أجهزة العرض البصرية العالية الدقة العالية والجودة العالية عروض المصفوفة النشطة القائمة على TFT [1].
اعتبارًا من عام 2024 ، لا تزال شاشات LCD TFT هي المهيمنة ، ولكنها تتنافس مع OLED من أجل السطوع العالي وشاشات الدقة العالية ، وتتنافس مع الورق الإلكتروني لعرض الطاقة المنخفضة [1]. تستمر الابتكارات في تحسين تقنية TFT LCD ، وتعزيز قدرات اللمس ، وتحسين كفاءة الطاقة ، وتمكين الحلول المخصصة للتطبيقات المتنوعة [8].
شاشة TFT LCD هي مجموعة معقدة لطبقات متعددة ، تلعب كل منها دورًا مهمًا في إنتاج صور عالية الجودة [3]. دعنا نتعمق في بنية لوحة TFT LCD نموذجية:
1. الإضاءة الخلفية: وحدة الإضاءة الخلفية هي مصدر الإضاءة للعرض. يتكون عادة من مصابيح الفلورسنت الكاثود الباردة (CCFLs) أو ، بشكل أكثر شيوعًا اليوم ، الثنائيات التي تنبعث منها الضوء (LEDs). ينبعث الإضاءة الخلفية الضوء الأبيض الذي يمر عبر الطبقات اللاحقة من شاشة LCD [3].
2. المستقطبون: المستقطبون هي مرشحات بصرية تسمح فقط موجات الضوء تهتز في اتجاه معين للمرور. تحتوي لوحة TFT LCD على اثنين من المستقطبين ، واحدة في المقدمة وواحدة على الظهر ، بشكل عمودي إلى بعضها البعض. يضمن هذا الترتيب أن الضوء لا يمكن أن يمر إلا عند محاذاة البلورات السائلة بطريقة محددة [3] [7].
3. ركائز زجاجية: تتكون LCDs TFT من ركائز زجاجية يتم ملءها بين المادة البلورية السائلة [7] [9]. توفر هذه الركائز الدعم الهيكلي وتعمل كأساس للطبقات الأخرى.
4. طبقة الترانزستور الرقيقة (TFT): طبقة TFT هي قلب LCD المصفوفة النشطة. وهو يتألف من مجموعة من الترانزستورات المجهرية ، كل منها يتحكم في الجهد المطبقة على بكسل فرعي مقابل. تعمل TFTs كمفاتيح ، وتنظم بدقة مقدار الضوء الذي يمر عبر كل بكسل فرعي [3] [6].
5. الطبقة البلورية السائلة: المادة البلورية السائلة هي المكون الرئيسي الذي يعدل الضوء الذي يمر عبر الشاشة. البلورات السائلة عبارة عن جزيئات عضوية يمكنها محاذاة نفسها استجابةً للحقل الكهربائي. من خلال التحكم في الحقل الكهربائي المطبق على البلورات السائلة ، يمكن التحكم في كمية الضوء المنقولة عبر كل بكسل فرعي بدقة [3] [7].
6. طبقة مرشح اللون: طبقة مرشح الألوان هي المسؤولة عن توليد بكسلات فرعية حمراء وخضراء وأزرق (RGB) تجمع لإنشاء الصورة ذات اللون الكامل. يتكون مرشح اللون من مرشحات حمراء وخضراء وزرقاء صغيرة مرتبة في نمط الفسيفساء [3] [7].
7. طبقات المحاذاة: طبقات المحاذاة هي أفلام رقيقة تقوم بتعبئة الأسطح الداخلية للركائز الزجاجية. تتم معالجة هذه الطبقات لإنشاء أخاديد مجهرية تعمل على محاذاة جزيئات البلورة السائلة في اتجاه معين عند عدم تطبيق أي مجال كهربائي [7].
يتضمن تشغيل شاشة TFT LCD تفاعلًا منسقًا لمكوناتها المختلفة. إليك شرح خطوة بخطوة لكيفية عمل LCD TFT:
1. إضاءة الإضاءة الخلفية: تنبعث الإضاءة الخلفية من الضوء الأبيض ، وهو غير مستقطب (أي ، تهتز الموجات الضوئية في جميع الاتجاهات) [3].
2. الاستقطاب: يمر الضوء من خلال المستقطب الخلفي ، والذي يقوم بتصفية جميع موجات الضوء باستثناء تلك الاهتزازية في اتجاه معين. يصبح الضوء مستقطبًا [3] [7].
3. تعديل البلورة السائل: يدخل الضوء المستقطب الطبقة البلورية السائلة. يتحكم صفيف TFT في الحقل الكهربائي المطبق على كل بكسل فرعي ، والذي بدوره يتحكم في محاذاة جزيئات البلورة السائلة. عند عدم تطبيق أي مجال كهربائي ، تتوافق البلورات السائلة بطريقة تدور الضوء المستقطب بمقدار 90 درجة [3] [6].
4. تصفية الألوان: يمر الضوء المدورة من خلال طبقة تصفية اللون ، والتي تفصل الضوء الأبيض إلى مكوناته الأحمر والأخضر والأزرق. يسمح كل بكسل فرعي فقط لونه المقابل بالمرور [3] [7].
5. انتقال الضوء: يمر الضوء ثم يمر عبر المستقطب الأمامي. إذا قامت البلورات السائلة بتدوير الضوء بمقدار 90 درجة ، فسيمر الضوء عبر المستقطب الأمامي. إذا لم تدور البلورات السائلة من الضوء ، فسيتم حظر الضوء بواسطة المستقطب الأمامي [7].
6. تكوين الصورة: من خلال التحكم في الجهد المطبقة على كل بكسل فرعي ، يمكن لمصفوفة TFT التحكم بدقة في كمية الضوء الأحمر والأخضر والأزرق المنقولة عبر كل بكسل فرعي. يتيح ذلك للشاشة إنشاء مجموعة واسعة من الألوان والظلال ، وتشكيل الصورة النهائية [6].
تقدم شاشات TFT LCD العديد من المزايا على تقنيات العرض الأخرى ، مما يساهم في اعتمادها على نطاق واسع:
-دقة عالية: يمكن أن تحقق شاشات الكريستال الوطنية TFT كثافات عالية البكسل ، مما يؤدي إلى صور حادة ومفصلة [6].
-بضيت: LCDs TFT قادرة على إنتاج صور مشرقة ، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في ظروف الإضاءة المختلفة [6].
-دقة ألوان: يمكن أن تقوم LCDs TFT بإعادة إنتاج مجموعة واسعة من الألوان بدقة ، مما يوفر تجربة مرضية بصريًا [6].
-وقت الاستجابة السريعة: يتيح تصميم المصفوفة النشط لـ TFT LCDs أوقات الاستجابة السريعة ، وتقليل طمس الحركة والظلب [6].
-كفاءة الطاقة: مقارنة بتقنيات العرض الأقدم مثل CRT ، تستهلك LCDs TFT طاقة أقل [10].
-الملف الشخصي: يمكن أن تكون LCDs TFT رقيقة وخفيفة الوزن للغاية ، مما يجعلها مثالية للأجهزة المحمولة [3].
على الرغم من مزاياها ، فإن شاشات TFT LCD لديها أيضًا بعض القيود:
-زاوية عرض: يمكن أن تتحلل جودة صورة LCD TFT عند عرضها من زاوية. ويرجع ذلك إلى الطريقة التي تتوافق بها البلورات السائلة واستقطاب الضوء [6].
مستويات الأسود: تكافح LCDs TFT عادة لإنتاج مستويات سوداء عميقة ، مما يؤدي إلى انخفاض نسبة التباين [6].
تعقيد التصنيع: عملية تصنيع LCDs TFT معقدة وتتطلب معدات متخصصة ، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الإنتاج [8].
-الأسي بالنسبة للبكسلات الميتة: نظرًا لعدد كبير من الترانزستورات في صفيف TFT ، هناك إمكانية للبكسلات الميتة (البكسلات التي لا يتم تشغيلها أو إيقافها) [6].
تجد شاشات TFT LCD تطبيقات في مجموعة واسعة من الأجهزة والصناعات [2] [5]:
-الهواتف والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة: ربما تكون هذه هي التطبيقات الأكثر شيوعًا لشاشات TFT بسبب كثافة البكسل العالية وكفاءة الطاقة [10].
-مجموعات TeleVision وشاشات الكمبيوتر: أصبحت شاشات الكريستال الوطنية TFT هي القاعدة لأجهزة التلفزيون والشاشات ، مما يوفر جودة صورة فائقة وكفاءة الطاقة مقارنة بأسلافها [10].
-شاشات العرض: تستخدم في شاشات Dashboard ، وأنظمة GPS ، وأنظمة الترفيه ، وتزويد برامج التشغيل والركاب بتجربة مستخدم أوضح وأكثر أمانًا [8].
المعدات الطبية: حرجة في الأجهزة الطبية ، بما في ذلك شاشات المريض وأنظمة التصوير ، حيث تكون الدقة والموثوقية ذات أهمية قصوى [2] [8].
-أنظمة الصناعة: مطبق في واجهات الماكينة وعناصر التحكم في العملية ، حيث تكون العروض الواضحة ضرورية للمراقبة وكفاءة التشغيل [2] [8].
-العسكرية والدفاع: شاشات العرض الوعرة لمراكز القيادة ، والعمليات الميدانية ، والأنظمة المثبتة على المركبات ، والامتثال لمعايير MIL للمتانة وقابلية قراءة أشعة الشمس [2].
-marine and supershore: أنظمة الملاحة ، ولوحات التحكم ، وأنظمة الترفيه على متن السفن ، والتي تتميز بتصميمات مقاومة للماء ومقاومة للتآكل [2].
-أنظمة المعلومات العامة: بالنسبة لعرض الإعلانات ، واللافتات الرقمية ، وأكشاك المعلومات في الأماكن العامة ، وضمان الوضوح والرؤية في ظروف الإضاءة المختلفة [8].
يتطور مجال تقنية TFT LCD باستمرار ، مع التركيز على البحث والتطوير المستمر على معالجة قيودها وتوسيع قدراتها [8]:
-إمكانيات اللمس المحسّنة: دمج شاشات اللمس بالسعة التي توفر قدرات متعددة اللمس والتعرف على الإيماءات [8].
-تحسين كفاءة الطاقة: تطوير عروض LED الخلفية التي تستهلك طاقة أقل وتقديم عرض أكثر إشراقًا [8].
-عروض المرنة: البحث في ركائز ومواد مرنة يمكن أن تتيح إنشاء شاشات TFT LCD قابلة للطي ويمكن لفها.
-تقنية DOT Quantum: دمج النقاط الكمومية لتعزيز سلسلة ألوان والسطوع.
الإضاءة الخلفية التي يقودها Mini و Micro: باستخدام LEDs أصغر لتمكين التحكم الأكثر دقة في التعتيم المحلي ، وتحسين نسبة التباين والمستويات السوداء.
أحدثت شاشات TFT LCD ثورة في الطريقة التي نتفاعل بها مع الأجهزة الإلكترونية ، مما يوفر حل عرض غني ومتعدد الاستخدامات لمجموعة واسعة من التطبيقات. من بداياتهم المتواضعة إلى هيمنتهم الحالية ، خضعت LCDs TFT على تقدم ملحوظ ، مدفوعة بالابتكار المستمر والصقل. في حين أن التقنيات المتنافسة مثل OLED ناشئة ، فإن LCD TFT تستمر في التطور ، حيث تضمن ميزات جديدة وتحسينات تضمن أهميتها في المشهد المتغير باستمرار لتكنولوجيا العرض. مع تقدمنا إلى الأمام ، يمكننا أن نتوقع أن نرى تطبيقات أكثر إبداعًا لشاشات TFT LCD ، وتشكيل مستقبل الاتصالات المرئية وعرض المعلومات.
TFT يرمز إلى ترانزستور الرقيقة [4]. إنه نوع من تقنية الترانزستور المستخدمة في شاشات LCD لتحسين جودة الصورة ، مثل قابلية المعالجة والتباين [3].
LCD TFT هو نوع من LCD النشط في المصفوفة ، في حين أن شاشة LCD العادية يمكن أن تكون إما مصفوفة سلبية أو مصفوفة نشطة [3] [4]. تستخدم LCDs TFT الترانزستورات الرقيقة للفيلم للسيطرة على كل بكسل بشكل فردي ، مما يؤدي إلى أوقات استجابة أسرع ، وتناقض أفضل ، وزوايا المشاهدة الأوسع مقارنة مع LCDs المصفوفة السلبية [6].
تُستخدم 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].
توفر شاشات TFT LCD العديد من المزايا ، بما في ذلك الدقة العالية ، والسطوع ، ودقة اللون ، ووقت الاستجابة السريعة ، وكفاءة الطاقة ، وملف تعريف ضئيل [6] [10].
تتضمن بعض القيود المفروضة على شاشات TFT LCD التبعية لزاوية العرض ، وصعوبة في إنتاج مستويات سوداء عميقة ، وتعقيد التصنيع ، وإمكانية البكسلات الميتة [6] [8].
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/S-IPS
[2 '
[3] https://www.hongguangdisplay.com/blog/what-is-a-tft-lcd/
[4] https://www.szmaclight.com/new/what-is-tft-meening.html
[5]
[6] https://blog.notechriddles.com/tw/what-is-tft-screen-and the-difference-to-lcd-led-oled-oled-tw.html
[7] https://www.orientdisplay.com/knowledge-base/tft-basics
[8] https://www.xhpanel.com/blog-detail/comprehment-to-tft-lcd-displays-technology-applications-and-innovations
[9)
[10] https://www.av-display.hk/blog/what-are-the-common-applications-of-tft-displays
