박막 트랜지스터 액정 디스플레이

Thin-film-transistor liquid-crystal display

박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT LCD)는, 박막 트랜지스터[1] 테크놀로지를 사용해 주소 지정성이나 콘트라스트등의 화질을 향상시키는 액정 디스플레이의 변형입니다.TFT LCD는 액티브 매트릭스 LCD로, 패시브 매트릭스 LCD 또는 심플한 다이렉트 드라이브식(즉, 세그먼트가 LCD 외부에 있는 전자제품에 직접 접속되어 있는) LCD와는 대조적입니다.

TFT LCD는 TV, 컴퓨터 모니터, 휴대전화, 핸드헬드 기기, 비디오 게임 시스템, 개인 디지털 보조 장치, 내비게이션 시스템, 프로젝터,[2] 자동차의 대시보드를 포함한 가전제품에 사용됩니다.

역사

상세 정보:디스플레이 기술과 박막 트랜지스터의 역사

1957년 2월, RCA의 John Wallmark는 박막 MOSFET에 대한 특허를 출원했다. Paul K. Weimer는 또한 RCA의 일원으로 Wallmark의 아이디어를 구현하고 1962년에 표준 벌크 MOSFET와 다른 MOSFET의 일종인 박막 트랜지스터(TFT)를 개발했습니다.그것은 셀렌화 카드뮴과 황화 카드뮴의 얇은 막으로 만들어졌다.TFT 기반의 액정 디스플레이(LCD)의 아이디어는 1968년 RCA 연구소의 Bernard Lechner에 의해 고안되었다.1971년에는 레흐네르, F. J. 말로, E. O. 네스터, J.Tults는 LCD의 [3]동적 산란 모드를 사용하여 하이브리드 회로에 의해 구동되는 2-x18 매트릭스 디스플레이를 시연했습니다.1973년 Westinghouse Research Laboraties의 T. Peter Brody, J. A. A. A. Asars 및 G. D. Dixon은 CdSe(카드뮴 셀레나이드) TFT를 개발하여 최초의 CdSe 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT LCD)[4][5]를 시연했습니다.브로디와 팡첸뤄는 1974년 CdSe TFT를 이용한 최초의 평면 액정표시장치(AM LCD)를 시연했고, 브로디는 1975년 [3]액티브 매트릭스라는 용어를 만들었다.2013년 현재, 모든 현대 고해상도 및 고품질 전자 시각 디스플레이 장치는 TFT 기반 액티브 [6][7][4][8][9][10]매트릭스 디스플레이를 사용합니다.

건설

픽셀 레이아웃의 다이어그램

계산기 및 이와 유사하게 단순한 디스플레이가 있는 다른 장치에 사용되는 액정 디스플레이는 직접 구동식 이미지 요소를 가지고 있기 때문에 다른 세그먼트에 간섭하지 않고 이러한 유형의 디스플레이의 한 세그먼트에만 전압을 쉽게 적용할 수 있습니다.이 방법은 대형 디스플레이에서는 실용적이지 않습니다.왜냐하면 다수의 (컬러) 화소(픽셀)가 있기 때문에 모든 픽셀의 3가지 색상(빨간색, 녹색 및 파란색) 각각에 대해 상단과 하단의 수백만 개의 연결이 필요하기 때문입니다.이 문제를 피하기 위해 픽셀은 행과 열로 지정되므로 연결 수가 수백만 개에서 수천 개로 줄어듭니다.기둥 및 열 와이어는 각 픽셀에 하나씩 트랜지스터 스위치에 부착됩니다.트랜지스터의 단방향 전류 통과 특성은 각 픽셀에 인가되는 전하가 디스플레이 이미지로 새로 고침되는 사이에 배출되는 것을 방지합니다.각 화소는 투명한 전도성 ITO층 사이에 절연 액정층이 끼어 있는 작은 콘덴서이다.

TFT-LCD의 회로 레이아웃 프로세스는 반도체 제품과 매우 유사하다.그러나 결정 실리콘 웨이퍼로 형성된 실리콘으로 트랜지스터를 제작하는 것이 아니라 유리 패널에 퇴적된 비정질 실리콘 박막으로 제작한다.TFT-LCD용 실리콘층은 일반적으로 PECVD [11]프로세스를 사용하여 증착됩니다.트랜지스터는 각 픽셀 면적의 극히 일부만 차지하고 나머지 실리콘 필름은 빛이 쉽게 통과할 수 있도록 식각됩니다.

높은 TFT 성능을 필요로 하는 디스플레이에 다결정 실리콘이 사용되는 경우가 있습니다.예를 들면, 프로젝터나 뷰 파인더등의 소형 고해상도 디스플레이가 있습니다.비정질 실리콘 기반 TFT는 생산 비용이 낮기 때문에 단연코 가장 일반적인 반면, 다결정 실리콘 TFT는 [12]더 비싸고 생산하기가 훨씬 더 어렵습니다.

종류들

트위스트 네매틱(TN)

트랜지스터가 하단에 보이는 현미경 아래 TN 디스플레이

트위스트 네매틱스 디스플레이는 가장 오래되고 저렴한 LCD 디스플레이 테크놀로지 중 하나입니다.TN 디스플레이는, 다른 LCD 디스플레이 테크놀로지보다 픽셀의 응답 시간이 빠르고, 번짐이 적은 것이 장점입니다만, 특히 수직 방향의 경우, 색재현이나 시야각의 제한이 있습니다.디스플레이에 수직이 아닌 각도로 볼 경우 색상이 완전히 반전될 수 있습니다.현대의 하이엔드 컨슈머 제품은 RTC(Response Time Compension/Overdrive) 기술과 같은 기술의 단점을 극복하기 위한 방법을 개발했습니다.현대 TN 디스플레이는 수십 년 전의 구형 TN 디스플레이보다 훨씬 더 잘 보일 수 있지만, 전체적인 TN은 다른 기술에 비해 시야각이 떨어지고 색감이 떨어진다.

대부분의 TN 패널은 RGB 채널당 6비트(전체 18비트)만을 사용하여 색상을 나타낼 수 있으며 24비트 색상을 사용하여 사용할 수 있는 1,670만 개의 색조(24비트 Truecolor)를 표시할 수 없습니다.대신 이들 패널은 인접한 픽셀을 조합하여 원하는 음영을 시뮬레이션하는 디더링 방법을 사용하여 보간된 24비트 색상을 표시합니다.또한 Frame Rate Control(FRC; 프레임레이트 제어)라고 불리는 시간적 디더링을 사용할 수 있습니다.이러한 디더링은 새로운 프레임마다 다른 음영 사이를 순환하여 중간 음영을 시뮬레이트합니다.이러한 디더링 기능이 있는 18비트 패널은 "1620만 컬러"라고 광고되기도 합니다.이러한 색상 시뮬레이션 방법은 많은 사람들에게 눈에 띄고 [13]어떤 사람들에게는 매우 귀찮다.FRC는 어두운 톤에서 가장 두드러지는 경향이 있지만, 디더링을 하면 LCD의 개별 픽셀이 보입니다.전체적으로 TN 패널의 색 재현과 선형성이 떨어진다.디스플레이 색역(종종 NTSC 1953 색역의 비율)의 단점도 백라이트 테크놀로지에 의한 것입니다.오래된 디스플레이는 NTSC 색역의 10~26%에 이르는 경우가 드물지 않습니다.다만, 보다 복잡한 CCFL 또는 LED 형광체 또는 RGB LED 백라이트를 사용하는 다른 종류의 디스플레이는, NTSC 색역의 100%를 넘어서는 경우가 있습니다.이는 사람의 눈으로 볼 수 있는 차이입니다.

LCD 패널의 픽셀 투과율은 통상 인가 [14]전압에 따라 선형으로 변화하지 않습니다.컴퓨터 모니터의 sRGB 규격에서는 RGB 값의 함수로서 방사광량의 특정 비선형 의존성이 필요합니다.

인플레인 스위칭(IPS)

주요 기사: IPS 패널

인플레인 스위칭은 1996년 히타치(Hitachi Ltd.)에 의해 개발되어 당시 [15][16]TN패널의 저시야각과 저색 재현을 개선했다.그 이름은 결정 분자가 패널 평면에 수직이 아닌 평행하게 움직인다는 TN 패널과의 주요 차이에서 유래했습니다.이 변경에 의해 매트릭스내의 빛의 산란량이 감소해, IPS 특유의 넓은 시야각과 양호한 [17]색재현을 얻을 수 있습니다.

IPS 기술의 초기 반복은 느린 응답 시간과 낮은 대비비로 특징지어졌지만, 이후 개정으로 이러한 단점이 현저하게 개선되었습니다.IPS는 넓은 시야각과 정확한 색재현(거의 오프 앵글)으로 인해 전문 그래픽 아티스트를 대상으로 한 하이엔드 모니터에 널리 사용되고 있습니다.다만, 최근의 가격 하락으로 주류 시장에서도 볼 수 있습니다.IPS 기술은 히타치에 의해 파나소닉에 팔렸다.

Hitachi IPS 테크놀로지 개발[18][19]
이름. 닉네임 연도 장점 투과율/
콘트라스트비		 언급
슈퍼 TFT IPS 1996 광시야각 100/100
기본 수준		 또한 대부분의 패널은 채널 색상당 진정한8비트를 지원합니다.이러한 개선은 처음에는 약 50ms의 높은 응답 시간으로 인해 이루어졌습니다.IPS 패널도 매우 비쌌다.
슈퍼 IPS S-IPS 1998 색상 이동 없음 100/137 그 후 IPS는 S-IPS(1998년 Super-IPS, Hitachi Ltd.)로 대체되었습니다.S-IPS는 픽셀 리프레시 [quantify]타이밍의 향상과 함께 IPS 테크놀로지의 모든 이점을 갖추고 있습니다.
고도의 Super-IPS AS-IPS 2002 높은 투과율 130/250 2002년에 Hitachi Ltd.에 의해서도 개발된 AS-IPS는, 종래의 S-IPS 패널의 콘트라스트비를 큰폭으로 향상시켜[quantify], 일부의 S-PVA에 [citation needed]뒤지지 않게 하고 있습니다.
IPS-Provectus IPS-Pro 2004 고대비 137/313 폭넓은[quantify] 색역과[quantify] 콘트라스트비를 갖춘 IPS Alpha 테크놀로지의 최신 패널로, 오프 앵글 발광 [citation needed]없이 PVA 및 ASV 디스플레이에 대응.
IPS 알파 IPS-Pro 2008 고대비 차세대 IPS-Pro
IPS Alpha 차세대 IPS-Pro 2010 고대비
LG IPS 테크놀로지 개발
이름. 닉네임 연도 언급
수평 IPS H-IPS 2007 전극 평면 레이아웃을 비틀어 콘트라스트비를 개선합니다[quantify].또, NEC의 어드밴스드 트루 화이트 편광 필름(옵션)을 도입해, 보다 자연스러운 화이트를[quantify] 실현합니다.전문가용/사진용 LCD에서 [citation needed]사용합니다.
확장 IPS E-IPS 2009 광투과용 개구부가 넓어 저전력, 저비용 백라이트를 사용할 수 있습니다[quantify].대각선 시야각을 향상시키고 응답 시간을 [citation needed]5ms로 단축합니다[quantify].
프로페셔널 IPS P-IPS 2010 10억 7000만 색(10비트 색심도)[citation needed]을 제공합니다.서브픽셀당 방향성이 향상되어(256이 아닌 1024) 진정한 색채의 깊이가 향상됩니다[quantify].
고도의 하이 퍼포먼스 IPS AH-IPS 2011 색정확도 향상, 해상도 및 PPI 향상, 광투과성이 향상되어 [20]소비전력을 낮춥니다.

어드밴스드 프린지 필드 스위칭(AFS)

한국의 Boe-Hydis가 IPS에서 개발한 LCD 기술입니다.2003년까지 [21]프린지 필드 스위칭(FFS)으로 알려진 고급 프린지 필드 스위칭은 IPS 또는 S-IPS와 유사한 기술로 뛰어난 성능과 높은 광도로 색역을 제공합니다.백색역을 최적화하여 빛 누출에 의한 색차이 및 편차를 보정하여 백색/회색 재생성을 향상시킨다.AFS는 한국 Hydis Technologies Co., Ltd.(현대가전자, LCD 태스크포스)[22]가 개발하였습니다.

2004년 하이디스테크놀로지스(주)는 일본 히타치디스플레이에 AFS 특허를 허가했다.히타치는 AFS를 사용해 제품 라인에서 하이엔드 패널을 제조하고 있다.2006년에는 산요 Epson Imaging Devices Corporation에 AFS 라이선스를 취득했습니다.

Hydis는 2007년에 [citation needed]야외에서의 가독성을 향상시킨 AFS+를 발표했습니다.

다중 도메인 수직 정렬(MVA)

밝기와 [citation needed]색재현 비용을 들여 빠른 화소 반응, 넓은 시야각, 높은 대비 등을 구현했다.최신 MVA 패널은 RTC([citation needed]Response Time Compension) 기술을 채택하여 넓은 시야각(S-IPS 기술에 버금가는 수준), 양호한 검정 깊이, 양호한 색 재현 및 깊이, 빠른 응답 시간을 제공할 수 있습니다.MVA 패널이 수직이 아닌 경우 색상은 변화하지만 TN [citation needed]패널보다 훨씬 적게 표시됩니다.

MVA를 기반으로 한 '차세대' 기술은 AU 옵트로닉스의 P-MVA, AMVA, ChiMei 옵토일렉트로닉스의 S-MVA 등 여러 가지가 있다.

패턴화 수직 정렬(PVA)

저렴한 PVA 패널은 디더링과 FRC를 사용하는 경우가 많지만 슈퍼 PVA(S-PVA) 패널은 모두 컬러 컴포넌트당 최소8비트를 사용하며 컬러 시뮬레이션 방법을 [citation needed]사용하지 않습니다.또한 S-PVA는 솔리드 블랙의 오프 앵글 글로잉을 크게 제거하고 오프 앵글 감마 시프트를 줄였다.일부 하이엔드 Sony BRAVIA LCD TV는 10비트 및 xvYCC 컬러를 지원합니다.예를 들어 Bravia X4500 시리즈입니다.S-PVA는 또한 최신 RTC [citation needed]기술을 사용하여 빠른 응답 시간을 제공합니다.

고급 슈퍼 뷰(ASV)

축대칭 수직 정렬이라고도 불리는 고급 슈퍼 뷰는 [23]샤프에 의해 개발되었습니다.오프 상태에서 액정 분자가 기판에 수직 방향으로 위치하는 VA 모드입니다.하부 서브픽셀은 연속적으로 전극을 덮는 반면 상부 서브픽셀은 서브픽셀 중앙에 더 작은 면적 전극이 있습니다.

필드 온 시에는 전계에 의해 액정 분자가 서브픽셀의 중심을 향해 기울어지기 시작하고, 그 결과 연속 바람개비 얼라인먼트(CPA)가 형성되어 방위각이 360도 회전하여 시야각이 양호해진다.ASV 모드는 CPA [24]모드라고도 불립니다.

Plane Line Switching(PLS; 플레인라인 스위칭)

참고 항목: IPS 패널» PLS

삼성이 개발한 기술은 슈퍼 PLS로 IPS 패널과 유사점을 갖고 시야각과 화질을 개선하고 밝기를 높이며 제작비를 낮춘다.PLS 기술은 2011년 [25]9월 삼성 S27A850 및 S24A850 모니터의 출시로 PC 디스플레이 시장에 첫 선을 보였습니다.

TFT 듀얼 트랜지스터 픽셀(DTP) 또는 셀 테크놀로지

특허 TFT 스토어 전자 시스템

TFT 듀얼 트랜지스터 픽셀 또는 셀 테크놀로지는 Electronic Shelf Label(ESL; 전자선반라벨), 디지털워치 또는 미터링과 같은 초저전력 소비 어플리케이션에서 사용되는 반사 디스플레이 기술입니다.DTP는 단일 TFT 셀에 세컨더리 트랜지스터 게이트를 추가하여 1초 동안 이미지 손실이나 TFT 트랜지스터의 성능 저하 없이 픽셀 표시를 유지합니다.DTP는 표준 주파수의 리프레시 레이트를 60Hz에서1Hz로 늦추면 전력 효율이 몇 배 향상된다고 주장합니다.

디스플레이 산업

TFT 공장 건설 비용이 매우 비싸기 때문에 대형 디스플레이 패널의 주요 OEM 패널 벤더는 거의 없다.글라스 패널 공급업체는 다음과 같습니다.

LCD 유리 패널 공급자
패널 타입 회사 언급 대형 텔레비전 메이커
IPS-Pro 파나소닉 LCD TV 시장 전용으로 IPS Alpha Technology [26]Ltd. 파나소닉, 히타치, 도시바
H-IPS 및 P-IPS LG디스플레이 모바일, 모니터, 자동차, 휴대용 AV, 산업용 패널 등 OEM 시장용 TN 등 TFT 패널도 생산한다. LG, 필립스, 벤큐
S-IPS 한스타
청화영상관유한공사
A-MVA AU 옵트로닉스
A-HVA AU 옵트로닉스
S-MVA 치메이 광일렉트로닉스
AAS 이노룩스
S-PVA S-LCD(삼성/소니 합작) 삼성, 소니
APS 삼성 중소규모 특별 프로젝트용.
ASV 샤프 LCD TV 및 모바일 시장 샤프, 소니
동작 주파수 샤프 LED LCD TV 시장 전용 날카로운
HVA CSOT HVA 및 AMOLED TCL[27]

전기 인터페이스

TFT LCD와 같은 외부 소비자용 디스플레이 디바이스는 아날로그 VGA, DVI, HDMI 또는 DisplayPort 인터페이스를 1개 이상 갖추고 있으며, 이들 인터페이스를 선택할 수 있는 것이 많습니다.외부 디스플레이 장치 내부에는 CVBS, VGA, DVI, HDMI 등의 비디오 소스를 디스플레이 패널의 네이티브 해상도로 디지털 RGB로 변환하기 위해 일반적으로 이산 코사인 변환(DCT)을 사용하여 비디오 신호를 변환하는 컨트롤러 보드가 있습니다.노트북에서는 그래픽 칩이 내장된 TFT 디스플레이에 연결하기에 적합한 신호를 직접 생성합니다.백라이트의 제어 메커니즘은 보통 동일한 컨트롤러 보드에 포함되어 있습니다.

STN, DSTN 또는 TFT 디스플레이 패널의 로우 레벨인터페이스에서는, 픽셀 클럭, 수평 동기, 수직 동기, 디지털 레드, 디지털 그린, 디지털 블루를 병렬로 송신하는 약간 새로운 디스플레이의 경우는, 싱글 엔드의 TTL 5 V신호를 사용합니다.일부 모델(예: AT070TN92)에는 입력/디스플레이 활성화, 수평 스캔 방향 및 수직 스캔 방향 신호도 있습니다.

신규 및 대형 (15인치 이상) TFT 디스플레이에서는 병렬 인터페이스(Hsync, Vsync, RGB)와 같은 콘텐츠를 전송하지만 제어 및 RGB 비트를 픽셀 레이트와 동일한 클럭과 동기화된 다수의 시리얼 전송선에 배치하는 LVDS 시그널링을 사용하는 경우가 많습니다.LVDS는 데이터 라인당 클럭당7비트를 전송합니다.6비트는 데이터이고 1비트는 DC 밸런스를 유지하기 위해 나머지 6비트를 반전할 필요가 있는지 여부를 신호하는 데 사용됩니다.저비용의 TFT 디스플레이에는 데이터 라인이 3개 있는 경우가 많기 때문에 픽셀당 직접 지원하는 것은 18비트뿐입니다.업스케일 디스플레이에는 픽셀당 24비트(트루컬러) 또는 픽셀당 30비트를 각각 지원하는 데이터 라인이 4개 또는 5개 있습니다.패널 제조사들은 차동쌍 [citation needed]수를 6배 줄일 수 있는 내장 디스플레이 포트와 내장 디스플레이 포트로 LVDS를 서서히 교체하고 있다.

백라이트 세기는 보통 몇 볼트 DC를 변경하거나 PWM 신호를 생성하거나 전위차계를 조정하거나 간단히 고정하여 제어합니다.다음으로 고전압(1.3kV) DC-AC 인버터 또는 LED 매트릭스를 제어합니다.LED의 세기를 제어하는 방법은 고조파 [citation needed]깜박임의 원인이 될 수 있는 PWM으로 LED를 펄스하는 것입니다.

베어 디스플레이 패널은 제조 시 설계되어 있는 패널 픽셀 매트릭스에 의해 결정된 해상도의 디지털 비디오 신호만 수신합니다.일부 화면 패널에서는 색 정보의 LSB 비트가 무시되어 일관된 인터페이스(8비트 -> 6비트/컬러x3)[citation needed]가 표시됩니다.

VGA와 같은 아날로그 신호를 사용하는 경우 디스플레이 컨트롤러는 아날로그에서 디지털로 고속 변환해야 합니다.DVI 또는 HDMI와 같은 디지털 입력 신호에서는 입력 해상도가 디스플레이 패널 해상도와 일치하지 않을 경우 리스케일러에 공급하기 전에 비트를 간단히 재정렬해야 합니다.

안전.

액정은 항상 위험 가능성에 대한 독성 및 환경 독성 테스트를 거칩니다.그 결과 다음과 같이 됩니다.

  • 제조업의 폐수는 수생 [28]생물에 심각한 독성이 있다.
  • 그러나 드물게 자극성, 부식성 또는 민감성 효과가 있을 수 있습니다.혼합물에 제한된 농도를 사용하면 모든 영향을 피할 수 있다.
  • 돌연변이를 유발하지 않는다 – 박테리아(Ames 테스트) 또는 포유동물 세포(쥐 림프종 검사 또는 염색체 이상 테스트)에서 발생하지 않는다.
  • 발암성이 [29]의심되지 않습니다.
  • 수생 생물(조류, 조류, 다프니아, 어류)[28]에 유해하다.
  • 유의한 생물학적 축적 잠재력이 없다.
  • 쉽게 [29]생분해되지 않습니다.

이 문구는 Merck KGaA와 경쟁사인 JNC Corporation(구 Chisso Corporation) 및 DIC(구 Dainippon Ink & Chemicals)에 적용됩니다.세 제조업체 모두 급성 독성 또는 돌연변이 유발 액정을 시장에 내놓지 않기로 합의했다.그들은 세계 액정 시장의 90% 이상을 차지하고 있다.중국에서 주로 생산되는 액정의 나머지 시장 점유율은 세계 3대 생산국의 특허가 없는 오래된 물질로 구성되어 있으며 이미 그들에 의해 독성이 테스트되었다.그 결과, 독성이 없는 것으로 간주될 수도 있습니다.

보고서 전문은 [29]Merck KGaA에서 온라인으로 입수할 수 있습니다.

많은 LCD 모니터에서 사용되는 CCFL 백라이트에는 독성이 있는 수은이 포함되어 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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