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Pantallas TFT LCD - TFT dispositivo diseño

Edit: Blaze Display Technology Co., Ltd.      Date: Aug 31, 2015

【R & D Departamento de Blaze Display】 Hay muchas estructuras de transistores de película delgada (TFTs), siendo la primera distinción importante entre ellos estructuras planares de CMOS vs escalonadas silicio amorfo (A-si) estructuras.

Estructura de los electrodos TFT

El TFT de A-si se divide en tipos escalonados y escalonado inverso.

Diferencia estructural entre superior-inferior-puerta y TFTs

En el tipo escalonado inverso, la capa resistiva (n + a-Si) en la región de canal puede o ser grabada directamente (el método de etch-back) o al ácido, formando una película protectora sobre la capa fina de A-si (método etch-tapón).
Cada método tiene su propio conjunto de ventajas y desventajas. La estructura escalonada inversa ofrece un proceso de fabricación relativamente simple y una movilidad de electrones que es alrededor del 30 por ciento más grande que la del tipo escalonado. Estas ventajas han dado como resultado la estructura TFT inferior puerta cada vez más ampliamente adoptada en diseño TFT-LCD, a pesar de ello$ $$ s técnicamente una estructura boca abajo.

Porque a Si tiene características fotoeléctricas, uno-Si TFT debe contar con de la luz incidente. La capa de A-si también debe ser lo más delgada posible minimizar la generación de la corriente inducida por la foto, que puede causar el TFT a un mal funcionamiento.

Reducción de la corriente en un TFT foto-inducida de la salida

En la estructura de la puerta de la parte superior, una capa de protector de luz debe formarse primero en la región del canal del TFT, que la formación de este escudo de luz puede causar un paso de proceso adicional. En parte inferior-puerta TFTs, por otro lado, un electrodo de puerta se forma primero en la región del canal TFT, donde también sirve como una capa de protector de luz.

Estructuras de protección de luz en una matriz de TFT

Parámetros de diseño para arreglos de discos de TFT

Las características operacionales de un TFT están determinadas por el tamaño de sus electrodos, la relación W/L y el traslapo entre el electrodo de puerta y la fuente de cerebros.

Diseño de un TFT de A-si

Las capacitancias parásitas resultantes de la superposición de los electrodos no pueden evitarse en estructuras escalonadas de TFT, pero deben reducirse al mínimo los efectos parásitos para maximizar el rendimiento de s LCD$ $$.
Para reducir el traslapo entre los electrodos, a menudo se implementa un proceso de auto-align.

Minimizar la capacitancia parásita en TFTs

Resulta que las características de la uno-Si TFT usado en AMLCDs son muy similares a las características de los MOSFETs en dispositivos semiconductores.

IV características de un TFT de A-si y sus puntos de funcionamiento

Cuando un panel TFT es operado bajo condiciones reales, se establece el voltaje de la puerta en cualquier 20 V para encender o en -5 V para la desconexión. Bajo estas condiciones de funcionamiento, uno-Si TFT es un buen dispositivo de conmutación con un encendido corriente ratio superior a 106.
El rendimiento del TFT también depende de parámetros de proceso de fabricación, tales como movilidad de electrón y el grueso de los aisladores de la puerta. Si queremos aumentar la ganancia actual de TFT para un mejor rendimiento de conmutación de pixel, y se fijan los parámetros del proceso, lo único que podemos hacer es aumentar la proporción de W/L. Pero esto no es sin una significativa relación inversa: los más grandes resultados de W/L en un más bajo cociente de la abertura - menos de cuanto a píxel$ $$ s es transparente a la luz cuando el pixel está ON - para la pantalla$ $$ s brillo y contraste son reducidos.

Diseño del condensador de almacenamiento de información

Para mantener un voltaje constante en un píxel cargado sobre el ciclo de toda la trama, un capacitor de almacenamiento (Cs) se fabrica en cada píxel. Un grande Cs puede mejorar la tensión manteniendo relación de píxel y reducir la tensión de retroceso, con mejoras resultantes en contraste y parpadeo, pero un grande Cs produce un cociente inferior y mayor carga TFT.
El condensador de almacenamiento puede ser formado usando un electrodo del condensador de almacenaje independiente o parte de la línea de autobús de la puerta como un electrodo del condensador de almacenamiento de información (método de Cs en puerta)

Ejemplo de un diseño independiente-Cs y circuito equivalente

Ejemplo de un circuito de diseño y equivalente de Cs en puerta

Las ventajas del método Cs en puerta son que elimina la necesidad de modificación en el proceso de fabricación; minimiza el número de procesos; y produce un mayor cociente de la abertura que hace el método independiente del Cs. Pero pocas cosas son gratis en diseño TFT LCD. Las ventajas y desventajas con el método de Cs en la puerta es un incremento en la constante de tiempo RC de la puerta-línea de autobús, que reduce el TFT rendimiento de conmutación.

Este problema de retardo RC puede tener efectos graves en el aspecto de la pantalla.

RC retardo de una señal de puerta y su efecto en una pantalla negra

La solución radica en la fabricación de la línea de autobús de la puerta con un material de baja resistencia como aluminio (Al).

Diseño de la línea de autobús de señal

El requisito de que la línea de autobús de la puerta debe tener un pequeño retardo RC es particularmente importante para pantallas más grandes y de mayor resolución. Si se aumentan los anchos de las líneas de autobús de señal para reducir la resistencia, el cociente de la abertura de los píxeles se reduce, por lo que el enfoque preferido es utilizar un material de baja resistencia para las líneas de autobús. Para ello, Al ofrece ventajas sobre otros metales como el Cr, W, Ta.
Pero, en el proceso TFT inferior-puerta, los puerta los electrodos son primero fabricados en el substrato de cristal y luego sometidos a procesos de alta temperatura y graba varios químicos. Por lo tanto, para utilizar Al como un material de electrodo de puerta, los electrodos de la puerta de Al deben estar protegidos del daño producido por la formación de la Loma.

Diseño de baja resistencia aluminio puerta autobús

Una capa delgada de un óxido de aluminio (Al2O3), formada por la oxidación anódica de la superficie a temperatura ambiente, puede proteger los electrodos de de los problemas asociados con la formación del montículo. Doble de metal o revestidas estructuras sobre los electrodos de Al - usando un material relativamente estable como Cr, Ta o W - también puede ser utilizado para proteger los electrodos de Al. La compensación es que estos enfoques requieren un proceso adicional. Recientemente, aleación del Al (tales como Al-Nd), que puede suprimir la formación de la Loma, se ha utilizado como material de electrodo de puerta para eliminar el proceso adicional.

Cociente de la abertura

Como anteriormente, otra importante consideración de diseño es maximizar el cociente de la abertura del píxel. En la celda unidad, electrodos TFT, electrodos de condensador de almacenamiento, líneas de autobús de señal y el material de la matriz negra constituyen áreas opacas.

Áreas opacas y el cociente de la abertura de un píxel

Las áreas combinadas de estos elementos, junto con el área de la abertura de píxeles a través de la cual la luz puede pasar, el cociente de la abertura del píxel. El cociente de la abertura es dado por el área de la abertura de píxeles dividida por el área total de píxeles (área de apertura y la zona de los elementos opacos). Para aumentar el cociente de la abertura tanto como sea posible, el tamaño de los elementos opacos debe hacerse tan pequeño como sea posible, manteniendo un diseño que maximiza el tamaño de la zona de pixel-electrodo.
Por desgracia, uno puede sólo ir tan lejos en la reducción de las áreas opacas antes de degradar el rendimiento y la calidad de imagen. Como se muestra en la Fig. 12, debe ampliarse el área de pantalla de luz en el substrato de color-filtro para bloquear la luz que se escapa a través de la brecha entre la línea de datos y el pixel ITO. Para hacer esto en estructuras de la célula de TFT-LCD convencionales, mientras que simultáneamente proporciona un margen adecuado de alineación de la placa, significativamente reduce la abertura.

Pero se pueden lograr mucho más altos ratios de apertura por cambio de una estructura convencional a la estructura de la BM en matriz, independientemente de la exactitud de la alineación de la placa. El cociente de la abertura de esta estructura celular no está determinado por el BM en el sustrato del filtro de color, sino por el BM-en-conjunto, que se puede formar con una muy alta exactitud de posicionamiento.

Mejora del cociente de la abertura con una negro-matriz-de-TFT-matriz

Diseño independiente-Cs-electrodo, se puede aumentar el cociente de la abertura si el electrodo del condensador de almacenamiento se fabrica con ITO.

Mejora del cociente de la abertura con una capa de ITO como un electrodo de Cs

Diseño para la redundancia de

Incluso cuando el mayor cuidado y se aplican procedimientos sofisticados de gestión de la calidad, no es posible hacer el proceso de fabricación de TFT matriz tan perfecto que produce matrices sólo completamente libre de defectos.

Posibles defectos de línea y pixel en una matriz TFT

Para mejorar el rendimiento de la producción en el proceso de fabricación, se utilizan diseño de redundancia, reparable diseño y diseños de tolerante a fallas. Diseño de la línea de autobús doble o doble de metal estructura puede ayudar a recuperarse de problemas de rotura de línea. Dummy-reparación-línea diseño puede ahorrar el panel defectuoso de fallas abrimos línea de bus de datos. Mientras que estas técnicas de diseño redundante pueden mejorar con eficacia el rendimiento de fabricación, en algunos casos pueden también reducir el cociente de la abertura.

La matriz de TFT debe estar protegida por descargas electrostáticas (ESD), que pueden generarse en los procesos de fabricación como durante el frotamiento de la alineación de capas y centrifugado. Enfoques de diseño para la protección de la matriz de TFT contra ESD incluyen circuitos de protección ESD y poniendo en cortocircuito la línea de autobús.

Protección ESD utilizando un método de cortocircuito de línea de autobús

Protección ESD con circuitos de protección

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