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Display TFT LCD - TFT dispositivo Design

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

【R & D dipartimento di Blaze Display】 Ci sono molte strutture per transistor a film sottile (TFT), con la prima grande distinzione fra loro strutture piane CMOS vs sfalsati in silicio amorfo (a-Si) strutture.

Struttura degli elettrodi TFT

L'a-Si TFT sono ulteriormente suddivise in tipi di inverso-barcollando e sfalsati.

Differenza strutturale tra superiore e inferiore-cancello TFTs

Nel tipo inverso-barcollando, lo strato ohmico (n + a-Si) della regione di canale o può essere incisa direttamente (il metodo di etch-back) o acidato formando una pellicola protettiva sulla pellicola sottile un-Si (il metodo di etch-tappo).
Ogni metodo ha una propria serie di vantaggi e svantaggi. La struttura inversa-sfalsati offre un processo di fabbricazione relativamente semplice e una mobilità di elettrone che è circa il 30 per cento più grande di quello del tipo sfalsato. Questi vantaggi hanno provocato la struttura del TFT inferiore-cancello diventando più ampiamente adottata nella progettazione di TFT-LCD, nonostante il fatto che esso$ $$ s tecnicamente una struttura capovolta.

Perché a-Si ha caratteristiche fotoelettrica, un-Si TFT devono essere schermati dalla luce incidente. Il livello di a-Si deve anche essere più sottile possibile per ridurre al minimo la generazione di corrente indotta da foto, che può causare il TFT malfunzionamento.

Riduzione foto-indotta delle correnti di dispersione in un TFT

Nella struttura del cancello superiore, uno strato di luce-scudo deve essere formato in primo luogo alla regione del canale TFT che la formazione di questo scudo di luce può causare un passaggio di processo supplementare. In fondo-cancello TFTs, d'altra parte, un elettrodo di cancello è costituito presso la regione di canale TFT, dove serve anche come un livello di luce-scudo.

Schermatura in luce strutture in una matrice di TFT

Parametri di progettazione per le matrici TFT

Le caratteristiche operative di un TFT sono determinate dalle dimensioni dei suoi elettrodi, il rapporto W/L e la sovrapposizione tra l'elettrodo di cancello e la fonte dei cervelli.

Progettazione di un un-Si TFT

Le parassite derivanti dalla sovrapposizione degli elettrodi non possono essere evitati nelle strutture di TFT sfalsati, ma gli effetti parassiti devono essere minimizzati per massimizzare le prestazioni di s $$$ LCD.
Per ridurre la sovrapposizione tra i due elettrodi, è spesso implementato un processo di auto-allineamento.

Riducendo al minimo la capacità parassita in TFTs

Si scopre che le caratteristiche di a-Si TFT usati in AMLCDs sono molto simili alle caratteristiche del MOSFET in dispositivi a semiconduttore.

I-V caratteristiche di un un-Si TFT e suoi punti operativi

Quando un pannello TFT è operato in condizioni reali, la tensione di gate è impostata a entrambi 20 V per accensione, o a -5 V per switch-off. In queste condizioni operative, l'un-Si TFT è un buon dispositivo di commutazione con un acceso/spento corrente rapporto maggiore 106.
Le prestazioni di TFT dipendono anche dai parametri di processo di fabbricazione, quali la mobilità di elettrone e spessore degli isolatori cancello. Se vogliamo aumentare il guadagno di corrente di TFT per migliorare le prestazioni di commutazione di pixel, e i parametri di processo sono fissi, l'unica cosa che possiamo fare è di aumentare il rapporto W/L. Ma questa operazione non è senza un compromesso significativo: I più grandi risultati di W/L in un rapporto di apertura inferiore - meno della zona di s $$$ pixel è trasparente alla luce quando il pixel è ON - così la visualizzazione$ $$ s luminosità e contrasto sono ridotti.

Progettazione dell'archiviazione del condensatore

Per mantenere una tensione costante su un pixel carica sopra il ciclo intero frame, un condensatore di deposito (Cs) è fabbricato in ciascun pixel. Un grande Cs può migliorare la tensione che tiene il rapporto del pixel e ridurre la tensione di contraccolpi, con conseguenti miglioramenti in contrasto e senza sfarfallio, ma una grande Cs si traduce in un rapporto di apertura più basso e più alto carico TFT.
Il condensatore di deposito può essere costituito da utilizzando un elettrodo indipendente deposito-condensatore o parte della linea di bus porta come un elettrodo di deposito-condensatore (metodo Cs-su-gate)

Esempio di un progetto indipendente-Cs e circuito equivalente

Esempio di un circuito di progettazione ed equivalente di Cs-su-gate

I vantaggi del metodo Cs-su-gate sono che elimina la necessità di modificarle nel processo di fabbricazione; riduce al minimo il numero di processi; e produce un rapporto di apertura più grande che fa il metodo Cs indipendente. Ma alcune cose sono gratuite in design TFT-LCD. Il compromesso con il metodo di Cs-su-gate è un aumento costante di tempo RC di autobus-linea di porta, che riduce il TFT caratteristiche di commutazione.

Questo problema di ritardo RC può avere gravi effetti sull'aspetto del display.

Ritardo RC di un segnale di gate e il suo effetto su uno schermo nero

La soluzione sta nel fabbricare la linea di bus porta con una bassa resistenza del materiale come l'alluminio (Al).

Segnale Bus-linea Design

Il requisito che la linea di bus porta deve avere un piccolo ritardo RC è particolarmente importante per gli schermi LCD più grande e ad alta risoluzione. Se le larghezze delle linee di autobus di segnale sono aumentate per ridurre la resistenza, il rapporto di apertura dei pixel è ridotto, quindi l'approccio preferito è quello di utilizzare un materiale a bassa resistenza per le linee di autobus. Per questo, Al offre il vantaggio rispetto agli altri metalli, come Cr, W e Ta.
Ma, nel processo di TFT inferiore-cancello, gli elettrodi cancello sono in primo luogo fabbricati sul substrato di vetro e quindi sottoposti a processi ad alta temperatura e varie sostanze chimiche incide. Così, per utilizzare Al come un materiale di elettrodo di cancello, elettrodi Al cancello devono essere protetto da danni prodotto dalla formazione di dosso.

Progettazione della linea di bus porta bassa resistenza alluminio

Un film sottile di un ossido di alluminio (Al2O3), formato da ossidazione anodica della superficie a temperatura ambiente, può proteggere gli elettrodi dai problemi connessi con la formazione di dosso. Strutture doppio-metallo o placcate sopra gli elettrodi Al - utilizzando un materiale relativamente stabile come Cr, Ta o W - può essere utilizzato anche per proteggere gli elettrodi Al. Il compromesso è che questi approcci richiedono un ulteriore processo. Recentemente, in lega di Al (ad esempio Al-Nd), che può sopprimere la formazione di Poggio, è stato utilizzato come un materiale di elettrodo di cancello per eliminare il processo aggiuntivo.

Rapporto di apertura

Come implicato in precedenza, un altro importante fattore di progettazione è massimizzare il rapporto di apertura del pixel. Nella cella unitaria, elettrodi TFT, elettrodi di deposito-condensatore, autobus-linee di segnale e il materiale nero-matrice costituiscono aree opache.

Aree opache e rapporto di apertura di un pixel

Le aree combinate di questi elementi, insieme con l'area dell'apertura pixel attraverso cui la luce può passare, determinare il rapporto di apertura del pixel. Il rapporto di apertura è dato dalla zona del diaframma pixel diviso per l'area totale di pixel (diaframma e la zona degli elementi opachi). Per aumentare il rapporto di apertura per quanto possibile, la dimensione degli elementi opachi deve avvenire più piccola possibile, pur mantenendo un design che massimizza la dimensione dell'area del pixel-elettrodo.
Purtroppo, uno può solo andare così lontano nel ridurre le aree opache prima degradanti resa e qualità dell'immagine. Come mostrato in fig. 12, l'area di luce-scudo sul substrato del filtro di colore deve essere estesa per bloccare la luce che fuoriesce attraverso il divario tra la linea di dati e il pixel ITO. Per effettuare questa operazione in strutture convenzionali delle cellule di TFT-LCD, fornendo al contempo un margine adeguato piastra-allineamento, notevolmente riduce l'apertura.

Ma molto più alti rapporti di apertura possono essere raggiunto dal passaggio da una struttura convenzionale alla struttura BM-su-Array, indipendentemente dalla precisione dell'allineamento piastra. Il rapporto di apertura di questa struttura di cella non è determinato da BM di apertura presso il substrato del filtro di colore, ma da BM-su-matrice, che può essere formata con una precisione di posizionamento molto alta.

Miglioramento del rapporto di apertura utilizzando una nero-matrix-su-TFT-matrice

In un design indipendente-Cs-elettrodo, il rapporto di apertura può essere aumentato se l'elettrodo di deposito-condensatore è fabbricato con ITO.

Miglioramento del rapporto di apertura utilizzando un livello di ITO come un elettrodo di Cs

Progettazione per la ridondanza

Anche quando la più grande cura e vengono applicate procedure sofisticate di gestione della qualità, non è possibile per rendere il processo di fabbricazione di TFT-matrice così perfetto che produce matrici solo completamente privo di difetti.

Eventuali difetti di linea e pixel su un array TFT

Per migliorare il rendimento di produzione nel processo di fabbricazione, design di ridondanza, riparabile e tolleranza disegni sono spesso utilizzati. Dual-autobus-linea design o doppio-metallo struttura può aiutare a risolvere i problemi di rottura linea. Manichino-riparazione-linea design può salvare il pannello difettoso da errori di dati-autobus-linea aperti. Mentre queste tecniche di progettazione ridondante possono effettivamente migliorare la resa di fabbricazione, in alcuni casi possono anche ridurre il rapporto di apertura.

TFT-matrice deve essere protetto da scarico elettrostatico (ESD), che possa essere generato nei processi di fabbricazione, come ad esempio durante lo sfregamento dell'allineamento strato e centrifugazione. Autobus-linea corto circuito e circuiti di protezione ESD comprendono approcci progettuali per proteggere la matrice TFT contro le scariche elettrostatiche.

Protezione ESD utilizzando un metodo di messa in corto circuito di linea di autobus

Protezione ESD utilizzando circuiti di protezione

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