Роман Іванов (м.Санкт-Петербург)
Компанія Tianma Microelectronics на сьогоднішній день є одним з найбільших виробників рідкокристалічних дисплеїв.
Tianma Microelectronics була заснована в Китаї в 1983 році. Зараз вона має в своєму складі кілька науково-дослідних центрів і фабрик. Працюють представництва в Німеччині (Карлсруе), США (Каліфорнія), Кореї (Кьонгідо) і Тайвані (Таоюан).
TFT-дисплеї
Принцип роботи LCD TFT
LCD TFT (Liquid crystal display Thin film transistor) - найбільш поширений вид рідкокристалічних дисплеїв (рис. 1). Своєю назвою вони зобов'язані тонкоплівкових транзистора (TFT), що є різновидом польового, в якому металеві контакти і напівпровідниковий канал виготовляються у вигляді тонких плівок. TFT використовується для управління рідкими кристалами, тобто для формування кольору пікселів.
У перших TFT-дисплеях, що з'явилися в 1972 році, використовувався селенід кадмію, що володіє високою рухливістю електронів і підтримує високу щільність струму, але з часом було здійснено перехід на аморфний кремній (a-Si). Крім аморфного кремнію на даний момент розроблено багато інших технологій, але лідером за обсягом виробництва поки залишається a-Si. Саме за цією технологією виготовляє свої TFT-дисплеї компанія Tianma.
Дисплей складається з ЖК-матриці, джерел світла для підсвічування, контактного джгута і корпусу. Кожен піксель ЖК-матриці є шаром молекул між двома прозорими електродами і два поляризаційних фільтра. А пікселі в свою чергу складені з субпікселів (рис. 2), що формують різні кольори. Поверхня електродів спеціально оброблена для початкової орієнтації молекул рідких кристалів в одному напрямку.
Мал. 2. субпикселов кольорового РК-дисплея
Така структура переломлює світлової хвилі, і, доходячи до другого фільтра, світло проходить його без втрат.
Якщо до електродів докладено напруга, то молекули прагнуть вишикуватися в напрямку електричного поля, що призводить до руйнування гвинтовий впорядкованості. З ростом напруженості електричного поля спіраль поступово розкручується, і через другий фільтр проходить все менше і менше світла.
При певній величині поля майже всі молекули стають паралельні, і площину поляризації світла практично не обертається. Це призводить до непрозорості структури. Таким чином, змінюючи напругу, що подається на електроди, можна управляти ступенем прозорості та, відповідно, інтенсивністю світіння субпикселей.
Основні параметри LCD TFT
Для опису TFT-дисплеїв використовується багато параметрів. Розглянемо найбільш важливі з них:
Інтерфейси LCD TFT
Для з'єднання ЖК-панелі з керуючим мікропроцесором Tianma пропонує на вибір кілька інтерфейсів: паралельний цифровий інтерфейс (CPU 8/16 bit), послідовний периферійний інтерфейс (SPI), RGB-інтерфейс і інтерфейс низьковольтної диференціальної передачі сигналів (LVDS).
Зупинимося докладніше на кожному з них:
З точки зору кількості зв'язків інтерфейс є досить громіздким. Найбільше цифрових ліній йде на передачу трьох кольорів: 6/8 ліній (розрядів) на колір - сумарно 18 або 24. Плюс до цього - сигнали тактової частоти, малої та кадрової синхронізації.
Інтерфейс має багато недоліків: велика кількість зв'язків, складність синхронізації при передачі даних на високих частотах (тобто при роботі з високою роздільною здатністю) і низька перешкодозахищеність.
LVDS реалізує диференціальну передачу даних, що забезпечує високу перешкодозахищеність інтерфейсу і дозволяє домогтися високої пропускної здатності. LVDS має на увазі наявність у схемі трансмиттеров і ресіверів. Трансмітер підключається до керуючого микроконтроллеру. Ресивер розташовується на LCD-панелі.
Передачу даних забезпечують п'ять диференціальних пар: чотири пари використовуються для передачі даних і одна - для передачі тактових сигналів.
LVDS використовується для передачі як 18-розрядної колірного коду (три кольори по 6 біт), так і для 24-розрядної кольору (три кольори по 8 біт). Передача одного кольору відбувається відразу за кількома диференціальним парам. Сигнали рядкової і кадрової синхронізації також надходять на LCD-панель через диференціальні канали.
Для збільшення пропускної здатності цього інтерфейсу National Semiconductor розширила інтерфейс LVDS і подвоїла кількість диференціальних пар, які використовуються для передачі даних. Це удосконалення отримало назву LDI - LVDS Display Interface. У документації Tianma такий варіант інтерфейсу позначається як «LVDS 2 port».
Як було сказано вище, LDI отримав вісім диференціальних пар, призначених для передачі даних, і дві диференціальні пари тактових сигналів, тобто LDI, по суті справи, являє собою два незалежних повнофункціональних каналу LVDS, передача даних в кожному з яких здійснюється власним тактовим сигналом.
Відповідно, наявність двох каналів дозволило вдвічі збільшити пропускну спроможність інтерфейсу. Тепер за один піксельний такт можна передати інформацію про двох пікселях. При такій організації один канал призначений для передачі парних точок екрану (Even), а другий - для непарних (Odd).
Сенсорний екран LCD TFT
Резистивні сенсорні екрани мають ряд переваг, які дозволили їм зайняти дуже велику частку на ринку. Найголовніше їх перевага - низька ціна. Крім цього резистивні екрани мають стійкість до забруднення: тобто забруднення чи не порушує роботу сенсорного екрану. Екрани реагують на дотик практично будь-яким твердим гладким предметом.
Резистивний сенсорний екран складається зі скляної панелі і гнучкою пластиковою мембрани, на які нанесено резистивні покриття. Простір між склом і мембраною заповнене мікроізоляторамі. Коли на екран натискають, панель і мембрана замикаються, і контролер реєструє зміну опору і перетворює його в координати дотику.
Ємнісні сенсорні екрани мають кращу светопропусканием і більшою довговічністю в порівнянні з резистивним, але сприйнятливі до дії вологи і струмопровідних забруднень. Екрани реагують на дотик тільки токопроводящего предмета (пальця або спеціального стилуса). Тобто, якщо ви захочете скористатися звичайним стилусом або будь-яким іншим твердим предметом, екран на ваше дотик ніяк не відреагує. За точністю визначення координат ємнісні екрани ні в чому не поступаються резистивним.
Принцип роботи екрану цього типу заснований на здатності людського тіла проводити електричний струм. В основі ємнісного екрану лежить скляна підкладка, на поверхню якої нанесений резистивний матеріал, прикритий токопроводящей плівкою. У момент торкання пальцем екрану виникає електричний струм, а спеціальний контролер обчислює координати торкання.
LCD TFT компанії Tianma
Частина вироблених компанією Tianma TFT-дисплеїв комплектується сенсорними екранами. Компанія використовує резистивні і ємнісні екрани. Переважна більшість - резистивні.
Більшість TFT-дисплеїв працює в розширеному температурному діапазоні -20 ... 70 ° С.
TN- і STN-дисплеї
Першою технологією виготовлення LCD-дисплеїв була технологія Twisted Nematic (TN). Вона була розроблена в 1973 році. Назва зобов'язане своїм походженням поведінки рідких кристалів, які при розміщенні між вирівнюючими панелями з борозенками вибудовувалася в спіраль.
TN-дисплеї мають кілька суттєвих недоліків: низька контрастність, велике час реакції, маленькі кути огляду і майже неможливе формування відтінків. Але вони мають найнижчу вартістю і тому знаходять найширше застосування в недорогих виробах з невисокими вимогами до якості зображення.
Типові представники цієї технології представлені на малюнках 3 і 4.
Мал. 3. Дисплей з позитивним зображенням
Мал. 4. Дисплей з негативним зображенням
Розвитком технології TN LCD-дисплеїв стала Super Twisted Nematic (STN). STN дозволила збільшити кут кручення орієнтації кристалів усередині LCD-дисплея до 270 градусів. Це дозволило збільшити контрастність зображення і розміри панелей.
На основі технології TN, STN і їх похідних компанія Tianma виробляє велику кількість символьних і графічних LCD-індикаторів.
Символьні індикатори (рисунок 5) зроблені на технології STN під управлінням контролера ST7066U. Підключення до зовнішнього керуючого мікропроцесора відбувається через 8-бітний паралельний цифровий інтерфейс. Можливі варіанти кількості символів: 8х1 (8 символів в рядку, 1 рядок), 8х2 (8 символів в рядку, 2 рядки), 16х1, 16х2, 20х2, 20х4 і 40х2. Підсвічування виконана з декількох послідовно розташованих SMD-світлодіодів. Стандартний колір підсвічування - жовто-зелений. Індикатори розраховані на роботу при температурі -20 ... 70 ° С.
Мал. 5. Символьний LCD-індикатор
Монохромні графічні індикатори зроблені на основі STN або FSTN-технології. Керуючих контролерів тут запропоновано досить багато: ST7579, SBN1661, ST7565R, SDN8080 і інші. Підключення до зовнішнього керуючого мікропроцесора відбувається через послідовний або паралельний 4/8-бітний цифровий інтерфейс. Доступні індикатори з наступними дозволами: 96х16, 96х32, 122х32, 128х64, 240х64, 240х128 і 320х240.
Підсвічування виконана з світлодіодів. Індикатори розраховані на роботу при температурі -20 ... 70 ° С.
Кольорові графічні індикатори (рис. 6) зроблені на основі Color Super Twisted Nematic (СSTN) технології. Технологія досить стара, але, тим не менш, все ще займає невелику частку ранка кольорових дисплеїв.
Мал. 6. Кольоровий графічний індикатор
Керуючих контролерів запропоновано кілька: ST7637, UC1697v, ST7669V і ST7628. Підключення до зовнішнього керуючого мікропроцесора відбувається через паралельний 8/16-бітний цифровий інтерфейс. Доступні наступні дозволи дисплеїв: 96х64,128х128 і 128х160, 240х128.
Індикатори розраховані на роботу при температурі -20 ... 70 ° С.
висновок
На даний момент Tianma освоює технологію активної матриці на органічних світлодіодах (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode, AMOLED). До кінця цього року в Шанхаї планується випуск перших OLED-дисплеїв.
Технологія передбачає використання органічних світлодіодів в якості світловипромінюючих елементів і активної матриці з TFT-транзисторів для управління світлодіодами. Дисплеї AMOLED відрізняються від TFT поліпшеною передачею кольору, підвищеною яскравістю і вищою контрастністю картинки. Ще один безперечний плюс цих екранів - знижене енергоспоживання, що дозволяє більш економно витрачати заряд акумулятора.
Вивівши на ринок свої OLED-дисплеї, компанія Tianma, безсумнівно, ще більше зміцнить своє становище лідера на ринку рідкокристалічних дисплеїв.
Нові дисплеї компанії Tianma
Компанія Tianma випустила нові дисплеї з можливістю підключення через паралельний або послідовний інтерфейси.
TM050QDH01 - інтерфейси SPI + RGB 18 біт
TM022HDHT1 - інтерфейси SPI + RGB 18 біт
Компактний дисплей діагоналлю 2,2 "з книжкової орієнтацією, роздільною здатністю 240 x 320, з універсальним контролером ILI9340 орієнтований на переносні пристрої. Має полуотражающій поляризатор, який дозволяє використовувати даний дисплей без підсвічування.
TM020HBH03 - інтерфейси CPU 8/16 біт, 4-wire SPI
TFT-дисплей 2,0 "з сенсорним екраном і досить широким для такої діагоналі дозволом - 240 x 320.
TM035HBHT1 - інтерфейси RGB 6 біт + SPI
TM035HDHT1 - інтерфейси RGB 6 біт + SPI
Два дисплея з полуотражающім поляризатором і двома інтерфейсами. Відмінність цих моделей один від одного полягає в наявності сенсорної панелі у TM035HBHT1.
- два інтерфейси дозволяють використовувати ці TFT-дисплеї в різних застосуваннях, особливо там, де не вистачає висновків для стандартного RGB-інтерфейсу.
- Низький рівень споживання енергії, як у TM050QDH01 (100мА при напрузі 9,75В), так і у TM022HDHT1 (20мА при напрузі 12,8В).
- Компактний корпус дозволяє вбудувати ці дисплеї практично в будь-яких форм-фактор.
- Деякі дисплеї можна використовувати без підсвічування, що також позначається на енергоспоживанні.