Wichtige Materialfunktionen für TFT-LCD-Flüssigkristallanzeigetafeln
1. a-Si (amorphes Silizium): a-Si ist das am längsten verwendete Halbleitermaterial, das in TFT-Kanalschichten verwendet wird. Der Herstellungsprozess für a-Si-TFT-Backplanes ist relativ einfach und bietet hohe Ausbeuten und niedrige Kosten – Eigenschaften, die ihm einen natürlichen Vorteil bei der Herstellung von TFT-LCD-Panels auf Linien höherer Generation verschaffen. Derzeit verwendet die überwiegende Mehrheit der G8.5-Produktionslinien und der größeren Generation a-Si-TFT-Backplanes. Aufgrund der Elektronenmobilität von a-Si von nur 0,9–1 cm²/V·s eignet es sich jedoch nicht gut für die Erstellung von Displays mit hoher Helligkeit, hoher Auflösung, hohem PPI oder schnellen Bildwiederholraten. Daher wird a-Si hauptsächlich in Display-Panels der Einstiegsklasse eingesetzt.
2. IGZO (Indium-Gallium-Zink-Oxid): Im Vergleich zu a-Si-Halbleitermaterialien bietet die IGZO-TFT-Backplane-Technologie eine deutlich höhere Elektronenmobilität. Mit einer Elektronenmobilität von 10–25 cm²/V·s ermöglicht IGZO schnellere Lade-Entladeraten für TFT-Pixelelektroden und ermöglicht so die Erzielung hoher Helligkeit, hoher Auflösung, hoher PPI und verbesserter Bildwiederholraten in großen Anzeigetafeln.
3. LTPS (Low-Temperature Poly-Silicon): LTPS ist eine Technologie, die einen auf Glas abgeschiedenen dünnen Film aus amorphem Silizium (a-Si) durch einen Kristallisationsprozess bei Temperaturen unter 600 °C in polykristallines Silizium (p-Si, Poly-Silizium) umwandelt. Schließlich werden Dünnschichtprozesse zur Herstellung von TFT-Geräten verwendet, wobei p-Si als aktive Schicht dient. Unter a-Si und IGZO weist das LTPS-Halbleitermaterial die höchste Elektronenmobilität auf und erreicht über 100 cm²/V·s. Dies macht es ideal für die Herstellung von Anzeigetafeln mit höherer Helligkeit, größerer Auflösung, höherem PPI und schnelleren Bildwiederholraten. Aufgrund seines komplexen Herstellungsprozesses und der höheren Kosten eignet sich LTPS jedoch am besten für TFT-Backplanes in Produktionslinien der G6.0-Generation oder einer kleineren Generation.
4. LTPO (Low Temperature Polykristallines Oxid): LTPO ist ein Material, das durch die Kombination zweier Halbleitertechnologien entsteht – LTPS und IGZO. Es verfügt über die hohe Elektronenmobilität von LTPS und profitiert gleichzeitig vom außergewöhnlich niedrigen Leckstrom von IGZO. Die überlegene Elektronenmobilität ermöglicht es Anzeigetafeln, Funktionen wie hohe Helligkeit, schärfere Auflösungen, höhere PPI und schnellere Bildwiederholraten zu erreichen. Gleichzeitig ermöglicht der reduzierte Leckstrom den Betrieb der Panels mit niedrigeren Bildwiederholraten, was den Stromverbrauch erheblich senkt. Derzeit wird die LTPO-TFT-Backplane-Technologie in Premium-AMOLED-Produkten verwendet.
5. RGB CR (RGB-Farbresist): Das Kernmaterial im RGB-Farbresist-CF-Farbfiltersubstrat, das normalerweise aus den Primärfarben Rot, Grün und Blau besteht. Es bietet Farbsättigung und Durchlässigkeit für TFT-LCD-Flüssigkristallanzeigetafeln.
6. BM (Black Matrix): Einerseits dient die Black Matrix BM dazu, Licht zu blockieren und so eine Farbmischung zwischen benachbarten roten, grünen und blauen Subpixeln zu verhindern. Es verhindert wirksam den Lichtverlust zwischen den Subpixeln und verbessert so das Kontrastverhältnis des Anzeigefelds. 7.0c (Over Coater): Schützt die roten, grünen und blauen Farbblockierungsschichten und glättet gleichzeitig die CF-Filmoberfläche. Die OC-Schicht besteht aus Acrylharz und ist in zwei Ausführungen erhältlich: duroplastisch und UV-härtbar. Da bei Produkten mit den Anzeigemodi VA und TN die roten, grünen und blauen Farbblockierungsschichten zum Schutz von einer ITO-Elektrode abgedeckt sind, haben Schwankungen der Zelldicke, die durch Unebenheiten in diesen Schichten und der schwarzen Matrix (BM) verursacht werden, nur minimale Auswirkungen auf die Anzeigeleistung. Daher kann die OC-Schicht weggelassen werden. Bei Produkten im IPS-Display-Modus fehlt jedoch diese schützende ITO-Elektrodenschicht, sodass eine präzise Steuerung der Zelldicke von entscheidender Bedeutung ist. Daher ist die OC-Schicht für diese Anwendungen unerlässlich.
7. P/Polyimid: Der Ausrichtungsfilm ist auf beiden Innenflächen des TFT-Array-Substrats und des Farbfiltersubstrats (CF) beschichtet. Nach dem Aushärten übt der Ausrichtungsfilm einen „Verankerungseffekt“ auf die Flüssigkristallmoleküle aus und stellt so sicher, dass sie sich in einem bestimmten Vorneigungswinkel ausrichten.
8. PS (Photo Spacer): Die säulenförmigen Abstandshalter werden mittels Fotolithographie hergestellt und werden allgemein als Photo Spacer bezeichnet. Diese Abstandshalter dienen zur Unterstützung der TFT- und CF-Glassubstrate und sorgen für eine gleichmäßige Zellspaltdicke. Darüber hinaus erhöhen sie die Kompressionsfestigkeit des TFT-LCD und sorgen gleichzeitig für optimale Transmissions- und Kontrastverhältnisse.
9. MPS (Main-PS): Main-PS ist ein elastisches Harzmaterial, dessen Hauptfunktion darin besteht, die TFT- und CF-Glassubstrate des LCD-Panels zu stützen und so eine stabile und gleichmäßige Dicke der Flüssigkristallzelle sicherzustellen.
10.SPS (Sub-PS): In Zusammenarbeit mit dem Main-PS bietet das Sub-PS zusätzliche Unterstützung für das Flüssigkristallpanel. Dies trägt dazu bei, die Widerstandsfähigkeit der Platte gegenüber Quetschkräften zu erhöhen – wenn äußerer Druck ausgeübt wird, arbeiten sowohl das Sub-PS als auch das Main-PS zusammen, um Verformungen zu verhindern.
11.BS (Ball Spacer): Der Hauptzweck der Verteilung kugelförmiger Abstandshalter innerhalb der Zelle besteht darin, die TFT- und CF-Glassubstrate zu stützen und gleichzeitig die Dicke der Zelle aufrechtzuerhalten. Der Dispersionsprozess führt jedoch oft zu einer ungleichmäßigen Verteilung dieser sphärischen Abstandshalter, was zu Problemen wie verringerter Durchlässigkeit und geringeren Kontrastverhältnissen führt. Aus diesem Grund ist diese Technologie heute weitgehend ausgemustert.
12.GF-Abstandshalter (Glasfaser-Abstandshalter): Glasfaser-Abstandshalter werden typischerweise in den Dichtungsklebstoff eingemischt, um eine gleichmäßige Zellkastendicke über den gesamten Zellbereich aufrechtzuerhalten, eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Zelle zu gewährleisten und Anzeigefehler um den Zellumfang herum zu verhindern.
13.LC (Liquid Crystal): Flüssigkristalle sind ein Zwischenzustand der Materie, der zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen liegt und Eigenschaften wie die Fließfähigkeit einer Flüssigkeit kombiniert mit der Anisotropie eines Kristalls aufweist. Bei niedrigen Temperaturen um -50 °C erscheinen Flüssigkristalle typischerweise als weiße, plastikartige Kristalle. Mit steigender Temperatur werden die Flüssigkristalle allmählich weicher und verwandeln sich in eine transparente, ölige, viskose Flüssigkeit. Wenn die Temperatur weiter ansteigt – typischerweise etwa 100 °C (obwohl der Klärpunkt je nach Art des Flüssigkristalls unterschiedlich ist) – wird das Material zu einer klaren, fließenden Flüssigkeit. Die Temperatur, bei der dieser Übergang zur Transparenz erfolgt, wird als Klärpunkt des Flüssigkristalls bezeichnet.
14.N+ a-Si (n+ amorphes Silizium): N+ a-Si wird üblicherweise in ohmschen Kontaktschichten verwendet, typischerweise positioniert zwischen den Source- und Drain-Elektroden und der Halbleiterschicht. Die Hauptfunktion von n+ a-Si besteht darin, den Kontaktwiderstand zu verringern, wodurch die Source- und Drain-Elektroden effizienter Ladungsträger aus der Halbleiterschicht extrahieren oder injizieren können.
15.ITO (Indiumzinnoxid): ITO ist ein transparentes leitfähiges Oxid, das als eine der kritischen Dünnfilmschichten in TFT-LCDs dient. In TFT-LCDs wird es üblicherweise als Pixelelektrode (Pixel ITO), gemeinsame Elektrode (COM ITO) und Bondpad (PAD) verwendet.
16.ATO (Antimon-dotiertes Zinnoxid): ATO-Filme mit hohem Widerstand werden häufig in Incell-Projekten verwendet. Das ATO wird auf der Oberseite von CF-Glas abgeschieden, um Probleme wie Interferenzen mit Berührungssignalen zu beheben und die elektrostatische Leitfähigkeit zu verbessern.
17.Dichtungsmittel: Bei TFT-LCDs dient der Randkleber in erster Linie dazu, die Flüssigkristallzelle abzudichten, das Austreten des Flüssigkristalls und das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, konsistente Zellspaltabmessungen um den Umfang herum aufrechtzuerhalten und das Array-Substrat mit dem CF-Farbfiltersubstrat zu verbinden.
18.Hauptdichtmittel: Normalerweise wird nur eine Raupe Randkleber um den Umfang eines LCD-Displays aufgetragen – dies wird als Hauptrandkleber bezeichnet.
19.Dummy Sealant: Um den Umfang der großen Glasscheiben herum wird ein zusätzlicher überschüssiger Randkleber aufgetragen, der dazu beiträgt, das mechanische Gleichgewicht während des Schneidvorgangs des Glassubstrats aufrechtzuerhalten. Dies sorgt für ausgeglichene Kräfte auf die oberen und unteren Schneidmesser und reduziert gleichzeitig die Schneidbelastung, die auf den primären Randklebstoff einwirkt.
20.SiNx: Siliziumnitrid spielt in TFT-LCDs eine Vielzahl von Rollen und dient als Barriereschicht, Schutzschicht, Isolierschicht und mehr. Der SiNx-Film verfügt über eine dichte Struktur, die die Diffusion von Verunreinigungsionen wirksam verhindert. Darüber hinaus werden SiNx-Folien häufig als Schutzbeschichtungen zum Schutz kritischer Verdrahtungsschichten verwendet. SiNx wird auch häufig als elektrischer Isolator eingesetzt und trägt durch die Isolierung verschiedener Filmschichten dazu bei, Stromkurzschlüsse zu verhindern.
21.G-SiNx: Ein über der Gate-Elektrode abgeschiedener Siliziumnitridfilm, der üblicherweise als G-SiNx oder alternativ als GI-Schicht bezeichnet wird, dient hauptsächlich als Isoliermaterial.
22. Der über den Source- und Drain-Elektroden abgeschiedene Siliziumnitridfilm PA-SiNx wird allgemein als PA-SiNx bezeichnet und dient in erster Linie als Isolier- und Schutzschicht.
23.MO/AL/MO: Ein Kombinationsschema für Elektrodenmaterialien der Source-, Drain- und Gate-Elektroden – häufig verwendete Verbundmetallmaterialien in der AL-Prozesstechnologie.
24.MoTi/Cu: Eine Elektrodenmaterialkombination für die Source-, Drain- und Gate-Elektroden – häufig verwendete Verbundmetallmaterialien in der CU-Prozesstechnologie.
25.SD (Source/Drain): Die Source-Elektrode ist die Eingangselektrode des TFT, dient typischerweise als Dateneingangsanschluss und versorgt die Drain-Elektrode mit Strom. Die Drain-Elektrode hingegen fungiert als Stromausgangsanschluss, der den Strom empfängt, der von der Source-Elektrode durch den Kanal fließt – und ihn dann an die Pixelelektrode weiterleitet.
26.Gate: Die Gate-Elektrode ist die Steuerelektrode des TFT. Durch Anlegen einer Spannung kann die Leitfähigkeit des Kanals verändert werden. Die Gate-Spannung wird zum Ein- und Ausschalten des Transistors verwendet und steuert so, ob das Pixel leuchtet oder dunkel ist.
27.PR (Fotolack): Fotolack ist ein lichtempfindliches Material, das im Fotolithographieprozess verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird der Fotolack auf die Oberfläche der Filmschicht auf dem Array-Substrat oder dem CF-Farbfiltersubstrat aufgetragen. Nach der UV-Bestrahlung verändern sich seine chemischen Eigenschaften, sodass die belichteten Bereiche durch die Entwicklerlösung entfernt werden können, während die unbelichteten Bereiche intakt bleiben.
28.CLC (Flüssigkristallkondensator): Das Übergangselement, das den elektrischen Eingang in einen optischen Ausgang umwandelt, ist der Pixellastkondensator, der hauptsächlich aus der Flüssigkristallkapazität und dem Speicherkondensator besteht. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Stabilität der Pixelspannung sicherzustellen. Die Flüssigkristallkapazität ist eine kritische Komponente in TFT-LCDs und beträgt typischerweise etwa 0,1 pF. Aufgrund seines relativ kleinen Kapazitätswerts kann er die geladene Spannung nicht über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten – nur bis zur nächsten Aktualisierung der Rahmendaten. Beispielsweise muss bei einer standardmäßigen Bildwiederholfrequenz von 60 Hz jeder Frame seinen Zustand etwa 16 ms lang beibehalten. Während dieses Zeitraums kann es jedoch sein, dass die Flüssigkristallkapazität die Spannung nicht stabil hält, was zu einer falschen Graustufendarstellung und letztendlich zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt.
29.Cst (Kondensatorspeicher): Der Speicherkondensator wurde eingeführt, um die zuvor genannten Probleme zu beheben. Um die Einschränkungen des Flüssigkristallkondensators zu kompensieren, wird in TFT-LCD-Designs typischerweise ein Speicherkondensator integriert. Dieser Speicherkondensator hat normalerweise eine Kapazität, die deutlich größer ist als die des Flüssigkristallkondensators – etwa 0,5 pF –, wodurch er die im Flüssigkristallkondensator gespeicherte Ladung effektiv aufrechterhalten kann. Der Speicherkondensator wird im Allgemeinen zwischen der Pixelelektrode und den gemeinsamen Elektrodenleiterbahnen gebildet und seine Hauptfunktion besteht darin, sicherzustellen, dass die geladene Spannung bis zur nächsten Bildschirmaktualisierung stabil bleibt.