A legtöbb folyadékkristályos kijelző fizikai alapját az ún. aktívmátrixos vékonyfilm-tranzisztoros (TFT – Thin-Film Transistor) panelek szolgáltatják, amelyek számtalan méretű és képfelbontású változatban érhetők el a piacon. Az elmúlt évtizedek alapján megszokhattuk, hogy ezek négyszögletes formátumban, a képernyő hasznos területét körülölelő kávával érkeznek. Ahogy a technológiai megoldások a hétköznapi élet mind több területére hatolnak be, egyre nyilvánvalóbbá válik, hogy a hagyományos, négyszögletes kialakításnál léteznek sokkal életszerűbb megoldások iránti igények is szép számmal.
A szórakoztatóelektronikai gyártók versengésének egyik legfőbb tárgya a hasznos képernyőterület méretének növelése úgy, hogy a végtermék fizikai méretei közben változatlanok maradjanak vagy csökkenjenek. A leginkább összetettséggel jellemezhető, jármű-elektronikai műszerfalaknál azonban a lekerekített képernyők is rendkívül nagy számban szerepelnek az igénylistákon, amely megerősíti azt a gondolatot, hogy az aktívmátrixos kijelzők lekerekített kialakításával nyert szabadság újra forradalmasíthatja ennek a kijelzőtechnológiának a használhatóságát. Az újgenerációs digitális eszközök éppen úgy nézhetnének ki, mint analóg őseik, ami ergonómiai szempontjaiból mindenképpen előnyös lehet.
Középen lyukas kijelzők?
Az utóbbi időkig a termékfejlesztők nehéz helyzetben voltak a kerek/lekerekített kijelzők implementálása miatt, hiszen legyen bár éles, fényerős és nagy megbízhatósággal rendelkezésre álló a kerek TFT kijelző, de mit ér mindez, ha egyszer nincs hozzá rendes támogatás az operációs rendszerek részéről? Ez a helyzet azonban sokat változott az elmúlt hónapokban. Az Android Wear szoftverplatform például egy ideje már elérhető, és kifejezetten támogatja a kerek kijelzővel rendelkező eszközökre a felhasználói interfészek fejlesztését, megadva a termékfejlesztők számára a legfontosabb támogatást.
A kerek kijelzők alkalmazási lehetőségei igen sokrétűek. Gond nélkül megvalósíthatók kerek formatényezőjű okostelefonok, vagy az olyan, analóg világból származó alkalmazások modern változatai, mint a kerek vezérlőgyűrű által körbehatárolt kijelzős termosztátok. A valóban kerek, középen lyukas kijelző megvalósítása már nem álom, és nagyon érdekes, hibrid megoldások fejlesztése előtt nyitja meg az utat, gondoljunk csak a különféle fehéráruk (pl. sütők, hűtőgépek, mosógépek stb.) számtalan alkalmazási lehetőségére, a hordható eszközökre vagy játékkonzolok újgenerációs vezérlőire. A szakma mindazonáltal egyetért abban, hogy a nagyméretű és kerek/lekerekített kijelzők tömegesen először valószínűleg a gépjárművek beltereiben jelennek meg, amelyhez kiváló alapot ad a Sharp gépjárműipari beszállítókkal ápolt, hosszú múltra visszatekintő, kiváló viszonya.
Az aktívmátrixos TFT-k gyártástechnológiái
Az aktívmátrixos TFT (AMTFT) kijelzők a passzívmátrixos panelek számos hátrányától mentesek, például a szellemképesedéstől, alacsony frissítési sebességtől és gyenge betekintési szögektől. A mai, síkpaneles kijelzőknél alapvetően kétféle TFT-technológiát használnak a gyártók: az egyik az amorf szilíciumos (a-Si), a másik az alacsony hőmérsékletű, polikristályos szilícium (LTPS – Low-Temperature Polycrystalline Silicon, vagy p-Si). A legtöbb, közepes és nagyméretű panelt az amorfszilícium-gyártástechnológiával állítják elő, amely ma lényegében az AMTFT paneleknél standardnak számít.
A legjobb minőségű, egykristályos szilíciumon az elektronok rendkívül könnyen képesek áthatolni, ennek gyártása azonban az üvegszubsztrátok alacsony olvadáspontja miatt igen bonyolult. Az LTPS paneleknél az elektronok mozgása szintén szabad, legalábbis egészen addig, amíg elérik egy adott szilíciumszemcse szélét, ahol nagy valószínűséggel diffúzió következik be. Az LTPS-technológia nagy előnye, hogy az üvegszubsztrátra a kijelző meghajtóinak jelentős része integrálható, és emellett nagy felbontás elérését és keskeny kávák használatát teszi lehetővé. Jelentősebb hátránya ugyanakkor az LTPS-technológiának, hogy az anyag uniformitásának hiányában a nagyobb méretű kijelzőknél ez a gyártástechnológia nem igazán alkalmazható, ezért jellemző, hogy többnyire kis képátlójú, főleg okostelefonos kijelzőkben találkozhatunk ezzel a megoldással.
Az amorf szilícium gyárthatóság szempontjából kedvezőbb jellemzőkkel bír az LTPS-hez képest, azonban az elektronok mobilitása alacsonyabb.1 Ebből az következik, hogy az a-Si paneleknél a gate-meghajtó áramkörökre általában a kijelzőkáva területén van szükség, de kisebb és maximum közepes kijelzőméreteknél megoldható a gate-meghajtók üvegre integrálása is. A kijelzőkáva keskenyítése érdekében a meghajtókat általában kettéosztva rendezik el a két átellenes oldali káva között.
Bemutatkozik az IGZO
A Sharp által kifejlesztett, ún. IGZO (indium-gallium-cin-koxid – Indium-Gallium-Zinc-Oxide) technológiája volt a világ első, tömeggyártásra alkalmas megoldása kerek kijelzők gyártására. A technológia lényege, hogy olyan új atomelrendezést használ, amely a félvezetőknek egyedi, átlátszó kristályos struktúrát kölcsönöz.2
Az IGZO technológiás kijelzőknél az elektronok mobilitása akár 50-szer nagyobb, mint az amorf szilíciumos megoldásoknál. A lényegi rész tekintetében ez azt jelenti, hogy az IGZO panelek az a-Si TFT-knél lényegesen keskenyebbek lehetnek, ami kedvezőbb apertúraarányt és akár 20%-kal jobb áteresztőképességi együtthatót jelent. Ez nemcsak nagyobb képpontsűrűséget, de jobb hatásfok elérését is lehetővé teszi. Az IGZO TFT-k további előnye, hogy az a-Si és még az LTPS TFT-khez képest is exponenciálisan kisebb a szivárgási áramerősség, ami lehetővé teszi a pixelek számára a töltés megtartását és a szakaszos meghajtás alkalmazását, még több energia megtakarítását eredményezve. Az a-Si panelek ezzel ellentétben minden üzemállapotban több teljesítményt vesznek fel, és jellemzően 60 Hz frekvenciával frissítik a megjelenített képet.
A panelmeghajtók integrálása
Az IGZO ígéretes tulajdonságai alapján a Sharp kifejlesztett egy új kijelző-rendszerarchitektúrát3, amely a meghajtó áramköröket a kijelző aktív területére integrálja, mindenféle teljesítményveszteség nélkül. Mivel a meghajtók ebben az elrendezésben magának a panelnek a tranzisztormátrixában helyezkednek el (IP-GDM – In-Pixel Gate Driver Module), valójában már nincs szükség az aktív kijelzőterület körül további területek fenntartására. A káváktól ennek értelmében akár meg is lehet szabadulni, a kijelzőoldalaknak pedig nem kell egyenesnek maradniuk.
A szabadon formálható kijelzők (FFD – Free-Form Display) kerek élei a standard panelszabászati eljárásokkal továbbra is gyárthatók. Mivel a gate-meghajtó áramkörök a kijelző aktív területére kerülnek integrálásra, nem szükséges csupán egy oszlopnyi gate-meghajtó integrálására hagyatkozni, igény szerint szellősebb elrendezés is választható.
A kör bezárul...
A szabadon formálható kijelzők piaci debütálását jövőre, 2017-re várják a személygépjárművek beltereiben, mindenekelőtt a műszercsoportok analóg egységeinek és a középkonzol kerek egységeinek helyettesítőjeként. Ám a kerek panelek nyújtotta helytakarékosság és tervezési szabadság egészen biztosan felkelti a kreatív tervezők figyelmét, és megmozgatja fantáziájukat, úgyhogy a közeljövőben számos más, újszerű megoldásra lehet számítani.
Amint az első FFD-ket felszívják a jármű elektronikai gyártósorok, beindul a gépezet, és a terjedésnek semmi sem szabhat határt, rövid időn belül megjelenhetnek a szemüvegként viselhető, akár 1000 képpont/hüvelyk pixelsűrűséget kínáló kijelzők is, és még a szokványos, négyszögletes formatényezőjű kijelzők is sokat profitálhatnak a kávamentesség jóvoltából.
A nagyobb képpontsűrűség, kisebb szivárgási áram és nagyobb áteresztőképességi együttható mindezeken felül szintén rendkívül fontos előnyei az IGZO-technológiának. A gyakorlatilag teljesebb, tetszőlegesen formálható kijelzők számos iparág számára egészen kirívó innovációs utakat nyithatnak meg, kezdve a szórakoztatóelektronikától a gépjárműpiacon át egészen a viselhető eszközökre kíváncsi divatszakmával bezárólag, így tehát talán valóban nem túlzás állítani, hogy a kör bezárult.
1: http://www.eecs.berkeley.edu/~tking/tft.html#f
2: http://www.sharp-world.com/igzo/
3: Display Week 2015. Invited Paper: Flexible Flat-Panel-Display Designs with Gate Driver Circuits Integrated within the Pixel Area H. Yoshida, K. Tanaka, T. Noma, T. Nishiyama, R. Yonebayashi, Y. Nasu, T. Ishida, M. Murata, Y. Nakanishi, S. Kadowaki, H. Watanabe, T. Tomotoshi, R. Yuki, M. Kanehiro Sharp Corp., Nara, Japan
