LCD konstrukcija
Kiekvieną LCD tašką sudaro šios dalys: skystųjų kristalų molekulių sluoksnis, suspaudžiamas tarp dviejų skaidrių elektrodų (indio alavo oksido), ir du poliarizuojantys filtrai su poliarizacijos kryptimis, statmenomis vienas kitam iš išorės. Jei tarp elektrodų nėra skysčio kristalų, šviesos poliarizacijos kryptis, einanti per vieną iš poliarizuojančių filtrų, bus visiškai statmena antrajam poliarizuojančiam filtrui, todėl jis yra visiškai užblokuotas. Tačiau jei šviesos poliarizacijos kryptis, einanti per vieną poliarizuojantį filtrą, pasukama skysčio kristalu, jis gali praeiti per kitą poliarizuojantį filtrą. Šviesos poliarizacijos krypties sukimąsi skysčio kristalais galima valdyti elektrostatiniu lauku, taip pasiekiant šviesos kontrolę.
Skystųjų kristalų molekulės yra labai jautrios išorinių elektrinių laukų įtakai ir sukelia sukeltus krūvius. Kai į skaidrų kiekvieno pikselio ar sub-pikselio elektrodą pridedama nedidelis krūvio kiekis, kad būtų galima generuoti elektrostatinį lauką, šis elektrostatinis laukas sukels skysčio kristalų molekules, kad sukeltų sukeltus krūvius ir sugeneruotų elektrostatinį sukimo momentą, kuris keičia. Originalus skystųjų kristalų molekulių sukimosi išdėstymas, taip pakeisdama pereinančios šviesos sukimosi amplitudę. Pakeiskite tam tikrą kampą, kad jis galėtų praeiti per poliarizacijos filtrą.
Prieš įpilant į skaidrų elektrodą, skystųjų kristalų molekulių išdėstymas nustatomas pagal elektrodo paviršiaus išdėstymą, o elektrodo cheminis paviršius gali būti naudojamas kaip kristalų sėkla. Dažniausiame TN skysčio kristale viršutinė ir apatinė skystųjų kristalų elektrodai yra išdėstyti vertikaliai. Skystųjų kristalų molekulės yra išdėstytos spirale, o šviesos poliarizacijos kryptis, einanti pro poliarizacijos filtrą, sukasi per praėjus per skystą drožlę, kad ji galėtų praeiti per kitą poliarizatorių. Šiame procese nedidelę šviesos dalį blokuoja poliarizatorius ir iš išorės atrodo pilka. Pridėjus įkrovą prie skaidraus elektrodo, skystųjų kristalų molekulės bus beveik visiškai išdėstytos lygiagrečiai elektrinio lauko kryptimi, todėl šviesos, einančios per poliarizacijos filtrą, poliarizacijos kryptis nesisuka, todėl šviesa yra visiškai užblokuotas. Šiuo metu pikselis atrodo juodas. Kontroliuojant įtampą, skystųjų kristalų molekulių išdėstymo laipsnis gali būti kontroliuojamas, kad būtų pasiekta skirtingų pilkos spalvos.
Kai kurie skystųjų kristalų ekranai tampa juodi, kai yra veikiami kintamos srovės, kuri sunaikina skystųjų kristalų spiralinį poveikį. Kai srovė išjungta, skystųjų kristalų ekranas tampa ryškesnis arba skaidresnis. Šio tipo LCD dažniausiai randama nešiojamuose kompiuteriuose ir pigiuose skystųjų kristalų ekranuose. Kitas LCD tipas, dažniausiai naudojamas didelės raiškos skystųjų kristalų ekranams ar dideliems skystųjų kristalų televizoriams, yra ta, kad išjungus galią, skystųjų kristalų ekranas yra nepermatomas.
Norėdami išsaugoti galią, LCD naudokite multipleksavimo metodą. Multipleksavimo režime elektrodai viename gale yra sujungti grupėmis, kiekviena elektrodų grupė yra prijungta prie maitinimo šaltinio, o elektrodai kitame gale taip pat yra sujungti grupėmis, kiekviena grupė yra sujungta su kitu galios galu tiekimas. Grupavimo dizainas užtikrina, kad kiekvieną pikselį valdo nepriklausomas maitinimo šaltinis. Elektroninis įrenginys arba programinė įranga, skatinanti elektroninį įrenginį, kontroliuoja taškų rodymą, valdant maitinimo šaltinio įjungimo/išjungimo seką.
LCD bandymo rodikliai apima šiuos svarbius aspektus: ekrano dydį, reakcijos laiką (sinchronizacijos greitį), masyvo tipą (aktyvų ir pasyvų), peržiūros kampą, palaikomas spalvas, ryškumą ir kontrastą, skiriamąją gebą ir ekrano kraštinių santykį ir įvesties sąsają (tokia kaip vaizdinė sąsaja ir vaizdo rodymo masyvas).
Trumpa istorija
1888 m. Austrijos chemikas Friedrichas Reinizeris atrado skystųjų kristalų ir jų ypatingų fizinių savybių.
Pirmasis veikiantis skystųjų kristalų ekranas buvo paremtas dinaminio sklaidos režimu (DSM), kurią sukūrė komanda, kuriai vadovavo George'as Hellmannas RCA. „Hellmann“ įkūrė „Optech“, kuri sukūrė daugybę LCD, remiantis šia technologija.
1970 m. Gruodžio mėn. Sint ir Helfricho centrinėse laboratorijose Hoffmann-le Roque Šveicarijoje patentuojo susuktą Nematinio lauko poveikį Šveicarijoje. Tačiau prieš metus, 1969 m., Jamesas Fergusonas, Kento valstijos universitete, JAV, JAV, buvo atradęs skystųjų kristalų pasuktą nematinio lauko efektą, ir 1971 m. Vasario mėn. Įregistravo tą patį patentą JAV. 1971 m. Jo kompanija („Ilixco“ ) pagamino pirmąjį skystųjų kristalų ekraną pagal šią savybę, kuri netrukus pakeitė žemesnio lygio DSM tipo LCD. Tik 1985 m. Šis atradimas tapo komerciškai perspektyvus. 1973 m. „Sharp Japan“ korporacija pirmiausia ją panaudojo norėdama sukurti skaitmeninius ekranus elektroniniams skaičiuotuvams. 2010 -aisiais LCD tapo pagrindiniais visų kompiuterių rodymo įrenginiais.
Rodymo principas
Be įtampos šviesa judės išilgai tarpo tarp skystųjų kristalų molekulių ir pasuks 90 laipsnių, todėl šviesa gali praeiti pro šalį. Bet pridėjus įtampą, šviesa juda tiesiai išilgai tarpo tarp skystųjų kristalų molekulių, todėl filtras blokuoja šviesą.
Skystas kristalas yra medžiaga, turinti srauto charakteristikas, todėl norint, kad skystųjų kristalų molekulės judėtų, reikalinga tik labai maža išorinė jėga. Kaip pavyzdį atsižvelgdami į dažniausiai pasitaikantį nematinį skysčio kristalą, skystųjų kristalų molekulės gali lengvai pasisukti veikiant elektriniam laukui. Kadangi skystųjų kristalų optinė ašis gana atitinka jo molekulinę ašį, ji gali sukelti optinį poveikį. Kai skysčio kristalui bus naudojamas elektrinis laukas ir išnyks, skystas kristalas panaudos savo elastingumą ir klampumą, o skystųjų kristalų molekulės greitai grįš į pradinę būseną prieš pritaikant elektrinį lauką.
Perduodami ir atspindintys ekranai
LCD gali būti perduodami arba atspindintys, atsižvelgiant į tai, kur dedamas šviesos šaltinis.
Transliuojantys LCD apšviečia šviesos šaltinį už ekrano ir žiūrima iš kitos ekrano pusės (priekyje). Šio tipo LCD naudojamas programose, kurioms reikalingas didelis ryškumas, pavyzdžiui, kompiuterio monitoriai, PDA ir mobilieji telefonai. LCD apšvietimas naudojamas apšvietimas dažnai sunaudoja daugiau galios nei pats skystųjų kristalų ekranas.
Atspindintys LCD, dažniausiai randami elektroniniuose laikrodžiuose ir skaičiuotuvuose, (kartais) apšviečia ekraną, atspindėdami išorinę šviesą iš difuzinio atspindinčio paviršiaus už LCD. Šio tipo skystųjų kristalų kiekis turi didesnį kontrasto santykį, nes šviesa praeina per skysčio kristalą du kartus, todėl ji supjaustyta du kartus. Nenaudojant apšvietimo įrenginio žymiai sumažina energijos suvartojimą, todėl akumuliatorių varomi įtaisai trunka ilgiau. Kadangi maži atspindintys LCD sunaudoja tiek mažai jėgų, kad jų maitinimui užtenka fotoelemento, jie dažnai naudojami kišenės skaičiuotuvuose.
Perdavimo LCD gali būti naudojami kaip transmisija arba atspindintys. Kai yra daug išorinės šviesos, LCD veikia kaip atspindintis tipas, o kai yra mažiau išorinės šviesos, ji gali veikti kaip transliacijos tipas.
Spalvų ekranas
LCD technologija taip pat keičia ryškumą, atsižvelgiant į įtampos dydį. Kiekvieno LCD sub-elemento rodoma spalva priklauso nuo spalvų atrankos programos. Kadangi pats skystas kristalas neturi spalvų, spalvų filtrai naudojami įvairioms spalvoms gaminti, o ne subjektams. Sub-elementas gali sureguliuoti tik pilkos spalvos schemą, kontroliuodamas pro šalį einančią šviesos intensyvumą. Tik keli aktyviosios matricos ekranai naudoja analoginio signalo valdymą, o dauguma naudoja skaitmeninio signalo valdymo technologiją. Daugelyje skaitmeniniu būdu valdomų LCD naudoja aštuonių bitų valdikliai, kurie gali sukelti 256 pilkos spalvos lygį. Kiekvienas subjektas gali parodyti 256 lygius, todėl galite gauti 2563 spalvas, o kiekvienas elementas gali parodyti 16 777,216 spalvų. Kadangi žmogaus akis nejaučia ryškumo tiesiškai, o žmogaus akis yra jautresnė žemo ryškumo pokyčiams, šis 24- bitų chromatiškumas negali visiškai atitikti idealių reikalavimų. Inžinieriai naudoja impulsų įtampos reguliavimą, kad spalvų pokyčiai atrodytų vienodesni.
Spalvoje LCD kiekvienas pikselis yra padalintas į tris vienetus arba antrinius taškus, o papildomi filtrai yra atitinkamai pažymėti raudona, žalia ir mėlyna spalva. Trys antriniai taškai gali būti valdomi savarankiškai, todėl atitinkamas pikselis yra tūkstančiai ar net milijonai spalvų. Senieji CRT naudoja tą patį metodą spalvoms rodyti. Atsižvelgiant į poreikį, spalvų komponentai išdėstomi pagal skirtingas pikselių geometrijas.
Aktyvūs ir pasyvūs masyvai
Skystųjų kristalų ekranas, dažniausiai randamas elektroniniuose laikrodžiuose ir kišeniniuose kompiuteriuose, kuriuos sudaro nedaug segmentų, kurių kiekvienas turi vieną elektrodo kontaktą. Išorinė specialioji grandinė suteikia mokestį kiekvienam valdymo blokui, kuris gali būti sudėtingas su daugiau ekrano vienetų (pvz., Skystieji kristalų ekranai). Pasyvūs masyvo skystųjų kristalų ekranai mažiems vienspalviams ekranams, tokiems kaip PDA ar senesniuose nešiojamųjų kompiuterių ekranuose, naudokite „Super Swisted Nematic“ (STN) arba dvigubo sluoksnio super susuktą Nemac (DSTN) technologiją (DSTN ištaiso STN spalvų nuokrypio problemą).
Kiekvienoje ekrane esančioje eilutėje ar stulpelyje yra nepriklausoma grandinė, o kiekvieno pikselio padėtis taip pat nurodoma eilute ir stulpeliu. Šis ekrano tipas vadinamas „pasyviu masyvu“, nes prieš atnaujindamas kiekvienas pikselis taip pat turi atsiminti savo būseną. Šiuo metu kiekvienas pikselis neturi stabilaus mokesčio tiekimo. Didėjant taškų skaičiui, taip pat padidės santykinis eilučių ir stulpelių skaičius, o šį ekrano metodą tampa sunkiau naudoti. LCD, pagaminti iš pasyvių matricų, pasižymi labai lėtu atsako laiku ir žemu kontrastu.
Dabartiniai aukštos skiriamosios gebos spalvų ekranai, tokie kaip kompiuterio monitoriai ar televizoriai, yra aktyvūs masyvai. Plonos plėvelės tranzistoriaus skysčių kristalų ekranai pridedami prie poliarizatorių ir spalvų filtrų. Kiekvienas pikselis turi savo tranzistorių, leidžiantį valdyti vieną pikselį. Kai įjungta stulpelio linija, visos eilutės linijos yra prijungtos prie visos taškų eilutės, o kiekviena eilutės linija yra nukreipta su tinkama įtampa, stulpelio linija išjungta, o kita eilutė įjungiama. Atliekant visą paveikslėlio atnaujinimo operaciją, visos stulpelio eilutės įjungiamos laiko seka. Tokio paties dydžio aktyviosios masyvo ekranai pasirodys ryškesni ir ryškesni nei pasyvių masyvų ekranai ir turės trumpą atsakymo laiką.
Kokybės kontrolė
Kai kuriose skystųjų kristalų skydelyje yra trūkumų tranzistorių, kurie sukelia nuolatines ryškias ir tamsias vietas. Skirtingai nuo ICS, LCD plokštės vis tiek gali rodyti paprastai, net jei yra blogų taškų. Tai taip pat gali išvengti LCD plokščių, kurios yra daug didesnės nei IC plotas, dėl kelių blogų taškų. Skydų gamintojai turi skirtingus blogų taškų nustatymo standartus.
LCD plokštės yra labiau linkusios į defektus nei IC plokštės dėl didesnio dydžio. Pvz., A {{0}} colio SVGA LCD turi 8 blogus taškus, o {6- colio vaflis turi tik 3 defektus. Tačiau 3 defektai ant plokštelės, kurią galima suskirstyti į 137 IC, nėra labai blogi, tačiau LCD skydelio išmetimas reiškia 0% išėjimą. Dėl nuožmios gamintojų konkurencijos buvo iškelti kokybės kontrolės standartai. Jei skystųjų kristalų ekranas turi keturis ar daugiau blogų taškų, jį lengviau aptikti, todėl klientas gali paprašyti pakeisti. Blogo pikselio vieta LCD skydelyje taip pat nėra nereikšminga. Gamintojai dažnai sumažina standartus, nes pažeisti taškai yra ekrano centre. Kai kurie gamintojai teikia nulinę blogo pikselių garantiją.
Energijos suvartojimas
Aktyviosios matricos LCD naudoja mažiau galios nei CRT. Tiesą sakant, jie tapo standartiniu nešiojamųjų įrenginių, pradedant PDA ir nešiojamaisiais kompiuteriais, ekraną. Tačiau skystųjų kristalų technologija vis dar yra per daug neveiksminga: net jei ekraną paversite baltu, mažiau nei 10% šviesos, skleidžiamos iš fono šviesos šaltinio, praeina per ekraną; Likusi dalis sugeria. Taigi naujose plazmos ekranuose dabar naudojama mažesnė galia nei tos pačios srities skystųjų kristalų ekrano LCD.
PDA, pavyzdžiui, „Palm“ ir „Compaqipaq“, dažnai naudoja atspindinčius ekranus. Tai reiškia, kad aplinkos šviesa patenka į ekraną, praeina per poliarizuotą skysčio kristalų sluoksnį, atsitrenkia į atspindintį sluoksnį, o paskui atspindi, kad būtų rodomas vaizdas. Manoma, kad šiame procese absorbuojama 84% šviesos, todėl naudojama tik šeštadalis šviesos, kuri, nors vis dar yra tobulinimo, pakanka, kad būtų užtikrintas kontrastas, reikalingas matomam vaizdo įrašui. Vienpusė atspindys ir atspindintys ekranai leidžia naudoti LCD ekranus su minimaliomis energijos sąnaudomis skirtingomis apšvietimo sąlygomis.
Nulio galios ekranas
2000 m. Buvo sukurtas nulinės galios ekranas, kuris nenaudoja elektros energijos budėjimo režimu, tačiau ši technologija šiuo metu nėra prieinama masinei gamybai. Prancūzijos kompanija „Nemoptic“ sukūrė dar vieną nulinės galios plonojo filmo skystųjų kristalų technologiją, kuri 2003 m. Liepos mėn. Buvo masiškai gaminama Taivane. Ši technologija skirta mažos galios mobiliesiems įrenginiams, tokiems kaip el. Knygos ir nešiojamieji kompiuteriai. Nulio galios skystųjų kristalų ekranas taip pat konkuruoja su elektroniniu popieriumi.