Construcție LCD
Fiecare pixel dintr -un LCD este format din următoarele părți: un strat de molecule de cristal lichid suspendat între doi electrozi transparenti (oxid de staniu de indiu) și două filtre polarizante cu direcții de polarizare perpendiculare între ele la exterior. Dacă nu există un cristal lichid între electrozi, direcția de polarizare a luminii care trece prin unul dintre filtrele polarizante va fi complet perpendiculară pe al doilea filtru polarizant, deci este complet blocat. Cu toate acestea, dacă direcția de polarizare a luminii care trece printr -un filtru polarizant este rotită de cristalul lichid, poate trece prin celălalt filtru polarizant. Rotația direcției de polarizare a luminii prin cristal lichid poate fi controlată de un câmp electrostatic, obținând astfel controlul luminii.
Moleculele de cristal lichid sunt foarte sensibile la influența câmpurilor electrice externe și generează sarcini induse. Când se adaugă o cantitate mică de încărcare la electrodul transparent al fiecărui pixel sau sub-pixel pentru a genera un câmp electrostatic, moleculele cristalului lichid vor fi induse de acest câmp electrostatic pentru a induce sarcini induse și a genera cuplu electrostatic, ceea ce modifică un cuplu electrostatic, ceea ce modifică modelul Aranjamentul de rotație original al moleculelor de cristal lichid, schimbând astfel amplitudinea de rotație a luminii care trece. Schimbați un anumit unghi, astfel încât să poată trece prin filtrul de polarizare.
Înainte de adăugarea încărcării la electrodul transparent, aranjarea moleculelor de cristal lichid este determinată de aranjarea suprafeței electrodului, iar suprafața chimică a electrodului poate fi utilizată ca semințe de cristal. În cel mai frecvent cristal lichid TN, electrozii superiori și inferiori ai cristalului lichid sunt aranjați vertical. Moleculele de cristal lichid sunt aranjate într -o spirală, iar direcția de polarizare a luminii care trece printr -un filtru de polarizare se rotește după trecerea prin cipul lichid, astfel încât să poată trece printr -un alt polarizator. În acest proces, o mică parte a luminii este blocată de polarizator și arată gri din exterior. După ce încărcarea este adăugată la electrodul transparent, moleculele de cristal lichid vor fi aranjate aproape complet în paralel pe direcția câmpului electric, astfel încât direcția de polarizare a luminii care trece printr -un filtru de polarizare nu se rotește, astfel încât lumina este complet blocat. În acest moment, pixelul pare negru. Prin controlul tensiunii, gradul de denaturare a aranjamentului moleculelor de cristal lichid poate fi controlat pentru a obține diferite niveluri de gri.
Unele LCD -uri devin negre atunci când sunt expuse la curent alternativ, care distruge efectul în spirală al cristalului lichid. Când curentul este oprit, LCD -ul devine mai luminos sau transparent. Acest tip de LCD se găsește în mod obișnuit pe laptopuri și LCD -uri ieftine. Un alt tip de LCD utilizat în mod obișnuit pe LCD-uri de înaltă definiție sau pe televizoare LCD mari este că atunci când puterea este oprită, LCD-ul este opace.
Pentru a salva puterea, LCD -urile folosesc o metodă de multiplexare. În modul de multiplexare, electrozii de la un capăt sunt conectați în grupuri, fiecare grup de electrozi este conectat la o sursă de alimentare, iar electrozii de la celălalt capăt sunt de asemenea conectați în grupuri, fiecare grup este conectat la celălalt capăt al puterii livra. Proiectarea de grupare asigură că fiecare pixel este controlat de o sursă de alimentare independentă. Dispozitivul electronic sau software -ul care conduce dispozitivul electronic controlează afișarea pixelului prin controlul secvenței de pornire/oprire a sursei de alimentare.
Indicatorii pentru testarea LCD -urilor includ următoarele aspecte importante: dimensiunea afișajului, timpul de răspuns (rata de sincronizare), tipul tabloului (activ și pasiv), unghiul de vizualizare, culorile suportate, luminozitatea și contrastul, raportul de aspect de rezoluție și ecran și interfața de intrare (astfel ca interfață vizuală și tablou de afișare video).
Istorie scurtă
În 1888, chimistul austriac Friedrich Reinizer a descoperit cristale lichide și proprietățile lor fizice speciale.
Primul LCD operațional s -a bazat pe modul de împrăștiere dinamică (DSM), dezvoltat de o echipă condusă de George Hellmann la RCA. Hellmann a fondat Optech, care a dezvoltat o serie de LCD -uri bazate pe această tehnologie.
În decembrie 1970, efectul de câmp nematic răsucit al cristalelor lichide a fost brevetat în Elveția de Sint și Helfrich la Central Laboratories Hoffmann-le Roque. Cu toate acestea, cu un an înainte, în 1969, James Ferguson a descoperit efectul nematic răsucit al cristalelor lichide la Kent State University din Ohio, SUA și a înregistrat același brevet în Statele Unite în februarie 1971. În 1971, compania sa (Ilixco ) a produs primul LCD pe baza acestei proprietăți, care a înlocuit curând LCD -ul inferior DSM. Abia în 1985, această descoperire a devenit viabilă din punct de vedere comercial. În 1973, Sharp Corporation din Japonia a folosit -o pentru prima dată pentru a face afișaje digitale pentru calculatoare electronice. În anii 2010, LCD -urile au devenit principalele dispozitive de afișare pentru toate computerele.
Principiul afișajului
Fără tensiune, lumina se va deplasa de -a lungul golului dintre moleculele de cristal lichid și va transforma 90 de grade, astfel încât lumina poate trece. Dar după adăugarea tensiunii, lumina se mișcă drept de -a lungul golului dintre moleculele de cristal lichid, astfel încât lumina este blocată de filtru.
Cristalul lichid este un material cu caracteristici de curgere, astfel încât este necesară doar o forță externă foarte mică pentru a face moleculele de cristal lichid să se miște. Luând ca exemplu cel mai frecvent cristal lichid nematic, moleculele de cristal lichid se pot transforma cu ușurință prin acțiunea câmpului electric. Deoarece axa optică a cristalului lichid este destul de în concordanță cu axa sa moleculară, poate produce efecte optice. Când câmpul electric aplicat pe cristalul lichid este îndepărtat și dispare, cristalul lichid își va folosi propria elasticitate și vâscozitate, iar moleculele de cristal lichid vor reveni rapid la starea inițială înainte de aplicarea câmpului electric.
Afișaje transmisive și reflectorizante
LCD -urile pot fi transmisive sau reflectoare, în funcție de locul în care este plasată sursa de lumină.
LCD -urile transmisive sunt iluminate de o sursă de lumină în spatele ecranului și vizualizate din cealaltă parte (în față) a ecranului. Acest tip de LCD este utilizat în aplicații care necesită o luminozitate ridicată, cum ar fi monitoare de computer, PDA și telefoane mobile. Iluminatul folosit pentru a ilumina LCD -ul consumă adesea mai multă putere decât LCD în sine.
LCD -uri reflectorizante, frecvent întâlnite în ceasurile și calculatoarele electronice, (uneori) luminează ecranul reflectând lumina externă înapoi de pe o suprafață reflectorizantă difuză din spatele LCD. Acest tip de LCD are un raport de contrast mai mare, deoarece lumina trece prin cristalul lichid de două ori, deci este tăiat de două ori. Nu utilizați un dispozitiv de iluminat reduce semnificativ consumul de energie, astfel încât dispozitivele cu baterii durează mai mult. Deoarece LCD -urile mici reflectorizante consumă atât de puțină putere încât un fotocell este suficient pentru a le alimenta, ele sunt adesea folosite în calculatoarele de buzunar.
LCD -urile transflective pot fi utilizate ca transmisive sau reflectorizante. Când există o mulțime de lumină externă, LCD funcționează ca un tip reflectorizant, iar atunci când există o lumină mai puțin externă, acesta poate funcționa ca un tip transmisiv.
Afișare color
Tehnologia LCD schimbă, de asemenea, luminozitatea pe baza dimensiunii tensiunii. Culoarea afișată de fiecare sub-element LCD depinde de programul de screening de culoare. Deoarece cristalul lichid în sine nu are culoare, filtrele de culoare sunt utilizate pentru a produce diverse culori în loc de sub-elemente. Subelementul poate regla doar scara de gri, controlând intensitatea luminii care trece. Doar câteva afișaje de matrice activă folosesc controlul semnalului analogic, iar majoritatea utilizează tehnologia digitală de control al semnalului. Majoritatea LCD-urilor controlate digital folosesc controlere pe opt biți, care pot produce 256 niveluri de scară de gri. Fiecare sub-element poate arăta 256 niveluri, astfel încât să puteți obține 2563 de culori și fiecare element poate arăta 16.777.216 culori. Deoarece ochiul uman nu simte luminozitatea liniar, iar ochiul uman este mai sensibil la schimbările de luminozitate scăzută, această cromatică de biți 24- nu poate îndeplini pe deplin cerințele ideale. Inginerii folosesc reglarea tensiunii pulsului pentru a face ca schimbările de culoare să arate mai uniform.
Într-un LCD de culoare, fiecare pixel este împărțit în trei unități, sau sub-pixeli, iar filtrele suplimentare sunt marcate roșu, verde și, respectiv, albastru. Cei trei sub-pixeli pot fi controlați independent, rezultând mii sau chiar milioane de culori pentru pixelul corespunzător. CRT -urile vechi folosesc aceeași metodă pentru a afișa culori. În funcție de necesitate, componentele de culoare sunt aranjate în funcție de diferite geometrii de pixeli.
Tablouri active și pasive
Un afișaj de cristal lichid se găsește în mod obișnuit în ceasuri electronice și computere de buzunar care constă dintr -un număr mic de segmente, fiecare cu un singur contact cu electrod. Un circuit dedicat extern oferă încărcare fiecărei unități de control, care poate fi greoi cu mai multe unități de afișare (cum ar fi afișaje de cristal lichid). Afișări de cristal lichid pasive pentru afișaje monocrome mici, cum ar fi cele de pe PDAS sau ecrane de laptop mai vechi, utilizează tehnologie nematică super răsucită (STN) sau dublu strat super răsucit (DSTN) (DSTN) (DSTN corectează problema abaterii culorii STN).
Fiecare rând sau coloană de pe afișaj are un circuit independent, iar poziția fiecărui pixel este, de asemenea, specificată de un rând și coloană. Acest tip de afișaj se numește „tablou pasiv”, deoarece fiecare pixel trebuie să -și amintească de propria stare înainte de actualizare. În acest moment, fiecare pixel nu are o sursă de încărcare stabilă. Pe măsură ce numărul de pixeli crește, numărul relativ de rânduri și coloane va crește, iar această metodă de afișare devine mai dificil de utilizat. LCD -urile realizate cu tablouri pasive sunt caracterizate de timpi de răspuns foarte lent și de un contrast scăzut.
Afișajele curente de înaltă rezoluție, cum ar fi monitoarele de calculator sau televizoarele, sunt tablouri active. Se adaugă afișaje de cristal lichid cu tratacina cu film subțire la polarizatoare și filtre de culoare. Fiecare pixel are propriul tranzistor, permițând un control unic pixel. Când o linie de coloană este pornită, toate liniile de rând sunt conectate la un rând întreg de pixeli și fiecare linie de rând este condusă cu tensiunea corectă, linia coloanei este oprită și celălalt rând este pornit. Într -o operație completă de actualizare a imaginii, toate liniile de coloană sunt activate într -o secvență de timp. Afișele de matrice active de aceeași dimensiune vor apărea mai luminoase și mai clare decât afișajele de matrice pasive și vor avea un timp scurt de răspuns.
Controlul calității
Unele panouri LCD conțin tranzistoare defecte care provoacă pete permanente luminoase și întunecate. Spre deosebire de ICS, panourile LCD pot fi încă afișate în mod normal, chiar dacă există pixeli răi. Acest lucru poate evita, de asemenea, eliminarea panourilor LCD care sunt mult mai mari decât zona IC din cauza câtorva pixeli răi. Producătorii de panouri au standarde diferite pentru determinarea pixelilor răi.
Panourile LCD sunt mai susceptibile să aibă defecte decât plăcile IC din cauza dimensiunilor lor mai mari. De exemplu, A {{0}} inch SVGA LCD are 8 pixeli proaste, în timp ce un wafer 6- inch are doar 3 defecte. Cu toate acestea, 3 defecte pe o placă care poate fi partiționată în 137 de ICS nu sunt foarte rele, dar eliminarea panoului LCD înseamnă 0% producție. Datorită concurenței acerbe între producători, au fost ridicate standardele de control al calității. Dacă un LCD are patru sau mai mulți pixeli proaste, este mai ușor de detectat, astfel încât clientul poate solicita o înlocuire. Locația pixelului rău în panoul LCD nu este, de asemenea, neglijabilă. Producătorii adesea scad standarde, deoarece pixelii deteriorați sunt în centrul afișajului. Unii producători oferă o garanție de pixeli zero.
Consumul de energie
LCD -urile matrice active folosesc mai puțină putere decât CRT -urile. De fapt, acestea au devenit afișajul standard pentru dispozitivele portabile, de la PDAS la laptopuri. Dar tehnologia LCD este încă prea ineficientă: chiar dacă rotiți ecranul alb, mai puțin de 10% din lumina emisă din sursa de lumină de fundal trece prin ecran; Restul este absorbit. Așadar, noile afișaje cu plasmă folosesc acum mai puțină putere decât LCD -urile din aceeași zonă.
PDA -urile, cum ar fi Palm și CompaqIPAQ, folosesc adesea afișaje reflectorizante. Aceasta înseamnă că lumina ambientală intră în afișaj, trece prin stratul de cristal lichid polarizat, lovește stratul reflectorizant, apoi se reflectă înapoi pentru a afișa imaginea. Se estimează că 84% din lumină este absorbită în acest proces, astfel încât se folosește doar o șesime a luminii, care, deși există încă loc pentru îmbunătățiri, este suficient pentru a oferi contrastul necesar pentru videoclipuri vizibile. Reflecția unidirecțională și afișajele reflectorizante fac posibilă utilizarea afișajelor LCD cu un consum minim de energie în condiții de iluminare diferite.
Afișare cu putere zero
În 2000, a fost dezvoltat un afișaj cu putere zero care nu folosește electricitate atunci când este în modul de așteptare, dar această tehnologie nu este disponibilă în prezent pentru producția în masă. Nemoptic, o companie franceză, a dezvoltat o altă tehnologie LCD cu film subțire zero, care a fost produsă în masă în Taiwan în iulie 2003. Această tehnologie este orientată către dispozitive mobile cu putere redusă, cum ar fi cărți electronice și computere portabile. LCD-urile cu putere zero concurează și cu hârtia electronică.