LCD -konstruksjon
Hver piksel av en LCD består av følgende deler: et lag med flytende krystallmolekyler suspendert mellom to transparente elektroder (indium tinnoksid), og to polariserende filtre med polarisasjonsretninger vinkelrett på hverandre på utsiden. Hvis det ikke er noen flytende krystall mellom elektrodene, vil polarisasjonsretningen til lys som passerer gjennom en av de polariserende filtrene være fullstendig vinkelrett på det andre polariserende filteret, så det er fullstendig blokkert. Imidlertid, hvis polarisasjonsretningen for lys som passerer gjennom det ene polariserende filteret roteres av den flytende krystallen, kan det passere gjennom det andre polariserende filteret. Rotasjonen av polarisasjonsretningen av lys med flytende krystall kan kontrolleres av et elektrostatisk felt, og dermed oppnå kontroll av lys.
Flytende krystallmolekyler er veldig utsatt for påvirkning av ytre elektriske felt og genererer induserte ladninger. Når en liten mengde ladning tilsettes den gjennomsiktige elektroden til hver piksel eller underpiksel for å generere et elektrostatisk felt, vil molekylene til væskekrystallen bli indusert av dette elektrostatiske feltet for å indusere induserte ladninger og generere elektrostatisk dreiemoment, som endrer det Original rotasjonsarrangement av flytende krystallmolekyler, og endrer dermed rotasjonsamplitude av lyset som går gjennom. Endre en viss vinkel slik at den kan passere gjennom polarisasjonsfilteret.
Før ladningen tilsettes den transparente elektrode, bestemmes anordningen av flytende krystallmolekyler ved anlegget av elektrodeoverflaten, og den kjemiske overflaten til elektroden kan brukes som et krystallfrø. I den vanligste TN -flytende krystall er de øvre og nedre elektroder av væskekrystallen anordnet vertikalt. De flytende krystallmolekylene er anordnet i en spiral, og polarisasjonsretningen til lyset som passerer gjennom et polarisasjonsfilter roterer etter passering gjennom væskebrikken, slik at det kan passere gjennom en annen polarisator. I denne prosessen blokkeres en liten del av lyset av polarisatoren og ser grå ut fra utsiden. Etter at ladningen er tilsatt til den gjennomsiktige elektroden, vil væskekrystallmolekylene være anordnet nesten fullstendig parallelt langs retning av det elektriske feltet, så polarisasjonsretningen til lyset som passerer gjennom et polarisasjonsfilter roterer ikke, så lyset er fullstendig blokkert. På dette tidspunktet ser pikselen svart ut. Ved å kontrollere spenningen, kan graden av forvrengning av arrangementet av flytende krystallmolekyler kontrolleres for å oppnå forskjellige gråtoner.
Noen LCD -er blir svart når de blir utsatt for vekselstrøm, som ødelegger spiraleffekten av den flytende krystallen. Når strømmen er slått av, blir LCD -en lysere eller gjennomsiktig. Denne typen LCD -er finnes ofte på bærbare datamaskiner og billige LCD -er. En annen type LCD som ofte brukes på HD-LCD-er eller store LCD-TVer, er at når strømmen er slått av, er LCD-skjermen ugjennomsiktig.
For å spare strøm bruker LCD -er en multiplexing -metode. I multiplexing -modus er elektrodene i den ene enden koblet i grupper, hver gruppe elektroder er koblet til en strømforsyning, og elektrodene i den andre enden er også koblet i grupper, hver gruppe er koblet til den andre enden av strømmen levere. Grupperingsdesignet sikrer at hver piksel styres av en uavhengig strømforsyning. Den elektroniske enheten eller programvaren som driver den elektroniske enheten kontrollerer visningen av pikselen ved å kontrollere ON/OFF -sekvensen til strømforsyningen.
Indikatorene for testing av LCD -er inkluderer følgende viktige aspekter: visningsstørrelse, responstid (synkroniseringshastighet), array -type (aktiv og passiv), visningsvinkel, støttede farger, lysstyrke og kontrast, oppløsning og skjermhjelpforhold og inngangsgrensesnitt (slik som visuelt grensesnitt og videodisplay -matrise).
Kort historie
I 1888 oppdaget den østerrikske kjemikeren Friedrich Reinizer flytende krystaller og deres spesielle fysiske egenskaper.
Den første operasjonelle LCD -en var basert på Dynamic Spreattering Mode (DSM), utviklet av et team ledet av George Hellmann på RCA. Hellmann grunnla Optech, som utviklet en rekke LCD -er basert på denne teknologien.
I desember 1970 ble den vridde nematiske felteffekten av flytende krystaller patentert i Sveits av Sint og Helfrich ved Central Laboratories Hoffmann-le Roque. Imidlertid, året før, i 1969, hadde James Ferguson oppdaget den vridde nematiske felteffekten av flytende krystaller ved Kent State University i Ohio, USA, og registrerte det samme patentet i USA i februar 1971. I 1971, selskapet hans (Ilixco ) produserte den første LCD -skjermen basert på denne egenskapen, som snart erstattet den underordnede DSM -typen LCD. Det var først i 1985 at denne oppdagelsen ble kommersielt levedyktig. I 1973 brukte Japans Sharp Corporation først for å lage digitale skjermer for elektroniske kalkulatorer. På 2010 -tallet har LCD -er blitt de viktigste visningsenhetene for alle datamaskiner.
Visningsprinsipp
Uten spenning vil lys bevege seg langs gapet mellom flytende krystallmolekyler og svinge 90 grader, slik at lys kan passere gjennom. Men etter at spenningen er tilsatt, beveger lyset seg rett langs gapet mellom flytende krystallmolekyler, så lys blokkeres av filteret.
Flytende krystall er et materiale med strømningsegenskaper, så bare en veldig liten ytre kraft er nødvendig for å få flytende krystallmolekyler til å bevege seg. Å ta den vanligste nematiske flytende krystallen som eksempel, kan flytende krystallmolekyler lett vri ved virkningen av det elektriske feltet. Siden den optiske aksen til flytende krystall er ganske konsistent med dens molekylære akse, kan den gi optiske effekter. Når det elektriske feltet som påføres flytende krystall fjernes og forsvinner, vil den flytende krystallen bruke sin egen elastisitet og viskositet, og de flytende krystallmolekylene vil raskt vende tilbake til den opprinnelige tilstanden før det elektriske feltet påføres.
Transmissive og reflekterende skjermer
LCD -er kan være enten transmissive eller reflekterende, avhengig av hvor lyskilden er plassert.
Transmissive LCD -er blir opplyst av en lyskilde bak skjermen, og sett fra den andre siden (foran) på skjermen. Denne typen LCD brukes i applikasjoner som krever høy lysstyrke, for eksempel dataskjermer, PDA -er og mobiltelefoner. Belysningen som brukes til å belyse LCD -en bruker ofte mer kraft enn selve LCD -en.
Refleksive LCD -er, ofte funnet i elektroniske klokker og kalkulatorer, lyser (noen ganger) skjermen ved å reflektere eksternt lys tilbake fra en diffus reflekterende overflate bak LCD -skjermen. Denne typen LCD har et høyere kontrastforhold fordi lyset passerer gjennom den flytende krystallen to ganger, så det kuttes to ganger. Ikke å bruke en lysenhet reduserer strømforbruket betydelig, slik at batteridrevne enheter varer lenger. Fordi små reflekterende LCD -er bruker så lite kraft at en fotocell er nok til å drive dem, brukes de ofte i lommekalkulatorer.
Transfleksive LCD -er kan brukes som enten transmissive eller reflekterende. Når det er rikelig med eksternt lys, fungerer LCD som en reflekterende type, og når det er mindre eksternt lys, kan den fungere som en transmissiv type.
Fargeskjerm
LCD -teknologi endrer også lysstyrke basert på størrelsen på spenningen. Fargen som vises av hvert LCD-underelement avhenger av fargescreeningsprogrammet. Siden selve flytende krystallen ikke har noen farge, brukes fargefiltre til å produsere forskjellige farger i stedet for underelementer. Underelement kan bare justere gråtonene ved å kontrollere intensiteten av lys som går gjennom. Bare noen få aktive matrise -skjermer bruker analog signalkontroll, og de fleste bruker digital signalkontrollteknologi. De fleste digitalt kontrollerte LCD-er bruker åtte-biters kontrollere, som kan produsere 256 nivåer av gråtoner. Hvert underelement kan vise 256 nivåer, slik at du kan få 2563 farger, og hvert element kan vise 16 777 216 farger. Fordi det menneskelige øyet ikke føles lysstyrken lineært, og det menneskelige øyet er mer følsomt for endringer med lav lysstyrke, kan ikke denne 24- -kromatisiteten oppfylle de ideelle kravene. Ingeniører bruker pulsspenningsregulering for å få fargeendringene til å se mer jevn ut.
I en farge-LCD er hver piksel delt inn i tre enheter, eller underpiksler, og tilleggsfilter er henholdsvis merket røde, grønne og blå. De tre underpiksler kan kontrolleres uavhengig, noe som resulterer i tusenvis eller til og med millioner av farger for den tilsvarende piksel. Gamle CRT -er bruker samme metode for å vise farger. Avhengig av behovet er fargekomponentene ordnet i henhold til forskjellige pikselgeometrier.
Aktive og passive matriser
En flytende krystallskjerm som ofte finnes i elektroniske klokker og lomme -datamaskiner som består av et lite antall segmenter, hver med en enkelt elektrodekontakt. En ekstern dedikert krets gir lading til hver kontrollenhet, som kan være tungvint med flere visningsenheter (for eksempel flytende krystallskjermer). Passive matrise flytende krystallskjermer for små monokrome skjermer, for eksempel de på PDA-er eller eldre bærbare skjermbilder, bruk supertvistede nematiske (STN) eller dobbeltlags Super Twisted Nematic (DSTN) Technology (DSTN korrigerer fargeavviksproblemet til STN).
Hver rad eller kolonne på displayet har en uavhengig krets, og plasseringen av hver piksel er også spesifisert av en rad og kolonne. Denne typen display kalles "passiv matrise" fordi hver piksel også må huske sin egen stat før oppdatering. På dette tidspunktet har hver piksel ingen stabil kostnadsforsyning. Når antallet piksler øker, vil det relative antall rader og kolonner også øke, og denne visningsmetoden blir vanskeligere å bruke. LCD -er laget med passive matriser er preget av veldig langsom responstid og lav kontrast.
Gjeldende fargeskjermer med høy oppløsning, for eksempel dataskjermer eller TV-apparater, er aktive matriser. Tynnfilmtransistor flytende krystallskjermer tilsettes polarisatorer og fargefiltre. Hver piksel har sin egen transistor, og tillater enkeltpikselkontroll. Når en kolonnelinje er slått på, er alle radlinjer koblet til en hel rad med piksler, og hver radlinje drives med riktig spenning, kolonnelinjen er slått av og den andre raden er slått på. I en komplett oppdateringsoperasjon er alle kolonnelinjer slått på i en tidssekvens. Aktive array -skjermer av samme størrelse vil virke lysere og skarpere enn passive array -skjermer, og har kort responstid.
Kvalitetskontroll
Noen LCD -paneler inneholder mangelfulle transistorer som forårsaker permanente lyse og mørke flekker. I motsetning til ICS, kan LCD -paneler fremdeles vise normalt selv om det er dårlige piksler. Dette kan også unngå å kaste LCD -paneler som er mye større enn IC -området på grunn av noen få dårlige piksler. Panelprodusenter har forskjellige standarder for å bestemme dårlige piksler.
Det er mer sannsynlig at LCD -paneler har feil enn IC -brett på grunn av deres større størrelse. For eksempel har en {{0}} tommers SVGA LCD 8 dårlige piksler, mens en 6- tomme wafer bare har 3 defekter. Imidlertid er 3 defekter på en skive som kan deles inn i 137 IC -er ikke veldig dårlig, men å kaste LCD -panelet betyr 0% utgang. På grunn av hard konkurranse blant produsenter, er kvalitetskontrollstandarder hevet. Hvis en LCD har fire eller flere dårlige piksler, er det lettere å oppdage, slik at kunden kan be om erstatning. Plasseringen av den dårlige pikselen i LCD -panelet er heller ikke ubetydelig. Produsenter senker ofte standarder fordi de skadede pikslene er i midten av skjermen. Noen produsenter gir en null dårlig pikselgaranti.
Strømforbruk
Aktive matrise LCD -er bruker mindre strøm enn CRT -er. Faktisk har de blitt standardvisningen for bærbare enheter, fra PDA til bærbare datamaskiner. Men LCD -teknologi er fremdeles for ineffektiv: selv om du vender skjermen hvitt, passerer mindre enn 10% av lyset som sendes ut fra bakgrunnslyskilden gjennom skjermen; Resten er absorbert. Så nye plasmaskjermer bruker nå mindre kraft enn LCD -er i det samme området.
PDA -er, som Palm og Compaqipaq, bruker ofte reflekterende skjermer. Dette betyr at omgivelseslys kommer inn i skjermen, passerer gjennom det polariserte flytende krystalllaget, treffer det reflekterende laget og reflekterer deretter ut for å vise bildet. Det anslås at 84% av lyset blir absorbert i denne prosessen, så bare en sjettedel av lyset brukes, som, selv om det fremdeles er rom for forbedring, er nok til å gi kontrasten som kreves for synlig video. Enveis refleksjon og reflekterende skjermer gjør det mulig å bruke LCD-skjermer med minimalt energiforbruk under forskjellige lysforhold.
Nullkraftskjerm
I 2000 ble det utviklet en nullkraftvisning som ikke bruker strøm når den er i standby-modus, men denne teknologien er foreløpig ikke tilgjengelig for masseproduksjon. Nemoptic, et fransk selskap, utviklet en annen tynnfilm-LCD-teknologi, som ble masseprodusert i Taiwan i juli 2003. Denne teknologien er rettet mot mobile enheter med lav effekt som e-bøker og bærbare datamaskiner. Nullkraft-LCD-er konkurrerer også med elektronisk papir.
