LCD -konstruktion
Hver pixel af en LCD består af følgende dele: et lag af flydende krystalmolekyler suspenderet mellem to gennemsigtige elektroder (indium tinoxid) og to polariserende filtre med polarisationsretninger vinkelret på hinanden på ydersiden. Hvis der ikke er nogen flydende krystal mellem elektroderne, vil polarisationsretningen for lys, der passerer gennem en af de polariserende filtre, være fuldstændig vinkelret på det andet polariserende filter, så det er fuldstændigt blokeret. Men hvis polarisationsretningen for lys, der passerer gennem et polariserende filter, roteres af den flydende krystal, kan den passere gennem det andet polariserende filter. Rotationen af polarisationsretningen af lys ved flydende krystal kan kontrolleres af et elektrostatisk felt og derved opnå kontrol over lys.
Flydende krystalmolekyler er meget modtagelige for påvirkningen af eksterne elektriske felter og genererer inducerede ladninger. Når der tilsættes en lille opladningsmængde til den gennemsigtige elektrode for hver pixel eller sub-pixel for at generere et elektrostatisk felt, vil molekylerne i den flydende krystal blive induceret af dette elektrostatiske felt for at inducere inducerede ladninger og generere elektrostatisk drejningsmoment, der ændrer den Original rotationsarrangement af de flydende krystalmolekyler og ændrer derved rotationsamplituden af lyset, der passerer. Skift en bestemt vinkel, så den kan passere gennem polarisationsfilteret.
Før ladningen tilsættes til den gennemsigtige elektrode, bestemmes arrangementet af væskekrystallmolekylerne af arrangementet af elektrodeoverfladen, og den kemiske overflade af elektroden kan bruges som et krystalfrø. I den mest almindelige TN -flydende krystal er de øvre og nedre elektroder af den flydende krystal arrangeret lodret. De flydende krystalmolekyler er arrangeret i en spiral, og polarisationsretningen af lyset, der passerer gennem et polarisationsfilter, roterer efter at have passeret gennem den flydende chip, så den kan passere gennem en anden polarisator. I denne proces blokeres en lille del af lyset af polarisatoren og ser grå ud udefra. Når ladningen er tilsat til den gennemsigtige elektrode, vil de flydende krystalmolekyler blive arrangeret næsten fuldstændigt parallelt i retning af det elektriske felt, så polarisationsretningen af lyset, der passerer gennem et polarisationsfilter, roterer ikke, så lyset er helt blokeret. På dette tidspunkt ser pixelen sort ud. Ved at kontrollere spændingen kan graden af forvrængning af arrangementet af flydende krystalmolekyler kontrolleres for at opnå forskellige gråtskalaer.
Nogle LCD'er bliver sorte, når de udsættes for vekslende strøm, hvilket ødelægger spiraleffekten af den flydende krystal. Når strømmen er slukket, bliver LCD'en lysere eller gennemsigtig. Denne type LCD findes ofte på bærbare computere og billige LCD'er. En anden type LCD, der ofte bruges på high-definition LCD'er eller store LCD-tv'er, er, at når strømmen er slukket, er LCD'en uigennemsigtig.
For at spare strøm bruger LCDS en multiplexing -metode. I multiplexingtilstand er elektroderne i den ene ende forbundet i grupper, hver gruppe af elektroder er forbundet til en strømforsyning, og elektroderne i den anden ende er også forbundet i grupper, hver gruppe er forbundet til den anden ende af strømmen levere. Grupperingsdesignet sikrer, at hver pixel styres af en uafhængig strømforsyning. Den elektroniske enhed eller softwaren, der driver den elektroniske enhed, styrer visningen af pixelen ved at kontrollere on/off -sekvensen af strømforsyningen.
Indikatorerne for test af LCD'er inkluderer følgende vigtige aspekter: visningsstørrelse, responstid (synkroniseringshastighed), array -type (aktiv og passiv), visningsvinkel, understøttede farver, lysstyrke og kontrast, opløsning og skærmbilledeforhold og inputgrænseflade (sådan som visuel interface og video displayarray).
Kort historie
I 1888 opdagede den østrigske kemiker Friedrich Reinizer flydende krystaller og deres specielle fysiske egenskaber.
Den første operationelle LCD var baseret på den dynamiske spredningstilstand (DSM), udviklet af et team ledet af George Hellmann på RCA. Hellmann grundlagde Optech, der udviklede en række LCD'er baseret på denne teknologi.
I december 1970 blev den snoede nematiske felteffekt af flydende krystaller patenteret i Schweiz af Sint og Helfrich på Central Laboratories Hoffmann-Le Roque. Året før, i 1969, havde James Ferguson imidlertid opdaget den snoede nematiske felteffekt af flydende krystaller ved Kent State University i Ohio, USA, og registrerede det samme patent i USA i februar 1971. I 1971, hans firma (Ilixco ) producerede den første LCD baseret på denne egenskab, som snart erstattede LCD for DSM -type DSM -type. Det var først i 1985, at denne opdagelse blev kommercielt bæredygtig. I 1973 brugte Japans Sharp Corporation det først til at lave digitale skærme til elektroniske regnemaskiner. I 2010'erne er LCD'er blevet de vigtigste displayenheder for alle computere.
Vis princip
Uden spænding vil lys bevæge sig langs afstanden mellem flydende krystalmolekyler og drej 90 grader, så lys kan passere igennem. Men efter at der er tilsat spænding, bevæger lys sig lige langs afstanden mellem flydende krystalmolekyler, så lyset blokeres af filteret.
Flydende krystal er et materiale med strømningsegenskaber, så kun en meget lille ekstern kraft er nødvendig for at få de flydende krystalmolekyler til at bevæge sig. Ved at tage de mest almindelige nematiske flydende krystal som eksempel kan flydende krystalmolekyler let dreje ved virkningen af det elektriske felt. Da den optiske akse af flydende krystal er ret konsistent med sin molekylære akse, kan den give optiske effekter. Når det elektriske felt, der påføres den flydende krystal, fjernes og forsvinder, bruger den flydende krystal sin egen elasticitet og viskositet, og de flydende krystalmolekyler vender hurtigt tilbage til den originale tilstand, før det elektriske felt påføres.
Transmissive og reflekterende skærme
LCD'er kan enten være transmissive eller reflekterende, afhængigt af hvor lyskilden er placeret.
Transmissive LCD'er er oplyst af en lyskilde bag skærmen og set fra den anden side (foran) på skærmen. Denne type LCD bruges i applikationer, der kræver høj lysstyrke, såsom computermonitorer, PDA'er og mobiltelefoner. Belysningen, der bruges til at belyse LCD'en, forbruger ofte mere strøm end selve LCD'en.
Reflekterende LCD'er, der ofte findes i elektroniske ure og regnemaskiner, (undertiden) belyser skærmen ved at reflektere eksternt lys tilbage fra en diffus reflekterende overflade bag LCD'en. Denne type LCD har et højere kontrastforhold, fordi lyset passerer gennem den flydende krystal to gange, så den skæres to gange. At ikke bruge en lysenhed reducerer strømforbruget markant, så batteridrevne enheder varer længere. Fordi små reflekterende LCD'er forbruger så lidt kraft, at en fotocell er nok til at drive dem, bruges de ofte i lommeregner.
Transflektiv LCD'er kan bruges som enten transmissiv eller reflekterende. Når der er masser af eksternt lys, fungerer LCD'en som en reflekterende type, og når der er mindre eksternt lys, kan det fungere som en transmissiv type.
Farvedisplay
LCD -teknologi ændrer også lysstyrke baseret på størrelsen på spændingen. Den farve, der vises af hver LCD-underelement, afhænger af farvescreeningsprogrammet. Da selve den flydende krystal ikke har nogen farve, bruges farvefiltre til at producere forskellige farver i stedet for underelementer. Underelement kan kun justere gråskalaen ved at kontrollere intensiteten af lys, der passerer igennem. Kun et par aktive matrix -skærme bruger analog signalkontrol, og de fleste bruger de fleste digitale signaltekontrolteknologi. De fleste digitalt kontrollerede LCD'er bruger otte-bit controllere, som kan producere 256 niveauer af gråtoner. Hver underelement kan vise 256 niveauer, så du kan få 2563 farver, og hvert element kan vise 16.777.216 farver. Fordi det menneskelige øje ikke føler lysstyrken lineært, og det menneskelige øje er mere følsomt over for ændringer i lav lysstyrke, kan denne 24- bit kromatik ikke fuldt ud opfylde de ideelle krav. Ingeniører bruger pulsspændingsregulering for at gøre farveændringerne til at se mere ensartede ud.
I en farve LCD er hver pixel opdelt i tre enheder eller underpixels, og yderligere filtre er markeret med henholdsvis rød, grøn og blå. De tre underpixel kan kontrolleres uafhængigt, hvilket resulterer i tusinder eller endda millioner af farver til den tilsvarende pixel. Gamle CRT'er bruger den samme metode til at vise farver. Afhængigt af behovet er farvekomponenterne arrangeret i henhold til forskellige pixelgeometrier.
Aktive og passive arrays
En flydende krystalvisning, der ofte findes i elektroniske ure og lommecomputere, der består af et lille antal segmenter, hver med en enkelt elektrodekontakt. Et eksternt dedikeret kredsløb giver opladning til hver kontrolenhed, som kan være besværlig med flere displayenheder (såsom flydende krystalskærme). Passive Array Liquid Crystal-skærme til små monokrome skærme, såsom dem på PDA'er eller ældre bærbare skærme, bruger super snoede nematiske (STN) eller dobbeltlag super snoede nematiske (DSTN) teknologi (DSTN korrigerer farveverningsproblemet for STN).
Hver række eller kolonne på displayet har et uafhængigt kredsløb, og placeringen af hver pixel er også specificeret med en række og kolonne. Denne type display kaldes "passiv matrix", fordi hver pixel også skal huske sin egen tilstand, før den opdateres. På dette tidspunkt har hver pixel ingen stabil opladningsforsyning. Når antallet af pixels stiger, vil det relative antal rækker og kolonner også stige, og denne displaymetode bliver vanskeligere at bruge. LCD'er fremstillet med passive arrays er kendetegnet ved meget langsomme responstider og lav kontrast.
Aktuelle farveskærme med høj opløsning, såsom computermonitorer eller fjernsyn, er aktive arrays. Tyndfilmtransistor flydende krystalskærme føjes til polarisatorer og farvefiltre. Hver pixel har sin egen transistor, der tillader enkelt pixelkontrol. Når en søjlelinje er tændt, er alle rækkelinjer forbundet til en hel række pixels, og hver række linje køres med den rigtige spænding, kolonnelinjen er slukket, og den anden række er tændt. I en komplet billedopdateringsoperation tændes alle søjlelinjer i en tidssekvens. Aktive array -skærme af samme størrelse vises lysere og skarpere end passive array -skærme og har en kort responstid.
Kvalitetskontrol
Nogle LCD -paneler indeholder defekte transistorer, der forårsager permanente lyse og mørke pletter. I modsætning til ICS kan LCD -paneler stadig vise normalt, selvom der er dårlige pixels. Dette kan også undgå at kassere LCD -paneler, der er meget større end IC -området på grund af et par dårlige pixels. Panelproducenter har forskellige standarder til bestemmelse af dårlige pixels.
LCD -paneler er mere tilbøjelige til at have defekter end IC -tavler på grund af deres større størrelse. For eksempel har en {{0}} tommer SVGA LCD 8 dårlige pixels, mens en 6- tomme skive kun har 3 defekter. Imidlertid er 3 defekter på en skive, der kan opdeles i 137 ICS, ikke meget dårlig, men at kassere LCD -panelet betyder 0% output. På grund af hård konkurrence blandt producenterne er kvalitetskontrolstandarder hævet. Hvis en LCD har fire eller flere dårlige pixels, er det lettere at registrere, så kunden kan anmode om en erstatning. Placeringen af den dårlige pixel i LCD -panelet er heller ikke ubetydelig. Producenter sænker ofte standarder, fordi de beskadigede pixels er i midten af displayet. Nogle producenter giver en nul dårlig pixelgaranti.
Strømforbrug
Aktiv matrix LCD'er bruger mindre strøm end CRT'er. Faktisk er de blevet standarddisplayet for bærbare enheder, fra PDA'er til bærbare computere. Men LCD -teknologi er stadig for ineffektiv: selvom du drejer skærmen hvid, er mindre end 10% af lyset, der udsendes fra baggrundslyskilden, passerer gennem skærmen; Resten absorberes. Så nye plasma -skærme bruger nu mindre strøm end LCD'er i det samme område.
PDA'er, såsom Palm og Compaqipaq, bruger ofte reflekterende skærme. Dette betyder, at omgivelseslys kommer ind på skærmen, passerer gennem det polariserede flydende krystallag, rammer det reflekterende lag og reflekterer derefter tilbage ud for at vise billedet. Det anslås, at 84% af lyset absorberes i denne proces, så kun en sjette af lyset bruges, som, selv om der stadig er plads til forbedring, er nok til at give den kontrast, der kræves til synlig video. Envejs refleksion og reflekterende skærme gør det muligt at bruge LCD-skærme med minimalt energiforbrug under forskellige lysforhold.
Nul-effekt display
I 2000 blev der udviklet en nulkraftdisplay, der ikke bruger elektricitet, når den er i standbytilstand, men denne teknologi er ikke i øjeblikket tilgængelig til masseproduktion. Nemoptic, et fransk firma, udviklede en anden nul-effekt tyndfilm LCD-teknologi, der blev masseproduceret i Taiwan i juli 2003. Denne teknologi er målrettet mod mobile enheder med lav effekt som e-bøger og bærbare computere. Nul-effekt LCD'er konkurrerer også med elektronisk papir.
