LCD būvniecība
Katrs LCD pikselis sastāv no šādām daļām: šķidru kristāla molekulu slānis, kas suspendēts starp diviem caurspīdīgiem elektrodiem (indija skārda oksīda), un diviem polarizējošiem filtriem ar polarizācijas virzieniem, kas ir perpendikulāri viens otram no ārpuses. Ja starp elektrodiem nav šķidru kristālu, gaismas polarizācijas virziens, kas iet caur vienu no polarizējošajiem filtriem, būs pilnīgi perpendikulārs otrajam polarizējošajam filtram, tāpēc tas ir pilnībā bloķēts. Tomēr, ja gaismas polarizācijas virziens, kas iet caur vienu polarizējošu filtru, pagriež ar šķidru kristālu, tas var iziet caur otru polarizējošo filtru. Gaismas polarizācijas virziena rotāciju ar šķidru kristālu var kontrolēt ar elektrostatisko lauku, tādējādi sasniedzot gaismas kontroli.
Šķidrās kristāla molekulas ir ļoti jutīgas pret ārējo elektrisko lauku ietekmi un rada izraisītas lādiņus. Ja katra pikseļa vai apakšpikseļa caurspīdīgajam elektrodam pievieno nelielu lādiņu, lai izveidotu elektrostatisko lauku, šķidruma kristāla molekulas ar šo elektrostatisko lauku izraisīs, lai izraisītu izraisītas uzlādes un radītu elektrostatisko griezes momentu, kas maina to, kas maina to, kas maina to, kas maina to, kas maina to, kas maina to, kas maina to, kas maina to, kas maina to, kas maina to elektrostatisko griezes momentu, kas maina to elektrostatisko griezes momentu, kas maina to elektrostatisko griezes momentu, kas maina elektrostatisko griezes momentu, kas maina to elektrostatisko griezes momentu, kas maina elektrostatisko griezes momentu, kas maina to, kas maina to elektrostatisko griezes momentu, kas maina to elektrostatisko griezes momentu, kas maina. Šķidrās kristāla molekulu oriģinālais rotācijas izvietojums, tādējādi mainot caurspīdīgās gaismas rotācijas amplitūdu. Mainiet noteiktu leņķi, lai tas varētu iziet caur polarizācijas filtru.
Pirms lādiņa pievienošanas caurspīdīgajam elektrodam, šķidrā kristāla molekulu izvietojumu nosaka ar elektrodu virsmas izvietojumu, un elektrodu ķīmisko virsmu var izmantot kā kristāla sēklu. Visizplatītākajā TN šķidrajā kristālā šķidruma kristāla augšējie un apakšējie elektrodi ir izvietoti vertikāli. Šķidrās kristāla molekulas ir sakārtotas spirālē, un gaismas polarizācijas virziens, kas iet caur polarizācijas filtru, griežas pēc caurspīdīgas šķidrās mikroshēmas, lai tā varētu iziet cauri citam polarizatoram. Šajā procesā nelielu gaismas daļu bloķē polarizators un no ārpuses izskatās pelēks. Pēc tam, kad lādiņš tiek pievienots caurspīdīgajam elektrodam, šķidruma kristāla molekulas gandrīz pilnībā tiks izkārtotas paralēli elektriskā lauka virzienā, tāpēc gaismas polarizācijas virziens, kas iet caur polarizācijas filtru, negriežas, tāpēc gaisma ir pilnībā bloķēts. Šajā laikā pikselis izskatās melns. Kontrolējot spriegumu, var kontrolēt šķidruma kristāla molekulu izkropļojuma pakāpi, lai sasniegtu dažādas pelēkās krāsas.
Daži LCD kļūst melni, kad tie ir pakļauti mainīgai strāvai, kas iznīcina šķidrā kristāla spirāles efektu. Kad strāva ir izslēgta, LCD kļūst gaišāks vai caurspīdīgs. Šāda veida LCD parasti sastopama klēpjdatoros un lētos LCD. Vēl viens LCD veids, ko parasti izmanto augstas izšķirtspējas LCD vai lielos LCD televizoros, ir tas, ka tad, kad jauda ir izslēgta, LCD ir necaurspīdīgs.
Lai ietaupītu jaudu, LCD izmanto multipleksēšanas metodi. Multipleksēšanas režīmā elektrodi vienā galā ir savienoti grupās, katra elektrodu grupa ir savienota ar barošanas avotu, un elektrodi otrā galā ir savienoti arī grupās, katra grupa ir savienota ar strāvas otro galu piegāde. Grupēšanas dizains nodrošina, ka katru pikseli kontrolē neatkarīgs barošanas avots. Elektroniskā ierīce vai programmatūra, kas vada elektronisko ierīci, kontrolē pikseļa displeju, kontrolējot barošanas avota ieslēgšanas/izslēgšanas secību.
LCD testēšanas rādītāji ietver šādus svarīgus aspektus: displeja lielumu, reakcijas laiku (sinhronizācijas ātrums), masīva tips (aktīvais un pasīvs), skatīšanās leņķis, atbalstītās krāsas, spilgtums un kontrasts, izšķirtspēja un ekrāna malu attiecība un ievades saskarne (tāda kā vizuālais interfeiss un video displeja masīvs).
Īsa vēsture
1888. gadā austriešu ķīmiķis Frīdrihs Reinizer atklāja šķidros kristālus un to īpašās fizikālās īpašības.
Pirmais operatīvais LCD pamatā bija dinamiskā izkliedes režīms (DSM), kuru izstrādāja komanda, kuru vadīja Džordžs Hellmans RCA. Hellmans nodibināja Optech, kas izstrādāja virkni LCD, pamatojoties uz šo tehnoloģiju.
1970. gada decembrī Šķidro kristālu savītā nematiskā lauka efekts Šveicē patentēja Sint un Helfrihs Centrālajā laboratorijā Hofmann-Le Roque. Tomēr gadu iepriekš, 1969. gadā Džeimss Fergusons bija atklājis šķidro kristālu savīto nematisko efektu Kentas štata universitātē Ohaio štatā ASV un 1971. gada februārī reģistrēja to pašu patentu Amerikas Savienotajās Valstīs. ) Izgatavoja pirmo LCD, pamatojoties uz šo īpašumu, kas drīz vien aizstāja zemāko DSM tipa LCD. Tikai 1985. gadā šis atklājums kļuva komerciāli dzīvotspējīgs. 1973. gadā Japānas Sharp Corporation to vispirms izmantoja, lai izveidotu digitālus displejus elektroniskajiem kalkulatoriem. 2010. gados LCD ir kļuvuši par galvenajām displeja ierīcēm visiem datoriem.
Displeja princips
Bez sprieguma gaisma pārvietosies gar spraugu starp šķidruma kristāla molekulām un aprit 90 grādos, tāpēc gaisma var iziet cauri. Bet pēc sprieguma pievienošanas gaisma pārvietojas taisni gar spraugu starp šķidruma kristāla molekulām, tāpēc filtrs bloķē gaismu.
Šķidrais kristāls ir materiāls ar plūsmas īpašībām, tāpēc, lai šķidrās kristāla molekulas kustētos, ir nepieciešams tikai ļoti mazs ārējs spēks. Izmantojot piemēru visizplatītākā nematiskā šķidruma kristāla, šķidrā kristāla molekulas var viegli pagriezties, darbojoties ar elektrisko lauku. Tā kā šķidrā kristāla optiskā ass ir diezgan atbilstoša tās molekulārajai asij, tā var radīt optiskos efektus. Kad tiek noņemts šķidrā kristāla elektriskais lauks un izzūd, šķidrais kristāls izmantos savu elastību un viskozitāti, un šķidrās kristāla molekulas ātri atgriezīsies sākotnējā stāvoklī pirms elektriskā lauka uzklāšanas.
Transmisīvi un atstarojoši displeji
LCD var būt vai nu transmisīvi, vai atstarojoši atkarībā no tā, kur tiek novietots gaismas avots.
Transmisīvos LCD apgaismo gaismas avots aiz ekrāna un skatās no ekrāna otras puses (priekšā). Šāda veida LCD izmanto lietojumprogrammās, kurām nepieciešams augsts spilgtums, piemēram, datoru monitori, PDA un mobilie tālruņi. Apgaismojums, ko izmanto LCD apgaismošanai, bieži patērē lielāku jaudu nekā pats LCD.
Atstarojoši LCD, kas parasti atrodami elektroniskos pulksteņos un kalkulatoros, (dažreiz) apgaismo ekrānu, atstarojot ārējo gaismu atpakaļ no izkliedētas atstarojošas virsmas aiz LCD. Šāda veida LCD ir augstāka kontrasta attiecība, jo gaisma divreiz iziet cauri šķidrajam kristālam, tāpēc to sagriež divreiz. Apgaismojuma ierīces neizmantošana ievērojami samazina enerģijas patēriņu, tāpēc ar akumulatoru darbināmas ierīces ilgst ilgāk. Tā kā mazi atstarojošie LCD patērē tik mazu jaudu, ka pietiek ar fotoelementu, lai tos darbinātu, tos bieži izmanto kabatas kalkulatoros.
Transflektīvos LCD var izmantot kā transmisīvus vai reflektējošus. Kad ir daudz ārējas gaismas, LCD darbojas kā atstarojošs veids, un, kad ārējā gaisma ir mazāk, tas var darboties kā transmisīvs tips.
Krāsu displejs
LCD tehnoloģija maina arī spilgtumu, pamatojoties uz sprieguma lielumu. Katra LCD apakšelementa parādītā krāsa ir atkarīga no krāsu skrīninga programmas. Tā kā pašam šķidrajam kristālam nav krāsas, krāsu filtri tiek izmantoti, lai iegūtu dažādas krāsas, nevis apakšelementus. Apakšelements var pielāgot pelēko krāsu, kontrolējot caurspīdīgo gaismas intensitāti. Tikai dažās aktīvās matricā tiek parādīta analoga signāla vadība, un lielākajā daļā tiek izmantota digitālā signāla vadības tehnoloģija. Lielākajā daļā digitāli kontrolēto LCD tiek izmantoti astoņu bitu kontrolieri, kas var radīt 256 pelēktoņu līmeņus. Katrā apakšelementā var parādīties 256 līmeņi, tāpēc jūs varat iegūt 2563 krāsas, un katrs elements var parādīt 16 777 216 krāsas. Tā kā cilvēka acs lineāri nejūt spilgtumu un cilvēka acs ir jutīgāka pret zemu spilgtuma izmaiņām, šī 24- bitu hromatiskums nevar pilnībā izpildīt ideālās prasības. Inženieri izmanto impulsa sprieguma regulēšanu, lai krāsu izmaiņas izskatās vienveidīgākas.
Krāsā LCD katrs pikselis ir sadalīts trīs vienībās vai apakšpikseļos, un papildu filtri ir attiecīgi marķēti sarkanā, zaļā un zilā krāsā. Trīs apakšpikseļus var kontrolēt neatkarīgi, kā rezultātā attiecīgajam pikselim rodas tūkstošiem vai pat miljoniem krāsu. Vecie CRT krāsu parādīšanai izmanto to pašu metodi. Atkarībā no vajadzības krāsu komponenti tiek sakārtoti atbilstoši dažādām pikseļu ģeometrijām.
Aktīvie un pasīvie bloki
Šķidrs kristāla displejs, kas parasti atrodams elektroniskos pulksteņos un kabatas datoros, kas sastāv no neliela skaita segmentu, katram ar vienu elektrodu kontaktu. Ārēja speciāla shēma nodrošina katru vadības bloku, kas var būt apgrūtinoša ar vairāk displeja vienībām (piemēram, šķidru kristālu displejiem). Pasīvā masīva šķidruma kristāla displeji maziem vienkrāsainiem displejiem, piemēram, tiem, kas atrodas uz PDA vai vecākiem klēpjdatoru ekrāniem, tiek izmantota super savīta nematiskā (STN) vai divslāņu super savīta nematiskā (DSTN) tehnoloģija (DSTN koriģē STN krāsu novirzes problēmu).
Katrā displeja rindā vai kolonnā ir neatkarīga shēma, un katra pikseļa novietojums ir norādīts arī ar rindu un kolonnu. Šāda veida displeju sauc par "pasīvo masīvu", jo katram pikselim ir arī jāatceras savs stāvoklis pirms atjaunināšanas. Šajā laikā katram pikselim nav stabila uzlādes padeves. Palielinoties pikseļu skaitam, palielināsies arī rindu un kolonnu relatīvais skaits, un šī displeja metode kļūst grūtāk izmantot. LCD, kas izgatavoti ar pasīviem masīviem, raksturo ļoti lēns reakcijas laiks un zems kontrasts.
Pašreizējie augstas izšķirtspējas krāsu displeji, piemēram, datoru monitori vai televizori, ir aktīvi masīvi. Polarizatoriem un krāsu filtriem pievieno plānas filmas tranzistora šķidruma kristāla displejus. Katram pikselim ir savs tranzistors, kas ļauj kontrolēt vienu pikseļu. Kad kolonnas līnija ir ieslēgta, visas rindu līnijas ir savienotas ar veselu pikseļu rindu, un katra rindas līnija tiek vadīta ar pareizo spriegumu, kolonnas līnija ir izslēgta, bet otra rinda ir ieslēgta. Pilnīgas attēla atjaunināšanas darbībā visas kolonnu līnijas tiek ieslēgtas laika secībā. Tāda paša izmēra aktīvo masīva displeji parādīsies gaišāki un asāki nekā pasīvi masīva displeji, un tiem ir īss reakcijas laiks.
Kvalitātes kontrole
Daži LCD paneļi satur bojātus tranzistorus, kas izraisa pastāvīgus spilgtus un tumšus plankumus. Atšķirībā no IC, LCD paneļi joprojām var parādīties normāli, pat ja ir slikti pikseļi. Tas var arī izvairīties no LCD paneļu izmešanas, kas ir daudz lielāki nekā IC zona dažu sliktu pikseļu dēļ. Paneļu ražotājiem ir atšķirīgi standarti sliktu pikseļu noteikšanai.
LCD paneļiem, visticamāk, ir defekti nekā IC dēļiem to lielāka izmēra dēļ. Piemēram, A {{0}} collas SVGA LCD ir 8 slikti pikseļi, savukārt 6- collas vafelam ir tikai 3 defekti. Tomēr 3 vafeļu defekti, kurus var sadalīt 137 ICS, nav īpaši slikti, bet LCD paneļa izmešana nozīmē 0% izvadi. Ražotāju sīvas konkurences dēļ ir paaugstināti kvalitātes kontroles standarti. Ja LCD ir četri vai vairāk slikti pikseļi, to ir vieglāk noteikt, tāpēc klients var pieprasīt nomaiņu. Sliktā pikseļa atrašanās vieta LCD panelī arī nav niecīga. Ražotāji bieži pazemina standartus, jo bojātie pikseļi atrodas displeja centrā. Daži ražotāji nodrošina nulles sliktu pikseļu garantiju.
Enerģijas patēriņš
Active Matrix LCD izmanto mazāku jaudu nekā CRT. Patiesībā tie ir kļuvuši par portatīvo ierīču standarta displeju, sākot no PDA līdz klēpjdatoriem. Bet LCD tehnoloģija joprojām ir pārāk neefektīva: pat tad, ja ekrānu pagriežat baltu, mazāk nekā 10% gaismas, kas izstarota no fona gaismas avota, iziet cauri ekrānam; pārējais ir absorbēts. Tātad jaunos plazmas displejos tagad tiek izmantota mazāk jaudas nekā tā paša apgabala LCD.
PDA, piemēram, palmu un compaqipaq, bieži izmanto atstarojošus displejus. Tas nozīmē, ka apkārtējā gaisma nonāk displejā, iziet cauri polarizētā šķidruma kristāla slānim, trāpa pa atstarojošo slāni un pēc tam atspoguļojas, lai parādītu attēlu. Tiek lēsts, ka šajā procesā tiek absorbēti 84% gaismas, tāpēc tiek izmantota tikai viena sestā daļa gaismas, kas, kaut arī joprojām ir uzlabojums, ir pietiekams, lai nodrošinātu redzamam videoklipam nepieciešamo kontrastu. Vienvirziena atstarojums un atstarojošie displeji ļauj izmantot LCD displejus ar minimālu enerģijas patēriņu dažādos apgaismojuma apstākļos.
Nulles enerģijas displejs
2000. gadā tika izstrādāts nulles spēka displejs, kas neizmanto elektrību gaidīšanas režīmā, bet šī tehnoloģija pašlaik nav pieejama masveida ražošanai. Francijas uzņēmums Nemoptic izstrādāja vēl vienu nulles spēka plānas filmas LCD tehnoloģiju, kas Taivānā tika masveidā ražota 2003. gada jūlijā. Šī tehnoloģija ir paredzēta mazjaudas mobilajām ierīcēm, piemēram, e-grāmatām un portatīvajiem datoriem. Nulles spēka LCD konkurē arī ar elektronisko papīru.