LCD výstavba
Každý pixel LCD pozostáva z nasledujúcich častí: vrstva molekúl kvapalného kryštálu suspendovaných medzi dvoma priehľadnými elektródami (oxid cín india) a dvoch polarizačných filtrov s polarizačnými smermi kolmými na seba na vonkajšej strane. Ak medzi elektródami nie je žiadny kvapalný kryštál, smer polarizácie svetla prechádza jedným z polarizačných filtrov bude úplne kolmá na druhý polarizačný filter, takže je úplne blokovaný. Ak sa však smer polarizácie svetla prechádza jedným polarizačným filtrom otáča tekutým kryštálom, môže prejsť druhým polarizačným filtrom. Rotácia polarizačného smeru svetla kvapalným kryštálom môže byť regulovaná elektrostatickým poľom, čím sa dosiahne riadenie svetla.
Molekuly tekutých kryštálov sú veľmi citlivé na vplyv vonkajších elektrických polí a vytvárajú indukované náboje. Ak sa do priehľadnej elektródy každého pixelu alebo sub-pixelu pridá malé množstvo náboja na generovanie elektrostatického poľa, molekuly kvapalného kryštálu budú týmto elektrostatickým poľom indukované, aby sa vyvolali indukované náboje a generovali elektrostatický krútiaci moment, ktorý mení Pôvodné rotačné usporiadanie molekúl tekutých kryštálov, čím sa mení amplitúda rotácie svetla prechádzajúceho. Zmeňte určitý uhol, aby mohol prejsť polarizačným filtrom.
Pred pridaním náboja do priehľadnej elektródy je usporiadanie molekúl kvapalného kryštálu stanovené usporiadaním povrchu elektród a chemický povrch elektródy sa môže použiť ako semeno kryštálu. V najbežnejšom kryštáli kvapaliny TN sú horné a dolné elektródy kvapalného kryštálu usporiadané vertikálne. Molekuly tekutých kryštálov sú usporiadané v špirále a smer polarizácie svetla prechádzajúceho polarizačným filtrom sa po prechádzaní cez kvapalný čip otáča, aby mohol prejsť ďalším polarizátorom. V tomto procese je malá časť svetla blokovaná polarizátorom a zvonku vyzerá sivou. Po pridaní náboja do priehľadnej elektródy sa molekuly kvapalného kryštálu usporiadajú takmer úplne paralelne v smere elektrického poľa, takže smer polarizácie svetla prechádzajúceho polarizačným filtrom sa neotáča, takže svetlo je úplne úplne blokované. V súčasnosti vyzerá pixel čierne. Reguláciou napätia je možné regulovať stupeň skreslenia usporiadania molekúl tekutých kryštálov, aby sa dosiahli rôzne šedá.
Niektoré LCD sfarbia čierne, keď sú vystavené striedavému prúdu, čo ničí špirálový účinok tekutého kryštálu. Keď je prúd vypnutý, LCD sa stáva jasnejším alebo priehľadným. Tento typ LCD sa bežne vyskytuje na notebookoch a lacných LCD. Ďalším typom LCD bežne používaného na LCD s vysokým rozlíšením alebo na veľkých LCD televízoroch je to, že keď je sila vypnutá, LCD je nepriehľadná.
Na uloženie energie LCD používajú metódu multiplexovania. V multiplexačnom režime sú elektródy na jednom konci pripojené v skupinách, každá skupina elektród je pripojená k napájaniu a elektródy na druhom konci sú tiež spojené v skupinách, každá skupina je pripojená k druhému koncu výkonu dodávka. Dizajn zoskupenia zaisťuje, že každý pixel je riadený nezávislým zdrojom energie. Elektronické zariadenie alebo softvér riadenie elektronického zariadenia riadi zobrazenie pixelu ovládaním sekvencie napájania zapínania/vypnutia.
Indikátory na testovanie LCD obsahujú nasledujúce dôležité aspekty: veľkosť displeja, čas odozvy (rýchlosť synchronizácie), typ poľa (aktívny a pasívny), uhol prezerania, podporované farby, jas a kontrast, rozlíšenie a pomer strán obrazovky a vstupné rozhranie (také ako vizuálne rozhranie a pole zobrazenia videa).
Stručná história
V roku 1888 rakúsky chemik Friedrich Reinizer objavil tekuté kryštály a ich špeciálne fyzikálne vlastnosti.
Prvý operačný LCD bol založený na režime dynamického rozptylu (DSM), ktorý vyvinul tím vedený George Hellmann v RCA. Hellmann založil spoločnosť Optech, ktorá vyvinula celý rad LCD na základe tejto technológie.
V decembri 1970 bol Sint a Helfrich v Central Laboratories Hoffmann-Le Roque vo Švajčiarsku patentovaný skrútený nematický poľný účinok tekutých kryštálov vo Švajčiarsku. Avšak rok predtým, v roku 1969, James Ferguson objavil skrútený nematický poľný účinok tekutých kryštálov na Kent State University v Ohiu v USA a vo februári 1971 zaregistroval rovnaký patent v Spojených štátoch. ) vytvorila prvý LCD na základe tejto vlastnosti, ktorá čoskoro nahradila spodný DSM typ LCD. Až v roku 1985 sa tento objav stal komerčne životaschopným. V roku 1973 ju Japonská spoločnosť Sharp Corporation najskôr použila na výrobu digitálnych displejov pre elektronické kalkulačky. V roku 2010 sa LCD stali hlavnými zobrazovacími zariadeniami pre všetky počítače.
Princíp zobrazenia
Bez napätia sa svetlo bude pohybovať po medzere medzi molekulami kvapalného kryštálu a otáča 90 stupňov, takže svetlo môže prejsť. Po pridaní napätia sa však svetlo pohybuje priamo pozdĺž medzery medzi molekulami kvapalného kryštálu, takže svetlo je blokované filtrom.
Kvapalný kryštál je materiál s charakteristikami prietoku, takže je potrebná iba veľmi malá vonkajšia sila, aby sa molekuly tekutých kryštálov pohybovali. Ako príklad najbežnejších nematických tekutých kryštálov sa molekuly kvapalných kryštálov môžu ľahko otočiť pôsobením elektrického poľa. Pretože optická os tekutého kryštálu je celkom v súlade s jeho molekulárnou osou, môže vyvolať optické účinky. Keď sa elektrické pole nanesie na tekutý kryštál a zmizne, kvapalný kryštál použije svoju vlastnú pružnosť a viskozitu a molekuly tekutých kryštálov sa rýchlo vrátia do pôvodného stavu pred nanesením elektrického poľa.
Prenosové a reflexné displeje
LCD môžu byť buď prenosné alebo reflexné, v závislosti od toho, kde je zdroj svetla umiestnený.
Prenosné LCD sú osvetlené zdrojom svetla za obrazovkou a pozerajú sa z druhej strany (vpredu) obrazovky. Tento typ LCD sa používa v aplikáciách, ktoré vyžadujú vysoký jas, ako sú počítačové monitory, PDA a mobilné telefóny. Osvetlenie použité na osvetlenie LCD často spotrebuje viac energie ako samotná LCD.
Reflexné LCD, ktoré sa bežne vyskytujú v elektronických hodinách a kalkulačkách, (niekedy) osvetľujú obrazovku odrážaním vonkajšieho svetla späť z rozptýleného reflexného povrchu za LCD. Tento typ LCD má vyšší kontrastný pomer, pretože svetlo prechádza tekutým kryštálom dvakrát, takže sa rezaje dvakrát. Nepoužívanie osvetľovacieho zariadenia výrazne znižuje spotrebu energie, takže zariadenia napájané z batérie trvajú dlhšie. Pretože malé reflexné LCD konzumujú tak málo energie, že na ich poháňanie je dosť sily, často sa používajú vo vreckových kalkulačkách.
Transflexné LCD sa môžu použiť ako prenosné alebo reflexné. Ak je veľa vonkajšieho svetla, LCD funguje ako reflexný typ a keď je menej vonkajšieho svetla, môže fungovať ako prenosný typ.
Farebný displej
Technológia LCD tiež mení jas na základe veľkosti napätia. Farba zobrazená každým čiastkovým prvkom LCD závisí od programu farieb skríningu. Pretože samotný tekutý kryštál nemá farbu, farebné filtre sa používajú na výrobu rôznych farieb namiesto čiastkových prvkov. Podprúd môže upraviť iba šedú šedú kontrolou intenzity prechádzajúceho svetla. Iba niekoľko aktívnych matíc používa riadenie analógového signálu a väčšina využíva technológiu digitálneho riadenia signálu. Väčšina digitálne kontrolovaných LCD používa osembitové regulátory, ktoré môžu produkovať 256 úrovní šedej šedej. Každý čiastkový prvok môže zobrazovať 256 úrovní, takže môžete získať 2563 farieb a každý prvok môže zobraziť 16 777 216 farieb. Pretože ľudské oko necíti lineárne jas a ľudské oko je citlivejšie na zmeny nízkej jasnosti, táto 24- bit chromaticita nemôže úplne splniť ideálne požiadavky. Inžinieri používajú reguláciu pulzného napätia, aby sa zmeny farieb vyzerali rovnomernejšie.
V farebnej LCD je každý pixel rozdelený do troch jednotiek alebo sub-pixelov a ďalšie filtre sú označené červené, zelené a modré. Tri sub-pixely sa dajú ovládať nezávisle, čo vedie k tisícom alebo dokonca miliónom farieb pre zodpovedajúci pixel. Staré CRT používajú rovnakú metódu na zobrazenie farieb. V závislosti od potreby sú farebné komponenty usporiadané podľa rôznych geometrií pixelov.
Aktívne a pasívne polia
Kvapalný kryštálový displej sa bežne vyskytuje v elektronických hodinkách a vreckových počítačoch, ktoré pozostávajú z malého počtu segmentov, z ktorých každý má jediný kontakt s elektródami. Externý vyhradený obvod poskytuje náboj každej riadiacej jednotke, ktorá môže byť ťažkopádne s viac displetnými jednotkami (napríklad displeje kvapalných kryštálov). Pasívne kvapalinové kryštalické displeje pre malé monochromatické displeje, ako sú zobrazenia na PDA alebo starších obrazovkách prenosných počítačov, používajú super skrútenú nematickú (STN) alebo dvojvrstvovú super skrútenú nematickú technológiu (DSTN) (DSTN opravuje problém s farebnou odchýlkou STN).
Každý riadok alebo stĺpec na displeji má nezávislý obvod a poloha každého pixelu je tiež určená riadkom a stĺpcom. Tento typ displeja sa nazýva „pasívne pole“, pretože každý pixel si musí pred aktualizáciou pamätať aj svoj vlastný stav. V súčasnosti nemá každý pixel žiadny stabilný dodávok náboja. Ako sa zvyšuje počet pixelov, zvýši sa aj relatívny počet riadkov a stĺpcov a táto metóda zobrazenia sa stáva ťažšie použiteľnou. LCD vyrobené z pasívnych polí sa vyznačujú veľmi pomalými časmi odozvy a nízkym kontrastom.
Aktívne polia sú aktuálne farebné displeje s vysokým rozlíšením, ako sú počítačové monitory alebo televízory. Do polarizátorov a farebných filtrov sa pridávajú displej s tekutými kryštálmi z tenkého filmu. Každý pixel má svoj vlastný tranzistor, ktorý umožňuje ovládanie jedného pixelu. Keď je zapnutá čiara stĺpca, všetky riadky riadkov sú pripojené k celému riadku pixelov a každé riadkové riadky je poháňané správnym napätím, stĺpcový riadok je vypnutý a druhý riadok je zapnutý. V kompletnej operácii aktualizácie obrázka sa všetky stĺpcové riadky zapínajú v časovej sekvencii. Aktívne zobrazenia poľa rovnakej veľkosti sa objavia jasnejšie a ostrejšie ako displeje pasívneho poľa a majú krátku dobu odozvy.
Kontrola kvality
Niektoré panely LCD obsahujú chybné tranzistory, ktoré spôsobujú trvalé jasné a tmavé škvrny. Na rozdiel od ICS, LCD panely sa môžu stále zobrazovať normálne, aj keď existujú zlé pixely. To sa tiež môže vyhnúť vyradeniu panelov LCD, ktoré sú oveľa väčšie ako oblasť IC kvôli niekoľkým zlým pixelom. Výrobcovia panela majú rôzne normy na určovanie zlých pixelov.
Panely LCD s väčšou pravdepodobnosťou majú defekty ako dosky IC kvôli svojej väčšej veľkosti. Napríklad A {{{0}} palc SVGA LCD má 8 zlých pixelov, zatiaľ čo A 6- palcový oblát má iba 3 defekty. Avšak 3 defekty na oblátku, ktoré je možné rozdeliť do 137 ICS, nie sú príliš zlé, ale vyradenie panela LCD znamená 0% výstup. Z dôvodu tvrdej konkurencie medzi výrobcami sa zvýšili normy kontroly kvality. Ak má LCD štyri alebo viac zlých pixelov, je ľahšie ho zistiť, takže zákazník môže požiadať o výmenu. Umiestnenie zlého pixelu v paneli LCD tiež nie je zanedbateľné. Výrobcovia často znižujú normy, pretože poškodené pixely sú v strede displeja. Niektorí výrobcovia poskytujú nulovú zlú záruku pixelov.
Spotreba energie
Aktívne matice LCD používajú menej energie ako CRT. V skutočnosti sa stali štandardným displejom pre prenosné zariadenia, od PDA po notebooky. Technológia LCD je však stále príliš neefektívna: aj keď otočíte na bielu obrazovku, cez obrazovku prechádza menej ako 10% svetla emitovaného zo zdroja svetla na pozadí; Zvyšok je absorbovaný. Takže nové plazmové displeje teraz využívajú menej energie ako LCD v tej istej oblasti.
PDA, ako napríklad Palm a Compaqipaq, často používajú reflexné displeje. To znamená, že okolité svetlo vstupuje do displeja, prechádza polarizovanou vrstvou tekutého kryštálu, zasiahne reflexnú vrstvu a potom odráža späť, aby sa zobrazil obrázok. Odhaduje sa, že 84% svetla sa v tomto procese absorbuje, takže sa používa iba jedna šestina svetla, čo, hoci stále existuje priestor na zlepšenie, stačí na zabezpečenie kontrastu potrebného na viditeľné video. Jednosmerné odrazové a reflexné displeje umožňujú používať LCD displeje s minimálnou spotrebou energie za rôznych podmienok osvetlenia.
Displej s nulovou energiou
V roku 2000 bol vyvinutý displej s nulovým výkonom, ktorý nepoužíva elektrinu, keď je v pohotovostnom režime, ale táto technológia v súčasnosti nie je k dispozícii na hromadnú výrobu. Francúzska spoločnosť Neoptic vyvinula ďalšiu technológiu LCD s tenkým filmom s nulovým výkonom, ktorá bola na Taiwane v júli 2003 hromadne vyrábaná. Táto technológia je zameraná na mobilné zariadenia s nízkym výkonom, ako sú elektronické knihy a prenosné počítače. LCD s nulovým výkonom tiež súťažia s elektronickým papierom.