LCD -konstruktion
Varje pixel av en LCD består av följande delar: ett skikt av flytande kristallmolekyler suspenderade mellan två transparenta elektroder (indium tennoxid) och två polariserande filter med polariseringsriktningar vinkelrätt mot varandra på utsidan. Om det inte finns någon flytande kristall mellan elektroderna, kommer polarisationsriktningen för ljus som passerar genom ett av de polariserande filtren att vara helt vinkelrätt mot det andra polariserande filtret, så det är helt blockerat. Men om polarisationens ljusriktning som passerar genom ett polariserande filter roteras av vätskekristallen, kan det passera genom det andra polariserande filtret. Rotationen av polarisationsriktningen av ljus genom flytande kristall kan styras av ett elektrostatiskt fält och därigenom uppnå kontroll av ljus.
Flytande kristallmolekyler är mycket mottagliga för påverkan av externa elektriska fält och genererar inducerade laddningar. När en liten mängd laddning läggs till den transparenta elektroden för varje pixel eller underpixel för att generera ett elektrostatiskt fält, kommer molekylerna i vätskekristallen att induceras av detta elektrostatiska fält för att inducera inducerade laddningar och generera elektrostatiskt vridmoment, som ändrar moln Ursprungligt rotationsarrangemang av flytande kristallmolekyler, vilket ändrar rotationsamplituden för ljuset som passerar genom. Ändra en viss vinkel så att den kan passera genom polarisationsfiltret.
Innan laddningen tillsätts till den transparenta elektroden bestäms arrangemanget av flytande kristallmolekyler av arrangemanget av elektrodytan och den kemiska ytan på elektroden kan användas som ett kristallfrö. I den vanligaste TN -flytande kristallen arrangeras de övre och nedre elektroderna i vätskekristallen vertikalt. De flytande kristallmolekylerna är arrangerade i en spiral, och polarisationsriktningen för ljuset som passerar genom ett polarisationsfilter roterar efter att ha passerat genom det flytande chipet, så att det kan passera genom en annan polarisator. I denna process blockeras en liten del av ljuset av polarisatorn och ser grå utifrån. Efter att laddningen har lagts till den transparenta elektroden kommer vätskekristallmolekylerna att arrangeras nästan fullständigt parallellt längs det elektriska fältets riktning, så polarisationsriktningen för ljuset som passerar genom ett polarisationsfilter roterar inte, så ljuset är helt blockerad. För närvarande ser pixeln svart ut. Genom att kontrollera spänningen kan graden av snedvridning av arrangemanget av flytande kristallmolekyler styras för att uppnå olika gråskalor.
Vissa LCD -skivor blir svarta när de utsätts för växlande ström, vilket förstör spiraleffekten av flytande kristall. När strömmen är avstängd blir LCD -skärmen ljusare eller transparent. Denna typ av LCD -skärm finns vanligtvis på bärbara datorer och billiga LCD -skivor. En annan typ av LCD-skärm som vanligtvis används på högupplöst LCD-skivor eller stora LCD-TV-apparater är att när strömmen är avstängd är LCD-skärmen ogenomskinlig.
För att spara ström använder LCD -skivor en multiplexeringsmetod. I multiplexeringsläget är elektroderna i ena änden anslutna i grupper, varje grupp av elektroder är anslutna till en strömförsörjning, och elektroderna i den andra änden är också anslutna i grupper, varje grupp är ansluten till den andra änden av kraften förse. Gruppkonstruktionen säkerställer att varje pixel styrs av en oberoende strömförsörjning. Den elektroniska enheten eller programvaran som driver den elektroniska enheten styr visningen av pixeln genom att styra på/av -sekvensen för strömförsörjningen.
Indikatorerna för testning av LCD -skivor inkluderar följande viktiga aspekter: visningsstorlek, responstid (synkroniseringshastighet), matris (aktiv och passiv), visningsvinkel, stödda färger, ljusstyrka och kontrast, upplösning och skärmspektförhållande och ingångsgränssnitt (sådant som visuellt gränssnitt och videodisplayarray).
Kort historia
År 1888 upptäckte den österrikiska kemisten Friedrich Reinizer flytande kristaller och deras speciella fysiska egenskaper.
Den första operativa LCD -skärmen baserades på Dynamic Scattering Mode (DSM), utvecklad av ett team som leddes av George Hellmann på RCA. Hellmann grundade Optech, som utvecklade en rad LCD -skivor baserat på denna teknik.
I december 1970 patenterades den tvinnade nematiska fälteffekten av flytande kristaller i Schweiz av Sint och Helfrich vid Central Laboratories Hoffmann-Le Roque. Året innan, 1969, hade James Ferguson emellertid upptäckt den tvinnade nematiska fälteffekten av flytande kristaller vid Kent State University i Ohio, USA, och registrerade samma patent i USA i februari 1971. 1971, hans företag (Ilixco ) producerade den första LCD -skärmen baserad på den här egenskapen, som snart ersatte den underordnade DSM -typen LCD. Det var först 1985 som denna upptäckt blev kommersiellt livskraftig. 1973 använde Japans skarpa företag först för att göra digitala skärmar för elektroniska kalkylatorer. Under 2010 -talet har LCD -skivor blivit de viktigaste displayenheterna för alla datorer.
Visningsprincip
Utan spänning kommer ljuset att röra sig längs klyftan mellan flytande kristallmolekyler och sväng 90 grader, så att ljuset kan passera igenom. Men efter att spänningen har tillsättts rör sig ljuset rakt längs gapet mellan flytande kristallmolekyler, så ljus blockeras av filtret.
Flytande kristall är ett material med flödesegenskaper, så endast en mycket liten yttre kraft behövs för att få vätskekristallmolekylerna att röra sig. Med den vanligaste nematiska flytande kristallen som exempel kan flytande kristallmolekyler lätt vända sig vid verkan av det elektriska fältet. Eftersom den optiska axeln för flytande kristall är ganska förenlig med dess molekylära axel kan den ge optiska effekter. När det elektriska fältet som appliceras på flytande kristallen avlägsnas och försvinner kommer vätskekristallen att använda sin egen elasticitet och viskositet, och de flytande kristallmolekylerna kommer snabbt att återgå till det ursprungliga tillståndet innan det elektriska fältet appliceras.
Transmissiva och reflekterande skärmar
LCD -skivor kan antingen vara överförande eller reflekterande, beroende på var ljuskällan är placerad.
Transmissiva LCD -skivor är upplysta av en ljuskälla bakom skärmen och ses från andra sidan (framför) på skärmen. Denna typ av LCD -skärm används i applikationer som kräver hög ljusstyrka, såsom datorskärmar, PDA och mobiltelefoner. Belysningen som används för att belysa LCD -skärmen förbrukar ofta mer kraft än själva LCD -skärmen.
Reflekterande LCD -skivor, som vanligtvis finns i elektroniska klockor och kalkylatorer, belyser (ibland) skärmen genom att reflektera yttre ljus tillbaka från en diffus reflekterande yta bakom LCD -skärmen. Denna typ av LCD -skärm har ett högre kontrastförhållande eftersom ljuset passerar genom den flytande kristallen två gånger, så den skärs två gånger. Att inte använda en belysningsanordning minskar betydligt strömförbrukning, så batteridrivna enheter håller längre. Eftersom små reflekterande LCD -skivor konsumerar så lite kraft att en fotocell räcker för att driva dem, används de ofta i fickkalkylatorer.
Transflektiva LCD -skivor kan användas som antingen transmissiv eller reflekterande. När det finns gott om yttre ljus fungerar LCD -skivan som en reflekterande typ, och när det finns mindre externt ljus kan det fungera som en transmissiv typ.
Färgskärm
LCD -teknik ändrar också ljusstyrka baserat på spänningens storlek. Färgen som visas av varje LCD-underelement beror på färgskärmsprogrammet. Eftersom själva flytande kristallen inte har någon färg används färgfilter för att producera olika färger istället för underelement. Underelement kan bara justera gråskalan genom att kontrollera intensiteten i ljuset som passerar genom. Endast ett fåtal aktiva matrisdisplay använder analog signalkontroll och de flesta använder digital signalkontrollteknologi. De flesta digitalt kontrollerade LCD-skivor använder åtta-bitars styrenheter, som kan producera 256 nivåer av gråskala. Varje underelement kan visa 256 nivåer, så att du kan få 2563 färger, och varje element kan visa 16 777 216 färger. Eftersom det mänskliga ögat inte känner ljusstyrkan linjärt och det mänskliga ögat är mer känsligt för förändringar med låg ljusstyrka, kan denna 24- bitkromaticitet inte helt uppfylla de ideala kraven. Ingenjörer använder pulsspänningsreglering för att få färgförändringarna att se mer enhetliga ut.
I en färg-LCD är varje pixel uppdelad i tre enheter, eller underpixlar, och ytterligare filter är markerade röda, gröna respektive blå. De tre underpixlarna kan kontrolleras oberoende, vilket resulterar i tusentals eller till och med miljoner färger för motsvarande pixel. Gamla CRT: er använder samma metod för att visa färger. Beroende på behovet arrangeras färgkomponenterna enligt olika pixelgeometrier.
Aktiva och passiva matriser
En flytande kristallskärm som vanligtvis finns i elektroniska klockor och fickdatorer som består av ett litet antal segment, var och en med en enda elektrodkontakt. En extern dedikerad krets ger laddning till varje styrenhet, som kan vara besvärlig med fler displayenheter (såsom flytande kristallskärmar). Passiv matrisflytande kristallskärmar för små monokroma skärmar, såsom de på PDA eller äldre bärbara skärmar, använd supervridna nematiska (STN) eller dubbelskikts supervridna nematiska (DSTN) -teknologi (DSTN korrigerar färgavvikelsesproblemet med STN).
Varje rad eller kolumn på skärmen har en oberoende krets, och positionen för varje pixel anges också med en rad och kolumn. Denna typ av display kallas "passiv array" eftersom varje pixel också måste komma ihåg sitt eget tillstånd innan du uppdaterar. För närvarande har varje pixel ingen stabil laddningstillförsel. När antalet pixlar ökar kommer det relativa antalet rader och kolumner också att öka, och denna visningsmetod blir svårare att använda. LCD -skivor tillverkade med passiva matriser kännetecknas av mycket långsamma responstider och låg kontrast.
Nuvarande högupplösta färgskärmar, såsom datorskärmar eller tv-apparater, är aktiva matriser. Tunnfilm transistor flytande kristallskärmar läggs till polarisatorer och färgfilter. Varje pixel har sin egen transistor, vilket möjliggör en enda pixelkontroll. När en kolumnlinje är på, är alla radlinjer anslutna till en hel rad pixlar, och varje radlinje drivs med rätt spänning, kolonnlinjen är avstängd och den andra raden är påslagen. I en komplett bilduppdateringsoperation är alla kolumnlinjer på i en tidssekvens. Aktiva matrisdisplayer av samma storlek verkar ljusare och skarpare än passiva array -skärmar och har en kort responstid.
Kvalitetskontroll
Vissa LCD -paneler innehåller defekta transistorer som orsakar permanenta ljusa och mörka fläckar. Till skillnad från ICS kan LCD -paneler fortfarande visa normalt även om det finns dåliga pixlar. Detta kan också undvika att kassera LCD -paneler som är mycket större än IC -området på grund av några dåliga pixlar. Panelproducenter har olika standarder för att bestämma dåliga pixlar.
LCD -paneler är mer benägna att ha defekter än IC -kort på grund av deras större storlek. Till exempel har en {{0}} tum svga LCD 8 dåliga pixlar, medan en 6- tum skiva har bara 3 defekter. Emellertid är 3 defekter på en skiva som kan delas upp i 137 IC: er inte särskilt dåligt, men kassering av LCD -panelen betyder 0% utgång. På grund av hård konkurrens mellan tillverkare har kvalitetskontrollstandarder höjts. Om en LCD har fyra eller fler dåliga pixlar är det lättare att upptäcka, så att kunden kan begära en ersättning. Platsen för den dåliga pixeln i LCD -panelen är inte heller försumbar. Tillverkarna sänker ofta standarder eftersom de skadade pixlarna är i mitten av displayen. Vissa tillverkare ger en noll dålig pixelgaranti.
Energiförbrukning
Aktiv matris LCD -skivor använder mindre kraft än CRT. I själva verket har de blivit standarddisplayen för bärbara enheter, från PDA till bärbara datorer. Men LCD -teknik är fortfarande för ineffektiv: även om du gör skärmen vit, passerar mindre än 10% av ljuset som släpps ut från bakgrundsljuskällan genom skärmen; resten absorberas. Så nya plasma -skärmar använder nu mindre kraft än LCD -skivor i samma område.
PDA: er, såsom palm och compaqipaq, använder ofta reflekterande skärmar. Detta innebär att omgivande ljus kommer in i skärmen, passerar genom det polariserade flytande kristallskiktet, träffar det reflekterande skiktet och sedan reflekterar ut för att visa bilden. Det uppskattas att 84% av ljuset absorberas i denna process, så endast en sjättedel av ljuset används, som, även om det fortfarande finns utrymme för förbättring, räcker för att ge den kontrast som krävs för synlig video. Envägs reflektion och reflekterande skärmar gör det möjligt att använda LCD-skärmar med minimal energiförbrukning under olika belysningsförhållanden.
Nollkraftskärm
År 2000 utvecklades en nollkraftskärm som inte använder elektricitet när den är i standby-läge, men denna teknik är för närvarande inte tillgänglig för massproduktion. Nemoptic, ett franskt företag, utvecklade en annan tunnfilm LCD-teknik med nollkraft, som var massproducerad i Taiwan i juli 2003. Denna teknik är inriktad på mobila enheter med låg effekt som e-böcker och bärbara datorer. LCD-skivor med nollkraft konkurrerar också med elektroniskt papper.