LCD -constructie
Elke pixel van een LCD bestaat uit de volgende delen: een laag vloeibare kristalmoleculen gesuspendeerd tussen twee transparante elektroden (indiumtinoxide) en twee polariserende filters met polarisatierichtingen loodrecht op elkaar aan de buitenkant. Als er geen vloeibaar kristal is tussen de elektroden, zal de polarisatierichting van het licht dat door een van de polariserende filters stroomt, volledig loodrecht op het tweede polariserende filter staan, dus het is volledig geblokkeerd. Als de polarisatierichting van het licht dat door het ene polariserende filter gaat, wordt gedraaid door het vloeibare kristal, kan deze door het andere polariserende filter gaan. De rotatie van de polarisatierichting van het licht door vloeibaar kristal kan worden geregeld door een elektrostatisch veld, waardoor het licht van het licht wordt bereikt.
Vloeibare kristalmoleculen zijn zeer gevoelig voor de invloed van externe elektrische velden en genereren geïnduceerde ladingen. Wanneer een kleine hoeveelheid lading wordt toegevoegd aan de transparante elektrode van elke pixel of subpixel om een elektrostatisch veld te genereren, zullen de moleculen van het vloeibare kristal door dit elektrostatische veld worden geïnduceerd om geïnduceerde ladingen te induceren en het elektrostatisch koppel te genereren, wat het elektrostatische koppel genereert, Oorspronkelijke rotatieregeling van de vloeibare kristalmoleculen, waardoor de rotatieamplitude van het licht van het licht wordt veranderd. Verander een bepaalde hoek zodat deze door het polarisatiefilter kan gaan.
Voordat de lading wordt toegevoegd aan de transparante elektrode, wordt de opstelling van de vloeibare kristalmoleculen bepaald door de opstelling van het elektrodeoppervlak en kan het chemische oppervlak van de elektrode worden gebruikt als een kristalzaad. In het meest voorkomende TN -vloeibare kristal zijn de bovenste en onderste elektroden van het vloeibare kristal verticaal gerangschikt. De vloeibare kristalmoleculen zijn gerangschikt in een spiraal en de polarisatierichting van het licht dat door een polarisatiefilter gaat, roteert na het passeren door de vloeibare chip, zodat deze door een andere polarisator kan passeren. In dit proces wordt een klein deel van het licht geblokkeerd door de polarisator en ziet er van buitenaf grijs uit. Nadat de lading aan de transparante elektrode is toegevoegd, worden de vloeibare kristalmoleculen bijna volledig parallel in de richting van het elektrische veld gerangschikt, zodat de polarisatierichting van het licht dat door een polarisatiefilter gaat, niet draait, dus het licht is volledig geblokkeerd. Op dit moment ziet de pixel er zwart uit. Door de spanning te regelen, kan de mate van vervorming van de opstelling van vloeibare kristalmoleculen worden geregeld om verschillende grijstales te bereiken.
Sommige LCD's worden zwart wanneer ze worden blootgesteld aan een wisselstroom, wat het spiraalvormige effect van het vloeibare kristal vernietigt. Wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, wordt de LCD -ring helderder of transparant. Dit type LCD wordt vaak gevonden op laptops en goedkope LCD's. Een ander type LCD dat vaak wordt gebruikt op High-Definition LCD's of grote LCD-tv's is dat wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, de LCD is ondoorzichtig.
Om stroom op te slaan, gebruiken LCD's een multiplexmethode. In de multiplexmodus zijn de elektroden aan het ene uiteinde verbonden in groepen, elke groep elektroden is verbonden met een voeding en de elektroden aan het andere uiteinde zijn ook verbonden in groepen, elke groep is verbonden met het andere uiteinde van het vermogen levering. Het groepsontwerp zorgt ervoor dat elke pixel wordt bestuurd door een onafhankelijke voeding. Het elektronische apparaat of de software die het elektronische apparaat bestuurt, regelt de weergave van de pixel door de aan/uit -reeks van de voeding te regelen.
De indicatoren voor het testen van LCD's omvatten de volgende belangrijke aspecten: weergavegrootte, responstijd (synchronisatiesnelheid), arraytype (actief en passief), kijkhoek, ondersteunde kleuren, helderheid en contrast, resolutie en schermbeeldverhouding en inputinterface (dergelijke (dergelijke als visuele interface en video -display array).
Korte geschiedenis
In 1888 ontdekte de Oostenrijkse chemicus Friedrich Reinizer vloeibare kristallen en hun speciale fysische eigenschappen.
De eerste operationele LCD was gebaseerd op de Dynamic Scattering Mode (DSM), ontwikkeld door een team onder leiding van George Hellmann bij RCA. Hellmann richtte Optech op, die een reeks LCD's ontwikkelde op basis van deze technologie.
In december 1970 werd het gedraaide nematische veldeffect van vloeibare kristallen gepatenteerd in Zwitserland door Sint en Helfrich in de Central Laboratories Hoffmann-Le Roque. Het jaar ervoor had James Ferguson in 1969 echter het verwrongen nematische veldeffect van vloeibare kristallen aan de Kent State University in Ohio, VS ontdekt en in februari 1971 hetzelfde patent in de Verenigde Staten geregistreerd. In 1971, zijn bedrijf (ILIXCO (ILIXCO (ILIXCO (ILIXCO (ILIXCO (ILIXCO (ILIXCO (ILIXCO (ILIXCO (ILIXCO (ILIXCO ) produceerde de eerste LCD op basis van deze eigenschap, die al snel het inferieure DSM -type LCD verving. Het was pas in 1985 dat deze ontdekking commercieel levensvatbaar werd. In 1973 gebruikte het Japanse Sharp Corporation het voor het eerst om digitale displays te maken voor elektronische rekenmachines. In de jaren 2010 zijn LCD's de belangrijkste display -apparaten voor alle computers geworden.
Display Principle
Zonder spanning zal het licht langs de opening tussen vloeibare kristalmoleculen bewegen en 90 graden draaien, zodat licht erdoorheen kan gaan. Maar nadat de spanning is toegevoegd, beweegt licht recht langs de opening tussen vloeibare kristalmoleculen, zodat licht wordt geblokkeerd door het filter.
Vloeistofkristal is een materiaal met stroomkenmerken, dus alleen een zeer kleine externe kracht is nodig om de vloeibare kristalmoleculen te laten bewegen. Als je het meest voorkomende nematische vloeibare kristal als voorbeeld neemt, kunnen vloeibare kristalmoleculen gemakkelijk draaien door de werking van het elektrische veld. Omdat de optische as van vloeibaar kristal vrij consistent is met zijn moleculaire as, kan deze optische effecten produceren. Wanneer het elektrische veld op het vloeibare kristal wordt verwijderd en verdwijnt, zal het vloeibare kristal zijn eigen elasticiteit en viscositeit gebruiken, en de vloeibare kristalmoleculen zullen snel terugkeren naar de oorspronkelijke toestand voordat het elektrische veld wordt aangebracht.
Transmissive en reflecterende displays
LCD's kunnen transmissief of reflecterend zijn, afhankelijk van waar de lichtbron wordt geplaatst.
Transmissieve LCD's worden verlicht door een lichtbron achter het scherm en bekeken vanaf de andere kant (vooraan) van het scherm. Dit type LCD wordt gebruikt in toepassingen die een hoge helderheid vereisen, zoals computermonitors, PDA's en mobiele telefoons. De verlichting die wordt gebruikt om de LCD te verlichten, verbruikt vaak meer kracht dan de LCD zelf.
Reflecterende LCD's, vaak aangetroffen in elektronische klokken en rekenmachines, (soms) verlichten het scherm door extern licht terug te reflecteren van een diffuus reflecterend oppervlak achter de LCD. Dit type LCD heeft een hogere contrastverhouding omdat het licht tweemaal door het vloeibare kristal gaat, zodat het tweemaal wordt gesneden. Het niet gebruiken van een verlichtingsapparaat vermindert het stroomverbruik aanzienlijk, zodat apparaten op batterijen langer duren. Omdat kleine reflecterende LCD's zo weinig vermogen verbruiken dat een fotocel voldoende is om ze van stroom te voorzien, worden ze vaak gebruikt in zakcalculators.
Transflecterende LCD's kunnen worden gebruikt als transmissief of reflecterend. Wanneer er veel extern licht is, werkt het LCD als een reflecterend type en wanneer er minder extern licht is, kan het werken als een transmissief type.
Kleurdisplay
LCD -technologie verandert ook de helderheid op basis van de grootte van de spanning. De kleur die wordt weergegeven door elk LCD-subelement is afhankelijk van het kleurenscreeningsprogramma. Omdat het vloeibare kristal zelf geen kleur heeft, worden kleurfilters gebruikt om verschillende kleuren te produceren in plaats van subelementen. Subelement kan de grijswaarden alleen aanpassen door de intensiteit van het passeren van het licht te regelen. Slechts enkele actieve matrixweergaven gebruiken analoge signaalregeling en de meeste gebruiken de technologie voor digitale signaalbesturing. De meeste digitaal gecontroleerde LCD's gebruiken acht-bit controllers, die 256 grijswaarden kunnen produceren. Elk subelement kan 256 niveaus weergeven, zodat u 2563 kleuren kunt krijgen en elk element kan 16.777,216 kleuren tonen. Omdat het menselijk oog de helderheid niet lineair aanvoelt en het menselijk oog gevoeliger is voor lage helderheidsveranderingen, kan deze 24- bitchromaticiteit niet volledig aan de ideale vereisten voldoen. Ingenieurs gebruiken pulsspanningsregeling om de kleurveranderingen er uniformer uit te laten zien.
In een kleur LCD is elke pixel verdeeld in drie eenheden of subpixels en zijn extra filters respectievelijk rood, groen en blauw gemarkeerd. De drie subpixels kunnen onafhankelijk worden gecontroleerd, wat resulteert in duizenden of zelfs miljoenen kleuren voor de overeenkomstige pixel. Oude CRT's gebruiken dezelfde methode om kleuren weer te geven. Afhankelijk van de noodzaak zijn de kleurcomponenten gerangschikt volgens verschillende pixelgeometrieën.
Actieve en passieve arrays
Een vloeibaar kristalweergave die vaak wordt aangetroffen in elektronische horloges en pocketcomputers die bestaat uit een klein aantal segmenten, elk met een enkel elektrodecontact. Een extern toegewijd circuit biedt lading aan elke besturingseenheid, wat omslachtig kan zijn met meer display -eenheden (zoals vloeibare kristalschermen). Passieve array vloeibare kristal displays voor kleine monochrome displays, zoals die op PDA's of oudere laptopschermen, gebruik super twisted nematische (STN) of dubbellaags super twisted nematic (DSTN) -technologie (DSTN corrigeert het kleurafwijkingsprobleem van STN).
Elke rij of kolom op het display heeft een onafhankelijk circuit en de positie van elke pixel wordt ook gespecificeerd door een rij en kolom. Dit type display wordt "passieve array" genoemd omdat elke pixel ook zijn eigen status moet onthouden voordat hij wordt bijgewerkt. Op dit moment heeft elke pixel geen stabiele ladingsvoorraad. Naarmate het aantal pixels toeneemt, zal het relatieve aantal rijen en kolommen ook toenemen en wordt deze weergavemethode moeilijker te gebruiken. LCD's gemaakt met passieve arrays worden gekenmerkt door zeer trage responstijden en een laag contrast.
De huidige kleurschermen met hoge resolutie, zoals computermonitors of televisies, zijn actieve arrays. Dunne-film transistor vloeibare kristalschermen worden toegevoegd aan polarisatoren en kleurfilters. Elke pixel heeft zijn eigen transistor, waardoor enkele pixelregeling mogelijk is. Wanneer een kolomlijn wordt ingeschakeld, zijn alle rijlijnen verbonden met een hele rij pixels en elke rijlijn wordt aangedreven met de juiste spanning, de kolomlijn wordt uitgeschakeld en wordt de andere rij ingeschakeld. In een complete bewerking voor afbeeldingen update worden alle kolomlijnen ingeschakeld in een tijdsvolgorde. Actieve arraydisplays van dezelfde grootte lijken helderder en scherper dan passieve array -displays en hebben een korte responstijd.
Kwaliteitscontrole
Sommige LCD -panelen bevatten defecte transistoren die permanente heldere en donkere vlekken veroorzaken. In tegenstelling tot IC's kunnen LCD -panelen nog steeds normaal weergeven, zelfs als er slechte pixels zijn. Dit kan ook voorkomen dat LCD -panelen worden weggegooid die veel groter zijn dan het IC -gebied vanwege een paar slechte pixels. Paneelfabrikanten hebben verschillende normen voor het bepalen van slechte pixels.
LCD -panelen hebben meer kans op defecten dan IC -boards vanwege hun grotere maat. Bijvoorbeeld, een {{0}}} inch svga lcd heeft 8 slechte pixels, terwijl een 6- inch wafer slechts 3 defecten heeft. 3 defecten op een wafel die in 137 IC's kunnen worden verdeeld, is echter niet erg slecht, maar het weggooien van het LCD -paneel betekent 0% output. Vanwege felle concurrentie tussen fabrikanten zijn de normen voor kwaliteitscontrole verhoogd. Als een LCD vier of meer slechte pixels heeft, is het gemakkelijker te detecteren, zodat de klant een vervanging kan aanvragen. De locatie van de slechte pixel in het LCD -paneel is ook niet te verwaarlozen. Fabrikanten verlagen vaak de normen omdat de beschadigde pixels zich in het midden van het display bevinden. Sommige fabrikanten bieden een nul slechte pixelgarantie.
Stroomverbruik
Actieve matrix LCD's gebruiken minder vermogen dan CRT's. In feite zijn ze het standaardweergave geworden voor draagbare apparaten, van PDA's tot laptops. Maar LCD -technologie is nog steeds te inefficiënt: zelfs als u het scherm wit maakt, gaat minder dan 10% van het licht uit de achtergrondlichtbron door het scherm; De rest is geabsorbeerd. Dus nieuwe plasma -displays gebruiken nu minder vermogen dan LCD's van hetzelfde gebied.
PDA's, zoals Palm en Compaqipaq, gebruiken vaak reflecterende displays. Dit betekent dat omgevingslicht het display binnenkomt, door de gepolariseerde vloeibare kristallaag gaat, de reflecterende laag raakt en vervolgens terug reflecteert om het beeld weer te geven. Naar schatting wordt 84% van het licht in dit proces geabsorbeerd, dus wordt slechts een zesde van het licht gebruikt, wat, hoewel er nog ruimte is voor verbetering, voldoende is om het contrast te bieden dat nodig is voor zichtbare video. Eenrichtingsreflectie en reflecterende displays maken het mogelijk om LCD-displays te gebruiken met minimaal energieverbruik onder verschillende lichtomstandigheden.
Zero Power Display
In 2000 werd een nul-power display ontwikkeld dat geen elektriciteit gebruikt in de standby-modus, maar deze technologie is momenteel niet beschikbaar voor massaproductie. Nemoptic, een Frans bedrijf, ontwikkelde nog een dunne-film-LCD-technologie met nulkracht, die in juli 2003 in Taiwan in massa was geproduceerd. Deze technologie is gericht op mobiele apparaten met lage kracht zoals e-boeken en draagbare computers. Zero-Power LCD's concurreren ook met elektronisch papier.