Konstrukce LCD
Každý pixel LCD se skládá z následujících částí: vrstva molekul tekutých krystalů suspendovaných mezi dvěma průhlednými elektrodami (oxid indium cínu) a dvou polarizačních filtrů s polarizačními směry kolmými na sobě navzájem. Pokud mezi elektrodami neexistuje žádný kapalný krystal, směr polarizace světla procházejícího jedním z polarizačních filtrů bude zcela kolmý k druhému polarizačnímu filtru, takže je zcela blokován. Pokud se však polarizační směr světla procházející jedním polarizačním filtrem otáčí kapalným krystalem, může projít druhým polarizačním filtrem. Rotace směru polarizace světla pomocí tekutého krystalu může být řízena elektrostatickým polem, čímž se dosáhne kontroly světla.
Molekuly tekutých krystalů jsou velmi citlivé na vliv vnějších elektrických polí a vytvářejí indukované náboje. Když je do průhledné elektrody každého pixelu nebo sub-pixelu přidáno malé množství náboje, budou toto elektrostatické pole vyvolány molekuly kapalného krystalu pro vyvolání indukovaných nábojů a generování elektrostatického točivého momentu, což změní molekuly tekutého krystalu, což mění Původní rotační uspořádání molekul tekutých krystalů, čímž se mění amplituda rotace světla procházející. Změňte určitý úhel tak, aby mohl projít polarizačním filtrem.
Před přidáním náboje do transparentní elektrody je uspořádání molekul kapalného krystalu určeno uspořádáním povrchu elektrody a chemický povrch elektrody lze použít jako krystalové semeno. V nejběžnějším TN tekutém krystalu jsou horní a dolní elektrody kapalného krystalu uspořádány svisle. Molekuly kapalného krystalu jsou uspořádány ve spirále a polarizační směr světla procházejícího polarizačním filtrem se otáčí po průchodu kapalným čipem, aby mohl projít jiným polarizátorem. V tomto procesu je polarizátor blokována malá část světla a zvenčí vypadá šedě. Po přidání náboje do transparentní elektrody budou molekuly kapalného krystalu uspořádány téměř úplně paralelně podél směru elektrického pole, takže směr polarizace světla procházejícího polarizačním filtrem se netočí, takže světlo je zcela blokované. V této době vypadá pixel černě. Řízením napětí lze kontrolovat stupeň zkreslení uspořádání molekul tekutých krystalů, aby se dosáhlo různých šedi.
Některé LCD zčernají, když jsou vystaveny střídavému proudu, který ničí spirálový účinek tekutého krystalu. Když je proud vypnutý, LCD se stane jasnějším nebo průhledným. Tento typ LCD se běžně vyskytuje na notebookech a levných LCD. Dalším typem LCD, které se běžně používají na LCD s vysokým rozlišením nebo na velkých LCD TVS, je to, že když je napájení vypnuto, LCD je neprůhledná.
Aby se ušetřilo napájení, LCD používají metodu multiplexování. V režimu multiplexování jsou elektrody na jednom konci připojeny ve skupinách, každá skupina elektrod je připojena k napájecímu zdroji a elektrody na druhém konci jsou také připojeny ve skupinách, každá skupina je spojena s druhým koncem výkonu zásobování. Návrh seskupení zajišťuje, že každý pixel je ovládán nezávislým napájecím zdrojem. Elektronické zařízení nebo software řídí elektronické zařízení ovládá zobrazení pixelu ovládáním sekvence napájení/vypnutí napájení.
Indikátory pro testování LCD zahrnují následující důležité aspekty: velikost displeje, doba odezvy (rychlost synchronizace), typ pole (aktivní a pasivní), úhel pohledu, podporované barvy, jas a kontrast, rozlišení a poměr stran obrazovky a vstupní rozhraní (takové jako vizuální rozhraní a pole displeje videa).
Krátká historie
V roce 1888 objevil rakouský chemik Friedrich Reinizer tekuté krystaly a jejich zvláštní fyzikální vlastnosti.
První operační LCD byl založen na režimu dynamického rozptylu (DSM), vyvinutý týmem vedeným Georgem Hellmannem v RCA. Hellmann založil OpTech, který vyvinul řadu LCD na základě této technologie.
V prosinci 1970 byl zkroucený nematický účinek tekutých krystalů patentován ve Švýcarsku Sintem a Helfrichem v Central Laboratories Hoffmann-le Roque. Rok před rokem, v roce 1969, však James Ferguson objevil zkroucený nematický polní účinek tekutých krystalů na Kent State University v Ohiu v USA a zaregistroval stejný patent ve Spojených státech v únoru 1971. V roce 1971 v roce 1971 (Ilixco (Ilixco (Ilixco (Ilixco (Ilixco (Ilixco ) vytvořil první LCD na základě této vlastnosti, která brzy nahradila LCD typu DSM typu DSM. Teprve v roce 1985 se tento objev stal komerčně životaschopným. V roce 1973 ji japonská Sharp Corporation poprvé použila k vytváření digitálních displejů pro elektronické kalkulačky. V roce 2010 se LCD staly hlavními zobrazovacími zařízeními pro všechny počítače.
Princip zobrazení
Bez napětí se světlo pohybuje podél mezery mezi molekulami tekutých krystalů a otočením o 90 stupňů, takže světlo může projít. Po přidání napětí se však světlo pohybuje rovně podél mezery mezi molekulami tekutých krystalů, takže filtr je blokováno světlo.
Kapalný krystal je materiál s charakteristikami průtoku, takže k tomu, aby se molekuly tekutých krystalů pohybovaly, je zapotřebí pouze velmi malá vnější síla. Jako příklad, který vezme nejběžnější nematický tekutý krystal, se mohou molekuly tekutých krystalů snadno otočit působením elektrického pole. Protože optická osa kapalného krystalu je zcela v souladu s jeho molekulární osou, může produkovat optické účinky. Když je elektrické pole aplikované na kapalný krystal odstraněno a zmizí, kapalný krystal použije svou vlastní elasticitu a viskozitu a tekuté krystalové molekuly se rychle vrátí do původního stavu před použitím elektrického pole.
Přenosné a reflexní displeje
LCD mohou být buď přenosné nebo reflexní, v závislosti na tom, kde je umístěn zdroj světla.
Přenosné LCD jsou osvětleny světelným zdrojem za obrazovkou a z druhé strany (vpředu) obrazovky. Tento typ LCD se používá v aplikacích, které vyžadují vysoký jas, jako jsou počítačové monitory, PDA a mobilní telefony. Osvětlení použité k osvětlení LCD často spotřebovává více energie než samotné LCD.
Reflexní LCD, běžně se vyskytující v elektronických hodinách a kalkulačkách, (někdy) osvětlují obrazovku tím, že odrážejí vnější světlo zpět z difúzního reflexního povrchu za LCD. Tento typ LCD má vyšší poměr kontrastu, protože světlo prochází kapalným krystalem dvakrát, takže se dvakrát řezá. Nepoužívání osvětlovacího zařízení významně snižuje spotřebu energie, takže zařízení poháněná baterií vydrží déle. Protože malé reflexní LCD konzumují tak malou sílu, že fotobuňka stačí k jejich napájení, často se používají v kapesných kalkulačkách.
Transflexní LCD lze použít jako transmisivní nebo reflexní. Pokud existuje spousta externího světla, LCD funguje jako odrazný typ a pokud je méně vnějšího světla, může fungovat jako typ přechodu.
Barevný displej
Technologie LCD také mění jas na základě velikosti napětí. Barva zobrazená každým dílčím prdelem LCD závisí na programu screeningu barev. Protože samotný tekutý krystal nemá žádnou barvu, barevné filtry se používají k produkci různých barev místo dílčích prvků. Sub-element může upravit stupně šedi pouze kontrolou intenzity procházejícího světla. Pouze několik aktivních maticových displejů používá ovládání analogového signálu a většina používá technologii ovládání digitálního signálu. Většina digitálně ovládaných LCD používá osmibitové řadiče, které mohou produkovat 256 úrovní stupňů šedi. Každý dílčí prvek může zobrazit 256 úrovní, takže můžete získat 2563 barev a každý prvek může zobrazit 16 777 216 barev. Protože lidské oko necítí lineárně jas a lidské oko je citlivější na nízké změny jasu, tento 24- bit chromatičnost nemůže plně splňovat ideální požadavky. Inženýři používají regulaci pulzního napětí k tomu, aby změny barev vypadaly jednotnější.
V barvě LCD je každý pixel rozdělen do tří jednotek nebo dílčích pixelů a další filtry jsou označeny červenou, zelenou a modrou. Tři dílčí pixely lze ovládat nezávisle, což má za následek tisíce nebo dokonce miliony barev pro odpovídající pixel. Staré CRT používají stejnou metodu k zobrazení barev. V závislosti na potřebě jsou barevné komponenty uspořádány podle různých geometrií pixelů.
Aktivní a pasivní pole
Displej s kapalným krystalem běžně se vyskytuje v elektronických hodinek a kapesních počítačích, které se skládají z malého počtu segmentů, z nichž každá má kontakt s jednou elektrodou. Externí vyhrazený obvod poskytuje nabíjení každé řídicí jednotce, která může být těžkopádná s více zobrazovacími jednotkami (jako jsou kapalné krystalové displeje). Pasivní pole tekutých krystalů pro malé monochromatické displeje, jako jsou displeje na PDA nebo starší obrazovky notebooků, používají super zkroucenou nematickou (STN) nebo dvouvrstvou super zkroucenou nematickou (DSTN) technologii (DSTN koriguje problém s barevnou odchylkou STN).
Každý řádek nebo sloupec na displeji má nezávislý obvod a poloha každého pixelu je také zadána řádkem a sloupcem. Tento typ displeje se nazývá „pasivní pole“, protože každý pixel si musí před aktualizací pamatovat svůj vlastní stav. V této době nemá každý pixel stabilní nabíjení. Jak se počet pixelů zvyšuje, relativní počet řádků a sloupců se také zvýší a tato metoda displeje je obtížnější použít. LCD vyrobené z pasivních polí jsou charakterizovány velmi pomalými dobami odezvy a nízkým kontrastem.
Aktuální barevné displeje s vysokým rozlišením, jako jsou počítačové monitory nebo televizory, jsou aktivní pole. Klarizátory a barevné filtry se přidávají tenkovrstvé tranzistorové krystaly tekutiny. Každý pixel má svůj vlastní tranzistor, což umožňuje ovládání jednoho pixelu. Když je zapnuta linka sloupce, všechny řádky řádků jsou připojeny k celé řadě pixelů a každá řada řádku je poháněna správným napětím, je vypnuta sloupcová linka a druhý řádek je zapnut. V úplné operaci aktualizace obrázku jsou všechny řádky sloupců zapnuty v časové sekvenci. Aktivní displeje ve stejné velikosti se budou zdát jasnější a ostřejší než displeje pasivního pole a budou mít krátkou dobu odezvy.
Kontrola kvality
Některé panely LCD obsahují vadné tranzistory, které způsobují trvalé jasné a tmavé skvrny. Na rozdíl od ICS se panely LCD mohou stále zobrazovat normálně, i když existují špatné pixely. To se také může vyhnout vyřazení panelů LCD, které jsou mnohem větší než oblast IC kvůli několika špatným pixelům. Výrobci panelů mají různé standardy pro určování špatných pixelů.
Panely LCD mají větší pravděpodobnost defektů než desky IC kvůli jejich větší velikosti. Například a {{0}} palce svga lcd má 8 špatných pixelů, zatímco 6- palce má pouze 3 vady. 3 vady na oplatku, které lze rozdělit do 137 ICS, však nejsou příliš špatné, ale vyřazení panelu LCD znamená výstup 0%. Vzhledem k tvrdé konkurenci mezi výrobci byly zvýšeny standardy kontroly kvality. Pokud má LCD čtyři nebo více špatných pixelů, je snazší jej detekovat, takže zákazník může požádat o náhradu. Umístění špatného pixelu na panelu LCD také není zanedbatelné. Výrobci často snižují standardy, protože poškozené pixely jsou ve středu displeje. Někteří výrobci poskytují záruku nulové špatné pixely.
Spotřeba energie
Aktivní matice LCD používají menší výkon než CRT. Ve skutečnosti se stali standardním displejem pro přenosná zařízení, od PDA po notebooky. Technologie LCD je však stále příliš neefektivní: i když změníte obrazovku bílou, přes obrazovku prochází méně než 10% světla emitovaného ze zdroje světla; Zbytek je absorbován. Nové plazmové displeje tedy nyní používají menší výkon než LCD ve stejné oblasti.
PDA, jako jsou Palm a Compaqipaq, často používají reflexní displeje. To znamená, že okolní světlo vstupuje do displeje, prochází polarizovanou vrstvou krystalické vrstvy tekuté, zasáhne reflexní vrstvu a poté odráží zpět, aby zobrazoval obrázek. Odhaduje se, že v tomto procesu je absorbováno 84% světla, takže se používá pouze šestina světla, která, i když stále existuje prostor pro zlepšení, stačí k zajištění kontrastu potřebného pro viditelné video. Jednosměrné reflexe a reflexní displeje umožňují používat LCD displeje s minimální spotřebou energie za různých podmínek osvětlení.
Displej nulového výkonu
V roce 2000 byl vyvinut displej s nulovým výkonem, který v pohotovostním režimu nevyužívá elektřinu, ale tato technologie není v současné době k dispozici pro hromadnou výrobu. Nemoptic, francouzská společnost, vyvinula další technologii LCD s tenkou filmem s nulovým výkonem, která byla na Tchaj-wanu v červenci 2003 hromadně vyráběna. Tato technologie je zaměřena na mobilní zařízení s nízkým výkonem, jako jsou elektronické knihy a přenosné počítače. LCD s nulovým výkonem také soutěží s elektronickým papírem.
