Zaslon s tekućim kristalima: definicija, svrha i načelo rada

Zaslon s tekućim kristalima je vrsta električne generirane slike na tankom ravnom panelu. Prvi LCD zasloni objavljeni 1970-ih bili su sitni ekrani koji se uglavnom koriste u kalkulatorima i digitalnim satovima, odražavajući crne figure na bijeloj pozadini. LCD zasloni mogu se naći svugdje u kućnoj elektroniki, mobilnim telefonima, fotoaparatima i računalnim monitorima, kao iu satima i televizorima. Danas su najnapredniji LCD televizori s ravnim zaslonom u velikoj mjeri zamijenili tradicionalne glomazne elektronske cijevi na televizorima i mogu stvoriti slike u boji visoke razlučivosti do 108 inča dijagonalno preko zaslona.

Povijest tekućih kristala

Tekuće kristale otkrio je slučajno 1888. botaničar Austrije F. Reinitzer. Otkrio je da kolesteril benzoat ima dvije točke taljenja, pretvarajući se u mutnu tekućinu na 145 ° C, a na temperaturi iznad 1785 ° C, tekućina postaje prozirna. Da bi pronašao objašnjenje za ovaj fenomen, predao je svoje fizičke uzorke Ottu Lehmannu. Koristeći mikroskop opremljen korak-po-korak grijanjem, Lehman je pokazao da tvar ima optička svojstva, koja su karakteristična za neke kristale, ali još uvijek tekućinu, pa se stoga pojavio izraz "tekući kristal".


Tijekom 1920-ih i 1930-ih istraživači su proučavali utjecaj elektromagnetskih polja na tekuće kristale. Godine 1929. ruski fizičar Vsevolod Fredericks pokazao je da su njihove molekuleTanki film, stegnut između dvije ploče, promijenio je svoje poravnanje kada se primijenio na magnetsko polje. To je bio prethodnik modernog zaslona s tekućim kristalima s naponom. Tempo tehnološkog razvoja od ranih devedesetih godina bio je brz i nastavlja rasti. Tehnologija evolucije LCD zaslona prešla je iz crne i bijele u jednostavne sate i kalkulatore do raznobojnih za mobilne telefone, računalne monitore i televizore. Globalno tržište LCD zaslona sada se približava 100 milijardi dolara. godine, povećavajući se sa 60 milijardi dolara. 2005. i 24 milijarde dolara 2003. godine. Proizvodnja LCD-a globalno koncentrirana na Dalekom istoku raste u Srednjoj i Istočnoj Europi. Američke tvrtke su vodeće u tehnologiji proizvodnje. Njihovi zasloni sada zauzimaju dominantan položaj na tržištu, a to se vjerojatno neće promijeniti u bliskoj budućnosti.


Fizika procesa kristalizacije

Većina tekućih kristala, primjerice kolesteril benzoat, sastoji se od molekula s dugim štapičastim strukturama. Ova posebna struktura molekula tekućih kristala između dva polarizacijska filtra može biti poremećena korištenjem napona na elektrodama, element indikatora tekućeg kristala postaje neproziran i ostaje taman. Prema tome, različiti elementi prikaza mogu se prebaciti na svjetle ili tamne boje, time prikazujući brojeve ili simbole.
Ova kombinacija sila gravitacije koja postoji između svih molekula povezanih s štapičastom strukturom uzrokuje stvaranje faze tekućeg kristala. međutimta interakcija nije dovoljno jaka da trajno zadrži molekule na mjestu. Otada je otkriveno mnogo različitih vrsta struktura tekućih kristala. Neki od njih su raspoređeni u slojevima, drugi su u obliku diska ili formiraju stupce.

Proizvodna tehnologija za LCD zaslone

Princip prikaza tekućih kristala temelji se na svojstvima elektrosenzitivnih materijala, koji se nazivaju tekući kristali, koji teku poput tekućina, ali imaju kristalnu strukturu. U kristalnim krutinama, atomi čestica ili molekule su u geometrijskim nizovima, dok se u tekućem stanju mogu slobodno kretati slučajnim redoslijedom. Uređaj zaslona s tekućim kristalima sastoji se od molekula, često u obliku štapa, koje su raspoređene u jednom smjeru, ali se još uvijek mogu pomicati. Molekule tekućeg kristala reagiraju na električni napon, koji mijenja njihovu orijentaciju i mijenja optičke karakteristike materijala. To se svojstvo koristi na LCD zaslonima. U prosjeku, takva se ploča sastoji od tisuća elemenata slike ("piksela") koji se napajaju pojedinačno. Oni su tanji, lakši i imaju niži napon od ostalih tehnologija prikaza i idealni su za uređaje na baterije.

Pasivna matrica

Postoje dvije vrste prikaza: pasivna i aktivna matrica. Pasivnom se upravlja samo s dvije elektrode. To su transparentne ITO trake koje se međusobno vraćaju. To stvara unakrsnu matricu,Upravljanje svakom LC-stanicom pojedinačno. Adresiranje se vrši logikom i upravljačkim programima odvojeno od digitalnog tekućeg kristala. Budući da u ovoj vrsti kontrole nema punjenja u LC stanici, molekule tekućih kristala postupno se vraćaju u svoje izvorno stanje. Stoga se svaka stanica mora pratiti u redovitim intervalima.
Pasivno ima relativno dugo vrijeme odziva i nije prikladno za televizijske programe. Poželjno je da se na staklenu podlogu ne instaliraju upravljački programi ili sklopne komponente, kao što su tranzistori. Ne pojavljuje se gubitak svjetline zbog zasjenjenja tih elemenata, pa je upravljanje zaslonima s tekućim kristalima vrlo jednostavno. Pasivni su u širokoj upotrebi s segmentiranim znamenkama i simbolima za mala očitanja u uređajima kao što su kalkulatori, pisači i daljinski upravljači, od kojih su mnogi jednobojni ili imaju samo nekoliko boja. U prvim su se prijenosnim računalima koristili pasivni jednobojni i grafički prikazi u boji i još uvijek se koriste kao alternativa aktivnoj matrici.

Aktivni TFT zasloni

U zaslonima s aktivnom matricom, svaki od njih koristi jedan tranzistor za kontrolu i, kao punjenje, kondenzator. U tehnologiji IPS-a (In Plane Switching), princip rada zaslona s tekućim kristalima koristi konstrukciju u kojoj se elektrode ne oblikuju i nalaze se jedna uz drugu u jednoj ravnini na staklenoj podlozi. Električno polje prodire u molekulu RK vodoravno.

Oni su usklađeniparalelno s površinom zaslona, ​​što uvelike povećava kut gledanja. Nedostatak IPS je da su za svaku ćeliju potrebna dva tranzistora. Time se smanjuje prozirno područje i potrebno je više osvjetljenja. VA (vertikalno poravnanje) i MVA (višedimenzionalno vertikalno poravnanje) koriste napredne tekuće kristale koji se vertikalno poravnavaju bez električnog polja, tj. Okomito na površinu zaslona. Polarizirano svjetlo može proći, ali je blokiran prednjim polarizatorom. Tako je stanica bez aktivacije crna. Budući da su sve molekule, čak i one koje se nalaze na rubovima podloge, ravnomjerno vertikalno poravnate, zbog čega je crna vrijednost vrlo velika u svim kutovima. Za razliku od pasivnih matričnih zaslona s tekućim kristalima, zasloni s aktivnom matricom imaju tranzistor u svakom crvenom, zelenom i plavom subpikselu koji ih drži u željenom intenzitetu dok se ova linija ne uputi u sljedećem okviru.

Vremensko određivanje vremena

Vrijeme odziva zaslona uvijek je predstavljalo veliki problem. Zbog relativno visoke viskoznosti tekućeg kristala, LCD ćelije se sporo mijenjaju. Zbog brzih pokreta na slici, to rezultira stvaranjem pruga. Tekući kristali niske viskoznosti i modificirana kontrola tekućih kristala (overdrive) obično rješavaju ove probleme.
Vrijeme odziva suvremenih LCD zaslona sada je oko 8 ms (vrijeme brzog odziva je 1 ms) mijenja svjetlinu područja slike od 10% do 90%, gdje je 0% i 100% svjetlina stacionarnog stanja, ISO 13406-2 - to je iznosvrijeme prebacivanja iz svijetlog u tamno (ili obrnuto) i natrag. Međutim, zbog procesa asimptotskog prebacivanja, potrebna su vremena prebacivanja, glavne komponente pokazatelja, a rotacija polarizacije svjetla koju stvara tekući kristal temelj je rada LCD zaslona. U osnovi postoje dvije vrste LCD-a: Transmissive and Reflective:
  • Transmisivni.
  • Prijenos.
  • Rad LCD zaslona prijenosnika. Na lijevoj strani, pozadinsko osvjetljenje zaslona s tekućim kristalima emitira nepolarizirano svjetlo. Kada prođe kroz stražnji polarizator (vertikalni polarizator), svjetlo će postati vertikalno polarizirano. Tada ovaj svijet ulazi u tekući kristal i rotira polarizaciju ako je uključen. Stoga, kada okomito polarizirano svjetlo prolazi kroz segment tekućeg kristala, on postaje horizontalno polariziran. Dalje - prednji polarizator blokira horizontalno polarizirano svjetlo. Stoga će ovaj segment za promatrača izgledati nejasan. Ako je segment tekućeg kristala isključen, on neće promijeniti polarizaciju svjetla, pa će ostati vertikalno polariziran. Prema tome, prednji polarizator prenosi ovaj svijet. Ovi zasloni, koji se obično nazivaju LCD s pozadinskim osvjetljenjem, kao izvor koristite ambijentalno svjetlo:
  • Sat.
  • Reflektirajući LCD zaslon.
  • Kalkulatori obično koriste ovu vrstu prikaza.

    Pozitivni i negativni segmenti

    Pozitivnu sliku stvaraju tamni pikseli ili segmenti na bijeloj pozadini. Imaju polarizatoreokomito jedna na drugu. To znači da ako je prednji polarizator vertikalan, onda će stražnji dio biti horizontalni polarizator. Na taj način isključite i pozadina će preskočiti svjetlo i blokirati ON. Ovi se prikazi obično koriste u uređajima koji imaju vanjski svijet. Također je sposoban za stvaranje poluvodiča i zaslona s tekućim kristalima s različitim bojama pozadine. Negativnu sliku stvaraju svijetli pikseli ili segmenti na tamnoj pozadini. U njima se spajaju prednji i stražnji polarizatori. To znači da ako je prednji polarizator okomit, stražnja strana će također biti okomita i obrnuto. Dakle, segmenti OFF i pozadina blokiraju svjetlo, a ON segmenti prolaze svjetlo, stvarajući svjetlosni prikaz na tamnoj pozadini. Osvijetljeni LCD zasloni obično koriste ovaj tip, koji se koristi tamo gdje je okolni svijet slab. Također je u mogućnosti stvoriti različite boje pozadine.

    RAM RAM

    DD je memorija koja pohranjuje znakove koji se prikazuju na zaslonu. Za prikaz 2 retka od 16 znakova, adrese se definiraju na sljedeći način:

    linija



    vidljivo



    nevidljivo

    )

    Top



    00H 0FH



    10H 27H



    66)


    40H - 4FH



    50H 67H

    Omogućuje vam stvaranje najviše 8 znakova ili 5x7 znakova. Kako se novi znakovi učitavaju u memoriju, njima se može pristupiti kao da su obični znakovi pohranjeni u ROM-u. CG RAM koristi riječi širine 8 bita,ali na LCD-u se pojavljuje samo 5 najmanjih bitova. Dakle, D4 ​​predstavlja lijevu točku, a D0 je pol na desno. Na primjer, preuzimanje bajtova OGP CG na 1Fh poziva sve točke ove linije.

    Upravljanje bitmapom

    Dostupna su dva načina prikaza: 4-bitni i 8-bitni. U 8-bitnom načinu, podaci se šalju na zaslonski pin D0 do D7. RS string je postavljen na 0 ili 1, ovisno o tome želite li prenijeti naredbu ili podatke. Linija R /W također mora biti postavljena na 0 kako bi označila zaslon koji želite snimiti. Ostaje slanje impulsa najmanje 450 ns na ulaz E kako bi se naznačilo da su valjani podaci prisutni na pinovima D0 do D7. Zaslon će očitati podatke o padajućem rubu ovog ulaza. Ako želite pročitati, postupak je identičan, ali ovaj put R /W linija ima vrijednost 1 za pozivanje čitanja. Podaci će vrijediti na linijama D0-D7 na visokoj liniji. 4-bitni način rada. U nekim slučajevima može biti potrebno smanjiti broj žica koje se koriste za upravljanje zaslonom, na primjer, kada mikrokontroler ima vrlo malo I /O kontakata. U tom slučaju, možete koristiti četveroponski LCD zaslon. U ovom načinu rada, za prijenos i čitanje podataka koriste se samo 4 najznačajnija bita (od D4 do D7) zaslona. 4 značajna bitova (od D0 do D3) zatim se spajaju na tlo. Tada se podaci pišu ili čitaju uzastopnim slanjem četiriju najznačajnijih bitova, a zatim četiriju značajnijih bitnih bitova. Mora biti pozitivan zamah od najmanje 450 nsšalju se duž linije E kako bi provjerili svaki polubajt. U oba načina rada, nakon svake akcije na zaslonu, možete provjeriti može li obraditi sljedeće informacije. Da biste to učinili, morate pozvati čitanje u naredbenom modu i provjeriti zastavu zauzetog BF-a. Kada je BF = 0 zaslon je spreman prihvatiti novu naredbu ili podatke.

    Digitalni naponski uređaji

    Digitalni LCD zasloni za testere sastoje se od dvije tanke staklene ploče, na čije su površine okrenute tanke vodljive trake. Kada je staklo vidljivo desno ili gotovo pod pravim kutom, ti tragovi nisu vidljivi. Međutim, pod određenim kutovima gledanja, postaju vidljivi. Glavni električni krug.
    Ovdje opisani ispitivač sastoji se od pravokutnog generatora, koji generira apsolutno simetrični izmjenični napon bez bilo kakve DC komponente. Većina logičkih generatora nije sposobna generirati pravokutni signal, oni stvaraju pravokutne valne oblike, čiji radni ciklus varira za oko 50%. 4047 koji se koristi u testerima, ima binarni skalar na izlazu, što jamči simetriju. Frekvencija oscilatora je oko 1 kHz. Može jesti iz izvora 3-9. Obično će to biti baterija, ali naizmjenično napajanje ima svoje prednosti. Pokazuje na kojem naponu indikator napona tekućih kristala radi zadovoljavajuće, a također postoji i jasna veza između razine napona i kuta pod kojim je zaslon jasno vidljiv. Ispitivač troši struju koja ne prelazi 1 mA. Ispitni napon mora uvijek biti povezan između zajedničkog terminala,to jest, stražnje ravnine i jedan od segmenata. Ako nije poznato koji je od terminala stražnja ravnina, jedna sonda ispitivača na segment je spojena, a druga na sve ostale terminale dok segment ne postane vidljiv.
  • Povezane publikacije