LCD -Konstruktion
Jedes Pixel eines LCD besteht aus den folgenden Teilen: einer Schicht von Flüssigkristallmolekülen, die zwischen zwei transparenten Elektroden (Indiumzinnoxid) aufgehängt sind, und zwei Polarisierungsfilter mit Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander nach außen. Wenn zwischen den Elektroden keinen flüssigen Kristall vorhanden ist, ist die Polarisationsrichtung des durch einen der polarisierenden Filter verlaufenden Lichtrichtung vollständig senkrecht zum zweiten Polarisationsfilter, sodass er vollständig blockiert ist. Wenn jedoch die Polarisationsrichtung des durch einen Polarisationsfilter verläufen Lichtrichtung durch den flüssigen Kristall gedreht wird, kann sie den anderen Polarisationsfilter durchlaufen. Die Rotation der Polarisationsrichtung durch Flüssigkeitskristall kann durch ein elektrostatisches Feld gesteuert werden, wodurch die Steuerung der Lichtsteuerung erreicht wird.
Flüssigkristallmoleküle sind sehr anfällig für den Einfluss externer elektrischer Felder und erzeugen induzierte Ladungen. Wenn der transparenten Elektrode jedes Pixels oder des Subpixels eine geringe Ladungsmenge hinzugefügt wird, um ein elektrostatisches Feld zu erzeugen Original Rotationsanordnung der flüssigen Kristallmoleküle, wodurch die Rotationsamplitude des durchlaufenden Lichts verändert wird. Ändern Sie einen bestimmten Winkel, damit er den Polarisationsfilter durchlaufen kann.
Bevor die Ladung zur transparenten Elektrode hinzugefügt wird, wird die Anordnung der Flüssigkristallmoleküle durch die Anordnung der Elektrodenoberfläche bestimmt, und die chemische Oberfläche der Elektrode kann als Kristallsamen verwendet werden. In dem häufigsten Flüssigkeitskristall sind die oberen und unteren Elektroden des Flüssigkeitskristalls vertikal angeordnet. Die flüssigen Kristallmoleküle sind in einer Spirale angeordnet, und die Polarisationsrichtung des Lichts, das durch einen Polarisationsfilter verläuft, dreht sich nach dem Durchlaufen des Flüssigkeitschips, sodass es durch einen anderen Polarisator gelangen kann. In diesem Prozess wird ein kleiner Teil des Lichts vom Polarisator blockiert und sieht von außen grau aus. Nachdem die Ladung der transparenten Elektrode hinzugefügt wurde, werden die flüssigen Kristallmoleküle fast vollständig parallel entlang der Richtung des elektrischen Feldes angeordnet blockiert. Zu dieser Zeit sieht das Pixel schwarz aus. Durch Kontrolle der Spannung kann der Verzerrungsgrad der Anordnung von Flüssigkristallmolekülen kontrolliert werden, um unterschiedliche Graustätten zu erreichen.
Einige LCDs werden schwarz, wenn sie einem Wechselstrom ausgesetzt sind, was den spiralförmigen Effekt des flüssigen Kristalls zerstört. Wenn der Strom ausgeschaltet ist, wird das LCD heller oder transparent. Diese Art von LCD ist häufig auf Laptops und billigen LCDs zu finden. Eine andere Art von LCD, die üblicherweise bei hochauflösenden LCDs oder großen LCD-Fernsehern verwendet wird, ist, dass die LCD, wenn die Leistung ausgeschaltet ist, undurchsichtig ist.
Um Strom zu sparen, verwenden LCDs eine Multiplexing -Methode. Im Multiplexing -Modus sind die Elektroden an einem Ende in Gruppen angeschlossen, jede Gruppe von Elektroden ist an eine Stromversorgung angeschlossen, und die Elektroden am anderen Ende sind auch in Gruppen angeschlossen. Jede Gruppe ist mit dem anderen Ende der Stromversorgung verbunden liefern. Das Gruppierungsdesign stellt sicher, dass jedes Pixel durch ein unabhängiges Netzteil gesteuert wird. Das elektronische Gerät oder die Software, die das elektronische Gerät antreibt, steuert die Anzeige des Pixels, indem sie die Ein/Aus -Sequenz der Netzteil steuern.
Die Indikatoren für das Testen von LCDs umfassen die folgenden wichtigen Aspekte: Anzeigegröße, Reaktionszeit (Synchronisationsrate), Array -Typ (aktiv und passiv), Betrachtungswinkel, unterstützte Farben, Helligkeit und Kontrast, Auflösung und Bildschirm -Seitenverhältnis sowie Eingabebereich (solches als visuelle Schnittstelle und Video -Anzeigearray).
Kurze Geschichte
Im Jahr 1888 entdeckte der österreichische Chemiker Friedrich Reinistic Flüssigkristalle und ihre besonderen physikalischen Eigenschaften.
Das erste operative LCD basiert auf dem Dynamic Streuungsmodus (DSM), der von einem Team von George Hellmann bei RCA entwickelt wurde. Hellmann gründete Optech, der eine Reihe von LCDs basierend auf dieser Technologie entwickelte.
Im Dezember 1970 wurde der verdrehte nematische Feldeffekt von Flüssigkristallen in der Schweiz durch Sint und Helfrich in den zentralen Laboratorien Hoffmann-Le Roque patentiert. Im Jahr 1969 hatte James Ferguson jedoch den verdrehten nematischen Feldeffekt von Flüssigkristallen an der Kent State University in Ohio, USA, entdeckt und im Februar 1971 das gleiche Patent in den USA registriert. 1971 sein Unternehmen (Ilixco ) produzierte die erste LCD basierend auf dieser Eigenschaft, die bald den minderwertigen DSM -Typ LCD ersetzte. Erst 1985 wurde diese Entdeckung kommerziell lebensfähig. 1973 verwendete es Japans Sharp Corporation zum ersten Mal, um digitale Displays für elektronische Taschenrechner zu erstellen. In den 2010er Jahren sind LCDs zu den wichtigsten Display -Geräten für alle Computer geworden.
Anzeigeprinzip
Ohne Spannung bewegt sich das Licht entlang des Spaltes zwischen flüssigen Kristallmolekülen und wird um 90 Grad drehen, sodass Licht durchlaufen kann. Nachdem die Spannung zugesetzt wurde, bewegt sich das Licht direkt entlang des Spaltes zwischen flüssigen Kristallmolekülen, so dass das Licht durch den Filter blockiert wird.
Flüssigkristall ist ein Material mit Durchflusseigenschaften, sodass nur eine sehr kleine äußere Kraft benötigt wird, damit sich die flüssigen Kristallmoleküle bewegen. Wenn Sie als Beispiel den häufigsten nematischen Flüssigkeitskristall einnehmen, können flüssige Kristallmoleküle leicht durch die Wirkung des elektrischen Feldes werden. Da die optische Achse des Flüssigkeitskristalls ziemlich mit seiner molekularen Achse übereinstimmt, kann sie optische Wirkungen erzeugen. Wenn das auf den flüssige Kristall aufgetragene elektrische Feld entfernt und verschwindet, verwendet der flüssige Kristall seine eigene Elastizität und Viskosität, und die flüssigen Kristallmoleküle kehren schnell in den ursprünglichen Zustand zurück, bevor das elektrische Feld angewendet wird.
Übertragende und reflektierende Anzeigen
LCDs können entweder übertragbar oder reflektierend sein, je nachdem, wo die Lichtquelle platziert ist.
Transmissions LCDs werden von einer Lichtquelle hinter dem Bildschirm beleuchtet und von der anderen Seite (vorne) des Bildschirms von der Bildschirm angezeigt. Diese Art von LCD wird in Anwendungen verwendet, die eine hohe Helligkeit erfordern, z. B. Computermonitore, PDAs und Mobiltelefone. Die zum LCD verwendete Beleuchtung verbraucht häufig mehr Leistung als das LCD selbst.
Reflektierende LCDs, die häufig in elektronischen Uhren und Taschenrechnern zu finden sind, beleuchten den Bildschirm durch reflektierendes externes Licht von einer diffusen reflektierenden Oberfläche hinter dem LCD. Diese Art von LCD hat ein höheres Kontrastverhältnis, da das Licht zweimal durch den flüssigen Kristall verläuft und also zweimal geschnitten wird. Wenn Sie eine Beleuchtungsvorrichtung nicht verwenden, werden der Stromverbrauch erheblich reduziert, sodass batteriebetriebene Geräte länger dauern. Da kleine reflektierende LCDs so wenig Kraft verbrauchen, dass eine Photozelle ausreicht, um sie mit Strom zu versorgen, werden sie häufig in Taschenrechnern verwendet.
Transflexe LCDs können entweder als transfantiert oder reflektierend verwendet werden. Wenn es viel externes Licht gibt, arbeitet das LCD als reflektierender Typ und wenn es weniger externes Licht gibt, kann es als transmissionstyp funktionieren.
Farbanzeige
Die LCD -Technologie verändert auch die Helligkeit basierend auf der Größe der Spannung. Die von jeder LCD-Unterelement angezeigte Farbe hängt vom Farb-Screening-Programm ab. Da der flüssige Kristall selbst keine Farbe hat, werden Farbfilter verwendet, um verschiedene Farben anstelle von Unterelementen zu erzeugen. Die Unterelement kann nur die Graustufen einstellen, indem die durch das durchläufende Lichtintensität kontrolliert wird. Nur wenige aktive Matrixanzeigen verwenden eine analoge Signalsteuerung und die meisten verwenden die digitale Signalsteuerungstechnologie. Die meisten digital kontrollierten LCDs verwenden acht Bit-Controller, wodurch 256 Graustufenstufen erzeugt werden können. Jedes Unterelement kann 256 Level anzeigen, sodass Sie 2563 Farben erhalten können und jedes Element 16.777.216 Farben anzeigen kann. Da das menschliche Auge die Helligkeit nicht linear spürt und das menschliche Auge empfindlicher gegenüber Veränderungen mit geringer Helligkeit ist, kann diese 24- -Bitchromatie die idealen Anforderungen nicht vollständig erfüllen. Ingenieure verwenden die Impulsspannungsregelung, um die Farbänderungen gleichmäßiger aussehen zu lassen.
In einer Farb-LCD ist jedes Pixel in drei Einheiten oder Subpixel unterteilt, und zusätzliche Filter sind rot, grün und blau gekennzeichnet. Die drei Subpixel können unabhängig voneinander gesteuert werden, was zu Tausenden oder sogar Millionen Farben für das entsprechende Pixel führt. Alte CRTs verwenden dieselbe Methode, um Farben anzuzeigen. Je nach Bedarf sind die Farbkomponenten nach verschiedenen Pixelgeometrien angeordnet.
Aktive und passive Arrays
Eine flüssige Kristallanzeige, die üblicherweise in elektronischen Uhren und Taschencomputern zu finden ist, die aus einer kleinen Anzahl von Segmenten mit jeweils einen einzelnen Elektrodenkontakt besteht. Eine externe dedizierte Schaltung liefert für jede Steuereinheit, die mit mehr Anzeigeeinheiten (z. B. Flüssigkristallanzeigen) umständlich sein kann. Passive Array-Flüssigkristallanzeigen für kleine monochrom-Displays, wie z.
Jede Zeile oder Spalte auf der Anzeige hat eine unabhängige Schaltung, und die Position jedes Pixels wird ebenfalls durch eine Zeile und eine Spalte angegeben. Diese Art von Anzeige wird als "passives Array" bezeichnet, da jedes Pixel vor dem Aktualisieren auch an seinen eigenen Zustand erinnert wird. Zu diesem Zeitpunkt hat jedes Pixel keine stabile Ladungsversorgung. Mit zunehmender Anzahl der Pixel erhöht sich auch die relative Anzahl von Zeilen und Spalten, und diese Anzeigemethode wird schwieriger zu verwenden. LCDs mit passiven Arrays sind durch sehr langsame Reaktionszeiten und geringer Kontrast gekennzeichnet.
Aktuelle hochauflösende Farbanzeigen wie Computermonitore oder Fernseher sind aktive Arrays. Dünnfilm-Transistor-Flüssigkristallanzeigen werden Polarisatoren und Farbfiltern hinzugefügt. Jedes Pixel hat einen eigenen Transistor, der eine einzelne Pixelsteuerung ermöglicht. Wenn eine Säulenlinie eingeschaltet ist, werden alle Zeilenlinien mit einer ganzen Reihe von Pixeln verbunden, und jede Zeilenlinie wird mit der richtigen Spannung angetrieben, die Spaltenlinie wird ausgeschaltet und die andere Zeile wird eingeschaltet. In einer vollständigen Bildaktualisierungsoperation werden alle Spaltenzeilen in einer Zeitsequenz eingeschaltet. Aktive Array -Anzeigen derselben Größe erscheint heller und schärfer als passive Array -Displays und haben eine kurze Reaktionszeit.
Qualitätskontrolle
Einige LCD -Panels enthalten defekte Transistoren, die dauerhafte helle und dunkle Flecken verursachen. Im Gegensatz zu ICs können LCD -Panels auch dann normal angezeigt werden, auch wenn es schlechte Pixel gibt. Dies kann auch vermeiden, dass LCD -Panels aufgrund einiger schlechter Pixel viel größer als der IC -Bereich sind. Panelhersteller haben unterschiedliche Standards für die Bestimmung schlechter Pixel.
LCD -Panels haben aufgrund ihrer größeren Größe häufiger Defekte als IC -Boards. Zum Beispiel hat A {{0}} Inch Svga LCD 8 schlechte Pixel, während ein 6- -Inch -Wafer nur 3 Defekte hat. 3 Mängel an einem Wafer, die in 137 ICs unterteilt werden können, sind jedoch nicht sehr schlecht, aber das Verwerfen des LCD -Panels bedeutet 0% Ausgang. Aufgrund des heftigen Wettbewerbs bei den Herstellern wurden Qualitätskontrollstandards erhöht. Wenn ein LCD vier oder mehr schlechte Pixel hat, ist es einfacher zu erkennen, sodass der Kunde einen Ersatz anfordern kann. Die Lage des schlechten Pixels im LCD -Panel ist ebenfalls nicht vernachlässigbar. Hersteller senken häufig die Standards, da sich die beschädigten Pixel in der Mitte des Displays befinden. Einige Hersteller bieten eine Null -schlechte Pixel -Garantie.
Stromverbrauch
Aktive Matrix -LCDs verbrauchen weniger Leistung als CRTs. Tatsächlich sind sie zur Standardanzeige für tragbare Geräte geworden, von PDAs bis zu Laptops. Aber die LCD -Technologie ist immer noch zu ineffizient: Auch wenn Sie den Bildschirm weiß drehen, fließt weniger als 10% des Lichts, das von der Hintergrundlichtquelle ausgestrahlt wird, durch den Bildschirm. Der Rest wird absorbiert. Neue Plasma -Displays verbrauchen jetzt weniger Leistung als LCDs im gleichen Bereich.
PDAs wie Palm und Compaqipaq verwenden häufig reflektierende Anzeigen. Dies bedeutet, dass Umgebungslicht in das Display gelangt, durch die polarisierte Flüssigkeitskristallschicht fließt, die reflektierende Schicht trifft und dann wieder ausgeht, um das Bild anzuzeigen. Es wird geschätzt, dass 84% des Lichts in diesem Prozess absorbiert werden, so dass nur ein Sechstel des Lichts verwendet wird, was zwar immer noch Verbesserungsraum gibt, aber ausreicht, um den für sichtbaren Video erforderlichen Kontrast bereitzustellen. Einweg-Reflexions- und Reflexionsanzeigen ermöglichen es, LCD-Anzeigen mit minimalem Energieverbrauch unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen zu verwenden.
Null-Kraft-Anzeige
Im Jahr 2000 wurde ein Null-Kraft-Display entwickelt, das im Standby-Modus keinen Strom verbraucht. Diese Technologie ist jedoch derzeit nicht für die Massenproduktion verfügbar. Nemoptic, ein französisches Unternehmen, entwickelte eine weitere Dünnschicht-LCD-Technologie mit Zero-Power-LCD, die im Juli 2003 in Taiwan in Massenproduktion hergestellt wurde. Diese Technologie richtet sich an mobile Geräte mit geringer Leistung wie E-Books und tragbare Computer. LCDs mit Zero-Power-LCDs konkurrieren auch mit elektronischem Papier.
