Co to jest wyświetlacz LCD: budowa i działanie

Co to jest wyświetlacz LCD: budowa i działanie

Obecnie wyglądamy na ciekły kryształ wyświetlacze (Wyświetlacze LCD) nie pojawiły się jednak wszędzie. Od opracowania ciekłokrystalicznego do wielu zastosowań LCD zajęło bardzo dużo czasu. W 1888 roku Friedrich Reinitzer (austriacki botanik) wynalazł pierwsze ciekłe kryształy. Kiedy rozpuścił materiał, taki jak benzoesan cholesterylu, zauważył, że początkowo zamienia się on w mętny płyn i oczyszcza się wraz ze wzrostem temperatury. Po ochłodzeniu płyn stał się niebieski, zanim ostatecznie skrystalizował. Tak więc pierwszy eksperymentalny wyświetlacz ciekłokrystaliczny został opracowany przez RCA Corporation w roku 1968. Następnie producenci LCD stopniowo projektowali genialne różnice i udoskonalenia technologii, wprowadzając ten wyświetlacz do niesamowitego zakresu. W końcu, rozwój LCD został zwiększony.



Co to jest LCD (wyświetlacz ciekłokrystaliczny)?

Wyświetlacz ciekłokrystaliczny lub LCD czerpie swoją definicję z samej nazwy. Jest to połączenie dwóch stanów skupienia, ciała stałego i cieczy. LCD wykorzystuje ciekły kryształ do generowania widzialnego obrazu. Wyświetlacze ciekłokrystaliczne to super-cienkie ekrany w technologii, które są zwykle używane w ekranach laptopów, telewizorach, telefonach komórkowych i przenośnych grach wideo. Technologie LCD sprawiają, że wyświetlacze są znacznie cieńsze w porównaniu z kineskop (CRT).


Wyświetlacz ciekłokrystaliczny składa się z kilku warstw, w tym dwóch paneli spolaryzowanych filtry i elektrody. Technologia LCD jest używana do wyświetlania obrazu w notebooku lub innych urządzeniach elektronicznych, takich jak mini komputery. Światło jest rzutowane z soczewki na warstwę ciekłego kryształu. To połączenie kolorowego światła z obrazem kryształu w skali szarości (utworzonym podczas przepływu prądu elektrycznego przez kryształ) tworzy kolorowy obraz. Ten obraz jest następnie wyświetlany na ekranie.





LCD

LCD

Wyświetlacz LCD składa się z aktywnej siatki matrycowej lub pasywnej siatki wyświetlacza. Większość smartfonów z technologią LCD wykorzystuje wyświetlacz z aktywną matrycą, ale niektóre starsze wyświetlacze nadal wykorzystują pasywną siatkę wyświetlacza. Większość urządzeń elektronicznych opiera się głównie na technologii wyświetlaczy ciekłokrystalicznych. Ciecz ma wyjątkową zaletę polegającą na niskim zużyciu energii niż DOPROWADZIŁO lub kineskop.



Ekran ciekłokrystaliczny działa na zasadzie raczej blokowania światła niż jego emitowania. Wyświetlacze LCD wymagają podświetlenia, ponieważ ich nie emitują. Zawsze używamy urządzeń składających się z wyświetlaczy LCD, które zastępują lampę katodową. Lampa elektronopromieniowa pobiera więcej mocy w porównaniu do wyświetlaczy LCD, a także jest cięższa i większa.

Jak skonstruowane są wyświetlacze LCD?

Proste fakty, które należy wziąć pod uwagę podczas tworzenia LCD:


  1. Podstawowa konstrukcja LCD powinna być kontrolowana poprzez zmianę przyłożonego prądu.
  2. Musimy używać światła spolaryzowanego.
  3. Ciekły kryształ powinien być w stanie kontrolować obie operacje przesyłania lub może również zmieniać spolaryzowane światło.
Konstrukcja LCD

Konstrukcja LCD

Jak wspomniano powyżej, przy wytwarzaniu ciekłego kryształu musimy wziąć filtr z dwoma kawałkami szkła spolaryzowanego. Szkło, które nie ma na powierzchni warstwy spolaryzowanej, należy przetrzeć specjalnym polimerem, który utworzy mikroskopijne rowki na powierzchni filtra ze szkła polaryzacyjnego. Rowki muszą być skierowane w tym samym kierunku co folia polaryzacyjna.

Teraz musimy dodać powłokę z pneumatycznego kryształu fazy ciekłej na jednym z filtrów polaryzacyjnych spolaryzowanego szkła. Mikroskopijny kanał powoduje wyrównanie cząsteczki pierwszej warstwy z orientacją filtra. Gdy właściwy kąt pojawi się na pierwszym kawałku warstwy, należy dodać drugi kawałek szkła z folią polaryzacyjną. Pierwszy filtr będzie naturalnie spolaryzowany, gdy światło pada na niego na początkowym etapie.

W ten sposób światło przechodzi przez każdą warstwę i jest kierowane do następnej za pomocą cząsteczki. Cząsteczka ma tendencję do zmiany płaszczyzny drgań światła, aby dopasować ją do kąta. Kiedy światło dociera do odległego końca ciekłokrystalicznej substancji, wibruje pod tym samym kątem, co ostatnia warstwa cząsteczki. Światło może dostać się do urządzenia tylko wtedy, gdy druga warstwa spolaryzowanego szkła pasuje do ostatniej warstwy cząsteczki.

Jak działają wyświetlacze LCD?

Zasada działania wyświetlaczy LCD polega na tym, że gdy do cząsteczki ciekłego kryształu doprowadzany jest prąd elektryczny, cząsteczka ma tendencję do rozkręcania się. Powoduje to kąt przechodzenia światła przez cząsteczkę spolaryzowanego szkła, a także zmianę kąta nachylenia górnego filtra polaryzacyjnego. W rezultacie niewielka ilość światła może przejść przez spolaryzowane szkło przez określony obszar LCD.

W ten sposób ten konkretny obszar stanie się ciemny w porównaniu z innymi. Wyświetlacz LCD działa na zasadzie blokowania światła. Podczas konstruowania monitorów LCD z tyłu umieszcza się odbite lustro. Płaszczyzna elektrody jest wykonana z tlenku indu i cyny, który jest utrzymywany na górze, a spolaryzowane szkło z folią polaryzacyjną jest również dodawane na dole urządzenia. Cały obszar wyświetlacza LCD musi być otoczony wspólną elektrodą, a nad nim powinna znajdować się materia ciekłokrystaliczna.

Następnie drugi kawałek szkła z elektrodą w kształcie prostokąta na dole i na górze kolejną folią polaryzacyjną. Należy wziąć pod uwagę, że obie części są trzymane pod kątem prostym. Gdy nie ma prądu, światło przechodzi przez przód wyświetlacza LCD, zostanie odbite przez lustro i odbijane z powrotem. Gdy elektroda jest podłączona do baterii, prąd z niej powoduje rozkręcenie ciekłych kryształów między elektrodą wspólnej płaszczyzny a elektrodą w kształcie prostokąta. W ten sposób światło jest zablokowane. Ten konkretny prostokątny obszar jest pusty.

W jaki sposób LCD wykorzystuje ciekłe kryształy i spolaryzowane światło?

Monitor LCD TV wykorzystuje koncepcję okularów przeciwsłonecznych do obsługi kolorowych pikseli. Z drugiej strony ekranu LCD znajduje się ogromne jasne światło, które świeci w kierunku obserwatora. W przedniej części wyświetlacza zawiera miliony pikseli, przy czym każdy piksel może składać się z mniejszych obszarów zwanych subpikselami. Są one pomalowane różnymi kolorami, takimi jak zielony, niebieski i czerwony. Każdy piksel na wyświetlaczu zawiera polaryzacyjny filtr szklany z tyłu, a na przedniej stronie pod kątem 90 stopni, dzięki czemu piksel wygląda normalnie na ciemny.

Wśród dwóch filtrów sterujących elektronicznie znajduje się mały, skręcony, nematyczny ciekły kryształ. Po wyłączeniu przełącza światło tak, aby przechodziło przez 90 stopni, skutecznie przepuszczając światło przez dwa filtry polaryzacyjne, dzięki czemu piksel wydaje się jasny. Po aktywacji nie włącza światła, ponieważ jest blokowany przez polaryzator, a piksel wydaje się ciemny. Każdy piksel może być kontrolowany przez oddzielny tranzystor, włączając i wyłączając kilka razy na sekundę.

Jak wybrać LCD?

Ogólnie rzecz biorąc, każdy konsument nie ma wielu informacji na temat różnych rodzajów wyświetlaczy LCD dostępnych na rynku. Dlatego przed wyborem LCD zbierają wszystkie dane, takie jak cechy, cena, firma, jakość, specyfikacje, obsługa, recenzje klientów itp. Prawda jest taka, że ​​promotorzy zwykle czerpią korzyści z faktu, że większość klientów prowadzi bardzo minimalne badania przed zakupem jakiegokolwiek produktu.

W przypadku ekranu LCD rozmycie ruchu może być efektem czasu przełączania się zdjęcia i wyświetlania go na ekranie. Jednak oba te zdarzenia zmieniają się bardzo w przypadku pojedynczego panelu LCD, pomimo podstawowej technologii LCD. Wybór monitora LCD w oparciu o podstawową technologię musi być bardziej zależny od ceny w porównaniu z preferowaną różnicą, kątami widzenia i reprodukcji kolorów niż szacowane rozmycie, w przeciwnym razie inne cechy gier. Najwyższą częstotliwość odświeżania, a także czas odpowiedzi należy zaplanować w dowolnej specyfikacji panelu. Inna technologia gier, taka jak stroboskop, szybko włącza / wyłącza podświetlenie, aby zmniejszyć rozdzielczość.

Różne typy LCD

Poniżej omówiono różne typy wyświetlaczy LCD.

Wyświetlacz Twisted Nematic

Produkcja wyświetlaczy LCD typu TN (Twisted Nematic) może być wykonywana najczęściej i stosować różne rodzaje wyświetlaczy w różnych gałęziach przemysłu. Wyświetlacze te są najczęściej używane przez graczy, ponieważ są tanie i mają krótki czas reakcji w porównaniu z innymi wyświetlaczami. Główną wadą tych wyświetlaczy jest niska jakość, a także częściowe współczynniki kontrastu, kąty widzenia i reprodukcja kolorów. Ale te urządzenia są wystarczające do codziennej pracy.

Wyświetlacze te zapewniają szybki czas odpowiedzi, a także szybkie częstotliwości odświeżania. Są to więc jedyne wyświetlacze do gier, które są dostępne z częstotliwością 240 Hz (Hz). Wyświetlacze te mają słaby kontrast i kolor z powodu niedokładnego, skądinąd precyzyjnego urządzenia obrotowego.

Wyświetlacz przełączający w płaszczyźnie

Wyświetlacze IPS są uważane za najlepsze LCD, ponieważ zapewniają dobrą jakość obrazu, wyższe kąty widzenia, precyzję i różnicę żywych kolorów. Wyświetlacze te są najczęściej używane przez grafików, aw niektórych innych zastosowaniach wyświetlacze LCD wymagają maksymalnych potencjalnych standardów reprodukcji obrazu i koloru.

Panel wyrównania w pionie

Panele do wyrównywania w pionie (VA) spadają w dowolne miejsce w środku między technologią paneli Twisted Nematic i w płaszczyźnie. Panele te mają najlepsze kąty widzenia, a także odwzorowanie kolorów z cechami wyższej jakości w porównaniu z wyświetlaczami typu TN. Panele te mają krótki czas odpowiedzi. Ale są one znacznie bardziej rozsądne i odpowiednie do codziennego użytku.

Struktura tego panelu generuje głębszą czerń, a także lepsze kolory w porównaniu z wyświetlaczem typu twisted nematic. A kilka ustawień kryształów może zapewnić lepsze kąty widzenia w porównaniu z wyświetlaczami typu TN. Wyświetlacze te przychodzą z kosztem, ponieważ są drogie w porównaniu z innymi wyświetlaczami. A także mają długie czasy odpowiedzi i niskie częstotliwości odświeżania.

Advanced Fringe Field Switching (AFFS)

W porównaniu z wyświetlaczami IPS wyświetlacze LCD AFFS oferują najlepszą wydajność i szeroki zakres reprodukcji kolorów. Zastosowania AFFS są bardzo zaawansowane, ponieważ mogą zmniejszyć zniekształcenia kolorów bez uszczerbku dla szerokiego kąta widzenia. Zwykle ten wyświetlacz jest używany w wysoce zaawansowanym, a także profesjonalnym otoczeniu, takim jak w funkcjonalnych kokpitach samolotu.

Wyświetlacze z matrycą pasywną i aktywną

Monitory LCD z pasywną matrycą działają z prostą siatką, dzięki czemu ładunek może być dostarczany do określonego piksela na wyświetlaczu LCD. Siatkę można zaprojektować w cichym procesie i rozpoczyna się ona od dwóch podłoży zwanych warstwami szkła. Jedna warstwa szkła tworzy kolumny, podczas gdy druga daje rzędy, które są zaprojektowane przy użyciu przezroczystego materiału przewodzącego, takiego jak tlenek indu i cyny.

Na tym ekranie wiersze, w przeciwnym razie kolumny są połączone z układami scalonymi, aby kontrolować, kiedy ładunek jest przesyłany w kierunku określonego wiersza lub kolumny. Materiał ciekłego kryształu jest umieszczony pomiędzy dwiema warstwami szkła, gdzie po zewnętrznej stronie podłoża można dodać folię polaryzacyjną. Układ scalony przesyła ładunek w dół dokładnej kolumny pojedynczego podłoża, a ziemia może zostać włączona do dokładnego rzędu drugiego, dzięki czemu można aktywować piksel.

System pasywnej matrycy ma poważne wady, szczególnie czas odpowiedzi to powolna i niedokładna kontrola napięcia. Czas reakcji wyświetlacza odnosi się głównie do zdolności wyświetlacza do odświeżania wyświetlanego obrazu. W tego typu wyświetlaczach najprostszym sposobem sprawdzenia wolnego czasu odpowiedzi jest szybkie przesunięcie wskaźnika myszy z jednej strony wyświetlacza na drugą.

Wyświetlacze LCD z aktywną matrycą zależą głównie od TFT (tranzystory cienkowarstwowe). Te tranzystory to małe tranzystory przełączające, a także kondensatory, które są umieszczone w matrycy na szklanym podłożu. Gdy odpowiedni wiersz jest aktywowany, ładunek może zostać przesłany w dół dokładnej kolumny, dzięki czemu można zaadresować określony piksel, ponieważ wszystkie dodatkowe wiersze, które przecina kolumna, są wyłączone, po prostu kondensator obok wyznaczonego piksela otrzymuje ładunek .

Kondensator utrzymuje zasilanie aż do kolejnego cyklu odświeżania i jeśli ostrożnie zarządzamy sumą napięcia podawanego do kryształu, możemy po prostu odkręcić, aby przepuścić trochę światła. Obecnie większość paneli oferuje jasność z 256 poziomami na każdy piksel.

Jak kolorowe piksele działają na wyświetlaczach LCD?

Z tyłu telewizora jest podłączone jasne światło, podczas gdy z przodu znajduje się wiele kolorowych kwadratów, które będą włączane / wyłączane. Tutaj omówimy, jak każdy kolorowy piksel jest włączany / wyłączany:

Sposób wyłączania pikseli wyświetlacza LCD

  • W wyświetlaczu LCD światło przemieszcza się z tyłu na przód
  • Poziomy filtr polaryzacyjny znajdujący się przed światłem blokuje wszystkie sygnały świetlne oprócz tych, które wibrują poziomo. Piksel wyświetlacza można wyłączyć za pomocą tranzystora, umożliwiając przepływ prądu przez jego ciekłe kryształy, co powoduje sortowanie kryształów, a światło przez nie się nie zmienia.
  • Sygnały świetlne wychodzą z ciekłych kryształów i wibrują poziomo.
  • Filtr polaryzacyjny typu pionowego znajdujący się przed ciekłymi kryształami będzie blokował wszystkie sygnały świetlne z wyjątkiem sygnałów wibrujących pionowo. Światło, które wibruje poziomo, będzie przemieszczać się przez ciekłe kryształy, więc nie mogą dostać się podczas pionowego filtra.
  • W tej pozycji światło nie może dotrzeć do ekranu LCD, ponieważ piksel jest ciemny.

Jak włączyły się piksele wyświetlacza LCD

  • Jasne światło z tyłu wyświetlacza świeci jak wcześniej.
  • Poziomy filtr polaryzacyjny znajdujący się przed światłem blokuje wszystkie sygnały świetlne oprócz tych wibrujących poziomo.
  • Tranzystor aktywuje piksel, wyłączając przepływ energii elektrycznej w ciekłych kryształach, aby kryształy mogły się obracać. Kryształy te obracają sygnały świetlne o 90 °, gdy przechodzą.
  • Sygnały świetlne, które wpływają do poziomo wibrujących ciekłych kryształów, będą z nich wychodzić i wibrować pionowo.
  • Pionowy filtr polaryzacyjny przed ciekłymi kryształami blokuje wszystkie sygnały świetlne oprócz tych wibrujących pionowo. Światło, które wibruje pionowo, wyjdzie z ciekłych kryształów, które można teraz uzyskać przez filtr pionowy.
  • Po aktywacji piksel nadaje kolor pikselowi.

Różnica między plazmą a LCD

Oba wyświetlacze, takie jak plazmowy i LCD, są podobne, jednak działa to zupełnie inaczej. Każdy piksel jest mikroskopijną lampą fluorescencyjną, która świeci przez plazmę, podczas gdy plazma to niezwykle gorący rodzaj gazu, w którym atomy są wdmuchiwane oddzielnie, aby wytworzyć elektrony (naładowane ujemnie) i jony (naładowane dodatnio). Atomy te przepływają bardzo swobodnie i po rozbiciu generują blask światła. Konstrukcja ekranu plazmowego może być znacznie większa niż w przypadku zwykłych telewizorów CRO (kineskopowych), ale są one bardzo drogie.

Zalety

Plik zalety wyświetlacza ciekłokrystalicznego obejmują następujące elementy.

  • LCD zużywa mniej energii niż CRT i LED
  • Wyświetlacze LCD składają się z kilku mikrowatów do wyświetlania w porównaniu do niektórych watów w przypadku diod LED
  • Wyświetlacze LCD są tanie
  • Zapewnia doskonały kontrast
  • Wyświetlacze LCD są cieńsze i lżejsze w porównaniu z lampami elektronopromieniowymi i diodami LED

Niedogodności

Plik wady wyświetlacza ciekłokrystalicznego obejmują następujące elementy.

  • Wymagają dodatkowych źródeł światła
  • Zakres temperatur jest ograniczony do eksploatacji
  • Niska niezawodność
  • Prędkość jest bardzo niska
  • LCD wymagają napędu prądu przemiennego

Aplikacje

Zastosowania wyświetlacza ciekłokrystalicznego obejmują:

Technologia ciekłokrystaliczna ma duże zastosowania również w nauce i inżynierii urządzenia elektryczne .

  • Termometr ciekłokrystaliczny
  • Obrazowanie optyczne
  • Technologia wyświetlaczy ciekłokrystalicznych ma również zastosowanie w wizualizacji fal o częstotliwości radiowej w falowodzie
  • Używany w zastosowaniach medycznych

Kilka wyświetlaczy LCD

Kilka wyświetlaczy LCD

Tak więc chodzi o przegląd wyświetlacza LCD, a jego strukturę od tyłu do przodu można wykonać za pomocą podświetlenia, arkusza 1, ciekłych kryształów, arkusza 2 z filtrami kolorowymi i ekranem. Standardowe wyświetlacze ciekłokrystaliczne wykorzystują podświetlenie, takie jak CRFL (lampy fluorescencyjne z zimną katodą). Te światła są konsekwentnie rozmieszczone z tyłu wyświetlacza, aby zapewnić niezawodne oświetlenie całego panelu. Zatem poziom jasności wszystkich pikseli na obrazie będzie miał równą jasność.

Mam nadzieję, że dobrze znasz wyświetlacz ciekłokrystaliczny . Tutaj zostawiam ci zadanie. W jaki sposób wyświetlacz LCD jest połączony z mikrokontrolerem? ponadto wszelkie pytania dotyczące tej koncepcji lub projektu elektrycznego i elektronicznegoZostaw swoją odpowiedź w sekcji komentarzy poniżej.

Kredyty fotograficzne