'n Vloeibare kristalskerm is 'n tipe elektries gegenereerde beeld op 'n dun plat paneel. Die eerste LCD's, wat in die 1970's verskyn het, was klein skerms wat hoofsaaklik in sakrekenaars en digitale horlosies gebruik is wat swart getalle op 'n wit agtergrond vertoon het. LCD's kan oral gevind word in tuiselektronikastelsels, selfone, kameras en rekenaarmonitors, sowel as horlosies en televisies. Vandag se moderne LCD-platpaneel-TV's het grootliks tradisionele lywige CRT's in televisies vervang en kan hoëdefinisie-kleurbeelde tot 108 duim skuins oor die skerm produseer.
Geskiedenis van vloeibare kristalle
Vloeibare kristalle is per ongeluk in 1888 deur die plantkundige F. Reinitzer van Oostenryk ontdek. Hy het gevind dat cholesterielbenzoaat twee smeltpunte het, wat by 145 ° C in 'n troebel vloeistof verander, en by temperature bo 178,5 ° C word die vloeistof deursigtig. Om'n verklaring vir hierdie verskynsel vind, het hy sy monsters aan die fisikus Otto Lehmann gegee. Met behulp van 'n mikroskoop toegerus met getrapte verhitting, het Lehman gewys dat die stof optiese eienskappe het wat kenmerkend is van sommige kristalle, maar steeds 'n vloeistof is, en daarom is die term "vloeibare kristal" geskep.
Gedurende die 1920's en 1930's het navorsers die uitwerking van elektromagnetiese velde op vloeibare kristalle bestudeer. In 1929 het die Russiese fisikus Vsevolod Frederiks gewys dat hul molekules in 'n dun film wat tussen twee plate vasgedruk is, hul belyning verander het toe 'n magneetveld toegepas is. Dit was die voorloper van die moderne spanning vloeibare kristal vertoning. Die tempo van tegnologiese ontwikkeling sedert die vroeë 1990's was vinnig en groei steeds.
LCD-tegnologie het ontwikkel van swart en wit vir eenvoudige horlosies en sakrekenaars tot veelkleurige vir selfone, rekenaarmonitors en televisies. Die wêreldwye LCD-mark nader nou $100 miljard per jaar, teenoor $60 miljard in 2005 en $24 miljard in 2003, onderskeidelik. LCD-vervaardiging is wêreldwyd in die Verre Ooste gekonsentreer en groei in Sentraal- en Oos-Europa. Amerikaanse firmas lei die pad in vervaardigingstegnologie. Hul uitstallings oorheers nou die mark en dit is onwaarskynlik dat dit in die nabye toekoms sal verander.
Fisika van die kristallisasieproses
Die meeste vloeibare kristalle, soos cholesterielbenzoaat, bestaan uit molekules met lang staafagtige strukture. Hierdie spesiale struktuur van vloeibare molekuleskristalle tussen twee polariserende filters kan gebreek word deur spanning aan die elektrodes toe te pas, die LCD-element word ondeursigtig en bly donker. Op hierdie manier kan verskeie vertoonelemente óf na ligte óf donker kleure oorgeskakel word, en sodoende syfers of karakters vertoon.
Hierdie kombinasie van aantrekkingskragte wat bestaan tussen alle molekules wat met 'n staafagtige struktuur geassosieer word, veroorsaak die vorming van 'n vloeibare kristalfase. Hierdie interaksie is egter nie sterk genoeg om die molekules permanent in plek te hou nie. Sedertdien is baie verskillende tipes vloeibare kristalstrukture ontdek. Sommige van hulle is in lae gerangskik, ander in die vorm van 'n skyf of vorm kolomme.
LCD-tegnologie
Die werkbeginsel van 'n vloeibare kristalskerm is gebaseer op die eienskappe van elektries sensitiewe materiale wat vloeibare kristalle genoem word, wat soos vloeistowwe vloei maar 'n kristallyne struktuur het. In kristallyne vaste stowwe is die samestellende deeltjies - atome of molekules - in geometriese skikkings, terwyl hulle in 'n vloeibare toestand vry is om willekeurig rond te beweeg.
Die vloeibare kristal vertoontoestel bestaan uit molekules, dikwels staafvormig, wat in een rigting organiseer, maar steeds kan beweeg. Vloeibare kristalmolekules reageer op'n elektriese spanning wat hul oriëntasie verander en die optiese eienskappe van die materiaal verander. Hierdie eiendom word op LCD's gebruik.
Gemiddeld bestaan so 'n paneel uit duisende beeldelemente (“pixels”), wat individueel deur spanning aangedryf word. Hulle is dunner, ligter en het 'n laer bedryfspanning as ander vertoontegnologieë en is ideaal vir batteryaangedrewe toestelle.
Passive Matrix
Daar is twee tipes skerms: passiewe en aktiewe matriks. Passiewe word beheer deur slegs twee elektrodes. Hulle is stroke deursigtige ITO wat 90 na mekaar draai. Dit skep 'n kruismatriks wat elke LC-sel individueel beheer. Adressering word gedoen deur logika en drywers apart van die digitale LCD. Aangesien daar geen lading in die LC-sel in hierdie tipe beheer is nie, keer die vloeibare kristalmolekules geleidelik terug na hul oorspronklike toestand. Daarom moet elke sel met gereelde tussenposes gemonitor word.
Passives het 'n relatief lang reaksietyd en is nie geskik vir televisietoepassings nie. Verkieslik word geen drywers of skakelkomponente soos transistors op die glassubstraat gemonteer nie. Verlies aan helderheid as gevolg van skaduwee deur hierdie elemente vind nie plaas nie, so die werking van die LCD's is baie eenvoudig.
Passif word wyd gebruik met gesegmenteerde syfers en simbole vir klein leeswerk in toestelle soossakrekenaars, drukkers en afstandbeheerders, waarvan baie monochroom is of net 'n paar kleure het. Passiewe monochroom- en kleurgrafiese skerms is in vroeë skootrekenaars gebruik en word steeds as 'n alternatief vir aktiewe matriks gebruik.
Aktiewe TFT-skerms
Aktiewe matriksvertonings gebruik elkeen een transistor om aan te dryf en 'n kapasitor om lading te stoor. In IPS (In Plane Switching) tegnologie gebruik die werkingsbeginsel van 'n vloeibare kristal-aanwyser 'n ontwerp waar die elektrodes nie stapel nie, maar langs mekaar in dieselfde vlak op 'n glassubstraat geleë is. Die elektriese veld dring die LC-molekules horisontaal binne.
Hulle is parallel met die skermoppervlak in lyn, wat die kykhoek aansienlik vergroot. Die nadeel van IPS is dat elke sel twee transistors benodig. Dit verminder die deursigtige area en vereis 'n helderder agtergrond. VA (Vertical Alignment) en MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) gebruik gevorderde vloeibare kristalle wat vertikaal belyn sonder 'n elektriese veld, dit wil sê loodreg op die skermoppervlak.
Gepolariseerde lig kan deurgaan, maar word deur die voorste polarisator geblokkeer. Dus, 'n sel sonder aktivering is swart. Aangesien alle molekules, selfs dié wat aan die rande van die substraat geleë is, eenvormig vertikaal in lyn is, is die gevolglike swart waarde dus baie groot by alle hoeke. Anders as passiewe matriksvloeibare kristalskerms, aktiewe matriks-skerms het 'n transistor in elke rooi, groen en blou subpiksel wat hulle op die verlangde intensiteit hou totdat daardie ry in die volgende raam aangespreek word.
Selwisseltyd
Die reaksietyd van uitstallings was nog altyd 'n groot probleem. As gevolg van die relatief hoë viskositeit van die vloeibare kristal, skakel LCD-selle redelik stadig. As gevolg van die vinnige bewegings in die beeld, lei dit tot die vorming van strepe. Lae viskositeit vloeibare kristal en gemodifiseerde vloeibare kristal selbeheer (oordryf) los gewoonlik hierdie probleme op.
Die reaksietyd van moderne LCD's is tans ongeveer 8ms (die vinnigste reaksietyd is 1ms) wat die helderheid van 'n beeldarea van 10% na 90% verander, waar 0% en 100% bestendige helderheid is, ISO 13406 -2 is die som van die oorskakelingstyd van helder na donker (of andersom) en omgekeerd. As gevolg van die asimptotiese skakelproses word 'n skakeltyd van <3 ms egter benodig om sigbare bande te vermy.
Overdrive-tegnologie verminder die skakeltyd van vloeibare kristalselle. Vir hierdie doel word 'n hoër spanning tydelik op die LCD-sel toegepas as wat nodig is vir die werklike helderheidswaarde. As gevolg van die kort spanningstuwing van die vloeibare kristalskerm, breek die inerte vloeibare kristalle letterlik uit hul posisie en maak baie vinniger gelyk. Vir hierdie prosesvlak moet die prent gekas word. Saam met spesiaal ontwerp vir die ooreenstemmende waardesvertoonkorreksie, die ooreenstemmende spanningshoogte hang af van die gamma en word beheer deur opsoektabelle vanaf die seinverwerker vir elke pixel, en bereken die presiese tyd van die beeldinligting.
Hoofkomponente van aanwysers
Die rotasie in die polarisasie van lig wat deur vloeibare kristal geproduseer word, is die basis vir hoe 'n LCD werk. Daar is basies twee tipes LCD's, deurlaatbaar en reflektief:
- Transmissief.
- Transmissie.
Transmissie LCD-skermwerking. Aan die linkerkant gee die LCD-agterlig ongepolariseerde lig uit. Wanneer dit deur die agterste polarisator (vertikale polarisator) gaan, sal die lig vertikaal gepolariseer word. Hierdie lig tref dan die vloeibare kristal en sal die polarisasie verdraai as dit aangeskakel word. Daarom, wanneer vertikaal gepolariseerde lig deur die AAN vloeibare kristalsegment gaan, word dit horisontaal gepolariseer.
Volgende - die voorste polarisator sal horisontaal gepolariseerde lig blokkeer. Dus sal hierdie segment vir die waarnemer donker voorkom. As die vloeibare kristalsegment afgeskakel is, sal dit nie die polarisasie van die lig verander nie, dus sal dit vertikaal gepolariseer bly. So die voorste polarisator stuur hierdie lig uit. Hierdie skerms, wat algemeen na verwys word as agtergrondverligte LCD's, gebruik omgewingslig as hul bron:
- Klok.
- reflekterende LCD.
- Gewoonlik gebruik sakrekenaars hierdie tipe skerm.
Positiewe en negatiewe segmente
'n Positiewe beeld word geskep deur donker pixels of segmente op 'n wit agtergrond. In hulle is die polarisators loodreg op mekaar. Dit beteken dat as die voorste polarisator vertikaal is, die agterste polarisator horisontaal sal wees. So AF en die agtergrond sal die lig deurlaat, en AAN sal dit blokkeer. Hierdie skerms word tipies gebruik in toepassings waar omgewingslig teenwoordig is.
Dit is ook in staat om vaste toestand en vloeibare kristal vertoon met verskillende agtergrond kleure te skep. 'n Negatiewe beeld word geskep deur ligte pixels of segmente op 'n donker agtergrond. In hulle word die voorste en agterste polarisators gekombineer. Dit beteken dat as die voorste polarisator vertikaal is, die agterkant ook vertikaal sal wees en omgekeerd.
So die AF-segmente en die agtergrond blokkeer die lig, en die AAN-segmente laat die lig deur, wat 'n ligte vertoning teen 'n donker agtergrond skep. Verligte LCD's gebruik gewoonlik hierdie soort, wat gebruik word waar die omgewingslig swak is. Dit is ook in staat om verskillende agtergrondkleure te skep.
Vertoon geheue-RAM
DD is die geheue wat die karakters stoor wat op die skerm vertoon word. Om 2 reëls van 16 karakters te vertoon, word adresse soos volg gedefinieer:
| Lyn | Sigbaar | Onsigbaar |
| Top | 00H 0FH | 10H 27H |
| Low | 40H - 4FH | 50H 67H |
Dit laat jou toe om 'n maksimum van 8 karakters of 5x7 karakters te skep. Sodra nuwe karakters in die geheue gelaai is, kan toegang tot hulle verkry word asof dit normale karakters is wat in ROM gestoor is. CG RAM gebruik 8-bis wye woorde, maar slegs die 5 minste betekenisvolle bisse verskyn op die LCD.
D4 is dus die mees linkse punt en D0 is die paal aan die regterkant. Byvoorbeeld, die laai van 'n RAM-greep CG by 1Fh roep al die kolletjies van hierdie lyn op.
Bitmodusbeheer
Daar is twee vertoonmodusse beskikbaar: 4-bis en 8-bis. In 8-bis-modus word data na die skerm gestuur deur penne D0 tot D7. Die RS-string is op 0 of 1 gestel, afhangende van of jy 'n opdrag of data wil stuur. Die R/W-lyn moet ook op 0 gestel word om die skerm aan te dui wat geskryf moet word. Dit bly om 'n puls van ten minste 450 ns na inset E te stuur om aan te dui dat geldige data op penne D0 tot D7 teenwoordig is.
Die skerm sal data op die dalende rand van hierdie invoer lees. As 'n lees vereis word, is die prosedure identies, maar hierdie keer word die R/W-lyn op 1 gestel om 'n lees te versoek. Die data sal geldig wees op lyne D0-D7 op die hoëlynstaat.
4-bis-modus. In sommige gevalle kan dit nodig wees om die aantal drade wat gebruik word om die skerm aan te dryf, te verminder, soos wanneer die mikrobeheerder baie min I/O-penne het. In hierdie geval kan die 4-bis LCD-modus gebruik word. In hierdie modus, om te stuurdata en die lees daarvan, word slegs die 4 mees betekenisvolle bisse (D4 tot D7) van die skerm gebruik.
4 beduidende bisse (D0 tot D3) word dan aan grond gekoppel. Data word dan geskryf of gelees deur die vier mees betekenisvolle bisse in volgorde te stuur, gevolg deur die vier minste betekenisvolle bisse. 'n Positiewe polsslag van ten minste 450 ns moet op lyn E gestuur word om elke knabbel te toets.
In beide modusse, na elke aksie op die skerm, kan jy seker maak dat dit die volgende inligting kan verwerk. Om dit te doen, moet jy 'n lees in bevelmodus versoek en die Besig BF-vlag nagaan. Wanneer BF=0, is die skerm gereed om nuwe opdrag of data te aanvaar.
Digitale spanningstoestelle
Digitale vloeibare kristal-aanwysers vir toetsers bestaan uit twee dun velle glas, op die vlakke waarvan dun geleidende spore aangebring is. Wanneer die glas van regs of amper teen 'n regte hoek bekyk word, is hierdie spore nie sigbaar nie. By sekere kykhoeke word hulle egter sigbaar.
Elektriese stroombaandiagram.
Die toetser wat hier beskryf word, bestaan uit 'n reghoekige ossillator wat 'n perfek simmetriese WS-spanning sonder enige GS-komponent opwek. Die meeste logika-opwekkers is nie in staat om 'n vierkantgolf op te wek nie, hulle genereer vierkante golfvorms waarvan die dienssiklus ongeveer 50% wissel. Die 4047 wat in die toetser gebruik word, het 'n binêre skalêre uitset wat simmetrie waarborg. Frekwensieossillator is ongeveer 1 kHz.
Dit kan deur 'n 3-9V-toevoer aangedryf word. Gewoonlik sal dit 'n battery wees, maar 'n veranderlike kragtoevoer het sy voordele. Dit wys by watter spanning die spanningsaanwyser vloeibare kristal bevredigend werk, en daar is ook 'n duidelike verband tussen die spanningsvlak en die hoek waarteen die skerm duidelik sigbaar is. Die toetser trek nie meer as 1 mA nie.
Die toetsspanning moet altyd tussen die gemeenskaplike terminaal, dit wil sê die agterste vlak, en een van die segmente verbind word. As dit nie bekend is watter terminaal die agtervlak is nie, koppel dan een sonde van die toetser aan die segment en die ander sonde aan alle ander aansluitings totdat die segment sigbaar is.
