ЖК-монитор. Технология LCD, принцип работы. Устройство TFT матрицы | Eco

08 Сентября 2019 г.

LCD-матрица. Принцип работы жидкокристаллической панели.

«Сердцем» любого жидкокристаллического монитора является LCD-матрица (Liquid Cristall Display). ЖК-панель представляет из себя сложную многослойную структуру. Упрощенная схема цветной TFT LCD-панели представлена на Рис.2.

Принцип работы любого жидкокристаллического экрана основан на свойстве жидких кристаллов изменять (поворачивать) плоскость поляризации проходящего через них света пропорционально приложенному к ним напряжению. Если на пути поляризованного света, прошедшего через жидкие кристаллы, поставить поляризационный светофильтр (поляризатор), то, изменяя величину приложенного к жидким кристаллам напряжения, можно управлять количеством света, пропускаемого поляризационным светофильтром. Если угол между плоскостями поляризации прошедшего сквозь жидкие кристаллы света и светофильтра составляет 0 градусов, то свет будет проходить сквозь поляризатор без потерь (максимальная прозрачность), если 90 градусов, то светофильтр будет пропускать минимальное количество света (минимальная прозрачность).

Принцип работы LCD-панели

Рис.1. ЖК-монитор. Принцип работы LCD-технологии.

Таким образом, используя жидкие кристаллы, можно изготавливать оптические элементы с изменяемой степенью прозрачности. При этом уровень светопропускания такого элемента зависит от приложенного к нему напряжения. Любой ЖК-экран у монитора компьютера, ноутбука, планшета или телевизора содержит от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов таких ячеек, размером долей миллиметра. Они объединены в LCD-матрицу и с их помощью мы можем формировать изображение на поверхности жидкокристаллического экрана.
Жидкие кристаллы были открыты еще в конце XIX века. Однако первые устройства отображения на их основе появились только в конце 60-х годов XX века. Первые попытки применить LCD-экраны в компьютерах были предприняты в восьмидесятых годах прошлого века. Первые жидкокристаллические мониторы были монохромными и сильно уступали по качеству изображения дисплеям на электронно-лучевых (ЭЛТ) трубках.

Главными недостатками LCD-мониторов первых поколений были:

• — низкое быстродействие и инерционность изображения;
• — «хвосты» и «тени» на изображении от элементов картинки;
• — плохое разрешение изображения;
• — черно-белое или цветное изображение с низкой цветовой глубиной;
• — и т.п.

Однако, прогресс не стоял на месте и, со временем, были разработаны новые материалы и технологии в изготовлении жидкокристаллических мониторов. Достижения в технологиях микроэлектроники и разработка новых веществ со свойствами жидких кристаллов позволило существенно улучшить характеристики ЖК-мониторов.

Устройство и работа TFT LCD матрицы.

Одними из главных достижений стало изобретение технологии LCD TFT-матрицы – жидкокристаллической матрицы с тонкопленочными транзисторами (Thin Film Transistors). У TFT-мониторов кардинально возросло быстродействие пикселей, выросла цветовая глубина изображения и удалось избавиться от «хвостов» и «теней».

Структура панели, изготовленной по TFT технологии, приведена на Рис.2

Структура ЖК-панели

Рис.2. Схема структуры TFT LCD матрицы.
Полноцветное изображение на ЖК-матрице формируется из отдельных точек (пикселей), каждая из которых состоит обычно из трех элементов (субпикселей), отвечающих за яркость каждой из основных составляющих цвета — обычно красной (R), зеленой (G) и синей (B) — RGB. Видеосистема монитора непрерывно сканирует все субпиксели матрицы, записывая в запоминающие конденсаторы уровень заряда, пропорциональный яркости каждого субпикселя. Тонкопленочные транзисторы (Thin FilmTrasistor (TFT) — собственно, поэтому так и называется TFT-матрица) подключают запоминающие конденсаторы к шине с данными на момент записи информации в данный субпиксель и переключают запоминающий конденсатор в режим сохранения заряда на все остальное время.

Напряжение, сохраненное в запоминающем конденсаторе TFT- матрицы, действует на жидкие кристаллы данного субпикселя, поворачивая плоскость поляризации проходящего через них света от тыловой подсветки, на угол, пропорциональный этому напряжению. Пройдя через ячейку с жидкими кристаллами, свет попадает на матричный светофильтр, на котором для каждого субпикселя сформирован свой светофильтр одного из основных цветов (RGB). Рисунок взаиморасположения точек разных цветов для каждого типа ЖК-панели разный, но это отдельная тема. Далее, сформированный световой поток основных цветов поступает на внешний поляризационный фильтр, коэффициент пропускания света которого зависит от угла поляризации падающей на него световой волны. Поляризационный светофильтр прозрачен для тех световых волн, плоскость поляризации которых параллельна его собственной плоскости поляризации. С возрастанием этого угла, поляризационный фильтр начинает пропускать все меньше света, вплоть до максимального ослабления при угле 90 градусов. В идеале, поляризационный фильтр не должен пропускать свет, поляризованный ортогонально его собственной плоскости поляризации, но в реальной жизни, все-таки небольшая часть света проходит. Поэтому всем ЖК-дисплеям свойственна недостаточная глубина черного цвета, которая особенно ярко проявляется при высоких уровнях яркости тыловой подсветки.
В результате, в LCD-дисплее световой поток от одних субпикселей проходит через поляризационный светофильтр без потерь, от других субпикселей — ослабляется на определенную величину, а от какой-то части субпикселей практически полностью поглощается. Таким образом, регулируя уровень каждого основного цвета в отдельных субпикселях, можно получить из них пиксель любого цветового оттенка. А из множества цветных пикселей составить полноэкранное цветное изображение.
ЖК-монитор позволил совершить серьезный прорыв в компьютерной технике, сделав ее доступной большому количеству людей. Более того, без LCD-экрана невозможно было бы создать портативные компьютеры типа ноутбуков и нетбуков, планшеты и сотовые телефоны. Но так ли все безоблачно с применением жидкокристаллических дисплеев?

Понравился материал? Поделитесь им в соцсетях:

Принцип работы ЖК монитора: контроль качества

Иногда возникает необходимость разобраться, как работает жидкокристаллический монитор. Такие устройства отличаются своей функциональностью и принципом работы от других моделей экранов.

Содержание статьи

• ЖК монитор: принцип работы
  • Мультиплексорный экран
  • Цветные мониторы
  • Пассивная матрица
• Контроль качества ЖК мониторов

ЖК монитор: принцип работы

Жидкокристаллические мониторы или LCD, сокращение от liquid crystal display изготавливаются из цианофенила. Это вещество имеет анизотропические свойства. Оно может пребывать одновременно и в состоянии жидкости и в кристаллической форме. Принцип работы жидкокристаллических дисплеев основывается на таком физическом явлении, как поляризация потока света. То есть кристаллы могут пропускать только тот световой поток, где вектор электромагнитной индукции расположен параллельно оптической плоскости поляроида. Остальные частицы светового спектра они не пропускают сквозь себя. Кристаллы из цианофенила являются своеобразным фильтром, который пропускает сквозь себя только определенный вид спектра светового потока, соответствующего определенным параметрам, для другого спектра потока поляроид останется непрозрачным и не пропустит этот поток частиц.

Благодаря способности жидкокристаллических молекул изменять свое месторасположение в пространстве в зависимости от силы воздействия электромагнитных полей, появилась возможность управлять углом преломления света и изменять его поляризацию. Именно таким способом и появляется изображение на экране.

Мультиплексорный экран

Мультиплексорный экран имеет устройство, которое называют мультиплексором. Это устройство обеспечивает передачу поступающей цифровой передачи в нужном направлении. Оно имеет несколько входов, через которые подается сигнал и один выход, к которому этот сигнал и направляется. Мультиплексор может разделять поток разнообразными способами:

• по частотным характеристикам – данные по потокам поступают одновременно и не смешиваются между собой, но они имеют разные частоты;
• потоки направляются в различное время – между отправками данных делаются небольшие паузы и устройство считывают данные за то время, пока другой поток к нему не поступил;
• кодирование – каждый поступающий поток кодируется и вместе с другими направляется в устройство.

Мультиплексор может делать запись изображения с любого источника видеосигнала, позволяет просматривать записи, которые были сделаны заранее, а также может вести видеопередачу в реальном времени. На таких экранах можно просматривать одновременно несколько каналов, позволяет сделать стоп-кадр и увеличить изображение нужного фрагмента, дает возможность последовательно переключать видеозапись между разными объектами, а также на таких экран есть встроенный календарь и часы.

Цветные мониторы

Для получения цветной картинки на LCD – экране хорошего качества нужно сделать так, чтобы свет исходил из задней панели экрана. Чтобы получить цветное изображение используется три цвета: красный, синий и зеленый. В ЖК мониторе установлен фильтр, который не пропускает все остальные спектры светового потока. Комбинация этих цветов в каждом пикселе монитора позволяет выводить на экран нужное нам цветное изображение. Для повышения его качества применяют современные технологии, такие как: IPS и TFT. IPS является разработкой, способной дать отличное качество изображению.

Справка! При управлении пикселя на мониторе в этом случае он дает большой угол обзора, но время, нужное для отклика, здесь немного дольше чем в TFT. TFT — это сокращение от Thin Film Transistor, что в переводе означает тонкопленочный транзистор. Он может управлять каждым пикселем монитора.

Пассивная матрица

Пассивные матрицы имеют большую емкость электрического напряжения. Поэтому мгновенно обрабатывать и отображать нужную картинку, а также ее обновлять она может чуть медленнее. Этот вид матрицы, если кратко, получается, когда происходит совмещение слоев вертикальных и горизонтальных полос. Электричество ток сначала поступает на вертикальную полосу, а затем на горизонтальную, далее происходит указание нужных координат. Когда полоски пересекаются между собой, кристаллы меняют свои структурные свойства. И на мониторе, в месте, которое соответствует этим координатам, образуется точка. В зависимости от действующей силы тока полоски проводят поток света в той или иной степени, а в цветных дисплеях происходит поляризация светового спектра. Принцип такой матрицы используется в технологии STN. Это сокращение от Super Twisted Nematic.

Основной ее принцип заключен в том, что данные для картинки формируется последовательно, а именно строка за строкой, за счет подвода напряжения  к отдельным ячейкам экрана, при этом оно их делает непрозрачными.

Контроль качества ЖК мониторов

Все жидкокристаллические экраны тестируется по стандартам ТСО. Все испытания ведутся на расстоянии 30 см от передней части монитора и вокруг него в радиусе 50 см. Также они проверяются и по другим параметрам, а именно: удобство его использования, его воздействие на экологию окружающей среды, излучение магнитного и электрического поля, уровень пожаробезопасности, способность энергосбережения. Также все ЖК мониторы проходят проверку на содержание тяжелых металлов.

Что такое LCD? Работа и типы

ЖК-дисплей представляет собой жидкокристаллический дисплей. Структура ЖК-дисплея заключается в размещении жидкокристаллической ячейки между двумя параллельными стеклянными подложками. ЖК-экраны заменили ЭЛТ в качестве мейнстрима, цена значительно упала, и они стали полностью популярными.

Каталог

 

Ⅰ Характеристики ЖК-дисплея

(1) Низкое напряжение и низкое энергопотребление

(2) Небольшой изящный внешний вид, толщина всего 6,5–8 мм

(3) Пассивный тип отображения (без бликов, раздражения глаз и усталости глаз)

(4) Объем отображаемой информации большой (поскольку пиксели можно сделать маленькими)

(5) Простой окрашивать (очень точно воспроизводить на хроматограмме)

(6) Отсутствие электромагнитного излучения (безопасно для организма человека, способствует конфиденциальности информации)

(7) Долгий срок службы 

Ⅱ Преимущества LCD

(1) Поскольку ЭЛТ-дисплеи полагаться на электромагнитное поле, создаваемое отклоняющим ярмом, для управления электронным лучом, и поскольку электронный луч не может быть абсолютно расположен на экране, ЭЛТ-дисплеи часто имеют различную степень геометрического искажения и линейного искажения. Тем не менее, LCD не имеет геометрических искажений или линейных искажений из-за его принципиальных проблем, что также является большим преимуществом.

(2) По сравнению с традиционными ЭЛТ, жидкие кристаллы также хорошо защищают окружающую среду. Это связано с тем, что внутри ЖК-дисплея нет высоковольтных компонентов, таких как ЭЛТ, поэтому он не будет вызывать чрезмерного рентгеновского излучения из-за высокого давления, поэтому его индекс излучения обычно ниже, чем у ЭЛТ.

(3) Самым большим преимуществом ЖК-дисплея по сравнению с традиционным ЭЛТ является энергопотребление и объем. Для традиционных 17-дюймовых ЭЛТ потребляемая мощность почти всегда превышает 80 Вт, в то время как энергопотребление 17-дюймовых ЖК-дисплеев в основном составляет около 40 Вт. Рассчитанный таким образом LCD имеет очевидные преимущества в энергосбережении.

Ⅲ Типы ЖК-дисплеев

В зависимости от различных источников подсветки, ЖК-дисплеи можно разделить на два типа: CCFL-дисплеи и светодиодные дисплеи .

Непонимание:

Многие пользователи считают, что жидкокристаллические дисплеи можно разделить на светодиодные и жидкокристаллические. В какой-то степени такое понимание искажается рекламой.

ЖК-дисплей

Представленный на рынке светодиодный дисплей не является настоящим светодиодным дисплеем. Если быть точным, это жидкокристаллический дисплей со светодиодной подсветкой. Жидкокристаллическая панель по-прежнему остается традиционным ЖК-дисплеем. Южнокорейская компания Samsung однажды была признана Британской рекламной ассоциацией виновной в нарушении законов страны о рекламе, поскольку ее ЖК-телевизоры «LED TV» подозревались в том, что они вводят потребителей в заблуждение. Для жидкокристаллических дисплеев наиболее важным ключом является его ЖК-панель и тип подсветки, в то время как ЖК-панели дисплеев на рынке обычно используют панели TFT, которые одинаковы. Разница между светодиодами и ЖК-дисплеями заключается только в их типах подсветки: светодиодная подсветка и подсветка CCFL (то есть люминесцентные лампы) — это диоды и лампы с холодным катодом соответственно.

LCD — это аббревиатура от Liquid Crystal Display. Светодиодный дисплей относится к типу жидкокристаллического дисплея (ЖКД), то есть жидкокристаллическому дисплею (ЖКД) со светодиодом (светоизлучающим диодом) в качестве источника задней подсветки. Видно, что LCD включает в себя светодиоды. Соответствующий светодиодному дисплею на самом деле является дисплеем CCFL.

(1) CCFL

CCFL относится к жидкокристаллическому дисплею (ЖКД) с CCFL (флуоресцентной лампой с холодным катодом) в качестве источника подсветки.

Преимуществом CCFL-дисплея является хорошая цветопередача, но недостатком является более высокое энергопотребление.

(2) Светодиод

Светодиод относится к жидкокристаллическому дисплею (ЖКД), который использует светодиоды (светоизлучающие диоды) в качестве источника подсветки и обычно относится к WLED (светодиоды белого света).

Преимуществом светодиодных дисплеев является небольшой размер и низкое энергопотребление. Следовательно, используя светодиоды в качестве источника подсветки, можно добиться высокой яркости с учетом легкости и тонкости. Основным недостатком является то, что цветопередача хуже, чем у мониторов CCFL, поэтому большинство профессиональных графических ЖК-дисплеев по-прежнему используют традиционную CCFL в качестве источника подсветки.

Ⅳ Принцип работы ЖК-дисплея

Принцип работы жидкокристаллического дисплея заключается в том, что жидкие кристаллы проявляют различные световые характеристики под действием различных напряжений. Жидкие кристаллы физически делятся на две категории, одна из которых — пассивные жидкие кристаллы. Этот тип жидких кристаллов сам по себе не излучает свет и требует внешнего источника света. По положению источника света его можно разделить на два типа: отражающий и пропускающий. Стоимость пассивного жидкокристаллического дисплея ниже, но яркость и контрастность невелики. Эффективный угол обзора невелик, а цветовая насыщенность цветного пассивного жидкокристаллического дисплея относительно невелика, поэтому цвета недостаточно яркие.

Базовая структура ЖК-дисплея

Другой тип — активный жидкий кристалл, в основном TFT ( Тонкопленочный транзистор ). Каждый жидкий кристалл на самом деле является транзистором, который может излучать свет. Жидкокристаллический дисплей состоит из множества жидких кристаллов, расположенных в виде массива. В монохромном жидкокристаллическом дисплее жидкий кристалл представляет собой пиксель, а в цветном жидкокристаллическом дисплее каждый пиксель состоит из трех жидких кристаллов: красного, зеленого и синего. В то же время на обратной стороне каждого жидкого кристалла есть 8-битный регистр. Значение регистра определяет соответствующую яркость трех ячеек жидкого кристалла. Однако значение регистра не управляет яркостью трех жидкокристаллических ячеек напрямую, а доступно через «палитру». Оснастить каждый пиксель физическим регистром нереально. Фактически оборудован только один ряд регистров. Эти регистры подключаются к каждой строке пикселей по очереди и загружают содержимое строки. Они управляют всеми строками пикселей один раз и отображают полный кадр.

(1) Тип пассивной матрицы

Принципы отображения TN-LCD, STN-LCD и DSTN-LCD в основном одинаковы. Отличие состоит в том, что угол закручивания молекул жидких кристаллов несколько отличается. Возьмем в качестве примера типичный TN-LCD, чтобы представить его структуру и принцип работы.

В жидкокристаллической дисплейной панели TN-LCD толщиной менее 1 см обычно используется фанера из двух больших стеклянных подложек с цветным фильтром, выравнивающей пленкой и т.п., и двух поляризационных пластин снаружи. Цветовой фильтр представляет собой фильтр, состоящий из трех цветов: красного, зеленого и синего, которые регулярно изготавливаются на большой стеклянной подложке. Каждый пиксель состоит из трех цветовых единиц (или субпикселей).

Если панель имеет разрешение 1280 x 1024, она фактически имеет 3 840 x 1024 транзисторов и субпикселей. Верхний левый угол (серый прямоугольник) каждого субпикселя представляет собой непрозрачный тонкопленочный транзистор, а цветовой фильтр может воспроизводить три основных цвета RGB. Каждый промежуточный слой содержит электроды и канавки, сформированные на ориентирующей пленке, а верхний и нижний промежуточные слои заполнены несколькими слоями молекул жидких кристаллов. В том же слое, хотя положение молекул жидкого кристалла нерегулярно, ориентация длинной оси параллельна поляризатору. С другой стороны, между разными слоями длинная ось молекул жидких кристаллов непрерывно закручивается 90 градусов вдоль плоскости, параллельной поляризатору. Среди них ориентация длинной оси двух слоев молекул жидких кристаллов, прилегающих к поляризующей пластине, согласуется с направлением поляризации соседней поляризующей пластины. Молекулы жидкого кристалла вблизи верхнего промежуточного слоя располагаются в направлении верхней канавки, а молекулы жидкого кристалла в нижнем промежуточном слое располагаются в направлении нижней канавки. Наконец, он упакован в жидкокристаллическую коробку и соединен с ИС драйвера, ИС управления и печатной платой.

IPS LCD и TN LCD

В нормальных условиях, когда свет излучается сверху вниз, обычно только один угол света может проникнуть через верхнюю поляризационную пластину в паз верхней прослойки, а затем пройти через нижнюю поляризационную пластину через проход скрученного расположения молекул жидкого кристалла. Это полный путь проникновения света. Промежуточный слой жидкокристаллического дисплея прикреплен двумя поляризационными пластинами, а расположение и угол светопропускания двух поляризационных пластин такие же, как расположение канавок верхнего и нижнего промежуточных слоев. Когда к жидкокристаллическому слою приложено определенное напряжение, из-за влияния внешнего напряжения жидкий кристалл изменит свое исходное состояние и больше не будет располагаться нормальным образом, а станет вертикальным. Поэтому свет, проходящий через жидкий кристалл, будет поглощаться вторым слоем поляризационной пластины, и вся структура будет казаться непрозрачной, в результате чего на экране дисплея появится черный цвет. Когда к слою жидких кристаллов не приложено напряжение, жидкие кристаллы находятся в исходном состоянии и изменяют направление падающего света на 90 градусов, так что падающий свет от задней подсветки может проходить через всю конструкцию, в результате чего на дисплее появляется белый цвет. Чтобы добиться желаемого цвета для каждого отдельного пикселя на панели, в качестве подсветки дисплея необходимо использовать несколько ламп с холодным катодом.

(2) Тип активной матрицы

Структура жидкокристаллического дисплея TFT-LCD в основном такая же, как у жидкокристаллического дисплея TN-LCD, за исключением того, что электроды на верхнем промежуточном слое TN-LCD заменены на полевые транзисторы, а нижняя прослойка заменена на общий электрод.

Существует множество различий между принципами работы TFT-LCD и TN-LCD. Принцип изображения жидкокристаллического дисплея TFT-LCD заключается в использовании метода «обратного» освещения. Когда источник света облучается, он сначала проникает вверх через нижнюю поляризационную пластину и пропускает свет с помощью молекул жидких кристаллов. Поскольку верхний и нижний межслойные электроды заменяются на полевые электроды и общие электроды при включении полевых электродов, расположение молекул жидкого кристалла также будет меняться, и цель отображения достигается за счет экранирования и пропускания света. Но разница в том, что, поскольку полевой транзистор обладает емкостным эффектом и может поддерживать потенциальное состояние, ранее прозрачные молекулы жидкого кристалла останутся в этом состоянии до тех пор, пока на полевой электрод не будет подано напряжение в следующий раз, чтобы изменить свое расположение.

Работа ЖК-дисплея (жидкокристаллический дисплей) со схемой и принципом

ЖК-дисплей – Работа

Мы всегда используем устройства, состоящие из жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеи), такие как компьютеры, цифровые часы, а также DVD- и CD-плееры. Они стали очень распространенными и совершили гигантский скачок в индустрии экранов, явно заменив использование электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). CRT потребляет больше энергии, чем LCD, а также больше и тяжелее. ЖК-дисплеи сделали дисплеи тоньше, чем ЭЛТ. Даже при сравнении ЖК-экрана со светодиодным экраном энергопотребление меньше, поскольку он работает по основному принципу блокирования света, а не рассеяния.

Все мы видели ЖК-дисплей, но никто не знает, как он работает. Давайте посмотрим на работу ЖК-дисплея.

Приведенная ниже статья состоит из двух разделов:

1. Основы ЖК-дисплеев     2. Принцип работы ЖК-дисплеев с микроконтроллерами: — здесь у нас есть отличная статья о том же: — Примечание о символьном ЖК-дисплее .

Вещество «жидкий кристалл» было случайно обнаружено ботаником Фридрихом Рейнитцером еще в 1888 году. Однако коммерчески доступные жидкие кристаллы не были разработаны до конца 19 века.60-е годы. Если вы хотите подробно узнать об истории изобретения ЖК-дисплея, прочтите статью:

История изобретения жидкокристаллического дисплея (ЖК-дисплея)

Мы получили определение ЖК-дисплея из самого названия «жидкий кристалл». На самом деле это сочетание двух состояний материи – твердого и жидкого. Они обладают свойствами как твердых тел, так и жидкостей и сохраняют свое соответствующее состояние по отношению к другому. Твердые тела обычно сохраняют свое состояние, в отличие от жидкостей, которые меняют свою ориентацию и перемещаются повсюду в конкретной жидкости. Дальнейшие исследования показали, что жидкокристаллические материалы находятся в более жидком состоянии, чем в твердом. Следует также отметить, что жидкие кристаллы более чувствительны к теплу, чем обычные жидкости. Небольшое количество тепла может легко превратить жидкий кристалл в жидкость. По этой причине они также используются для изготовления термометров.

Основы ЖК-дисплеев:-

Жидкокристаллический дисплей имеет явное преимущество в том, что потребляет меньше энергии, чем светодиод. Обычно это порядка микроватт для дисплея по сравнению с милливаттами для светодиодов. Требование низкого энергопотребления сделало его совместимым с интегральной логической схемой МОП. Другими его преимуществами являются низкая стоимость и хорошая контрастность. Основными недостатками ЖКИ являются дополнительные требования к источнику света, ограниченный температурный диапазон эксплуатации (от 0 до 60°С), низкая надежность, малый срок службы, плохая видимость при слабом окружающем освещении, низкая скорость работы и необходимость привод переменного тока.

Базовая структура ЖК-дисплея

Жидкокристаллическая ячейка состоит из тонкого слоя (около 10 мкм) жидкого кристалла, зажатого между двумя листами стекла с прозрачными электродами, нанесенными на их внутренние поверхности. Поскольку оба стеклянных листа прозрачны, ячейка известна как ячейка пропускающего типа. Когда одно стекло прозрачное, а другое имеет отражающее покрытие, ячейка называется отражающего типа. ЖК-дисплей не излучает собственной подсветки. На самом деле его визуальный эффект полностью зависит от освещения, падающего на него от внешнего источника

Типы ЖК/жидкокристаллических дисплеев.

Доступны два типа дисплея: дисплей с динамическим рассеянием и дисплей с полевым эффектом.

Когда на дисплей динамического рассеяния подается питание, молекулы находящейся под напряжением области дисплея становятся турбулентными и рассеивают свет во всех направлениях. Следовательно, активированные области приобретают вид матового стекла, что приводит к серебристому дисплею. Конечно, обесточенные области остаются полупрозрачными.

ЖК-дисплей с полевым эффектом содержит передний и задний поляризаторы, расположенные под прямым углом друг к другу. Без электрического возбуждения свет, проходящий через передний поляризатор, поворачивается в жидкости на 90°.

Теперь давайте рассмотрим различные разновидности жидких кристаллов, доступных для промышленных целей. Наиболее пригодными жидкими кристаллами среди всех других являются жидкие кристаллы нематической фазы.

ЖК-дисплей с нематической фазой

Наибольшее преимущество жидкокристаллического вещества с нематической фазой заключается в том, что оно может вызывать предсказуемые контролируемые изменения в зависимости от проходящего через них электрического тока. Все жидкие кристаллы зависят от их реакции на разницу температур, а также от природы вещества.

Скрученный нематик, особое нематическое вещество, скрученное естественным образом. Когда к веществу прикладывается известное напряжение, оно раскручивается в той или иной степени в соответствии с нашим требованием. Это, в свою очередь, полезно для контроля прохождения света. Жидкий кристалл с нематической фазой можно снова классифицировать на основе того, как молекулы ориентируются друг относительно друга. Это изменение ориентации в основном зависит от директора, которым может быть что угодно, от магнитного поля до поверхности с микроскопическими канавками. Классификация включает смектические, а также холестериновые. Смектик можно снова классифицировать как смектик C, в котором молекулы в каждом слое наклонены под углом по отношению к предыдущему слою. Холестерин, с другой стороны, имеет молекулы, которые слегка закручиваются от одного слоя к другому, создавая спиралевидный дизайн. Существуют также комбинации этих двух, называемые сегнетоэлектрическими жидкими кристаллами (FLC), которые включают холестерические молекулы в молекулу смектического типа C, так что спиральная природа этих молекул обеспечивает микросекундное время отклика переключения. Это делает FLC полезными для продвинутых дисплеев.

Молекулы жидких кристаллов далее подразделяются на термотропные и лиотропные кристаллы. Первое изменяется пропорционально изменениям давления и температуры. Они также делятся на нематические и изотропные. Нематические жидкие кристаллы имеют фиксированный порядок рисунка, в то время как изотропные жидкие кристаллы распределены случайным образом. Лиотропный кристалл зависит от типа растворителя, с которым они смешаны. Поэтому они полезны в производстве моющих средств и мыла.

Изготовление ЖК-дисплея

• Хотя изготовление ЖК-дисплея довольно простое, при его изготовлении необходимо учитывать некоторые факты.

• Базовая структура ЖК-дисплея должна контролируемо изменяться в зависимости от приложенного электрического тока.

• Свет, который используется на ЖК-дисплее, может быть поляризованным.

• Жидкие кристаллы должны быть способны как пропускать, так и изменять поляризованный свет.

• Существуют прозрачные вещества, которые могут проводить электричество.

Чтобы сделать ЖК-дисплей, вам нужно взять два куска поляризованного стекла. Стекло, не имеющее поляризованной пленки, необходимо натереть специальным полимером, создающим на поверхности микроскопические бороздки. Следует также отметить, что канавки находятся в том же направлении, что и поляризационная пленка. Затем все, что вам нужно сделать, это добавить покрытие из нематических жидких кристаллов на один из фильтров. Канавки заставят первый слой молекул выровняться с ориентацией фильтра. Затем под прямым углом к ​​первой части вы должны добавить вторую часть стекла вместе с поляризационной пленкой. До самого верхнего слоя на 9Под углом 0 градусов ко дну каждый последующий слой молекул TN будет продолжать скручиваться. Первый фильтр будет естественным образом поляризован, когда на него падает свет в начале. Таким образом, свет проходит через каждый слой и направляется к следующему с помощью молекул.

Когда это происходит, молекулы стремятся изменить плоскость вибрации света, чтобы она соответствовала их собственному углу. Когда свет достигает дальней стороны жидкокристаллического вещества, он вибрирует под тем же углом, что и последний слой молекул. Свету разрешается проникать только в том случае, если второй поляризованный стеклянный фильтр такой же, как и последний слой. Взгляните на рисунок ниже.

Работа ЖК-дисплея

Основной принцип работы молекул жидких кристаллов заключается в том, что при подаче на них электрического тока они имеют тенденцию раскручиваться. Это вызывает изменение угла прохождения света через них. Это вызывает изменение угла наклона верхнего поляризационного фильтра по отношению к нему. Так мало света может проходить через эту конкретную область ЖК-дисплея. Таким образом, эта область становится темнее по сравнению с другими.

Для изготовления ЖК-экрана сзади необходимо установить отражающее зеркало. Сверху удерживается электродная плоскость из оксида индия-олова, а с нижней стороны также добавляется стекло с поляризующей пленкой. Вся площадь ЖК-дисплея должна быть покрыта общим электродом, а над ним должно находиться жидкокристаллическое вещество. Далее идет еще один кусок стекла с электродом в форме прямоугольника внизу и еще одна поляризационная пленка сверху. Следует отметить, что оба они держатся под прямым углом. Когда тока нет, свет проходит через переднюю часть ЖК-дисплея, отражается зеркалом и отражается обратно. Поскольку электрод подключен к временной батарее, ток от него вызовет раскручивание жидких кристаллов между электродом общей плоскости и электродом в форме прямоугольника. Таким образом, свет блокируется от прохождения. Таким образом, эта конкретная прямоугольная область кажется пустой.

Цветной жидкокристаллический дисплей

Цветные ЖК-дисплеи — это устройства, которые могут отображать изображения в цвете. Чтобы это было возможно, должно быть три субпикселя с красными, зелеными и синими цветовыми фильтрами для создания каждого цветного пикселя. Для объединения этих субпикселей эти ЖК-дисплеи должны быть подключены к большому количеству транзисторов.