En flytende krystallskjerm er en type elektrisk generert bilde på et tynt flatt panel. De første LCD-skjermene, som kom ut på 1970-tallet, var bittesmå skjermer som hovedsakelig ble brukt i kalkulatorer og digitale klokker som viste svarte tall på hvit bakgrunn. LCD-skjermer finnes over alt i hjemmeelektronikksystemer, mobiltelefoner, kameraer og dataskjermer, samt klokker og TV-er. Dagens toppmoderne LCD-flatskjerm-TV-er har i stor grad erstattet tradisjonelle voluminøse CRT-er i TV-er og kan produsere høyoppløselige fargebilder opptil 108 tommer diagon alt over skjermen.
Historien om flytende krystaller
Flytende krystaller ble oppdaget ved et uhell i 1888 av botanikeren F. Reinitzer fra Østerrike. Han fant at kolesterylbenzoat har to smeltepunkter, og blir til en uklar væske ved 145 ° C, og ved temperaturer over 178,5 ° C, blir væsken gjennomsiktig. Tilfinne en forklaring på dette fenomenet, ga han prøvene sine til fysikeren Otto Lehmann. Ved hjelp av et mikroskop utstyrt med trinnvis oppvarming viste Lehman at stoffet har optiske egenskaper som er karakteristiske for noen krystaller, men fortsatt er en væske, og derfor ble begrepet "flytende krystall" laget.
I løpet av 1920- og 1930-årene studerte forskere effekten av elektromagnetiske felt på flytende krystaller. I 1929 viste den russiske fysikeren Vsevolod Frederiks at molekylene deres i en tynn film klemt mellom to plater endret justeringen når et magnetfelt ble påført. Det var forløperen til det moderne voltage flytende krystalldisplayet. Tempoet i den teknologiske utviklingen siden tidlig på 1990-tallet har vært høy og fortsetter å vokse.
LCD-teknologien har utviklet seg fra svart-hvitt for enkle klokker og kalkulatorer til flerfarget for mobiltelefoner, dataskjermer og fjernsyn. Det globale LCD-markedet nærmer seg nå 100 milliarder dollar i året, opp fra henholdsvis 60 milliarder dollar i 2005 og 24 milliarder dollar i 2003. LCD-produksjon er glob alt konsentrert i Fjernøsten og vokser i Sentral- og Øst-Europa. Amerikanske firmaer leder an innen produksjonsteknologi. Skjermene deres dominerer nå markedet, og dette vil neppe endre seg i nær fremtid.
Krystalliseringsprosessens fysikk
De fleste flytende krystaller, som kolesterylbenzoat, er bygd opp av molekyler med lange stavlignende strukturer. Denne spesielle strukturen av flytende molekylerkrystaller mellom to polariserende filtre kan brytes ved å legge spenning på elektrodene, LCD-elementet blir ugjennomsiktig og forblir mørkt. På denne måten kan ulike displayelementer enten byttes til lyse eller mørke farger, og dermed vise tall eller tegn.
Denne kombinasjonen av tiltrekningskrefter som eksisterer mellom alle molekyler assosiert med en stavlignende struktur forårsaker dannelsen av en flytende krystallfase. Denne interaksjonen er imidlertid ikke sterk nok til å holde molekylene på plass permanent. Siden den gang har mange forskjellige typer flytende krystallstrukturer blitt oppdaget. Noen av dem er ordnet i lag, andre i form av en disk eller skjemakolonner.
LCD-teknologi
Arbeidsprinsippet til en flytende krystallskjerm er basert på egenskapene til elektrisk sensitive materialer k alt flytende krystaller, som flyter som væsker, men har en krystallinsk struktur. I krystallinske faste stoffer er de inngående partiklene - atomer eller molekyler - i geometriske matriser, mens de i flytende tilstand er fri til å bevege seg rundt tilfeldig.
Den flytende krystallskjermen består av molekyler, ofte stavformede, som organiserer seg i én retning, men som fortsatt kan bevege seg. Flytende krystallmolekyler reagerer påen elektrisk spenning som endrer deres orientering og endrer de optiske egenskapene til materialet. Denne egenskapen brukes på LCD-skjermer.
I gjennomsnitt består et slikt panel av tusenvis av bildeelementer («piksler»), som er individuelt drevet av spenning. De er tynnere, lettere og har lavere driftsspenning enn andre skjermteknologier og er ideelle for batteridrevne enheter.
Passive Matrix
Det finnes to typer skjermer: passiv og aktiv matrise. Passive styres av kun to elektroder. De er strimler av gjennomsiktig ITO som roterer 90 til hverandre. Dette skaper en kryssmatrise som kontrollerer hver LC-celle individuelt. Adressering gjøres av logikk og drivere atskilt fra den digitale LCD-skjermen. Siden det ikke er noen ladning i LC-cellen i denne typen kontroll, går flytende krystallmolekylene gradvis tilbake til sin opprinnelige tilstand. Derfor må hver celle overvåkes med jevne mellomrom.
Passiver har relativt lang responstid og egner seg ikke for TV-applikasjoner. Fortrinnsvis er ingen drivere eller svitsjkomponenter som transistorer montert på glasssubstratet. Tap av lysstyrke på grunn av skyggelegging av disse elementene forekommer ikke, så betjeningen av LCD-skjermene er veldig enkel.
Passive er mye brukt med segmenterte sifre og symboler for liten lesing i enheter som f.eks.kalkulatorer, skrivere og fjernkontroller, hvorav mange er monokrome eller bare har noen få farger. Passive monokrome og fargegrafiske skjermer ble brukt i tidlige bærbare datamaskiner og brukes fortsatt som et alternativ til aktiv matrise.
Aktive TFT-skjermer
Aktive matriseskjermer bruker hver en transistor for å drive og en kondensator for å lagre ladning. I IPS-teknologi (In Plane Switching) bruker prinsippet om drift av en flytende krystallindikator en design der elektrodene ikke stables, men er plassert ved siden av hverandre i samme plan på et glasssubstrat. Det elektriske feltet trenger gjennom LC-molekylene horisont alt.
De er justert parallelt med skjermoverflaten, noe som øker visningsvinkelen betraktelig. Ulempen med IPS er at hver celle trenger to transistorer. Dette reduserer det gjennomsiktige området og krever sterkere bakgrunnsbelysning. VA (Vertical Alignment) og MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) bruker avanserte flytende krystaller som justeres vertik alt uten et elektrisk felt, det vil si vinkelrett på skjermens overflate.
Polarisert lys kan passere gjennom, men blokkeres av frontpolarisatoren. Dermed er en celle uten aktivering svart. Siden alle molekyler, selv de som befinner seg ved kantene av substratet, er jevnt vertik alt justert, er den resulterende svarte verdien derfor veldig stor i alle hjørner. I motsetning til passiv matriseflytende krystallskjermer, aktive matriseskjermer har en transistor i hver røde, grønne og blå underpiksel som holder dem på ønsket intensitet til den raden adresseres i neste bilde.
Cellebyttetid
Responstiden til skjermer har alltid vært et stort problem. På grunn av den relativt høye viskositeten til flytende krystall, skifter LCD-celler ganske sakte. På grunn av de raske bevegelsene i bildet, fører dette til dannelse av striper. Lavviskositet flytende krystall og modifisert flytende krystall cellekontroll (overdrive) løser vanligvis disse problemene.
Responstiden til moderne LCD-skjermer er for øyeblikket ca. 8 ms (den raskeste responstiden er 1 ms), og endrer lysstyrken til et bildeområde fra 10 % til 90 %, der 0 % og 100 % er lysstyrke i stabil tilstand, ISO 13406 -2 er summen av byttetiden fra lyst til mørkt (eller omvendt) og omvendt. På grunn av den asymptotiske bytteprosessen kreves det imidlertid en koblingstid på <3 ms for å unngå synlige bånd.
Overdrive-teknologi reduserer byttetiden til flytende krystallceller. For dette formålet påføres LCD-cellen midlertidig en høyere spenning enn det som er nødvendig for den faktiske lysstyrkeverdien. På grunn av den korte spenningsbølgen til flytende krystallskjermen, bryter de inerte flytende krystallene bokstavelig t alt ut av posisjonen og jevner seg ut mye raskere. For dette prosessnivået må bildet bufres. Sammen med spesialdesignet for tilsvarende verdiervisningskorreksjon, den tilsvarende spenningshøyden avhenger av gamma og styres av oppslagstabeller fra signalprosessoren for hver piksel, og beregner nøyaktig tidspunkt for bildeinformasjonen.
Hovedkomponenter av indikatorer
Rotasjonen i polarisasjonen av lys produsert av flytende krystall er grunnlaget for hvordan en LCD-skjerm fungerer. Det er i hovedsak to typer LCD-skjermer, transmissive og reflekterende:
- Transmissive.
- Transmission.
Transmisjon LCD-skjermoperasjon. På venstre side avgir LCD-bakgrunnsbelysningen upolarisert lys. Når det passerer gjennom den bakre polarisatoren (vertikal polarisator), vil lyset bli vertik alt polarisert. Dette lyset treffer deretter den flytende krystallen og vil vri polarisasjonen hvis den slås på. Derfor, når vertik alt polarisert lys passerer gjennom PÅ flytende krystall-segmentet, blir det horisont alt polarisert.
Neste - frontpolarisatoren vil blokkere horisont alt polarisert lys. Dermed vil dette segmentet virke mørkt for observatøren. Hvis det flytende krystallsegmentet er slått av, vil det ikke endre polarisasjonen av lyset, så det vil forbli vertik alt polarisert. Så frontpolarisatoren sender dette lyset. Disse skjermene, ofte referert til som bakgrunnsbelyste LCD-skjermer, bruker omgivelseslys som kilde:
- Clock.
- Reflekterende LCD.
- Vanligvis bruker kalkulatorer denne typen skjerm.
Positive og negative segmenter
Et positivt bilde lages av mørke piksler eller segmenter på en hvit bakgrunn. I dem er polarisatorene vinkelrett på hverandre. Dette betyr at hvis frontpolarisatoren er vertikal, vil den bakre polarisatoren være horisontal. Så AV og bakgrunnen vil slippe lyset gjennom, og PÅ vil blokkere det. Disse skjermene brukes vanligvis i applikasjoner der omgivelseslys er tilstede.
Den er også i stand til å lage solid state- og flytende krystallskjermer med forskjellige bakgrunnsfarger. Et negativt bilde lages av lyse piksler eller segmenter på en mørk bakgrunn. I dem er de fremre og bakre polarisatorene kombinert. Dette betyr at hvis frontpolarisatoren er vertikal, vil den bakre også være vertikal og omvendt.
Så AV-segmentene og bakgrunnen blokkerer lyset, og PÅ-segmentene slipper lyset gjennom, og skaper en lys skjerm mot en mørk bakgrunn. Bakgrunnsbelyste LCD-skjermer bruker vanligvis denne typen, som brukes der omgivelseslyset er svakt. Den er også i stand til å lage forskjellige bakgrunnsfarger.
Displayminne RAM
DD er minnet som lagrer tegnene som vises på skjermen. For å vise 2 linjer med 16 tegn, er adressene definert som følger:
| Line | Synlig | Usynlig |
| Topp | 00H 0FH | 10H 27H |
| Low | 40H - 4FH | 50H 67H |
Den lar deg lage maksim alt 8 tegn eller 5x7 tegn. Når nye tegn er lastet inn i minnet, kan de nås som om de var normale tegn lagret i ROM. CG RAM bruker 8-bits brede ord, men bare de 5 minst signifikante bitene vises på LCD-skjermen.
Så D4 er punktet lengst til venstre og D0 er polen til høyre. For eksempel, lasting av en RAM-byte CG ved 1Fh kaller alle prikkene på denne linjen.
Bitmoduskontroll
Det er to tilgjengelige visningsmoduser: 4-bit og 8-bit. I 8-bits modus sendes data til skjermen med pinnene D0 til D7. RS-strengen er satt til 0 eller 1, avhengig av om du vil sende en kommando eller data. R/W-linjen må også settes til 0 for å indikere displayet som skal skrives. Det gjenstår å sende en puls på minst 450 ns til inngang E for å indikere at gyldige data finnes på pinnene D0 til D7.
Displayet vil lese data på den fallende kanten av denne inngangen. Hvis en lesing er nødvendig, er prosedyren identisk, men denne gangen settes R/W-linjen til 1 for å be om en lesing. Dataene vil være gyldige på linjene D0-D7 i høylinjetilstanden.
4-bits modus. I noen tilfeller kan det være nødvendig å redusere antall ledninger som brukes til å drive skjermen, for eksempel når mikrokontrolleren har svært få I/O-pinner. I dette tilfellet kan 4-bits LCD-modus brukes. I denne modusen, for å sendedata og lesing av dem, brukes kun de 4 mest signifikante bitene (D4 til D7) på skjermen.
4 signifikante biter (D0 til D3) kobles deretter til jord. Data blir så skrevet eller lest ved å sende de fire mest signifikante bitene i rekkefølge, etterfulgt av de fire minst signifikante bitene. En positiv puls på minst 450 ns må sendes på linje E for å teste hver nibble.
I begge modusene, etter hver handling på skjermen, kan du sørge for at den kan behandle følgende informasjon. For å gjøre dette, må du be om en lesing i kommandomodus og sjekke Busy BF-flagget. Når BF=0, er skjermen klar til å godta ny kommando eller data.
Digitale spenningsenheter
Digitale flytende krystallindikatorer for testere består av to tynne glassplater, på de motstående overflatene med tynne ledende spor. Når glasset ses fra høyre, eller nesten i rett vinkel, er disse sporene ikke synlige. Men ved visse synsvinkler blir de synlige.
Elektrisk kretsskjema.
Testeren som er beskrevet her består av en rektangulær oscillator som genererer en perfekt symmetrisk AC-spenning uten noen DC-komponent. De fleste logiske generatorer er ikke i stand til å generere en firkantbølge, de genererer firkantbølgeformer hvis driftssyklus svinger rundt 50 %. 4047 som brukes i testeren har en binær skalarutgang som garanterer symmetri. Frekvensoscillatoren er omtrent 1 kHz.
Den kan drives av en 3-9V forsyning Vanligvis vil det være et batteri, men en variabel strømforsyning har sine fordeler. Den viser ved hvilken spenning spenningsindikatoren flytende krystall fungerer tilfredsstillende, og det er også en klar sammenheng mellom spenningsnivået og vinkelen som displayet er godt synlig i. Testeren trekker ikke mer enn 1 mA.
Testspenningen skal alltid kobles mellom fellesklemmen, dvs. bakplanet, og ett av segmentene. Hvis det ikke er kjent hvilken terminal som er bakplanet, kobler du en probe på testeren til segmentet og den andre proben til alle andre terminaler til segmentet er synlig.
