Дисплеят с течни кристали е вид електрически генерирано изображение върху тънък плосък панел. Първите LCD дисплеи, пуснати през 70-те години, са малки екрани, които се използват главно в калкулатори и цифрови часовници, отразяващи черни фигури на бял фон. LCD дисплеите могат да бъдат намерени навсякъде в домашна електроника, мобилни телефони, камери и компютърни монитори, както и в часове и телевизори. Днес най-напредналите LCD телевизори с плосък панел до голяма степен са заменили традиционните тромави електронни тръби на телевизорите и могат да създават цветни изображения с висока разделителна способност до 108 инча по диагонал на екрана.

История на течните кристали

Течни кристали са открити случайно през 1888 г. от ботаник Ф. Рейницер от Австрия. Той откри, че холестерил бензоатът има две точки на топене, превръщайки се в мътна течност при 145 ° С и при температура над 1785 ° С, течността става прозрачна. За да намери обяснение за този феномен, той предаде физическите си образци на Ото Леман. Използвайки микроскоп, снабден с поетапно нагряване, Lehman показа, че веществото има оптични свойства, които са характерни за някои кристали, но все пак течност, и следователно се появява терминът "течен кристал".


През 20-те и 30-те години на ХХ век учените изследват влиянието на електромагнитните полета върху течните кристали. През 1929 г. руският физик Всеволод Фредерикс показа, че техните молекули са вътреЕдин тънък филм, притиснат между две плочи, промени своето подреждане, когато се приложи към магнитното поле. Той е предшественик на модерен дисплей с течни кристали с напрежение. Темпът на технологично развитие от началото на 90-те години на миналия век е бърз и продължава да нараства. Технологията на еволюцията на LCD дисплеите се превърна от черно и бяло до обикновени часове и калкулатори до многоцветни за мобилни телефони, компютърни монитори и телевизори. Глобалният пазар на LCD дисплеи сега наближава 100 милиарда долара. през годината, нараствайки от 60 милиарда долара. през 2005 г. и 24 млрд. долара Съответно. В Централна и Източна Европа се развива производството на глобално концентриран LCD дисплей в Далечния изток. Американските фирми са водещи в производствените технологии. Техните дисплеи сега заемат господстващо положение на пазара и това едва ли ще се промени в близко бъдеще.

Физика на процеса на кристализация

Повечето течни кристали, например холестерил бензоат, се състоят от молекули с дълги пръчковидни структури. Тази специална структура на молекули от течни кристали между два поляризационни филтъра може да бъде нарушена от използването на напрежение върху електродите, елементът на индикатора от течни кристали става непрозрачен и остава тъмен. По този начин, различните елементи на дисплея могат да бъдат превключени на светли или тъмни цветове, като по този начин се показват числа или символи. Тази комбинация от сили на гравитацията, съществуваща между всички молекули, свързани с пръчковидната структура, причинява образуването на течнокристална фаза. обачетова взаимодействие не е достатъчно силно, за да задържи молекулите на място. Оттогава са открити много различни видове течнокристални структури. Някои от тях са подредени на слоеве, други са под формата на диск или форма колони.

Производствена технология за LCD дисплеи

Принципът на дисплея с течни кристали се основава на свойствата на електрочувствителни материали, наречени течни кристали, които текат като течности, но имат кристална структура. В кристалните твърди частици атомите на частиците или молекулите са в геометрични масиви, докато в течно състояние те могат да се движат свободно в случаен ред. Устройството на течнокристалния дисплей се състои от молекули, често пръчковидни, които са подредени в една посока, но все още могат да се движат. Молекулите на течния кристал реагират на електрическото напрежение, което променя тяхната ориентация и променя оптичните характеристики на материала. Това свойство се използва на LCD дисплеите. Средно, такъв панел се състои от хиляди елементи на изображението ("пиксели"), които поотделно се захранват с напрежение. Те са по-тънки, по-леки и имат по-ниско напрежение от другите технологии на дисплея и са идеални за устройства, захранвани с батерии.

Пасивна матрица

Има два вида дисплеи: пасивна и активна матрица. Пасивните се контролират само от два електрода. Те са прозрачни ITO ленти, които се връщат един към друг. Това създава кръстосана матрица,Управление на всяка LC-клетка поотделно. Адресирането се извършва от логиката и драйверите отделно от цифровия течнокристален индикатор. Тъй като в този тип контрол няма зареждане в LC клетката, молекулите на течните кристали постепенно се връщат в първоначалното си състояние. Следователно всяка клетка трябва да се следи на редовни интервали.
Пасивните имат относително дълго време за реакция и не са подходящи за телевизионни програми. Желателно е да не се инсталират драйвери или комутиращи компоненти, като например транзистори, върху стъклената подложка. Загуба на яркост поради засенчване на тези елементи не се случва, така че управлението на дисплеи с течни кристали е много просто. Пасивните се използват широко с сегментирани цифри и символи за малки показания в устройства като калкулатори, принтери и дистанционни управления, много от които са монохромни или имат само няколко цвята. В първите лаптопи са използвани пасивни монохромни и цветни графични дисплеи и те все още се използват като алтернатива на активната матрица.

Активни TFT дисплеи

В дисплеите с активна матрица всеки от тях използва един транзистор за управление и като заряд кондензатор. В технологията на IPS (In Plane Switching), принципът на работа на течнокристалния дисплей използва конструкция, при която електродите не се образуват и са разположени в непосредствена близост един до друг в една равнина върху стъклена основа. Електрическото поле прониква в молекулата на РК хоризонтално.

Те са приведени в съответствиеуспоредно на повърхността на екрана, което значително увеличава зрителния ъгъл. Недостатъкът на IPS е, че за всяка клетка са необходими два транзистора. Това намалява прозрачността и изисква по-ярка подсветка. VA (вертикално подравняване) и MVA (многодомен вертикално подравняване) използват усъвършенствани течни кристали, които се подравняват вертикално без електрическо поле, т.е. перпендикулярно на повърхността на екрана. Поляризираната светлина може да премине, но е блокирана от предния поляризатор. По този начин клетката без активиране е черна. Тъй като всички молекули, дори тези, които са разположени по краищата на субстрата, са равномерно разположени вертикално, поради което черната стойност е много голяма във всички ъгли. За разлика от пасивните матрични дисплеи, дисплеите с активна матрица имат транзистор във всеки червен, зелен и син субпиксел, който ги държи в желаната интензивност, докато тази линия не бъде адресирана в следващия кадър.

Тайминг на клетката

Времето за реакция на дисплея винаги е било голям проблем. Поради относително високия вискозитет на течния кристал, LCD клетките се сменят доста бавно. Поради бързи движения в образа, това води до образуването на ивици. Ниско вискозният течен кристал и модифицираният контрол на течните кристали (overdrive) обикновено решават тези проблеми.
Времето за реакция на съвременните LCD дисплеи сега е около 8 ms (време за бързо реагиране е 1 ms) променя яркостта на изображението от 10% до 90%, където 0% и 100% яркост на стационарното състояние, ISO 13406-2 - това е суматавремето за превключване от светло към тъмно (или обратно) и обратно. Въпреки това, поради процеса на асимптотично превключване, се изискват времена на превключване Основни компоненти на индикаторите Въртенето в поляризацията на светлината, създадено от течния кристал, е в основата на работата на LCD дисплея. Съществуват два вида LCD дисплеи, предавателни и отразяващи:

Transmissive.

Предаване.

Работа на LCD дисплея на трансмисията. От лявата страна, подсветката на течнокристалния дисплей излъчва неполяризирана светлина. Когато преминава през задния поляризатор (вертикален поляризатор), светлината ще стане вертикално поляризирана. Тогава този свят навлиза в течния кристал и ще върти поляризацията, ако е включена. Следователно, когато вертикално поляризирана светлина минава през сегмента на течния кристал ON, тя става хоризонтално поляризирана. След това - предният поляризатор ще блокира хоризонтално поляризираната светлина. Следователно този сегмент ще изглежда неясен за наблюдателя. Ако сегментът на течния кристал е изключен, той няма да промени поляризацията на светлината, така че ще остане вертикално поляризирана. По този начин предният поляризатор предава този свят. Тези дисплеи, обикновено наричани LCD дисплеи със задно осветяване, използват околната светлина като източник:

Часовник.

Отразяващ LCD дисплей.

Обикновено калкулаторите използват този вид дисплей.

Положителни и отрицателни сегменти

Положително изображение се създава от тъмни пиксели или сегменти на бял фон. Те имат поляризаториперпендикулярни един на друг. Това означава, че ако предният поляризатор е вертикален, тогава задният ще бъде хоризонтален поляризатор. По този начин OFF и фонът ще пропусне светлина и ON блок. Тези дисплеи обикновено се използват в устройства, които имат външен свят. Също така е в състояние да създаде полупроводникови и течнокристални дисплеи с различни фонови цветове. Отрицателното изображение се създава от светли пиксели или сегменти на тъмен фон. В тях предните и задните поляризатори са комбинирани. Това означава, че ако предният поляризатор е вертикален, гърбът също ще бъде вертикален и обратно. По този начин сегментите OFF и background блокират светлината, а ON сегментите преминават светлина, създавайки светлинен дисплей на тъмен фон. Осветените LCD дисплеи обикновено използват този тип, който се използва там, където околната среда е слаба. Също така е в състояние да създава различни фонови цветове.

RAM RAM

DD е памет, която съхранява символи, които се показват на екрана. За показване на 2 реда от 16 символа, адресите се дефинират както следва:

Линия



Видим



Невидим

)





00H 0FH



10H 27H



66)


40H - 4FH



50H 67H

Позволява ви да създадете максимум 8 знака или 5x7 символа. Тъй като новите знаци се зареждат в паметта, те могат да бъдат достъпни като обикновени символи, съхранени в ROM. CG RAM използва думи в ширина от 8 бита,но само 5 от най-малко значимите битове се появяват на течнокристалния дисплей. По този начин D4 представлява най-лявата точка, а D0 е полюсът вдясно. Например, изтеглянето на байт OGP CG на 1Fh извиква всички точки на тази линия.

Управление на растерни изображения

Налични са два режима на дисплея: 4-битов и 8-битов. В 8-битов режим данните се изпращат на дисплейния пин D0 до D7. RS низът е настроен на 0 или 1, в зависимост от това дали искате да предадете командата или данните. Линията R /W трябва да бъде настроена на 0, за да укаже дисплея, който искате да запишете. Остава да се изпрати импулс най-малко 450 ns към входа E, за да покаже, че валидните данни са налични на изводите D0 до D7. Дисплеят ще прочете данните за падащия ръб на този вход. Ако искате да прочетете, процедурата е идентична, но този път R /W редът има стойност 1 за покана за четене. Данните ще бъдат валидни за линии D0-D7 при условие за висока линия. 4-битов режим. В някои случаи може да е необходимо да се намали броят на кабелите, използвани за управление на дисплея, например когато микроконтролерът има много малко I /O контакти. В този случай можете да използвате четирирежимния LCD дисплей. В този режим само 4-те най-значими битове (от D4 до D7) на дисплея се използват за предаване и отчитане на данни. 4 значими битове (от D0 до D3) след това се свързват със земята. След това данните се записват или четат, като последователно се изпращат четири най-важни битове, последвани от четири малки бита. Трябва да има положителен импулс от поне 450 нсизпратени по линия Е за проверка на всеки полубайт. И в двата режима, след всяко действие на дисплея, можете да проверите дали може да обработи следната информация. За да направите това, трябва да поканите четене в команден режим и да проверите флага Busy BF. Когато BF = 0 дисплеят е готов да приеме нова команда или данни.

Цифрови устройства за напрежение

Цифровите LCD дисплеи за тестерите се състоят от два тънки стъклени листа, върху които повърхностите са с тънки проводящи следи. Когато стъклото е видимо вдясно или почти под прав ъгъл, тези следи не се виждат. Въпреки това, при определени гледни точки те стават видими. Основна електрическа верига. Описаният тук тестер се състои от правоъгълен генератор, който генерира абсолютно симетрично променливо напрежение без никакъв DC компонент. Повечето логически генератори не могат да генерират правоъгълен сигнал, те генерират правоъгълни сигнали, чийто работен цикъл варира с около 50%. 4047, използван в тестерите, има двоичен скалар на изхода, който гарантира симетрия. Честотата на осцилатора е около 1 kHz. Той може да яде от източника 3-9 на чл. Обикновено това ще бъде батерия, но променливото захранване има своите предимства. То показва, при което напрежение индикаторът за напрежение на течните кристали работи задоволително, а също така има ясна връзка между нивото на напрежението и ъгъла, под който дисплеят е ясно видим. Тестерът консумира ток, който не надвишава 1 mA. Изпитвателното напрежение трябва винаги да бъде свързано между общия извод,това е задната равнина и един от сегментите. Ако не е известно коя от клемите е задна равнина, тогава една сонда за тестер към сегмента е свързана, а другата с всички други клеми, докато сегментът стане видим.