Sıvı kristal ekran yapısı şeması

Bir sıvı kristal ekranın her pikseli aşağıdaki parçalardan oluşur: iki şeffaf elektrot (indiyum kalay oksit) arasında asılı duran bir sıvı kristal molekül tabakası ve iki tarafın dış taraflarında polarizasyon yönleri birbirine dik olan iki polarizasyon filtresi .Elektrotlar arasındaki sıvı kristal olmadan, polarizasyon filtrelerinden birinden geçen ışık, ikinci polarizöre tam olarak dik polarize olur ve böylece tamamen bloke olur.Ancak bir polarize filtreden geçen ışığın polarizasyon yönü sıvı kristal tarafından döndürülürse, diğer polarize filtreden geçebilir.Sıvı kristalin ışığın polarizasyon yönü üzerindeki dönüşü, bir elektrostatik alan tarafından kontrol edilebilir, böylece ışığın kontrolü gerçekleştirilebilir.

Sıvı kristal moleküller, indüklenmiş yükler oluşturmak için harici bir elektrik alanından kolayca etkilenir.Elektrostatik bir alan oluşturmak için her pikselin veya alt pikselin şeffaf elektrotuna küçük bir miktar yük eklenir ve sıvı kristalin molekülleri, bir elektrik yükü indüklemek ve elektrostatik burulma oluşturmak için elektrostatik alan tarafından indüklenir. sıvı kristal moleküllerin orijinal dönme düzenini değiştirir.Işık boyunca dönüşün büyüklüğü.Açıyı polarize filtreden geçebilecek şekilde değiştirin.

Saydam elektrota yük uygulanmadan önce, sıvı kristal moleküllerinin hizalanması elektrot yüzeyinin hizalanmasıyla belirlenir ve elektrotun kimyasal yüzeyi kristal için bir tohum görevi görür.En yaygın TN sıvı kristalinde, sıvı kristalin üst ve alt elektrotları dikey olarak düzenlenmiştir.Sıvı kristal moleküller spiral şeklinde düzenlenmiştir ve bir polarize filtreden geçen ışık, sıvı kristal çipten geçtikten sonra polarizasyon yönünde döner, böylece diğer polarizasyon plakasından geçebilir.Işığın küçük bir kısmı bu işlem sırasında polarizör tarafından engellenir ve dışarıdan gri görünür.Saydam elektrota yük uygulandıktan sonra, sıvı kristal moleküller elektrik alanın yönüne paralel olarak neredeyse tamamen hizalanacaktır, böylece bir polarize filtreden geçen ışığın polarizasyon yönü döndürülmez, bu nedenle ışık tamamen engellendi.Bu noktada piksel siyah görünüyor.Voltajı kontrol ederek, farklı gri tonlamalar elde etmek için sıvı kristal moleküllerinin düzeninin bozulma derecesi kontrol edilebilir.

Bazı sıvı kristal ekranlar, alternatif akımın etkisi altında kararır.Alternatif akım, sıvı kristalin sarmal etkisini yok eder.Akım kapatıldığında, sıvı kristal ekran daha parlak veya şeffaf hale gelecektir.Bu tür sıvı kristal ekran, dizüstü bilgisayarlarda ve ucuz sıvı kristal ekranlarda yaygın olarak kullanılır.Yüksek çözünürlüklü likit kristal ekranlarda veya büyük ölçekli likit kristal televizyonlarda sıklıkla kullanılan başka bir likit kristal ekran türü, güç kapatıldığında likit kristal ekranın opak bir durumda olmasıdır.

Güçten tasarruf etmek için, sıvı kristal ekran çoğullama yöntemini benimser.Çoğullama modunda, bir uçtaki elektrotlar gruplar halinde birbirine bağlanır ve her elektrot grubu bir güç kaynağına bağlanır ve diğer uçtaki elektrotlar da gruplar halinde bağlanır ve her grup güç kaynağına bağlanır. .Bir uçta gruplama tasarımı, her pikselin bağımsız bir güç kaynağı tarafından kontrol edilmesini sağlar ve elektronik cihaz veya elektronik cihazı çalıştıran yazılım, güç kaynağının açma/kapama sırasını kontrol ederek pikselin görüntüsünü kontrol eder.

LCD monitörleri doğrulamaya yönelik metrikler aşağıdaki önemli hususları içerir: ekran boyutu, tepki süresi (senkronizasyon oranı), dizi tipi (aktif ve pasif), görüş açısı, desteklenen renkler, parlaklık ve kontrast, çözünürlük ve en boy oranı ve Giriş arayüzleri (örn. görüntü arayüzleri ve video görüntüleme dizileri).

Kısa Tarihçe

1888'de Avusturyalı kimyager Friedrich Lenitzer sıvı kristalleri ve onların özel fiziksel özelliklerini keşfetti.

İlk çalıştırılabilir sıvı kristal ekran, Radio Corporation of America'dan George Hellman liderliğindeki bir grup tarafından geliştirilen Dinamik Saçılma Moduna (DSM) dayanıyordu.Hellmann, bu teknolojiye dayalı bir dizi sıvı kristal ekran geliştiren bir şirket olan Optech'i kurdu.

Aralık 1970'de, sıvı kristallerin spin-nematik alan etkisi, İsviçre'de Zander ve Helfrich tarafından Hoffmann-Leroc Merkez Laboratuvarı'nda bir patent olarak tescil edildi.Ancak bir önceki yıl 1969'da James Ferguson, ABD Ohio'daki Kent State Üniversitesi'nde sıvı kristallerin spin-nematik alan etkisini keşfetti ve aynı patenti Şubat 1971'de Amerika Birleşik Devletleri'nde tescil ettirdi. 1971'de ILIXCO ilk sıvı kristali üretti. Daha zayıf DSM tipi sıvı kristal ekranın yerini alan bu özelliğe dayalı ekran.Keşfin ticari değeri ancak 1985'ten sonra oldu.1973 yılında, Japon Sharp Corporation, elektronik hesap makinelerinin dijital ekranlarını yapmak için ilk kez kullandı.2010'larda, LCD monitörler tüm bilgisayarlar için birincil görüntüleme aygıtı haline geldi.

Ekran prensibi

Otomobiller için araç içi bilgi sistemi

JR East Yamanote Line işlem bilgileri ekranı

Voltaj yokluğunda ışık, sıvı kristal moleküllerin boşluğu boyunca hareket edecek ve ışığın geçebilmesi için 90 derece dönecektir.Ancak voltajı ekledikten sonra ışık, sıvı kristal moleküllerin boşluğu boyunca düz bir şekilde ilerler, böylece ışık filtre plakası tarafından engellenir.

Sıvı kristal, akış özelliklerine sahip bir maddedir, bu nedenle sıvı kristal moleküllerini hareket ettirmek için yalnızca çok küçük bir kuvvet uygulanabilir.Örnek olarak en yaygın nematik sıvı kristali ele alırsak, sıvı kristal moleküller, elektrik alanının etkisiyle sıvı kristal moleküllerini kolaylıkla çevirebilir.Sıvı kristalin optik ekseni, moleküler ekseni ile oldukça tutarlıdır, bu nedenle optik etkiler üretebilir.Sıvı kristale uygulanan elektrik alanı kaldırıldığında ve kaybolduğunda, sıvı kristal, sıvı kristal moleküllerini çok hızlı bir şekilde eski haline getirmek için kendi elastikiyetini ve viskozitesini kullanacaktır.Elektrik alan uygulanmadan önceki durum.

İletken ve Yansıtıcı Ekranlar

Sıvı kristal ekranlar, ışık kaynağının yerleştirildiği yere bağlı olarak geçirgen veya yansıtıcı olabilir.

İletken LCD'ler, bir ekranın arkasındaki ışık kaynağıyla aydınlatılırken, görüntüleme ekranın diğer tarafında (ön) yapılır.Bu LCD türü çoğunlukla bilgisayar monitörleri, PDA'lar ve cep telefonları gibi yüksek parlaklıkta ekranlar gerektiren uygulamalarda kullanılır.Likit kristal ekranı aydınlatmak için kullanılan aydınlatma cihazlarının güç tüketimi, likit kristal ekranın kendisinden daha yüksek olma eğilimindedir.

Elektronik saatlerde ve hesap makinelerinde yaygın olarak bulunan yansıtıcı sıvı kristal ekranlar (bazen), ekranı arkadaki dağınık yansıtıcı bir yüzeyle aydınlatmak için dış ışığı geri yansıtır.Bu tür LCD'nin kontrast oranı daha yüksektir, çünkü ışık sıvı kristalden iki kez geçer, dolayısıyla iki kez kesilir.Aydınlatma cihazlarının kullanılmaması, güç tüketimini önemli ölçüde azaltır, bu nedenle pil kullanan cihazlar pillerle daha uzun süre dayanır.Küçük yansıtıcı sıvı kristal ekranlar o kadar az güç tüketir ki bir fotovoltaik hücre onlara güç sağlamak için yeterlidir, genellikle cep hesap makinelerinde kullanılırlar.

Transflektif likit kristal ekranlar hem geçirgen hem de yansıtıcı tipler olarak kullanılabilir.Sıvı kristal ekran, harici ışık yeterli olduğunda yansıtıcı tip olarak çalışır ve harici ışık yetersiz olduğunda geçirgen tip olarak da kullanılabilir.

renkli ekran

Renkli Sıvı Kristal Ekranın Alt Piksel Yapısı

LCD'de piksel yakınlaştırma

LCD teknolojisi, voltajın büyüklüğüne göre parlaklığı da değiştirir ve LCD'nin her bir alt resim öğesi tarafından görüntülenen renk, renkli tarama işlemine bağlıdır.Sıvı kristalin kendi rengi olmadığından, alt resim öğeleri yerine çeşitli renkler oluşturmak için renk filtreleri kullanılır.Alt resim öğeleri, yalnızca geçen ışığın yoğunluğunu kontrol ederek gri skalayı ayarlayabilir.Yalnızca birkaç aktif matris ekranı analog sinyal kontrolünü kullanır ve çoğu Dijital sinyal kontrol teknolojisi kullanılır.Dijital olarak kontrol edilen LCD'lerin çoğu, 256 gri tonlama üretebilen sekiz bitlik bir denetleyici kullanır.Her alt eleman 256 seviyeyi temsil edebilir, böylece 2563 renk elde edebilirsiniz ve her eleman 16.777.216 rengi temsil edebilir.İnsan gözünün parlaklık algısı doğrusal olarak değişmediği ve insan gözünün düşük parlaklıktaki değişikliklere daha duyarlı olduğu için bu 24 bit renklilik ideal gereksinimleri tam olarak karşılayamaz.Mühendisler, renk Değişikliklerinin daha tekdüze görünmesini sağlamak için darbe voltajı ayarlama yöntemini kullanır.

Renkli bir LCD'de her piksel, kırmızı, yeşil ve maviyi etiketlemek için ek filtrelerle birlikte üç hücreye veya alt piksele bölünür.Üç alt piksel bağımsız olarak kontrol edilebilir ve karşılık gelen pikseller binlerce hatta milyonlarca renk üretebilir.Daha eski CRT'ler renkleri aynı şekilde görüntüler.Renk bileşenleri, gerektiğinde farklı piksel geometrilerine göre düzenlenir.

Aktif ve pasif diziler

Elektronik saatlerde ve cep bilgisayarlarında yaygın olarak kullanılan likit kristal ekranlar az sayıda segmentten oluşur ve her segmentin tek elektrot teması vardır.Harici bir tahsisli devre, her kontrol ünitesine elektrik yükü sağlar ve bu ekran yapısı, çok sayıda ekran ünitesi (örneğin sıvı ekranlar) olduğunda hantal olabilir.Süper Bükümlü Nematic (STN) veya Çift Katmanlı Süper Bükümlü Nematik (DSTN) teknolojisini (DSTN, STN'nin renk sapmasını düzeltir) uygulayan, PDA'lardaki veya eski dizüstü bilgisayar ekranlarındaki pasif dizili likit kristal ekranlar gibi küçük monokrom ekranlar.

Ekrandaki her satır veya sütunun bağımsız bir devresi vardır ve her pikselin konumu da aynı anda bir satır ve sütun tarafından belirlenir.Bu tür görüntülemeye "pasif dizi" denir, çünkü güncellemeden önce her pikselin de hatırlanması gerekir.İlgili durumlarında, şu anda piksel başına sabit bir şarj kaynağı yoktur.Piksel sayısı arttıkça, göreli satır ve sütun sayısı da artar.Bu görüntüleme yönteminin kullanımı daha zor hale gelir.Pasif dizilerle yapılan sıvı kristal ekranlar, çok yavaş tepki süreleri ve düşük kontrast oranları ile karakterize edilir.

Bilgisayar monitörleri veya televizyonlar gibi mevcut yüksek çözünürlüklü renkli ekranlar aktif dizilerdir.Polarizörlere ve renk filtrelerine ince film transistörlü sıvı kristal ekranlar eklenir.Her pikselin, tek bir pikselin işlenmesine izin veren kendi transistörü vardır.Bir sütun hattı açıldığında, tüm satır satırları bir bütün sütun (Satır) piksele bağlanacak ve her satır satırı doğru voltajla sürülecek, bu sütun hattı kapatılacak ve diğer sütun (Satır) açık olacak.Tam ekran güncelleme işleminde tüm sütun satırları zaman serilerinde açılacaktır.Aynı boyuttaki bir aktif dizi ekranı, pasif bir dizi ekranından daha parlak ve daha keskin görünecek ve daha kısa tepki süresine sahip olacaktır.

kalite kontrol

Bazı LCD paneller, kalıcı parlak ve karanlık noktalara neden olan arızalı transistörler içerir.IC'den farklı olarak, LCD panel ölü pikseller olsa bile normal şekilde görüntülenebilir, bu da IC alanından çok daha büyük olan LCD panelin yalnızca birkaç ölü piksel nedeniyle atılmasının önüne geçebilir.Panel üreticilerinin ölü pikselleri belirlemek için farklı kriterleri vardır.

Daha büyük boyutları nedeniyle LCD paneller, IC devre kartlarına göre kusurlara daha yatkındır.Örneğin, 12 inçlik bir SVGA LCD'de 8 ölü piksel bulunurken, 6 inçlik bir gofretin yalnızca 3 kusuru vardır.Ancak, 137 IC'ye bölünebilen bir gofret üzerindeki 3 artık çok kötü değildir ve bu LCD paneli atmak, %0 çıktı anlamına gelir.Üreticiler arasındaki şiddetli rekabet nedeniyle, mevcut kalite kontrol standardı yükseltilmiştir.LCD ekranda dört veya daha fazla ölü piksel varsa, tespit edilmesi daha kolaydır, böylece müşteriler yeni bir tane isteyebilir.LCD ekranın ölü piksellerinin yeri de göz ardı edilemez.Üreticiler genellikle ekranın orta alanındaki pikselleri yok ederek standartları düşürür.Bazı üreticiler sıfır ölü piksel garantisi sunar.

güç tüketimi

Aktif matris sıvı kristal ekranlar, CRT'lerden daha az elektrik gücüne sahiptir.Aslında, PDA'lardan dizüstü bilgisayarlara kadar taşınabilir aygıtlar için standart ekran haline geldi.Ancak LCD teknolojisinin verimliliği hala çok düşük: ekranı beyaz gösterseniz bile, arka plan ışık kaynağından yayılan ışığın %10'undan azı ekrandan geçer ve geri kalanı emilir.Bu nedenle, yeni plazma ekranın mevcut güç tüketimi, aynı alandaki likit kristal ekranınkinden daha düşüktür.

Palm ve CompaqiPAQ gibi PDA'lar genellikle yansıtıcı ekranlar kullanır.Bu, ortam ışığının ekrana girdiği, polarize sıvı kristal katmandan geçtiği, yansıtıcı katmana çarptığı ve bir görüntüyü göstermek için geri yansıtıldığı anlamına gelir.Işığın %84'ünün işlemde emildiği tahmin edilmektedir, bu nedenle ışığın yalnızca altıda biri aktiftir ve bu, hala iyileştirmeye ihtiyaç duysa da, görsel video için gereken kontrastı sağlamak için yeterlidir.Tek yönlü yansıtıcı ve yansıtıcı ekranlar, farklı aydınlatma koşullarında minimum enerji tüketimi ile sıvı kristal ekranların kullanılmasını mümkün kılar.

Sıfır güç göstergesi

1. Polarizör, gelen ışığı dikey yönde polarize eder;

2. Cam yüzeyler üzerinde indiyum kalay oksit (ITO) içeren şeffaf elektrotlar.Şeffaf elektrotun şekli, sıvı kristal ekranın gücünü açtıktan sonra ışık geçmeden koyu rengin adresini belirleyecektir.Alt-sıvı kristallerin hizalama yönü polarize gelen ışıkla aynı yönde olacak şekilde alt tabaka üzerine dikey şeritler kazınmıştır;

3. Bükülmüş nematik (TN) sıvı kristal;

4. Ortak bir şeffaf elektrot filmine (ITO) sahip cam substrat, yatay şeritler substrat üzerine kazınır, böylece sıvı kristalin hizalama yönü yatay olur;

5. Işığın geçmesine izin verebilen veya engelleyebilen yatay olarak saptırılmış polarizör;

6. Yansıtıcı yüzeyler ışığı gözlemciye geri yansıtır.

2000 yılında, bekleme modundayken elektrik gerektirmeyen sıfır güçte bir ekran geliştirildi, ancak bu teknoloji şu anda seri üretimde değil.Başka bir sıfır güçlü ince LCD teknolojisi, Temmuz 2003'te Tayvan'da seri olarak üretilen Fransız Nemoptic tarafından geliştirildi. Bu teknoloji, e-kitaplar ve dizüstü bilgisayarlar gibi düşük güçlü mobil cihazları hedefliyor.Sıfır güçlü LCD'ler de e-kağıt ile rekabet ediyor.

TFT-LCD

Ana maddeler: İnce film transistörlü sıvı kristal ekranlar ve TFT'ler

TFT-LCD, İnce film transistör sıvı kristal ekranın (ince film transistör sıvı kristal ekran) kısaltmasıdır.