ساخت و ساز LCD
هر پیکسل از LCD از قسمت های زیر تشکیل شده است: لایه ای از مولکول های کریستالی مایع که بین دو الکترود شفاف (اکسید قلع ایندیم) معلق است و دو فیلتر قطبی با جهت قطبش عمود بر یکدیگر در خارج. اگر کریستال مایع بین الکترودها وجود نداشته باشد ، جهت قطبش نور عبور از یکی از فیلترهای قطبی کاملاً عمود بر فیلتر قطبی دوم خواهد بود ، بنابراین کاملاً مسدود می شود. با این حال ، اگر جهت قطبی شدن نور از یک فیلتر قطبی توسط کریستال مایع چرخانده شود ، می تواند از فیلتر قطبی دیگر عبور کند. چرخش جهت قطبش نور توسط کریستال مایع می تواند توسط یک میدان الکترواستاتیک کنترل شود و از این طریق به کنترل نور برسد.
مولکول های کریستالی مایع نسبت به تأثیر میدان های الکتریکی خارجی بسیار مستعد هستند و بارهای ناشی از آن را تولید می کنند. هنگامی که مقدار کمی بار به الکترود شفاف هر پیکسل یا زیر پیکسل اضافه می شود تا یک میدان الکترواستاتیک تولید شود ، مولکول های کریستال مایع توسط این میدان الکترواستاتیک القا می شود تا بارهای ناشی از القاء شده و تولید گشتاور الکترواستاتیک ایجاد شود ، که این امر تغییر می کند ، که این امر تغییر می کند. ترتیب چرخشی اصلی مولکول های کریستالی مایع ، در نتیجه دامنه چرخش نور را که از طریق آن عبور می کند تغییر می دهد. یک زاویه خاص را تغییر دهید تا بتواند از فیلتر قطبش عبور کند.
قبل از اضافه شدن بار به الکترود شفاف ، ترتیب مولکولهای کریستالی مایع با ترتیب سطح الکترود تعیین می شود و سطح شیمیایی الکترود می تواند به عنوان یک دانه کریستالی استفاده شود. در متداول ترین کریستال مایع TN ، الکترودهای فوقانی و تحتانی کریستال مایع به صورت عمودی چیده می شوند. مولکول های کریستالی مایع در یک مارپیچ چیده شده اند و جهت قطبی شدن نور که از طریق یک فیلتر قطبش عبور می کند پس از عبور از تراشه مایع می چرخد ، به طوری که می تواند از طریق قطبش دیگر عبور کند. در این فرآیند ، بخش کوچکی از نور توسط قطبنده مسدود شده و از بیرون خاکستری به نظر می رسد. پس از افزودن بار به الکترود شفاف ، مولکول های کریستالی مایع تقریباً به طور موازی در امتداد جهت میدان الکتریکی چیده می شوند ، بنابراین جهت قطبی شدن نور که از طریق فیلتر قطبش عبور می کند ، چرخش نمی یابد ، بنابراین نور کاملاً است مسدود شده در این زمان ، پیکسل سیاه به نظر می رسد. با کنترل ولتاژ ، می توان درجه تحریف آرایش مولکول های کریستال مایع را برای دستیابی به کالیلهای مختلف کنترل کرد.
برخی از LCD ها وقتی در معرض جریان متناوب قرار می گیرند ، سیاه می شوند و این اثر مارپیچ کریستال مایع را از بین می برد. هنگامی که جریان خاموش است ، LCD روشن تر یا شفاف تر می شود. این نوع LCD معمولاً در لپ تاپ ها و LCD های ارزان قیمت یافت می شود. نوع دیگری از LCD که معمولاً در LCD های با کیفیت بالا یا تلویزیون های LCD بزرگ استفاده می شود این است که وقتی برق خاموش می شود ، LCD مات است.
به منظور صرفه جویی در برق ، LCD ها از یک روش چند برابر استفاده می کنند. در حالت Multiplexing ، الکترودها در یک انتها به صورت گروهی به هم وصل می شوند ، هر گروه از الکترودها به منبع تغذیه وصل می شوند و الکترودها در انتهای دیگر نیز به صورت گروهی متصل می شوند ، هر گروه به انتهای دیگر برق وصل می شوند عرضه طراحی گروه بندی تضمین می کند که هر پیکسل توسط منبع تغذیه مستقل کنترل می شود. دستگاه الکترونیکی یا نرم افزاری که دستگاه الکترونیکی را هدایت می کند ، با کنترل توالی روشن/خاموش منبع تغذیه ، نمایش پیکسل را کنترل می کند.
شاخص های آزمایش LCD شامل جنبه های مهم زیر است: اندازه نمایش ، زمان پاسخ (میزان هماهنگ سازی) ، نوع آرایه (فعال و منفعل) ، زاویه دید ، رنگهای پشتیبانی شده ، روشنایی و کنتراست ، وضوح و نسبت ابعاد صفحه نمایش (از این دست به عنوان رابط بصری و آرایه نمایش فیلم).
تاریخ کوتاه
در سال 1888 ، شیمیدان اتریشی Friedrich Reinizer کریستال های مایع و خصوصیات فیزیکی خاص آنها را کشف کرد.
اولین LCD عملیاتی بر اساس حالت پراکندگی پویا (DSM) بود که توسط تیمی به سرپرستی جورج هلمن در RCA ساخته شد. هلمن Optech را تأسیس کرد ، که طیف وسیعی از LCD ها را بر اساس این فناوری توسعه داد.
در دسامبر سال 1970 ، اثر میدانی پیچ خورده از کریستال های مایع توسط SINT و هلفریش در آزمایشگاه های مرکزی Hoffmann-le Roque در سوئیس ثبت شد. با این حال ، سال قبل ، در سال 1969 ، جیمز فرگوسن اثر میدانی پیچ خورده کریستال های مایع را در دانشگاه ایالتی کنت در اوهایو ، ایالات متحده کشف کرده بود و در فوریه 1971 همان حق ثبت اختراع را در ایالات متحده ثبت کرد. در سال 1971 ، شرکت او (ILIXCO (ILIXCO ) اولین LCD را بر اساس این خاصیت تولید کرد ، که به زودی جایگزین LCD DSM پایین DSM شد. تا سال 1985 نگذشت که این کشف از نظر تجاری قابل دوام بود. در سال 1973 ، شرکت تیز ژاپن برای اولین بار از آن برای ساخت نمایشگرهای دیجیتالی برای ماشین حساب های الکترونیکی استفاده کرد. در دهه 2010 ، LCD ها به دستگاه های اصلی نمایشگر برای همه رایانه ها تبدیل شده اند.
اصل نمایش
بدون ولتاژ ، نور در امتداد شکاف بین مولکول های کریستال مایع حرکت می کند و 90 درجه می چرخد ، بنابراین نور می تواند از آن عبور کند. اما پس از افزودن ولتاژ ، نور مستقیم در طول شکاف بین مولکول های کریستال مایع حرکت می کند ، بنابراین نور توسط فیلتر مسدود می شود.
کریستال مایع ماده ای با ویژگی های جریان است ، بنابراین فقط یک نیروی خارجی بسیار کوچک برای حرکت مولکول های کریستالی مایع لازم است. با استفاده از رایج ترین کریستال مایع نماتیک به عنوان نمونه ، مولکول های کریستالی مایع به راحتی می توانند با عملکرد میدان الکتریکی تبدیل شوند. از آنجا که محور نوری کریستال مایع کاملاً با محور مولکولی آن سازگار است ، می تواند اثرات نوری ایجاد کند. هنگامی که میدان الکتریکی اعمال شده روی کریستال مایع برداشته شود و از بین برود ، کریستال مایع از خاصیت ارتجاعی و ویسکوزیته خود استفاده می کند و مولکول های کریستالی مایع قبل از اعمال میدان الکتریکی به سرعت به حالت اصلی باز می گردند.
نمایشگرهای انتقال دهنده و بازتابنده
بسته به محل قرار دادن منبع نور ، LCD ها می توانند انتقال یا بازتاب دهند.
LCD های انتقال دهنده توسط یک منبع نور در پشت صفحه روشن می شوند و از طرف دیگر (در جلو) صفحه مشاهده می شوند. این نوع LCD در برنامه هایی که نیاز به روشنایی بالا دارند ، مانند مانیتورهای رایانه ای ، PDA و تلفن های همراه استفاده می شود. روشنایی که برای روشنایی LCD استفاده می شود ، اغلب قدرت بیشتری نسبت به خود LCD مصرف می کند.
LCD های بازتابی ، که معمولاً در ساعت ها و ماشین حساب های الکترونیکی یافت می شود ، (گاهی اوقات) با بازتاب نور خارجی از یک سطح بازتابنده پراکنده در پشت LCD ، صفحه را روشن می کنند. این نوع LCD نسبت کنتراست بالاتری دارد زیرا نور دو بار از کریستال مایع عبور می کند ، بنابراین دو بار بریده می شود. عدم استفاده از دستگاه روشنایی به طور قابل توجهی مصرف برق را کاهش می دهد ، بنابراین دستگاه های باتری بیشتر طول می کشد. از آنجا که LCD های بازتابی کوچک آنقدر قدرت کمی مصرف می کنند که یک فوتوسل برای تأمین انرژی آنها کافی است ، آنها اغلب در ماشین حساب های جیب مورد استفاده قرار می گیرند.
LCD های انتقال دهنده می توانند به عنوان انتقال دهنده یا بازتابنده استفاده شوند. هنگامی که نور خارجی زیادی وجود دارد ، LCD به عنوان یک نوع بازتابنده عمل می کند و وقتی نور خارجی کمتری وجود داشته باشد ، می تواند به عنوان یک نوع انتقال دهنده عمل کند.
نمایش رنگ
فناوری LCD همچنین براساس اندازه ولتاژ روشنایی را تغییر می دهد. رنگ نمایش داده شده توسط هر عنصر LCD به برنامه غربالگری رنگ بستگی دارد. از آنجا که کریستال مایع به خودی خود رنگی ندارد ، از فیلترهای رنگی برای تولید رنگ های مختلف به جای عناصر زیر استفاده می شود. عناصر فرعی فقط می توانند با کنترل شدت عبور نور از طریق مقیاس خاکستری تنظیم کنند. فقط چند نمایشگر ماتریس فعال از کنترل سیگنال آنالوگ استفاده می کنند و بیشتر آنها از فناوری کنترل سیگنال دیجیتال استفاده می کنند. بیشتر LCD های کنترل شده دیجیتالی از کنترل کننده های هشت بیتی استفاده می کنند که می توانند 256 سطح خاکستری را تولید کنند. هر عنصر زیر می تواند 256 سطح را نشان دهد ، بنابراین می توانید 2563 رنگ بدست آورید و هر عنصر می تواند 16،777،216 رنگ را نشان دهد. از آنجا که چشم انسان روشنایی را به صورت خطی احساس نمی کند ، و چشم انسان نسبت به تغییرات روشنایی کم حساس تر است ، این کروماتیک {11}}} bit نمی تواند به طور کامل الزامات ایده آل را برآورده کند. مهندسان از تنظیم ولتاژ پالس استفاده می کنند تا تغییرات رنگ یکنواخت تر به نظر برسد.
در یک LCD رنگی ، هر پیکسل به سه واحد یا زیر پیکسل تقسیم می شود و فیلترهای اضافی به ترتیب قرمز ، سبز و آبی مشخص می شوند. سه پیکسل زیر را می توان به طور مستقل کنترل کرد و در نتیجه هزاران یا حتی میلیون ها رنگ برای پیکسل مربوطه به وجود می آید. CRT های قدیمی از همان روش برای نمایش رنگ ها استفاده می کنند. بسته به نیاز ، اجزای رنگ مطابق هندسه های پیکسل مختلف مرتب می شوند.
آرایه های فعال و منفعل
یک صفحه نمایش کریستال مایع که معمولاً در ساعتهای الکترونیکی و رایانه های جیب یافت می شود که از تعداد کمی از بخش ها تشکیل شده است ، هر کدام دارای یک تماس الکترود واحد هستند. یک مدار اختصاصی خارجی هزینه ای را برای هر واحد کنترل فراهم می کند ، که می تواند با واحدهای نمایشگر بیشتر (مانند نمایشگرهای کریستالی مایع) دست و پا گیر باشد. نمایشگرهای کریستالی مایع آرایه منفعل برای نمایشگرهای کوچک تک رنگ ، مانند نمایش های PDA یا صفحه های لپ تاپ قدیمی تر ، از فناوری فوق العاده پیچ خورده Nematic (STN) یا فناوری فوق العاده پیچ خورده (DSTN) استفاده می کنند (DSTN مشکل انحراف رنگ STN را تصحیح می کند).
هر ردیف یا ستون روی صفحه نمایش دارای یک مدار مستقل است و موقعیت هر پیکسل نیز توسط یک ردیف و ستون مشخص می شود. این نوع نمایشگر "آرایه منفعل" نامیده می شود زیرا هر پیکسل نیز باید قبل از بروزرسانی وضعیت خاص خود را به خاطر بسپارد. در این زمان ، هر پیکسل هیچ گونه بار پایدار ندارد. با افزایش تعداد پیکسل ها ، تعداد نسبی ردیف ها و ستون ها نیز افزایش می یابد و استفاده از این روش نمایش دشوارتر می شود. LCD های ساخته شده با آرایه های منفعل با زمان پاسخ بسیار آهسته و کنتراست کم مشخص می شوند.
نمایشگرهای فعلی با وضوح بالا ، مانند مانیتورهای رایانه یا تلویزیون ، آرایه های فعال هستند. نمایشگرهای کریستالی مایع ترانزیستور نازک به قطبش ها و فیلترهای رنگی اضافه می شوند. هر پیکسل ترانزیستور مخصوص به خود را دارد و امکان کنترل یک پیکسل را فراهم می کند. هنگامی که یک خط ستون روشن است ، تمام خطوط ردیف به یک ردیف کامل پیکسل وصل می شوند و هر خط ردیف با ولتاژ صحیح رانده می شود ، خط ستون خاموش می شود و ردیف دیگر روشن می شود. در یک عمل به روزرسانی کامل تصویر ، تمام خطوط ستون در یک دنباله زمانی روشن می شوند. نمایشگرهای آرایه فعال با همان اندازه روشن تر و واضح تر از نمایشگرهای آرایه منفعل به نظر می رسند و زمان پاسخ کوتاه دارند.
کنترل کیفیت
برخی از پانل های LCD حاوی ترانزیستورهای معیوب هستند که باعث ایجاد لکه های روشن و تاریک دائمی می شوند. بر خلاف ICS ، پانل های LCD هنوز هم می توانند به طور عادی نمایش داده شوند حتی اگر پیکسل های بد وجود داشته باشد. این همچنین می تواند از دور انداختن پانل های LCD که بسیار بزرگتر از منطقه IC هستند به دلیل چند پیکسل بد جلوگیری کنید. تولید کنندگان پانل استانداردهای مختلفی برای تعیین پیکسل های بد دارند.
پانل های LCD به دلیل اندازه بیشتر آنها به احتمال زیاد نسبت به تخته های IC دارای نقص هستند. به عنوان مثال ، A {{0}} int inch SVGA LCD دارای 8 پیکسل بد است ، در حالی که یک ویفر 6- اینچ فقط 3 نقص دارد. با این حال ، 3 نقص در ویفر که می تواند به 137 IC تقسیم شود ، خیلی بد نیست ، اما دور انداختن پانل LCD به معنای 0 ٪ خروجی است. به دلیل رقابت شدید بین تولید کنندگان ، استانداردهای کنترل کیفیت افزایش یافته است. اگر LCD دارای چهار یا بیشتر پیکسل بد باشد ، تشخیص آن آسان تر است ، بنابراین مشتری می تواند درخواست جایگزینی کند. محل پیکسل بد در پنل LCD نیز ناچیز نیست. تولید کنندگان اغلب استانداردها را پایین می آورند زیرا پیکسل های آسیب دیده در مرکز نمایش هستند. برخی از تولید کنندگان ضمانت پیکسل صفر بد را ارائه می دهند.
مصرف برق
LCD های ماتریس فعال از قدرت کمتری نسبت به CRT استفاده می کنند. در حقیقت ، آنها از PDA گرفته تا لپ تاپ به صفحه نمایش استاندارد برای دستگاه های قابل حمل تبدیل شده اند. اما فناوری LCD هنوز هم بسیار ناکارآمد است: حتی اگر صفحه را به رنگ سفید روشن کنید ، کمتر از 10 ٪ از نور ساطع شده از منبع نور پس زمینه از صفحه عبور می کند. بقیه جذب می شوند. بنابراین نمایشگرهای جدید پلاسما اکنون از قدرت کمتری نسبت به LCD در همان منطقه استفاده می کنند.
PDA ها ، مانند PALM و COMPAQIPAQ ، اغلب از نمایشگرهای بازتابی استفاده می کنند. این بدان معنی است که نور محیط وارد صفحه نمایش می شود ، از لایه کریستال مایع قطبی عبور می کند ، به لایه بازتاب می رسد و سپس برای نمایش تصویر بازتاب می یابد. تخمین زده می شود که 84 ٪ از نور در این فرآیند جذب می شود ، بنابراین فقط از یک ششم نور استفاده می شود ، که اگرچه هنوز جایی برای بهبود وجود دارد ، اما برای تهیه کنتراست مورد نیاز برای فیلم قابل مشاهده کافی است. بازتاب یک طرفه و نمایشگرهای بازتابی امکان استفاده از نمایشگرهای LCD با حداقل مصرف انرژی در شرایط مختلف روشنایی را فراهم می کند.
صفحه نمایش صفر
در سال 2000 ، یک صفحه نمایش صفر با قدرت ایجاد شد که در حالت آماده به کار از برق استفاده نمی کند ، اما این فناوری در حال حاضر برای تولید انبوه در دسترس نیست. Nemoptic ، یک شرکت فرانسوی ، یکی دیگر از فناوری های LCD با قدرت صفر با قدرت صفر را توسعه داد که در ژوئیه 2003 در تایوان تولید شد. این فناوری در دستگاه های تلفن همراه کم قدرت مانند کتاب های الکترونیکی و رایانه های قابل حمل هدف قرار گرفته است. LCD های صفر با قدرت نیز با کاغذ الکترونیکی رقابت می کنند.
