Paparan kristal cecair ialah sejenis imej yang dijana secara elektrik pada panel rata nipis. LCD pertama, yang keluar pada tahun 1970-an, adalah skrin kecil yang digunakan terutamanya dalam kalkulator dan jam tangan digital yang memaparkan nombor hitam pada latar belakang putih. LCD boleh didapati di mana-mana dalam sistem elektronik rumah, telefon bimbit, kamera dan monitor komputer, serta jam tangan dan televisyen. TV panel rata LCD tercanggih masa kini telah banyak menggantikan CRT besar tradisional dalam televisyen dan boleh menghasilkan imej warna definisi tinggi sehingga 108 inci menyerong pada skrin.
Sejarah hablur cecair
Kristal cecair ditemui secara tidak sengaja pada tahun 1888 oleh ahli botani F. Reinitzer dari Austria. Dia mendapati bahawa kolesterol benzoat mempunyai dua takat lebur, bertukar menjadi cecair keruh pada 145 ° C, dan pada suhu melebihi 178.5 ° C, cecair menjadi telus. Kepadamencari penjelasan untuk fenomena ini, dia memberikan sampelnya kepada ahli fizik Otto Lehmann. Dengan menggunakan mikroskop yang dilengkapi dengan pemanasan berperingkat, Lehman menunjukkan bahawa bahan itu mempunyai ciri-ciri optik ciri beberapa kristal, tetapi masih cecair, dan oleh itu istilah "hablur cecair" telah dicipta.
Semasa tahun 1920-an dan 1930-an, penyelidik mengkaji kesan medan elektromagnet pada hablur cecair. Pada tahun 1929, ahli fizik Rusia Vsevolod Frederiks menunjukkan bahawa molekul mereka dalam filem nipis yang diapit di antara dua plat mengubah penjajarannya apabila medan magnet digunakan. Ia adalah pendahulu kepada paparan kristal cecair voltan moden. Kadar pembangunan teknologi sejak awal 1990-an telah pesat dan terus berkembang.
Teknologi LCD telah berkembang daripada hitam dan putih untuk jam tangan dan kalkulator ringkas kepada pelbagai warna untuk telefon mudah alih, monitor komputer dan televisyen. Pasaran LCD global kini menghampiri $100 bilion setahun, masing-masing meningkat daripada $60 bilion pada tahun 2005 dan $24 bilion pada tahun 2003. Pengilangan LCD secara global tertumpu di Timur Jauh dan berkembang di Eropah Tengah dan Timur. Firma Amerika mendahului dalam teknologi pembuatan. Paparan mereka kini menguasai pasaran dan ini tidak mungkin berubah dalam masa terdekat.
Fizik proses penghabluran
Kebanyakan kristal cecair, seperti kolesterol benzoat, terdiri daripada molekul dengan struktur seperti batang panjang. Ini struktur khas molekul cecairhablur antara dua penapis polarisasi boleh dipecahkan dengan menggunakan voltan pada elektrod, elemen LCD menjadi legap dan kekal gelap. Dengan cara ini, pelbagai elemen paparan boleh sama ada ditukar kepada warna terang atau gelap, dengan itu memaparkan nombor atau aksara.
Gabungan daya tarikan yang wujud antara semua molekul yang dikaitkan dengan struktur seperti rod menyebabkan pembentukan fasa kristal cecair. Walau bagaimanapun, interaksi ini tidak cukup kuat untuk mengekalkan molekul di tempatnya secara kekal. Sejak itu, pelbagai jenis struktur kristal cecair telah ditemui. Sebahagian daripadanya disusun dalam lapisan, yang lain dalam bentuk cakera atau lajur bentuk.
teknologi LCD
Prinsip kerja paparan kristal cecair adalah berdasarkan sifat bahan sensitif elektrik yang dipanggil kristal cecair, yang mengalir seperti cecair tetapi mempunyai struktur kristal. Dalam pepejal hablur, zarah konstituen - atom atau molekul - berada dalam tatasusunan geometri, manakala dalam keadaan cecair ia bebas bergerak secara rawak.
Peranti paparan kristal cecair terdiri daripada molekul, selalunya berbentuk batang, yang tersusun dalam satu arah tetapi masih boleh bergerak. Molekul hablur cecair bertindak balas terhadapvoltan elektrik yang mengubah orientasinya dan mengubah ciri optik bahan. Hartanah ini digunakan pada LCD.
Secara purata, panel sedemikian terdiri daripada beribu-ribu elemen imej (“piksel”), yang dikuasakan secara individu oleh voltan. Ia lebih nipis, lebih ringan dan mempunyai voltan operasi yang lebih rendah daripada teknologi paparan lain dan sesuai untuk peranti berkuasa bateri.
Matriks Pasif
Terdapat dua jenis paparan: matriks pasif dan aktif. Yang pasif dikawal oleh hanya dua elektrod. Ia adalah jalur ITO lutsinar yang berputar 90 antara satu sama lain. Ini mencipta matriks silang yang mengawal setiap sel LC secara individu. Pengalamatan dilakukan dengan logik dan pemacu berasingan daripada LCD digital. Oleh kerana tiada cas dalam sel LC dalam jenis kawalan ini, molekul kristal cecair beransur-ansur kembali ke keadaan asalnya. Oleh itu, setiap sel mesti dipantau pada selang masa yang tetap.
Pasif mempunyai masa tindak balas yang agak lama dan tidak sesuai untuk aplikasi televisyen. Sebaik-baiknya, tiada pemacu atau komponen pensuisan seperti transistor dipasang pada substrat kaca. Kehilangan kecerahan akibat teduhan oleh unsur-unsur ini tidak berlaku, jadi pengendalian LCD adalah sangat mudah.
Pasif digunakan secara meluas dengan digit bersegmen dan simbol untuk bacaan kecil dalam peranti sepertikalkulator, pencetak dan alat kawalan jauh, kebanyakannya adalah monokrom atau hanya mempunyai beberapa warna. Paparan grafik monokrom dan warna pasif telah digunakan dalam komputer riba awal dan masih digunakan sebagai alternatif kepada matriks aktif.
Paparan TFT aktif
Matriks aktif memaparkan setiap satu menggunakan satu transistor untuk memandu dan satu kapasitor untuk menyimpan cas. Dalam teknologi IPS (In Plane Switching), prinsip operasi penunjuk kristal cecair menggunakan reka bentuk di mana elektrod tidak bertindan, tetapi terletak bersebelahan antara satu sama lain dalam satah yang sama pada substrat kaca. Medan elektrik menembusi molekul LC secara mendatar.
Ia dijajarkan selari dengan permukaan skrin, yang sangat meningkatkan sudut tontonan. Kelemahan IPS ialah setiap sel memerlukan dua transistor. Ini mengurangkan kawasan lutsinar dan memerlukan lampu latar yang lebih terang. VA (Penjajaran Menegak) dan MVA (Penjajaran Menegak Berbilang Domain) menggunakan hablur cecair termaju yang menjajar secara menegak tanpa medan elektrik, iaitu berserenjang dengan permukaan skrin.
Cahaya terkutub boleh melalui tetapi disekat oleh polarizer hadapan. Oleh itu, sel tanpa pengaktifan adalah hitam. Oleh kerana semua molekul, walaupun yang terletak di tepi substrat, dijajarkan secara menegak secara seragam, maka nilai hitam yang terhasil adalah sangat besar di semua sudut. Tidak seperti matriks pasifpaparan kristal cecair, paparan matriks aktif mempunyai transistor dalam setiap sub-piksel merah, hijau dan biru yang mengekalkannya pada keamatan yang diingini sehingga baris itu dialamatkan dalam bingkai seterusnya.
Masa penukaran sel
Masa respons paparan sentiasa menjadi masalah besar. Oleh kerana kelikatan kristal cecair yang agak tinggi, sel LCD bertukar agak perlahan. Oleh kerana pergerakan pantas dalam imej, ini membawa kepada pembentukan jalur. Hablur cecair kelikatan rendah dan kawalan sel hablur cecair diubah suai (overdrive) biasanya menyelesaikan masalah ini.
Masa tindak balas LCD moden pada masa ini ialah kira-kira 8ms (masa tindak balas terpantas ialah 1ms) menukar kecerahan kawasan imej daripada 10% kepada 90%, dengan 0% dan 100% adalah kecerahan keadaan mantap, ISO 13406 -2 ialah jumlah masa bertukar daripada terang kepada gelap (atau sebaliknya) dan sebaliknya. Walau bagaimanapun, disebabkan proses pensuisan tanpa gejala, masa pensuisan <3 ms diperlukan untuk mengelakkan jalur yang kelihatan.
Teknologi overdrive mengurangkan masa pensuisan sel kristal cecair. Untuk tujuan ini, voltan yang lebih tinggi digunakan buat sementara waktu pada sel LCD daripada yang diperlukan untuk nilai kecerahan sebenar. Disebabkan oleh lonjakan voltan pendek paparan kristal cecair, kristal cecair lengai benar-benar keluar dari kedudukannya dan meratakan lebih cepat. Untuk tahap proses ini, imej mesti dicache. Bersama-sama dengan direka khas untuk nilai yang sepadanpembetulan paparan, ketinggian voltan yang sepadan bergantung pada gamma dan dikawal oleh jadual carian daripada pemproses isyarat untuk setiap piksel dan mengira masa tepat maklumat imej.
Komponen utama penunjuk
Putaran dalam polarisasi cahaya yang dihasilkan oleh kristal cecair adalah asas untuk cara LCD berfungsi. Pada asasnya terdapat dua jenis LCD, Transmissive dan Reflektif:
- Transmissive.
- Transmisi.
Pengendalian paparan LCD penghantaran. Di sebelah kiri, lampu latar LCD memancarkan cahaya tidak terkutub. Apabila ia melalui polarizer belakang (polarizer menegak), cahaya akan menjadi terkutub menegak. Cahaya ini kemudiannya mengenai kristal cecair dan akan memutar polarisasi jika dihidupkan. Oleh itu, apabila cahaya terkutub menegak melalui segmen kristal cecair ON, ia menjadi terkutub secara mendatar.
Seterusnya - polarizer hadapan akan menyekat cahaya terkutub mendatar. Oleh itu, segmen ini akan kelihatan gelap kepada pemerhati. Jika segmen kristal cecair dimatikan, ia tidak akan mengubah polarisasi cahaya, jadi ia akan kekal terkutub menegak. Jadi polarizer hadapan menghantar cahaya ini. Paparan ini, biasanya dirujuk sebagai LCD bercahaya belakang, menggunakan cahaya ambien sebagai sumbernya:
- Jam.
- LCD Reflektif.
- Biasanya kalkulator menggunakan paparan jenis ini.
Segmen positif dan negatif
Imej positif dicipta oleh piksel gelap atau segmen pada latar belakang putih. Di dalamnya, polarizer berserenjang antara satu sama lain. Ini bermakna jika polarizer hadapan adalah menegak, maka polarizer belakang akan mendatar. Jadi OFF dan latar belakang akan membiarkan cahaya masuk, dan ON akan menyekatnya. Paparan ini biasanya digunakan dalam aplikasi yang mempunyai cahaya ambien.
Ia juga mampu mencipta keadaan pepejal dan paparan kristal cecair dengan warna latar belakang yang berbeza. Imej negatif dicipta oleh piksel cahaya atau segmen pada latar belakang gelap. Di dalamnya, polarizer depan dan belakang digabungkan. Ini bermakna jika polarizer hadapan menegak, belakang juga akan menegak dan begitu juga sebaliknya.
Jadi, segmen OFF dan latar belakang menyekat cahaya, dan segmen ON membiarkan cahaya menembusi, mencipta paparan cahaya dengan latar belakang gelap. LCD bercahaya belakang biasanya menggunakan jenis ini, yang digunakan apabila cahaya ambien lemah. Ia juga mampu mencipta warna latar belakang yang berbeza.
Memori paparan RAM
DD ialah memori yang menyimpan aksara yang dipaparkan pada skrin. Untuk memaparkan 2 baris 16 aksara, alamat ditakrifkan seperti berikut:
| Barisan | Kelihatan | Tidak kelihatan |
| Atas | 00J 0FH | 10J 27H |
| Rendah | 40J - 4FH | 50J 67H |
Ia membolehkan anda mencipta maksimum 8 aksara atau aksara 5x7. Sebaik sahaja aksara baharu dimuatkan ke dalam ingatan, ia boleh diakses seolah-olah ia adalah aksara biasa yang disimpan dalam ROM. CG RAM menggunakan perkataan lebar 8-bit, tetapi hanya 5 bit paling tidak ketara muncul pada LCD.
Jadi D4 ialah titik paling kiri dan D0 ialah tiang di sebelah kanan. Contohnya, memuatkan CG bait RAM pada 1Fh memanggil semua titik baris ini.
Kawalan mod bit
Terdapat dua mod paparan tersedia: 4-bit dan 8-bit. Dalam mod 8-bit, data dihantar ke paparan dengan pin D0 hingga D7. Rentetan RS ditetapkan kepada 0 atau 1, bergantung pada sama ada anda ingin menghantar arahan atau data. Baris R/W juga mesti ditetapkan kepada 0 untuk menunjukkan paparan yang akan ditulis. Ia kekal menghantar nadi sekurang-kurangnya 450 ns ke input E untuk menunjukkan bahawa data yang sah ada pada pin D0 hingga D7.
Paparan akan membaca data pada tepi jatuh input ini. Jika bacaan diperlukan, prosedurnya adalah sama, tetapi kali ini baris R/W ditetapkan kepada 1 untuk meminta bacaan. Data akan sah pada baris D0-D7 pada keadaan garis tinggi.
mod 4-bit. Dalam sesetengah kes, mungkin perlu mengurangkan bilangan wayar yang digunakan untuk memacu paparan, seperti apabila mikropengawal mempunyai pin I/O yang sangat sedikit. Dalam kes ini, mod LCD 4-bit boleh digunakan. Dalam mod ini, untuk menghantardata dan membacanya, hanya 4 bit paling ketara (D4 hingga D7) paparan digunakan.
4 bit bererti (D0 hingga D3) kemudiannya disambungkan ke tanah. Data kemudiannya ditulis atau dibaca dengan menghantar empat bit paling ketara dalam urutan, diikuti oleh empat bit paling tidak bererti. Nadi positif sekurang-kurangnya 450 ns mesti dihantar pada talian E untuk menguji setiap gigitan.
Dalam kedua-dua mod, selepas setiap tindakan pada paparan, anda boleh memastikan ia boleh memproses maklumat berikut. Untuk melakukan ini, anda perlu meminta bacaan dalam mod arahan dan semak bendera Busy BF. Apabila BF=0, paparan sedia untuk menerima arahan atau data baharu.
Peranti voltan digital
Penunjuk hablur cecair digital untuk penguji terdiri daripada dua kepingan kaca nipis, pada permukaan menghadap yang mana jejak konduktif nipis digunakan. Apabila kaca dilihat dari kanan, atau hampir pada sudut tepat, trek ini tidak kelihatan. Walau bagaimanapun, pada sudut paparan tertentu, ia menjadi kelihatan.
Rajah litar elektrik.
Penguji yang diterangkan di sini terdiri daripada pengayun segi empat tepat yang menjana voltan AC simetri sempurna tanpa sebarang komponen DC. Kebanyakan penjana logik tidak mampu menghasilkan gelombang persegi, ia menjana bentuk gelombang persegi yang kitaran tugasnya turun naik sekitar 50%. 4047 yang digunakan dalam penguji mempunyai keluaran skalar binari yang menjamin simetri. Kekerapanpengayun ialah kira-kira 1 kHz.
Ia boleh dikuasakan oleh bekalan 3-9V. Biasanya ia akan menjadi bateri, tetapi bekalan kuasa berubah mempunyai kelebihannya. Ia menunjukkan pada voltan berapa kristal cecair penunjuk voltan berfungsi dengan memuaskan, dan terdapat juga hubungan yang jelas antara paras voltan dan sudut di mana paparan jelas kelihatan. Penguji mengeluarkan tidak lebih daripada 1 mA.
Voltan ujian mesti sentiasa disambungkan antara terminal biasa, iaitu satah belakang dan salah satu segmen. Jika tidak diketahui terminal mana adalah satah belakang, kemudian sambungkan satu kuar penguji ke segmen dan satu lagi kuar ke semua terminal lain sehingga segmen itu kelihatan.
