Et flydende krystaldisplay er en type elektrisk genereret billede på en tynd fladskærm. De første LCD'er, som kom ud i 1970'erne, var bittesmå skærme, der primært blev brugt i lommeregnere og digitale ure, der viste sorte tal på en hvid baggrund. LCD'er kan findes over alt i hjemmeelektroniksystemer, mobiltelefoner, kameraer og computerskærme samt ure og fjernsyn. Dagens avancerede LCD fladskærms-tv'er har stort set erstattet traditionelle voluminøse CRT'er i fjernsyn og kan producere high-definition farvebilleder op til 108 tommer diagon alt over skærmen.
Flydende krystallers historie
Flydende krystaller blev opdaget ved et uheld i 1888 af botanikeren F. Reinitzer fra Østrig. Han fandt ud af, at kolesterylbenzoat har to smeltepunkter, der bliver til en uklar væske ved 145 ° C, og ved temperaturer over 178,5 ° C bliver væsken gennemsigtig. Tilfinde en forklaring på dette fænomen, gav han sine prøver til fysikeren Otto Lehmann. Ved hjælp af et mikroskop udstyret med trinopvarmning viste Lehman, at stoffet har optiske egenskaber, der er karakteristiske for nogle krystaller, men stadig er en væske, og derfor blev udtrykket "flydende krystal" opfundet.
I løbet af 1920'erne og 1930'erne undersøgte forskere virkningerne af elektromagnetiske felter på flydende krystaller. I 1929 viste den russiske fysiker Vsevolod Frederiks, at deres molekyler i en tynd film klemt mellem to plader ændrede deres justering, når et magnetfelt blev påført. Det var forløberen for det moderne spændingsflydende krystaldisplay. Tempoet i den teknologiske udvikling siden begyndelsen af 1990'erne har været hurtigt og fortsætter med at vokse.
LCD-teknologien har udviklet sig fra sort/hvid til simple ure og lommeregnere til flerfarvede til mobiltelefoner, computerskærme og fjernsyn. Det globale LCD-marked nærmer sig nu $100 milliarder om året, op fra $60 milliarder i 2005 og $24 milliarder i 2003, hhv. LCD-fremstilling er glob alt koncentreret i Fjernøsten og vokser i Central- og Østeuropa. Amerikanske virksomheder fører an inden for produktionsteknologi. Deres skærme dominerer nu markedet, og det vil næppe ændre sig i den nærmeste fremtid.
Krystalliseringsprocessens fysik
De fleste flydende krystaller, såsom kolesterylbenzoat, består af molekyler med lange stavlignende strukturer. Denne specielle struktur af flydende molekylerkrystaller mellem to polariserende filtre kan brydes ved at påføre spænding til elektroderne, LCD-elementet bliver uigennemsigtigt og forbliver mørkt. På denne måde kan forskellige displayelementer enten skiftes til lyse eller mørke farver og derved vise tal eller tegn.
Denne kombination af tiltrækkende kræfter mellem alle molekyler forbundet med en stavlignende struktur forårsager dannelsen af en flydende krystalfase. Denne interaktion er dog ikke stærk nok til at holde molekylerne på plads permanent. Siden da er mange forskellige typer flydende krystalstrukturer blevet opdaget. Nogle af dem er arrangeret i lag, andre i form af en disk eller formsøjler.
LCD-teknologi
Arbejdsprincippet for et flydende krystaldisplay er baseret på egenskaberne af elektrisk følsomme materialer kaldet flydende krystaller, som flyder som væsker, men har en krystallinsk struktur. I krystallinske faste stoffer er de indgående partikler - atomer eller molekyler - i geometriske arrays, mens de i flydende tilstand frit kan bevæge sig rundt tilfældigt.
Flydende krystaldisplayenheden består af molekyler, ofte stavformede, som organiserer sig i én retning, men som stadig kan bevæge sig. Flydende krystalmolekyler reagerer påen elektrisk spænding, der ændrer deres orientering og ændrer materialets optiske egenskaber. Denne egenskab bruges på LCD'er.
I gennemsnit består et sådant panel af tusindvis af billedelementer ("pixels"), som er individuelt drevet af spænding. De er tyndere, lettere og har en lavere driftsspænding end andre skærmteknologier og er ideelle til batteridrevne enheder.
Passiv Matrix
Der er to typer skærme: passiv og aktiv matrix. Passive styres af kun to elektroder. De er strimler af gennemsigtig ITO, der roterer 90 til hinanden. Dette skaber en krydsmatrix, der styrer hver LC-celle individuelt. Adressering udføres af logik og drivere adskilt fra den digitale LCD. Da der ikke er nogen ladning i LC-cellen i denne type kontrol, vender flydende krystalmolekylerne gradvist tilbage til deres oprindelige tilstand. Derfor skal hver celle overvåges med jævne mellemrum.
Passiver har en relativt lang svartid og er ikke egnede til tv-applikationer. Fortrinsvis er der ingen drivere eller omskifterkomponenter, såsom transistorer, monteret på glassubstratet. Tab af lysstyrke på grund af skygge fra disse elementer forekommer ikke, så betjeningen af LCD'erne er meget enkel.
Passive bruges meget med segmenterede cifre og symboler til små læsninger i enheder som f.eks.lommeregnere, printere og fjernbetjeninger, hvoraf mange er monokrome eller kun har få farver. Passive monokrome og farvegrafiske skærme blev brugt i tidlige bærbare computere og bruges stadig som et alternativ til aktiv matrix.
Aktive TFT-skærme
Aktive matrix-skærme bruger hver en transistor til at drive og en kondensator til at lagre ladning. I IPS (In Plane Switching) teknologi bruger princippet om drift af en flydende krystal indikator et design, hvor elektroderne ikke stables, men er placeret ved siden af hinanden i samme plan på et glassubstrat. Det elektriske felt trænger vandret ind i LC-molekylerne.
De er justeret parallelt med skærmens overflade, hvilket i høj grad øger betragtningsvinklen. Ulempen ved IPS er, at hver celle har brug for to transistorer. Dette reducerer det gennemsigtige område og kræver en lysere baggrundsbelysning. VA (Vertical Alignment) og MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) bruger avancerede flydende krystaller, der justerer lodret uden et elektrisk felt, det vil sige vinkelret på skærmens overflade.
Polariseret lys kan passere igennem, men er blokeret af frontpolarisatoren. En celle uden aktivering er således sort. Da alle molekyler, selv dem, der er placeret ved kanterne af substratet, er ensartet lodret justeret, er den resulterende sorte værdi således meget stor i alle hjørner. I modsætning til passiv matrixLCD-skærme med flydende krystaller, aktive matrix-skærme har en transistor i hver rød, grøn og blå underpixel, der holder dem på den ønskede intensitet, indtil den række adresseres i næste billede.
Celleskiftetid
Skærmens responstid har altid været et stort problem. På grund af den flydende krystals relativt høje viskositet skifter LCD-celler ret langsomt. På grund af de hurtige bevægelser i billedet fører dette til dannelsen af striber. Lavviskositet flydende krystal og modificeret flydende krystal cellekontrol (overdrive) løser norm alt disse problemer.
Responstiden for moderne LCD-skærme er i øjeblikket omkring 8 ms (den hurtigste responstid er 1 ms), hvilket ændrer lysstyrken i et billedområde fra 10 % til 90 %, hvor 0 % og 100 % er konstant lysstyrke, ISO 13406 -2 er summen af skiftetiden fra lys til mørk (eller omvendt) og omvendt. På grund af den asymptotiske skiftproces kræves der dog en koblingstid på <3 ms for at undgå synlige bånd.
Overdrive-teknologi reducerer skiftetiden for flydende krystalceller. Til dette formål påføres LCD-cellen midlertidigt en højere spænding end nødvendigt for den aktuelle lysstyrkeværdi. På grund af den korte spændingsstigning på flydende krystaldisplayet bryder de inaktive flydende krystaller bogstaveligt t alt ud af deres position og jævner ud meget hurtigere. For dette procesniveau skal billedet cachelagres. Sammen med specielt designet til de tilsvarende værdiervisningskorrektion, den tilsvarende spændingshøjde afhænger af gamma og styres af opslagstabeller fra signalprocessoren for hver pixel, og beregner det nøjagtige tidspunkt for billedinformationen.
Indikatorernes hovedkomponenter
Rotationen i polariseringen af lys produceret af flydende krystaller er grundlaget for, hvordan en LCD-skærm fungerer. Der er grundlæggende to typer LCD-skærme, transmissive og reflekterende:
- Transmissiv.
- Transmission.
Transmission LCD-skærmbetjening. På venstre side udsender LCD-baggrundsbelysningen upolariseret lys. Når det passerer gennem den bagerste polarisator (lodret polarisator), vil lyset blive lodret polariseret. Dette lys rammer derefter den flydende krystal og vil vride polarisationen, hvis den tændes. Derfor, når vertik alt polariseret lys passerer gennem ON flydende krystalsegmentet, bliver det vandret polariseret.
Næste - frontpolarisatoren blokerer vandret polariseret lys. Således vil dette segment fremstå mørkt for iagttageren. Hvis det flydende krystalsegment er slukket, vil det ikke ændre lysets polarisering, så det forbliver lodret polariseret. Så frontpolarisatoren transmitterer dette lys. Disse skærme, almindeligvis omt alt som baggrundsbelyste LCD'er, bruger omgivende lys som deres kilde:
- Ur.
- Reflekterende LCD.
- Norm alt bruger lommeregnere denne type display.
Positive og negative segmenter
Et positivt billede skabes af mørke pixels eller segmenter på en hvid baggrund. I dem er polarisatorerne vinkelrette på hinanden. Dette betyder, at hvis den forreste polarisator er lodret, så vil den bagerste polarisator være vandret. Så OFF og baggrunden vil lade lyset slippe igennem, og ON vil blokere det. Disse skærme bruges typisk i applikationer, hvor der er omgivende lys.
Den er også i stand til at skabe skærme i fast tilstand og flydende krystaller med forskellige baggrundsfarver. Et negativt billede er skabt af lyse pixels eller segmenter på en mørk baggrund. I dem er de forreste og bageste polarisatorer kombineret. Det betyder, at hvis den forreste polarisator er lodret, vil den bagerste også være lodret og omvendt.
Så OFF-segmenterne og baggrunden blokerer for lyset, og ON-segmenterne lader lyset slippe igennem og skaber et lysdisplay mod en mørk baggrund. Baggrundsbelyste LCD'er bruger typisk denne type, som bruges, hvor det omgivende lys er svagt. Den er også i stand til at skabe forskellige baggrundsfarver.
Display hukommelse RAM
DD er den hukommelse, der gemmer de tegn, der vises på skærmen. For at vise 2 linjer med 16 tegn, er adresser defineret som følger:
| Line | Synlig | Usynlig |
| Top | 00H 0FH | 10H 27H |
| Low | 40H - 4FH | 50H 67H |
Det giver dig mulighed for at oprette maksim alt 8 tegn eller 5x7 tegn. Når nye tegn er indlæst i hukommelsen, kan de tilgås, som om de var normale tegn gemt i ROM. CG RAM bruger 8-bit brede ord, men kun de 5 mindst signifikante bit vises på LCD'et.
Så D4 er punktet længst til venstre, og D0 er stangen til højre. Indlæsning af en RAM-byte CG ved 1Fh kalder f.eks. alle prikkerne på denne linje.
Bittilstandskontrol
Der er to tilgængelige visningstilstande: 4-bit og 8-bit. I 8-bit tilstand sendes data til displayet ved hjælp af ben D0 til D7. RS-strengen er sat til 0 eller 1, alt efter om du vil sende en kommando eller data. R/W-linjen skal også indstilles til 0 for at angive det display, der skal skrives. Det er tilbage at sende en puls på mindst 450 ns til input E for at indikere, at gyldige data er til stede på ben D0 til D7.
Skærmbilledet vil læse data på den faldende kant af denne indgang. Hvis en læsning er påkrævet, er proceduren identisk, men denne gang er R/W-linjen sat til 1 for at anmode om en læsning. Dataene vil være gyldige på linje D0-D7 på højlinjetilstand.
4-bit tilstand. I nogle tilfælde kan det være nødvendigt at reducere antallet af ledninger, der bruges til at drive skærmen, som når mikrocontrolleren har meget få I/O-ben. I dette tilfælde kan 4-bit LCD-tilstanden bruges. I denne tilstand, for at sendedata og læsning af dem, bruges kun de 4 mest signifikante bits (D4 til D7) i displayet.
4 signifikante bit (D0 til D3) forbindes derefter til jord. Data skrives eller læses derefter ved at sende de fire mest signifikante bit i rækkefølge, efterfulgt af de fire mindst signifikante bit. En positiv puls på mindst 450 ns skal sendes på linje E for at teste hver nibble.
I begge tilstande kan du efter hver handling på displayet sikre dig, at den kan behandle følgende information. For at gøre dette skal du anmode om en læsning i kommandotilstand og kontrollere optaget BF-flag. Når BF=0, er displayet klar til at acceptere ny kommando eller data.
Digitale spændingsenheder
Digitale flydende krystalindikatorer til testere består af to tynde glasplader, på de modstående overflader, hvis tynde ledende spor er påført. Når glasset ses fra højre eller næsten i en ret vinkel, er disse spor ikke synlige. Men ved visse betragtningsvinkler bliver de synlige.
Elektrisk kredsløbsdiagram.
Testeren beskrevet her består af en rektangulær oscillator, der genererer en perfekt symmetrisk AC-spænding uden nogen DC-komponent. De fleste logiske generatorer er ikke i stand til at generere en firkantbølge, de genererer firkantede bølgeformer, hvis driftscyklus svinger omkring 50 %. 4047 brugt i testeren har et binært skalar output, der garanterer symmetri. Frekvensoscillator er omkring 1 kHz.
Den kan forsynes med en 3-9V forsyning. Norm alt vil det være et batteri, men en variabel strømforsyning har sine fordele. Den viser ved hvilken spænding spændingsindikatoren flydende krystal fungerer tilfredsstillende, og der er også en klar sammenhæng mellem spændingsniveauet og den vinkel, som displayet er tydeligt synligt i. Testeren trækker ikke mere end 1 mA.
Testspændingen skal altid forbindes mellem den fælles terminal, dvs. det bagerste plan, og et af segmenterne. Hvis det ikke vides, hvilken terminal der er bagplanet, skal du forbinde en probe på testeren til segmentet og den anden probe til alle andre terminaler, indtil segmentet er synligt.
