Ang liquid crystal display ay isang uri ng electrically generated na imahe sa manipis na flat panel. Ang mga unang LCD, na lumabas noong 1970s, ay mga maliliit na screen na pangunahing ginagamit sa mga calculator at digital na relo na nagpapakita ng mga itim na numero sa puting background. Ang mga LCD ay matatagpuan sa lahat ng dako sa mga sistema ng elektronikong bahay, mga mobile phone, mga camera at mga monitor ng computer, pati na rin sa mga relo at telebisyon. Ang mga makabagong LCD flat panel TV ngayon ay higit na pinapalitan ang mga tradisyonal na malalaking CRT sa mga telebisyon at maaaring makagawa ng mga high-definition na kulay na mga imahe hanggang sa 108 pulgada pahilis sa screen.
Kasaysayan ng mga likidong kristal
Ang mga likidong kristal ay aksidenteng natuklasan noong 1888 ng botanist na si F. Reinitzer mula sa Austria. Natagpuan niya na ang cholesteryl benzoate ay may dalawang mga punto ng pagkatunaw, na nagiging isang maulap na likido sa 145 ° C, at sa mga temperatura na higit sa 178.5 ° C, ang likido ay nagiging transparent. Upangmakahanap ng paliwanag para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito, ibinigay niya ang kanyang mga sample sa physicist na si Otto Lehmann. Gamit ang isang mikroskopyo na nilagyan ng stepped heating, ipinakita ni Lehman na ang substance ay may optical properties na katangian ng ilang mga kristal, ngunit ito ay likido pa rin, at dahil dito ang terminong "liquid crystal" ay nalikha.
Noong 1920s at 1930s, pinag-aralan ng mga mananaliksik ang mga epekto ng mga electromagnetic field sa mga likidong kristal. Noong 1929, ipinakita ng physicist ng Russia na si Vsevolod Frederiks na ang kanilang mga molekula sa isang manipis na pelikula na naka-sandwich sa pagitan ng dalawang plato ay nagbago ng kanilang pagkakahanay kapag inilapat ang isang magnetic field. Ito ang nangunguna sa modernong boltahe na liquid crystal display. Ang bilis ng pag-unlad ng teknolohiya mula noong unang bahagi ng 1990s ay mabilis at patuloy na lumalaki.
Ang LCD technology ay umunlad mula sa itim at puti para sa mga simpleng relo at calculator hanggang sa multicolor para sa mga mobile phone, computer monitor at telebisyon. Ang pandaigdigang merkado ng LCD ay papalapit na ngayon sa $100 bilyon sa isang taon, mula sa $60 bilyon noong 2005 at $24 bilyon noong 2003, ayon sa pagkakabanggit. Ang pagmamanupaktura ng LCD ay pandaigdig na puro sa Malayong Silangan at lumalaki sa Gitnang at Silangang Europa. Ang mga kumpanyang Amerikano ay nangunguna sa teknolohiya ng pagmamanupaktura. Ang kanilang mga display ay nangingibabaw na ngayon sa merkado at ito ay malamang na hindi magbago sa malapit na hinaharap.
Physics ng proseso ng crystallization
Karamihan sa mga likidong kristal, gaya ng cholesteryl benzoate, ay binubuo ng mga molekula na may mahabang istrukturang parang baras. Ang espesyal na istraktura ng mga likidong molekulaAng mga kristal sa pagitan ng dalawang polarizing filter ay maaaring masira sa pamamagitan ng paglalagay ng boltahe sa mga electrodes, ang elemento ng LCD ay nagiging malabo at nananatiling madilim. Sa ganitong paraan, ang iba't ibang elemento ng display ay maaaring ilipat sa maliwanag o madilim na kulay, sa gayon ay nagpapakita ng mga numero o character.
Ang kumbinasyong ito ng mga kaakit-akit na puwersa na umiiral sa pagitan ng lahat ng mga molekula na nauugnay sa isang istrakturang tulad ng baras ay nagiging sanhi ng pagbuo ng isang bahagi ng likidong kristal. Gayunpaman, ang pakikipag-ugnayan na ito ay hindi sapat na malakas upang panatilihing permanente ang mga molekula. Simula noon, maraming iba't ibang uri ng likidong kristal na istruktura ang natuklasan. Ang ilan sa mga ito ay nakaayos sa mga layer, ang iba sa anyo ng isang disk o mga column ng form.
LCD technology
Ang prinsipyong gumagana ng isang liquid crystal display ay nakabatay sa mga katangian ng electrically sensitive na materyales na tinatawag na liquid crystal, na umaagos tulad ng mga likido ngunit may kristal na istraktura. Sa crystalline solids, ang mga constituent particle - atoms o molecules - ay nasa geometric arrays, habang nasa liquid state ang mga ito ay malayang gumagalaw nang random.
Ang liquid crystal display device ay binubuo ng mga molecule, kadalasang hugis baras, na nag-aayos sa isang direksyon ngunit maaari pa ring gumalaw. Ang mga molekula ng likidong kristal ay tumutugon saisang de-koryenteng boltahe na nagbabago sa kanilang oryentasyon at nagbabago sa mga optical na katangian ng materyal. Ginagamit ang property na ito sa mga LCD.
Sa karaniwan, ang naturang panel ay binubuo ng libu-libong elemento ng imahe (“mga pixel”), na indibidwal na pinapagana ng boltahe. Ang mga ito ay mas manipis, mas magaan at may mas mababang operating boltahe kaysa sa iba pang mga teknolohiya ng display at perpekto para sa mga device na pinapagana ng baterya.
Passive Matrix
Mayroong dalawang uri ng mga display: passive at active matrix. Ang mga passive ay kinokontrol ng dalawang electrodes lamang. Ang mga ito ay mga piraso ng transparent na ITO na umiikot ng 90 sa bawat isa. Lumilikha ito ng cross matrix na kumokontrol sa bawat LC cell nang paisa-isa. Ang pag-address ay ginagawa sa pamamagitan ng lohika at ang mga driver ay hiwalay sa digital LCD. Dahil walang singil sa LC cell sa ganitong uri ng kontrol, unti-unting bumalik ang mga likidong kristal na molekula sa kanilang orihinal na estado. Samakatuwid, dapat na subaybayan ang bawat cell sa mga regular na pagitan.
Ang mga passive ay may medyo mahabang oras ng pagtugon at hindi angkop para sa mga aplikasyon sa telebisyon. Mas mabuti, walang mga driver o switching component tulad ng mga transistor ang naka-mount sa glass substrate. Ang pagkawala ng liwanag dahil sa pagtatabing ng mga elementong ito ay hindi nangyayari, kaya ang pagpapatakbo ng mga LCD ay napaka-simple.
Ang Passive ay malawakang ginagamit sa mga naka-segment na digit at simbolo para sa maliit na pagbabasa sa mga device gaya ngmga calculator, printer at remote control, marami sa mga ito ay monochrome o may kaunting kulay lamang. Ang mga passive na monochrome at color graphic na display ay ginamit sa mga unang laptop at ginagamit pa rin bilang alternatibo sa aktibong matrix.
Mga aktibong TFT na display
Active matrix display ang bawat isa ay gumagamit ng isang transistor para magmaneho at isang capacitor para mag-imbak ng singil. Sa teknolohiya ng IPS (In Plane Switching), ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang likidong tagapagpahiwatig ng kristal ay gumagamit ng isang disenyo kung saan ang mga electrodes ay hindi nakasalansan, ngunit matatagpuan sa tabi ng bawat isa sa parehong eroplano sa isang glass substrate. Ang electric field ay tumagos sa mga molekula ng LC nang pahalang.
Naka-align ang mga ito parallel sa ibabaw ng screen, na lubos na nagpapataas ng viewing angle. Ang kawalan ng IPS ay ang bawat cell ay nangangailangan ng dalawang transistors. Binabawasan nito ang transparent na lugar at nangangailangan ng mas maliwanag na backlight. Gumagamit ang VA (Vertical Alignment) at MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) ng mga advanced na liquid crystal na nakahanay patayo nang walang electric field, ibig sabihin, patayo sa ibabaw ng screen.
Polarized na ilaw ay maaaring dumaan ngunit naharang ng front polarizer. Kaya, ang isang cell na walang activation ay itim. Dahil ang lahat ng mga molekula, kahit na ang mga matatagpuan sa mga gilid ng substrate, ay pare-parehong nakahanay na patayo, ang resultang itim na halaga ay napakalaki sa lahat ng sulok. Hindi tulad ng passive matrixmga likidong kristal na display, ang mga aktibong matrix display ay may transistor sa bawat pula, berde, at asul na sub-pixel na nagpapanatili sa mga ito sa nais na intensity hanggang sa matugunan ang row na iyon sa susunod na frame.
Oras ng pagpapalit ng cell
Ang oras ng pagtugon ng mga display ay palaging isang malaking problema. Dahil sa medyo mataas na lagkit ng likidong kristal, ang mga LCD cell ay medyo mabagal na lumipat. Dahil sa mabilis na paggalaw sa imahe, humahantong ito sa pagbuo ng mga guhitan. Ang mababang lagkit na likidong kristal at binagong likidong kristal na kontrol ng cell (overdrive) ay kadalasang nilulutas ang mga problemang ito.
Ang oras ng pagtugon ng mga modernong LCD ay kasalukuyang humigit-kumulang 8ms (ang pinakamabilis na oras ng pagtugon ay 1ms) na nagbabago sa liwanag ng lugar ng larawan mula 10% hanggang 90%, kung saan ang 0% at 100% ay steady state brightness, ISO 13406 -2 ay ang kabuuan ng oras ng paglipat mula sa maliwanag patungo sa madilim (o kabaligtaran) at kabaliktaran. Gayunpaman, dahil sa asymptotic switching process, kailangan ng switching time na <3 ms para maiwasan ang mga nakikitang banda.
Ang teknolohiya ng overdrive ay binabawasan ang oras ng paglipat ng mga liquid crystal cell. Para sa layuning ito, ang isang mas mataas na boltahe ay pansamantalang inilalapat sa LCD cell kaysa sa kinakailangan para sa aktwal na halaga ng liwanag. Dahil sa maikling boltahe na surge ng liquid crystal display, literal na lumabas ang mga inert na likidong kristal sa kanilang posisyon at mas mabilis na lumabas. Para sa antas ng prosesong ito, dapat na naka-cache ang larawan. Kasama ng espesyal na idinisenyo para sa mga katumbas na halagapagwawasto ng display, ang katumbas na taas ng boltahe ay depende sa gamma at kinokontrol ng mga lookup table mula sa signal processor para sa bawat pixel, at kalkulahin ang eksaktong oras ng impormasyon ng larawan.
Mga pangunahing bahagi ng mga indicator
Ang pag-ikot sa polarization ng liwanag na ginawa ng likidong kristal ay ang batayan para sa kung paano gumagana ang isang LCD. Mayroong dalawang uri ng LCD, Transmissive at Reflective:
- Transmissive.
- Transmission.
Transmission LCD display operation. Sa kaliwang bahagi, ang LCD backlight ay naglalabas ng unpolarized na ilaw. Kapag dumaan ito sa likurang polarizer (vertical polarizer), ang ilaw ay magiging patayong polarized. Ang ilaw na ito pagkatapos ay tumama sa likidong kristal at i-twist ang polarization kung naka-on. Samakatuwid, kapag ang vertical na polarized na ilaw ay dumaan sa ON liquid crystal segment, ito ay nagiging horizontally polarized.
Next - haharangin ng front polarizer ang pahalang na polarized na ilaw. Kaya, ang bahaging ito ay magpapakitang madilim sa nagmamasid. Kung ang segment ng likidong kristal ay naka-off, hindi nito babaguhin ang polariseysyon ng liwanag, kaya mananatili itong patayong polarized. Kaya ang front polarizer ay nagpapadala ng liwanag na ito. Ang mga display na ito, na karaniwang tinutukoy bilang mga backlit na LCD, ay gumagamit ng ambient light bilang kanilang pinagmulan:
- Orasan.
- Reflective LCD.
- Karaniwan ay ginagamit ng mga calculator ang ganitong uri ng display.
Positibo at negatibong mga segment
Ang isang positibong larawan ay nilikha ng mga dark pixel o mga segment sa isang puting background. Sa kanila, ang mga polarizer ay patayo sa bawat isa. Nangangahulugan ito na kung ang front polarizer ay patayo, ang likod na polarizer ay pahalang. Kaya't ang OFF at ang background ay hahayaan ang ilaw na dumaan, at ang ON ay haharangin ito. Karaniwang ginagamit ang mga display na ito sa mga application kung saan may ilaw sa paligid.
May kakayahan din itong lumikha ng solid state at liquid crystal display na may iba't ibang kulay ng background. Ang isang negatibong larawan ay nilikha ng mga light pixel o mga segment sa isang madilim na background. Sa kanila, pinagsama ang mga polarizer sa harap at likuran. Nangangahulugan ito na kung ang front polarizer ay patayo, ang likuran ay magiging patayo din at vice versa.
Kaya hinaharangan ng mga OFF na segment at background ang ilaw, at ang ON na mga segment ay hinahayaan ang liwanag na dumaan, na lumilikha ng liwanag na display laban sa madilim na background. Karaniwang ginagamit ng mga backlit na LCD ang ganitong uri, na ginagamit kung saan mahina ang ilaw sa paligid. May kakayahan din itong lumikha ng iba't ibang kulay ng background.
Display memory RAM
Ang DD ay ang memorya na nag-iimbak ng mga character na ipinapakita sa screen. Upang magpakita ng 2 linya ng 16 na character, ang mga address ay tinukoy bilang sumusunod:
| Linya | Nakikita | Invisible |
| Nangungunang | 00H 0FH | 10H 27H |
| Mababa | 40H - 4FH | 50H 67H |
Pinapayagan ka nitong lumikha ng maximum na 8 character o 5x7 character. Kapag ang mga bagong character ay na-load sa memorya, maaari silang ma-access na parang mga normal na character na nakaimbak sa ROM. Gumagamit ang CG RAM ng 8-bit na malawak na mga salita, ngunit ang 5 hindi gaanong makabuluhang mga bit lang ang lalabas sa LCD.
Kaya ang D4 ang pinakakaliwang punto at ang D0 ang poste sa kanan. Halimbawa, ang pag-load ng RAM byte CG sa 1Fh ay tumatawag sa lahat ng tuldok ng linyang ito.
Bit mode control
Mayroong dalawang display mode na available: 4-bit at 8-bit. Sa 8-bit mode, ipinapadala ang data sa display sa pamamagitan ng mga pin D0 hanggang D7. Ang RS string ay nakatakda sa 0 o 1, depende sa kung gusto mong magpadala ng command o data. Ang R/W na linya ay dapat ding itakda sa 0 upang ipahiwatig ang display na isusulat. Nananatili pa ring magpadala ng pulse na hindi bababa sa 450 ns sa input E para isaad na may valid na data sa mga pin D0 hanggang D7.
Ang display ay magbabasa ng data sa bumabagsak na gilid ng input na ito. Kung kinakailangan ang isang pagbabasa, ang pamamaraan ay magkapareho, ngunit sa pagkakataong ito ang linya ng R/W ay nakatakda sa 1 upang humiling ng pagbabasa. Magiging wasto ang data sa mga linyang D0-D7 sa katayuan ng mataas na linya.
4-bit na mode. Sa ilang mga kaso, maaaring kailanganin na bawasan ang bilang ng mga wire na ginagamit upang i-drive ang display, tulad ng kapag ang microcontroller ay may napakakaunting I/O pin. Sa kasong ito, maaaring gamitin ang 4-bit na LCD mode. Sa mode na ito, upang magpadaladata at pagbabasa ng mga ito, 4 na pinakamahalagang bit lamang (D4 hanggang D7) ng display ang ginagamit.
Ang 4 na makabuluhang bits (D0 hanggang D3) ay ikokonekta sa ground. Ang data ay isinusulat o binabasa sa pamamagitan ng pagpapadala ng apat na pinakamahalagang bits sa pagkakasunud-sunod, na sinusundan ng apat na hindi gaanong makabuluhang mga bit. Ang isang positibong pulso na hindi bababa sa 450 ns ay dapat ipadala sa linya E upang subukan ang bawat kagat.
Sa parehong mga mode, pagkatapos ng bawat pagkilos sa display, maaari mong tiyakin na mapoproseso nito ang sumusunod na impormasyon. Upang gawin ito, kailangan mong humiling ng isang read sa command mode at suriin ang Busy BF flag. Kapag BF=0, handa na ang display na tumanggap ng bagong command o data.
Digital voltage device
Ang mga digital liquid crystal indicator para sa mga tester ay binubuo ng dalawang manipis na sheet ng salamin, sa mga nakaharap na ibabaw kung saan inilapat ang manipis na conductive track. Kapag ang salamin ay tiningnan mula sa kanan, o halos nasa tamang anggulo, ang mga track na ito ay hindi nakikita. Gayunpaman, sa ilang partikular na anggulo sa pagtingin, makikita ang mga ito.
Electrical circuit diagram.
Ang tester na inilalarawan dito ay binubuo ng isang parihabang oscillator na bumubuo ng perpektong simetriko na boltahe ng AC nang walang anumang bahagi ng DC. Karamihan sa mga logic generators ay hindi kayang bumuo ng square wave, bumubuo sila ng square waveform na ang duty cycle ay nagbabago sa paligid ng 50%. Ang 4047 na ginamit sa tester ay may binary scalar output na ginagarantiyahan ang symmetry. Dalasang oscillator ay humigit-kumulang 1 kHz.
Maaari itong paandarin ng 3-9V na supply. Karaniwan itong baterya, ngunit may mga pakinabang ang variable na power supply. Ipinapakita nito sa kung anong boltahe ang boltahe indicator likidong kristal ay gumagana nang kasiya-siya, at mayroon ding isang malinaw na relasyon sa pagitan ng antas ng boltahe at ang anggulo kung saan ang display ay malinaw na nakikita. Ang tester ay gumuhit ng hindi hihigit sa 1 mA.
Ang pagsubok na boltahe ay dapat palaging konektado sa pagitan ng karaniwang terminal, ibig sabihin, ang likurang eroplano, at isa sa mga segment. Kung hindi alam kung aling terminal ang backplane, ikonekta ang isang probe ng tester sa segment at ang isa pang probe sa lahat ng iba pang terminal hanggang sa makita ang segment.
