Dom > Izložba > Sadržaj

LCD ekrani koji koriste LCD tehnologiju za proizvodnju slika

Apr 21, 2017

Displej sa tečnim kristalima

Iz Wikipedije, besplatna enciklopedija (preusmerena iz Liquid crystal display ) "LCD" preusmerava ovde. Za druge namene, pogledajte LCD (disambiguation) .

Reflektivni uvijeni nematski tečni kristalni displej.




1. Polarizirajuci filter filma sa vertikalnom osovinom da polarizuje svetlost dok ulazi.

2.Glase podloga sa ITO elektrodama . Oblici ovih elektroda određuju oblike koji će se pojaviti kada se LCD ekran uključi. Vertikalne grebene koje su urezane na površinu su glatke.

3.Twisted nematic tečni kristal.

4. Podloga za glatku podlogu sa zajedničkom elektrodnom folijom (ITO) sa horizontalnim vrhovima za postavljanje horizontalnog filtera.

5.Polarizacija filter filma sa horizontalnom osovinom za blokiranje / prolivanje svetlosti.

6.Refektivna površina da biste poslali svetlost nazad gledaocu. (Na LCD ekranu sa pozadinskim osvjetljenjem, ovaj sloj se zamjenjuje izvorima svjetlosti.)

Displej sa tečnim kristalima ( LCD ) je displej sa ravnim ekranom ili drugi elektronički modulirani optički uređaj koji koristi svjetla modulirajuća svojstva tečnih kristala . Tečni kristali ne emituju svetlost direktno, već koriste pozadinsko osvetljenje ili reflektor za proizvodnju slika u boji ili monohromu . [1] Na raspolaganju su LCD ekrani koji prikazuju proizvoljne slike (kao na računarskom displeju općenite namjene) ili fiksne slike sa malim sadržajem informacija koje mogu biti prikazane ili sakrivene, kao što su unapred postavljene riječi, cifre i prikazi od 7 segmenata , kao u Digitalni sat . Koriste istu osnovnu tehnologiju, osim što su proizvoljne slike sastavljene od velikog broja malih piksela , dok drugi ekrani imaju veće elemente.

LCD-ovi se koriste u širokom spektru aplikacija, uključujući računarske monitore , televizore , instrument tablu , displej kokpita u vazduhu i unutrašnje i vanjsko označavanje. Mali LCD ekrani su česti u prenosnim potrošačkim uređajima kao što su digitalni fotoaparati , satovi , kalkulatori i mobilni telefoni , uključujući pametne telefone . LCD ekrani se takođe koriste za proizvode potrošačke elektronike kao što su DVD plejeri, uređaji za video igre i satove . LCD ekrani su zamenili tešku, opsežnu katodu (CRT) displeju u skoro svim aplikacijama. LCD ekrani su dostupni u širim rasponu veličine ekrana od CRT i plazma ekrana , a LCD ekrani su dostupni u veličinama od malih digitalnih satova do ogromnih televizora velikih ekrana.

S obzirom da LCD ekrani ne koriste fosfor, oni ne trpe sliku u trenutku kada se na ekranu dugo vremena prikazuje statična slika (npr. Tabelarni okvir za raspored zrakoplova na unutrašnjem znaku). Međutim, LCD-ovi su podložni istrajnosti slike . [2] LCD ekran je energetski efikasniji i može se odložiti sigurnije nego što može CRT. Njegova mala potrošnja električne energije omogućava joj da se koristi u elektronskoj opremi sa baterijom i to efikasnije nego što mogu biti CRT. Do 2008. godine godišnja prodaja televizora sa LCD ekranima prevazišla je prodaju CRT jedinica širom svijeta, a CRT je postao zastareo u većini slučajeva.


Sadržaj

[ Sakrij ]


Pregled [ uredi ]

Ekran LCD ekrana koji se koristi kao tabla sa obaveštenjima za putnike.

Svaki piksel LCD-a obično se sastoji od sloja molekula koji su poravnati između dvije prozirne elektrode i dva polarizirajuća filtra (paralelna i pravolinijska), a osi prenosa su (u većini slučajeva) normalni jedan prema drugom. Bez tečnog kristala između polarizujućih filtera, svetlost koja prolazi kroz prvi filter biće blokirana drugim (ukrštenim) polarizatorom. Pre nego što se primeni električno polje , orijentacija molekula tečnosti i kristala određuje se poravnanjem na površinama elektroda. U uvrtanom nematičkom (TN) uređaju, pravci za poravnanje površine na dve elektrode su pravolinijski jedni prema drugima, pa se molekuli uredjuju u spiralnoj strukturi ili preokretu. Ovo indukuje rotaciju polarizacije incidentnog svetla, a uređaj se pojavljuje sivim. Ako je primenjeni napon dovoljno velik, molekuli tečnog kristala u centru sloja su gotovo potpuno neobrađeni i polarizacija incidentnog svetla se ne rotira dok prolazi kroz sloj tečnog kristala. Ovo svetlo će zatim biti uglavnom polarizovano na drugom filteru, i time biti blokirano i piksel će se pojaviti crnim. Kontrolisanjem napona koji se nanosi preko sloja tečnosti kristala u svakom pikselu, može se dozvoliti da se svetlost prolazi kroz različite količine i tako čini različite nivoe sive boje. Sistemi u boji u boji koriste istu tehniku, sa bojama koje se koriste za generisanje crvenih, zelenih i plavih piksela. [3]

LCD sa gornjim polarizatorom uklonjen sa uređaja i postavljen na vrh, tako da su polarizatori sa gornje i donje strane pravokutni.

Optički efekat TN uređaja u stanju napona daleko manje zavisi od varijacija u debljini uređaja od one u stanju napona. Zbog toga TN prikazuje sa malim informacionim sadržajem i obično se ne koriste pozadinsko osvjetljenje između ukrštenih polarizatora, tako da oni izgledaju sjajni bez napona (oko je mnogo osjetljivije na varijacije u tamnom stanju nego u sjajnom stanju). Pošto većina LCD ekrana iz 2010. godine koristi televizore, monitore i pametne telefone, imaju matrične nizove piksela visoke rezolucije za prikaz proizvoljnih slika koristeći pozadinsko osvetljenje tamnom pozadinom. Kada se ne prikazuje slika, koriste se različiti aranžmani. U tu svrhu TN LCD-ovi se upravljaju između paralelnih polarizatora, dok IPS LCD-ovi karakterišu ukrštene polarizere. U mnogim aplikacijama IPS LCD-ovi su zamenili TN LCD-ove, naročito u pametnim telefonima poput iPhone-a . I tečni kristalni materijal i materijal za poravnanje sloja sadrže jonska jedinjenja . Ako se električno polje jednog od specifičnih polariteta primenjuje u dužem vremenskom periodu, ovaj jonski materijal privlači površine i degradira performanse uređaja. Ovo se izbjegava bilo primjenom izmjenične struje ili promjenom polariteta električnog polja kao što je uređaj adresiran (odziv tečnog kristalnog sloja je identičan, bez obzira na polaritet primijenjenog polja).

Digitalni sat sa LCD ekranom.

Displeji za mali broj pojedinačnih cifara ili fiksnih simbola (kao u digitalnim satovima i džepnim kalkulatorom ) mogu se implementirati sa nezavisnim elektrodama za svaki segment. Nasuprot tome, puni alfanumerički ili varijabilni grafički prikazi obično se implementiraju pomoću piksela postavljenih kao matrica koja se sastoji od električno povezanih redova na jednoj strani LC sloja i kolona sa druge strane, što omogućava svakom pikselu da se adresira na raskrsnicama. Opšti metod adresiranja matrice sastoji se od sekvencijalnog adresiranja jedne strane matrice, na primer biranjem redova jedan po jedan i primjenom informacija o slici sa druge strane u kolone redom po redovima. Za detalje o različitim šemama za adresiranje matriksa pogledajte LCD displeje sa pasivnom matricom i aktivnim matricama .

Istorija [ uredi ]

1880.-1960. godina [ uredi - uredi ]

Poreklo i složena istorija tečnih kristalnih displeja iz perspektive insajdera u ranim danima su opisali Joseph A. Castellano u Liquid Gold: Priča o tečnim kristalnim displejima i stvaranju industrije . [4] Još jedan izvještaj o poreklu i istoriji LCD-a sa različite perspektive do 1991. objavio je Hiroshi Kawamoto, dostupan u IEEE History Centru. [5] Opis švajcarskog doprinosa za razvoj LCD-a, napisan od strane Peter J. Wild, može se pogledati kao IEEE First-Hand History . [6] 1888. [7] Friedrich Reinitzer (1858-1927) otkrio je tečnu kristalnu prirodu holesterola izvučenog iz šargarepe (to jest, dva tačka topljenja i stvaranje boja) i objavio svoje nalaze na sastanku Bečkog hemijskog društva 3. maja 1888. (F. Reinitzer: Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins, Monatshefte für Chemie (Wien) 9, 421-441 (1888) ). [8] Otto Lehmann je 1904. objavio svoj rad "Flüssige Kristalle" (Liquid Crystals). Godine 1911. Charles Mauguin je prvo eksperimentisao sa tečnim kristalima ograničenim između ploča u tankim slojevima.

Godine 1922. Georges Friedel je opisao strukturu i osobine tečnih kristala i klasifikovao ih u 3 vrste (nematika, smektika i holesterika). Godine 1927. Svevolod Frederiks je osmislio električni prekidač svetlosti, nazvan tranzicijom Fréedericksz , osnovnim efektom svih LCD tehnologija. 1936. kompanija Marconi Wireless Telegraph patentirala je prvu praktičnu primenu tehnologije "Valjak za tečnost kristala" . 1962. godine, prva glavna publikacija engleskog jezika na temu "Molekularna struktura i svojstva tečnih kristala" dr. George W. Gray . [9] Godine 1962. Richard Williams iz RCA je otkrio da tečni kristali imaju neke zanimljive elektrooptičke karakteristike i shvatio je elektrooptički efekat stvaranjem šarže u tankom sloju tečnog kristalnog materijala primenom napona. Ovaj efekat zasnovan je na elektro-hidrodinamičkoj nestabilnosti koja formira ono što se danas zove "Williams domeni" unutar tečnog kristala. [10]

Godine 1964. George H. Heilmeier , koji je tada radio u RCA laboratorijama o efektima koji je otkrio Williams, postigao je prebacivanje boja pomoću polja izazvane preklapanjem dihroičnih boja u homeotropski orijentiranom tečnom kristalu. Praktični problemi sa ovim novim elektrooptičkim efektom omogućili su Heilmeieru da nastavi rad na efektima raspršivanja u tečnim kristalima i konačno postizanju prvog operativnog tekućeg kristalnog displeja baziranog na onome što je nazvao režim dinamičkog raspršivanja (DSM). Primjena napona na DSM displej prebacuje u početku čist prozor tečnog kristala u mlečno mokro stanje. DSM displeji bi mogli raditi u transmisivnom i reflektujućem režimu, ali su zahtevali značajnu struju za njihov rad. [11] [12] [13] [14] Džordž H. Heilmajer je primenjen u Nacionalnoj dvorani slavnih pronalazača [15] i zasnovan je na pronalasku LCD-a. Heilmeierov rad je IEEE Milestone . [16] Krajem šezdesetih godina, pionirski rad na tečnim kristalima je izvršio UK Royal Radar Establishment u Malvernu , Engleska. Tim u RRE-u podržao je tekući rad Georgea Graya i njegovog tima na Univerzitetu Hull koji su na kraju otkrili cijanobifenilne tečne kristale, koji su imali ispravne osobine stabilnosti i temperature za primjenu na LCD ekranima.

1970-ih-1980-ih [ uredi - uredi ]

4. decembra 1970. godine, patentirani Hoffmann-LaRoche u Švicarskoj ( Švajcarski patent br. 532 261 ), Wolfgang Helfrich i Martin Schadt (tada su radili za Centralne istraživačke laboratorije) koji su navedeni kao Pronalazači. [11] Hoffmann-La Roche je zatim licencirao pronalazak švajcarskom proizvođaču Brown, Boveri & Cie koji je tokom 1970-ih proizveo ekrane za ručne satove, a također i za japansku elektronsku industriju, koja je ubrzo proizvela prve digitalne satove za kvarcnu ručku sa TN-LCD i brojnim Drugi proizvodi. Džejms Fergason , dok je radio sa Sardari Arora i Alfredom Saupom na Institutu za tečnost krista u Kentu , podneo je identičan patent u Sjedinjenim Državama 22. aprila 1971. [17] 1971. godine kompanija Fergason ILIXCO (sada LXD Incorporated ) Prvi LCD zasnovani na TN efektu, koji je ubrzo zamenio loše kvalitete DSM tipova usled poboljšanja manjih radnih napona i manje potrošnje energije. 1972. godine prvi tim aktivne matrice tečno-kristalnog displeja proizveden je u SAD-u od strane tima T. Peter Brodya u Westinghouseu u Pittsburghu, Pennsylvania . [18] 1983. godine istraživači Brown, Boveri & Cie (BBC) iz Švajcarske izmislili su super-uvrtanu nematičku (STN) strukturu za LCD ekrane sa pasivnom matricom . H. Amstutz i dr. Su navedeni kao pronalazači u odgovarajućim patentnim prijavama podnesenim u Švajcarskoj 7. jula 1983. i 28. oktobra 1983. Patenti su dodijeljeni u Švicarskoj CH 665491, Europe EP 0131216, [19] US patent 4,634,229 i još mnogo zemalja.

Godine 1988, Sharp Corporation je demonstrirao 14-inčni, aktivni matrični, punom bojom, TFT LCD ekran punog pokreta. To je dovelo do toga da Japan pokrene LCD industriju, koja je razvila LCD ekrane velike veličine, uključujući TFT računarske monitore i LCD televizore . Krajem devedesetih, LCD industrija je počela da se pomera od Japana, prema Južnoj Koreji i Tajvanu . [20]

1990-ih godina [ uredi - uredi ]

1990. godine, pod različitim nazivima, izumitelji su osmislili elektrooptički efekat kao alternativu upletenim LCD displejima sa niskim efektom na polju (TN i STN-LCD). Jedan pristup je bio da se na jednoj staklenoj podlozi koriste interdigitalne elektrode samo za proizvodnju električnog polja u suštini paralelno sa staklenim podlogama. [21] [22] Da bi se u potpunosti iskoristile karakteristike ove tehnologije preklopa In Plane Switching (IPS), neophodan je dodatni rad. Posle detaljne analize, u Nemačkoj su podneli detalji o prednostnim rešenjima Guenter Baur et al. I patentirani u različitim zemljama. [23] [24] Institut Fraunhofer u Frajburgu, gdje su pronalazači radili, dodeljuje ove patente Merck KGaA, Darmstadt, snabdevaču LC supstanci. Ubrzo nakon toga, inženjeri u Hitachi-u izrađuju različite praktične detalje o IPS tehnologiji kako bi međusobno povezali tanki filmski tranzistorski niz kao matrica i kako bi izbegli neželjene polja između polja. [25] [26] Hitachi takođe dodatno poboljšava zavisnost gledanja gledanja, optimizirajući oblik elektroda ( Super IPS ). NEC i Hitachi postaju rani proizvođači LCD zaslona aktivne matrice zasnovane na IPS tehnologiji. Ovo je prekretnica za implementaciju LCD ekrana velikog ekrana koji imaju prihvatljive vizuelne performanse za računarske monitore sa ravnim ekranom i televizijske ekrane. 1996. godine Samsung je razvio tehniku optičkog uzorka koji omogućava višedodinski LCD . Multi-domen i In-Plane Switching kasnije ostaju dominantni LCD dizajn do 2006. godine. [27] U četvrtom kvartalu 2007. godine, LCD televizori su po prvi put premašili CRT-ove prodaje u svijetu. [28] Projicirani su na LCD televizorima 50% od 200 miliona televizora koje će biti isporučene na globalnom nivou u 2006. godini, pokazuje Display Bank . [29] Toshiba je u oktobru 2011. najavila 2560x1600 piksela na LCD ekranu veličine 6,1 inča (155 mm), pogodnom za upotrebu na tablet računaru , [30] naročito za prikazivanje kitajskog karaktera.

Osvetljenje [ uredi ]

Pošto LCD paneli ne proizvode sopstveno svetlo, zahtevaju spoljašnje svetlo za proizvodnju vidljive slike. Na "transmisivnom" LCD displeju, ovo svetlo se nalazi na zadnjem delu stakla "stack" i naziva se pozadinsko osvetljenje. Dok pasivni matrični displej obično nisu pozadinsko osvetljenje (npr. Kalkulatori, ručni satovi), prikazi aktivne matrice skoro uvek su. [32] [32]

Uobičajene implementacije tehnologije LCD pozadinskog osvetljenja su:

18 paralelnih CCFLs kao pozadinsko osvetljenje za 42-inčni LCD TV


  • CCFL: LCD panel je osvetljen ili dve fluorescentne sijalice hladne katode postavljene na suprotne ivice ekrana ili niz paralelnih CCFL-a iza većih ekrana. Difuzor zatim ravnomerno proširuje svetlost preko čitavog displeja. Ova tehnologija se već dugi niz godina koristi skoro isključivo. Za razliku od bijelih LED dioda, većina CCFL-ova ima ravnomjerno bijelu spektralnu izlaznu snagu, što rezultira boljom gustošću boja za prikaz. Međutim, CCFL su manje energetski efikasni od LED-a i zahtevaju donekle skupo pretvarač za pretvaranje bilo kog DC napona koji uređaj koristi (obično 5 ili 12 V) do ~ 1000 V potrebno da osvetli CCFL. [33] Debljina transformatora pretvarača takođe ograničava koliko je tanak prikaz na ekranu.

  • EL-WLED: LCD ekran je osvetljen redom bijelih LED dioda postavljenih na jednom ili više ivica ekrana. Laki difuzor se zatim koristi za ravnomerno širenje svetlosti preko čitavog displeja. Od 2012. godine ovaj dizajn je najpopularniji u monitorima za desktop računare. Omogućava najtanje prikaze. Neki LCD monitori koji koriste ovu tehnologiju imaju funkciju pod nazivom "Dinamički kontrast" gdje je pozadinsko osvetljenje osvetljeno do najsjajnije boje koja se pojavljuje na ekranu, omogućavajući da se odnos kontrasta kontrasta 1000: 1 na LCD ekranu meri različitim svetlosnim intenzitetima, što rezultira Kontrastni odnos "30000: 1" koji se vidi u oglašavanju na nekim od ovih monitora. S obzirom da slike na ekranu računara uglavnom imaju bijelu negu na slici, pozadinsko osvjetljenje će obično biti u punom intenzitetu, čime će ova "karakteristika" uglavnom biti marketinška tmurka.

  • WLED niz: LCD panel je osvetljen punim nizom bijelih LED dioda postavljenih iza difuzora iza panela. LCD-ovi koji koriste ovu implementaciju obično imaju mogućnost zatamnjevanja LED dioda u tamnim područjima prikazane slike, efikasno povećavajući odnos kontrasta ekrana. Od 2012. godine, ovaj dizajn dobija najveći deo svoje upotrebe od LCD televizora većeg ekrana.

  • RGB-LED: Slično WLED nizu, osim ako je panel osvetljen punim nizom RGB LED-a . Dok se ekrani osvetljeni belim LED-om obično imaju slabiju gustu boju nego CCFL lit displeji, paneli osvetljeni RGB LED-ima vrlo širok spektar boja. Ova implementacija je najpopularnija na profesionalnim grafičkim LCD ekranima. Od 2012. godine LCD-ovi u ovoj kategoriji obično koštaju više od 1000 dolara.

Danas se većina LCD zaslona dizajnira sa LED pozadinskim osvetljenjem umesto tradicionalnog CCFL pozadinskog osvetljenja.

Povezivanje sa drugim krugovima [ uredi ]

Ružičasti elastomerni konektor pokriva LCD panel sa tragovima ploče, prikazan pored santimetarskog lanaca. (Provodni i izolacijski slojevi u crnoj traci su vrlo mali, kliknite na sliku za više detalja.)

LCD paneli obično koriste tanko obložene metalne provodne puteve na staklenoj podlozi kako bi se formiralo ćelijsko kolo radi rada panela. Očigledno nije moguće koristiti tehnike lemljenja da direktno povežete ploču sa odvojenim bakarnim pločama. Umesto toga, povezivanje se postiže korišćenjem ljepljive plastične trake sa provodnim tragovima pričvršćenim na ivicama LCD panela, ili elastomernim konektorom , koji je traka od gume ili silikona sa promjenljivim slojevima provodnih i izolacionih puteva, pritisnuto između kontaktnih pločica na LCD i parne kontaktne pločice na ploči.

Pasivna i aktivna matrica [ uredi ]

Prototip pasivnog matriksa STN-LCD sa 540x270 piksela, Brown Boveri Research, Švicarska, 1984

Monohromatski i kasniji LCD pasivna matrica bili su standardni u većini ranijih laptopova (iako su nekoliko korišćenih plazma ekrana [34] [35] ) i originalni Nintendo Game Boy [36] do sredine devedesetih, kada je aktivna matrica boja postala standardna Na svim laptopovima. Komercijalno neuspešan Macintosh Portable (objavljen 1989.) bio je jedan od prvih koji koristi aktivni matrični displej (mada još uvijek monohromatski). LCD ekrani pasivne matrice se i dalje koriste u 2010. godini za aplikacije manje zahtevne od laptopa i televizora, kao što su jeftini kalkulatori. Konkretno, oni se koriste na prenosnim uređajima na kojima je potrebno prikazati manje informacionih sadržaja, najmanju potrošnju energije (bez pozadinskog osvetljenja ) i niske troškove ili je potrebna čitljivost na direktnom sunčevom zračenju.

Displeji koji imaju pasivno-matričnu strukturu koriste se super-zakrivljeni nematski STN (izumio istraživački centar Brown Boveri, Baden, Švicarska, 1983. godine, objavljeni su naučni detalji [37] ) ili dvostruka STN (DSTN) tehnologija (druga Koji se bavi problemima koji pomeraju boju sa prethodnim) i boja-STN (CSTN) u kojoj se boja dodava pomoću unutrašnjeg filtera. STN LCD-ovi su optimizovani za adresiranje pasivnih matrica. Oni pokazuju oštriji prag kontrast-vs-napon karakteristika od originalnih TN LCD-a. Ovo je važno, jer pikseli podležu djelimičnim naponima čak iako nisu izabrani. Prebacivanje između aktiviranih i neaktiviranih piksela mora se ispravno upravljati zadržavanjem RMS napona neaktiviranih piksela ispod pragovnog napona, [38] dok aktivirani pikseli podležu naponima iznad praga. [39] STN LCD-ovi moraju se kontinuirano osvežavati pomoću izmjeničnih impulsnih napona jednog polariteta tokom jednog kadra i impulsa suprotnog polariteta tokom sljedećeg kadra. Pojedinačni pikseli se obrađuju odgovarajućim krugovima redova i kolona. Ovaj tip displeja naziva se pasivna matrica , jer piksel mora zadržati svoje stanje između osvježavanja bez dobrog stalnog električnog naboja. Kako se broj piksela (i, s tim, kolona i redova) povećava, ovaj tip displeja postaje manje izvodljiv. Spori vremena odziva i loš kontrast su tipični za LCD ekrane sa pasivnom matricom sa previše piksela.

Kako LCD funkcioniše pomoću strukture aktivne matrice

220px - Lcd-engineerguy.ogv.jpg (220 × 124)

Tokom 2010. godine, LCD ekrani nulte snage (bistabilne) ne zahtevaju neprekidno osvježavanje. Prepisivanje je potrebno samo za promjene informacija o slici. Potencijalno, adresiranje pasivnih matrica može se koristiti sa ovim novim uređajima, ako su njihove karakteristike pisanja / brisanja pogodne. Prikazi boja u visokoj rezoluciji , kao što su moderni LCD računari i televizori, koriste strukturu aktivne matrice . Matriksom tankoplastnih tranzistora (TFTs) se dodaje elektrodama u kontaktu sa LC slojem. Svaki piksel ima svoj sopstveni namenski tranzistor , dozvoljavajući svakoj liniji kolone da pristupi jednom pikselu. Kada je izabrana linija linije, sve linije stupaca su povezane sa redom piksela, a naponi koji odgovara informacijama o slici se pokreću na sve linije stupaca. Linija linija se zatim deaktivira i izabere se linija za naredni red. Sve linije redova su odabrane u nizu tokom operacije osvježavanja . Displeji sa aktivnom matricom izgledaju svetlije i oštrije od prikazanih pasivnih matrica prikaza iste veličine, a generalno imaju brže vrijeme odziva, stvarajući mnogo bolje slike.

Tehnologije aktivne matrice [ uredi ]

Casio 1.8 inčni TFT LCD ekran , koji se koristi u digitalnim kompaktnim fotoaparatima Sony Cyber-shot DSC-P93A. Glavni članak: LCD ekran od tečnog kristala sa tankim filmom i aktivni matrični tečni kristalni displej

Twisted nematic (TN) [ uredi ]

Vidi takođe: Twisted nematic field effect

Izduženi nematski displeji sadrže tečne kristale koji se okreću i razvijaju u različitim stepenima kako bi se omogućila prolaznost svjetlosti. Kada nema napona na TN tečnoj kristalnoj ćeliji, polarizovana svetlost prolazi kroz iskrivljeni LC sloj od 90 stepeni. U srazmeri sa primjenjenim naponom, tečni kristali razvijaju polarizaciju i blokiraju putanju svjetlosti. Pravilno podešavanje nivoa napona moguće je postići gotovo bilo koji sivi nivo ili prenos.

In-plane switching (IPS) [ uredi ]

Prekidanje unutar ploče je LCD tehnologija koja poravna tečne kristale u ravnini paralelnom sa staklenim podlogama. U ovom postupku, električno polje se primenjuje preko suprotnih elektroda na istoj staklenoj podlozi, tako da se tečni kristali mogu preokrenuti (uključeni) u osnovi na istoj ravni, mada polja polja inhibiraju homogenu preorijentaciju. To zahtijeva dva tranzistora za svaki piksel umjesto jednog tranzistora koji je potreban za standardni ekran tankog filma tranzistora (TFT). Prije nego što je LG Enhanced IPS predstavljen 2009. godine, dodatni tranzistori rezultirali su blokiranjem više područja prenosa, što je zahtijevalo svetlije pozadinsko svjetlo i troši više snage, čineći ovaj tip displeja manje poželjnim za prenosne računare. Trenutno Panasonic koristi poboljšanu verziju eIPS za svoje proizvode velikih dimenzija LCD-TV, kao i Hewlett-Packard na TouchPad tablet - u na WebOS-u i njihovom Chromebook-u 11.

IPS LCD vs AMOLED [ uredi ]

LG je 2011. godine tvrdio da pametni LG Optimus Black (IPS LCD (LCD NOVA)) ima osvetljenost do 700 nita , dok konkurent ima samo IPS LCD sa 518 nita i dvostruki aktivni matrični OLED (AMOLED) ekran sa 305 nita . LG je takođe tvrdio da je NOVA displej 50 posto efikasniji od regularnih LCD ekrana i da troši samo 50 posto snage AMOLED displeja kada se proizvodi ekran na bijeloj boji. [40] Kada je u pitanju odnos kontrasta, AMOLED displej i dalje radi najbolje zahvaljujući svojoj osnovnoj tehnologiji, gdje su crni nivoi prikazani kao crna, a ne tamno siva. Nokia je 24. avgusta 2011. godine najavila Nokia 701, a potvrdila je i najsvetliji prikaz na svetu u 1000 nita. Na ekranu je takođe Nokia Clearblack sloj, poboljšavajući odnos kontrasta i približavanje onom na AMOLED ekranima.

Super in-plane prebacivanje (S-IPS) [ uredi ]

Super-IPS je kasnije uveden nakon prekida u letelici sa još boljih vremena odziva i reprodukcije boja. [41]

Ovaj pikselni raspored se nalazi na S-IPS LCD ekranima. Ševronska obrada se koristi za proširenje gledišta (opseg smera gledanja sa dobrim kontrastom i niskim premještanjem boja)

Napredna promena polja (AFFS) [ uredi ]

Poznato kao prebacivanje polja na polju (FFS) do 2003. godine, [42] napredna preklopna polja na polju je slična sa IPS ili S-IPS koja nudi superiorne performanse i gamut boja sa visokom sjajnošću. AFFS je razvio Hydis Technologies Co., Ltd, Koreja (formalno Hyundai Electronics, LCD Task Force). [43] Aplikacije koje se primenjuju na AFFS-u smanjuju izobličenje boja dok održavaju širi ugao gledanja za profesionalni prikaz. Promena boje i odstupanja prouzrokovane curenjem svetlosti koriguju se tako što se optimizira bijeli gamut koji takođe poboljšava reprodukciju bijele i sive boje. Godine 2004. Hydis Technologies Co., Ltd je licencirao AFFS na Japanske Hitachi displeje. Hitachi koristi AFFS za proizvodnju vrhunskih panela. 2006. godine, HYDIS je licencirao AFFS kompaniji Sanyo Epson Imaging Devices Corporation. Ubrzo nakon toga, Hydis je predstavio evoluciju AFFS displeja visoke produktivnosti, pod nazivom HFFS (FFS +). Hydis je uveo AFFS + sa poboljšanom čitljivošću na otvorenom 2007. godine. AFFS paneli uglavnom se koriste u pilotskim kokpitima najnovijih komercijalnih aviona. Ali se više ne proizvodi od februara 2015. [44] [45] [46]

Vertikalno poravnanje (VA) [ uredi ]

Prikazi vertikalnog poravnanja predstavljaju oblik LCD ekrana u kome su tečni kristali naravno poravnati vertikalno na staklene podloge. Kada se napon ne primeni, tečni kristali ostanu pravolinijski na podlogu, stvarajući crni displej između ukrštenih polarizatora. Kada se primeni napon, tečni kristali pomeraju se u nagnutu poziciju, omogućavajući prolazu kroz svetlost i stvaranje sivog prikaza u zavisnosti od količine nagiba generiranog od električnog polja. Ima dublju crnu pozadinu, veći kontrast, širi ugao gledanja i bolji kvalitet slike na ekstremnim temperaturama od tradicionalnih uvijenih nematskih ekrana. [47]

Režim plave faze [ uredi ]

Glavni članak: LCD ekran u plavoj fazi

LCD ekrani u plavoj fazi su ranije u 2008. prikazani kao inženjerski uzorci, ali nisu u masovnoj proizvodnji. Fizika LCD ekrana u plavoj fazi ukazuje na to da se mogu postići veoma kratka vremena prelaska (~ 1 ms), tako da se vremenski periodična kontrola boje može realizovati i skupi filtri u boji bi bili zastarjeli. [ Citation needed ]

Kontrola kvaliteta [ uredi ]

Neki LCD paneli imaju neispravne tranzistore , što uzrokuje trajno osvetljene ili neisključene piksele koje se obično nazivaju zaglavljeni pikseli ili mrtvi pikseli . Za razliku od integrisanih kola (IC), LCD paneli sa nekoliko defektnih tranzistora su obično i dalje korisni. Politike proizvođača za prihvatljiv broj defektnih piksela značajno variraju. U jednom trenutku, Samsung je držao politiku nulte tolerancije za LCD monitore koji se prodaju u Koreji. [48] Međutim, od 2005. godine Samsung se pridržava manje restriktivnog standarda ISO 13406-2 . [49] Za druge kompanije je poznato da u svojim pravilima tolerišu čak 11 mrtvih piksela. [50]

Politike mrtvih piksela često se raspravljaju između proizvođača i potrošača. Da bi regulisao prihvatljivost defekata i zaštitio krajnjeg korisnika, ISO je objavio standard ISO 13406-2 . [51] Međutim, svaki proizvođač LCD-a nije u skladu sa ISO standardom, a ISO standard se često tumači na različite načine. LCD paneli imaju veću vjerovatnoću da imaju defektove nego većina IC-ova zbog njihove veće veličine. Na primer, SVGA LCD veličine 300 mm ima 8 grešaka, a vafla od 150 mm ima samo 3 greške. Međutim, 134 od 137 matrica na ploči će biti prihvatljivo, dok bi odbijanje celog LCD panela bilo 0% prinosa. Poslednjih godina poboljšana je kontrola kvaliteta. SVGA LCD panel sa 4 neispravne piksele se obično smatra neispravnim i kupci mogu tražiti zamjenu za novu. [ Prema kome? ] Neki proizvođači, naročito u Južnoj Koreji u kojima se nalaze neki od najvećih proizvođača LCD ekrana, poput LG-a, sada imaju "nelegalnu garanciju piksela nule", što je dodatni proces snimanja koji onda može odrediti "A" i "B" Paneli. [ Originalno istraživanje? ] Mnogi proizvođači zamijenili bi proizvod čak i sa jednim defektnim pikselom. Čak i kada takve garancije ne postoje, lokacija defektnih piksela je važna. Displej sa samo nekoliko defektnih piksela može biti neprihvatljiv ako se defektni pikseli nalaze u blizini. LCD paneli takođe imaju defekte poznate kao zamračenje (ili manje povremeno mura ), što opisuje neujednačene zakrpe promjena svetlosti . Najvidljivija je u tamnim ili crnim predelima prikazanih scena. [52]

Zero-power (bistabilno) prikazuje [ uredi ]

Pogledajte i: Ferro Liquid Display

Zenitni bistabilni uređaj (ZBD), koji je razvio QinetiQ (ranije DERA ), može zadržati sliku bez napajanja. Kristali mogu postojati u jednoj od dve stabilne orijentacije ("crna" i "bela"), a snaga je potrebna samo za promenu slike. ZBD Displays je spin-off kompanija iz QinetiQ-a koja je proizvodila i sjajne i boje ZBD uređaje. Kent Displays je takođe razvio ekran bez napajanja koji koristi polimer stabilizovanog holesteričnog tečnog kristala (ChLCD). Tokom 2009. godine, Kent je demonstrirao upotrebu ChLCD-a da pokrije celu površinu mobilnog telefona, omogućavajući mu da promeni boje i zadrži tu boju čak i kada je napajanje prekinuto. [53] In 2004 researchers at the University of Oxford demonstrated two new types of zero-power bistable LCDs based on Zenithal bistable techniques. [54] Several bistable technologies, like the 360° BTN and the bistable cholesteric, depend mainly on the bulk properties of the liquid crystal (LC) and use standard strong anchoring, with alignment films and LC mixtures similar to the traditional monostable materials. Other bistable technologies, eg BiNem technology, are based mainly on the surface properties and need specific weak anchoring materials.

Specifications [ edit ]

  • Resolution The resolution of an LCD is expressed by the number of columns and rows of pixels (eg, 1024×768). Each pixel is usually composed 3 sub-pixels, a red, a green, and a blue one. This had been one of the few features of LCD performance that remained uniform among different designs. However, there are newer designs that share sub-pixels among pixels and add Quattron which attempt to efficiently increase the perceived resolution of a display without increasing the actual resolution, to mixed results.

  • Spatial performance: For a computer monitor or some other display that is being viewed from a very close distance, resolution is often expressed in terms of dot pitch or pixels per inch, which is consistent with the printing industry. Display density varies per application, with televisions generally having a low density for long-distance viewing and portable devices having a high density for close-range detail. The Viewing Angle of an LCD may be important depending on the display and its usage, the limitations of certain display technologies mean the display only displays accurately at certain angles.

  • Temporal performance: the temporal resolution of an LCD is how well it can display changing images, or the accuracy and the number of times per second the display draws the data it is being given. LCD pixels do not flash on/off between frames, so LCD monitors exhibit no refresh-induced flicker no matter how low the refresh rate. [55] But a lower refresh rate can mean visual artefacts like ghosting or smearing, especially with fast moving images. Individual pixel response time is also important, as all displays have some inherent latency in displaying an image which can be large enough to create visual artifacts if the displayed image changes rapidly.

  • Color performance : There are multiple terms to describe different aspects of color performance of a display. Color gamut is the range of colors that can be displayed, and color depth, which is the fineness with which the color range is divided. Color gamut is a relatively straight forward feature, but it is rarely discussed in marketing materials except at the professional level. Having a color range that exceeds the content being shown on the screen has no benefits, so displays are only made to perform within or below the range of a certain specification. [56] There are additional aspects to LCD color and color management, such as white point and gamma correction , which describe what color white is and how the other colors are displayed relative to white.

  • Brightness and contrast ratio: Contrast ratio is the ratio of the brightness of a full-on pixel to a full-off pixel. The LCD itself is only a light valve and does not generate light; the light comes from a backlight that is either fluorescent or a set of LEDs . Brightness is usually stated as the maximum light output of the LCD, which can vary greatly based on the transparency of the LCD and the brightness of the backlight. In general, brighter is better, but there is always a trade-off between brightness and power consumption.

Advantages and disadvantages [ edit ]

Some of these issues relate to full-screen displays, others to small displays as on watches, etc. Many of the comparisons are with CRT displays.

Further information: Comparison of CRT, LCD, Plasma, and OLED

Advantages [ edit ]

  • Very compact, thin and light, especially in comparison with bulky, heavy CRT displays.

  • Low power consumption. Depending on the set display brightness and content being displayed, the older CCFT backlit models typically use less than half of the power a CRT monitor of the same size viewing area would use, and the modern LED backlit models typically use 10–25% of the power a CRT monitor would use. [57]

  • Little heat emitted during operation, due to low power consumption.

  • No geometric distortion.

  • The possible ability to have little or no "flicker" depending on backlight technology.

  • Usually no refresh-rate flicker, because the LCD pixels hold their state between refreshes (which are usually done at 200 Hz or faster, regardless of the input refresh rate).

  • Much thinner than a CRT monitor.

  • Sharp image with no bleeding or smearing when operated at native resolution .

  • Emits almost no undesirable electromagnetic radiation (in the extremely low frequency range), unlike a CRT monitor. [58] [59]

  • Can be made in almost any size or shape.

  • No theoretical resolution limit. When multiple LCD panels are used together to create a single canvas, each additional panel increases the total resolution of the display, which is commonly called “stacked” resolution. [60]

  • Can be made in large sizes of over 60-inch (150 cm) diagonal.

  • Masking effect: the LCD grid can mask the effects of spatial and grayscale quantization, creating the illusion of higher image quality. [61]

  • Unaffected by magnetic fields, including the Earth's.

  • As an inherently digital device, the LCD can natively display digital data from a DVI or HDMI connection without requiring conversion to analog. Some LCD panels have native fiber optic inputs in addition to DVI and HDMI. [62]

  • Many LCD monitors are powered by a 12 V power supply, and if built into a computer can be powered by its 12 V power supply.

  • Can be made with very narrow frame borders, allowing multiple LCD screens to be arrayed side-by-side to make up what looks like one big screen.

Disadvantages [ edit ]

  • Limited viewing angle in some older or cheaper monitors, causing color, saturation, contrast and brightness to vary with user position, even within the intended viewing angle.

  • Uneven backlighting in some (mostly older) monitors, causing brightness distortion, especially toward the edges.

  • Black levels may not be as dark as required because individual liquid crystals cannot completely block all of the backlight from passing through.

  • Display motion blur on moving objects caused by slow response times (>8 ms) and eye-tracking on a sample-and-hold display, unless a strobing backlight is used. However, this strobing can cause eye-strain, as is noted next:

  • As of 2012, most implementations of LCD backlighting use pulse-width modulation (PWM) to dim the display, [63] which makes the screen flicker more acutely (this does not mean visibly) than a CRT monitor at 85 Hz refresh rate would (this is because the entire screen is strobing on and off rather than a CRT's phosphor sustained dot which continually scans across the display, leaving some part of the display always lit), causing severe eye-strain for some people. [64] [65] Unfortunately, many of these people don't know that their eye-strain is being caused by the invisible strobe effect of PWM. [66] This problem is worse on many LED backlit monitors , because the LEDs switch on and off faster than a CCFL lamp.

  • Only one native resolution . Displaying any other resolution either requires a video scaler , causing blurriness and jagged edges, or running the display at native resolution using 1:1 pixel mapping , causing the image either not to fill the screen ( letterboxed display ), or to run off the lower or right edges of the screen.

  • Fixed bit depth (also called "color depth"). Many cheaper LCDs are only able to display 262,000 colors. 8-bit S-IPS panels can display 16 million colors and have significantly better black level, but are expensive and have slower response time.

  • Low refresh rate. All but a few high-end monitors support no higher than 60 or 75 Hz ; while this does not cause visible flicker due to the LCD panel's high internal refresh rate, the low input refresh rate limits the maximum frame-rate that can be displayed, affecting gaming and 3D graphics.

  • Input lag , because the LCD's A/D converter waits for each frame to be completely been output before "drawing" it to the LCD panel. Many LCD monitors do post-processing before displaying the image in an attempt to compensate for poor color fidelity, which adds an additional lag. Further, a video scaler must be used when displaying non-native resolutions, which adds yet more time lag. Scaling and post processing are usually done in a single chip on modern monitors, but each function that chip performs adds some delay. Some displays have a video gaming mode which disables all or most processing to reduce perceivable input lag. [67]

  • Dead or stuck pixels may occur during manufacturing or after a period of use. A dead pixel will glow with color even on an all-black screen.

  • Subject to burn-in effect, although the cause differs from CRT and the effect may not be permanent, a static image can cause burn-in in a matter of hours in badly designed displays.

  • In a constant-on situation, thermalization may occur in case of bad thermal management, in which part of the screen has overheated and looks discolored compared to the rest of the screen.

  • Loss of brightness and much slower response times in low temperature environments. In sub-zero environments, LCD screens may cease to function without the use of supplemental heating.

  • Loss of contrast in high temperature environments.