Zaslon s tekućim kristalima vrsta je električne generirane slike na tankoj ravnoj ploči. Prvi LCD-i, koji su izašli 1970-ih, bili su sićušni zasloni koji su se prvenstveno koristili u kalkulatorima i digitalnim satovima koji su prikazivali crne brojeve na bijeloj pozadini. LCD-i se mogu naći posvuda u kućnim elektroničkim sustavima, mobilnim telefonima, kamerama i računalnim monitorima, kao i satovima i televizorima. Današnji najsuvremeniji LCD televizori s ravnim ekranom uvelike su zamijenili tradicionalne glomazne CRT-ove u televizorima i mogu proizvesti slike u boji visoke razlučivosti do 108 inča dijagonalno preko zaslona.
Povijest tekućih kristala
Tekuće kristale slučajno je otkrio 1888. botaničar F. Reinitzer iz Austrije. Otkrio je da kolesteril benzoat ima dvije točke taljenja, pretvarajući se u zamućenu tekućinu na 145 °C, a na temperaturama iznad 178,5 °C, tekućina postaje prozirna. Dopronaći objašnjenje za ovaj fenomen, dao je svoje uzorke fizičaru Ottu Lehmannu. Koristeći mikroskop opremljen stepenastim grijanjem, Lehman je pokazao da tvar ima optička svojstva karakteristična za neke kristale, ali je još uvijek tekućina, pa je stoga skovan izraz "tekući kristal".
Tijekom 1920-ih i 1930-ih, istraživači su proučavali učinke elektromagnetskih polja na tekuće kristale. Godine 1929. ruski fizičar Vsevolod Frederiks pokazao je da njihove molekule u tankom filmu u sendviču između dviju ploča mijenjaju svoje poravnanje kada se primijeni magnetsko polje. Bio je to preteča modernog naponskog zaslona s tekućim kristalima. Tempo tehnološkog razvoja od ranih 1990-ih bio je brz i nastavlja rasti.
LCD tehnologija evoluirala je od crno-bijele za jednostavne satove i kalkulatore do višebojne za mobilne telefone, računalne monitore i televizore. Globalno LCD tržište sada se približava 100 milijardi dolara godišnje, u odnosu na 60 milijardi dolara u 2005. i 24 milijarde u 2003. godini. Proizvodnja LCD-a je globalno koncentrirana na Dalekom istoku, a raste u srednjoj i istočnoj Europi. Američke tvrtke prednjače u proizvodnoj tehnologiji. Njihovi zasloni sada dominiraju tržištem i malo je vjerojatno da će se to promijeniti u bliskoj budućnosti.
Fizika procesa kristalizacije
Većina tekućih kristala, kao što je kolesteril benzoat, sastoji se od molekula s dugim štapićastim strukturama. Ova posebna struktura tekućih molekulakristali između dva polarizirajuća filtera mogu se razbiti primjenom napona na elektrode, LCD element postaje neproziran i ostaje taman. Na taj način se različiti elementi prikaza mogu prebaciti na svijetle ili tamne boje, čime se prikazuju brojevi ili znakovi.
Ova kombinacija privlačnih sila koje postoje između svih molekula povezanih sa štapićastom strukturom uzrokuje stvaranje faze tekućeg kristala. Međutim, ova interakcija nije dovoljno jaka da zadrži molekule na mjestu trajno. Od tada su otkrivene mnoge različite vrste struktura tekućih kristala. Neki od njih su raspoređeni u slojevima, drugi u obliku diska ili u obliku stupaca.
LCD tehnologija
Načelo rada zaslona s tekućim kristalima temelji se na svojstvima električno osjetljivih materijala zvanih tekući kristali, koji teku poput tekućine, ali imaju kristalnu strukturu. U kristalnim čvrstim tvarima, sastavne čestice - atomi ili molekule - nalaze se u geometrijskim nizovima, dok se u tekućem stanju mogu slobodno kretati nasumično.
Uređaj za prikaz s tekućim kristalima sastoji se od molekula, često u obliku šipke, koje se organiziraju u jednom smjeru, ali se i dalje mogu kretati. Molekule tekućih kristala reagiraju naelektrični napon koji mijenja njihovu orijentaciju i mijenja optičke karakteristike materijala. Ovo svojstvo koristi se na LCD-ima.
U prosjeku, takav panel se sastoji od tisuća slikovnih elemenata (“piksela”), koji se pojedinačno napajaju naponom. Tanji su, lakši i imaju niži radni napon od ostalih tehnologija zaslona i idealni su za uređaje na baterije.
Pasivna matrica
Postoje dvije vrste prikaza: pasivna i aktivna matrica. Pasivne kontroliraju samo dvije elektrode. To su trake prozirnog ITO-a koje se okreću za 90 jedna prema drugoj. To stvara križnu matricu koja kontrolira svaku LC ćeliju pojedinačno. Adresiranje se vrši logikom i upravljačkim programima odvojenim od digitalnog LCD-a. Budući da u ovoj vrsti kontrole nema naboja u LC ćeliji, molekule tekućih kristala postupno se vraćaju u prvobitno stanje. Stoga se svaka ćelija mora pratiti u redovitim intervalima.
Pasivi imaju relativno dugo vrijeme odziva i nisu prikladni za televizijske aplikacije. Poželjno je da na staklenu podlogu ne budu montirani upravljački programi ili sklopne komponente kao što su tranzistori. Gubitak svjetline zbog sjenčanja od strane ovih elemenata ne dolazi, pa je rad LCD-a vrlo jednostavan.
Pasivni se naširoko koriste sa segmentiranim znamenkama i simbolima za malo očitavanje u uređajima kao što sukalkulatori, pisači i daljinski upravljači, od kojih su mnogi jednobojni ili imaju samo nekoliko boja. Pasivni jednobojni i grafički zasloni u boji korišteni su u ranim prijenosnim računalima i još uvijek se koriste kao alternativa aktivnoj matrici.
Aktivni TFT zasloni
Aktivni matrični prikazi koriste jedan tranzistor za pogon i kondenzator za pohranu naboja. U IPS (In Plane Switching) tehnologiji, princip rada indikatora s tekućim kristalima koristi dizajn gdje se elektrode ne slažu, već se nalaze jedna do druge u istoj ravnini na staklenoj podlozi. Električno polje prodire kroz LC molekule vodoravno.
Poravnani su paralelno s površinom zaslona, što uvelike povećava kut gledanja. Nedostatak IPS-a je što su svakoj ćeliji potrebna dva tranzistora. To smanjuje prozirnu površinu i zahtijeva svjetlije pozadinsko osvjetljenje. VA (Vertical Alignment) i MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) koriste napredne tekuće kristale koji se poravnavaju okomito bez električnog polja, odnosno okomito na površinu zaslona.
Polarizirana svjetlost može proći, ali je blokirana prednjim polarizatorom. Dakle, stanica bez aktivacije je crna. Budući da su sve molekule, čak i one koje se nalaze na rubovima supstrata, jednoliko okomito poredane, rezultirajuća crna vrijednost je stoga vrlo velika na svim kutovima. Za razliku od pasivne matricezasloni s tekućim kristalima, zasloni s aktivnom matricom imaju tranzistor u svakom crvenom, zelenom i plavom podpikselu koji ih održava na željenom intenzitetu dok se taj red ne adresira u sljedećem okviru.
Vrijeme prebacivanja ćelije
Vrijeme odziva zaslona oduvijek je bio veliki problem. Zbog relativno visoke viskoznosti tekućeg kristala, LCD ćelije se dosta sporo mijenjaju. Zbog brzih kretanja na slici, to dovodi do stvaranja pruga. Tekući kristal niske viskoznosti i modificirana kontrola stanica s tekućim kristalima (overdrive) obično rješavaju ove probleme.
Vrijeme odziva modernih LCD-a trenutno je oko 8ms (najbrže vrijeme odziva je 1ms) mijenjajući svjetlinu područja slike od 10% do 90%, gdje su 0% i 100% svjetlina u stabilnom stanju, ISO 13406 -2 je zbroj vremena prebacivanja iz svijetlog u tamno (ili obrnuto) i obrnuto. Međutim, zbog asimptotičkog procesa prebacivanja, potrebno je vrijeme prebacivanja od <3 ms kako bi se izbjegle vidljive trake.
Overdrive tehnologija smanjuje vrijeme prebacivanja stanica s tekućim kristalima. U tu svrhu, na LCD ćeliju se privremeno primjenjuje viši napon nego što je potrebno za stvarnu vrijednost svjetline. Zbog kratkog napona zaslona s tekućim kristalima, inertni tekući kristali doslovno izbijaju iz svog položaja i izjednačavaju se mnogo brže. Za ovu razinu procesa, slika mora biti spremljena u predmemoriju. Zajedno s posebno dizajniranim za odgovarajuće vrijednostikorekcija prikaza, odgovarajuća visina napona ovisi o gama i kontrolira se pomoću tablica pretraživanja iz procesora signala za svaki piksel, te izračunava točno vrijeme informacija o slici.
Glavne komponente indikatora
Rotacija u polarizaciji svjetlosti koju proizvode tekući kristali su osnova za funkcioniranje LCD-a. U osnovi postoje dvije vrste LCD-a, transmisivni i reflektirajući:
- Transmisivan.
- prijenos.
Rad prijenosa na LCD zaslonu. Na lijevoj strani, LCD pozadinsko osvjetljenje emitira nepolarizirano svjetlo. Kada prođe kroz stražnji polarizator (vertikalni polarizator), svjetlost će postati okomito polarizirana. Ovo svjetlo tada udara u tekući kristal i izokreće polarizaciju ako se uključi. Stoga, kada vertikalno polarizirana svjetlost prođe kroz ON segment tekućih kristala, postaje horizontalno polarizirana.
Sljedeće - prednji polarizator će blokirati horizontalno polarizirano svjetlo. Stoga će se ovaj segment promatraču činiti taman. Ako je segment tekućeg kristala isključen, neće promijeniti polarizaciju svjetlosti, pa će ostati vertikalno polariziran. Dakle, prednji polarizator prenosi ovu svjetlost. Ovi zasloni, koji se obično nazivaju LCD-i s pozadinskim osvjetljenjem, koriste ambijentalno svjetlo kao izvor:
- Sat.
- Reflektirajući LCD.
- Obično kalkulatori koriste ovu vrstu prikaza.
Pozitivni i negativni segmenti
Pozitivnu sliku stvaraju tamni pikseli ili segmenti na bijeloj pozadini. U njima su polarizatori međusobno okomiti. To znači da ako je prednji polarizator okomit, onda će stražnji polarizator biti horizontalan. Dakle OFF i pozadina će propuštati svjetlo, a ON će ga blokirati. Ovi se zasloni obično koriste u aplikacijama gdje je prisutno ambijentalno svjetlo.
Također je sposoban za stvaranje čvrstih i tekućih kristalnih zaslona s različitim bojama pozadine. Negativnu sliku stvaraju svijetli pikseli ili segmenti na tamnoj pozadini. U njima su kombinirani prednji i stražnji polarizatori. To znači da ako je prednji polarizator okomit, stražnji će također biti okomit i obrnuto.
Tako da OFF segmenti i pozadina blokiraju svjetlo, a ON segmenti propuštaju svjetlost, stvarajući svjetlosni prikaz na tamnoj pozadini. LCD-i s pozadinskim osvjetljenjem obično koriste ovu vrstu, koja se koristi tamo gdje je ambijentalno svjetlo slabo. Također je sposoban stvoriti različite boje pozadine.
Memorija zaslona RAM
DD je memorija koja pohranjuje znakove prikazane na ekranu. Za prikaz 2 retka od 16 znakova, adrese su definirane na sljedeći način:
| Linija | Vidljivo | Nevidljivo |
| vrh | 00H 0FH | 10h 27h |
| Nisko | 40H - 4FH | 50H 67H |
Omogućuje vam stvaranje maksimalno 8 znakova ili 5x7 znakova. Nakon što se novi znakovi učitaju u memoriju, može im se pristupiti kao da su normalni znakovi pohranjeni u ROM-u. CG RAM koristi riječi širine 8 bita, ali na LCD-u se pojavljuje samo 5 najmanjih bitova.
Dakle, D4 je krajnja lijeva točka, a D0 je pol s desne strane. Na primjer, učitavanje RAM bajta CG na 1Fh poziva sve točke ovog retka.
Upravljanje bitnim načinom rada
Dostupna su dva načina prikaza: 4-bitni i 8-bitni. U 8-bitnom načinu rada, podaci se šalju na zaslon pomoću pinova D0 do D7. RS niz je postavljen na 0 ili 1, ovisno o tome želite li poslati naredbu ili podatke. R/W linija također mora biti postavljena na 0 kako bi se naznačilo prikaz koji će biti upisan. Ostaje poslati impuls od najmanje 450 ns na ulaz E kako bi se naznačilo da su važeći podaci prisutni na pinovima D0 do D7.
Zaslon će očitati podatke na padajućem rubu ovog unosa. Ako je potrebno čitanje, postupak je identičan, ali ovaj put je R/W red postavljen na 1 kako bi se zatražilo čitanje. Podaci će biti važeći na linijama D0-D7 u stanju visoke linije.
4-bitni način rada. U nekim slučajevima može biti potrebno smanjiti broj žica koje se koriste za pogon zaslona, kao što je kada mikrokontroler ima vrlo malo I/O pinova. U ovom slučaju može se koristiti 4-bitni LCD način rada. U ovom načinu rada, za prijenospodataka i njihovo čitanje, koriste se samo 4 najznačajnija bita (D4 do D7) zaslona.
4 značajna bita (D0 do D3) se zatim spajaju na masu. Podaci se zatim zapisuju ili čitaju slanjem četiri najznačajnija bita u nizu, nakon čega slijede četiri najmanje značajna bita. Pozitivan impuls od najmanje 450 ns mora se poslati na liniju E za testiranje svakog grickanja.
U oba načina, nakon svake radnje na zaslonu, možete biti sigurni da može obraditi sljedeće informacije. Da biste to učinili, trebate zatražiti čitanje u naredbenom načinu i provjeriti oznaku Zauzet BF. Kada je BF=0, zaslon je spreman prihvatiti novu naredbu ili podatke.
Digitalni naponski uređaji
Digitalni indikatori s tekućim kristalima za testere sastoje se od dva tanka staklena lista, na čije su obložene površine nanesene tanke vodljive trake. Kada se staklo gleda s desne strane ili gotovo pod pravim kutom, ti tragovi se ne vide. Međutim, pod određenim kutovima gledanja postaju vidljivi.
Šema električnog kruga.
Ovdje opisani tester sastoji se od pravokutnog oscilatora koji generira savršeno simetričan izmjenični napon bez ikakve istosmjerne komponente. Većina logičkih generatora nije sposobna generirati kvadratni val, oni generiraju kvadratne valne oblike čiji radni ciklus fluktuira oko 50%. 4047 korišten u testeru ima binarni skalarni izlaz koji jamči simetriju. Frekvencijaoscilator je oko 1 kHz.
Može se napajati putem napajanja od 3-9 V. Obično će to biti baterija, ali promjenjivo napajanje ima svoje prednosti. Pokazuje na kojem naponu tekući kristal indikatora napona radi zadovoljavajuće, a postoji i jasan odnos između razine napona i kuta pod kojim je zaslon jasno vidljiv. Tester ne troši više od 1 mA.
Ispitni napon uvijek mora biti spojen između zajedničkog terminala, tj. stražnje ravnine, i jednog od segmenata. Ako nije poznato koji je terminal stražnja ploča, spojite jednu sondu testera na segment, a drugu sondu na sve ostale terminale dok se segment ne vidi.
