Një ekran me kristal të lëngshëm është një lloj imazhi i krijuar elektrikisht në një panel të hollë të sheshtë. LCD-të e parë, që dolën në vitet 1970, ishin ekrane të vegjël të përdorur kryesisht në kalkulatorë dhe orët dixhitale që shfaqnin numra të zinj në një sfond të bardhë. LCD-të mund të gjenden kudo në sistemet elektronike të shtëpisë, telefonat celularë, kamerat dhe monitorët e kompjuterëve, si dhe në orët dhe televizorët. Televizorët e sotëm moderne me panele të sheshta LCD kanë zëvendësuar kryesisht CRT-të tradicionale të mëdha në televizorë dhe mund të prodhojnë imazhe me ngjyra me definicion të lartë deri në 108 inç diagonalisht në të gjithë ekranin.
Historia e kristaleve të lëngët
Kristalet e lëngëta u zbuluan rastësisht në 1888 nga botanisti F. Reinitzer nga Austria. Ai zbuloi se benzoati i kolesterolit ka dy pika shkrirjeje, duke u kthyer në një lëng të turbullt në 145 ° C dhe në temperatura mbi 178.5 ° C, lëngu bëhet transparent. për tëgjeni një shpjegim për këtë fenomen, ai ia dha mostrat e tij fizikantit Otto Lehmann. Duke përdorur një mikroskop të pajisur me ngrohje të shkallëzuar, Lehman tregoi se substanca ka veti optike karakteristike për disa kristale, por është ende një lëng, dhe për këtë arsye u krijua termi "kristal i lëngshëm".
Gjatë viteve 1920 dhe 1930, studiuesit studiuan efektet e fushave elektromagnetike në kristalet e lëngëta. Në vitin 1929, fizikani rus Vsevolod Frederiks tregoi se molekulat e tyre në një film të hollë të vendosur midis dy pllakave ndryshuan shtrirjen e tyre kur u aplikua një fushë magnetike. Ishte pararendësi i ekranit modern të kristalit të lëngshëm të tensionit. Ritmi i zhvillimit teknologjik që nga fillimi i viteve 1990 ka qenë i shpejtë dhe vazhdon të rritet.
Teknologjia LCD ka evoluar nga bardh e zi për orët dhe llogaritësit e thjeshtë në shumëngjyrëshe për telefonat celularë, monitorët e kompjuterëve dhe televizorët. Tregu global i LCD tani po i afrohet 100 miliardë dollarëve në vit, nga 60 miliardë dollarë në 2005 dhe 24 miliardë dollarë në 2003, respektivisht. Prodhimi i LCD-ve është i përqendruar globalisht në Lindjen e Largët dhe po rritet në Evropën Qendrore dhe Lindore. Firmat amerikane kryesojnë rrugën në teknologjinë e prodhimit. Ekranet e tyre tani dominojnë tregun dhe kjo nuk ka gjasa të ndryshojë në të ardhmen e afërt.
Fizika e procesit të kristalizimit
Shumica e kristaleve të lëngëta, si benzoati i kolesterolit, përbëhen nga molekula me struktura të gjata si shufra. Kjo strukturë e veçantë e molekulave të lëngëtaKristalet midis dy filtrave polarizues mund të thyhen duke aplikuar tension në elektroda, elementi LCD bëhet i errët dhe mbetet i errët. Në këtë mënyrë, elementë të ndryshëm të ekranit mund të kalohen në ngjyra të lehta ose të errëta, duke shfaqur kështu numra ose karaktere.
Ky kombinim i forcave tërheqëse që ekziston midis të gjitha molekulave të lidhura me një strukturë të ngjashme me shufrën shkakton formimin e një faze kristal të lëngët. Megjithatë, ky ndërveprim nuk është mjaft i fortë për t'i mbajtur molekulat në vend përgjithmonë. Që atëherë, janë zbuluar shumë lloje të ndryshme të strukturave kristal të lëngët. Disa prej tyre janë të renditura në shtresa, të tjera në formën e një disku ose kolonash.
teknologji LCD
Parimi i punës së një ekrani me kristal të lëngshëm bazohet në vetitë e materialeve të ndjeshme elektrike të quajtura kristale të lëngëta, të cilat rrjedhin si lëngje, por kanë një strukturë kristalore. Në trupat e ngurtë kristalorë, grimcat përbërëse - atomet ose molekulat - janë në vargje gjeometrike, ndërsa në gjendje të lëngshme ato janë të lira të lëvizin në mënyrë të rastësishme.
Pajisja e ekranit me kristal të lëngshëm përbëhet nga molekula, shpesh në formë shufre, që organizohen në një drejtim, por mund të lëvizin ende. Molekulat e kristalit të lëngshëm reagojnë ndajnjë tension elektrik që ndryshon orientimin e tyre dhe ndryshon karakteristikat optike të materialit. Kjo veçori përdoret në LCD.
Mesatarisht, një panel i tillë përbëhet nga mijëra elementë imazhi ("pikselë"), të cilët fuqizohen individualisht nga voltazhi. Ato janë më të holla, më të lehta dhe kanë një tension funksionimi më të ulët se teknologjitë e tjera të ekranit dhe janë ideale për pajisjet me bateri.
Matrica pasive
Ka dy lloje ekranesh: matricë pasive dhe aktive. Ato pasive kontrollohen nga vetëm dy elektroda. Ato janë shirita ITO transparente që rrotullohen 90 me njëri-tjetrin. Kjo krijon një matricë të kryqëzuar që kontrollon çdo qelizë LC individualisht. Adresimi bëhet me logjikë dhe drejtues të ndarë nga LCD dixhital. Meqenëse nuk ka ngarkesë në qelizën LC në këtë lloj kontrolli, molekulat e kristalit të lëngshëm kthehen gradualisht në gjendjen e tyre origjinale. Prandaj, çdo qelizë duhet të monitorohet në intervale të rregullta.
Pasivët kanë një kohë reagimi relativisht të gjatë dhe nuk janë të përshtatshëm për aplikacione televizive. Preferohet që në nënshtresën e qelqit të mos montohen drejtues ose komponentë komutues si tranzistorë. Humbja e ndriçimit për shkak të hijezimit nga këta elementë nuk ndodh, kështu që funksionimi i LCD-ve është shumë i thjeshtë.
Passive përdoren gjerësisht me shifra dhe simbole të segmentuara për lexim të vogël në pajisje si p.sh.kalkulatorë, printera dhe telekomandë, shumë prej të cilave janë pikturë njëngjyrëshe ose kanë vetëm disa ngjyra. Ekranet grafike pasive monokrome dhe me ngjyra u përdorën në laptopët e hershëm dhe ende përdoren si një alternativë ndaj matricës aktive.
Shfaqje aktive TFT
Shfaqjet e matricës aktive secila përdor një transistor për të drejtuar dhe një kondensator për të ruajtur ngarkesën. Në teknologjinë IPS (In Plane Switching), parimi i funksionimit të një treguesi të kristalit të lëngshëm përdor një dizajn ku elektrodat nuk grumbullohen, por janë të vendosura pranë njëra-tjetrës në të njëjtin plan në një nënshtresë xhami. Fusha elektrike depërton në molekulat LC horizontalisht.
Ato janë të rreshtuara paralelisht me sipërfaqen e ekranit, gjë që rrit shumë këndin e shikimit. Disavantazhi i IPS është se çdo qelizë ka nevojë për dy transistorë. Kjo zvogëlon zonën transparente dhe kërkon një dritë prapavije më të ndritshme. VA (Rreshtimi vertikal) dhe MVA (Rreshtimi vertikal me shumë domene) përdorin kristale të lëngshme të avancuara që rreshtohen vertikalisht pa një fushë elektrike, domethënë pingul me sipërfaqen e ekranit.
Drita e polarizuar mund të kalojë, por bllokohet nga polarizuesi i përparmë. Kështu, një qelizë pa aktivizim është e zezë. Meqenëse të gjitha molekulat, edhe ato të vendosura në skajet e nënshtresës, janë të njëtrajtshme vertikalisht në linjë, vlera e zezë që rezulton është kështu shumë e madhe në të gjitha cepat. Ndryshe nga matrica pasiveEkranet me kristal të lëngshëm, ekranet me matricë aktive kanë një transistor në çdo nënpiksel të kuq, jeshil dhe blu që i mban ato në intensitetin e dëshiruar derisa ai rresht të adresohet në kornizën tjetër.
Koha e ndërrimit të qelizave
Koha e përgjigjes së ekraneve ka qenë gjithmonë një problem i madh. Për shkak të viskozitetit relativisht të lartë të kristalit të lëngshëm, qelizat LCD kalojnë mjaft ngadalë. Për shkak të lëvizjeve të shpejta në imazh, kjo çon në formimin e vijave. Kristali i lëngshëm me viskozitet të ulët dhe kontrolli i modifikuar i qelizave të kristalit të lëngshëm (overdrive) zakonisht zgjidhin këto probleme.
Koha e përgjigjes së LCD-ve moderne është aktualisht rreth 8 ms (koha më e shpejtë e përgjigjes është 1 ms) duke ndryshuar ndriçimin e një zone të imazhit nga 10% në 90%, ku 0% dhe 100% janë ndriçimi i gjendjes së qëndrueshme, ISO 13406 -2 është shuma e kohës së kalimit nga drita në errësirë (ose anasjelltas) dhe anasjelltas. Megjithatë, për shkak të procesit të kalimit asimptotik, kërkohet një kohë ndërrimi prej <3 ms për të shmangur brezat e dukshëm.
Teknologjia Overdrive redukton kohën e ndërrimit të qelizave të kristalit të lëngshëm. Për këtë qëllim, një tension më i lartë aplikohet përkohësisht në qelizën LCD sesa është i nevojshëm për vlerën aktuale të ndriçimit. Për shkak të rritjes së shkurtër të tensionit të ekranit të kristalit të lëngshëm, kristalet e lëngëta inerte fjalë për fjalë dalin nga pozicioni i tyre dhe nivelohen shumë më shpejt. Për këtë nivel procesi, imazhi duhet të ruhet në memorie të fshehtë. Së bashku me projektuar posaçërisht për vlerat përkatësekorrigjimi i ekranit, lartësia përkatëse e tensionit varet nga gama dhe kontrollohet nga tabelat e kërkimit nga procesori i sinjalit për çdo piksel dhe llogaritet koha e saktë e informacionit të imazhit.
Përbërësit kryesorë të treguesve
Rrotullimi në polarizimin e dritës së prodhuar nga kristali i lëngshëm është baza për mënyrën se si funksionon një LCD. Në thelb ekzistojnë dy lloje LCD, transmetues dhe reflektues:
- Transmetues.
- Transmetim.
Funksionimi i ekranit LCD të transmisionit. Në anën e majtë, drita e prapme LCD lëshon dritë të papolarizuar. Kur kalon nëpër polarizuesin e pasmë (polarizer vertikal), drita do të polarizohet vertikalisht. Kjo dritë më pas godet kristalin e lëngshëm dhe do të shtrembërojë polarizimin nëse ndizet. Prandaj, kur drita e polarizuar vertikalisht kalon nëpër segmentin e kristalit të lëngshëm ON, ajo polarizohet horizontalisht.
Tjetra - polarizuesi i përparmë do të bllokojë dritën e polarizuar horizontalisht. Kështu, ky segment do të duket i errët për vëzhguesin. Nëse segmenti i kristalit të lëngshëm fiket, ai nuk do të ndryshojë polarizimin e dritës, kështu që do të mbetet i polarizuar vertikalisht. Pra, polarizuesi i përparmë e transmeton këtë dritë. Këto ekrane, të referuara zakonisht si LCD me ndriçim të pasëm, përdorin dritën e ambientit si burimin e tyre:
- Ora.
- LCD reflektues.
- Zakonisht kalkulatorët përdorin këtë lloj ekrani.
Segmente pozitive dhe negative
Një imazh pozitiv krijohet nga pikselë të errët ose segmente në një sfond të bardhë. Në to, polarizuesit janë pingul me njëri-tjetrin. Kjo do të thotë se nëse polarizuesi i përparmë është vertikal, atëherë polarizuesi i pasmë do të jetë horizontal. Pra, OFF dhe sfondi do ta lejojë dritën të kalojë, dhe ON do ta bllokojë atë. Këto ekrane përdoren zakonisht në aplikacionet ku drita e ambientit është e pranishme.
Është gjithashtu në gjendje të krijojë ekrane në gjendje të ngurtë dhe kristal të lëngët me ngjyra të ndryshme sfondi. Një imazh negativ krijohet nga pikselë të lehta ose segmente në një sfond të errët. Në to, polarizuesit e përparmë dhe të pasmë janë të kombinuara. Kjo do të thotë se nëse polarizuesi i përparmë është vertikal, edhe pjesa e pasme do të jetë vertikale dhe anasjelltas.
Pra, segmentet OFF dhe sfondi bllokojnë dritën, dhe segmentet ON e lënë dritën të kalojë, duke krijuar një ekran të lehtë kundër një sfondi të errët. LCD-të me ndriçim të pasëm zakonisht përdorin këtë lloj, i cili përdoret kur drita e ambientit është e dobët. Ai është gjithashtu i aftë të krijojë ngjyra të ndryshme të sfondit.
Shfaq memorien RAM
DD është memoria që ruan karakteret e shfaqura në ekran. Për të shfaqur 2 rreshta me 16 karaktere, adresat përcaktohen si më poshtë:
| Linja | E dukshme | I padukshëm |
| Top | 00H 0FH | 10H 27H |
| I ulët | 40H - 4FH | 50H 67H |
Kjo ju lejon të krijoni një maksimum prej 8 karaktere ose 5x7 karaktere. Pasi karakteret e reja të ngarkohen në memorie, ato mund të aksesohen sikur të ishin karaktere normale të ruajtura në ROM. RAM-i CG përdor fjalë të gjera 8-bit, por vetëm 5 pjesët më pak të rëndësishme shfaqen në LCD.
Pra, D4 është pika më e majtë dhe D0 është poli në të djathtë. Për shembull, ngarkimi i një bajt RAM CG në 1Fh thërret të gjitha pikat e kësaj linje.
Kontrolli i modalitetit bit
Ka dy mënyra ekrani të disponueshme: 4-bit dhe 8-bit. Në modalitetin 8-bit, të dhënat dërgohen në ekran me kunjat D0 në D7. Vargu RS është vendosur në 0 ose 1, në varësi të faktit nëse dëshironi të dërgoni një komandë ose të dhëna. Linja R/W duhet gjithashtu të vendoset në 0 për të treguar ekranin që do të shkruhet. Mbetet për të dërguar një puls prej të paktën 450 ns në hyrjen E për të treguar se të dhënat e vlefshme janë të pranishme në kunjat D0 deri në D7.
Ekrani do të lexojë të dhënat në skajin në rënie të kësaj hyrjeje. Nëse kërkohet një lexim, procedura është identike, por këtë herë linja R/W vendoset në 1 për të kërkuar një lexim. Të dhënat do të jenë të vlefshme në linjat D0-D7 në gjendjen e linjës së lartë.
Modaliteti 4-bit. Në disa raste, mund të jetë e nevojshme të zvogëlohet numri i telave që përdoren për të drejtuar ekranin, si p.sh. kur mikrokontrolluesi ka shumë pak kunja hyrëse/dalëse. Në këtë rast, mund të përdoret modaliteti LCD 4-bit. Në këtë mënyrë, për të transmetuartë dhënat dhe leximi i tyre, përdoren vetëm 4 bitet më të rëndësishme (D4 deri në D7) të ekranit.
4 bit domethënës (D0 deri në D3) lidhen më pas me tokën. Më pas, të dhënat shkruhen ose lexohen duke dërguar katër bitet më të rëndësishme në sekuencë, të ndjekur nga katër bitet më pak të rëndësishme. Një puls pozitiv prej të paktën 450 ns duhet të dërgohet në linjën E për të testuar çdo gërvishtje.
Në të dy modalitetet, pas çdo veprimi në ekran, mund të siguroheni që ai mund të përpunojë informacionin e mëposhtëm. Për ta bërë këtë, duhet të kërkoni një lexim në modalitetin e komandës dhe të kontrolloni flamurin Busy BF. Kur BF=0, ekrani është gati të pranojë komandë ose të dhëna të reja.
Pajisjet e tensionit dixhital
Treguesit dixhitalë të kristalit të lëngshëm për testuesit përbëhen nga dy fletë të holla xhami, në sipërfaqet përballë të cilave janë aplikuar gjurmë të holla përcjellëse. Kur xhami shihet nga e djathta, ose pothuajse në një kënd të drejtë, këto gjurmë nuk janë të dukshme. Megjithatë, në kënde të caktuara shikimi, ato bëhen të dukshme.
Diagrami i qarkut elektrik.
Testeri i përshkruar këtu përbëhet nga një oshilator drejtkëndor që gjeneron një tension AC krejtësisht simetrik pa asnjë komponent DC. Shumica e gjeneratorëve logjikë nuk janë në gjendje të gjenerojnë një valë katrore, ata gjenerojnë forma valore katrore, cikli i funksionimit të të cilave luhatet rreth 50%. 4047 i përdorur në testues ka një dalje binar skalar që garanton simetri. Frekuencaoshilatori është rreth 1 kHz.
Mund të mundësohet nga një furnizim 3-9V. Zakonisht do të jetë një bateri, por një furnizim me energji të ndryshueshme ka avantazhet e veta. Ai tregon se në çfarë tensioni funksionon në mënyrë të kënaqshme kristali i lëngshëm i treguesit të tensionit, dhe ekziston gjithashtu një marrëdhënie e qartë midis nivelit të tensionit dhe këndit në të cilin ekrani është qartë i dukshëm. Testuesi tërheq jo më shumë se 1 mA.
Tensioni i provës duhet të lidhet gjithmonë ndërmjet terminalit të përbashkët, d.m.th., rrafshit të pasmë dhe njërit prej segmenteve. Nëse nuk dihet se cili terminal është plani i pasmë, atëherë lidhni njërën sondë të testuesit me segmentin dhe sondën tjetër me të gjitha terminalet e tjera derisa segmenti të jetë i dukshëm.
