Сұйық кристалды дисплей – жұқа жалпақ панельде электрмен жасалған кескіннің түрі. 1970 жылдары шыққан алғашқы СКД-лар ақ фонда қара сандарды көрсететін калькуляторлар мен сандық сағаттарда қолданылатын кішкентай экрандар болды. LCD дисплейлерді тұрмыстық электроника жүйелерінде, ұялы телефондарда, камераларда және компьютер мониторларында, сондай-ақ сағаттар мен теледидарларда кез келген жерден табуға болады. Бүгінгі заманауи СКД жалпақ панельді теледидарлар көбінесе теледидарлардағы дәстүрлі көлемді CRT-ларды ауыстырды және экранда диагональ бойынша 108 дюймге дейінгі ажыратымдылығы жоғары түсті кескіндерді жасай алады.
Сұйық кристалдардың тарихы
Сұйық кристалдарды 1888 жылы австриялық ботаник Ф. Рейнцер кездейсоқ ашқан. Ол холестерин бензоатының екі балқу нүктесі бар екенін анықтады, 145 ° C-та бұлтты сұйықтыққа айналады, ал 178,5 ° C-тан жоғары температурада сұйықтық мөлдір болады. КімгеБұл құбылыстың түсіндірмесін табу үшін ол өзінің үлгілерін физик Отто Леманға берді. Леман сатылы қыздырумен жабдықталған микроскопты пайдалана отырып, бұл заттың кейбір кристалдарға тән оптикалық қасиеттері бар екенін, бірақ бәрібір сұйық екенін көрсетті, сондықтан «сұйық кристал» термині ойлап табылды.
1920 және 1930 жылдары зерттеушілер электромагниттік өрістердің сұйық кристалдарға әсерін зерттеді. 1929 жылы орыс физигі Всеволод Фредерикс екі пластинаның арасына қыстырылған жұқа пленкадағы олардың молекулалары магнит өрісі әсер еткенде олардың түзілісін өзгертетінін көрсетті. Бұл қазіргі заманғы кернеулі сұйық кристалды дисплейдің бастаушысы болды. 1990 жылдардың басынан бері технологиялық даму қарқыны жылдам болды және өсуде.
LCD технологиясы қарапайым сағаттар мен калькуляторлар үшін ақ-қарадан ұялы телефондарға, компьютер мониторларына және теледидарларға арналған түрлі-түстіге дейін дамыды. Жаһандық СКД нарығы қазір жылына 100 миллиард долларға жақындады, бұл 2005 жылы 60 миллиард доллардан және 2003 жылы 24 миллиард доллардан жоғары. СКД өндірісі дүние жүзінде Қиыр Шығыста шоғырланған және Орталық және Шығыс Еуропада өсуде. Америкалық фирмалар өндіріс технологиясы бойынша көш бастап келеді. Олардың дисплейлері қазір нарықта үстемдік етеді және бұл жақын болашақта өзгеруі екіталай.
Кристалдану процесінің физикасы
Холестерин бензоат сияқты сұйық кристалдардың көпшілігі ұзын таяқша тәрізді құрылымдары бар молекулалардан тұрады. Бұл сұйық молекулалардың ерекше құрылымыекі поляризациялық сүзгі арасындағы кристалдарды электродтарға кернеу беру арқылы бұзуға болады, СКД элементі мөлдір емес және қараңғы болып қалады. Осылайша, әртүрлі дисплей элементтерін ашық немесе қою түстерге ауыстыруға болады, осылайша сандар немесе таңбалар көрсетіледі.
Таяқша тәрізді құрылыммен байланысты барлық молекулалар арасында болатын тартымды күштердің бұл тіркесімі сұйық кристалдық фазаның түзілуін тудырады. Дегенмен, бұл өзара әрекеттесу молекулаларды тұрақты орнында ұстау үшін жеткілікті күшті емес. Содан бері сұйық кристалдық құрылымдардың көптеген түрлері ашылды. Олардың кейбіреулері қабаттарда, басқалары диск немесе бағандар түрінде орналастырылған.
LCD технологиясы
Сұйық кристалды дисплейдің жұмыс принципі сұйық кристалдар деп аталатын, сұйықтар сияқты ағатын, бірақ кристалдық құрылымы бар электрлік сезімтал материалдардың қасиеттеріне негізделген. Кристалдық қатты денелерде құрамдас бөлшектер – атомдар немесе молекулалар – геометриялық массивтерде болады, ал сұйық күйде олар кездейсоқ қозғала алады.
Сұйық кристалды дисплей құрылғысы көбінесе таяқша тәрізді, бір бағытта ұйымдастырылатын, бірақ әлі де қозғала алатын молекулалардан тұрады. Сұйық кристалды молекулалар әрекеттеседіолардың бағытын өзгертетін және материалдың оптикалық сипаттамаларын өзгертетін электр кернеуі. Бұл қасиет СКД-де пайдаланылады.
Орташа алғанда, мұндай панель кернеуден жеке қуат алатын мыңдаған кескін элементтерінен («пиксельдер») тұрады. Олар басқа дисплей технологияларына қарағанда жұқа, жеңіл және жұмыс кернеуі төмен және батареямен жұмыс істейтін құрылғылар үшін өте қолайлы.
Пассивті матрица
Дисплейлердің екі түрі бар: пассивті және белсенді матрица. Пассивтілер тек екі электродпен басқарылады. Олар бір-біріне 90 айналатын мөлдір ITO жолақтары. Бұл әрбір LC ұяшығын жеке басқаратын айқас матрицаны жасайды. Адрес логика арқылы және сандық СКД-дан бөлек драйверлер арқылы орындалады. Басқарудың бұл түріндегі LC ұяшығында заряд жоқ болғандықтан, сұйық кристалды молекулалар біртіндеп бастапқы күйіне оралады. Сондықтан әрбір ұяшықты жүйелі түрде бақылап отыру керек.
Пассивтердің жауап беру уақыты салыстырмалы түрде ұзақ және теледидар қолданбалары үшін жарамсыз. Шыны негізге ешқандай драйверлер немесе транзисторлар сияқты коммутациялық компоненттер орнатылмағаны дұрыс. Бұл элементтердің көлеңкелеуіне байланысты жарықтық жоғалмайды, сондықтан СКД жұмысы өте қарапайым.
Пассив сияқты құрылғыларда шағын оқуға арналған сегменттелген сандармен және таңбалармен кеңінен қолданылады.калькуляторлар, принтерлер және қашықтан басқару құралдары, олардың көпшілігі монохромды немесе бірнеше түстері бар. Пассивті монохромды және түрлі-түсті графикалық дисплейлер ертерек ноутбуктерде қолданылған және олар әлі де белсенді матрицаға балама ретінде пайдаланылады.
Белсенді TFT дисплейлері
Белсенді матрицалық дисплейде әрқайсысы жетек үшін бір транзисторды және зарядты сақтау үшін конденсаторды пайдаланады. IPS (In Plane Switching) технологиясында сұйық кристалды индикатордың жұмыс істеу принципі электродтар қабаттаспайтын, бірақ шыны негізде бір жазықтықта бір-біріне жақын орналасқан конструкцияны пайдаланады. Электр өрісі LC молекулаларына көлденеңінен енеді.
Олар экран бетіне параллель тураланған, бұл көру бұрышын айтарлықтай арттырады. IPS кемшілігі әрбір ұяшыққа екі транзистор қажет. Бұл мөлдір аумақты азайтады және жарықтандыруды қажет етеді. VA (тік туралау) және MVA (көп доменді тік туралау) электр өрісінсіз тігінен тураланатын, яғни экран бетіне перпендикуляр болатын жетілдірілген сұйық кристалдарды пайдаланады.
Поляризацияланған жарық өтуі мүмкін, бірақ алдыңғы поляризатор арқылы бұғатталған. Осылайша, белсендірусіз ұяшық қара болады. Барлық молекулалар, тіпті субстраттың шеттерінде орналасқандары да біркелкі тігінен тураланғандықтан, нәтижесінде алынған қара мән барлық бұрыштарда өте үлкен болады. Пассивті матрицадан айырмашылығысұйық кристалды дисплейлерде, белсенді матрицалық дисплейлерде әрбір қызыл, жасыл және көк қосалқы пикселде транзистор бар, ол оларды келесі кадрда сол жол көрсетілгенше қажетті қарқындылықта сақтайды.
Ұяшықты ауыстыру уақыты
Дисплейлердің жауап беру уақыты әрқашан үлкен мәселе болды. Сұйық кристалдың салыстырмалы жоғары тұтқырлығына байланысты СКД жасушалары өте баяу ауысады. Суреттегі жылдам қозғалыстардың арқасында бұл жолақтардың пайда болуына әкеледі. Тұтқырлығы төмен сұйық кристалды және модификацияланған сұйық кристалды ұяшықты басқару (overdrive) әдетте бұл мәселелерді шешеді.
Қазіргі уақытта СКД-нің жауап беру уақыты шамамен 8 мс (ең жылдам жауап беру уақыты - 1 мс) кескін аймағының жарықтығын 10%-дан 90%-ға дейін өзгертеді, мұнда 0% және 100% тұрақты күйдегі жарықтық, ISO 13406 -2 - жарықтан қараңғыға (немесе керісінше) және керісінше ауысу уақытының қосындысы. Дегенмен, асимптотикалық ауысу процесіне байланысты көрінетін жолақтарды болдырмау үшін <3 мс ауысу уақыты қажет.
Overdrive технологиясы сұйық кристалды ұяшықтардың ауысу уақытын қысқартады. Осы мақсатта СКД ұяшығына нақты жарықтық мәніне қажеттіден жоғарырақ кернеу уақытша қолданылады. Сұйық кристалды дисплейдің қысқа кернеуінің асқынуына байланысты инертті сұйық кристалдар өз орындарынан шығып, әлдеқайда жылдамырақ тегістеледі. Бұл процесс деңгейі үшін кескін кэштелуі керек. Сәйкес мәндер үшін арнайы жасалғандисплейді түзету, сәйкес кернеу биіктігі гаммаға байланысты және әр пиксел үшін сигнал процессорынан іздеу кестелері арқылы басқарылады және кескін ақпаратының нақты уақытын есептеңіз.
Индикаторлардың негізгі құрамдастары
Сұйық кристалл шығаратын жарықтың поляризациясының айналуы СКД жұмысының негізі болып табылады. СКД-ның негізінен екі түрі бар, трансмиссивті және шағылыстырады:
- Трансмиссивті.
- Трансмиссия.
Трансмиссиялық СКД дисплей жұмысы. Сол жақта СКД артқы жарығы поляризацияланбаған жарық шығарады. Ол артқы поляризатордан (тік поляризатор) өткенде, жарық тігінен поляризацияланады. Содан кейін бұл жарық сұйық кристалға түседі және қосылса, поляризацияны бұрады. Сондықтан тік поляризацияланған жарық ҚОСУ сұйық кристалдық сегменті арқылы өткенде, ол көлденең поляризацияланады.
Келесі - алдыңғы поляризатор көлденең поляризацияланған жарықты блоктайды. Осылайша, бұл сегмент бақылаушыға қараңғы болып көрінеді. Егер сұйық кристалдық сегмент өшірілсе, ол жарықтың поляризациясын өзгертпейді, сондықтан ол тік поляризацияланған күйінде қалады. Сондықтан алдыңғы поляризатор бұл жарықты жібереді. Бұл дисплейлер әдетте артқы жарықтандырылған СКД деп аталады, олардың көзі ретінде сыртқы жарықты пайдаланады:
- Сағат.
- Шағылыстыратын СКД.
- Әдетте калькуляторлар дисплейдің бұл түрін пайдаланады.
Оң және теріс сегменттер
Оң кескін ақ фонда қою пикселдер немесе сегменттер арқылы жасалады. Оларда поляризаторлар бір-біріне перпендикуляр. Бұл дегеніміз, егер алдыңғы поляризатор тік болса, артқы поляризатор көлденең болады. Сондықтан ӨШІРУЛІ және фон жарықты өткізеді, ал ON оны блоктайды. Бұл дисплейлер әдетте сыртқы жарық бар қолданбаларда пайдаланылады.
Ол сондай-ақ әртүрлі фондық түстері бар қатты күйдегі және сұйық кристалды дисплейлерді жасауға қабілетті. Теріс кескін қараңғы фонда ашық пикселдер немесе сегменттер арқылы жасалады. Оларда алдыңғы және артқы поляризаторлар біріктірілген. Бұл алдыңғы поляризатор тік болса, артқы жағы да тік және керісінше болады дегенді білдіреді.
Сондықтан ӨШІРУЛІ сегменттері мен фон жарықты блоктайды, ал ҚОСУ сегменттері қараңғы фонда жарық дисплейін жасап, жарықты өткізеді. Артқы жарықтандырылған СКД дисплейлері әдетте қоршаған жарық әлсіз болған кезде қолданылатын осы түрді пайдаланады. Ол сондай-ақ әртүрлі фондық түстерді жасай алады.
Дисплей жады RAM
DD – экранда көрсетілетін таңбаларды сақтайтын жад. 16 таңбадан тұратын 2 жолды көрсету үшін мекенжайлар келесідей анықталады:
| Желі | Көрінетін | Көрінбейтін |
| Үздік | 00С 0FH | 10сағ 27сағ |
| Төмен | 40С - 4FH | 50сағ 67сағ |
Бұл сізге ең көбі 8 таңба немесе 5x7 таңба жасауға мүмкіндік береді. Жадқа жаңа таңбалар жүктелгеннен кейін оларға ROM жадында сақталған кәдімгі таңбалар сияқты қол жеткізуге болады. CG RAM кеңдігі 8 биттік сөздерді пайдаланады, бірақ СКД экранында ең аз маңызды 5 бит ғана көрсетіледі.
Сонымен D4 - ең сол жақ нүкте, ал D0 - оң жақтағы полюс. Мысалы, RAM байт CG 1Fh кезінде жүктелсе, осы жолдың барлық нүктелері шақырылады.
Бит режимін басқару
Екі дисплей режимі қолжетімді: 4-бит және 8-бит. 8-биттік режимде деректер дисплейге D0-D7 түйреуіштері арқылы жіберіледі. RS жолы пәрменді немесе деректерді жібергіңіз келетініне байланысты 0 немесе 1 мәніне орнатылады. Жазылатын дисплейді көрсету үшін R/W жолын да 0-ге орнату керек. D0-D7 істікшелерінде жарамды деректер бар екенін көрсету үшін E кірісіне кемінде 450 нс импульс жіберу қалады.
Дисплей осы кірістің түсетін жиегіндегі деректерді оқиды. Оқу қажет болса, процедура бірдей, бірақ бұл жолы оқуды сұрау үшін R/W сызығы 1-ге орнатылады. Деректер D0-D7 жолдарында жоғары сызық күйінде жарамды болады.
4-биттік режим. Кейбір жағдайларда дисплейді басқару үшін пайдаланылатын сымдар санын азайту қажет болуы мүмкін, мысалы, микроконтроллерде енгізу/шығару істіктері өте аз болған кезде. Бұл жағдайда 4-биттік СКД режимін пайдалануға болады. Бұл режимде жіберу үшіндеректер және оларды оқу үшін дисплейдің ең маңызды 4 бит (D4 - D7) ғана пайдаланылады.
4 маңызды бит (D0-D3) содан кейін жерге қосылады. Содан кейін деректер ең маңызды төрт битті ретімен жіберу арқылы жазылады немесе оқылады, одан кейін төрт ең аз маңызды бит. Әрбір тістеуді тексеру үшін E желісінде кемінде 450 нс оң импульс жіберу керек.
Екі режимде де дисплейдегі әрбір әрекеттен кейін оның келесі ақпаратты өңдей алатынына көз жеткізуге болады. Ол үшін пәрмен режимінде оқуды сұрау керек және бос емес BF жалаушасын тексеру керек. BF=0 болғанда, дисплей жаңа пәрменді немесе деректерді қабылдауға дайын болады.
Сандық кернеу құрылғылары
Сынақшыларға арналған сандық сұйық кристалды индикаторлар екі жұқа шыны парақтан тұрады, олардың беткейлеріне жұқа өткізгіш жолдар салынған. Шыны оң жақтан немесе дерлік тік бұрышта қараған кезде бұл жолдар көрінбейді. Дегенмен, белгілі бір көру бұрыштарында олар көрінеді.
Электр тізбегінің диаграммасы.
Осында сипатталған сынақ құралы тұрақты ток құрамдас бөлігісіз тамаша симметриялы айнымалы ток кернеуін жасайтын тікбұрышты осциллятордан тұрады. Көптеген логикалық генераторлар шаршы толқынды генерациялауға қабілетті емес, олар жұмыс циклі шамамен 50% ауытқитын шаршы толқын пішіндерін жасайды. Сынақта қолданылатын 4047 симметрияға кепілдік беретін екілік скаляр шығысына ие. Жиілікосциллятор шамамен 1 кГц.
Оны 3-9В ток көзінен қуаттандыруға болады. Әдетте бұл батарея болады, бірақ айнымалы қуат көзінің артықшылықтары бар. Ол қандай кернеуде кернеу индикаторының сұйық кристалы қанағаттанарлық жұмыс істейтінін көрсетеді, сонымен қатар кернеу деңгейі мен дисплей анық көрінетін бұрыш арасында анық байланыс бар. Сынақ құралы 1 мА аспайды.
Сынақ кернеуі әрқашан ортақ терминал, яғни артқы жазықтық пен сегменттердің бірі арасында қосылуы керек. Қандай терминал артқы панель екені белгісіз болса, сегмент көрінгенше сынаушының бір зондын сегментке, ал екінші зондты барлық басқа терминалдарға жалғаңыз.
