Che cos'è un display LCD: costruzione e funzionamento

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Al momento, guardiamo a cristalli liquidi display (LCD) ovunque, tuttavia, non si sono sviluppati immediatamente. Ci è voluto così tanto tempo per passare dallo sviluppo dei cristalli liquidi a un gran numero di applicazioni LCD. Nell'anno 1888, i primi cristalli liquidi furono inventati da Friedrich Reinitzer (botanico austriaco). Quando ha sciolto un materiale come un colesteril benzoato, ha osservato che inizialmente si trasforma in un fluido torbido e si schiarisce quando la sua temperatura aumenta. Una volta raffreddato, il fluido è diventato blu prima di cristallizzare. Quindi, il primo display a cristalli liquidi sperimentale è stato sviluppato dalla RCA Corporation nell'anno 1968. Successivamente, i produttori di LCD hanno gradualmente progettato differenze e sviluppi ingegnosi sulla tecnologia portando questo dispositivo di visualizzazione in una gamma incredibile. Quindi, finalmente, gli sviluppi nell'LCD sono stati aumentati.

Cos'è un LCD (display a cristalli liquidi)?

Un display a cristalli liquidi o LCD trae la sua definizione dal nome stesso. È una combinazione di due stati della materia, il solido e il liquido. L'LCD utilizza un cristallo liquido per produrre un'immagine visibile. I display a cristalli liquidi sono schermi con tecnologia ultrasottile generalmente utilizzati negli schermi di computer portatili, TV, telefoni cellulari e videogiochi portatili. Le tecnologie LCD consentono ai display di essere molto più sottili rispetto a un tubo a raggi catodici Tecnologia (CRT).




Il display a cristalli liquidi è composto da diversi strati che includono due pannelli polarizzati filtri ed elettrodi. La tecnologia LCD viene utilizzata per visualizzare l'immagine in un notebook o in altri dispositivi elettronici come i mini computer. La luce viene proiettata da una lente su uno strato di cristalli liquidi. Questa combinazione di luce colorata con l'immagine in scala di grigi del cristallo (formata quando la corrente elettrica scorre attraverso il cristallo) forma l'immagine colorata. Questa immagine viene quindi visualizzata sullo schermo.

Un LCD

Un LCD



Un LCD è costituito da una griglia di visualizzazione a matrice attiva o da una griglia di visualizzazione passiva. La maggior parte degli smartphone con tecnologia LCD utilizza un display a matrice attiva, ma alcuni dei display più vecchi utilizzano ancora il design della griglia del display passivo. La maggior parte dei dispositivi elettronici dipende principalmente dalla tecnologia dei display a cristalli liquidi per la visualizzazione. Il liquido ha un vantaggio unico di avere un basso consumo energetico rispetto al GUIDATO o tubo a raggi catodici.

Lo schermo del display a cristalli liquidi funziona secondo il principio di bloccare la luce piuttosto che emettere luce. Gli LCD richiedono una retroilluminazione poiché non li emettono luce. Utilizziamo sempre dispositivi costituiti da display LCD che stanno sostituendo l'uso del tubo a raggi catodici. Il tubo a raggi catodici assorbe più potenza rispetto agli LCD ed è anche più pesante e più grande.

Come vengono costruiti gli LCD?

Fatti semplici che dovrebbero essere considerati durante la creazione di un LCD:


  1. La struttura di base del display LCD dovrebbe essere controllata modificando la corrente applicata.
  2. Dobbiamo usare la luce polarizzata.
  3. Il cristallo liquido dovrebbe essere in grado di controllare entrambe le operazioni da trasmettere o può anche essere in grado di cambiare la luce polarizzata.
Costruzione LCD

Costruzione LCD

Come accennato in precedenza, abbiamo bisogno di prendere due filtri in vetro polarizzato per la realizzazione del cristallo liquido. Il vetro che non ha una pellicola polarizzata sulla superficie deve essere strofinato con uno speciale polimero che creerà scanalature microscopiche sulla superficie del filtro in vetro polarizzato. Le scanalature devono essere nella stessa direzione della pellicola polarizzata.

Ora dobbiamo aggiungere un rivestimento di cristallo pneumatico in fase liquida su uno dei filtri polarizzatori del vetro polarizzato. Il canale microscopico fa sì che la molecola del primo strato si allinei con l'orientamento del filtro. Quando l'angolo retto appare sul primo pezzo di strato, dobbiamo aggiungere un secondo pezzo di vetro con la pellicola polarizzata. Il primo filtro sarà naturalmente polarizzato quando la luce lo colpisce nella fase iniziale.

Così la luce viaggia attraverso ogni strato e guidata a quello successivo con l'aiuto di una molecola. La molecola tende a cambiare il suo piano di vibrazione della luce per adattarlo al suo angolo. Quando la luce raggiunge l'estremità più lontana della sostanza a cristalli liquidi, vibra alla stessa angolazione di quella dello strato finale della molecola. La luce può entrare nel dispositivo solo se il secondo strato del vetro polarizzato coincide con lo strato finale della molecola.

Come funzionano gli LCD?

Il principio alla base degli LCD è che quando viene applicata una corrente elettrica alla molecola di cristalli liquidi, la molecola tende a srotolarsi. Ciò causa l'angolo di luce che attraversa la molecola del vetro polarizzato e provoca anche un cambiamento nell'angolo del filtro polarizzatore superiore. Di conseguenza, una piccola luce può far passare il vetro polarizzato attraverso una particolare area del display LCD.

Quindi quella particolare area diventerà buia rispetto ad altre. Il display LCD funziona secondo il principio del blocco della luce. Durante la costruzione degli LCD, uno specchio riflesso è disposto sul retro. Un piano dell'elettrodo è costituito da ossido di indio-stagno che viene mantenuto sulla parte superiore e un vetro polarizzato con una pellicola polarizzante viene aggiunto anche sul fondo del dispositivo. L'intera regione del display LCD deve essere racchiusa da un elettrodo comune e sopra dovrebbe essere la materia dei cristalli liquidi.

Segue il secondo pezzo di vetro con un elettrodo a forma di rettangolo in basso e, in alto, un'altra pellicola polarizzante. Bisogna considerare che entrambi i pezzi sono tenuti ad angolo retto. Quando non c'è corrente, la luce passa attraverso la parte anteriore del display LCD, verrà riflessa dallo specchio e rimbalzata indietro. Poiché l'elettrodo è collegato a una batteria, la corrente da esso provocherà lo srotolamento dei cristalli liquidi tra l'elettrodo del piano comune e l'elettrodo a forma di rettangolo. Così la luce è bloccata dal passaggio. Quella particolare area rettangolare appare vuota.

In che modo LCD utilizza cristalli liquidi e luce polarizzata?

Un monitor TV LCD utilizza il concetto di occhiali da sole per azionare i suoi pixel colorati. Sul lato opposto dello schermo LCD, c'è un'enorme luce brillante che risplende nella direzione dell'osservatore. Sul lato anteriore del display, include i milioni di pixel, in cui ogni pixel può essere costituito da regioni più piccole note come sottopixel. Questi sono colorati con colori diversi come verde, blu e rosso. Ogni pixel nel display include un filtro di vetro polarizzante sul retro e il lato anteriore include a 90 gradi, quindi il pixel sembra normalmente scuro.

Un piccolo cristallo liquido nematico attorcigliato è presente tra i due filtri che controllano elettronicamente. Una volta spento, fa passare la luce di 90 gradi, lasciando che la luce entri in modo efficiente attraverso i due filtri polarizzatori in modo che il pixel sembri luminoso. Una volta attivato, non accende la luce perché è bloccata dal polarizzatore e il pixel sembra scuro. Ogni pixel può essere controllato tramite un transistor separato accendendolo e spegnendolo più volte al secondo.

Come scegliere un LCD?

In generale, ogni consumatore non dispone di molte informazioni sui diversi tipi di LCD disponibili sul mercato. Quindi, prima di selezionare un LCD, raccolgono tutti i dati come caratteristiche, prezzo, azienda, qualità, specifiche, servizio, recensioni dei clienti, ecc. La verità è che i promotori tendono ad ottenere il vantaggio dalla verità che la maggior parte dei clienti conduce in modo estremamente ricerca prima di acquistare qualsiasi prodotto.

In un display LCD, l'effetto movimento può essere un effetto del tempo impiegato da un'immagine per passare e visualizzare sullo schermo. Tuttavia, entrambi questi incidenti cambiano molto da un singolo pannello LCD a dispetto della tecnologia LCD primaria. La selezione di un LCD in base alla tecnologia sottostante deve essere più relativa al prezzo rispetto alla differenza preferita, agli angoli di visualizzazione e alla riproduzione del colore rispetto alla sfocatura stimata, altrimenti altre qualità di gioco. La frequenza di aggiornamento più alta, così come il tempo di risposta, deve essere pianificato in qualsiasi specifica del pannello. Un'altra tecnologia di gioco come lo strobo accende / spegne rapidamente la retroilluminazione per ridurre la risoluzione.

Diversi tipi di LCD

I diversi tipi di LCD sono discussi di seguito.

Display Nematico Contorto

La produzione di LCD TN (Twisted Nematic) può essere eseguita più frequentemente e utilizza diversi tipi di display in tutti i settori. Questi display vengono utilizzati più frequentemente dai giocatori in quanto sono economici e hanno tempi di risposta rapidi rispetto ad altri display. Il principale svantaggio di questi display è che hanno rapporti di contrasto parziali e di bassa qualità, angoli di visione e riproduzione del colore. Ma questi dispositivi sono sufficienti per le operazioni quotidiane.

Questi display consentono tempi di risposta rapidi e velocità di aggiornamento rapide. Quindi, questi sono gli unici display da gioco disponibili con 240 hertz (Hz). Questi display hanno uno scarso contrasto e colore a causa del dispositivo di rotazione non accurato altrimenti preciso.

Display di commutazione sul piano

I display IPS sono considerati i migliori LCD perché offrono una buona qualità dell'immagine, angoli di visualizzazione più elevati, precisione e differenza dei colori vivaci. Questi display sono utilizzati principalmente dai grafici e in alcune altre applicazioni, gli LCD richiedono i massimi standard potenziali per la riproduzione di immagini e colori.

Pannello di allineamento verticale

I pannelli di allineamento verticale (VA) cadono ovunque al centro tra Twisted Nematic e la tecnologia dei pannelli di commutazione in-plane. Questi pannelli hanno i migliori angoli di visualizzazione e riproduzione dei colori con caratteristiche di qualità superiore rispetto ai display di tipo TN. Questi pannelli hanno un tempo di risposta basso. Ma questi sono molto più ragionevoli e appropriati per l'uso quotidiano.

La struttura di questo pannello genera neri più profondi e colori migliori rispetto al display nematico contorto. E diversi allineamenti di cristalli possono consentire angoli di visualizzazione migliori rispetto ai display di tipo TN. Questi display arrivano con un compromesso perché sono costosi rispetto ad altri display. Inoltre, hanno tempi di risposta lenti e basse frequenze di aggiornamento.

Advanced Fringe Field Switching (AFFS)

Gli LCD AFFS offrono le migliori prestazioni e un'ampia gamma di riproduzione dei colori rispetto ai display IPS. Le applicazioni di AFFS sono molto avanzate perché possono ridurre la distorsione del colore senza compromettere l'ampio angolo di visione. Di solito, questo display viene utilizzato in ambienti altamente avanzati e professionali come nelle cabine di pilotaggio degli aerei.

Display a matrice passiva e attiva

Gli LCD a matrice passiva funzionano con una griglia semplice in modo che la carica possa essere fornita a un pixel specifico sull'LCD. La griglia può essere progettata con un processo silenzioso e inizia attraverso due substrati noti come strati di vetro. Uno strato di vetro fornisce colonne mentre l'altro fornisce righe progettate utilizzando un materiale conduttivo trasparente come l'ossido di indio-stagno.

In questa visualizzazione, le righe altrimenti le colonne sono collegate ai circuiti integrati per controllare ogni volta che la carica viene trasmessa nella direzione di una particolare riga o colonna. Il materiale del cristallo liquido è posto tra i due strati di vetro dove sul lato esterno del substrato può essere aggiunto un film polarizzante. L'IC trasmette una carica lungo la colonna esatta di un singolo substrato e il terreno può essere acceso sulla riga esatta dell'altro in modo che un pixel possa essere attivato.

Il sistema a matrice passiva presenta notevoli inconvenienti, in particolare il tempo di risposta è un controllo della tensione lento e impreciso. Il tempo di risposta del display si riferisce principalmente alla capacità del display di aggiornare l'immagine visualizzata. In questo tipo di display, il modo più semplice per controllare il tempo di risposta lento è spostare velocemente il puntatore del mouse da una faccia all'altra del display.

Gli LCD di tipo a matrice attiva dipendono principalmente dai TFT (transistor a film sottile). Questi transistor sono piccoli transistor di commutazione e condensatori che sono posti all'interno di una matrice su un substrato di vetro. Quando viene attivata la riga corretta, è possibile trasmettere una carica lungo la colonna esatta in modo che un pixel specifico possa essere indirizzato, poiché tutte le righe aggiuntive che la colonna interseca sono disattivate, semplicemente il condensatore accanto al pixel designato riceve una carica .

Il condensatore mantiene l'alimentazione fino al successivo ciclo di aggiornamento e se gestiamo con cautela la somma della tensione fornita a un cristallo, allora possiamo srotolare semplicemente per far passare un po 'di luce. Al momento, la maggior parte dei pannelli offre luminosità con 256 livelli per ogni pixel.

Come funzionano i pixel colorati negli LCD?

Sul retro del televisore è collegata una luce intensa mentre sul lato anteriore ci sono molti quadrati colorati che verranno accesi / spenti. Qui, discuteremo di come ogni pixel colorato viene attivato / disattivato:

Come si spengono i pixel dell'LCD

  • Nell'LCD, la luce viaggia dal lato posteriore a quello anteriore
  • Un filtro polarizzatore orizzontale davanti alla luce bloccherà tutti i segnali luminosi tranne quelli che vibrano orizzontalmente. Il pixel del display può essere spento da un transistor consentendo il flusso di corrente attraverso i suoi cristalli liquidi che fa separare i cristalli e la luce fornita attraverso di essi non cambierà.
  • I segnali luminosi escono dai cristalli liquidi per vibrare orizzontalmente.
  • Un filtro polarizzatore di tipo verticale davanti ai cristalli liquidi bloccherà tutti i segnali luminosi tranne quelli che vibrano verticalmente. La luce che vibra orizzontalmente viaggerà attraverso i cristalli liquidi in modo che non possano arrivare durante il filtro verticale.
  • In questa posizione, la luce non può raggiungere lo schermo LCD perché il pixel è scuro.

Come si sono accesi i pixel dell'LCD

  • La luce intensa sul retro del display risplende come prima.
  • Il filtro polarizzatore orizzontale davanti alla luce bloccherà tutti i segnali luminosi tranne quelli che vibrano orizzontalmente.
  • Un transistor attiva il pixel interrompendo il flusso di elettricità nei cristalli liquidi in modo che i cristalli possano ruotare. Questi cristalli ruotano i segnali luminosi di 90 ° mentre si muovono.
  • I segnali luminosi che fluiscono nei cristalli liquidi che vibrano orizzontalmente usciranno da essi per vibrare verticalmente.
  • Il filtro polarizzatore verticale davanti ai cristalli liquidi bloccherà tutti i segnali luminosi tranne quelli che vibrano verticalmente. La luce che vibra verticalmente uscirà dai cristalli liquidi che ora possono acquisire attraverso il filtro verticale.
  • Una volta che il pixel è attivato, dà colore al pixel.

Differenza tra plasma e LCD

Entrambi i display come il plasma e un LCD sono simili, tuttavia funziona in modo completamente diverso. Ogni pixel è una lampada fluorescente microscopica che emette luce attraverso il plasma, mentre il plasma è un tipo di gas estremamente caldo in cui gli atomi vengono soffiati separatamente per produrre elettroni (caricati negativamente) e ioni (caricati positivamente). Questi atomi fluiscono molto liberamente e generano un bagliore di luce una volta che si schiantano. La progettazione dello schermo al plasma può essere realizzata molto più grande rispetto ai normali televisori CRO (tubo catodico), ma sono molto costosi.

Vantaggi

Il vantaggi del display a cristalli liquidi include il seguente.

  • Gli LCD consumano meno energia rispetto a CRT e LED
  • Gli LCD sono costituiti da alcuni microwatt per la visualizzazione rispetto ad alcuni mill watt per i LED
  • Gli LCD sono di basso costo
  • Fornisce un eccellente contrasto
  • Gli LCD sono più sottili e leggeri rispetto al tubo a raggi catodici e ai LED

Svantaggi

Il svantaggi del display a cristalli liquidi include il seguente.

  • Richiede sorgenti luminose aggiuntive
  • L'intervallo di temperatura è limitato per il funzionamento
  • Bassa affidabilità
  • La velocità è molto bassa
  • Gli LCD richiedono un drive CA.

Applicazioni

Le applicazioni del display a cristalli liquidi includono quanto segue.

La tecnologia a cristalli liquidi ha importanti applicazioni anche nel campo della scienza e dell'ingegneria dispositivi elettronici .

  • Termometro a cristalli liquidi
  • Immagini ottiche
  • La tecnologia del display a cristalli liquidi è applicabile anche nella visualizzazione delle onde a radiofrequenza nella guida d'onda
  • Utilizzato nelle applicazioni mediche

Pochi display basati su LCD

Pochi display basati su LCD

Pertanto, si tratta di una panoramica dell'LCD e la struttura di questo dal retro al lato anteriore può essere eseguita utilizzando retroilluminazione, foglio1, cristalli liquidi, foglio2 con filtri colorati e schermo. I display a cristalli liquidi standard utilizzano la retroilluminazione come CRFL (lampade fluorescenti a catodo freddo). Queste luci sono disposte in modo coerente sul retro del display per fornire un'illuminazione affidabile su tutto il pannello. Quindi il livello di luminosità di tutti i pixel dell'immagine avrà la stessa luminosità.

Spero tu abbia una buona conoscenza di schermo a cristalli liquidi . Qui lascio un compito per te. Come si interfaccia un LCD a un microcontrollore? inoltre, eventuali domande su questo concetto o progetto elettrico ed elettronicoLascia la tua risposta nella sezione commenti qui sotto.

Crediti fotografici