Жидкокристаллический дисплей
-
Конструкция ЖК-дисплея
- Поляризационная фильтрующая пленка с вертикальной осью для поляризации света.
- Стеклянная подложка с электродами ITO, определяющими формы отображения.
- Скрученный нематический жидкий кристалл изменяет поляризацию света.
- Стеклянная подложка с общей электродной пленкой (ITO) с горизонтальными выступами.
- Поляризационная фильтрующая пленка с горизонтальной осью для блокировки света.
- Отражающая поверхность для передачи света обратно зрителю.
-
Принцип работы ЖК-дисплея
- Жидкие кристаллы не излучают свет напрямую, используют подсветку или отражатель.
- ЖК-дисплеи могут отображать произвольные изображения или фиксированные символы.
- ЖК-дисплеи могут быть нормально включенными или выключенными в зависимости от расположения поляризатора.
-
Применение ЖК-дисплеев
- ЖК-телевизоры, компьютерные мониторы, приборные панели, дисплеи в кабине пилота.
- Внутренние и наружные вывески, жидкокристаллические проекторы, портативные устройства.
- Заменили ЭЛТ-дисплеи, не подвержены выгоранию экрана, но подвержены постоянству изображения.
-
Химические и технологические аспекты
- Каждый пиксель состоит из слоя молекул между электродами и поляризационными фильтрами.
- Скрученный нематический ЖК-дисплей (TN) изменяет поляризацию света при приложении напряжения.
- Цветные ЖК-системы используют фотолитографию для создания цветных фильтров.
-
Поколения и производство
- ЖК-дисплеи изготавливаются в чистых помещениях с использованием больших листов стекла.
- Увеличение размеров стекол позволяет изготавливать больше дисплеев.
- ЖК-модули (LCM) — готовые к использованию ЖК-дисплеи с подсветкой.
-
История
- Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А. Джозеф А.
-
История жидкокристаллических дисплеев
- В 1888 году Фридрих Райнитцер обнаружил жидкокристаллическую природу холестерина.
- В 1904 году Отто Леманн опубликовал работу о жидких кристаллах.
- В 1911 году Чарльз Моген экспериментировал с жидкими кристаллами.
- В 1922 году Жорж Фридель описал структуру и свойства жидких кристаллов.
- В 1927 году Всеволод Фредерикс изобрел световой клапан с электрическим переключением.
- В 1936 году компания Marconi запатентовала жидкокристаллический световой клапан.
-
1960-е годы
- В 1962 году Ричард Уильямс обнаружил электрооптические характеристики жидких кристаллов.
- В 1964 году Джордж Х. Хайльмайер создал первый рабочий жидкокристаллический дисплей на основе режима динамического рассеяния (DSM).
- В конце 1960-х годов Королевское радиолокационное предприятие Великобритании начало работу над жидкими кристаллами.
- В 1968 году Бернард Лехнер предложил идею жидкокристаллического дисплея на основе TFT.
-
1970-е годы
- В 1970 году компания Hoffmann-LaRoche запатентовала эффект искривленного нематического поля (TN).
- В 1971 году Джеймс Фергасон и его команда выпустили ЖК-дисплеи на основе TN.
- В 1972 году компания T. разработала прототип жидкокристаллической дисплейной панели на тонкопленочных транзисторах (TFT LCD).
- В 1973 году Питер Броуди и его команда продемонстрировали первый жидкокристаллический дисплей на тонкопленочных транзисторах (TFT LCD).
-
1980-е годы
- В 1983 году исследователи из Brown, Boveri & Cie изобрели сверхскрученную нематическую структуру (STN) для пассивных ЖК-дисплеев.
- В 1984 году Philips разработала схему управления скоростью видеосигнала для STN-ЖК-дисплеев.
- В 1985 году Philips приобрела 100% акций швейцарской компании Videlec AG и перенесла производственные линии в Нидерланды.
- В 1980-х годах в Японии были разработаны первые цветные ЖК-телевизоры.
-
1990-е годы
- В 1990 году были разработаны электрооптические эффекты как альтернатива ЖК-дисплеям с витым нематическим полем.
-
История и развитие ЖК-дисплеев
- В 1992 году Hitachi разработала технологию IPS для ЖК-дисплеев.
- В 1996 году Samsung представила технологию многодоменной коммутации.
- В 2000-х годах тайваньские, японские и корейские производители доминировали на рынке.
-
Технологии и инновации
- В 2011 году Toshiba представила ЖК-панель с разрешением 2560 × 1600 пикселей.
- В 2016 году Panasonic разработала ЖК-дисплеи с коэффициентом контрастности 1 000 000:1.
- В 2020-х годах Китай стал крупнейшим производителем ЖК-дисплеев.
-
Освещение ЖК-дисплеев
- ЖК-дисплеи требуют внешнего освещения для получения изображения.
- Наиболее распространенные реализации подсветки: WLED, CCFL, EL-WLED, RGB-светодиоды, монохромные светодиоды и мини-светодиоды.
- Современные ЖК-экраны разрабатываются со светодиодной подсветкой.
-
Комбинация с функцией динамического управления подсветкой
- Увеличивает динамический диапазон системы отображения
- Использует оптические пленки и поляризационные пленки
- Усовершенствованные версии призматического листа уменьшают наложение
-
Поляризаторы DBEF
- Изобретены в 1989 году
- Используют одноосноориентированные полимеризованные жидкие кристаллы
- Делают ЖК-телевизоры более эффективными
-
Подключение к другим цепям
- ЖК-панели имеют более шести миллионов пикселей
- Питание осуществляется с помощью ЖК-драйверов
- Используются металлические токопроводящие дорожки
-
Пассивно-матричные ЖК-дисплеи
- Использовались в ранних ноутбуках и Nintendo Game Boy
- Используют технологию STN и DSTN
- Требуют высокого напряжения для управления
-
Бистабильные ЖК-дисплеи
- Не требуют постоянного обновления
- Используются для устройств с низким энергопотреблением
- Примеры: электронные книги
-
Цветные дисплеи с высоким разрешением
- Используют структуру активной матрицы
- Каждый пиксель имеет свой транзистор
- Обеспечивают более яркое и четкое изображение
-
Сегментные ЖК-дисплеи
- Используют функцию последовательного окрашивания полей
- Подсветка быстро меняет цвет, создавая белый фон
- ЖК-панель синхронизирована с подсветкой
-
ЖК-дисплей FSC
- Делит цветное изображение на 3 части (красную, зеленую, синюю)
- Отображает монохроматические изображения как одно цветное
- Требует ЖК-панель с частотой обновления 180 Гц
- Время отклика сокращается до 5 миллисекунд
- Может использоваться с емкостным сенсорным экраном
-
Дисплеи UFB
- Использовали эффект сверхдвойственного лучепреломления
- Обладали яркостью, цветовой гаммой и большей частью контрастности TFT-LCD
- Потребляли столько же энергии, сколько STN-дисплей
- Использовались в моделях сотовых телефонов Samsung и LG
-
Витой нематик (TN)
- Жидкие кристаллы скручиваются и раскручиваются для пропускания света
- Поляризованный свет проходит через изогнутый слой
- Приложенное напряжение изменяет поляризацию и преграждает путь свету
-
Переключение в плоскости (IPS)
- Жидкие кристаллы выравниваются в плоскости, параллельной стеклянным подложкам
- Электрическое поле подается через противоположные электроды
- Требует два транзистора на пиксель
- Используется в телевизорах, мониторах и смартфонах
-
Супер-коммутация в плоскости (S-IPS)
- Улучшенное время отклика и цветопередача
-
Противоречие между M+ и RGBW
- LG Display добавила белые субпиксели в IPS-панели
- Снижение разрешения на 25%
- Телевизоры «RGBW» не достигают истинного разрешения UHD
-
IPS по сравнению с AMOLED
- LG Optimus Black имеет яркость до 700 нит
- AMOLED-дисплей работает лучше благодаря базовой технологии
-
Усовершенствованное переключение граничного поля (AFFS)
- Обеспечивает превосходную производительность и цветовую гамму
- Разработана компанией Hydis Technologies Co., Ltd
- Используется в ноутбуках и коммерческих самолетах
-
Вертикальное выравнивание (VA)
- Жидкие кристаллы располагаются вертикально
- Более глубокий черный фон, высокий коэффициент контрастности
- Угол обзора уже, изменение цвета и контрастности заметнее
-
Режим синей фазы
- Представлен в 2008 году, но не производится массово
- Возможно, будет реализовано последовательное управление цветом
-
Контроль качества
- ЖК-панели могут иметь неисправные транзисторы
- Политика производителей в отношении дефектных пикселей различается
- ISO выпустила стандарт ISO 13406-2 для регламентации дефектов
-
Дисплеи с «нулевым энергопотреблением» (бистабильные)
- Бистабильное устройство zenithal (ZBD) сохраняет изображение без питания
- Кристаллы могут находиться в двух стабильных ориентациях
-
Разработка и технологии
- Kent Displays разработала дисплей «без питания» с использованием холестерического жидкого кристалла (ChLCD).
- В 2009 году Kent продемонстрировала использование ChLCD для покрытия всей поверхности мобильного телефона.
- В 2004 году Оксфордский университет представил бистабильные ЖК-дисплеи с нулевым энергопотреблением.
-
Технические характеристики ЖК-дисплеев
- Разрешение выражается количеством столбцов и строк в пикселях.
- Каждый пиксель состоит из 3 подпикселей: красного, зеленого и синего.
- Существуют модели с технологией Quattron для увеличения воспринимаемого разрешения.
- Пространственные характеристики зависят от области применения.
- Временная производительность важна для отображения изменяющихся изображений.
- Цветопередача включает цветовую гамму, глубину цвета, точку белого и гамма-коррекцию.
- Коэффициент яркости и контрастности зависит от подсветки.
-
Преимущества ЖК-дисплеев
- Компактный, тонкий и легкий по сравнению с ЭЛТ.
- Низкое энергопотребление и выделение тепла.
- Отсутствие геометрических искажений и мерцания.
- Четкое изображение без размытий.
- Не излучает электромагнитного излучения.
- Может быть выполнен в любом размере и форме.
- Теоретического предела разрешающей способности нет.
- Эффект маскировки улучшает качество изображения.
- Не подвержен влиянию магнитных полей.
- Может отображать цифровые данные без преобразования в аналоговый.
- Некоторые модели имеют встроенные волоконно-оптические входы.
- Может быть выполнен с узкими рамками.
-
Недостатки ЖК-дисплеев
- Ограниченный угол обзора в некоторых моделях.
- Неравномерная подсветка и искажение яркости.
- Уровни черного могут быть не такими темными.
- Медленное время отклика и размытость при движении.
- Мерцание экрана из-за ШИМ.
- Только одно собственное разрешение.
- Фиксированная разрядность и задержка ввода.
- Битые или залипшие пиксели.
- Потеря яркости и контрастности при экстремальных температурах.
- Используемые химические вещества.
-
Жидкие кристаллы в ЖК-дисплеях
- Используются анизотропные молекулы с взаимным притяжением
- Распространены поляризуемые молекулы в форме стержней
- Примеры: бифенилы, терфенилы
-
Эвтектические смеси
- Используются для достижения широкого температурного диапазона
- Пример: смесь E7 из трех дифенилов и одного терфенила
-
Экологические последствия
- При производстве ЖК-экранов используется трифторид азота (NF3)
- NF3 является мощным парниковым газом
- В отчете предполагалось, что его воздействие сильнее, чем у углекислого газа
- NF3 был добавлен в Киотский протокол на второй период соблюдения
-
Критика отчета
- В отчете предполагается, что весь NF3 выбрасывается в атмосферу
- Подавляющее большинство NF3 расщепляется в процессе очистки
- Не сравнивалось воздействие NF3 с перфторуглеродом
-
Дополнительная информация
- Плоский дисплей, FPD-Связь, ЖК-контроллер Hitachi HD44780
- Классификация ЖК-дисплеев, ЖК-проектор, ЖК-телевизор
- Список производителей жидкокристаллических дисплеев
- Доска для игры в буги-вуги, необработанный монитор, умные очки
-
Рекомендации
- Дальнейшее чтение: Разработка жидкокристаллических дисплеев, История жидких кристаллов Слукина
- Обзор технологии 3LCD, технологии презентаций
- Анимация, объясняющая работу ЖК-панелей
- Внешние ссылки: Демонтаж ЖК-монитора, История и физические свойства жидких кристаллов, Что такое IPS-дисплей, Что такое емкостный сенсорный экран, Как изготавливаются TFT-ЖК-дисплеи, Как изготавливаются LTPS ЖК-дисплеи