Was ist ein LCD-Display? Aufbau und Funktionsweise

Was ist ein LCD-Display? Aufbau und Funktionsweise

Derzeit sehen wir Flüssigkristall aus Anzeigen (LCDs) überall entwickelten sie sich jedoch nicht sofort. Die Entwicklung von der Entwicklung des Flüssigkristalls zu einer Vielzahl von LCD-Anwendungen hat so viel Zeit in Anspruch genommen. Im Jahr 1888 wurden die ersten Flüssigkristalle von Friedrich Reinitzer (österreichischer Botaniker) erfunden. Als er ein Material wie ein Cholesterylbenzoat auflöste, bemerkte er, dass es sich anfänglich in eine trübe Flüssigkeit verwandelte und sich mit steigender Temperatur auflöste. Sobald es abgekühlt ist, wurde die Flüssigkeit blau, bevor sie zuletzt kristallisierte. So wurde die erste experimentelle Flüssigkristallanzeige von der RCA Corporation im Jahr 1968 entwickelt. Danach haben die Hersteller von LCD nach und nach geniale Unterschiede und Entwicklungen in der Technologie entwickelt, indem sie dieses Anzeigegerät in eine unglaubliche Reichweite gebracht haben. Schließlich wurden die Entwicklungen im LCD verstärkt.

Was ist ein LCD (Liquid Crystal Display)?

Ein Flüssigkristalldisplay oder LCD bezieht seine Definition aus dem Namen selbst. Es ist eine Kombination aus zwei Zuständen der Materie, dem Feststoff und der Flüssigkeit. LCD verwendet einen Flüssigkristall, um ein sichtbares Bild zu erzeugen. Flüssigkristallanzeigen sind superdünne Technologiebildschirme, die im Allgemeinen in Laptop-Computerbildschirmen, Fernsehgeräten, Mobiltelefonen und tragbaren Videospielen verwendet werden. Dank der LCD-Technologien sind die Displays im Vergleich zu a Kathodenstrahlröhre (CRT) Technologie.




Die Flüssigkristallanzeige besteht aus mehreren Schichten, die zwei polarisierte Felder enthalten Filter und Elektroden. Die LCD-Technologie wird zum Anzeigen des Bildes in einem Notebook oder anderen elektronischen Geräten wie Minicomputern verwendet. Licht wird von einer Linse auf eine Flüssigkristallschicht projiziert. Diese Kombination von farbigem Licht mit dem Graustufenbild des Kristalls (gebildet, wenn elektrischer Strom durch den Kristall fließt) bildet das farbige Bild. Dieses Bild wird dann auf dem Bildschirm angezeigt.



Ein LCD

Ein LCD

Ein LCD besteht entweder aus einem Aktivmatrix-Anzeigeraster oder einem passiven Anzeigeraster. Die meisten Smartphones mit LCD-Technologie verwenden ein Aktivmatrix-Display, einige der älteren Displays verwenden jedoch weiterhin das passive Display-Raster. Die meisten elektronischen Geräte hängen für ihre Anzeige hauptsächlich von der Flüssigkristallanzeigetechnologie ab. Die Flüssigkeit hat den einzigartigen Vorteil eines geringeren Stromverbrauchs als die LED oder Kathodenstrahlröhre.



Der Flüssigkristallbildschirm arbeitet nach dem Prinzip, Licht zu blockieren, anstatt Licht zu emittieren. LCDs benötigen eine Hintergrundbeleuchtung, da sie kein Licht abgeben. Wir verwenden immer Geräte, die aus LCD-Displays bestehen und die Verwendung von Kathodenstrahlröhren ersetzen. Die Kathodenstrahlröhre verbraucht im Vergleich zu LCDs mehr Strom und ist außerdem schwerer und größer.

Wie werden LCDs aufgebaut?

Einfache Fakten, die bei der Herstellung eines LCD berücksichtigt werden sollten:


  1. Die Grundstruktur des LCD sollte durch Ändern des angelegten Stroms gesteuert werden.
  2. Wir müssen polarisiertes Licht verwenden.
  3. Der Flüssigkristall sollte in der Lage sein, beide zu sendenden Vorgänge zu steuern oder auch das polarisierte Licht zu ändern.
LCD-Konstruktion

LCD-Konstruktion



Wie oben erwähnt, müssen wir bei der Herstellung des Flüssigkristalls zwei Filter für polarisierte Glasstücke verwenden. Das Glas, auf dessen Oberfläche sich kein polarisierter Film befindet, muss mit einem speziellen Polymer eingerieben werden, das mikroskopische Rillen auf der Oberfläche des polarisierten Glasfilters erzeugt. Die Rillen müssen in der gleichen Richtung wie der polarisierte Film sein.

Jetzt müssen wir eine Beschichtung aus pneumatischem Flüssigphasenkristall auf einen der Polarisationsfilter des polarisierten Glases auftragen. Der mikroskopische Kanal bewirkt, dass sich das Molekül der ersten Schicht an der Filterorientierung ausrichtet. Wenn der rechte Winkel am ersten Schichtstück erscheint, sollten wir ein zweites Stück Glas mit dem polarisierten Film hinzufügen. Der erste Filter wird natürlich polarisiert, wenn das Licht in der Startphase auf ihn trifft.

So wandert das Licht durch jede Schicht und wird mit Hilfe eines Moleküls zur nächsten geführt. Das Molekül neigt dazu, seine Schwingungsebene des Lichts an seinen Winkel anzupassen. Wenn das Licht das entfernte Ende der Flüssigkristallsubstanz erreicht, schwingt es im gleichen Winkel wie die letzte Schicht des Moleküls. Das Licht darf nur dann in das Gerät eintreten, wenn die zweite Schicht des polarisierten Glases mit der letzten Schicht des Moleküls übereinstimmt.

Wie funktionieren LCDs?

Das Prinzip hinter den LCDs ist, dass das Molekül dazu neigt, sich zu lösen, wenn ein elektrischer Strom an das Flüssigkristallmolekül angelegt wird. Dies bewirkt den Lichtwinkel, der durch das Molekül des polarisierten Glases tritt, und bewirkt auch eine Änderung des Winkels des oberen Polarisationsfilters. Infolgedessen wird ein wenig Licht durch das polarisierte Glas durch einen bestimmten Bereich des LCD geleitet.

Somit wird dieser bestimmte Bereich im Vergleich zu anderen dunkel. Das LCD arbeitet nach dem Prinzip der Lichtblockierung. Während des Aufbaus der LCDs ist hinten ein reflektierter Spiegel angeordnet. Eine Elektrodenebene besteht aus Indium-Zinn-Oxid, das oben gehalten wird, und ein polarisiertes Glas mit einem Polarisationsfilm wird ebenfalls auf der Unterseite der Vorrichtung hinzugefügt. Der gesamte Bereich des LCD muss von einer gemeinsamen Elektrode umschlossen sein und darüber sollte sich die Flüssigkristallmasse befinden.

Als nächstes kommt das zweite Stück Glas mit einer Elektrode in Form des Rechtecks ​​unten und oben einem weiteren Polarisationsfilm. Es ist zu beachten, dass beide Teile im rechten Winkel gehalten werden. Wenn kein Strom fließt, wird das Licht durch die Vorderseite des LCD geleitet und vom Spiegel reflektiert und zurückgeworfen. Wenn die Elektrode an eine Batterie angeschlossen wird, bewirkt der Strom von ihr, dass sich die Flüssigkristalle zwischen der Elektrode in der gemeinsamen Ebene und der wie ein Rechteck geformten Elektrode lösen. Dadurch wird der Lichtdurchgang blockiert. Dieser bestimmte rechteckige Bereich erscheint leer.

Wie nutzt LCD Flüssigkristalle und polarisiertes Licht?

Ein LCD-TV-Monitor nutzt das Sonnenbrillen-Konzept, um seine farbigen Pixel zu bedienen. Auf der Rückseite des LCD-Bildschirms befindet sich ein riesiges helles Licht, das in Richtung des Betrachters scheint. Auf der Vorderseite des Displays befinden sich Millionen von Pixeln, wobei jedes Pixel aus kleineren Bereichen bestehen kann, die als Subpixel bezeichnet werden. Diese sind mit verschiedenen Farben wie Grün, Blau und Rot gefärbt. Jedes Pixel in der Anzeige enthält einen Polarisationsglasfilter auf der Rückseite und die Vorderseite in einem Winkel von 90 Grad, sodass das Pixel normalerweise dunkel aussieht.

Unter den beiden Filtern, die elektronisch steuern, befindet sich ein kleiner verdrillter nematischer Flüssigkristall. Sobald es ausgeschaltet ist, dreht es das Licht um 90 Grad und lässt das Licht effizient durch die beiden Polarisationsfilter fließen, so dass das Pixel hell erscheint. Sobald es aktiviert ist, wird das Licht nicht mehr gedreht, da es durch den Polarisator blockiert ist und das Pixel dunkel erscheint. Jedes Pixel kann durch einen separaten Transistor gesteuert werden, indem mehrmals pro Sekunde ein- und ausgeschaltet wird.

Wie wähle ich ein LCD?

Im Allgemeinen hat nicht jeder Verbraucher viele Informationen über die verschiedenen Arten von LCDs, die auf dem Markt erhältlich sind. Bevor sie sich für ein LCD entscheiden, sammeln sie alle Daten wie Funktionen, Preis, Unternehmen, Qualität, Spezifikationen, Service, Kundenbewertungen usw. Die Wahrheit ist, dass Promotoren dazu neigen, von der Wahrheit zu profitieren, die die meisten Kunden äußerst gering halten Recherche vor dem Kauf eines Produkts.

In einem LCD kann Bewegungsunschärfe ein Effekt davon sein, wie lange ein Bild zum Umschalten und Anzeigen auf dem Bildschirm benötigt. Beide Vorfälle ändern sich jedoch bei einem einzelnen LCD-Panel trotz der primären LCD-Technologie sehr stark. Bei der Auswahl eines LCD-Bildschirms auf der Grundlage der zugrunde liegenden Technologie muss der Preis gegenüber dem bevorzugten Unterschied, den Betrachtungswinkeln und der Farbwiedergabe stärker berücksichtigt werden als die geschätzte Unschärfe, ansonsten andere Spieleigenschaften. Die höchste Aktualisierungsrate sowie die höchste Reaktionszeit müssen in allen Spezifikationen des Panels geplant werden. Eine andere Gaming-Technologie wie Strobe schaltet die Hintergrundbeleuchtung schnell ein / aus, um die Auflösung zu verringern.

Verschiedene Arten von LCD

Die verschiedenen Arten von LCDs werden unten diskutiert.

Verdrehtes nematisches Display

Die Herstellung von TN-LCDs (Twisted Nematic) kann am häufigsten durchgeführt werden und verwendet branchenweit verschiedene Arten von Displays. Diese Displays werden am häufigsten von Spielern verwendet, da sie billig sind und im Vergleich zu anderen Displays eine schnelle Reaktionszeit haben. Der Hauptnachteil dieser Displays besteht darin, dass sie eine geringe Qualität sowie teilweise Kontrastverhältnisse, Betrachtungswinkel und Farbwiedergabe aufweisen. Diese Geräte reichen jedoch für den täglichen Betrieb aus.

Diese Anzeigen ermöglichen schnelle Reaktionszeiten sowie schnelle Aktualisierungsraten. Dies sind also die einzigen Gaming-Displays, die mit 240 Hertz (Hz) erhältlich sind. Diese Displays haben aufgrund der nicht genauen, ansonsten präzisen Verdrehvorrichtung einen schlechten Kontrast und eine schlechte Farbe.

In-Plane-Schaltanzeige

IPS-Displays gelten als das beste LCD, da sie eine gute Bildqualität, höhere Betrachtungswinkel, lebendige Farbpräzision und Unterschiede bieten. Diese Displays werden hauptsächlich von Grafikdesignern verwendet. In einigen anderen Anwendungen benötigen LCDs die maximalen potenziellen Standards für die Wiedergabe von Bild und Farbe.

Vertikales Ausrichtungsfeld

Die VA-Panels (Vertical Alignment) fallen zwischen Twisted Nematic und In-Plane-Switching-Panel-Technologie in der Mitte ab. Diese Panels bieten die besten Betrachtungswinkel sowie Farbwiedergabe mit höheren Qualitätsmerkmalen im Vergleich zu TN-Displays. Diese Panels haben eine geringe Reaktionszeit. Diese sind jedoch viel vernünftiger und für den täglichen Gebrauch geeignet.

Die Struktur dieses Panels erzeugt tiefere Schwarztöne sowie bessere Farben im Vergleich zum verdrehten nematischen Display. Mehrere Kristallausrichtungen können im Vergleich zu TN-Anzeigen bessere Betrachtungswinkel ermöglichen. Diese Displays kommen mit einem Kompromiss an, weil sie im Vergleich zu anderen Displays teuer sind. Außerdem haben sie langsame Reaktionszeiten und niedrige Bildwiederholraten.

Advanced Fringe Field Switching (AFFS)

AFFS-LCDs bieten im Vergleich zu IPS-Displays die beste Leistung und ein breites Spektrum an Farbwiedergabe. Die Anwendungen von AFFS sind sehr fortschrittlich, da sie die Farbverzerrung verringern können, ohne den weiten Betrachtungswinkel zu beeinträchtigen. Normalerweise wird dieses Display sowohl in hochentwickelten als auch in professionellen Umgebungen wie in den funktionsfähigen Flugzeugcockpits verwendet.

Passive und aktive Matrixanzeigen

Die LCDs vom Typ Passivmatrix arbeiten mit einem einfachen Gitter, sodass einem bestimmten Pixel auf dem LCD Ladung zugeführt werden kann. Das Gitter kann in einem leisen Prozess entworfen werden und beginnt mit zwei Substraten, die als Glasschichten bekannt sind. Eine Glasschicht ergibt Säulen, während die andere Reihen ergibt, die unter Verwendung eines klaren leitfähigen Materials wie Indium-Zinn-Oxid konstruiert sind.

In dieser Anzeige werden die Zeilen, ansonsten Spalten, mit ICs verknüpft, um zu steuern, wann die Ladung in Richtung einer bestimmten Zeile oder Spalte übertragen wird. Das Material des Flüssigkristalls wird zwischen die beiden Glasschichten gelegt, wo auf der Außenseite des Substrats ein polarisierender Film hinzugefügt werden kann. Der IC überträgt eine Ladung über die exakte Säule eines einzelnen Substrats und der Boden kann auf die exakte Reihe des anderen eingeschaltet werden, so dass ein Pixel aktiviert werden kann.

Das Passivmatrixsystem weist große Nachteile auf, insbesondere ist die Reaktionszeit eine langsame und ungenaue Spannungsregelung. Die Reaktionszeit der Anzeige bezieht sich hauptsächlich auf die Fähigkeit der Anzeige, das angezeigte Bild zu aktualisieren. Bei dieser Art der Anzeige besteht die einfachste Möglichkeit, die langsame Reaktionszeit zu überprüfen, darin, den Mauszeiger schnell von einer Seite der Anzeige zur anderen zu bewegen.

Aktivmatrix-LCDs hängen hauptsächlich von TFT (Dünnschichttransistoren) ab. Diese Transistoren sind kleine Schalttransistoren sowie Kondensatoren, die innerhalb einer Matrix über einem Glassubstrat angeordnet sind. Wenn die richtige Zeile aktiviert ist, kann eine Ladung über die exakte Spalte übertragen werden, so dass ein bestimmtes Pixel adressiert werden kann, da alle zusätzlichen Zeilen, die die Spalte schneidet, ausgeschaltet sind und einfach der Kondensator neben dem angegebenen Pixel eine Ladung erhält .

Der Kondensator hält die Versorgung bis zum anschließenden Auffrischungszyklus und wenn wir die Summe der an einen Kristall angelegten Spannung vorsichtig verwalten, können wir einfach aufdrehen, um etwas Licht durchzulassen. Gegenwärtig bieten die meisten Panels eine Helligkeit mit 256 Stufen für jedes Pixel.

Wie funktionieren farbige Pixel in LCDs?

Auf der Rückseite des Fernsehgeräts ist ein helles Licht angeschlossen, während auf der Vorderseite viele farbige Quadrate ein- und ausgeschaltet werden. Hier werden wir diskutieren, wie jedes farbige Pixel ein- und ausgeschaltet wird:

Wie die Pixel des LCD ausgeschaltet wurden

  • Im LCD wandert das Licht von der Rückseite zur Vorderseite
  • Ein horizontaler Polarisationsfilter vor dem Licht blockiert alle Lichtsignale außer denen, die horizontal vibrieren. Das Pixel der Anzeige kann durch einen Transistor ausgeschaltet werden, indem der Stromfluss durch die Flüssigkristalle ermöglicht wird, wodurch die Kristalle sortiert werden und sich die Lichtzufuhr durch sie nicht ändert.
  • Lichtsignale kommen aus den Flüssigkristallen und schwingen horizontal.
  • Ein vertikaler Polarisationsfilter vor den Flüssigkristallen blockiert alle Lichtsignale außer den vertikal vibrierenden Signalen. Das horizontal vibrierende Licht wandert durch die Flüssigkristalle, so dass sie während des vertikalen Filters nicht gelangen können.
  • In dieser Position kann das Licht den LCD-Bildschirm nicht erreichen, da das Pixel schwach ist.

Wie die Pixel des LCD eingeschaltet wurden

  • Das helle Licht auf der Rückseite des Displays leuchtet wie zuvor.
  • Der horizontale Polarisationsfilter vor dem Licht blockiert alle Lichtsignale außer denen, die horizontal vibrieren.
  • Ein Transistor aktiviert das Pixel, indem er den Stromfluss in den Flüssigkristallen abschaltet, damit sich die Kristalle drehen können. Diese Kristalle drehen Lichtsignale um 90 °, während sie sich durchbewegen.
  • Lichtsignale, die in die horizontal schwingenden Flüssigkristalle fließen, treten aus diesen aus und schwingen vertikal.
  • Der vertikale Polarisationsfilter vor den Flüssigkristallen blockiert alle Lichtsignale außer den vertikal vibrierenden. Das vertikal vibrierende Licht, das aus den Flüssigkristallen austritt, kann nun im gesamten vertikalen Filter erfasst werden.
  • Sobald das Pixel aktiviert ist, gibt es dem Pixel Farbe.

Unterschied zwischen Plasma & LCD

Sowohl die Displays wie Plasma als auch ein LCD sind ähnlich, funktionieren jedoch völlig anders. Jedes Pixel ist eine mikroskopisch kleine Leuchtstofflampe, die durch das Plasma leuchtet, während Plasma eine extrem heiße Art von Gas ist, bei der die Atome separat geblasen werden, um Elektronen (negativ geladen) und Ionen (positiv geladen) zu erzeugen. Diese Atome fließen sehr frei und erzeugen einen Lichtschein, sobald sie abstürzen. Das Design des Plasmabildschirms kann im Vergleich zu herkömmlichen CRO-Fernsehern (Kathodenstrahlröhre) sehr viel größer sein, sie sind jedoch sehr teuer.

Vorteile

Das Vorteile der Flüssigkristallanzeige das Folgende einschließen.

  • LCD-Geräte verbrauchen im Vergleich zu CRT und LED weniger Strom
  • LCDs bestehen aus einigen Mikrowatt für die Anzeige im Vergleich zu einigen Millwatt für LEDs
  • LCDs sind kostengünstig
  • Bietet einen hervorragenden Kontrast
  • LCDs sind im Vergleich zu Kathodenstrahlröhre und LED dünner und leichter

Nachteile

Das Nachteile der Flüssigkristallanzeige das Folgende einschließen.

  • Benötigen Sie zusätzliche Lichtquellen
  • Der Temperaturbereich ist für den Betrieb begrenzt
  • Geringe Zuverlässigkeit
  • Die Geschwindigkeit ist sehr niedrig
  • LCDs benötigen ein Frequenzumrichter

Anwendungen

Die Anwendungen der Flüssigkristallanzeige umfassen die folgenden.

Die Flüssigkristalltechnologie findet auch in den Bereichen Wissenschaft und Technik große Anwendung elektronische Geräte .

  • Flüssigkristallthermometer
  • Optische Bildgebung
  • Die Flüssigkristallanzeigetechnologie ist auch bei der Visualisierung der Hochfrequenzwellen im Wellenleiter anwendbar
  • Wird in medizinischen Anwendungen verwendet

Nur wenige LCD-basierte Displays

Nur wenige LCD-basierte Displays

Hier geht es also um eine Übersicht über das LCD, und die Struktur von der Rückseite zur Vorderseite kann mithilfe von Hintergrundbeleuchtung, Blatt 1, Flüssigkristallen, Blatt 2 mit Farbfiltern und Bildschirm erfolgen. Die Standard-Flüssigkristallanzeigen verwenden Hintergrundbeleuchtung wie CRFL (Cold Cathode Fluorescent Lamps). Diese Leuchten sind gleichmäßig auf der Rückseite des Displays angeordnet, um eine zuverlässige Beleuchtung auf dem gesamten Bedienfeld zu gewährleisten. Die Helligkeit aller Pixel im Bild hat also die gleiche Helligkeit.

Ich hoffe du hast gute Kenntnisse darüber Flüssigkristallanzeige . Hier hinterlasse ich eine Aufgabe für Sie. Wie ist ein LCD an einen Mikrocontroller angeschlossen? Darüber hinaus alle Fragen zu diesem Konzept oder elektrischen und elektronischen ProjektHinterlassen Sie Ihre Antwort im Kommentarbereich unten.

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