Sơ đồ cấu trúc màn hình tinh thể lỏng
Mỗi pixel của màn hình tinh thể lỏng bao gồm các phần sau: một lớp phân tử tinh thể lỏng lơ lửng giữa hai điện cực trong suốt (oxit thiếc indium) và hai bộ lọc phân cực có hướng phân cực vuông góc với nhau ở mặt ngoài của hai mặt .Nếu không có tinh thể lỏng giữa các điện cực, ánh sáng đi qua một trong các bộ lọc phân cực sẽ bị phân cực chính xác vuông góc với bộ phân cực thứ hai và do đó bị chặn hoàn toàn.Nhưng nếu hướng phân cực của ánh sáng đi qua một bộ lọc phân cực bị quay bởi tinh thể lỏng, thì nó có thể đi qua bộ lọc phân cực kia.Sự quay của tinh thể lỏng theo hướng phân cực của ánh sáng có thể được kiểm soát bởi một trường tĩnh điện, do đó thực hiện việc kiểm soát ánh sáng.
Các phân tử tinh thể lỏng dễ bị tác dụng bởi điện trường ngoài sinh ra các điện tích cảm ứng.Một lượng nhỏ điện tích được thêm vào điện cực trong suốt của mỗi pixel hoặc pixel phụ để tạo ra trường tĩnh điện và các phân tử của tinh thể lỏng sẽ bị trường tĩnh điện cảm ứng để tạo ra điện tích và tạo ra lực xoắn tĩnh điện, điều này sẽ thay đổi sự sắp xếp quay ban đầu của các phân tử tinh thể lỏng.Độ lớn của chuyển động quay qua đèn.Thay đổi góc để nó có thể đi qua bộ lọc phân cực.
Trước khi đưa điện tích vào điện cực trong suốt, sự liên kết của các phân tử tinh thể lỏng được xác định bởi sự thẳng hàng của bề mặt điện cực, và bề mặt hóa học của điện cực đóng vai trò giống như tinh thể.Trong TN tinh thể lỏng phổ biến nhất, các điện cực trên và dưới của tinh thể lỏng được sắp xếp theo phương thẳng đứng.Các phân tử tinh thể lỏng được sắp xếp theo hình xoắn ốc, và ánh sáng đi qua một tấm lọc phân cực sẽ quay theo hướng phân cực sau khi đi qua chip tinh thể lỏng, để nó có thể đi qua tấm phân cực kia.Một phần nhỏ ánh sáng bị chặn bởi bộ phân cực trong quá trình này và xuất hiện màu xám từ bên ngoài.Sau khi đặt điện tích vào điện cực trong suốt, các phân tử tinh thể lỏng sẽ gần như sắp xếp hoàn toàn song song với chiều điện trường, do đó hướng phân cực của ánh sáng truyền qua kính lọc phân cực không bị quay nên ánh sáng hoàn toàn. bị chặn.Tại thời điểm này, pixel trông có màu đen.Bằng cách kiểm soát điện áp, mức độ biến dạng của sự sắp xếp của các phân tử tinh thể lỏng có thể được kiểm soát để đạt được các thang màu xám khác nhau.
Một số màn hình tinh thể lỏng chuyển sang màu đen dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều.Dòng điện xoay chiều phá hủy hiệu ứng xoắn của tinh thể lỏng.Khi dòng điện bị tắt, màn hình tinh thể lỏng sẽ trở nên sáng hơn hoặc trong suốt.Loại màn hình tinh thể lỏng này thường được sử dụng trong máy tính xách tay và màn hình tinh thể lỏng giá rẻ.Một loại màn hình tinh thể lỏng khác thường được sử dụng trong màn hình tinh thể lỏng độ nét cao hoặc tivi tinh thể lỏng kích thước lớn là khi tắt nguồn, màn hình tinh thể lỏng ở trạng thái mờ đục.
Để tiết kiệm điện năng, màn hình tinh thể lỏng áp dụng phương pháp ghép kênh.Trong chế độ ghép kênh, các điện cực ở một đầu được kết nối với nhau theo nhóm và mỗi nhóm điện cực được kết nối với nguồn điện và các điện cực ở đầu kia cũng được kết nối theo nhóm và mỗi nhóm được kết nối với nguồn điện .Ở một đầu, thiết kế nhóm đảm bảo rằng mỗi pixel được điều khiển bởi một nguồn điện độc lập và thiết bị điện tử hoặc phần mềm điều khiển thiết bị điện tử điều khiển việc hiển thị pixel bằng cách điều khiển trình tự bật / tắt của nguồn điện.
Các chỉ số để xác minh màn hình LCD bao gồm các khía cạnh quan trọng sau: kích thước hiển thị, thời gian phản hồi (tỷ lệ đồng bộ hóa), loại mảng (chủ động và thụ động), góc nhìn, màu sắc được hỗ trợ, độ sáng và độ tương phản, độ phân giải và tỷ lệ khung hình và Giao diện đầu vào (chẳng hạn như giao diện tầm nhìn và mảng hiển thị video).
Lịch sử tóm tắt
Năm 1888, nhà hóa học người Áo Friedrich Leinitzer đã phát hiện ra tinh thể lỏng và các tính chất vật lý đặc biệt của chúng.
Màn hình tinh thể lỏng có thể hoạt động đầu tiên được dựa trên Chế độ tán xạ động (DSM), được phát triển bởi một nhóm do George Hellman của Radio Corporation of America đứng đầu.Hellmann thành lập Optech, một công ty phát triển một loạt màn hình tinh thể lỏng dựa trên công nghệ này.
Vào tháng 12 năm 1970, hiệu ứng trường spin-nematic của tinh thể lỏng đã được Zander và Helfrich đăng ký bằng sáng chế tại Thụy Sĩ tại Phòng thí nghiệm Trung tâm Hoffmann-Leroc.Nhưng vào năm 1969, năm trước đó, James Ferguson đã phát hiện ra hiệu ứng trường spin-nematic của tinh thể lỏng tại Đại học Bang Kent ở Ohio, Hoa Kỳ, và đăng ký bằng sáng chế tương tự tại Hoa Kỳ vào tháng 2 năm 1971. Năm 1971, ILIXCO sản xuất tinh thể lỏng đầu tiên. dựa trên đặc tính này, đã thay thế màn hình tinh thể lỏng loại DSM kém hơn.Mãi sau năm 1985, khám phá mới có giá trị thương mại.Năm 1973, tập đoàn Sharp của Nhật Bản lần đầu tiên sử dụng nó để chế tạo màn hình kỹ thuật số của máy tính điện tử.Trong những năm 2010, màn hình LCD đã trở thành thiết bị hiển thị chính cho tất cả các máy tính.
Nguyên tắc hiển thị
Hệ thống thông tin trong xe ô tô
Màn hình thông tin vận hành tuyến JR East Yamanote
Trong điều kiện không có hiệu điện thế, ánh sáng sẽ đi dọc theo khe hở của các phân tử tinh thể lỏng và quay 90 độ, do đó ánh sáng có thể đi qua.Nhưng sau khi thêm hiệu điện thế, ánh sáng đi thẳng theo khe hở của các phân tử tinh thể lỏng nên ánh sáng bị tấm lọc cản lại.
Tinh thể lỏng là chất có đặc tính chảy nên chỉ cần tác dụng một lực rất nhỏ cũng có thể làm cho các phân tử tinh thể lỏng chuyển động.Lấy tinh thể lỏng nematic phổ biến nhất làm ví dụ, các phân tử tinh thể lỏng có thể dễ dàng biến các phân tử tinh thể lỏng nhờ tác dụng của điện trường.Trục quang học của tinh thể lỏng khá phù hợp với trục phân tử của nó, vì vậy nó có thể tạo ra các hiệu ứng quang học.Khi điện trường đặt vào tinh thể lỏng bị loại bỏ và biến mất, tinh thể lỏng sẽ sử dụng độ đàn hồi và độ nhớt của chính nó để khôi phục các phân tử tinh thể lỏng rất nhanh chóng.Trạng thái trước khi có điện trường.
Màn hình truyền và phản xạ
Màn hình tinh thể lỏng có thể truyền sáng hoặc phản xạ, tùy thuộc vào nơi đặt nguồn sáng.
Màn hình LCD truyền sáng được chiếu sáng bởi nguồn sáng phía sau một màn hình, trong khi chế độ xem ở phía bên kia (phía trước) của màn hình.Loại LCD này chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu màn hình có độ sáng cao, chẳng hạn như màn hình máy tính, PDA và điện thoại di động.Mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị chiếu sáng được sử dụng để chiếu sáng màn hình tinh thể lỏng có xu hướng cao hơn so với tiêu thụ điện của chính màn hình tinh thể lỏng.
Màn hình tinh thể lỏng phản xạ, thường thấy trong đồng hồ điện tử và máy tính, (đôi khi) phản xạ ánh sáng bên ngoài trở lại để chiếu sáng màn hình bởi một bề mặt phản xạ khuếch tán ở phía sau.Loại LCD này có độ tương phản cao hơn, do ánh sáng đi qua tinh thể lỏng hai lần nên bị cắt đi hai lần.Việc không sử dụng các thiết bị chiếu sáng làm giảm đáng kể điện năng tiêu thụ, do đó các thiết bị sử dụng pin sẽ lâu hao pin hơn.Do màn hình tinh thể lỏng phản chiếu nhỏ tiêu thụ ít điện năng đến mức một tế bào quang điện đủ cung cấp năng lượng cho chúng, nên chúng thường được sử dụng trong máy tính bỏ túi.
Màn hình tinh thể lỏng phản xạ có thể được sử dụng làm cả hai loại truyền qua và phản chiếu.Khi đủ ánh sáng bên ngoài, màn hình tinh thể lỏng hoạt động như một loại phản xạ và khi ánh sáng bên ngoài không đủ, nó cũng có thể được sử dụng như một loại truyền qua.
màn hình màu
Cấu trúc Subpixel của màn hình tinh thể lỏng màu
Thu phóng điểm ảnh trên màn hình LCD
Công nghệ LCD cũng thay đổi độ sáng theo độ lớn của điện áp, và màu sắc hiển thị của mỗi phần tử hình ảnh phụ của màn hình LCD phụ thuộc vào quá trình sàng lọc màu.Vì bản thân tinh thể lỏng không có màu nên các bộ lọc màu được sử dụng để tạo ra các màu khác nhau thay vì các yếu tố phụ của hình ảnh.Các yếu tố phụ của ảnh chỉ có thể điều chỉnh thang màu xám bằng cách kiểm soát cường độ ánh sáng đi qua.Chỉ một số màn hình ma trận hoạt động sử dụng điều khiển tín hiệu tương tự và hầu hết công nghệ điều khiển tín hiệu Kỹ thuật số được sử dụng.Hầu hết các màn hình LCD được điều khiển bằng kỹ thuật số sử dụng bộ điều khiển tám bit có thể tạo ra 256 thang màu xám.Mỗi phần tử phụ có thể đại diện cho 256 mức, vì vậy bạn có thể nhận được 2563 màu và mỗi phần tử có thể đại diện cho 16,777,216 màu.Bởi vì nhận thức của mắt người về độ sáng không thay đổi tuyến tính và mắt người nhạy cảm hơn với những thay đổi của độ sáng thấp, màu sắc 24-bit này không thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu lý tưởng.Các kỹ sư sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp xung để làm cho các Thay đổi màu sắc trông đồng nhất hơn.
Trong màn hình LCD màu, mỗi pixel được chia thành ba ô, hoặc pixel phụ, với các bộ lọc bổ sung để gắn nhãn màu đỏ, xanh lục và xanh lam.Ba pixel phụ có thể được điều khiển độc lập và các pixel tương ứng có thể tạo ra hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu màu.CRT cũ hơn hiển thị màu theo cùng một cách.Các thành phần màu được sắp xếp theo các dạng hình học pixel khác nhau khi cần thiết.
Mảng hoạt động và thụ động
Màn hình tinh thể lỏng, thường được sử dụng trong đồng hồ điện tử và máy tính bỏ túi, được cấu tạo bởi một số lượng nhỏ các phân đoạn và mỗi phân đoạn có một tiếp xúc điện cực duy nhất.Một mạch chuyên dụng bên ngoài cung cấp điện tích cho mỗi khối điều khiển và cấu trúc hiển thị này có thể cồng kềnh khi có nhiều bộ hiển thị (ví dụ: màn hình lỏng).Màn hình đơn sắc nhỏ, chẳng hạn như màn hình tinh thể lỏng mảng thụ động trên PDA hoặc màn hình máy tính xách tay cũ hơn, áp dụng công nghệ Super Twisted Nematic (STN) hoặc Dual Layer Super Twisted Nematic (DSTN) (DSTN sửa độ lệch màu của STN).
Mỗi hàng hoặc cột trên màn hình có một mạch độc lập và vị trí của mỗi pixel cũng được xác định bởi một hàng và cột cùng một lúc.Loại hiển thị này được gọi là "mảng thụ động", vì mỗi pixel cũng phải được ghi nhớ trước khi cập nhật.Ở các trạng thái tương ứng, không có nguồn cung cấp phí ổn định cho mỗi pixel tại thời điểm này.Khi số lượng pixel tăng lên, thì số lượng hàng và cột tương đối cũng vậy.Phương thức hiển thị này trở nên khó sử dụng hơn.Màn hình tinh thể lỏng được làm bằng mảng thụ động có đặc điểm là thời gian phản hồi rất chậm và tỷ lệ tương phản thấp.
Màn hình màu có độ phân giải cao hiện tại, chẳng hạn như màn hình máy tính hoặc TV, là các mảng hoạt động.Màn hình tinh thể lỏng bóng bán dẫn màng mỏng được thêm vào bộ phân cực và bộ lọc màu.Mỗi pixel có bóng bán dẫn riêng, cho phép thao tác trên một pixel duy nhất.Khi một dòng cột được bật, tất cả các dòng hàng sẽ được kết nối với toàn bộ cột (Hàng) pixel và mỗi dòng hàng sẽ được điều khiển với điện áp chính xác, dòng cột này sẽ bị tắt và cột kia (Hàng) sẽ được bật.Trong thao tác cập nhật màn hình hoàn chỉnh, tất cả các dòng cột sẽ được mở theo chuỗi thời gian.Màn hình mảng tích cực có cùng kích thước sẽ sáng hơn và sắc nét hơn màn hình mảng thụ động và có thời gian phản hồi ngắn hơn.
kiểm soát chất lượng
Một số tấm nền LCD chứa các bóng bán dẫn bị lỗi gây ra các điểm sáng và tối vĩnh viễn.Khác với IC, tấm nền LCD vẫn có thể hiển thị bình thường ngay cả khi có những điểm ảnh chết, điều này có thể tránh được tình trạng bỏ đi tấm nền LCD lớn hơn nhiều diện tích IC do chỉ có một vài điểm ảnh chết.Các nhà sản xuất tấm nền có các tiêu chí khác nhau để xác định điểm ảnh chết.
Vì kích thước lớn hơn nên tấm nền LCD dễ bị lỗi hơn bảng mạch IC.Ví dụ, màn hình SVGA LCD 12 inch có 8 điểm ảnh chết, trong khi tấm wafer 6 inch chỉ có 3 điểm ảnh.Tuy nhiên, 3 mẩu tin lưu niệm trên một tấm wafer có thể được phân chia thành 137 IC không phải là rất tệ và việc loại bỏ bảng LCD này có nghĩa là đầu ra 0%.Do sự cạnh tranh gay gắt giữa các nhà sản xuất, tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng hiện nay đã được nâng lên.Nếu màn hình LCD có từ bốn điểm ảnh chết trở lên sẽ dễ phát hiện hơn, vì vậy khách hàng có thể yêu cầu thay mới.Vị trí của các điểm ảnh chết của màn hình LCD cũng không phải là không đáng kể.Các nhà sản xuất thường hạ thấp tiêu chuẩn bằng cách phá hủy các điểm ảnh ở khu vực trung tâm của màn hình.Một số nhà sản xuất cung cấp đảm bảo không có điểm ảnh chết.
sự tiêu thụ năng lượng
Màn hình tinh thể lỏng ma trận hoạt động có ít năng lượng điện hơn CRT.Trên thực tế, nó đã trở thành màn hình tiêu chuẩn cho các thiết bị di động, từ PDA đến máy tính xách tay.Nhưng hiệu quả của công nghệ LCD vẫn còn quá thấp: ngay cả khi bạn hiển thị màn hình màu trắng, chưa đến 10% ánh sáng phát ra từ nguồn sáng nền đi qua màn hình và phần còn lại bị hấp thụ.Do đó, mức tiêu thụ điện năng hiện tại của màn hình plasma mới thấp hơn so với màn hình tinh thể lỏng có cùng diện tích.
Các PDA như Palm và CompaqiPAQ thường sử dụng màn hình phản chiếu.Điều này có nghĩa là ánh sáng xung quanh đi vào màn hình, đi qua lớp tinh thể lỏng phân cực, chạm vào lớp phản xạ và được phản xạ trở lại để hiển thị hình ảnh.Người ta ước tính rằng 84% ánh sáng được hấp thụ trong quá trình này, vì vậy chỉ một phần sáu ánh sáng hoạt động, điều này tuy vẫn cần được cải thiện nhưng cũng đủ để cung cấp độ tương phản cần thiết cho video trực quan.Màn hình phản xạ và phản xạ một chiều giúp bạn có thể sử dụng màn hình tinh thể lỏng với mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.
Hiển thị công suất bằng không
1. Bộ phân cực phân cực ánh sáng tới theo phương thẳng đứng;
2. Điện cực trong suốt với oxit thiếc indium (ITO) trên đế thủy tinh.Hình dạng của điện cực trong suốt sẽ xác định địa chỉ của màu tối mà không có ánh sáng đi qua sau khi bật nguồn của màn hình tinh thể lỏng.Các sọc dọc được khắc trên chất nền, do đó hướng liên kết của các tinh thể lỏng phụ sẽ cùng hướng với ánh sáng tới phân cực;
3. Tinh thể lỏng nematic (TN) xoắn;
4. Đế thủy tinh với phim điện cực trong suốt thông thường (ITO), các sọc ngang được khắc trên đế, do đó hướng liên kết của tinh thể lỏng trở thành nằm ngang;
5. Bộ phân cực bị lệch theo chiều ngang, có thể chặn hoặc cho phép ánh sáng đi qua;
6. Các bề mặt phản xạ phản xạ ánh sáng trở lại người quan sát.
Năm 2000, màn hình hiển thị không sử dụng năng lượng được phát triển không cần điện khi ở chế độ chờ, nhưng công nghệ này hiện chưa được sản xuất hàng loạt.Một công nghệ LCD mỏng không tốn năng lượng khác được phát triển bởi Nemoptic của Pháp, được sản xuất hàng loạt ở Đài Loan vào tháng 7 năm 2003. Công nghệ này nhắm vào các thiết bị di động tiêu thụ điện năng thấp như sách điện tử và máy tính xách tay.Màn hình LCD tiết kiệm điện cũng đang cạnh tranh với e-paper.
TFT-LCD
Các bài chi tiết: Màn hình tinh thể lỏng bóng bán dẫn màng mỏng và TFT
TFT-LCD là tên viết tắt của Thin film transistor liquid crystal display (màn hình tinh thể lỏng bóng bán dẫn màng mỏng).
Sơ đồ cấu trúc màn hình tinh thể lỏng
Mỗi pixel của màn hình tinh thể lỏng bao gồm các phần sau: một lớp phân tử tinh thể lỏng lơ lửng giữa hai điện cực trong suốt (oxit thiếc indium) và hai bộ lọc phân cực có hướng phân cực vuông góc với nhau ở mặt ngoài của hai mặt .Nếu không có tinh thể lỏng giữa các điện cực, ánh sáng đi qua một trong các bộ lọc phân cực sẽ bị phân cực chính xác vuông góc với bộ phân cực thứ hai và do đó bị chặn hoàn toàn.Nhưng nếu hướng phân cực của ánh sáng đi qua một bộ lọc phân cực bị quay bởi tinh thể lỏng, thì nó có thể đi qua bộ lọc phân cực kia.Sự quay của tinh thể lỏng theo hướng phân cực của ánh sáng có thể được kiểm soát bởi một trường tĩnh điện, do đó thực hiện việc kiểm soát ánh sáng.
Các phân tử tinh thể lỏng dễ bị tác dụng bởi điện trường ngoài sinh ra các điện tích cảm ứng.Một lượng nhỏ điện tích được thêm vào điện cực trong suốt của mỗi pixel hoặc pixel phụ để tạo ra trường tĩnh điện và các phân tử của tinh thể lỏng sẽ bị trường tĩnh điện cảm ứng để tạo ra điện tích và tạo ra lực xoắn tĩnh điện, điều này sẽ thay đổi sự sắp xếp quay ban đầu của các phân tử tinh thể lỏng.Độ lớn của chuyển động quay qua đèn.Thay đổi góc để nó có thể đi qua bộ lọc phân cực.
Trước khi đưa điện tích vào điện cực trong suốt, sự liên kết của các phân tử tinh thể lỏng được xác định bởi sự thẳng hàng của bề mặt điện cực, và bề mặt hóa học của điện cực đóng vai trò giống như tinh thể.Trong TN tinh thể lỏng phổ biến nhất, các điện cực trên và dưới của tinh thể lỏng được sắp xếp theo phương thẳng đứng.Các phân tử tinh thể lỏng được sắp xếp theo hình xoắn ốc, và ánh sáng đi qua một tấm lọc phân cực sẽ quay theo hướng phân cực sau khi đi qua chip tinh thể lỏng, để nó có thể đi qua tấm phân cực kia.Một phần nhỏ ánh sáng bị chặn bởi bộ phân cực trong quá trình này và xuất hiện màu xám từ bên ngoài.Sau khi đặt điện tích vào điện cực trong suốt, các phân tử tinh thể lỏng sẽ gần như sắp xếp hoàn toàn song song với chiều điện trường, do đó hướng phân cực của ánh sáng truyền qua kính lọc phân cực không bị quay nên ánh sáng hoàn toàn. bị chặn.Tại thời điểm này, pixel trông có màu đen.Bằng cách kiểm soát điện áp, mức độ biến dạng của sự sắp xếp của các phân tử tinh thể lỏng có thể được kiểm soát để đạt được các thang màu xám khác nhau.
Một số màn hình tinh thể lỏng chuyển sang màu đen dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều.Dòng điện xoay chiều phá hủy hiệu ứng xoắn của tinh thể lỏng.Khi dòng điện bị tắt, màn hình tinh thể lỏng sẽ trở nên sáng hơn hoặc trong suốt.Loại màn hình tinh thể lỏng này thường được sử dụng trong máy tính xách tay và màn hình tinh thể lỏng giá rẻ.Một loại màn hình tinh thể lỏng khác thường được sử dụng trong màn hình tinh thể lỏng độ nét cao hoặc tivi tinh thể lỏng kích thước lớn là khi tắt nguồn, màn hình tinh thể lỏng ở trạng thái mờ đục.
Để tiết kiệm điện năng, màn hình tinh thể lỏng áp dụng phương pháp ghép kênh.Trong chế độ ghép kênh, các điện cực ở một đầu được kết nối với nhau theo nhóm và mỗi nhóm điện cực được kết nối với nguồn điện và các điện cực ở đầu kia cũng được kết nối theo nhóm và mỗi nhóm được kết nối với nguồn điện .Ở một đầu, thiết kế nhóm đảm bảo rằng mỗi pixel được điều khiển bởi một nguồn điện độc lập và thiết bị điện tử hoặc phần mềm điều khiển thiết bị điện tử điều khiển việc hiển thị pixel bằng cách điều khiển trình tự bật / tắt của nguồn điện.
Các chỉ số để xác minh màn hình LCD bao gồm các khía cạnh quan trọng sau: kích thước hiển thị, thời gian phản hồi (tỷ lệ đồng bộ hóa), loại mảng (chủ động và thụ động), góc nhìn, màu sắc được hỗ trợ, độ sáng và độ tương phản, độ phân giải và tỷ lệ khung hình và Giao diện đầu vào (chẳng hạn như giao diện tầm nhìn và mảng hiển thị video).
Lịch sử tóm tắt
Năm 1888, nhà hóa học người Áo Friedrich Leinitzer đã phát hiện ra tinh thể lỏng và các tính chất vật lý đặc biệt của chúng.
Màn hình tinh thể lỏng có thể hoạt động đầu tiên được dựa trên Chế độ tán xạ động (DSM), được phát triển bởi một nhóm do George Hellman của Radio Corporation of America đứng đầu.Hellmann thành lập Optech, một công ty phát triển một loạt màn hình tinh thể lỏng dựa trên công nghệ này.
Vào tháng 12 năm 1970, hiệu ứng trường spin-nematic của tinh thể lỏng đã được Zander và Helfrich đăng ký bằng sáng chế tại Thụy Sĩ tại Phòng thí nghiệm Trung tâm Hoffmann-Leroc.Nhưng vào năm 1969, năm trước đó, James Ferguson đã phát hiện ra hiệu ứng trường spin-nematic của tinh thể lỏng tại Đại học Bang Kent ở Ohio, Hoa Kỳ, và đăng ký bằng sáng chế tương tự tại Hoa Kỳ vào tháng 2 năm 1971. Năm 1971, ILIXCO sản xuất tinh thể lỏng đầu tiên. dựa trên đặc tính này, đã thay thế màn hình tinh thể lỏng loại DSM kém hơn.Mãi sau năm 1985, khám phá mới có giá trị thương mại.Năm 1973, tập đoàn Sharp của Nhật Bản lần đầu tiên sử dụng nó để chế tạo màn hình kỹ thuật số của máy tính điện tử.Trong những năm 2010, màn hình LCD đã trở thành thiết bị hiển thị chính cho tất cả các máy tính.
Nguyên tắc hiển thị
Hệ thống thông tin trong xe ô tô
Màn hình thông tin vận hành tuyến JR East Yamanote
Trong điều kiện không có hiệu điện thế, ánh sáng sẽ đi dọc theo khe hở của các phân tử tinh thể lỏng và quay 90 độ, do đó ánh sáng có thể đi qua.Nhưng sau khi thêm hiệu điện thế, ánh sáng đi thẳng theo khe hở của các phân tử tinh thể lỏng nên ánh sáng bị tấm lọc cản lại.
Tinh thể lỏng là chất có đặc tính chảy nên chỉ cần tác dụng một lực rất nhỏ cũng có thể làm cho các phân tử tinh thể lỏng chuyển động.Lấy tinh thể lỏng nematic phổ biến nhất làm ví dụ, các phân tử tinh thể lỏng có thể dễ dàng biến các phân tử tinh thể lỏng nhờ tác dụng của điện trường.Trục quang học của tinh thể lỏng khá phù hợp với trục phân tử của nó, vì vậy nó có thể tạo ra các hiệu ứng quang học.Khi điện trường đặt vào tinh thể lỏng bị loại bỏ và biến mất, tinh thể lỏng sẽ sử dụng độ đàn hồi và độ nhớt của chính nó để khôi phục các phân tử tinh thể lỏng rất nhanh chóng.Trạng thái trước khi có điện trường.
Màn hình truyền và phản xạ
Màn hình tinh thể lỏng có thể truyền sáng hoặc phản xạ, tùy thuộc vào nơi đặt nguồn sáng.
Màn hình LCD truyền sáng được chiếu sáng bởi nguồn sáng phía sau một màn hình, trong khi chế độ xem ở phía bên kia (phía trước) của màn hình.Loại LCD này chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu màn hình có độ sáng cao, chẳng hạn như màn hình máy tính, PDA và điện thoại di động.Mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị chiếu sáng được sử dụng để chiếu sáng màn hình tinh thể lỏng có xu hướng cao hơn so với tiêu thụ điện của chính màn hình tinh thể lỏng.
Màn hình tinh thể lỏng phản xạ, thường thấy trong đồng hồ điện tử và máy tính, (đôi khi) phản xạ ánh sáng bên ngoài trở lại để chiếu sáng màn hình bởi một bề mặt phản xạ khuếch tán ở phía sau.Loại LCD này có độ tương phản cao hơn, do ánh sáng đi qua tinh thể lỏng hai lần nên bị cắt đi hai lần.Việc không sử dụng các thiết bị chiếu sáng làm giảm đáng kể điện năng tiêu thụ, do đó các thiết bị sử dụng pin sẽ lâu hao pin hơn.Do màn hình tinh thể lỏng phản chiếu nhỏ tiêu thụ ít điện năng đến mức một tế bào quang điện đủ cung cấp năng lượng cho chúng, nên chúng thường được sử dụng trong máy tính bỏ túi.
Màn hình tinh thể lỏng phản xạ có thể được sử dụng làm cả hai loại truyền qua và phản chiếu.Khi đủ ánh sáng bên ngoài, màn hình tinh thể lỏng hoạt động như một loại phản xạ và khi ánh sáng bên ngoài không đủ, nó cũng có thể được sử dụng như một loại truyền qua.
màn hình màu
Cấu trúc Subpixel của màn hình tinh thể lỏng màu
Thu phóng điểm ảnh trên màn hình LCD
Công nghệ LCD cũng thay đổi độ sáng theo độ lớn của điện áp, và màu sắc hiển thị của mỗi phần tử hình ảnh phụ của màn hình LCD phụ thuộc vào quá trình sàng lọc màu.Vì bản thân tinh thể lỏng không có màu nên các bộ lọc màu được sử dụng để tạo ra các màu khác nhau thay vì các yếu tố phụ của hình ảnh.Các yếu tố phụ của ảnh chỉ có thể điều chỉnh thang màu xám bằng cách kiểm soát cường độ ánh sáng đi qua.Chỉ một số màn hình ma trận hoạt động sử dụng điều khiển tín hiệu tương tự và hầu hết công nghệ điều khiển tín hiệu Kỹ thuật số được sử dụng.Hầu hết các màn hình LCD được điều khiển bằng kỹ thuật số sử dụng bộ điều khiển tám bit có thể tạo ra 256 thang màu xám.Mỗi phần tử phụ có thể đại diện cho 256 mức, vì vậy bạn có thể nhận được 2563 màu và mỗi phần tử có thể đại diện cho 16,777,216 màu.Bởi vì nhận thức của mắt người về độ sáng không thay đổi tuyến tính và mắt người nhạy cảm hơn với những thay đổi của độ sáng thấp, màu sắc 24-bit này không thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu lý tưởng.Các kỹ sư sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp xung để làm cho các Thay đổi màu sắc trông đồng nhất hơn.
Trong màn hình LCD màu, mỗi pixel được chia thành ba ô, hoặc pixel phụ, với các bộ lọc bổ sung để gắn nhãn màu đỏ, xanh lục và xanh lam.Ba pixel phụ có thể được điều khiển độc lập và các pixel tương ứng có thể tạo ra hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu màu.CRT cũ hơn hiển thị màu theo cùng một cách.Các thành phần màu được sắp xếp theo các dạng hình học pixel khác nhau khi cần thiết.
Mảng hoạt động và thụ động
Màn hình tinh thể lỏng, thường được sử dụng trong đồng hồ điện tử và máy tính bỏ túi, được cấu tạo bởi một số lượng nhỏ các phân đoạn và mỗi phân đoạn có một tiếp xúc điện cực duy nhất.Một mạch chuyên dụng bên ngoài cung cấp điện tích cho mỗi khối điều khiển và cấu trúc hiển thị này có thể cồng kềnh khi có nhiều bộ hiển thị (ví dụ: màn hình lỏng).Màn hình đơn sắc nhỏ, chẳng hạn như màn hình tinh thể lỏng mảng thụ động trên PDA hoặc màn hình máy tính xách tay cũ hơn, áp dụng công nghệ Super Twisted Nematic (STN) hoặc Dual Layer Super Twisted Nematic (DSTN) (DSTN sửa độ lệch màu của STN).
Mỗi hàng hoặc cột trên màn hình có một mạch độc lập và vị trí của mỗi pixel cũng được xác định bởi một hàng và cột cùng một lúc.Loại hiển thị này được gọi là "mảng thụ động", vì mỗi pixel cũng phải được ghi nhớ trước khi cập nhật.Ở các trạng thái tương ứng, không có nguồn cung cấp phí ổn định cho mỗi pixel tại thời điểm này.Khi số lượng pixel tăng lên, thì số lượng hàng và cột tương đối cũng vậy.Phương thức hiển thị này trở nên khó sử dụng hơn.Màn hình tinh thể lỏng được làm bằng mảng thụ động có đặc điểm là thời gian phản hồi rất chậm và tỷ lệ tương phản thấp.
Màn hình màu có độ phân giải cao hiện tại, chẳng hạn như màn hình máy tính hoặc TV, là các mảng hoạt động.Màn hình tinh thể lỏng bóng bán dẫn màng mỏng được thêm vào bộ phân cực và bộ lọc màu.Mỗi pixel có bóng bán dẫn riêng, cho phép thao tác trên một pixel duy nhất.Khi một dòng cột được bật, tất cả các dòng hàng sẽ được kết nối với toàn bộ cột (Hàng) pixel và mỗi dòng hàng sẽ được điều khiển với điện áp chính xác, dòng cột này sẽ bị tắt và cột kia (Hàng) sẽ được bật.Trong thao tác cập nhật màn hình hoàn chỉnh, tất cả các dòng cột sẽ được mở theo chuỗi thời gian.Màn hình mảng tích cực có cùng kích thước sẽ sáng hơn và sắc nét hơn màn hình mảng thụ động và có thời gian phản hồi ngắn hơn.
kiểm soát chất lượng
Một số tấm nền LCD chứa các bóng bán dẫn bị lỗi gây ra các điểm sáng và tối vĩnh viễn.Khác với IC, tấm nền LCD vẫn có thể hiển thị bình thường ngay cả khi có những điểm ảnh chết, điều này có thể tránh được tình trạng bỏ đi tấm nền LCD lớn hơn nhiều diện tích IC do chỉ có một vài điểm ảnh chết.Các nhà sản xuất tấm nền có các tiêu chí khác nhau để xác định điểm ảnh chết.
Vì kích thước lớn hơn nên tấm nền LCD dễ bị lỗi hơn bảng mạch IC.Ví dụ, màn hình SVGA LCD 12 inch có 8 điểm ảnh chết, trong khi tấm wafer 6 inch chỉ có 3 điểm ảnh.Tuy nhiên, 3 mẩu tin lưu niệm trên một tấm wafer có thể được phân chia thành 137 IC không phải là rất tệ và việc loại bỏ bảng LCD này có nghĩa là đầu ra 0%.Do sự cạnh tranh gay gắt giữa các nhà sản xuất, tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng hiện nay đã được nâng lên.Nếu màn hình LCD có từ bốn điểm ảnh chết trở lên sẽ dễ phát hiện hơn, vì vậy khách hàng có thể yêu cầu thay mới.Vị trí của các điểm ảnh chết của màn hình LCD cũng không phải là không đáng kể.Các nhà sản xuất thường hạ thấp tiêu chuẩn bằng cách phá hủy các điểm ảnh ở khu vực trung tâm của màn hình.Một số nhà sản xuất cung cấp đảm bảo không có điểm ảnh chết.
sự tiêu thụ năng lượng
Màn hình tinh thể lỏng ma trận hoạt động có ít năng lượng điện hơn CRT.Trên thực tế, nó đã trở thành màn hình tiêu chuẩn cho các thiết bị di động, từ PDA đến máy tính xách tay.Nhưng hiệu quả của công nghệ LCD vẫn còn quá thấp: ngay cả khi bạn hiển thị màn hình màu trắng, chưa đến 10% ánh sáng phát ra từ nguồn sáng nền đi qua màn hình và phần còn lại bị hấp thụ.Do đó, mức tiêu thụ điện năng hiện tại của màn hình plasma mới thấp hơn so với màn hình tinh thể lỏng có cùng diện tích.
Các PDA như Palm và CompaqiPAQ thường sử dụng màn hình phản chiếu.Điều này có nghĩa là ánh sáng xung quanh đi vào màn hình, đi qua lớp tinh thể lỏng phân cực, chạm vào lớp phản xạ và được phản xạ trở lại để hiển thị hình ảnh.Người ta ước tính rằng 84% ánh sáng được hấp thụ trong quá trình này, vì vậy chỉ một phần sáu ánh sáng hoạt động, điều này tuy vẫn cần được cải thiện nhưng cũng đủ để cung cấp độ tương phản cần thiết cho video trực quan.Màn hình phản xạ và phản xạ một chiều giúp bạn có thể sử dụng màn hình tinh thể lỏng với mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.
Hiển thị công suất bằng không
1. Bộ phân cực phân cực ánh sáng tới theo phương thẳng đứng;
2. Điện cực trong suốt với oxit thiếc indium (ITO) trên đế thủy tinh.Hình dạng của điện cực trong suốt sẽ xác định địa chỉ của màu tối mà không có ánh sáng đi qua sau khi bật nguồn của màn hình tinh thể lỏng.Các sọc dọc được khắc trên chất nền, do đó hướng liên kết của các tinh thể lỏng phụ sẽ cùng hướng với ánh sáng tới phân cực;
3. Tinh thể lỏng nematic (TN) xoắn;
4. Đế thủy tinh với phim điện cực trong suốt thông thường (ITO), các sọc ngang được khắc trên đế, do đó hướng liên kết của tinh thể lỏng trở thành nằm ngang;
5. Bộ phân cực bị lệch theo chiều ngang, có thể chặn hoặc cho phép ánh sáng đi qua;
6. Các bề mặt phản xạ phản xạ ánh sáng trở lại người quan sát.
Năm 2000, màn hình hiển thị không sử dụng năng lượng được phát triển không cần điện khi ở chế độ chờ, nhưng công nghệ này hiện chưa được sản xuất hàng loạt.Một công nghệ LCD mỏng không tốn năng lượng khác được phát triển bởi Nemoptic của Pháp, được sản xuất hàng loạt ở Đài Loan vào tháng 7 năm 2003. Công nghệ này nhắm vào các thiết bị di động tiêu thụ điện năng thấp như sách điện tử và máy tính xách tay.Màn hình LCD tiết kiệm điện cũng đang cạnh tranh với e-paper.
TFT-LCD
Các bài chi tiết: Màn hình tinh thể lỏng bóng bán dẫn màng mỏng và TFT
TFT-LCD là tên viết tắt của Thin film transistor liquid crystal display (màn hình tinh thể lỏng bóng bán dẫn màng mỏng).
