Bagaimana cara kerja layar kristal cair. Layar IPS - apa itu dan apa kelebihan teknologinya

Prinsip operasi

Layar monitor LCD (Liquid Crystal Display, monitor kristal cair) terbuat dari zat (cyanophenyl), yang dalam keadaan cair, tetapi pada saat yang sama memiliki beberapa sifat yang melekat pada benda kristal. Faktanya, ini adalah cairan dengan sifat anisotropi (khususnya, sifat optik) yang terkait dengan keteraturan dalam orientasi molekul. Anehnya, tetapi kristal cair hampir sepuluh tahun lebih tua dari CRT, deskripsi pertama zat ini dibuat pada tahun 1888. Namun, untuk waktu yang lama tidak ada yang tahu bagaimana mempraktikkannya: ada zat seperti itu dan segalanya, dan tidak seorang pun kecuali fisikawan dan kimiawan, mereka tidak menarik. Jadi, bahan kristal cair ditemukan pada tahun 1888 oleh ilmuwan Austria F. Renitzer, tetapi baru pada tahun 1930 peneliti dari perusahaan Inggris Marconi menerima paten untuk aplikasi industrinya. Pada akhir tahun 1966, RCA Corporation mendemonstrasikan prototipe monitor LCD - jam digital. Sharp Corporation memainkan peran penting dalam pengembangan teknologi LCD.

Operasi LCD didasarkan pada fenomena polarisasi fluks cahaya. Diketahui bahwa apa yang disebut kristal polaroid hanya mampu mentransmisikan komponen cahaya yang vektor induksi elektromagnetiknya terletak pada bidang yang sejajar dengan bidang optik polaroid. Untuk keluaran cahaya lainnya, polaroid akan menjadi buram. Jadi, polaroid seolah-olah "menyaring" cahaya, efek ini disebut polarisasi cahaya. Ketika zat cair dipelajari, molekul panjang yang peka terhadap medan elektrostatik dan elektromagnetik dan mampu mempolarisasi cahaya, menjadi mungkin untuk mengontrol polarisasi. Zat amorf ini, karena kemiripannya dengan zat kristal dalam sifat elektro-optik, serta kemampuannya untuk mengambil bentuk bejana, disebut kristal cair.

Layar monitor LCD adalah susunan segmen kecil (disebut piksel) yang dapat dimanipulasi untuk menampilkan informasi. Monitor LCD memiliki beberapa lapisan, di mana peran kuncinya dimainkan oleh dua panel yang terbuat dari bahan kaca bebas natrium dan sangat murni yang disebut substrat atau substrat, yang sebenarnya mengandung lapisan tipis kristal cair di antaranya [lihat Gambar. beras. 2.1].

Panel memiliki alur yang memandu kristal, memberi mereka orientasi khusus. Striae disusun sedemikian rupa sehingga sejajar pada setiap panel tetapi tegak lurus antara dua panel. Alur memanjang diperoleh dengan menempatkan film tipis plastik transparan pada permukaan kaca, yang kemudian diproses dengan cara khusus. Dalam kontak dengan alur, molekul dalam kristal cair diorientasikan dengan cara yang sama di semua sel. Molekul dari salah satu varietas kristal cair (nematics) dengan tidak adanya tegangan memutar vektor medan listrik (dan magnet) dalam gelombang cahaya dengan beberapa sudut dalam bidang yang tegak lurus terhadap sumbu perambatan berkas. Penerapan alur pada permukaan kaca memungkinkan untuk memastikan sudut rotasi bidang polarisasi yang sama untuk semua sel. Kedua panel sangat dekat satu sama lain. Panel kristal cair diterangi oleh sumber cahaya (tergantung di mana ia berada, panel kristal cair bekerja dengan pantulan atau transmisi cahaya).

P Bidang polarisasi berkas cahaya berputar 90° ketika melewati satu panel [lihat Gambar. beras. 2.2]. Ketika medan listrik muncul, molekul kristal cair sebagian berbaris vertikal di sepanjang medan, sudut rotasi bidang polarisasi cahaya menjadi berbeda dari 90 derajat, dan cahaya melewati kristal cair tanpa hambatan [lihat Gambar. beras. 2.3].

Rotasi bidang polarisasi berkas cahaya tidak terlihat oleh mata, sehingga perlu menambahkan dua lapisan lain ke panel kaca, yang merupakan filter polarisasi. Filter ini hanya melewati komponen berkas cahaya, yang sumbu polarisasinya sesuai dengan yang ditentukan. Oleh karena itu, ketika melewati polarisator, berkas cahaya akan dilemahkan tergantung pada sudut antara bidang polarisasinya dan sumbu polarisator. Dengan tidak adanya tegangan, sel transparan, karena polarisator pertama hanya mentransmisikan cahaya dengan vektor polarisasi yang sesuai. Berkat kristal cair, vektor polarisasi cahaya berputar, dan pada saat berkas melewati polarisator kedua, ia telah diputar sehingga melewati polarisator kedua tanpa masalah [lihat Gambar. Gambar 2.4a].

Di hadapan medan listrik, rotasi vektor polarisasi terjadi melalui sudut yang lebih kecil, sehingga polarisator kedua menjadi hanya sebagian transparan terhadap radiasi. Jika perbedaan potensial sedemikian rupa sehingga rotasi bidang polarisasi dalam kristal cair tidak terjadi sama sekali, maka berkas cahaya akan diserap sepenuhnya oleh polarisator kedua, dan layar, ketika diterangi dari belakang, akan tampak hitam dari belakang. depan (sinar iluminasi diserap seluruhnya di layar) [lihat Gbr. Gambar 2.4b]. Jika Anda menempatkan sejumlah besar elektroda yang menghasilkan medan listrik berbeda di tempat terpisah di layar (sel), maka dimungkinkan, dengan kontrol yang benar dari potensi elektroda ini, untuk menampilkan huruf dan elemen gambar lainnya di layar. . Elektroda ditempatkan dalam plastik transparan dan dapat berbentuk apa saja. Inovasi teknologi telah memungkinkan untuk membatasi ukurannya hingga ukuran titik kecil, masing-masing, pada area layar yang sama, Anda dapat menempatkan lagi elektroda, yang meningkatkan resolusi monitor LCD, dan memungkinkan kita menampilkan gambar berwarna yang kompleks sekalipun. Untuk menampilkan gambar berwarna, monitor perlu backlit agar cahaya berasal dari bagian belakang LCD. Ini diperlukan agar kualitas gambar yang baik dapat diamati meskipun lingkungan tidak cerah. Warna diperoleh dengan menggunakan tiga filter yang mengekstraksi tiga komponen utama dari pancaran sumber cahaya putih. Dengan menggabungkan tiga warna primer untuk setiap titik atau piksel pada layar, Anda dapat mereproduksi warna apa pun.

Faktanya, dalam kasus warna, ada beberapa kemungkinan: Anda dapat membuat beberapa filter satu demi satu (menyebabkan sebagian kecil dari radiasi yang ditransmisikan), Anda dapat menggunakan properti sel kristal cair - saat kekuatan medan listrik berubah , sudut rotasi bidang polarisasi radiasi berubah secara berbeda untuk komponen cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Fitur ini dapat digunakan untuk memantulkan (atau menyerap) radiasi dari panjang gelombang tertentu (masalahnya adalah kebutuhan untuk mengubah voltase secara akurat dan cepat). Mekanisme mana yang digunakan tergantung pada pabrikan tertentu. Metode pertama lebih sederhana, yang kedua lebih efisien.

Salah satu perhatian pertama adalah perlunya standar untuk menentukan kualitas tampilan pada resolusi tinggi. Langkah pertama menuju tujuan tersebut adalah meningkatkan sudut rotasi bidang polarisasi cahaya dalam kristal dari 90° menjadi 270° menggunakan teknologi STN.

Kelebihan dan kekurangan monitor LCD

Di antara kelebihan TFT, dapat dicatat pemfokusan yang sangat baik, tidak adanya distorsi geometris dan kesalahan pencocokan warna. Selain itu, mereka tidak pernah mengedipkan layar, karena. tampilan ini tidak menggunakan berkas elektron yang menarik dari kiri ke kanan setiap baris di layar. Ketika dalam CRT pancaran ini dipindahkan dari kanan bawah ke pojok kiri atas, gambar padam sesaat (reverse beam). Sebaliknya, piksel layar TFT tidak pernah padam, mereka hanya terus mengubah intensitas pancarannya. Tabel 1.1 menunjukkan semua perbedaan kinerja utama untuk jenis yang berbeda menampilkan:

Tabel 1.1. Karakteristik komparatif Monitor CRT dan LCD.

Legenda: ( + ) harga diri, ( ~ ) diperbolehkan, ( - ) kekurangan

	monitor LCD	monitor CRT
Kecerahan	(+ ) dari 170 hingga 250 Cd/m2	(~ ) dari 80 hingga 120 Cd/m2
Kontras	(~ ) dari 200:1 hingga 400:1	(+ ) dari 350:1 hingga 700:1
Sudut pandang(sebaliknya)	(~ ) dari 110 hingga 170 derajat	(+ ) lebih dari 150 derajat
Sudut pandang(berdasarkan warna)	(- ) dari 50 hingga 125 derajat	(~ ) lebih dari 120 derajat
Izin	(- ) Satu resolusi dengan ukuran piksel tetap. Secara optimal hanya dapat digunakan dalam resolusi ini; resolusi yang lebih tinggi atau lebih rendah dapat digunakan tergantung pada fungsi ekspansi atau kompresi yang didukung, tetapi ini tidak optimal.	(+ ) Berbagai resolusi didukung. Pada semua resolusi yang didukung, monitor dapat digunakan secara optimal. Pembatasan dikenakan hanya dengan penerimaan kecepatan refresh.
Frekuensi vertikal	(+ ) Frekuensi optimal adalah 60 Hz, yang cukup untuk tidak berkedip	(~ ) Hanya pada frekuensi di atas 75 Hz tidak ada kedipan yang terlihat jelas
Kesalahan pencocokan warna	(+ ) TIDAK	(~ ) 0,0079 hingga 0,0118 inci (0,20 - 0,30 mm)
Fokus	(+ ) sangat bagus	(~ ) sedang hingga sangat baik>
Distorsi geometris/linier	(+ ) TIDAK	(~ ) dimungkinkan
Piksel mati	(- ) hingga 8	(+ ) TIDAK
sinyal masukan	(+ ) analog atau digital	(~ ) analog saja
Penskalaan pada resolusi yang berbeda	(- ) tidak ada atau metode interpolasi digunakan yang tidak memerlukan biaya overhead yang besar	(+ ) sangat bagus
Akurasi tampilan warna	(~ ) True Color didukung dan suhu warna yang diinginkan disimulasikan	(+ ) True Color didukung dan pada saat yang sama ada banyak perangkat kalibrasi warna di pasaran, yang merupakan nilai tambah yang pasti
Koreksi Gamma(penyesuaian warna dengan fitur penglihatan manusia)	(~ ) memuaskan	(+ ) fotorealistik
Keseragaman	(~ ) seringkali gambar lebih cerah di bagian tepinya	(~ ) seringkali gambar lebih terang di bagian tengah
Kemurnian Warna/Kualitas Warna	(~ ) Bagus	(+ ) tinggi
berkedip	(+ ) TIDAK	(~ ) tanpa terasa di atas 85 Hz
Waktu inersia	(- ) dari 20 hingga 30 mdtk.	(+ ) sangat kecil
Pencitraan	(+ ) Gambar dibentuk oleh piksel, yang jumlahnya hanya bergantung pada resolusi spesifik panel LCD. Pitch piksel hanya bergantung pada ukuran piksel itu sendiri, tetapi tidak pada jarak di antara keduanya. Setiap piksel dibentuk secara individual untuk fokus, kejernihan, dan kejernihan yang luar biasa. Gambar lebih koheren dan halus	(~ ) Piksel dibentuk oleh sekelompok titik (triad) atau garis. Nada titik atau garis tergantung pada jarak antara titik atau garis dengan warna yang sama. Akibatnya, ketajaman dan kejernihan gambar sangat bergantung pada ukuran titik atau jarak garis dan kualitas CRT.
Konsumsi daya dan emisi	(+ ) Hampir tidak ada radiasi elektromagnetik yang berbahaya. Konsumsi daya sekitar 70% lebih rendah dari monitor CRT standar (25W hingga 40W).	(- ) Emisi elektromagnetik selalu ada, tetapi levelnya bergantung pada apakah CRT mematuhi standar keselamatan apa pun. Konsumsi energi dalam kondisi kerja pada level 60 - 150 watt.
Dimensi/berat	(+ ) desain datar, ringan	(- ) konstruksi berat, memakan banyak ruang
Antarmuka monitor	(+ ) Antarmuka digital, bagaimanapun, sebagian besar monitor LCD memiliki antarmuka analog built-in untuk menghubungkan ke output analog yang paling umum dari adaptor video	(- ) Antarmuka analog

Dari Tabel 1.1 dapat dilihat bahwa perkembangan monitor LCD selanjutnya akan dikaitkan dengan peningkatan kejernihan dan kecerahan gambar, peningkatan sudut pandang, dan penurunan ketebalan layar. Jadi, misalnya, sudah ada perkembangan monitor LCD yang menjanjikan yang dibuat dengan teknologi menggunakan silikon polikristalin. Ini memungkinkan, khususnya, untuk membuat perangkat yang sangat tipis, karena chip kontrol kemudian ditempatkan langsung di atas substrat kaca layar. Selain itu, teknologi baru ini memberikan resolusi tinggi pada layar yang relatif kecil (1024x768 piksel pada layar 10,4 inci).

STN, DSTN, TFT

STN adalah singkatan dari "Super Twisted Nematic". Teknologi STN meningkatkan sudut puntir (torsion angle) dari orientasi kristal di dalam layar LCD dari 90° menjadi 270°, yang memberikan kontras gambar yang lebih baik saat monitor diperbesar. Seringkali sel STN digunakan berpasangan. Desain ini disebut DSTN (Double Super Twisted Nematic), di mana satu sel DSTN dua lapis terdiri dari 2 sel STN, yang molekulnya berputar berlawanan arah selama operasi. Cahaya, melewati struktur seperti itu dalam keadaan "terkunci", kehilangan sebagian besar energinya. Kontras dan resolusi DSTN cukup tinggi, sehingga dimungkinkan untuk membuat tampilan berwarna, di mana terdapat tiga sel LCD dan tiga filter optik warna primer per piksel. Tampilan warna tidak dapat bekerja dari cahaya yang dipantulkan, jadi lampu latar adalah atribut wajibnya. Untuk memperkecil dimensi, lampu diletakkan di samping, dan di seberangnya ada cermin [lihat gbr. beras. 2.5], jadi sebagian besar LCD lebih terang di bagian tengah daripada di bagian tepi (ini tidak berlaku untuk monitor LCD desktop).

T Sel STN juga digunakan dalam mode TSTN (Triple Super Twisted Nematic), di mana dua lapisan tipis film polimer ditambahkan untuk meningkatkan reproduksi warna tampilan warna atau untuk memastikan kualitas monitor monokrom yang baik. Istilah matriks pasif berasal dari membagi monitor menjadi titik-titik, yang masing-masing, berkat elektroda, dapat mengatur orientasi bidang polarisasi balok, secara independen dari yang lain, sehingga masing-masing elemen tersebut dapat secara individual. diterangi untuk membuat gambar. Matriks disebut pasif karena teknologi pembuatan layar LCD yang dijelaskan di atas tidak dapat memberikan perubahan informasi yang cepat di layar. Gambar dibentuk baris demi baris dengan berturut-turut memasok tegangan kontrol ke sel individual, menjadikannya transparan. Karena kapasitansi listrik sel yang agak besar, tegangan yang melewatinya tidak dapat berubah dengan cukup cepat, sehingga pembaruan gambar menjadi lambat. Tampilan seperti itu memiliki banyak kelemahan dalam hal kualitas karena gambar tidak ditampilkan dengan mulus dan bergoyang di layar. Tingkat perubahan transparansi kristal yang rendah tidak memungkinkan tampilan gambar bergerak yang benar.

Untuk memecahkan bagian masalah yang dijelaskan di atas teknologi khusus digunakan Untuk meningkatkan kualitas gambar dinamis, diusulkan untuk menambah jumlah elektroda kontrol. Artinya, seluruh matriks dibagi menjadi beberapa submatriks independen (Dual Scan DSTN - dua bidang independen dari pemindaian gambar), yang masing-masing berisi jumlah piksel yang lebih kecil, sehingga kontrol sekuensialnya membutuhkan waktu lebih sedikit. Akibatnya, waktu inersia LC dapat dikurangi. Selain itu, hasil yang lebih baik dalam hal stabilitas, kualitas, resolusi, kehalusan, dan kecerahan gambar dapat dicapai dengan menggunakan layar matriks aktif, yang harganya lebih mahal.

Matriks aktif menggunakan elemen penguat terpisah untuk setiap sel layar, yang mengkompensasi efek kapasitansi sel dan secara signifikan mengurangi waktu yang diperlukan untuk mengubah transparansi. Matriks aktif memiliki banyak keunggulan dibandingkan matriks pasif. Misalnya, kecerahan yang lebih baik dan kemampuan untuk melihat layar bahkan dengan deviasi hingga 45 ° atau lebih (yaitu, pada sudut pandang 120 ° -140 °) tanpa mengurangi kualitas gambar, yang tidak mungkin terjadi dalam kasus a matriks pasif, yang memungkinkan Anda melihat gambar berkualitas tinggi hanya di depan layar. Perhatikan bahwa model mahal monitor LCD dengan matriks aktif memberikan sudut pandang 160 ° [lihat gbr. 2.6], dan ada banyak alasan untuk meyakini bahwa teknologi ini akan terus meningkat di masa mendatang. Matriks aktif dapat menampilkan gambar bergerak tanpa jitter yang terlihat, karena waktu respons tampilan matriks aktif adalah sekitar 50 ms versus 300 ms untuk matriks pasif, selain itu, kontras monitor matriks aktif lebih tinggi daripada monitor CRT. Perlu dicatat bahwa kecerahan elemen layar individu tetap tidak berubah sepanjang interval waktu antara pembaruan gambar, dan tidak mewakili pulsa pendek cahaya yang dipancarkan oleh elemen fosfor monitor CRT segera setelah berkas elektron melewati elemen ini. Itulah mengapa untuk monitor LCD frekuensi vertikal 60 Hz sudah cukup.

F Kemampuan fungsional monitor LCD matriks aktif hampir sama dengan tampilan matriks pasif. Perbedaannya terletak pada susunan elektroda yang menggerakkan sel kristal cair layar. Dalam kasus matriks pasif, elektroda yang berbeda menerima muatan listrik metode siklik saat memperbarui tampilan baris demi baris, dan sebagai akibat dari pelepasan kapasitansi elemen, gambar menghilang, karena kristal kembali ke konfigurasi aslinya. Dalam kasus matriks aktif, transistor penyimpanan ditambahkan ke setiap elektroda, yang dapat menyimpan informasi digital (nilai biner 0 atau 1) dan sebagai hasilnya, gambar disimpan hingga sinyal lain diterima.

Thin Film Transistor (TFT), yaitu transistor film tipis adalah elemen kontrol, yang mengontrol setiap piksel di layar. Transistor film tipis sangat tipis, ketebalannya 0,1 - 0,01 mikron. Teknologi untuk membuat TFT sangat kompleks, dan sulit untuk mencapai persentase yang dapat diterima dari produk yang baik karena jumlah transistor yang digunakan sangat besar. Perhatikan bahwa monitor yang dapat menampilkan gambar pada resolusi 800x600 piksel dalam mode SVGA dan hanya dengan tiga warna memiliki 1.440.000 transistor individual. Produsen menetapkan standar untuk membatasi kuantitas transistor yang mungkin tidak berfungsi di layar LCD. Piksel berbasis TFT disusun sebagai berikut: tiga filter warna (merah, hijau dan biru) terintegrasi satu demi satu dalam pelat kaca. Setiap piksel adalah kombinasi dari tiga sel berwarna atau elemen sub-piksel [lihat Gambar. beras. 2.7]. Artinya, misalnya, layar yang memiliki resolusi 1280x1024 memiliki persis 3840x1024 transistor dan elemen subpiksel. Ukuran titik (piksel) untuk layar TFT 15,1" (1024x768) kira-kira 0,0188" (atau 0,30 mm), dan untuk layar TFT 18,1" kira-kira 0,011" (atau 0,28 mm).

TFT memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan monitor CRT, termasuk pengurangan konsumsi daya dan pembuangan panas, layar datar, dan tidak ada jejak benda bergerak.

Diambil dari http://monitors.narod.ru

Kami akan mempertimbangkan perangkat modul LCD monitor 19 inci menggunakan contoh modul LCD dengan matriks TN + Film dari pabrikan terkenal Taiwan HannStar. Modul ini digunakan pada monitor dengan merek dagang Acer, LG, HP, dan lainnya.

Di bawah penutup logam pelindung terdapat kontrol matriks yang terletak di papan yang sama.

melalui konektor berlabel CN1, papan kontrol matriks menerima sinyal pensinyalan diferensial bertegangan rendah LVDS, dan tegangan suplai + 5V

pengontrol bertanggung jawab untuk memproses sinyal LVDS dari scaler pada papan kontrol matriks

pengontrol menghasilkan sinyal yang, melalui dekoder yang menyatu ke dalam loop, mengontrol transistor efek medan TFT (Thin film transistor) dari subpiksel matriks

pada gambar berikut, Anda dapat melihat bagaimana subpiksel matriks berada, bergantian pesan R-G-B(merah-hijau-biru)

kristal cair dari setiap subpiksel dikendalikan oleh yang terpisah transistor efek medan, yaitu pada matriks dengan resolusi 1280x1024 terdapat 1280x1024 = 13010720 piksel, dan setiap piksel pada gilirannya terdiri dari tiga subpiksel, sehingga jumlah transistor pada matriks dengan resolusi 1280x1024 adalah 3932160.

Tanpa membahas detail polarisasi fluks cahaya, dengan cara yang disederhanakan, Anda dapat membayangkan secara umum bagaimana matriks LCD bekerja seperti ini: jika Anda menerapkan voltase ke transistor subpiksel, maka subpiksel TIDAK akan memancarkan cahaya, jika Anda tidak menerapkan tegangan, subpiksel akan mengirimkan cahaya. Jika ketiga subpiksel RGB memancarkan cahaya, maka kita akan melihat titik putih (piksel) di layar, jika ketiga subpiksel RGB TIDAK memancarkan cahaya, maka kita akan melihat titik hitam di layar. Bergantung pada intensitas fluks cahaya (yaitu, pada sudut rotasi kristal cair dalam subpiksel) yang melewati tiga filter RGB dari satu piksel, kita bisa mendapatkan titik dengan warna apa pun

konverter yang dibuat pada sirkuit terintegrasi U200 bertanggung jawab untuk pembentukan tegangan suplai yang diperlukan dari matriks TFT

jika Anda melepas bingkai logam dan memisahkan matriks LCD dari reflektor / panduan cahaya, Anda akan menemukan bahwa matriksnya hampir transparan

Pertimbangkan desain light guide/diffuser. bingkai plastik memperbaiki tiga film (dua hamburan dan satu polarisasi di antara keduanya) pada permukaan pemandu cahaya, yang merupakan pelat persegi panjang dari plexiglass setebal ~ 10 mm

di bawah pemandu cahaya terdapat substrat yang terbuat dari plastik putih setebal 0,5 mm

di sisi panduan cahaya yang menghadap substrat plastik putih, pola khusus diterapkan untuk membentuk iluminasi yang seragam di semua titik tampilan

bagian terakhir dari "pai" diffuser / serat optik adalah alas logam, di alas ini terdapat pengencang, dengan bantuan seluruh modul LCD dipasang di wadah monitor

lampu CCFL (Cold cathode fluorescent lamps) pelepasan gas tegangan tinggi terletak di dua, secara horizontal di atas dan di bawah pemandu cahaya

reflektor beberapa milimeter lebih panjang dari sisi yang lebih besar dari pelat pemandu cahaya, juga berfungsi sebagai wadah, berkat lampu yang dipasang di atas dan di bawah pemandu cahaya

Berkat pola khusus panduan cahaya, cahaya lampu tersebar merata di seluruh area layar. ada desain diffuser lain tanpa pelat pemandu cahaya yang berat, dan dengan lampu yang disusun secara horizontal dari atas ke bawah dengan satu langkah di belakang matriks LCD. ada desain diffuser / light guide (backlight) yang menggunakan lebih banyak lampu, misalnya 6, 8, 12

Penting!

Materi ini hanya untuk tujuan informasi. Jika Anda tidak memiliki cukup pengalaman dalam memulihkan perangkat LCD, jangan bongkar monitor Anda, karena tindakan yang salah dapat merusak modul LCD

Merupakan kebiasaan untuk membedakan tiga keadaan agregat materi padat, cair dan gas. Tetapi beberapa zat organik mampu, ketika meleleh dalam fase tertentu, menunjukkan sifat-sifat yang melekat pada kristal dan cairan. Saat memperoleh karakteristik fluiditas cairan, pada fase ini mereka tidak kehilangan keteraturan karakteristik molekul kristal padat. Fase ini bisa disebut keadaan agregasi keempat. Benar, kita tidak boleh lupa bahwa hanya zat tertentu yang memilikinya dan hanya dalam kisaran suhu tertentu.

Orientasi spasial molekul LC dalam apa yang disebut posisi istirahat disebut urutan kristal cair. Menurut klasifikasi Friedel, ada tiga kategori utama ordo FA: smectic, nematic, dan cholesteric (Gbr. 1).

Smectic LC adalah yang paling banyak dipesan dan strukturnya lebih dekat dengan kristal padat konvensional. Mereka, selain orientasi bersama molekul yang sederhana, juga memiliki pembagian ke dalam bidang.

Arah orientasi utama sumbu panjang molekul dalam kristal cair dilambangkan dengan vektor satuan panjang, yang disebut direktur.

Material dengan tatanan nematic merupakan minat utama dan digunakan dalam panel kristal cair modern dari semua jenis (TN, IPS, dan VA). Dalam nematika, keadaan normal adalah posisi molekul dengan orientasi molekul teratur di seluruh volume, yang merupakan karakteristik kristal, tetapi dengan posisi pusat gravitasinya yang kacau, yang merupakan karakteristik cairan. Molekul-molekul di dalamnya berorientasi relatif paralel dan bergeser sepanjang sumbu pengarah dengan jarak yang berbeda.

Kristal cair dengan tatanan kolesterik dalam strukturnya menyerupai nematik yang dipecah menjadi beberapa lapisan. Molekul-molekul di setiap lapisan berikutnya diputar relatif terhadap yang sebelumnya dengan sudut kecil, dan sutradara berputar dengan mulus dalam bentuk spiral. Sifat berlapis ini, yang dibentuk oleh aktivitas optik molekul, adalah ciri utama tatanan kolesterik. Cholesterics kadang-kadang disebut sebagai "nematics bengkok".

Batas antara tatanan nematic dan cholesteric agak arbitrer. Urutan kolesterik dapat diperoleh tidak hanya dari bahan kolesterik murni, tetapi juga dengan menambahkan aditif khusus yang mengandung molekul kiral (aktif secara optik) ke bahan nematik. Molekul semacam itu mengandung atom karbon asimetris dan, tidak seperti molekul nematik, adalah cermin asimetris.

Urutan dalam kristal cair ditentukan oleh gaya antarmolekul yang menciptakan elastisitas bahan LC. Ya, di sini kita dapat berbicara tentang sifat elastis, meskipun sifatnya berbeda dengan sifat elastis kristal biasa, karena kristal cair masih memiliki fluiditas. Dalam keadaan normal (atau dasar), molekul cenderung kembali ke "posisi istirahat", misalnya, dalam bahan nematik, ke posisi dengan orientasi pengarah yang sama.

Elastisitas kristal cair beberapa kali lipat lebih rendah daripada kristal konvensional dan memberikan peluang yang benar-benar unik untuk mengontrol posisinya dengan bantuan pengaruh eksternal. Pengaruh semacam itu dapat berupa, misalnya, medan listrik.

Sekarang tentang bagaimana bidang ini dapat mempengaruhi orientasi molekul.

Mari kita ambil sampel yang terdiri dari dua pelat kaca, ruang di antaranya diisi dengan bahan nematik. Jarak antara pelat atas dan bawah dan, karenanya, ketebalan lapisan kristal cair adalah beberapa mikron. Untuk mengatur orientasi pengarah molekul yang diinginkan dalam material, perlakuan permukaan khusus dari substrat digunakan. Untuk melakukan ini, lapisan tipis polimer transparan diterapkan ke permukaan, setelah itu relief diberikan ke permukaan dengan gosokan khusus - alur tertipis dalam satu arah. Molekul kristal memanjang pada lapisan yang langsung bersentuhan dengan permukaan diorientasikan sepanjang relief. Gaya antarmolekul menyebabkan semua molekul lain memiliki orientasi yang sama.

Susunan teratur molekul kristal cair menentukan anisotropi beberapa sifat fisiknya (izinkan saya mengingatkan Anda bahwa anisotropi adalah ketergantungan sifat suatu media pada arah dalam ruang). Cairan, dengan susunan molekulnya yang acak, bersifat isotropik. Tetapi kristal cair sudah memiliki anisotropi, yang merupakan kualitas penting yang memungkinkan Anda memengaruhi karakteristik cahaya yang melewatinya.

Anisotropi permitivitas digunakan untuk mengontrol posisi molekul. Ini mewakili perbedaan

Δε = ε || + ε ⊥ di mana ε || permitivitas searah vektor pengarah, ε ⊥ permitivitas searah vektor pengarah. Nilai Δε bisa positif dan negatif.

Ambil sampel yang terdiri dari dua pelat kaca dengan jarak beberapa mikron antar pelat, diisi dengan bahan nematik dan disegel. Untuk mengatur orientasi pengarah molekul yang diinginkan dalam bahan, perlakuan khusus pada permukaan substrat digunakan, untuk ini lapisan tipis polimer transparan diterapkan ke permukaan, setelah itu relief diberikan ke permukaan. dengan gosokan khusus pada permukaan - alur terbaik dalam satu arah. Molekul kristal memanjang pada lapisan yang langsung bersentuhan dengan permukaan diorientasikan sepanjang relief, gaya antarmolekul memaksa semua molekul lain untuk mengambil orientasi yang sama. Jika medan listrik dibuat dalam sampel, energi kristal cair di medan ini akan bergantung pada posisi molekul relatif terhadap arah medan. Jika posisi molekul tidak sesuai dengan energi minimum, mereka akan berputar dengan sudut yang sesuai. Dalam bahan dengan konstanta dielektrik positif (anisotropi dielektrik positif), molekul akan cenderung berputar sepanjang arah medan listrik, dalam bahan dengan anisotropi dielektrik negatif, mereka akan cenderung berputar melintasi arah medan. Sudut rotasi, masing-masing, akan tergantung pada tegangan yang diberikan.

Biarkan bahan dalam sampel memiliki anisotropi dielektrik positif, arah medan listrik tegak lurus terhadap orientasi awal molekul (Gbr. 2). Ketika tegangan diterapkan, molekul akan cenderung berputar di sepanjang medan. Tetapi mereka pada awalnya diorientasikan di sepanjang relief permukaan bagian dalam sampel, yang dibuat dengan menggosok, dan dikaitkan dengannya dengan daya rekat yang cukup signifikan. Akibatnya, ketika orientasi pengarah berubah, torsi balik akan terjadi. Selama medan cukup lemah, gaya elastis menjaga molekul tetap pada posisi yang sama. Saat tegangan meningkat, mulai dari nilai tertentu Ec, gaya orientasi medan listrik melebihi gaya elastis, dan rotasi molekul mulai terjadi. Reorientasi di bawah pengaruh medan ini disebut transisi Freedericksz. Transisi Freedericksz merupakan dasar untuk pengaturan kontrol kristal cair, dan prinsip pengoperasian semua panel LCD didasarkan padanya.

Mekanisme yang bisa diterapkan terbentuk:

• di satu sisi, medan listrik akan memaksa molekul kristal cair untuk berputar ke sudut yang diinginkan (tergantung pada nilai tegangan yang diberikan);
• di sisi lain, gaya elastis yang disebabkan oleh ikatan antarmolekul akan cenderung mengembalikan orientasi semula dari pengarah ketika tegangan dilepaskan.

Jika orientasi awal pengarah dan arah medan listrik tidak tegak lurus, maka nilai ambang batas medan Ec berkurang, sehingga memungkinkan untuk mempengaruhi posisi molekul dengan medan yang jauh lebih kecil.

Pada titik ini, perlu menyimpang sedikit dari kristal cair untuk menjelaskan konsep "polarisasi cahaya" dan "bidang polarisasi" tanpanya, presentasi lebih lanjut tidak mungkin dilakukan.

Cahaya dapat direpresentasikan sebagai transversal gelombang elektromagnetik, komponen listrik dan magnet yang berosilasi pada bidang yang saling tegak lurus (Gbr. 3).

Cahaya alami (juga disebut cahaya alami terpolarisasi atau tidak terpolarisasi) mengandung osilasi dalam vektor e, sama-sama mungkin di semua arah tegak lurus terhadap vektor k(Gbr. 4).

Cahaya terpolarisasi sebagian memiliki arah osilasi vektor yang dominan e. Untuk cahaya terpolarisasi sebagian di bidang gelombang cahaya, amplitudo proyeksi E pada salah satu arah yang saling tegak lurus selalu lebih besar daripada arah lainnya. Rasio antara amplitudo ini menentukan tingkat polarisasi.

Cahaya terpolarisasi linier adalah cahaya yang memiliki arah vektor tunggal e untuk semua gelombang. Konsep cahaya terpolarisasi linier adalah abstrak. Dalam praktiknya, ketika berbicara tentang cahaya terpolarisasi linier, yang biasanya berarti cahaya terpolarisasi sebagian dengan derajat yang tinggi polarisasi.

Bidang tempat vektor berada e dan vektor arah gelombang k, disebut bidang polarisasi.

Sekarang kembali ke LCD.

Properti fisik terpenting kedua dari kristal cair setelah anisotropi dielektrik, yang digunakan untuk mengontrol fluks cahaya melaluinya, adalah anisotropi optik. Kristal cair memiliki nilai indeks bias cahaya yang berbeda untuk arah perambatan sejajar dan tegak lurus terhadap pengarah. Artinya, kecepatan rambat berkas cahaya secara paralel atau tegak lurus terhadap pengarah akan berbeda dengan koefisien yang lebih tinggi, seperti diketahui, akan lebih rendah. Anisotropi optik atau anisotropi indeks bias adalah perbedaan antara dua koefisien:

Δ N= N|| + N⊥ Di mana N|| indeks bias untuk bidang polarisasi sejajar dengan direktur; N⊥ adalah indeks bias untuk bidang polarisasi tegak lurus terhadap direktur.

Kehadiran dalam materi dua nilai berbeda untuk N|| Dan N⊥ menyebabkan efek birefringence. Ketika cahaya mengenai bahan birefringent, yang merupakan nematic, komponen medan listrik dari gelombang cahaya dibagi menjadi dua komponen vektor - bergetar di sumbu "cepat" dan bergetar di sumbu "lambat". Komponen-komponen ini masing-masing disebut sinar biasa dan luar biasa. Arah polarisasi sinar biasa dan luar biasa saling ortogonal. Dan adanya sumbu "cepat" dan "lambat" dalam material disebabkan oleh apa yang disebutkan di atas - indeks bias yang berbeda untuk sinar yang merambat masing-masing sejajar atau tegak lurus terhadap arah pengarah.

Gambar 5 menunjukkan perambatan gelombang di sepanjang sumbu "cepat" dan "lambat". Perlu ditekankan bahwa sumbu dalam hal ini bukanlah garis lurus tetap, melainkan arah bidang tempat gelombang berosilasi.

Karena kecepatan fase balok biasa dan luar biasa berbeda, perbedaan fase mereka akan berubah saat gelombang merambat. Perubahan perbedaan fase komponen ortogonal ini menyebabkan perubahan arah polarisasi gelombang cahaya. Pada gambar, untuk kejelasan, jumlah komponen ortogonal diwakili oleh vektor yang dihasilkan Er. Dapat dilihat bahwa ketika gelombang merambat, arah vektor berputar Er. Dengan demikian, penambahan gelombang pada keluaran bahan birefringent akan menghasilkan gelombang dengan perubahan arah polarisasi relatif terhadap arah semula.

Sudut rotasi bidang polarisasi akan bergantung pada orientasi molekul dalam material.

Konstruksi panel

Ada beberapa teknologi panel LCD. Untuk mengilustrasikan desain dalam kasus ini, TN diberikan sebagai yang paling umum (Gbr. 6).

Semua panel LCD untuk monitor bersifat transmisif, gambar di dalamnya dibentuk dengan mengubah fluks cahaya dari sumber yang terletak di belakang. Modulasi fluks cahaya dilakukan karena aktivitas optik kristal cair (kemampuannya untuk memutar bidang polarisasi cahaya yang ditransmisikan). Ini diimplementasikan sebagai berikut. Saat melewati polarisator pertama, cahaya dari lampu latar menjadi terpolarisasi linier. Kemudian ia mengikuti melalui lapisan kristal cair yang tertutup di ruang antara dua gelas. Posisi molekul LC di setiap sel panel dikendalikan oleh medan listrik yang dibuat dengan menerapkan tegangan ke elektroda. Rotasi bidang polarisasi cahaya yang ditransmisikan tergantung pada posisi molekul. Jadi, dengan menerapkan nilai voltase yang diperlukan ke sel, rotasi bidang polarisasi dikendalikan.

Untuk mengirimkan voltase ke subpiksel, digunakan jalur data vertikal (jalur data) dan horizontal (jalur gerbang), yang merupakan jalur konduktif logam yang disimpan di substrat kaca bagian dalam (paling dekat dengan modul lampu latar). Medan listrik, sebagaimana telah disebutkan, dibuat oleh tegangan pada elektroda umum dan piksel. Tegangan bolak-balik, karena penggunaan tegangan konstan menyebabkan interaksi ion dengan bahan elektroda, gangguan susunan molekul bahan LC, dan menyebabkan degradasi sel. TFT memainkan peran sakelar yang menutup ketika alamat sel yang diinginkan pada garis pemindaian dipilih, memungkinkan Anda untuk "menulis" nilai voltase yang diinginkan, dan pada akhir siklus pemindaian terbuka lagi, memungkinkan Anda untuk menyimpan membebankan biaya untuk jangka waktu tertentu. Pengisian berlangsung dari waktu ke waktu T= T f/N , Di mana T f waktu output frame di layar (misalnya, dengan kecepatan refresh 60 Hz, waktu output frame adalah 1 dtk / 60 = 16,7 mdtk), N jumlah baris panel (misalnya, 1024 untuk panel dengan resolusi fisik 1280x1024). Namun, kapasitansi sendiri dari bahan kristal cair tidak cukup untuk mempertahankan muatan di antara siklus penyegaran, yang akan menyebabkan penurunan voltase dan, akibatnya, penurunan kontras. Oleh karena itu, selain transistor, setiap sel dilengkapi dengan kapasitor penyimpanan, yang juga terisi daya saat transistor dibuka dan membantu mengkompensasi kehilangan tegangan sebelum siklus pemindaian berikutnya dimulai.

Garis data vertikal dan horizontal dihubungkan ke chip kontrol panel dengan bantuan kabel fleksibel datar yang dilem, masing-masing, kolom (driver sumber) dan garis (driver gerbang), yang memproses input dari pengontrol sinyal digital dan bentuk tegangan yang sesuai dengan data yang diterima untuk setiap sel.

Setelah lapisan kristal cair, terdapat filter warna yang diendapkan pada permukaan bagian dalam kaca panel dan berfungsi untuk membentuk gambar berwarna. Sintesis aditif tiga warna yang biasa digunakan: warna terbentuk sebagai hasil pencampuran optik dari radiasi tiga warna dasar (merah, hijau dan biru). Sel (piksel) terdiri dari tiga elemen terpisah (subpiksel), yang masing-masing dikaitkan dengan filter warna merah, hijau, atau biru yang terletak di atasnya, dengan kombinasi 256 kemungkinan nilai nada untuk setiap subpiksel, Anda dapat memperoleh hingga 16,77 juta piksel warna.

Struktur panel (garis data vertikal dan horizontal logam, transistor film tipis) dan area perbatasan sel di mana orientasi molekul terganggu harus disembunyikan di bawah bahan buram untuk menghindari efek optik yang tidak diinginkan. Untuk ini, yang disebut matriks hitam digunakan, yang menyerupai kisi tipis yang mengisi celah di antara masing-masing filter warna. Chrome atau resin hitam digunakan sebagai bahan matriks hitam.

Peran terakhir dalam pembentukan gambar dimainkan oleh polarizer kedua, sering disebut penganalisa. Arah polarisasinya digeser relatif terhadap yang pertama sebesar 90 derajat. Untuk mewakili tujuan penganalisis, Anda dapat melepasnya secara kondisional dari permukaan panel yang terhubung. Dalam hal ini, kita akan melihat semua subpiksel secerah mungkin, yaitu layar yang terisi putih merata, terlepas dari gambar yang ditampilkan di atasnya. Dari fakta bahwa cahaya telah menjadi terpolarisasi, dan bidang polarisasinya diputar oleh setiap sel dengan cara yang berbeda, tergantung pada voltase yang diterapkan padanya, sejauh ini tidak ada yang berubah untuk mata kita. Fungsi penganalisa justru untuk memotong komponen gelombang yang diperlukan, yang memungkinkan Anda melihat hasil yang diinginkan pada keluaran.

Sekarang tentang bagaimana pemotongan komponen yang diperlukan ini terjadi. Ambil contoh polarisator dengan arah polarisasi vertikal, mis. mentransmisikan gelombang yang berorientasi pada bidang vertikal.

Gambar 7 menunjukkan perambatan gelombang dalam bidang yang terletak pada suatu sudut relatif terhadap arah vertikal polarisasi. Vektor medan listrik dari gelombang datang dapat diuraikan menjadi dua komponen yang saling tegak lurus: sejajar dengan sumbu optik polarisator dan tegak lurus terhadapnya. Komponen pertama, sejajar dengan sumbu optik, lewat, yang kedua (tegak lurus) diblokir.

Dari sini, dua posisi ekstrem menjadi jelas:

• gelombang yang merambat dalam bidang vertikal yang ketat akan ditransmisikan tanpa perubahan;
• gelombang yang merambat dalam bidang horizontal akan diblokir karena tidak memiliki komponen vertikal.

Kedua posisi ekstrem ini sesuai dengan posisi sel yang terbuka penuh dan tertutup penuh. Untuk meringkas:

• Untuk pemblokiran paling lengkap dari cahaya yang ditransmisikan oleh sel (subpiksel), bidang polarisasi cahaya ini harus ortogonal terhadap bidang transmisi penganalisa (arah polarisasi);
• Untuk transmisi maksimum cahaya oleh sel, bidang polarisasinya harus bertepatan dengan arah polarisasi;
• Dengan menyesuaikan voltase yang diterapkan ke elektroda sel secara halus, dimungkinkan untuk mengontrol posisi molekul kristal cair dan, sebagai akibatnya, rotasi bidang polarisasi cahaya yang ditransmisikan. Dan dengan demikian mengubah jumlah cahaya yang ditransmisikan oleh sel.

Karena sudut rotasi bidang polarisasi tergantung pada jarak yang ditempuh oleh cahaya dalam lapisan kristal cair, lapisan ini harus memiliki ketebalan yang sangat konsisten di seluruh panel. Untuk menjaga keseragaman jarak antara panel (dengan semua struktur diterapkan padanya), spacer khusus digunakan.

Opsi paling sederhana adalah yang disebut spacer bola (ball spacer). Mereka adalah polimer transparan atau manik-manik kaca dengan diameter yang ditentukan secara ketat dan diaplikasikan pada struktur internal kaca dengan cara disemprotkan. Oleh karena itu, mereka ditempatkan secara acak di seluruh area sel dan keberadaannya berdampak negatif pada keseragamannya, karena pengatur jarak berfungsi sebagai pusat untuk area yang rusak dan molekul tidak berorientasi langsung di dekatnya.

Teknologi lain juga digunakan - spacer tipe kolom (column spacer, photo spacer, post spacer). Spacer tersebut ditempatkan dengan akurasi fotografis di bawah matriks hitam (Gbr. 8). Keunggulan teknologi ini sangat jelas: peningkatan kontras karena tidak adanya kebocoran cahaya di dekat spacer, kontrol keseragaman celah yang lebih akurat karena pengaturan spacer yang teratur, peningkatan kekakuan panel, dan tidak adanya riak saat menekan permukaan.

Panel TN, yang desainnya ditunjukkan pada Gambar 6, adalah yang paling murah untuk diproduksi, yang menentukan dominasinya di pasar monitor massal. Selain itu, ada beberapa teknologi lain yang berbeda dalam lokasi, konfigurasi dan bahan elektroda, orientasi polarizer, obat LC yang digunakan, orientasi awal direktur dalam bahan kristal cair, dll. Menurut orientasi awal direktur, semua teknologi yang ada dapat dibagi menjadi dua kelompok:

1. Orientasi planar

Ini mencakup semua teknologi IPS (S-IPS, SA-SFT, dll.) serta FFS (saat ini AFFS) yang dikembangkan dan dipromosikan oleh Boe HyDis. Molekul disejajarkan secara horizontal, sejajar dengan alas substrat, ke arah yang ditentukan dengan menggosok, substrat atas dan bawah digosok dengan arah yang sama. Semua elektroda, baik piksel maupun umum, berada pada substrat kaca yang sama di bagian dalam panel, bersama dengan jalur data dan transistor. Dalam teknologi IPS, piksel dan elektroda umum ditempatkan secara paralel, bergantian satu sama lain (Gbr. 9). Garis-garis medan gaya berjalan secara horizontal, tetapi pada beberapa sudut relatif terhadap arah gosokan. Oleh karena itu, ketika tegangan diterapkan, molekul-molekul, yang dalam hal ini memiliki anisotropi dielektrik positif, cenderung berbaris ke arah medan yang diterapkan, berputar pada bidang yang sama dengan sudut yang bergantung pada intensitas (medan)-nya. Dalam kasus FFS, elektroda umum terletak di bawah piksel 1. Dengan desain ini, tegangan yang diberikan ke elektroda membentuk medan listrik yang memiliki komponen horizontal dan vertikal. Jika untuk IPS dalam sumbu koordinat yang ditunjukkan pada Gambar. 9 bidang dapat dicirikan sebagai E y, maka untuk FFS akan terlihat nilai yang sesuai E y Dan Ez. Susunan garis medan ini memungkinkan penggunaan bahan LC dengan anisotropi dielektrik positif dan negatif. Rotasi molekul, mirip dengan IPS, terjadi pada bidang yang sama ke arah komponen horizontal bidang, tetapi karena jumlah zona batas yang lebih kecil, jumlah molekul yang jauh lebih besar berputar, yang memungkinkan untuk mempersempit lebar kisi matriks hitam dan mencapai rasio apertur panel yang lebih tinggi.

Salah satu keunggulan utama teknologi dengan orientasi planar sutradara adalah perubahan warna yang sangat tipis (pergeseran warna) pada palet saat mengubah sudut pandang. Stabilitas ini disebabkan oleh konfigurasi heliks yang dibentuk oleh molekul-molekul bahan kristal cair di bawah pengaruh medan, yang dalam hal ini berbentuk simetris. Gambar 9 secara skematis menunjukkan posisi molekul LC ketika tegangan diterapkan ke elektroda, jelas bahwa sudut rotasi maksimum dicapai di lapisan tengah. Ketidakhomogenan ini disebabkan oleh fakta bahwa, sebagaimana telah disebutkan, orientasi molekul ke arah yang diinginkan sejajar dengan dasar substrat diperoleh dengan perlakuan pendahuluan (penggosokan) pada permukaannya. Oleh karena itu, mobilitas molekul dalam lapisan yang berbatasan langsung dengan substrat dibatasi oleh relief substrat, dan pada lapisan berikutnya yang berdekatan, oleh gaya antarmolekul. Akibatnya, di bawah pengaruh medan, molekul-molekul membentuk spiral yang menyerupai bentuk pita dengan ujung-ujungnya tetap pada satu bidang dan bagian tengahnya berputar. Ada konsep jalur optik yang bergantung pada indeks bias media tempat berkas merambat dan fase yang dihasilkan menyerbu sepanjang arahnya. Sinar cahaya yang melewati lapisan kristal cair memiliki panjang jalur optik yang berbeda tergantung pada sudut lintasannya. Bentuk heliks molekul yang simetris memungkinkan untuk setiap tingkat abu-abu penambahan yang tepat dari panjang jalur optik di bagian atas dan bawahnya, hasilnya adalah hampir tidak adanya ketergantungan warna yang ditampilkan pada sudut pandang. Karena properti ini, panel IPS digunakan di sebagian besar monitor berorientasi grafis.

Selama lewatnya gelombang cahaya, arah rotasi vektor yang dihasilkan (lihat Gambar 5) sebagian mengulangi bentuk tikungan heliks yang dibentuk oleh molekul. Oleh karena itu, rotasi bidang polarisasi selama gelombang melewati bagian pertama bahan LC terjadi dalam satu arah, dan melalui yang kedua, dalam arah yang berlawanan. Berbeda, tergantung pada tegangan yang diberikan, penundaan fase salah satu komponen gelombang mengarah pada fakta bahwa arah vektor yang dihasilkan Er di pintu keluar dari lapisan kristal cair berbeda dari yang awal, ini memungkinkan bagian tertentu dari fluks cahaya melewati penganalisa. Bidang pemancar cahaya dari polarisator dan penganalisa, seperti pada semua teknologi lainnya, digeser relatif satu sama lain dengan sudut 90 derajat.

Semua variasi yang diproduksi saat ini (S-IPS, AFFS, SA-SFT) menggunakan desain sel 2 domain. Untuk ini, elektroda berbentuk zigzag digunakan, yang menyebabkan molekul berputar ke dua arah. Versi awal, yang ditetapkan hanya sebagai "IPS" dan "FFS", tanpa awalan "Super" dan "Advanced", adalah domain tunggal, oleh karena itu mereka memiliki perubahan warna dan sudut pandang yang lebih kecil (kontras dari 140/140 turun menjadi 10: 1 untuk IPS pertama ).

Orientasi puntiran (atau orientasi bengkok) juga biasanya termasuk dalam orientasi planar. Penyelarasan molekul di sepanjang dasar substrat dalam hal ini juga dicapai dengan menggosok permukaannya, dengan perbedaan arah gesekan substrat atas dan bawah bergeser relatif satu sama lain. Sebagai hasil dari penyelarasan dalam bahan nematik ini, pengarah membentuk heliks yang menyerupai kolesterik; untuk pembentukan heliks yang benar dalam campuran LC, aditif khusus yang mengandung molekul kiral digunakan. Orientasi putaran digunakan dalam teknologi TN (atau TN+Film) yang paling banyak digunakan. Tidak ada gunanya mendeskripsikan dan mengilustrasikan konstruksi TN di sini, hal ini telah berulang kali dilakukan dalam berbagai materi tentang topik serupa yang dapat kami katakan sudah terkenal.

2. Orientasi homeotropik

MVA dan PVA termasuk dalam grup ini. Sutradara diorientasikan tegak lurus terhadap dasar substrat kaca, hal ini dicapai dengan menggunakan surfaktan pada pelapisan substrat. Elektroda umum dan piksel terletak di substrat yang berlawanan, bidang diorientasikan secara vertikal. Bahan kristal cair dengan anisotropi dielektrik negatif digunakan di sini, sehingga tegangan yang diberikan menyebabkan molekul kristal cair berbalik melawan garis medan. MVA dibedakan dengan adanya proyeksi longitudinal mikroskopis (tonjolan) untuk pretilt molekul di atas atau kedua substrat, sehingga penyelarasan vertikal awal tidak lengkap. Molekul, menyelaraskan diri dengan tonjolan ini, menerima sedikit pretilt, yang memungkinkan untuk mengatur arah tertentu untuk setiap wilayah (domain) sel, di mana molekul akan berputar di bawah pengaruh medan. Dalam PVA, tidak ada tonjolan seperti itu dan, dengan tidak adanya tegangan, pengarah diorientasikan secara ketat tegak lurus ke permukaan, dan piksel serta elektroda umum digeser relatif satu sama lain sehingga bidang yang dihasilkan tidak sepenuhnya vertikal, tetapi berisi komponen miring (Gbr. 10).

Teknologi dengan orientasi direktur homeotropik juga mencakup ASV yang dikembangkan oleh Sharp. Di dalam subpiksel terdapat beberapa elektroda piksel yang berbentuk kotak dengan ujung membulat. Prinsip dasarnya sama: elektroda umum terletak di substrat yang berlawanan, molekul diorientasikan secara vertikal tanpa adanya medan, dan bahan kristal cair dengan anisotropi dielektrik negatif digunakan. Bidang yang dihasilkan memiliki komponen miring yang jelas, dan molekul-molekul, yang berbalik melawan arah medan, menciptakan struktur yang arah pengarahnya menyerupai bentuk payung yang berpusat di tengah elektroda piksel.

Ada juga pembagian modul LCD menjadi beberapa jenis tergantung pada keadaan sel tanpa tegangan. Biasanya disebut panel putih (biasanya putih), di mana, pada voltase nol pada sel, mereka benar-benar terbuka, masing-masing, warna putih direproduksi di layar. Biasanya putih adalah semua panel yang dibuat menggunakan teknologi TN. Panel yang menghalangi jalur cahaya tanpa adanya tegangan biasanya berwarna hitam (biasanya hitam), semua teknologi lain termasuk dalam jenis ini.

modul lampu latar

...berdasarkan lampu neon

Melalui badan panel (polarizer, elektroda, filter warna, dll.), Hanya sebagian kecil dari fluks cahaya awal dari lampu latar yang lewat, tidak lebih dari 3%. Oleh karena itu, kecerahan intrinsik modul lampu latar harus cukup signifikan - sebagai aturan, lampu yang digunakan memiliki kecerahan lebih dari 30.000 cd/m 2 .

Lampu neon katoda dingin CCFL (tanpa filamen katoda) digunakan untuk penerangan. Lampu CCFL adalah tabung kaca tertutup yang diisi dengan gas inert dengan sedikit merkuri (Gbr. 11). Katoda dalam hal ini adalah elektroda yang sama, karena arus bolak-balik digunakan untuk daya. Dibandingkan dengan lampu katoda pijar (panas), elektroda CCFL memiliki struktur yang berbeda dan lebih besar. Suhu operasi katoda berbeda secara signifikan: 80-150 o C versus sekitar 900 o C untuk lampu katoda panas, sementara suhu lampu itu sendiri mendekati 30-75 o C dan 40 o C. Tegangan operasi untuk CCFL adalah 600-900 V, tegangan awal 900-1600 V (angkanya agak sewenang-wenang, karena kisaran lampu yang digunakan sangat luas). Cahaya dihasilkan oleh ionisasi gas, dan kondisi yang diperlukan kemunculannya dalam lampu katoda dingin adalah tegangan tinggi. Oleh karena itu, untuk menyalakan lampu seperti itu, diperlukan tegangan ke elektroda selama beberapa ratus mikrodetik, yang jauh lebih tinggi daripada tegangan operasi. Tegangan bolak-balik tinggi yang diterapkan menyebabkan ionisasi gas dan pecahnya celah antara elektroda, terjadi pelepasan.

Rincian kesenjangan debit terjadi karena alasan berikut. Dalam kondisi normal, gas yang mengisi lampu bersifat dielektrik. Saat medan listrik muncul, sejumlah kecil ion dan elektron, yang selalu ada dalam volume gas, mulai bergerak. Jika tegangan yang cukup tinggi diterapkan ke elektroda, medan listrik memberikan kecepatan tinggi pada ion sehingga ketika mereka bertabrakan dengan molekul netral, elektron terlempar keluar dan ion terbentuk. Elektron dan ion yang baru terbentuk, bergerak di bawah pengaruh medan, juga masuk ke dalam proses ionisasi, proses tersebut mengambil karakter seperti longsoran salju. Setelah ion mulai menerima energi yang cukup untuk melumpuhkan elektron dengan menabrak katoda, terjadi pelepasan sendiri. Tidak seperti lampu katoda panas, dimana lucutannya berbentuk busur, jenis lucutan di CCFL adalah pijar.

Pelepasan dipertahankan oleh apa yang disebut penurunan potensial katoda. Bagian utama dari penurunan potensial (tegangan) dalam pelepasan jatuh di daerah dekat katoda. Ion-ion, yang mengalir melalui celah ini dengan perbedaan potensial yang tinggi, memperoleh energi kinetik yang besar yang cukup untuk menjatuhkan elektron dari katoda. Elektron yang dikeluarkan, karena perbedaan potensial yang sama, dipercepat kembali ke pelepasan, menghasilkan pasangan ion dan elektron baru di sana. Ion dari pasangan ini kembali ke katoda, dipercepat oleh penurunan tegangan antara pelepasan dan katoda, dan sekali lagi melumpuhkan elektron.

Energi arus listrik menyebabkan peralihan merkuri dalam lampu dari keadaan cair ke keadaan gas. Ketika elektron bertabrakan dengan atom merkuri, energi dilepaskan, yang disebabkan oleh kembalinya atom dari keadaan tidak stabil ke keadaan stabil. Dalam hal ini, radiasi intens terjadi di wilayah ultraviolet, bagian ultraviolet sekitar 60% dari total radiasi.

Cahaya tampak dihasilkan oleh lapisan fosfor yang diendapkan pada permukaan bagian dalam kaca. Foton ultraviolet yang dilepaskan oleh merkuri menggairahkan atom dalam lapisan fosfor, meningkatkan tingkat energi elektron. Ketika elektron kembali ke tingkat energi semula, atom-atom dalam lapisan menghasilkan energi dalam bentuk foton cahaya tampak. Fosfor adalah komponen penting lampu, karakteristik spektrum radiasi bergantung padanya. Spektrum CCFL sangat tidak rata, dengan puncak sempit yang jelas. Bahkan penggunaan lapisan fosfor multi-lapisan (yang merusak kecerahan maksimum) tidak memungkinkan Anda untuk "menyalip" monitor kinescope dalam hal gamut warna. Oleh karena itu, untuk mencapai gamut warna yang dapat diterima, saat membuat panel, juga perlu memilih filter warna secara akurat, yang jalur lintasannya harus sesuai sebanyak mungkin dengan puncak spektrum emisi lampu.

Idealnya, kombinasi sumber warna primer monokromatik dan filter warna berkualitas tinggi dapat memberikan gamut warna maksimum. Apa yang disebut LED laser dapat mengklaim peran sumber cahaya "kuasi-monokromatik", tetapi teknologi produksinya belum memastikan keuntungan penggunaannya dalam modul lampu latar. Oleh karena itu, pada saat ini Gamut warna terbaik dapat dicapai dengan modul lampu latar berdasarkan paket LED RGB (lihat di bawah).

Untuk menghasilkan tegangan beberapa ratus volt yang diperlukan untuk pengoperasian lampu, konverter khusus digunakan - inverter. Penyesuaian kecerahan CCFL dilakukan dengan dua cara. Yang pertama adalah mengubah arus pelepasan pada lampu. Nilai arus dalam pelepasan adalah 3-8 mA, sebagian besar lampu memiliki kisaran yang lebih sempit. Pada arus yang lebih rendah, keseragaman pancaran berkurang, pada arus yang lebih tinggi, masa pakai lampu berkurang secara signifikan. Kerugian dari metode penyesuaian ini adalah memungkinkan Anda untuk mengubah kecerahan dalam kisaran yang sangat kecil, tidak mungkin untuk menguranginya secara signifikan. Oleh karena itu, monitor dengan penyesuaian ini, saat bekerja dalam kondisi cahaya sekitar rendah, seringkali menjadi sangat terang bahkan pada kecerahan nol. Dalam metode kedua, modulasi lebar-pulsa (PWM) dari tegangan yang memasok lampu dihasilkan (lebarnya dikontrol, yaitu durasi pulsa, dengan mengubah lebar pulsa tunggal, level tegangan rata-rata disesuaikan.) . Kerugian dari metode ini kadang-kadang dikaitkan dengan munculnya lampu yang berkedip ketika menerapkan PWM pada frekuensi rendah 200 Hz ke bawah, pada kenyataannya, kontrol PWM adalah pendekatan yang paling masuk akal, karena memungkinkan Anda untuk mengubah kecerahan pada rentang yang luas. .

Untuk mendistribusikan cahaya lampu secara merata, digunakan sistem pemandu cahaya, diffuser, dan prisma. Ada banyak opsi untuk mengatur distribusi cahaya, salah satunya ditunjukkan pada Gambar 12.

Solusi dengan penataan lampu di sisi atas dan bawah panel adalah yang paling umum, pengaturan seperti itu dapat secara signifikan mengurangi ketebalan produk secara keseluruhan. Modul 17" dan 19" biasanya memiliki empat lampu, dua di atas dan dua di bawah. Ada lubang teknologi khusus di bagian ujung bodi panel tersebut, jadi tidak perlu membongkar bodi untuk melepas lampu (Gbr. 13-b). Lampu dengan pengaturan ini sering digabungkan menjadi dua balok (Gbr. 13-a).

Pilihan lainnya adalah penempatan lampu di seluruh area sisi belakang modul (Gbr. 13-c) solusi ini digunakan pada panel multi-lampu dengan delapan lampu atau lebih, serta saat menggunakan U- berbentuk CCFL.

Masa pakai lampu minimum saat ini umumnya dikutip oleh produsen panel antara empat puluh dan lima puluh ribu jam (masa pakai didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan lampu untuk kehilangan 50% luminositas).

...berdasarkan LED

Selain lampu neon, dioda pemancar cahaya (LED) juga dapat digunakan sebagai sumber cahaya. Modul lampu latar berbasis LED dibangun di atas LED "putih" atau pada paket LED warna primer (RGB-LED).

Paket RGB-LED menyediakan gamut warna terbesar. Faktanya adalah LED "putih" adalah LED biru dengan lapisan fosfor kuning, atau LED ultraviolet dengan kombinasi lapisan fosfor "merah", "hijau", dan "biru". Spektrum LED "putih" tidak lepas dari semua kekurangan spektrum lampu neon. Selain itu, tidak seperti LED "putih", paket RGB-LED memungkinkan Anda menyesuaikan suhu warna lampu latar secara online dengan mengontrol intensitas cahaya setiap kelompok LED warna primer secara terpisah.

Akibatnya, dua tujuan tercapai:

• memperluas gamut warna karena spektrum lampu latar yang lebih ideal,
• kemungkinan kalibrasi warna diperluas: ke metode standar berdasarkan tabel konversi koordinat warna untuk piksel gambar, kemungkinan untuk mengoreksi keseimbangan warna lampu latar ditambahkan.

kecuraman besar karakteristik volt-ampere LED tidak memungkinkan Anda menyesuaikan kecerahan radiasi dengan lancar dalam rentang yang luas. Tetapi karena perangkat memungkinkan pengoperasian dalam mode pulsa, dalam praktiknya, metode modulasi lebar pulsa paling sering digunakan untuk mengatur kecerahan LED (seperti untuk lampu neon).

Oleg Medvedev, Maxim Proskurnya

Saat ini, teknologi tidak berhenti, mereka berkembang pesat, berkat semakin banyak perangkat baru, luar biasa, dan berteknologi tinggi yang memasuki dunia. Ini juga berlaku untuk teknologi pembuatan monitor LCD, yang saat ini paling banyak digunakan dan memiliki prospek terbesar. Tapi apa perangkat monitor LCD dan apa kelebihannya? Inilah yang akan dibahas dalam publikasi ini.

1. Apa itu monitor LCD

Untuk memulainya, ada baiknya memahami apa itu monitor LCD. Untuk melakukan ini, Anda perlu memahami apa itu layar LCD. Seperti yang mungkin sudah Anda duga, LCD adalah sejenis singkatan, nama lengkapnya berbentuk sebagai berikut - Liquid Crystal Display. Diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia, ini berarti layar kristal cair. Dengan demikian, menjadi jelas bahwa LCD dan LCD adalah satu dan sama.

Teknologi ini didasarkan pada penggunaan molekul kristal cair khusus yang memiliki sifat unik. Monitor semacam itu memiliki sejumlah keunggulan yang tak terbantahkan. Untuk memahaminya, ada baiknya menganalisis secara lebih rinci prinsip pengoperasian monitor LCD.

2. Perangkat monitor LCD dan prinsip pengoperasiannya

Seperti disebutkan di atas, zat khusus yang disebut cyanophenyls digunakan untuk membuat layar LCD. Mereka berada dalam keadaan cair, tetapi pada saat yang sama mereka memiliki sifat unik yang melekat pada benda kristal. Faktanya, ini adalah cairan yang memiliki sifat anisotropi, khususnya sifat optik. Sifat-sifat ini terkait dengan keteraturan dalam orientasi molekul.

Prinsip pengoperasian monitor kristal cair didasarkan pada sifat polarisasi molekul kristal. Molekul-molekul ini hanya mampu mentransmisikan komponen cahaya itu, vektor induksi elektromagnetik yang terletak di bidang optik paralel polaroid (molekul kristal). Kristal tidak mengirimkan spektrum cahaya lainnya. Dengan kata lain, cyanophenyls adalah filter cahaya yang hanya mentransmisikan spektrum cahaya tertentu - salah satu warna primer. Efek ini disebut polarisasi cahaya.

Karena fakta bahwa molekul kristal cair yang panjang mengubah lokasinya tergantung pada listrik Medan gaya, menjadi mungkin untuk mengontrol polarisasi. Artinya, tergantung pada kekuatan medan elektromagnetik yang bekerja pada cyenophenyls, mereka mengubah lokasi dan bentuknya, sehingga mengubah sudut pembiasan cahaya dan mengubah polarisasinya. Karena kombinasi sifat elektro-optik kristal dan kemampuan untuk mengambil bentuk bejana, molekul semacam itu disebut kristal cair.

Pada properti inilah prinsip pengoperasian monitor LCD didasarkan. Karena perubahan kekuatan medan elektromagnetik, molekul kristal cair mengubah posisinya. Dengan demikian, sebuah gambar terbentuk.

2.1. matriks LCD

Matriks monitor LCD adalah susunan yang terdiri dari banyak segmen kecil, yang disebut piksel. Masing-masing piksel ini dapat dikontrol secara terpisah, sehingga muncul gambar tertentu. Matriks monitor LCD terdiri dari beberapa lapisan. Peran kunci dimiliki oleh dua panel, yang terbuat dari bahan kaca yang bebas sodium dan benar-benar murni. Bahan ini disebut substrat (atau pada orang - substrat). Di antara dua lapisan inilah lapisan kristal cair tertipis berada.

Selain itu, panel memiliki alur khusus yang mengontrol kristal, memberi mereka orientasi (posisi) yang diinginkan. Alur-alur ini sejajar satu sama lain pada panel dan tegak lurus dengan susunan alur pada panel lainnya. Artinya, mereka horizontal di satu panel dan vertikal di panel lainnya. Jika Anda melihat layar melalui kaca pembesar, Anda dapat melihat garis-garis tertipis (vertikal dan horizontal). Mereka membentuk kotak kecil - ini adalah piksel. Bentuknya juga bulat, tetapi sebagian besar berbentuk persegi.

Penerangan panel kristal cair dapat diimplementasikan dengan dua cara:

• Refleksi cahaya;
• Lintasan cahaya.

Dalam hal ini, bidang polarisasi fluks cahaya dapat diputar 90˚ pada saat melewati satu panel.

Dalam kasus medan listrik, molekul kristal sebagian berbaris vertikal di sepanjang medan ini. Dalam hal ini, sudut rotasi bidang polarisasi fluks cahaya berubah menjadi berbeda dari 90˚. Ini memungkinkan cahaya melewati molekul tanpa hambatan.

Rotasi pesawat seperti itu sama sekali tidak mungkin untuk diperhatikan dengan mata telanjang. Karena itu, ada kebutuhan untuk menambahkan dua lapisan lain ke panel kaca, yang berperan sebagai filter polarisasi. Mereka hanya mentransmisikan spektrum sinar cahaya seperti itu, sumbu polarisasi yang sesuai dengan nilai yang ditetapkan. Dengan kata lain, karena panel tambahan, saat cahaya melewati polarisator, maka akan dilemahkan. Intensitas cahaya tergantung pada sudut antara bidang polarisasi (panel tambahan) dan sumbu polarisator (panel kaca utama).

Jika tidak ada tegangan, maka sel akan benar-benar transparan, karena polarisator pertama hanyalah cahaya yang memiliki arah polarisasi yang sesuai. Arah polarisasi ditentukan oleh molekul kristal cair, dan pada saat cahaya mencapai polarisator kedua, cahaya sudah akan diputar untuk melewatinya tanpa kesulitan.

Dalam kasus aksi medan listrik, rotasi vektor polarisasi dilakukan dengan sudut yang lebih kecil. Ini, pada gilirannya, membuat polarisator kedua sebagian transparan terhadap aliran cahaya. Jika kita membuat rotasi bidang polarisasi dalam molekul kristal cair sama sekali tidak ada, maka cahaya akan diserap sepenuhnya oleh polarisator kedua. Dengan kata lain, saat menerangi bagian belakang layar, bagian depan akan berayun sepenuhnya hitam.

2.2. Kontrol polarisasi pada monitor LCD menggunakan elektroda

Mengingat hal ini, pengembang telah melengkapi layar dengan jumlah elektroda yang cukup yang menciptakan medan elektromagnetik berbeda di bagian layar yang terpisah (di setiap piksel). Berkat solusi ini, mereka telah mencapai kemampuan, dalam kondisi kontrol yang tepat dari potensi elektroda ini, untuk mereproduksi huruf pada layar tampilan, dan bahkan gambar multi-warna yang rumit. Elektroda ini dapat berbentuk apa saja dan terletak di plastik transparan.

Berkat inovasi modern dalam teknologi, elektrodanya sangat kecil - praktis tidak terlihat oleh mata telanjang. Karena itu, elektroda dalam jumlah yang cukup besar dapat ditempatkan pada area tampilan yang relatif kecil, yang memungkinkan untuk meningkatkan resolusi layar LCD. Ini, pada gilirannya, memungkinkan Anda meningkatkan kualitas gambar yang ditampilkan dan mereproduksi bahkan gambar yang paling rumit sekalipun.

2.3. Mendapatkan gambar berwarna

Prinsip pengoperasian monitor kristal cair terletak pada proses yang agak rumit. Namun, berkat ini, pengguna mendapatkan gambar berkualitas tinggi di monitornya. Untuk menampilkan gambar berwarna, LCD membutuhkan lampu latar untuk memungkinkan cahaya datang dari bagian belakang layar. Ini memungkinkan pengguna untuk melihat kualitas gambar setinggi mungkin, bahkan di lingkungan yang gelap.

Prinsip pengoperasian monitor LCD untuk menampilkan gambar berwarna didasarkan pada penggunaan tiga warna primer yang sama:

• Biru;
• Hijau;
• Merah.

Untuk mendapatkan spektrum ini, tiga filter digunakan untuk menyaring sisa spektrum radiasi tampak. Dengan menggabungkan warna-warna ini untuk setiap piksel (sel), dimungkinkan untuk menampilkan gambar berwarna yang lengkap.

Sampai saat ini, ada dua cara untuk mendapatkan gambar berwarna:

• Menggunakan beberapa filter ditempatkan satu di belakang yang lain. Ini menghasilkan sebagian kecil dari cahaya yang ditransmisikan.
• Menggunakan sifat-sifat molekul kristal cair. Untuk memantulkan (atau menyerap) radiasi dengan panjang yang diinginkan, Anda dapat mengubah kekuatan tegangan medan elektromagnetik, yang memengaruhi susunan molekul kristal cair, sehingga menyaring radiasi.

Setiap pabrikan memilih opsinya sendiri untuk mendapatkan gambar berwarna. Perlu dicatat bahwa metode pertama lebih sederhana, tetapi yang kedua lebih efektif. Perlu juga dicatat bahwa untuk meningkatkan kualitas gambar pada layar LCD modern yang memiliki resolusi layar tinggi, teknologi STN digunakan, yang memungkinkan Anda memutar bidang polarisasi cahaya dalam kristal sebesar 270˚. Jenis matriks lain seperti TFT dan IPS juga telah dikembangkan.

Ini adalah TFT dan matriks IPS adalah yang paling banyak digunakan saat ini.

TFT adalah singkatan dari Thin Film Transistor. Dengan kata lain, itu adalah transistor film tipis yang menggerakkan piksel. Ketebalan transistor semacam itu adalah 0,1-0,01 mikron. Berkat teknologi ini, dimungkinkan untuk mencapai kualitas gambar yang lebih tinggi dengan mengontrol setiap piksel.

Teknologi IPS adalah pengembangan terbaru untuk mencapai kualitas gambar tertinggi. Ini memberikan sudut pandang maksimum, tetapi memiliki waktu respons yang lebih lama. Artinya, bereaksi lebih lambat terhadap perubahan voltase. Namun, perbedaan waktu antara 5 ms dan 14 ms sama sekali tidak terlihat.

Sekarang Anda tahu cara kerja monitor LCD. Namun, itu belum semuanya. Ada yang namanya kecepatan refresh layar.

3. Kecepatan refresh layar LCD

Kecepatan penyegaran layar adalah karakteristik yang menunjukkan jumlah kemungkinan perubahan gambar per detik - jumlah frame per detik. Indikator ini diukur dalam Hz. Kecepatan penyegaran layar memengaruhi kualitas gambar, khususnya kelancaran gerakan. Batas frekuensi maksimum yang terlihat adalah 120 Hz. Kami tidak akan dapat melihat frekuensi di atas batas ini, jadi tidak ada gunanya meningkatkannya. Namun, agar monitor dapat beroperasi pada frekuensi seperti itu, diperlukan kartu video yang kuat yang dapat menghasilkan 120 Hz yang sama dengan margin.

Selain itu, kecepatan refresh layar memengaruhi organ penglihatan dan bahkan jiwa. Efek ini diekspresikan terutama pada kelelahan mata. Dengan frekuensi kedipan yang rendah, mata cepat lelah dan mulai terasa sakit. Selain itu, kejang dapat terjadi pada orang yang memiliki kecenderungan epilepsi. Namun, monitor LCD modern menggunakan lampu khusus untuk lampu latar matriks, yang memiliki frekuensi lebih dari 150 Hz, dan kecepatan refresh yang ditunjukkan lebih memengaruhi kecepatan perubahan gambar, tetapi bukan kedipan layar. Oleh karena itu, monitor LCD memiliki efek paling kecil pada organ penglihatan dan tubuh manusia.

4. Cara kerja LCD: Video

4.1. Frekuensi monitor yang diperlukan untuk menonton 3D

Untuk menggunakan kacamata 3D aktif dan terpolarisasi, digunakan matriks LCD dengan kecepatan refresh layar 120 Hz. Ini diperlukan untuk memisahkan gambar untuk setiap mata, sedangkan frekuensi untuk setiap mata harus minimal 60 Hz. Monitor dengan frekuensi 120 Hz juga dapat digunakan untuk film atau game 2D biasa. Pada saat yang sama, kehalusan gerakan terasa lebih baik daripada monitor dengan frekuensi 60 Hz.

Selain itu, monitor semacam itu menggunakan lampu khusus atau lampu latar LED (light emitting diode), yang bahkan lebih frekuensi tinggi berkedip, yaitu sekitar 480 Hz. Ini, pada gilirannya, secara signifikan mengurangi beban pada organ penglihatan.

Di monitor modern, Anda dapat menemukan dua metode untuk menerapkan lampu latar matriks:

• LED - lampu latar LED;
• Lampu neon.

Semua produsen besar bergerak untuk menggunakan Lampu latar LED, karena memiliki keunggulan yang signifikan dibandingkan lampu neon. Mereka lebih terang, lebih kompak, lebih ekonomis dan mencapai distribusi cahaya yang lebih merata.

Melalui penggunaan teknologi terbaru Monitor LCD sama sekali tidak kalah dengan pesaing langsungnya - panel plasma, dan dalam beberapa kasus bahkan mengungguli mereka.

Dari seri Inside Look, kami berbicara tentang hal-hal sehari-hari, tetapi terlepas dari banyaknya materi yang diterima ke arah ini selama sebulan terakhir, mari kembali ke topik terkait TI.

Khusus untuk Hari Pembela Tanah Air, layar LCD dan E-Ink tergeletak di meja persiapan, yang entah bagaimana, saya dapatkan dalam bentuk yang agak usang.

Bagaimana anton melempar telepon ke dinding, serta hasil analisis layar yang cermat, baca di bawah potongan.

Kata pengantar

Dahulu kala hiduplah Anton Gorodetsky.
Istrinya meninggalkannya, dia tidak sedih kekanak-kanakan ...

Beginilah lagu terkenal grup Umaturman dimulai. Kisah yang sama dimulai dengan studi tentang pajangan. Setelah publikasi pertama tentang Habré, teman saya, seorang mahasiswa pascasarjana FNM MGU, mendatangi saya dan berkata: "Saya merusak ponsel saya di sini, apakah Anda ingin memotongnya?" Saya terkejut karena pria ini selalu membawa telepon berbahasa Mandarin, yang menurut saya praktis tidak bisa dihancurkan. Sesampainya di rumah suatu hari, anton, karena kebiasaan, melempar telepon ke dalam lemari, tetapi, tampaknya, tanpa menghitung sesuatu, dia membentur tepi rak dengan pajangan.

Menyadari kehilangannya yang menggelikan karena kehilangan ponselnya dan mengingat suasana hati yang buruk pada hari itu, dia bertindak seperti pria sejati, melemparkan ponsel tak bernyawa ke dinding beton berulang kali. Ketika sisa-sisa sampai pada saya, setengah dari telepon Cina hilang begitu saja, layarnya ditutupi dengan retakan kecil.
Saya harus menundanya hingga waktu yang lebih baik (seperti yang saya yakini, sampai seseorang melakukan hal yang sama dengan iPhone atau smartphone sensitif sentuhan lainnya) dan mulai mengerjakan HDD dan CD, lalu bola lampu, flash drive, dll.

Setelah beberapa saat, tetangga saya membawakan saya layar E-Ink yang retak. Temannya bangkrut kaca tipis di pembaca terkenal dengan nomor seri 601 saat bermain airsoft, tampaknya, dan memberi pembaca hampir tanpa biaya untuk perbaikan dan pemulihan.

Ini sudah lebih menarik, kedua teknologi dapat dibandingkan satu sama lain, coba lihat subpiksel RGB dan mikrokapsul tempat partikel bermuatan mengapung. Tapi saya berharap mendapatkan smartphone dengan sensor kapasitif untuk membandingkannya dan sensor resistif ponsel Cina pada saat yang bersamaan.

Maka Vasily (seorang rekan ilmiah di salah satu laboratorium fakultas), setelah datang ke ChemFak dari Chernogolovka dan melihat apa yang sebenarnya saya lakukan dengan mikroskop elektron, mengatakan bahwa dia siap untuk menyumbangkan ponsel dari produsen terkenal Korea. dengan tampilan yang sedikit usang untuk dibongkar dan dipotong dengan tanda "Demi sains, tidak ada yang disayangkan."

Terlepas dari semua jaminan bahwa sensornya kapasitif, ternyata resistif, meskipun desainnya lebih canggih daripada panel sentuh ponsel China. Detail penting diperoleh dari ponsel ini, yang menunggu di sayap untuk dipotong - matriks kamera foto / video ...

Bagian teoretis

Bagaimana cara kerja layar LCD?

Kita semua telah menggunakan TV layar datar, monitor, telepon, telepon pintar begitu lama sehingga kita sudah melupakannya sekali. pemantau yang baik beratnya 10-15 kilogram (kami masih memiliki satu mastodon seperti itu dan, yang terpenting, berfungsi dengan baik!).

Semua ini menjadi mungkin berkat penemuan seabad yang lalu (kristal cair ditemukan pada tahun 1888) dan perkembangan teknologi dalam 30-40 tahun terakhir (1968 - perangkat untuk menampilkan informasi menggunakan LCD, 1970-an - ketersediaan cairan secara umum kristal). Banyak hal tentang kristal cair dan monitor LCD dapat ditemukan di Wiki.

Jadi, hampir semua monitor LCD terdiri dari bagian utama berikut: matriks aktif, yang merupakan kumpulan transistor yang membentuk gambar, lapisan kristal cair dengan filter yang memancarkan cahaya atau tidak, dan sistem lampu latar, yang saat ini dicoba untuk mengkonversi ke LED. Meskipun pada Asus G2S "lama" saya, tampilan dengan kualitas luar biasa diterangi oleh lampu neon.

Bagaimana cara kerjanya? Cahaya yang datang dari sumber (LED atau lampu) melalui pelat pandu gelombang transparan khusus tersebar sedemikian rupa sehingga seluruh matriks memiliki penerangan yang sama di seluruh areanya. Selanjutnya, foton melewati filter polarisasi, yang hanya memungkinkan gelombang dengan polarisasi tertentu untuk melewatinya. Kemudian, menembus substrat kaca, di mana matriks aktif transistor film tipis berada, cahaya memasuki molekul kristal cair.

Molekul ini menerima "perintah" dari transistor di bawahnya, dengan sudut berapa untuk memutar polarisasi gelombang cahaya, sehingga, setelah melewati filter polarisasi lain, ia mengatur intensitas pancaran subpiksel individu. Lapisan filter cahaya (merah, hijau atau biru) bertanggung jawab atas pewarnaan subpiksel. Saat dicampur, gelombang dari tiga subpiksel yang tidak terlihat oleh mata manusia membentuk piksel gambar dengan warna dan intensitas tertentu.

a) Perangkat skematis layar LCD, b) perangkat film kristal cair secara detail.

Sangat jelas, menurut saya, ini ditunjukkan dalam video Sharp:

Selain teknologi LCD + TFT yang mapan (transistor film tipis - transistor film tipis), ada teknologi dioda pemancar cahaya organik OLED + TFT yang dipromosikan secara aktif, yaitu AMOLED - matriks aktif OLED. Perbedaan utama dari yang terakhir adalah bahwa dioda pemancar cahaya organik tiga warna memainkan peran sebagai polarizer, lapisan LCD, dan filter cahaya.

Faktanya, ini adalah molekul yang mampu memancarkan cahaya saat arus listrik mengalir, dan bergantung pada jumlah arus yang mengalir, mengubah intensitas warna, seperti yang terjadi pada LED konvensional. Dengan melepas polarizer dan LCD dari panel, kita berpotensi membuatnya lebih tipis, dan yang paling penting, fleksibel!

Apa itu panel sentuh?

Karena sensor saat ini lebih banyak digunakan dengan layar LCD dan OLED, saya pikir akan lebih baik untuk segera membicarakannya.

Sangat Detil Deskripsi layar sentuh atau panel sentuh diberikan (sumbernya pernah hidup, tetapi entah kenapa menghilang), jadi saya tidak akan menjelaskan semua jenis panel sentuh, saya hanya akan fokus pada dua yang utama: resistif dan kapasitif.

Mari kita mulai dengan sensor resistif. Ini terdiri dari 4 komponen utama: panel kaca (1), sebagai pembawa keseluruhan panel sentuh, dua membran polimer transparan dengan lapisan resistif (2, 4), lapisan mikroinsulator (3) yang memisahkan membran ini, dan 4, 5 atau 8 kabel, yang bertanggung jawab untuk "membaca" sentuhan.

Skema perangkat sensor resistif

Saat kita menekan sensor semacam itu dengan kekuatan tertentu, membran bersentuhan, sirkuit listrik ditutup, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, resistansi diukur, yang selanjutnya diubah menjadi koordinat:

Prinsip menghitung koordinat untuk tampilan resistif 4 kabel ()

Semuanya sangat sederhana.

Penting untuk mengingat dua hal: a) sensor resistif pada banyak telepon Cina adalah sama kualitas tinggi, hal ini mungkin disebabkan oleh jarak yang tidak rata antara membran atau mikroinsulator berkualitas rendah, yaitu, "otak" ponsel tidak dapat secara memadai mengubah resistansi terukur menjadi koordinat; b) sensor semacam itu membutuhkan penekanan yang tepat, mendorong satu membran ke membran lainnya.

Sensor kapasitif agak berbeda dari sensor resistif. Perlu segera disebutkan bahwa kita hanya akan berbicara tentang sensor kapasitif proyeksi, yang sekarang digunakan di iPhone dan lainnya. perangkat portabel.

Prinsip pengoperasian layar sentuh semacam itu cukup sederhana. Kisi elektroda diterapkan di sisi dalam layar, dan sisi luarnya dilapisi, misalnya, dengan ITO - oksida timah indium kompleks. Saat kita menyentuh kaca, jari kita membentuk kapasitor kecil dengan elektroda seperti itu, dan pemrosesan elektronik mengukur kapasitansi kapasitor ini (memberikan pulsa arus dan mengukur voltase).

Karenanya, sensor kapasitif hanya bereaksi terhadap sentuhan yang kuat dan hanya terhadap objek konduktif, yaitu dari sentuhan dengan paku, layar seperti itu akan bekerja setiap saat, serta dari tangan yang dibasahi aseton atau mengalami dehidrasi. Mungkin keunggulan utama layar sentuh ini dibandingkan yang resistif adalah kemampuannya membuat alas yang cukup kuat - terutama kaca yang kuat, seperti Gorilla Glass.

Skema pengoperasian sensor kapasitif permukaan ()

Bagaimana cara kerja tampilan E-Ink?

Mungkin, E-Ink jauh lebih sederhana daripada LCD. Sekali lagi, kita berurusan dengan matriks aktif yang bertanggung jawab untuk pembentukan gambar, tetapi tidak ada kristal LCD dan lampu latar, sebaliknya ada kerucut dengan dua jenis partikel: hitam bermuatan negatif dan putih bermuatan positif. Gambar dibentuk dengan menerapkan perbedaan potensial tertentu dan mendistribusikan ulang partikel di dalam mikrokon tersebut, hal ini ditunjukkan dengan jelas pada gambar di bawah ini:

Di atas adalah diagram pengoperasian tampilan E-Ink, di bawah ini adalah fotomikrograf asli dari tampilan yang berfungsi ()

Jika ini tidak cukup untuk seseorang, prinsip pengoperasian kertas elektronik ditunjukkan dalam video ini:

Selain teknologi E-Ink, ada teknologi SiPix yang hanya memiliki satu jenis partikel, dan "isiannya" sendiri berwarna hitam:

Skema pengoperasian tampilan SiPix ()

Bagi yang serius ingin berkenalan dengan kertas elektronik "magnetik", silakan ke sini, pernah ada artikel bagus di Perst.

Bagian praktis

Ponsel Cina vs ponsel cerdas Korea (sensor resistif)

Setelah obeng yang "rapi" membongkar papan dan layar yang tersisa dari telepon Cina, saya sangat terkejut menemukan salah satu pabrikan Korea terkenal disebutkan di papan utama telepon:

Ponsel Samsung dan Cina adalah satu!

Layar dibongkar dengan hati-hati dan akurat - sehingga semua polarizer tetap utuh, jadi saya tidak bisa tidak bermain dengan mereka dan dengan kakak yang bekerja dari objek yang sedang dibedah dan mengingat bengkel optik:

Beginilah cara kerja 2 filter polarisasi: dalam satu posisi, fluks cahaya praktis tidak melewatinya, ketika diputar 90 derajat, itu sepenuhnya melewati

Harap dicatat bahwa semua lampu latar didasarkan pada hanya empat LED kecil (menurut saya daya totalnya tidak lebih dari 1 W).

Kemudian saya mencari sensor untuk waktu yang lama, dengan tulus percaya bahwa itu adalah soket yang agak tebal. Ternyata justru sebaliknya. Pada ponsel Cina dan Korea, sensornya terdiri dari beberapa lembar plastik, yang berkualitas sangat tinggi dan direkatkan dengan erat ke kaca panel luar:

Di sebelah kiri adalah sensor ponsel Cina, di sebelah kanan adalah ponsel Korea

Sensor resistif telepon Cina dibuat menurut skema "semakin sederhana semakin baik", tidak seperti rekannya yang lebih mahal Korea Selatan. Jika saya salah, maka koreksi saya di komentar, tetapi di sebelah kiri gambar adalah sensor 4-pin yang khas, dan di sebelah kanan adalah sensor 8-pin.

Layar LCD ponsel Cina

Karena tampilan ponsel China masih rusak, dan ponsel Korea hanya sedikit rusak, saya akan mencoba berbicara tentang LCD menggunakan contoh yang pertama. Tetapi untuk saat ini kami tidak akan memecahkannya sepenuhnya, tetapi mari kita lihat di bawah mikroskop optik:

mikrograf optik garis horizontal Layar LCD ponsel Cina. Foto kiri atas memiliki beberapa tipuan terhadap penglihatan kita karena warna yang "salah": garis tipis putih adalah kontaknya.

Satu kabel memberi makan dua baris piksel sekaligus, dan pemisahan di antara keduanya diatur menggunakan "bug listrik" yang sama sekali tidak biasa (foto kanan bawah). Untuk semua ini sirkuit listrik ada filter jalur-cahaya yang dicat dengan warna yang sesuai: merah (R), hijau (G) dan biru (B).

Dari ujung matriks yang berlawanan dengan titik pemasangan kabel, Anda dapat menemukan perincian warna yang serupa, nomor trek, dan semua sakelar yang sama (jika seseorang tercerahkan dalam komentar tentang cara kerjanya, itu akan sangat keren!):

Kamar-kamar-kamar…

Seperti inilah tampilan layar LCD yang berfungsi di bawah mikroskop:

Itu saja, sekarang kita tidak akan lagi melihat keindahan ini, saya menghancurkannya dalam arti sebenarnya dari kata tersebut, dan setelah sedikit siksaan saya "membagi" satu remah tersebut menjadi dua bagian kaca yang terpisah, di mana bagian utama dari tampilan terdiri ...

Sekarang Anda dapat melihat trek filter individual. Saya akan berbicara tentang "bintik-bintik" gelap pada mereka nanti:

Mikrograf optik filter cahaya dengan titik misterius...

Dan sekarang aspek metodologis kecil tentang mikroskop elektron. Pita warna yang sama, tetapi sekarang di bawah sinar mikroskop elektron: warnanya telah hilang! Seperti yang saya katakan sebelumnya (misalnya, di artikel pertama), itu sepenuhnya "hitam dan putih" untuk berkas elektron apakah itu berinteraksi dengan zat berwarna atau tidak.

Tampaknya garis-garis yang sama, tetapi tanpa warna ...

Mari lihat sisi sebaliknya. Ada transistor di atasnya.

Dalam mikroskop optik - dalam warna ...

DAN mikroskop elektron- gambar hitam putih!

Dalam mikroskop optik, ini terlihat sedikit lebih buruk, tetapi SEM memungkinkan Anda untuk melihat tepi setiap subpiksel - ini cukup penting untuk kesimpulan selanjutnya.

Jadi apa area gelap yang aneh ini?! Saya berpikir lama, memutar otak, membaca banyak sumber (mungkin Wiki ternyata yang paling mudah diakses) dan, omong-omong, karena alasan ini, saya menunda rilis artikel pada Kamis, 23 Februari . Dan inilah kesimpulan yang saya dapatkan (mungkin saya salah - koreksi saya!).

Dalam teknologi VA atau MVA, ini adalah salah satu yang paling sederhana, dan menurut saya orang China tidak menemukan sesuatu yang baru: setiap subpiksel harus berwarna hitam. Artinya, tidak ada cahaya yang melewatinya (contoh tampilan yang berfungsi dan tidak berfungsi diberikan), dengan mempertimbangkan fakta bahwa dalam keadaan "normal" (tanpa penerapan pengaruh eksternal) kristal cair salah arah dan tidak tidak memberikan polarisasi yang "perlu", masuk akal untuk mengasumsikan bahwa setiap subpiksel yang terpisah memiliki filmnya sendiri dengan LCD.

Dengan demikian, seluruh panel dirangkai dari satu layar mikro-LCD. Komentar tentang tepi setiap subpiksel cocok di sini secara organik. Bagi saya, ini, di satu sisi, merupakan penemuan tak terduga tepat pada saat mempersiapkan artikel!

Saya menyesal merusak tampilan ponsel Korea: lagipula, kami perlu menunjukkan sesuatu kepada anak-anak dan mereka yang datang ke fakultas kami untuk bertamasya. Saya tidak berpikir ada hal lain yang menarik untuk dilihat.

Selanjutnya, demi memanjakan diri, saya akan memberikan contoh "organisasi" piksel di dua pabrikan komunikator terkemuka: HTC dan Apple. iPhone 3 disumbangkan untuk operasi tanpa rasa sakit oleh orang yang baik hati, dan Keinginan HTC HD sebenarnya milik saya:

Mikrograf tampilan HTC Desire HD

Catatan kecil tentang tampilan HTC: Saya tidak secara khusus mencarinya, tetapi tidak bisakah strip di tengah dua mikrofotograf teratas ini menjadi bagian dari sensor yang sangat kapasitif itu?!

Mikrograf layar iPhone 3

Jika ingatan saya benar, maka HTC memiliki layar superLCD, dan iPhone 3 memiliki LCD biasa. Yang disebut Layar Retina, yaitu LCD, di mana kedua kontak untuk mengalihkan kristal cair berada di bidang yang sama, In-Plane Switching - IPS, sudah dipasang di iPhone 4.

Saya berharap artikel dengan dukungan 3DNews akan segera diterbitkan dengan topik membandingkan berbagai teknologi tampilan. Sementara itu, saya hanya ingin mencatat fakta bahwa tampilan HTC benar-benar tidak biasa: kontak pada masing-masing subpiksel dibuat dengan cara yang tidak standar - entah bagaimana dari atas, tidak seperti iPhone 3.

Dan terakhir, di bagian ini, saya akan menambahkan bahwa dimensi satu subpiksel untuk ponsel China adalah 50 kali 200 mikrometer, HTC - 25 kali 100 mikrometer, dan iPhone - 15-20 kali 70 mikrometer.

E-Ink dari produsen terkenal Ukraina

Mari kita mulai, mungkin, dengan hal-hal yang dangkal - "piksel", atau lebih tepatnya sel yang bertanggung jawab untuk pembentukan gambar:

Mikrograf optik tampilan E-Ink matriks aktif

Ukuran sel semacam itu sekitar 125 mikrometer. Karena kita melihat matriks melalui kaca yang diaplikasikan, saya meminta Anda untuk memperhatikan lapisan kuning di "latar belakang" - ini adalah lapisan emas, yang nantinya harus kita singkirkan.

Maju ke lubang!

Perbandingan "input" horizontal (kiri) dan vertikal (kanan)

Antara lain, banyak hal menarik yang ditemukan pada substrat kaca tersebut. Misalnya, tanda posisi dan kontak, yang tampaknya dimaksudkan untuk menguji tampilan dalam produksi:

Mikrograf optik dari tag dan bantalan uji

Tentu saja, ini tidak sering terjadi dan biasanya merupakan kecelakaan, tetapi tampilan terkadang rusak. Misalnya, retakan yang hampir tidak terlihat ini, kurang dari setebal rambut manusia, dapat selamanya menghilangkan kegembiraan membaca buku favorit Anda tentang Albion yang berkabut di metro Moskow yang pengap:

Jika tampilannya rusak, maka seseorang membutuhkannya ... Bagi saya, misalnya!

Ngomong-ngomong, ini dia, emas yang saya sebutkan - platform halus "dari bawah" sel untuk kontak berkualitas tinggi dengan tinta (tentangnya di bawah). Emas dihilangkan secara mekanis dan inilah hasilnya:

Anda lihat "punya banyak nyali. Mari kita lihat seperti apa mereka!" (Dengan)

Di bawah film emas tipis, komponen kontrol dari matriks aktif disembunyikan, jika Anda bisa menyebutnya begitu.

Tapi yang paling menarik, tentu saja, adalah "tinta" itu sendiri:

SEM mikrograf tinta pada permukaan matriks aktif.

Tentu saja, sulit untuk menemukan setidaknya satu mikrokapsul yang hancur untuk melihat ke dalam dan melihat partikel pigmen "putih" dan "hitam":

Mikrograf SEM dari permukaan "tinta" elektronik

Mikrograf optik "tinta"

Atau ada sesuatu di dalam?

Entah bola yang hancur, atau robek dari polimer pembawa

Ukuran masing-masing bola, yaitu beberapa analog dari subpiksel di E-Ink, hanya bisa 20-30 mikron, yang jauh lebih rendah daripada dimensi geometris subpiksel di layar LCD. Asalkan kapsul semacam itu dapat bekerja dengan setengah ukurannya, maka gambar yang diperoleh pada tampilan E-Ink yang bagus dan berkualitas tinggi jauh lebih menyenangkan daripada pada LCD.

Dan untuk pencuci mulut - video tentang bagaimana tampilan E-Ink bekerja di bawah mikroskop.