Как сделать ЖК-дисплей

Обновлено: 21.11.2024

Жидкокристаллический дисплей, более известный как ЖК-дисплей, представляет собой технологию плоскопанельного дисплея, в которой в основном используются жидкие кристаллы. Хотя жидкие кристаллы не излучают свет напрямую, специалисты используют отражатели или подсветку для получения цветных или монохроматических изображений.

Представьте, что эти жидкие кристаллы и их светомодулирующие свойства зажаты между тонкими стеклами. ЖК-технология дает широкий спектр приложений. Широко известными приложениями являются телевизоры, смартфоны, компьютерные мониторы, дисплеи в кабине экипажа, цифровые вывески и дисплеи с сенсорным экраном. Он также применяется к другим электронным продуктам, таким как DVD-плееры, часы и устройства для видеоигр.

Улучшения в области промышленных сенсорных плоских жидкокристаллических дисплеев

Практически во всех областях и приложениях ЖК-дисплеи заменили более старую и громоздкую технологию отображения, известную как электронно-лучевая трубка или ЭЛТ. LCD предлагает больше вариантов размеров экрана, что делает его гибкость более привлекательной как для потребителя, так и для поставщика. ЖК-экран тонкий и легкий, потребляет меньше энергии, чем ЭЛТ-дисплей.

ЖК-дисплей высокой яркости может потреблять гораздо меньше энергии, чем тяжелый ЭЛТ-экран. Благодаря низкому энергопотреблению во время работы выделяется мало тепла. ЖК-экраны также отображают более четкие изображения, которые невозможно размазать при использовании исходного разрешения. Он также имеет эффект маскировки — сетка ЖК-дисплея может создать иллюзию более высокого качества изображения. Опять же, по сравнению с ЭЛТ-дисплеем ЖК-дисплей предпочтительнее, так как почти не излучает электромагнитное излучение.

Отрасли, которым выгодны ЖК-дисплеи высокой яркости

Многие могут подумать, что ЖК-технологии используются в технологических отраслях больше, чем в любой другой государственной или частной сфере/секторе. Это правда до некоторой степени. Однако фактом является и то, что люди в настоящее время зависят от эффективных и доступных технологий, постоянно развивающихся в современную эпоху; таким образом, любое учреждение или организация, также зависящая от коммерческих инвестиций или услуг, обычно нуждаются в преимуществах, предлагаемых LCD.

ЖК-мониторы с высокой яркостью недороги, что делает их подходящим вариантом для компаний, производящих смартфоны и другие электрические или портативные гаджеты. В мире рекламы коммерческие службы могут использовать светодиодные экраны, поскольку они лучше подходят для крупномасштабных наружных дисплеев. С другой стороны, некоторые компании могут использовать ЖК-дисплеи, если хотят предоставить дисплеи для закрытых помещений.

Технология сенсорного ЖК-дисплея по сравнению со светодиодной

Хотя LCD и LED существенно различаются, LCD чаще используются в сенсорных технологиях. Светодиоды естественным образом излучают больше света, но ЖК-дисплей с высокой яркостью все же может привлечь внимание зрителя. Предприятия, занимающиеся разработкой видеодисплеев, используют ЖК-дисплеи чаще, чем коммерческие предприятия, поскольку они используют эту технологию для разработки ноутбуков, настольных компьютеров и компьютеров «все в одном» с сенсорным экраном. Ноутбуки пользуются растущим спросом из-за их собственных возможностей и преимуществ, и несколько брендов ноутбуков уже начали проводить другие технологические интеграции с ЖК-дисплеями.

Уход за сенсорными ЖК-экранами высокой яркости

ЖК-дисплей по-прежнему считается одним из дорогостоящих компонентов ноутбука, компьютера или смартфона. Потребительские ЖК-экраны хрупкие, их можно легко повредить или поцарапать. ЖК-дисплей с высокой яркостью не будет слишком привлекательным, если у него есть повреждения. Наши промышленные сенсорные ЖК-экраны имеют меньше шансов быть поврежденными, если соблюдать следующие правила ухода:

Избегайте использования ацетона, аммиака, хлористого метила, этилового спирта или кислоты в качестве чистящих средств.
Допустимы предметы домашнего обихода, такие как вода, изопропиловый спирт, нефтяной бензол и уксус, смешанный с водой.
Очистите ЖК-экран мягкой хлопчатобумажной тканью.
Купите компьютерные салфетки и убедитесь, что на упаковке указано, что они предназначены для ЖК-экранов ноутбуков. Эти салфетки могут пригодиться, когда вы спешите или не хотите создавать водно-изопропиловый спирт.
Никогда не распыляйте жидкости непосредственно на экран. Также следует избегать бумажных полотенец.

Если вы ищете решение с сенсорным экраном высокой яркости, обязательно свяжитесь с нашими экспертами по промышленным сенсорным экранам. Faytech North America может ответить на ваши вопросы и помочь найти идеальное решение для ваших конкретных потребностей.

ЖК-панель Sharp с трехсторонним обзором. В зависимости от направления, с которого вы смотрите на него, вы можете увидеть одно из трех разных изображений. Смотрите больше изображений HDTV.

Возможно, вы используете устройства с ЖК-дисплеем (жидкокристаллическим дисплеем) каждый день. Они повсюду вокруг нас — в портативных компьютерах, цифровых часах, микроволновых печах, проигрывателях компакт-дисков и многих других электронных устройствах. ЖК-дисплеи распространены, потому что они предлагают некоторые реальные преимущества по сравнению с другими технологиями отображения.Они тоньше и легче и потребляют гораздо меньше энергии, чем, например, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ).

Но что это за штуки, называемые жидкими кристаллами? Название «жидкий кристалл» звучит как противоречие. Мы думаем о кристалле как о твердом материале, таком как кварц, обычно таком же твердом, как камень, а жидкость, очевидно, отличается. Как какой-либо материал может сочетать в себе эти два качества?

В школе мы узнали, что существует три распространенных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Твердые тела ведут себя так, потому что их молекулы всегда сохраняют свою ориентацию и остаются в одном и том же положении по отношению друг к другу. Молекулы в жидкостях как раз наоборот: они могут менять свою ориентацию и перемещаться в любом месте жидкости. Но есть некоторые вещества, которые могут существовать в странном состоянии, вроде жидкости и вроде твердого тела. Когда они находятся в этом состоянии, их молекулы имеют тенденцию сохранять свою ориентацию, как молекулы в твердом теле, но также перемещаются в разные положения, как молекулы в жидкости. Это означает, что жидкие кристаллы не являются ни твердыми, ни жидкими. Вот так они и получили свое, казалось бы, противоречивое название.

Итак, жидкие кристаллы ведут себя как твердые тела, жидкости или что-то еще? Оказывается, жидкие кристаллы ближе к жидкому состоянию, чем к твердому. Требуется значительное количество тепла, чтобы превратить подходящее вещество из твердого в жидкий кристалл, и требуется лишь немного больше тепла, чтобы превратить тот же самый жидкий кристалл в настоящую жидкость. Это объясняет, почему жидкие кристаллы очень чувствительны к температуре и почему они используются для изготовления термометров и колец настроения. Это также объясняет, почему дисплей ноутбука может вести себя странно в холодную погоду или в жаркий день на пляже.

Жидкие кристаллы нематической фазы

Большинство молекул жидких кристаллов имеют стержнеобразную форму и в целом классифицируются как термотропные или лиотропные.

Так же, как существует множество разновидностей твердых и жидких тел, существует также множество жидкокристаллических веществ. В зависимости от температуры и конкретной природы вещества жидкие кристаллы могут находиться в одной из нескольких различных фаз (см. ниже). В этой статье мы обсудим жидкие кристаллы в нематической фазе, жидкие кристаллы, которые делают ЖК-дисплеи возможными.

Одной из особенностей жидких кристаллов является то, что на них действует электрический ток. Особый вид нематических жидких кристаллов, называемый скрученными нематиками (TN), естественно скрученный. Применение электрического тока к этим жидким кристаллам будет раскручивать их в разной степени, в зависимости от напряжения тока. В ЖК-дисплеях используются эти жидкие кристаллы, потому что они предсказуемо реагируют на электрический ток таким образом, чтобы контролировать прохождение света.

Термотропные жидкие кристаллы реагируют на изменения температуры или, в некоторых случаях, давления. Реакция лиотропных жидких кристаллов, используемых в производстве мыла и моющих средств, зависит от типа растворителя, с которым они смешаны. Термотропные жидкие кристаллы бывают либо изотропными, либо нематическими. Ключевое отличие состоит в том, что молекулы в изотропных жидкокристаллических веществах расположены случайным образом, тогда как нематики имеют определенный порядок или структуру.

Ориентация молекул в нематической фазе основана на директоре. Директором может быть что угодно, от магнитного поля до поверхности с микроскопическими канавками. В нематической фазе жидкие кристаллы можно дополнительно классифицировать по тому, как молекулы ориентируются друг относительно друга. Смектика, наиболее распространенная схема, создает слои молекул. Существует множество вариаций смектической фазы, например смектическая С, в которой молекулы в каждом слое наклонены под углом к предыдущему слою. Другой распространенной фазой является холестерическая, также известная как хиральный нематик. На этом этапе молекулы слегка закручиваются от одного слоя к другому, что приводит к образованию спирали.

Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы (FLC) используют жидкокристаллические вещества, которые имеют хиральные молекулы в расположении смектического типа C, потому что спиральная природа этих молекул обеспечивает микросекундное время отклика переключения, что делает FLC особенно подходящими для современных дисплеев. Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы со стабилизированной поверхностью (SSFLC) прикладывают контролируемое давление с помощью стеклянной пластины, подавляя спираль молекул, чтобы сделать переключение еще более быстрым.

Создание ЖК-дисплея

Создание ЖК-дисплея — это нечто большее, чем просто создание листа жидких кристаллов. Комбинация четырех фактов делает ЖК-дисплеи возможными:

Свет может быть поляризован. (Посмотрите, как работают солнцезащитные очки, чтобы получить интересную информацию о поляризации!)
Жидкие кристаллы могут пропускать и изменять поляризованный свет.
Структура жидких кристаллов может быть изменена электрическим током.
Есть прозрачные вещества, которые могут проводить электричество.

ЖК-дисплей – это устройство, в котором эти четыре факта используются удивительным образом.

Для создания ЖК-дисплея нужно взять два куска поляризованного стекла. На ту сторону стекла, на которой нет поляризационной пленки, натирают специальный полимер, создающий микроскопические бороздки на поверхности. Канавки должны быть в том же направлении, что и поляризационная пленка. Затем вы добавляете покрытие из нематических жидких кристаллов на один из фильтров. Канавки заставят первый слой молекул выровняться с ориентацией фильтра. Затем добавьте второй кусок стекла с поляризационной пленкой под прямым углом к первому. Каждый последующий слой молекул TN будет постепенно скручиваться, пока самый верхний слой не окажется под углом 90 градусов к нижнему, что соответствует фильтрам из поляризованного стекла.

Когда свет попадает на первый фильтр, он поляризуется. Молекулы в каждом слое затем направляют свет, который они получают, к следующему слою. Когда свет проходит через слои жидких кристаллов, молекулы также меняют плоскость колебаний света, чтобы соответствовать их собственному углу. Когда свет достигает дальней стороны жидкокристаллического вещества, он вибрирует под тем же углом, что и последний слой молекул. Если последний слой совместить со вторым поляризованным стеклянным фильтром, то свет будет проходить сквозь него.

Если мы приложим электрический заряд к молекулам жидких кристаллов, они раскрутятся. При распрямлении они изменяют угол проходящего через них света так, что он уже не совпадает с углом верхнего поляризационного фильтра. Следовательно, свет не может проходить через эту область ЖК-дисплея, что делает эту область темнее, чем окружающие области.

Создать простой ЖК-экран проще, чем вы думаете. Начните с описанного выше сэндвича из стекла и жидких кристаллов и добавьте к нему два прозрачных электрода. Например, представьте, что вы хотите создать простейший ЖК-дисплей с одним прямоугольным электродом на нем. Слои будут выглядеть так:

ЖК-дисплей, необходимый для этой работы, очень простой. У него есть зеркало (A) сзади, что делает его отражающим. Затем мы добавляем кусок стекла (В) с поляризующей пленкой на нижней стороне и общую электродную плоскость (С) из оксида индия-олова сверху. Общая электродная плоскость покрывает всю площадь ЖК. Выше находится слой жидкокристаллического вещества (D). Далее идет еще один кусок стекла (E) с электродом в форме прямоугольника внизу и еще одна поляризационная пленка (F) сверху, расположенная под прямым углом к первой.

Электрод подключается к источнику питания, например к батарее. Когда тока нет, свет, проходящий через переднюю часть ЖК-дисплея, просто попадает на зеркало и сразу же отражается обратно. Но когда батарея подает ток на электроды, жидкие кристаллы между электродом общей плоскости и электродом в форме прямоугольника раскручиваются и блокируют прохождение света в этой области. Это заставляет ЖК-дисплей отображать прямоугольник как черную область.

Подсветка против отражения

Обратите внимание, что для нашего простого ЖК-дисплея требовался внешний источник света. Жидкокристаллические материалы не излучают собственного света. Маленькие и недорогие ЖК-дисплеи часто являются отражающими, что означает, что для отображения чего-либо они должны отражать свет от внешних источников света. Посмотрите на ЖК-часы: цифры появляются там, где маленькие электроды заряжают жидкие кристаллы и заставляют слои раскручиваться, чтобы свет не проходил через поляризованную пленку.

Дисплеи большинства компьютеров освещаются встроенными люминесцентными лампами над, рядом, а иногда и за ЖК-дисплеем. Белая рассеивающая панель за ЖК-дисплеем перенаправляет и рассеивает свет равномерно, обеспечивая равномерное отображение. На пути через фильтры, слои жидких кристаллов и слои электродов большая часть этого света теряется — часто больше половины!

В нашем примере у нас была общая плоскость электрода и один стержень электрода, который контролировал, какие жидкие кристаллы реагируют на электрический заряд. Если вы возьмете слой, содержащий один электрод, и добавите еще несколько, вы сможете начать создавать более сложные изображения.

ЖК-экраны с общей плоскостью хорошо подходят для простых дисплеев, на которых необходимо многократно отображать одну и ту же информацию. К этой категории относятся часы и таймеры для микроволновых печей. Хотя показанная ранее шестиугольная форма стержня является наиболее распространенной формой расположения электродов в таких устройствах, возможна практически любая форма. Просто взгляните на некоторые недорогие портативные игры: игральные карты, инопланетяне, рыбы и игровые автоматы — это лишь некоторые из форм электродов, которые вы увидите.

Сегодня ЖК-дисплеи есть везде, куда бы мы ни посмотрели, но они появились не сразу. Потребовалось много времени, чтобы перейти от открытия жидких кристаллов к множеству приложений для ЖК-дисплеев, которыми мы сейчас наслаждаемся. Жидкие кристаллы были открыты в 1888 году австрийским ботаником Фридрихом Райнитцером.Рейницер заметил, что когда он расплавлял любопытное вещество, похожее на холестерин (холестерилбензоат), оно сначала превращалось в мутную жидкость, а затем становилось светлее при повышении температуры. После охлаждения жидкость становилась синей перед окончательной кристаллизацией. Прошло восемьдесят лет, прежде чем RCA выпустила первый экспериментальный ЖК-дисплей в 1968 году. С тех пор производители ЖК-дисплеев неуклонно разрабатывали оригинальные вариации и усовершенствования технологии, выводя ЖК-дисплеи на невероятный уровень технической сложности. И есть все основания полагать, что в будущем мы продолжим получать удовольствие от новых ЖК-разработок!

Пассивная и активная матрица

ЖК-экраны с пассивной матрицей используют простую сетку для передачи заряда определенному пикселю на дисплее. Создание сетки — это довольно сложный процесс! Он начинается с двух стеклянных слоев, называемых подложками. На одной подложке представлены столбцы, а на другой - строки из прозрачного проводящего материала. Обычно это оксид индия-олова. Ряды или столбцы подключены к интегральным схемам, которые контролируют, когда заряд отправляется вниз по определенному столбцу или ряду. Жидкокристаллический материал помещается между двумя стеклянными подложками, а на внешнюю сторону каждой подложки добавляется поляризующая пленка. Чтобы включить пиксель, интегральная схема посылает заряд по правильному столбцу одной подложки, а заземление активируется по правильному ряду другой. Строка и столбец пересекаются в указанном пикселе, и это создает напряжение для раскручивания жидких кристаллов в этом пикселе.

Простота системы с пассивной матрицей прекрасна, но у нее есть существенные недостатки, особенно большое время отклика и неточное управление напряжением. Время отклика относится к способности ЖК-дисплея обновлять отображаемое изображение. Самый простой способ наблюдать медленное время отклика ЖК-дисплея с пассивной матрицей — быстро перемещать указатель мыши с одной стороны экрана на другую. Вы заметите серию «призраков», следующих за указателем. Неточное управление напряжением мешает пассивной матрице воздействовать только на один пиксель за раз. Когда для раскручивания одного пикселя подается напряжение, окружающие его пиксели также частично раскручиваются, из-за чего изображения выглядят нечеткими и неконтрастными.

ЖК-экраны с активной матрицей основаны на тонкопленочных транзисторах (TFT). По сути, TFT представляют собой крошечные переключающие транзисторы и конденсаторы. Они расположены в виде матрицы на стеклянной подложке. Для обращения к определенному пикселю включается соответствующая строка, а затем заряд передается по нужному столбцу. Поскольку все остальные строки, которые пересекает столбец, выключены, только конденсатор в обозначенном пикселе получает заряд. Конденсатор способен удерживать заряд до следующего цикла обновления. И если мы тщательно контролируем количество напряжения, подаваемого на кристалл, мы можем раскрутить его ровно настолько, чтобы пропустить немного света.

Выполняя это с очень точными и очень маленькими приращениями, ЖК-дисплеи могут создавать шкалу серого. Большинство современных дисплеев поддерживают 256 уровней яркости на пиксель.

Жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи) состоят из жидких кристаллов, активируемых электрическим током. Чаще всего они используются для отображения одной или нескольких строк буквенно-цифровой информации на различных устройствах: факсимильные аппараты, экраны портативных компьютеров, счетчики вызовов автоответчиков, научные приборы, портативные проигрыватели компакт-дисков, часы и т. д. Самый дорогой и продвинутый тип — дисплеи с активной матрицей — даже используются в качестве экранов для портативных цветных телевизоров. Со временем их можно будет широко использовать для больших экранов телевизоров высокой четкости.

Основой ЖК-технологии являются жидкие кристаллы, вещества, состоящие из сложных молекул. Как и вода, жидкие кристаллы затвердевают при низких температурах. Также как вода, они тают, когда вы их нагреваете. Но когда лед тает, он превращается в прозрачную, легко текущую жидкость. Однако жидкие кристаллы превращаются в мутную жидкость, сильно отличающуюся от таких жидкостей, как вода, спирт или растительное масло. При несколько более высоких температурах мутность исчезает, и они выглядят почти как любые другие жидкости.

Когда жидкий кристалл представляет собой твердое тело, его молекулы выстраиваются параллельно друг другу. В промежуточной мутной фазе (жидкой) молекулы еще сохраняют эту более или менее параллельную ориентацию. Как и в любой жидкости, молекулы могут свободно перемещаться, но они имеют тенденцию «выстраиваться» в одном направлении, отражая свет и вызывая мутный вид. Более высокие температуры, как правило, взбалтывают молекулы и делают жидкость прозрачной.

В ЖК-дисплее электрический ток используется для переключения сегментов жидких кристаллов из прозрачной фазы в мутную, причем каждый сегмент является частью числа или буквы. Сегменты также могут быть в форме крошечных точек или пикселей и могут быть расположены в строках и столбцах. Они включаются и выключаются индивидуально, чтобы блокировать или пропускать поляризованный свет. Когда свет блокируется, на отражающем экране создается темное пятно.

Существует два основных типа ЖК-дисплеев: пассивная матрица и более новая активная матрица (AMLCD). Более яркие и легко читаемые дисплеи с активной матрицей используют транзисторы за каждым пикселем для повышения качества изображения. Однако производственный процесс для AMLCD намного сложнее, чем для ЖК-дисплеев с пассивной матрицей. Целых 50 процентов сделанных теперь должны быть выброшены из-за несовершенства. Одного недостатка достаточно, чтобы испортить AMLCD. Это делает их очень дорогими в производстве.

Сырье

Рабочий ЖК-дисплей состоит из нескольких компонентов: стекла дисплея, приводной электроники, управляющей электроники, механического блока и блока питания. стекло дисплея, между которым лежат жидкие кристаллы, покрыто электродами строки и столбца и имеет контактные площадки для подключения приводной электроники (электрического тока) к каждому электроду строки и столбца. Электроника привода – это интегральные схемы, которые подают ток для "приведения в действие" электродов строки и столбца. Управляющая электроника также представляет собой интегральные схемы. Они декодируют и интерпретируют входящие сигналы — например, от портативного компьютера — и отправляют их в электронику привода. Механический блок представляет собой раму, на которой печатные платы привода и управляющей электроники крепятся к стеклу дисплея. Этот пакет

Во всех ЖК-дисплеях жидкий кристалл зажат между двумя кусками стекла или прозрачного пластика, называемыми подложками. Если используется стекло, его часто покрывают диоксидом кремния для улучшения выравнивания жидких кристаллов. Затем изготавливаются прозрачные узоры электродов путем нанесения на стекло слоя оксида индия-олова и использования процесса фотолитографии или шелкографии для получения рисунка.

также укрепляет и защищает стекло дисплея и прикрепляет весь дисплей к устройству с ЖК-дисплеем, будь то ноутбук, факс или другое устройство. Наконец, источник питания представляет собой электронную схему, которая подает ток на ЖК-дисплей. Производители оборудования, которые используют ЖК-дисплеи, часто покупают блоки питания отдельно.

Во всех ЖК-дисплеях жидкий кристалл зажат между двумя кусками стекла или прозрачного пластика, называемыми подложками. Просто любое стекло не подойдет. Если в стекле много ионов натрия или других щелочных ионов, они могут перемещаться на поверхность стекла, смешиваться с любой имеющейся там влагой и изменять структуру электрического поля и выравнивание жидких кристаллов. Чтобы этого избежать, производители ЖК-дисплеев либо используют боросиликатное стекло, в котором мало ионов, либо наносят на стекло слой диоксида кремния. Диоксид кремния предотвращает контакт ионов с любой влагой. Еще более простое решение — использовать пластик вместо стекла. Использование пластика также делает дисплей легче. Однако недорогие пластмассы рассеивают свет сильнее, чем стекло, и могут вступать в химическую реакцию с жидкокристаллическими веществами.

Сегодня в большинстве ЖК-дисплеев также используется источник света, поступающего с задней стороны дисплея (подсветка), например флуоресцентная лампа, чтобы жидкие кристаллы казались темнее на экране в мутной фазе. Производители ЖК-дисплеев также используют листы поляризатора для усиления этого эффекта.

Производственный
процесс

Изготовление ЖК-дисплеев с пассивной матрицей — это многоэтапный процесс. Поверхность и заднее стекло дисплея сначала полируются, моются и покрываются диоксидом кремния (SiO ₂ ). Затем на стекло напыляется слой оксида индия и олова и вытравливается желаемый рисунок. Затем наносится слой полимера с длинной цепью, чтобы позволить жидким кристаллам правильно выровняться, после чего наносится герметизирующая смола. Затем устанавливаются распорки, и стеклянный сэндвич заполняется жидкокристаллическим материалом.

Подготовка стеклянных подложек

1 Во-первых, две стеклянные подложки должны быть обрезаны до нужного размера, отполированы и вымыты. Резка может быть выполнена с помощью алмазной пилы или скребка, а полировка включает в себя процесс, называемый притиркой, при котором стекло прижимается к вращающемуся колесу с внедренными в него абразивными частицами. После промывки и сушки подложки покрывают слоем диоксида кремния.

Создание рисунка электрода

2 Затем на подложках необходимо нанести рисунок прозрачного электрода. Это делается путем полного покрытия передней и задней стеклянных поверхностей очень тонким слоем оксида индия-олова.Затем производители изготавливают маску с желаемым рисунком, используя процесс шелкографии или фотолитографии. Они наносят готовую маску на стекло с полным покрытием, а ненужные участки оксида индия-олова удаляются химическим путем.
3 Кроме того, более тонкое разрешение можно получить, используя стекло со слоем устойчивого к травлению светочувствительного материала (так называемого фоторезиста) поверх пленки оксида индия и олова. На стекло накладывается маска с нужным рисунком, и стекло бомбардируется ультрафиолетовым светом. Этот свет приводит к тому, что резистивный слой, на который он светит, теряет устойчивость к травлению, позволяя химическим веществам разъедать как экспонированный фоторезист, так и оксид индия-олова под ним, таким образом формируя рисунок. Затем оставшийся ненужный фоторезист можно удалить с помощью других химикатов. Вторая разновидность резистивной пленки устойчива к травлению только после воздействия ультрафиолетового света; в этом случае необходимо использовать негативную маску шаблона. Независимо от того, какой метод используется, узоры на двух подложках спроектированы так, чтобы перекрываться только в определенных местах, конструкция, которая гарантирует, что тонкие полоски оксида индия-олова, передающие напряжение на каждый элемент, не имеют электрода, расположенного прямо напротив, который мог бы появиться во время работы. ячейка работает.

Нанесение полимера

4 После того, как рисунок электрода установлен, подложки должны быть покрыты полимером. Полимер позволяет жидким кристаллам правильно выравниваться по поверхности стекла. Можно использовать поливиниловый спирт, полиамиды и некоторые силаны. Полиамиды являются наиболее популярными агентами, поскольку поливиниловый спирт подвержен проблемам с влажностью, а силаны образуют тонкое и ненадежное покрытие.
5 После нанесения покрытия на стекло производители наносят мягкий материал на полимерное покрытие в одном направлении. Это может привести к вытравливанию в полимере небольших параллельных канавок или просто к растяжению полимерного покрытия. В любом случае этот процесс заставляет жидкие кристаллы располагаться параллельно направлению штриха. Кристаллы можно выровнять другим способом, напылив оксид кремния на поверхность стекла под косым углом. Эта процедура используется для изготовления большинства дисплеев цифровых часов, но неудобна для изготовления крупномасштабных дисплеев. Он также не обеспечивает низкий угол наклона, возможный при использовании предыдущего метода.
6 Если производители ЖК-дисплеев хотят выровнять жидкие кристаллы перпендикулярно поверхности стекла, используется другой метод: покрытие стекла амфофильным материалом. Это материал, молекулы которого проявляют сродство к воде на одном конце молекулы и отталкиваются от воды на другом конце. Один конец — конец сродства — прилипает к поверхности стекла, а другой конец — конец отталкивания — указывает в область жидких кристаллов, отталкивая жидкие кристаллы и формируя их в выравнивание, перпендикулярное поверхности стекла.

Нанесение герметика и введение
жидкого кристалла

7 Затем на подложку наносится герметизирующая смола, а затем пластиковые прокладки, которые придают жидкокристаллической ячейке необходимую толщину. Затем жидкокристаллический материал вводят в соответствующую область между двумя стеклянными подложками. Толщина ячейки ЖК-дисплея обычно ограничена 5-25 микрометрами. Поскольку правильная толщина имеет решающее значение для работы ячейки, а прокладки не всегда достигают одинаковой толщины, производители ЖК-дисплеев иногда помещают в жидкокристаллический материал стеклянные волокна или шарики соответствующего размера. Бусины или волокна не видны невооруженным глазом. Они помогают удерживать ячейку нужной толщины во время схватывания герметика.
8 Чтобы сделать ЖК-дисплеи более заметными, добавляются поляризаторы. Обычно они изготавливаются из растянутых пленок поливинилового спирта, содержащих йод, которые зажаты между слоями ацетата целлюлозы. Также доступны цветные поляризаторы, изготовленные с использованием красителя вместо йода. Производители приклеивают поляризатор к стеклу с помощью акрилового клея и покрывают пластиковой защитной пленкой. Они могут создавать отражающие поляризаторы, которые также используются в ЖК-дисплеях, используя простой отражатель из металлической фольги.

В типичном ЖК-часе в сборе заштрихованные области вытравливаются химическим способом, чтобы сформировать рисунок электрода. Сегменты включаются и выключаются по отдельности, чтобы блокировать или пропускать поляризованный свет.Когда на сегмент подается электрический ток, свет блокируется, и на отражающем экране создается темное пятно.

Окончательная сборка

9 После прикрепления поляризаторной пленки устройство подвергается старению. Наконец, готовый стеклянный дисплей в сборе монтируется на печатные платы, содержащие управляющую и управляющую электронику. После этого весь пакет готов к подключению к устройству с помощью ЖК-дисплея — ноутбуку, факсу, часам и т. д.

Производство ЖК-дисплеев с активной матрицей

Процесс, используемый для изготовления ЖК-дисплеев с активной матрицей (AMLCD), очень похож на процесс, используемый для ЖК-дисплеев с пассивной матрицей, хотя он сложнее и труднее. Как правило, этапы нанесения покрытия SiO ₂, нанесения оксида индия-олова и травления фоторезиста заменяются множеством других этапов.

В случае AMLCD каждый компонент ЖК-дисплея должен быть изменен для правильной работы с тонкопленочным транзистором и электроникой, используемой для усиления и четкости изображения ЖК-дисплея. Как и их собратья с пассивной матрицей, дисплеи с активной матрицей представляют собой бутерброды, состоящие из нескольких слоев: поляризационная пленка; натриевую барьерную пленку (SiO₂), стеклянную подложку, содержащую черную матрицу, и вторую натриевую барьерную пленку; цветной фильтр и верхний слой цветного фильтра из акрила/уретана; прозрачный электрод; ориентационная пленка из полиамида; и фактический жидкокристаллический материал, включающий пластиковые/стеклянные прокладки для поддержания надлежащей толщины ячейки ЖК-дисплея.

Контроль качества

ЖК-дисплеи, особенно для дисплеев ноутбуков, изготавливаются в строго контролируемых условиях в чистом помещении, чтобы максимально увеличить производительность. «Чистые помещения» имеют специальные устройства для фильтрации воздуха, предназначенные для предотвращения попадания в помещение всех частиц пыли, а работающие в помещении должны носить специальную одежду. Тем не менее, многие ЖК-дисплеи приходится выбрасывать из-за недостатков. Это особенно верно в отношении AMLCD, процент отказов которых в настоящее время составляет примерно 50 процентов. Чтобы свести к минимуму количество отказов, каждое активное устройство проверяется, и как можно больше ремонтируется. Кроме того, сборки активной матрицы проверяются сразу после этапа травления фоторезиста и снова после ввода жидкокристаллического материала.

Будущее

Очевидно, что будущее за ЖК-дисплеями с активной матрицей, несмотря на то, что в настоящее время уровень брака очень высок, а производственный процесс очень дорог. Ожидается постепенное совершенствование процесса производства дисков AMLCD, и фактически компании уже начинают предлагать оборудование для проверки и ремонта, которое может снизить текущий уровень брака с 50 % до примерно 35 %.

Но реальный толчок развитию технологии производства ЖК-дисплеев могут дать все деньги, которые компании вкладывают в процесс исследований и разработок в области широкоформатных дисплеев AMLCD для долгожданного телевидения высокой четкости.

Где узнать больше

Книги

Чандрасекар, С. Жидкие кристаллы, 2-е изд. Издательство Кембриджского университета, 1993 г.

Коллинз, Питер Дж. Жидкие кристаллы: нежная фаза материи в природе. Princeton University Press, 1991.

Доан, Дж. В., изд. Жидкокристаллические дисплеи и приложения. SPIE-International Society for Optical Engineering, 1990.

Drzaic, P.S., изд. Жидкокристаллические материалы, устройства и приложения. SPIE-International Society for Optical Engineering, 1992.

Канеко, Д. Жидкокристаллические телевизионные дисплеи. Kluwer Academic Publishers, 1987.

О'Мара, Уильям К. Жидкокристаллический плоский дисплей: наука и технология производства. Ван Ностранд Рейнхольд, 1993 г.

Периодические издания

Керран, Лоуренс. «Копин, команда Sarnoff в Advanced LCD Effort». Электроника. 10 августа 1992 г., с. 11.

Фицджеральд, Майкл. «Стандарты отображения неуловимы». Computerworld. 21 декабря 1992 г., с. 27.

Флейшманн, Марк. «Настенный телевизор из крошечных ЖК-дисплеев». Популярная наука, июнь 1991 г., с. 94.

Киннаман, Дэниел Э. "ЖК-панели: новое поколение". Технологии и обучение, март 1993 г., стр. 44.

Робинсон, Гейл М. «Системы отображения делают скачок вперед: новые технологии предлагают дизайнерам больше возможностей, чем когда-либо, в области ЭЛТ, ЖК-дисплеев, электролюминесценции и многого другого». Новости дизайна. 13 февраля 1989 г., с. 52.

Вудард, Олли С. старший и Том Лонг. «Технологии отображения». Байт. Июль 1992 г., с. 158.

Вы когда-нибудь задумывались: "Чувак, было бы здорово, если бы я мог видеть сквозь экран своего компьютера?" Нет? Тогда вы явно (хех) не думаете, как Эван и Кейтилин, дуэт создателей мужа и жены. Как создатели YouTube, они создают контент, чтобы показать миру, что создавать вещи не так невозможно и разочаровывает, как мы думаем.

В одном из своих последних выпусков они сами себе вырезали работу. Они решили разобрать ЖК-телевизор с целью превратить его в прозрачный дисплей.Успех для них (и, возможно, для нас) будет означать массу удовольствия! Давайте посмотрим, что они обнаружили.

Во-первых, основная идея ЖК-телевизора заключается в том, что жидкие кристаллы (ЖК-экран) и светоизлучающий диод (СИД) работают вместе для создания света и цвета. Они сконфигурированы в виде массива строк и столбцов, составляющих отображение. Различные пленки используются для уменьшения бликов и обеспечения красочного богатого впечатления от просмотра. Теперь Эван и Кейтлин хотят использовать ЖК-дисплей и любые электронные компоненты, которые его питают, чтобы сделать просмотр интерактивным. Их догадка состоит в том, что если они смогут снять антибликовую/поляризационную пленку с обратной стороны ЖК-панели, то можно будет полностью видеть изображение на экране, и в то же время можно будет просматривать графику и видеоконтент.

1. Отделение ЖК-дисплея от всего остального

Проект начинается так, как и следовало ожидать: пара пытается разгадать тайну скрытых застежек. Освобождение пластиковых зажимов и разъединение клейких соединений без разрыва дисплеев или электрических соединений было бы ключевым моментом. Я уверен, что после того, что казалось веками тыкания и подталкивания традиционными и нетрадиционными инструментами, Эван наконец-то добился успеха!

Благодаря нескольким гитарным медиаторам и кускам пластика дуэту удалось удалить пенопласт, удерживая ЖК-дисплей подключенным к остальной части телевизора. Они медленно отделяют ЖК-дисплей, удаляя всю ленту и отключая электронику.

Для проверки работоспособности Эван и Кейтлин решают снова подключить электронику и включить ЖК-дисплей, чтобы проверить, все ли в порядке. Вуаля! ЖК-дисплей ожил во всей красе.

2. Удаление экранного фильтра

После того, как ЖК-дисплей надежно отделен, их следующей задачей является удаление листа пленки, приклеенного к задней части ЖК-дисплея. Пленка действует как фильтр, который равномерно рассеивает свет, который обычно исходит от светодиодов. Избавившись от светодиодного компонента и удалив пленочную подложку, можно было бы четко видеть сквозь панель.

Для этого они положили несколько влажных бумажных полотенец поверх листа пленки, чтобы смягчить клей или нейтрализовать статическое электричество. Примерно через час Кейтилин сделала почести и начала аккуратно снимать пленку. Не дождавшись, фильтр не полностью освободился и начал рваться. Заплатки без пленки, однако, были красивыми и яркими, как и ожидалось! Вдохновленные частичным успехом, Эван и Кейтлин решают просто сорвать оставшуюся часть фильтра.

3. Проектирование и создание новой телевизионной базы

Поскольку два нарушителя спокойствия фактически уничтожили оригинальный корпус дисплея, их следующим шагом было построить новый дом для нефильтрованного ЖК-дисплея. Они решают построить новую раму и основание из дерева, сделав конструкцию довольно простой. После красивого монтажа сборки, демонстрирующего их установку и опыт работы с деревом, Эван и Кейтлин завершили нестандартную раму со встроенной основой, новым домом для ЖК-дисплея!

Все, что осталось сделать, это прикрепить электронику телевизора к основанию. Упражняясь в своих навыках мастера, Эван сумел отпилить немного дерева в нужном количестве и нужной формы. Затем несколько удачно закрученных винтов надежно закрепили электронику внутри деревянного основания под ЖК-дисплеем.

4. Давайте попробуем!

Вся эта работа была бы напрасной, если бы ЖК-дисплей на самом деле не работал, и, к счастью, он работает! С дополнительным освещением на заднем плане Кейтлин может ясно видеть Эвана по другую сторону экрана. Она использует эту новообретенную силу, чтобы с помощью фотошопа сделать своему партнеру причудливые прически и татуировки, что является одним из немногих преимуществ прозрачного экрана.

Самый большой недостаток прозрачного ЖК-дисплея заключается в том, что вам почти всегда нужно какое-то освещение с одной стороны, чтобы видеть, что происходит на экране. Обычное освещение и даже естественный солнечный свет позволяют четко видеть экран, что доказали Эван и Кейтлин в своей студии и во дворе соответственно.

Канал Эвана и Кейтилин на YouTube показывает, что вам не нужно быть лучшим или даже самым знающим человеком в мире, чтобы создавать вещи, достаточно проявить здоровую дозу сообразительности и любопытства. У них есть множество практичных и не очень практичных проектов, за которыми интересно наблюдать, так что обязательно ознакомьтесь с ними!

Читайте также: