Нет монохромных жидкокристаллических мониторов

Обновлено: 07.07.2024

На выбор предлагается множество типов ЖК-дисплеев. Некоторые из них представляют собой новые передовые технологии, а другие — старые устаревшие типы дисплеев. Хотя даже в некоторых устаревших ЖК-дисплеях используются передовые технологии. Цель этой статьи — предоставить читателю краткий обзор использования, преимуществ и недостатков каждого типа дисплея.

  • Монохромный (одноцветный)
    • Статический
    • Графика
    • Персонаж
    • Пользовательский
    • TFT
    • OLED
    • FSC (последовательный цветной ЖК-дисплей)
    • EBT (Excellent Black Technology), также известная как VA (вертикальное выравнивание).
    • CSTN

    Сегментные ЖК-дисплеи, также называемые статическими или прямыми приводами, представляют собой более старую технологию, но до сих пор активно используются. Эти дисплеи надежны и используются уже много лет. В ближайшее время они не исчезнут.

    Целью этого дисплея является простота. Их единственная работа — отображать буквы, цифры и значки. Здесь нет трехмерного эффекта или диапазона ярких цветов, и большинство из них не содержат сенсорного экрана или любого другого типа человеческого интерфейса. Обычно они не оснащены микросхемой контроллера/драйвера.

    Фактически, вы можете сократить ЖК-дисплей со статическим/прямым приводом до простой формулы: один контакт равен одному сегменту. Если вам нужен дисплей, который содержит 7-сегментный номер, вам нужно 7 контактов. Исключением является увеличение количества объединительных плат и преобразование их в мультиплексный дисплей.

    Формула мультиплексного дисплея немного сложнее. Один штифт равен 2 или 4 сегментам. Преимущество мультиплексирования заключается в том, что вы уменьшаете количество контактов, что, в свою очередь, снижает стоимость дисплея и время, необходимое для монтажа дисплея на печатной плате.

    Один из недостатков мультиплексного отображения по сравнению с дисплеями с прямым приводом заключается в том, что частота обновления ниже, и это может привести к тому, что включенные сегменты будут «бледнеть» или выглядеть не такими четкими. Иногда это называют «призраком». Это не очень распространенное явление, поскольку технология улучшилась со времен пейджеров и недорогих калькуляторов.

    Если клиент не может решить, какой тип ЖК-дисплея использовать, у нас есть общее правило: Если общее количество сегментов составляет 20 или меньше, мы рекомендуем статический (прямой привод) дисплей. поскольку дисплей с 20 контактами не требует больших затрат на сборку и установку на печатную плату.

    Как только количество сегментов превысит 20, мы рекомендуем мультиплексировать. Дисплей с более чем 120 сегментами становится непомерно дорогим.

    Если ваш дизайн превышает 120 сегментов, мы рекомендуем преобразовать ваш дизайн в графический ЖК-дисплей, в котором используется микросхема драйвера контроллера. Микросхема драйвера контроллера позволяет уменьшить количество соединений для нескольких сегментов до 14 или 16 контактов. Эта ЖК-технология рассматривается далее в статье.

    Don

    Почему стоит выбрать один из этих типов ЖК-дисплеев?

    Хотя монохромные дисплеи просты и могут показаться несколько скучными, есть несколько ключевых преимуществ, которые следует учитывать при выборе типа ЖК-монитора.

    ЖК-дисплеи с низким энергопотреблением

    Одним из ключевых преимуществ монохромных ЖК-дисплеев является то, что они не потребляют много энергии. Они работают с очень небольшим потреблением тока. Это становится идеальным выбором, когда единственная сила, которая у вас есть, — это батарея. Эти дисплеи рассчитаны на работу при напряжении 3,0 В, 3,3 В (в некоторых случаях они могут работать даже при 1,7 В) и 5 ​​В. Потребляемый ток для дисплея без подсветки может составлять всего 6 мкА на см^2. (Примечание: Чем ниже рабочая температура ЖК-дисплея, тем больше требуется энергии).

    Если вам нужно отображать только время, текущую температуру или количество галлонов, а ваш клиент не хочет платить за яркие, кричащие энергоемкие цвета, то этот дисплей идеально подойдет вам. .

    Настраиваемые ЖК-дисплеи

    Большинство предлагаемых нами статических или мультиплексных дисплеев были настроены в соответствии с требованиями заказчика. Это большое преимущество, которое следует учитывать при выборе одного из типов ЖК-дисплеев, которые вы будете использовать в своем продукте.

    Индивидуальный статический или мультиплексный дисплей позволяет построить дисплей с нужными вам размерами. Вы можете выбрать следующие параметры:

    • Температурный диапазон для работы
    • Тип и цвет подсветки
    • Положительный или отрицательный режим
    • Угол обзора (6:00/12:00)

    Инструменты или NRE (единовременные затраты на проектирование) для этого типа дисплеев намного ниже, чем у более новых технологий, а MOQ (минимальный объем заказа) также ниже, чем у других типов дисплеев.

    Если вашей целью является отображение основной информации с низкой стоимостью инструментов и вам необходимо работать с низким бюджетом мощности, то лучшим типом ЖК-дисплея является статический или мультиплексный ЖК-дисплей. р>

    Добро пожаловать в Университет Риверди! В этой статье рассматривается самый простой тип ЖК-дисплеев — монохромные ЖК-дисплеи. Мы расскажем вам об основах технологии, о том, что за ней стоит, как они работают, как работают сами пиксели, и все это станет основой для нашей следующей лекции в Университете Риверди о TFT (тонкопленочных транзисторах). В следующих уроках мы добавим цвета и активную матрицу, а сейчас поговорим о простейших ЖК-дисплеях и технологии, лежащей в их основе.

    Agenda - Технологии монохромные ЖК-дисплеи

    Углубляясь в детали, мы поговорим о технологиях TN, STN и FSTN, DFSTN и HTN. Мы упомянем положительные и отрицательные ЖК-дисплеи, как они отличаются друг от друга. Далее мы поговорим о свете в LCD-дисплеях, о Reflective, Transflective и Transmissive LCD дисплеях. Также поговорим о подсветке, углах обзора и цветах. Даже монохромные ЖК-дисплеи отображают разные цвета. Конечно, дисплеи по-прежнему монохромные, поэтому будет один цвет фона и цвет символов, но они могут быть разных цветов, а не только черно-белыми.

    Технологии монохромных ЖК-дисплеев

    Начнем с основ технологии ЖК-дисплеев. ЖК-дисплей относится к жидким кристаллам, а жидкие кристаллы — это особый материал, который может изменять поляризацию света. Жидкий кристалл действительно жидкий, и он помещен между двумя листами стекла, которые есть в каждом ЖК-дисплее. Благодаря особым свойствам жидкого кристалла мы можем изменить поляризацию света с помощью электрического напряжения. Мы создаем электрическое поле между этими двумя листами стекла, а затем перемещаем внутрь кристаллы и в то же время меняем поляризацию света. Самый простой ЖК-дисплей — это TN — Twisted Nematic. Это первая и старейшая технология, используемая до сих пор. Его принципы работы являются основными. Прежде всего, нам нужно иметь два куска стекла с жидким кристаллом внутри. Затем нам понадобятся электроды. Конечно, электроды должны быть прозрачными (обычно изготавливаются путем нанесения ITO на стекло). ITO - это оксид индия-олова, специальная прозрачная проводящая поверхность на стекле, которая позволяет нам генерировать электрическое поле между двумя стеклянными листами, двумя электродами. Конечно, простого изменения поляризации света недостаточно для включения и выключения пикселей и создания ЖК-дисплея. Во-первых, нам нужен поляризованный свет, и что мы дополнительно делаем, чтобы получить реальный дисплей, мы добавляем два поляризатора, один внизу и один вверху экрана. Когда у нас есть поляризатор, мы имеем поляризованный свет. Затем свет закручивается внутри жидких кристаллов, когда они находятся в выключенном состоянии. Состояние OFF — это когда напряжение не подается, свет проходит, поэтому пиксель загорается. Как вы можете видеть на картинке выше, поляризаторы расположены под углом 90 градусов друг к другу. Свет проходит через первый поляризатор, включает жидкий кристалл и выходит через другой поляризатор, в результате чего пиксель становится видимым. Настоящая магия происходит, когда мы подаем напряжение. Жидкие кристаллы организуются, поляризация света не меняется, и поскольку у нас есть два поляризатора, расположенных под углом 90 градусов друг к другу, свет блокируется другим поляризатором, и пиксель не светится, и это называется включенным состоянием. Подавая напряжение, мы можем включать и выключать пиксель, и как только мы можем это сделать, у нас есть ЖК-пиксель, и, имея один пиксель, мы можем построить матрицу пикселей и представить любое изображение, таким образом, у нас есть ЖК-дисплей.

    Что особенно важно и полезно знать, так это то, что этот элемент управления бывает не только в состоянии OFF и ON. Мы также можем контролировать промежуточные состояния, мы можем перейти от белого пикселя к черному пикселю за несколько этапов, что даст нам шкалу серого. Шкала может состоять из 16 шагов или 256 шагов. Обычно мы делаем это через биты, так что это будет 16 в 256 или больше. Например, для TFT это будут миллионы, потому что у нас есть 24 бита, которые дают нам 16 миллионов комбинаций яркости каждого пикселя. Эта технология позволяет нам иметь монохромный ЖК-дисплей, работающий и отображающий изображения в оттенках серого, но обычно монохромные ЖК-дисплеи не используются для этой цели, потому что технология недостаточно совершенна. Это пассивная технология, к самой ячейке не подключены транзисторы, а управлять яркостью с помощью оттенков серого очень сложно, поэтому обычно у нас есть только состояния ВКЛ и ВЫКЛ, чтобы получить четкое изображение.

    Крис Вудфорд. Последнее обновление: 12 декабря 2021 г.

    Когда-то давно, когда я рос, телевизоры были горячими, тяжелыми и прожорливыми зверями, которые занимали довольно много места в углу гостиной. В наши дни они такие же тонкие, как картины, и достаточно легкие, чтобы их можно было повесить на стену, и потребляют в несколько раз меньше энергии. Как и портативные компьютеры, большинство телевизоров 21-го века имеют плоские экраны с ЖК-дисплеями (жидкокристаллическими дисплеями) — та же технология, которую мы используем уже почти полвека в таких вещах, как калькуляторы, мобильные телефоны и цифровые часы. Что они собой представляют и как они работают? Давайте посмотрим поближе!

    Фото: Маленькие ЖК-дисплеи, подобные этому, широко использовались в калькуляторах и цифровых часах с 1970-х годов, но в то время они были относительно дорогими и отображали только черно-белые (на самом деле, темно-голубовато-белые) изображения ( как тот, что ниже). В 1980-х и 1990-х производители придумали, как делать большие цветные экраны по относительно доступным ценам. Именно тогда рынок ЖК-телевизоров и цветных ноутбуков по-настоящему взлетел.

    Содержание

    <ПР>
  • Чем отличаются ЖК-дисплеи?
  • Что такое жидкие кристаллы?
  • Что такое поляризованный свет?
  • Как в ЖК-дисплеях используются жидкие кристаллы и поляризованный свет
  • Как работают цветные пиксели на ЖК-дисплеях
  • В чем разница между LCD и плазмой?
  • Краткая история ЖК-дисплеев
  • Подробнее

    • Чем отличаются ЖК-дисплеи?

    Возможно, вы знаете, что старый телевизор с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) создает изображение с помощью трех электронных пушек. Думайте о них как о трех очень быстрых и очень точных кистях, которые движутся вперед и назад, рисуя движущееся изображение на обратной стороне экрана, которое вы можете наблюдать, сидя перед ним.

    ЖК-экраны с плоским экраном и плазменные экраны работают совершенно по-разному. Если вы сядете рядом с телевизором с плоским экраном, вы заметите, что изображение состоит из миллионов крошечных блоков, называемых пикселями (элементами изображения). Каждый из них фактически представляет собой отдельный красный, синий или зеленый свет, который можно очень быстро включать или выключать, чтобы создать движущееся цветное изображение. В плазменных и жидкокристаллических экранах пиксели управляются совершенно по-разному. В плазменном экране каждый пиксель представляет собой крошечную люминесцентную лампу, которая включается и выключается электронным способом. В ЖК-телевизоре пиксели включаются и выключаются электронным способом с использованием жидких кристаллов для поворота поляризованного света. Это не так сложно, как кажется! Чтобы понять, что происходит, сначала нам нужно понять, что такое жидкие кристаллы; затем нам нужно более внимательно изучить свет и то, как он распространяется.

    Черно-белый ЖК-экран на iPod

    Фото: этот грубый старый экран iPod Classic — еще один пример ЖК-технологии. Его пиксели окрашены в черный цвет, и они либо включены, либо выключены, поэтому дисплей черно-белый. На экране ЖК-телевизора пиксели гораздо меньшего размера, окрашенные в красный, синий или зеленый цвет, образуют яркое движущееся изображение.

    Что такое жидкие кристаллы?

    Высушенные жидкие кристаллы и просмотр в поляризованном свете. Дэвид Вайц и Центр космических полетов НАСА имени Маршалла (NASA-MSFC)». ширина=

    Фото: жидкие кристаллы, высушенные и просмотренные в поляризованном свете. Вы можете видеть, что они имеют гораздо более правильную структуру, чем обычная жидкость. Фото из исследования Дэвида Вайца предоставлено Центром космических полетов имени Маршалла НАСА (NASA-MSFC).

    Мы привыкли к мысли, что данное вещество может находиться в одном из трех состояний: твердом, жидком или газообразном (мы называем их состояниями материи). До конца XIX века ученые считали, что это конец. истории. Затем, в 1888 году, австрийский химик Фридрих Райнитцер (1857–1927) открыл жидкие кристаллы, которые представляют собой совершенно другое состояние, нечто среднее между жидкостями и твердыми телами. Жидкие кристаллы могли бы остаться в безвестности, если бы не тот факт, что они, как оказалось, обладают некоторыми очень полезными свойствами.

    Твердые тела представляют собой замороженные куски вещества, которые остаются на месте сами по себе, часто с атомами, упакованными в аккуратное, правильное расположение, называемое кристаллом (или кристаллической решеткой). Жидкости не имеют порядка твердых тел, и хотя они остаются на месте, если вы держите их в контейнере, они относительно легко текут, когда вы их выливаете. Теперь представьте себе вещество, обладающее некоторым порядком твердого тела и некоторой текучестью жидкости. У вас есть жидкий кристалл — своего рода дом на полпути между ними. В любой данный момент жидкие кристаллы могут находиться в одном из нескольких возможных «подсостояний» (фаз) где-то в подвешенном состоянии между твердым телом и жидкостью. Две наиболее важные жидкокристаллические фазы называются нематической и смектической:

    Фото спичек, лежащих в спичечном коробке.

    <УЛ>
  • Находясь в нематической фазе, жидкие кристаллы чем-то напоминают жидкость: их молекулы могут перемещаться и сталкиваться друг с другом, но все они направлены в основном в одном направлении. Они немного похожи на спички в спичечном коробке: их можно встряхивать и двигать, но все равно они смотрят в одну сторону.
  • Если вы охлаждаете жидкие кристаллы, они переходят в смектику. Теперь молекулы формируются в слои, которые могут относительно легко скользить друг относительно друга. Молекулы данного слоя могут перемещаться внутри него, но не могут и не перемещаются в другие слои (что-то вроде людей, работающих в разных компаниях на определенных этажах офисного здания). На самом деле существует несколько разных смектических «подфаз», но мы не будем вдаваться в них более подробно здесь.

Подробнее

Хотите узнать больше о жидких кристаллах? На сайте Нобелевской премии есть замечательная страница под названием «История и свойства жидких кристаллов».

Что такое поляризованный свет?

У нематических жидких кристаллов есть отличный трюк для вечеринок. Они могут принимать скрученную структуру, и когда вы подаете на них электричество, они снова выпрямляются. Это может показаться не таким уж хитрым трюком, но это ключ к тому, как ЖК-дисплеи включают и выключают пиксели. Чтобы понять, как жидкие кристаллы могут управлять пикселями, нам нужно знать о поляризованном свете.

Свет — загадочная вещь. Иногда он ведет себя как поток частиц — как постоянный шквал микроскопических пушечных ядер, переносящих энергию, которую мы можем видеть, по воздуху с чрезвычайно высокой скоростью. В других случаях свет ведет себя скорее как морские волны. Вместо воды, движущейся вверх и вниз, свет представляет собой волновую структуру электрической и магнитной энергии, вибрирующей в пространстве.

Вращая две пары поляризационных солнцезащитных очков (или два поляризационных фильтра), вы может блокировать световые волны». ширина=

Фото: трюк с поляризованным светом: наденьте одну пару поляризующих солнцезащитных очков на другую, и вы сможете блокировать практически весь свет, который обычно проходит через них.

Когда солнечный свет падает с неба, световые волны смешиваются и вибрируют во всех возможных направлениях. Но если мы поместим на пути фильтр с сеткой линий, расположенных вертикально, как отверстия в тюремной решетке (только гораздо ближе друг к другу), мы сможем заблокировать все световые волны, кроме тех, которые вибрируют вертикально (единственные световые волны, которые могут пройти через вертикальные решетки). Поскольку мы блокируем большую часть первоначального солнечного света, наш фильтр эффективно приглушает свет. Вот как работают поляризационные солнцезащитные очки: они отсекают все, кроме солнечного света, вибрирующего в одном направлении или плоскости. Свет, отфильтрованный таким образом, называется поляризованным или плоскополяризованным светом (поскольку он может распространяться только в одной плоскости).

Ярко окрашенные кристаллы белков и вирусов в поляризованном свете. Кредит. : Доктор Алекс Макферсон, Калифорнийский университет, Ирвин». ширина=

Фото: Менее известный трюк с поляризованным светом: он заставляет кристаллы мерцать удивительными спектральными цветами из-за явления, называемого плеохроизмом. Фотография белковых и вирусных кристаллов, многие из которых выращены в космосе. Предоставлено: д-р Алекс Макферсон, Калифорнийский университет, Ирвин. Фото предоставлено Центром космических полетов имени Маршалла НАСА (NASA-MSFC).

Если у вас есть две пары солнцезащитных очков с поляризацией (а с обычными солнцезащитными очками они не работают), вы можете сделать хитрый трюк. Если вы поместите одну пару прямо перед другой, вы все равно сможете видеть сквозь них. Но если вы медленно повернете одну пару, а другую оставите на том же месте, вы увидите, что проходящий свет постепенно становится темнее. Когда две пары солнцезащитных очков расположены под углом 90 градусов друг к другу, вы вообще не сможете видеть сквозь них. Первая пара солнцезащитных очков блокирует все световые волны, кроме вертикально вибрирующих. Вторая пара солнцезащитных очков работает точно так же, как и первая пара. Если обе пары очков смотрят в одном направлении, это нормально — световые волны, вибрирующие вертикально, все равно могут проходить через оба. Но если мы повернем вторую пару очков на 90 градусов, световые волны, прошедшие через первую пару очков, уже не смогут пройти через вторую пару. Никакой свет не может пройти через два поляризационных фильтра, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.

Как в ЖК-дисплеях используются жидкие кристаллы и поляризованный свет

Глядя через поляризационные очки или поляризационный фильтр, ЖК-экран дисплей выглядит ярким или темным в зависимости от угла обзора.

Фото: Докажите себе, что ЖК-дисплей использует поляризованный свет. Просто наденьте поляризационные солнцезащитные очки и поверните голову (или дисплей). Вы увидите, что дисплей будет максимально ярким под одним углом, а самым темным — точно под углом 90 градусов к этому углу.

ЖК-телевизоры используют трюк с солнцезащитными очками, чтобы включать и выключать цветные пиксели.

В задней части экрана находится большой яркий свет, направленный на зрителя. Перед ним находятся миллионы пикселей, каждый из которых состоит из меньших областей, называемых субпикселями, которые окрашены в красный, синий или зеленый цвет. Каждый пиксель имеет поляризационный стеклянный фильтр позади него и еще один перед ним под углом 90 градусов. Это означает, что пиксель обычно выглядит темным. Между двумя поляризационными фильтрами находится крошечный скрученный нематический жидкий кристалл, который можно включать и выключать (скручивать или раскручивать) электронным способом. Когда он выключен, он поворачивает свет, проходящий через него, на 90 градусов, эффективно позволяя свету проходить через два поляризационных фильтра и делая пиксель ярким. Когда он включен, он не вращает свет, который блокируется одним из поляризаторов, и пиксель выглядит темным. Каждый пиксель управляется отдельным транзистором (крошечный электронный компонент), который может включать и выключать его множество раз в секунду.

Слева: жидкие кристаллы, блокирующие прохождение света через них и кажутся непрозрачными. Справа: жидкие кристаллы, пропускающие свет и кажущиеся прозрачными. Обе фотографии любезно предоставлены Дэвидом Вайцем и Центром космических полетов имени Маршалла НАСА (NASA-MSFC)». ширина=

Фото: Как жидкие кристаллы включают и выключают свет. В одной ориентации поляризованный свет не может проходить через кристаллы, поэтому они кажутся темными (фото слева). В другой ориентации поляризованный свет проходит нормально, поэтому кристаллы кажутся яркими (фото справа). Мы можем заставить кристаллы менять ориентацию — и включать и выключать их пиксели — просто применяя электрическое поле. Фотография исследования жидких кристаллов, проведенного Дэвидом Вайцем, предоставлена ​​Центром космических полетов имени Маршалла НАСА (NASA-MSFC).

Как работают цветные пиксели на ЖК-дисплеях

На задней панели вашего телевизора есть яркий свет; есть много цветных квадратов, мерцающих на фронте. Что происходит между ними? Вот как включается и выключается каждый цветной пиксель:

Как отключаются пиксели

  1. Свет распространяется от задней части телевизора к передней части от большого яркого источника.
  2. Горизонтальный поляризационный фильтр перед источником света блокирует все световые волны, кроме тех, которые колеблются горизонтально.
  3. Пройти могут только световые волны, вибрирующие горизонтально.
  4. Транзистор выключает этот пиксель, включая электричество, протекающее через его жидкие кристаллы. Это заставляет кристаллы выпрямляться (так что они полностью раскручиваются), и свет проходит сквозь них без изменений.
  5. Световые волны исходят от жидких кристаллов, все еще вибрирующих горизонтально.
  6. Вертикальный поляризационный фильтр перед жидкими кристаллами блокирует все световые волны, кроме тех, которые вибрируют вертикально. Горизонтально вибрирующий свет, прошедший через жидкие кристаллы, не может пройти через вертикальный фильтр.
  7. В этот момент свет не достигает экрана. Другими словами, этот пиксель темный.

Как включаются пиксели

  1. Яркий свет в задней части экрана сияет, как и раньше.
  2. Горизонтальный поляризационный фильтр перед источником света блокирует все световые волны, кроме тех, которые вибрируют горизонтально.
  3. Пройти могут только световые волны, вибрирующие горизонтально.
  4. Транзистор включает этот пиксель, отключая электричество, протекающее через его жидкие кристаллы. Это заставляет кристаллы скручиваться. Скрученные кристаллы поворачивают световые волны на 90 градусов по мере их прохождения.
  5. Световые волны, вошедшие в жидкие кристаллы, колеблются горизонтально, выходят из них, колеблясь вертикально.
  6. Вертикальный поляризационный фильтр перед жидкими кристаллами блокирует все световые волны, кроме тех, которые вибрируют вертикально. Вертикально вибрирующий свет, исходящий от жидких кристаллов, теперь может пройти через вертикальный фильтр.
  7. Пиксель светится. Красный, синий или зеленый фильтр придает пикселю его цвет.

В чем разница между LCD и плазмой?

Плазменный экран похож на ЖК-дисплей, но работает совершенно по-другому: каждый пиксель фактически представляет собой микроскопическую флуоресцентную лампу, светящуюся плазмой. Плазма — это очень горячая форма газа, в котором атомы разлетаются на части, образуя отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы (атомы минус их электроны). Они свободно перемещаются, производя нечеткое свечение света при каждом столкновении.Плазменные экраны можно сделать намного больше, чем обычные телевизоры с электронно-лучевой трубкой, но они и намного дороже.

Краткая история ЖК-дисплеев

<УЛ>
  • 1888: Фридрих Райнитцер, австрийский ученый-растениевод, открывает жидкие кристаллы при изучении химического вещества под названием холестерилбензоат. Кажется, что у него есть две различные кристаллические формы, одна твердая и одна жидкая, каждая со своей температурой плавления.
  • 1889: Опираясь на работу Рейнитцера, немецкий химик и физик Отто Леманн вводит термин «жидкие кристаллы» (первоначально «текучие кристаллы» или «fliessende Krystalle» на немецком языке) и проводит более подробные исследования с использованием поляризованного света. Хотя его работа номинирована на Нобелевскую премию, он никогда ее не получает.
  • 1962: Ричард Уильямс из RCA начинает исследование оптических свойств нематических жидких кристаллов. Он подал заявку на свой новаторский патент на ЖК-экран (патент США 3 322 485) 9 ноября 1962 года, и, наконец, почти пять лет спустя, 30 мая 1967 года, он был выдан.

    • Richard Williams

    Иллюстрация: Ричард Уильямс изложил принцип ЖК-дисплеев в патенте США 3 322 485. Слой жидких кристаллов (желтый) между двумя прозрачными пластинами (красный) включает и выключает дисплей при подаче напряжения (синий). Изображение предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    Подробнее

    На этом сайте

    Книги

    <УЛ> Джозеф А. Кастеллано. World Scientific, 2005. Научный хронологический отчет о разработке ЖК-дисплеев, который ведет нас от первых дней RCA к революции ПК и HDTV. Тимоти Дж. Слукин, Дэвид А. Данмур, Хорст Стегемейер. Taylor & Francis, 2004. Сборник важных статей по исследованиям жидких кристаллов с 1888 по 1970-е годы с краткими комментариями к каждой. Питер Дж. Коллингс и Майкл Херд. КПР Пресс, 1997/2017. Междисциплинарная книга, посвященная истории, науке и технологиям жидких кристаллов и ЖК-дисплеев. Шиварамакришна Чандрашекхар. Cambridge University Press, 1992. Классический учебник о трех типах жидких кристаллов, их свойствах и различных применениях.

    Статьи

    Обзор

    <УЛ> Джозеф Кастеллано, американский ученый, Vol. 94, № 5, сентябрь – октябрь 2006 г., стр. 438–445. Отличное введение в ЖК-технологию и то, как она развивалась. Джеймс Л. Фергасон, Scientific American, Vol. 211, № 2, август 1964 г., стр. 76–85. Это четкое, иллюстрированное объяснение (представленное одним из пионеров ЖК-дисплеев) стоит того, чтобы его изучить.

    Новости и события

    <УЛ> Лоуренс Ульрих. IEEE Spectrum, 29 января 2020 г. Старомодные солнцезащитные козырьки могут устареть благодаря электронной версии, которая автоматически подстраивается под силу и положение солнца. Тим Мойнихэн. Wired, 19 января 2015 г. Как квантовые точки могут сделать ЖК-дисплеи ярче и лучше, но затмят ли они OLED-дисплеи? Декстер Джонсон. IEEE Spectrum, 24 ноября 2014 г. Новый поляризационный фильтр, поглощающий меньше света, может сделать ЖК-дисплеи ярче и снизить энергопотребление. Альфред Пур. IEEE Spectrum, 29 сентября 2011 г. Взгляд на последние тенденции в дизайне ЖК-дисплеев.

    История

    <УЛ> Бенджамин Гросс. IEEE Spectrum, ноябрь 2012 г. Хотя компания RCA владела первоначальными патентами на ЖК-дисплеи, ей не удалось превратить их в выигрышную коммерческую технологию. Герберт Шульдинер, Popular Science, сентябрь 1984 г. Так журнал Popular Science объявил о появлении компактных ЖК-экранов более четверти века назад. Включает довольно красивую трехмерную диаграмму того, как жидкие кристаллы искажают поляризованный свет. Х. Стегемейер, Жидкие кристаллы, том 5, номер 1, 2006 г., стр. 5–6.

    Технические документы

    <УЛ>
  • [PDF] Основы жидких кристаллов: как они работают и что они делают, Fujitsu. Этот полезный справочный материал начинается с того места, где заканчивается моя статья, объясняя подробное описание работы ЖК-дисплеев и их различных типов просто и ясно. Ричард Уильямс, RCA Corporation, 30 мая 1967 г. Оригинальный патент RCA на нематические ЖК-дисплеи. Джеймс Л. Фергасон, RCA Corporation, 8 мая 1973 г. Первый дисплей с использованием скрученных нематических ЖК-дисплеев.

    • НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

    Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

    Авторские права на текст © Chris Woodford, 2007, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

    Подпишитесь на нас

    Оцените эту страницу

    Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.

    Сохранить или поделиться этой страницей

    Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям с помощью:

    Если вы знакомы с дисплеями, от портативных компьютеров до цифровых часов, вы, скорее всего, имели дело с ЖК-дисплеем, сокращенно от жидкокристаллического дисплея. ЖК-экраны и ЖК-технологии за последние несколько десятилетий приобрели все большее значение, особенно обогнав ранее популярную электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), поскольку сложность под поверхностью дисплея стала более качественной и эффективной.

    Что такое жидкие кристаллы?


    ЖК-панели можно отнести к категории плоских дисплеев. Что отличает их от других технологий отображения, так это слой жидкокристаллического материала внутри. В этом тонком слое молекулы жидких кристаллов располагаются между двумя стеклянными подложками. На внутренних поверхностях каждой из этих подложек расположены электроды, управляющие носителями заряда, такими как электроны, которые затем взаимодействуют с жидкими кристаллами, создавая электрическое поле, проходящее через них; это, в свою очередь, может изменить расположение кристаллов, а также изменить общее поведение молекул. На противоположных сторонах подложки используются поляризаторы для управления уровнями прохождения света, влияющими на общее изображение дисплея.

    Как работают жидкокристаллические дисплеи?

    В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК-мониторы не могут подсвечиваться сами по себе, поэтому им требуется источник света: подсветка. Эту подсветку чаще всего изготавливают из известных светодиодов, что означает светоизлучающие диоды. Свет, исходящий от задней подсветки, проходит через задний поляризатор и заднюю подложку в жидкие кристаллы. Теперь световые волны могут вести себя по-разному. Подсветка, используемая в ЖК-дисплеях, может быть светодиодной (светоизлучающий диод) или CCFL (флуоресцентная лампа с холодным катодом). Светодиодная подсветка потребляет меньше энергии, что становится все более популярным, в то время как CCFL дешевле для ЖК-дисплеев большого размера, таких как большие ЖК-телевизоры. В последнее время для увеличения контрастности ЖК-дисплея используется технология квантовых точек.

    Электроды являются контролирующими факторами поведения жидких кристаллов и, следовательно, поведения света. Проводя или не проводя ток в кристаллический слой, свет может проходить или не проходить через жидкие кристаллы таким образом, который позволяет пройти через поляризатор. Из-за этой роли электроды в ЖК-дисплеях часто изготавливаются из оксида индия-олова (ITO). ITO обладает хорошими проводящими свойствами, а также может использоваться в качестве прозрачного электрода, что очень важно для современных дисплеев.

    Влияние электродов на выравнивание жидких кристаллов зависит от используемого метода выравнивания (скрученный нематик, многодоменное переключение в плоскости). Например, скрученные нематические жидкие кристаллы ориентированы скрученно, когда отсутствует электрическое поле, которое затем поляризует свет, проходящий через слой; когда электроды приложат поле полностью, завихрение выпрямится, больше не поляризуя свет, и поэтому свет не проходит. В каждом из этих типов выравнивания электроды размещаются в структуре по-разному, изменяя свойства дисплея, такие как ширина угла обзора, энергопотребление и время отклика. Несмотря на эти разные методы выравнивания, цель жидкокристаллического слоя остается неизменной: поляризовать свет, чтобы поляризованный свет проходил через поверхность дисплея. Поляризуя свет, передаваемый от подсветки, молекулы жидких кристаллов играют роль в том, какая часть света проходит через поляризационные фильтры, будь то весь, никакой или частичный свет.


    Для цветных дисплеев существует дополнительный шаг между поляризацией и взаимодействием с поляризатором. После поляризации в кристаллическом слое свет проходит через цветовой фильтр RGB (красный, зеленый, синий). ЖК-дисплеи работают, используя отдельные пиксели для отображения изображений, движущихся или стационарных. Каждый пиксель будет отображать цвет, смешанный цветовым фильтром RGB, при этом каждый цветовой фильтр связан с одним из субпикселей пикселя. В субпикселях определяется степень освещенности, что влияет на степень заметности соответствующего цвета. С группами субпикселей, объединенных под пикселем, цвета RGB будут смешиваться определенным образом, чтобы создать цвет пикселя, который затем будет работать с другими пикселями, чтобы в конечном итоге создать изображение, отображаемое на устройстве отображения.


    В отличие от ЭЛТ, выгорание ЖК-дисплеев можно восстановить.

    Как изготавливается ЖК-экран?

    Для создания ЖК-дисплея подготавливаются две стеклянные подложки.На одну подложку обычно наносят ITO с образованием прозрачного, но проводящего слоя (электродного слоя). Кремний затем осаждается поверх слоя ITO вместе с частями транзистора. На другом слое цветовой фильтр выполнен с использованием цветных точек RGB. Затем жидкий кристалл небольшими порциями капают в транзисторные ячейки, изготовленные из первого листа, и используют его в качестве клея при соединении двух стеклянных подложек, точно совмещая транзисторные ячейки с цветными фильтрами. Наконец, на оба слоя наклеивается поляризационная пленка


    Каковы типы и области применения ЖК-дисплеев?

    С момента разработки первого ЖК-дисплея матричные технологии, которые организуют связь между пикселями и общим сигналом на дисплее, эволюционировали, чтобы обеспечить более высокое разрешение, более быструю и четкую индикацию. До разработки активной матрицы использовалась пассивная матрица. ЖК-дисплеи с пассивной матрицей не использовали активную схему управления для сохранения информации о пикселях, и когда изображение должно было быть обновлено, только тогда отправлялся сигнал. Это приводило к медленным и нечетким изображениям, когда отображаемые изображения менялись или двигались. Однако появление дисплеев с активной матрицей произвело революцию в индустрии дисплеев. Движущиеся изображения теперь были намного более четкими и могли быстрее реагировать на изменение изображений, что позволяло отображать более качественные изображения. Благодаря активному и независимому обслуживанию управляющих схем в каждом пикселе ЖК-дисплеи с активной матрицей (AMLCD) оказались чрезвычайно привлекательными для потребителей, и поэтому они стали доминирующей технологией для экранов с высоким разрешением, таких как компьютерные мониторы, телевизоры и смартфоны.

    AMLCD чаще всего состоят из тонкопленочных транзисторов (TFT). Транзисторы в TFT LCD позволяют активно поддерживать сигнал внутри пикселя без помех соседним пикселям, что делает их неотъемлемой частью большинства AMLCD. Каждый пиксель представляет собой небольшой конденсатор со слоем изолирующего жидкого кристалла, заключенным между прозрачными проводящими слоями ITO.


    Как упоминалось ранее, существуют различные способы выравнивания слоя жидких кристаллов, и каждый из этих методов позволяет создавать различные типы ЖК-дисплеев. Например, ЖК-дисплей TN , будучи одним из более дешевых, но и более быстрых вариантов, стал очень полезным в игровых дисплеях, где требуется высокая частота обновления графики и время отклика.

    ЖК-технология также нашла применение в автомобильной промышленности (автомобильные приборные панели и дисплеи) и медицинской промышленности (радиологическая визуализация).

    Сравнение ЖК-технологий: тогда и сейчас

    Как упоминалось ранее, в ЖК-дисплеях используется подсветка, которая освещает дисплей и его пиксели. Так было с момента создания первого ЖК-дисплея в 1960-х годах. В течение десятилетий после этого дисплеи были довольно ограничены по размеру и разрешению. Цвета были не такими динамичными.

    В 1980-х годах были созданы более крупные дисплеи, такие как первый 14-дюймовый полноцветный ЖК-дисплей TFT. С тех пор технологии продолжали быстро превращаться в то, что мы видим сегодня, с множеством улучшенных смартфонов и экранов телевизоров.

    За последние годы органические светодиоды (OLED) значительно расширили свой дисплейный характер и потенциал. OLED-дисплеи имеют преимущества, которых нет у ЖК-дисплеев. Используя небольшие молекулы или полимеры, OLED не нуждается в подсветке; скорее, каждый пиксель имеет свои собственные способности производить органический свет. Это не только уменьшает толщину OLED по сравнению с ЖК-дисплеем, но также обеспечивает более глубокий черный цвет и более высокий коэффициент контрастности. Однако конструктивно, помимо подсветки, оба дисплея похожи, так как оба могут использовать как пассивные, так и активные матрицы, оба часто включают слои TFT, и оба могут быть сделаны прозрачными. OLED имеет еще одно преимущество перед ЖК-дисплеем, когда речь идет о структуре; без подсветки его можно сделать гибким, что позволит использовать новые, более продвинутые дисплеи, например складные смартфоны.

    Читайте также: