Жидкокристаллический дисплей

редактировать
Дисплей, использующий светомодулирующие свойства жидких кристаллов

Отражающий скрученный нематик жидкий кристалл дисплей.
  1. Поляризационный фильтр, пленка с вертикальной осью для поляризации света при его входе.
  2. Стеклянная подложка с электродами ITO . Формы этих электродов будут определять формы, которые появятся при включении ЖК-дисплея. Вертикальные гребни, вытравленные на поверхности, гладкие.
  3. Скрученный нематический жидкий кристалл.
  4. Стеклянная подложка с общей электродной пленкой (ITO) с горизонтальными гребнями, чтобы выровняться с горизонтальным фильтром.
  5. Поляризационная фильтрующая пленка с горизонтальной осью для блокировки / пропускания света.
  6. Отражающая поверхность, возвращающая свет к зрителю. (В ЖК-дисплее с подсветкой этот слой заменяется или дополняется источником света.)

A ЖК-дисплей (ЖК-дисплей ) - это плоский дисплей или другое оптическое устройство с электронной модуляцией, в котором используются светомодулирующие свойства жидких кристаллов в сочетании с поляризаторами. Жидкие кристаллы не излучают свет напрямую, вместо этого используется фоновая подсветка или отражатель для создания цветных или монохромных изображений. Доступны ЖК-дисплеи для отображения произвольных изображений (как на компьютерном дисплее общего назначения) или фиксированных изображений с низким содержанием информации, которые можно отображать или скрывать, например, предварительно заданные слова, цифры и семисегментные дисплеи, как в цифровых часах. Они используют ту же базовую технологию, за исключением того, что произвольные изображения создаются из матрицы маленьких пикселей, в то время как другие дисплеи имеют более крупные элементы. ЖК-дисплеи могут быть либо нормально включенными (положительными), либо выключенными (отрицательными), в зависимости от расположения поляризатора. Например, символьный положительный ЖК-дисплей с подсветкой будет иметь черные буквы на фоне, который является цветом подсветки, а символьный отрицательный ЖК-дисплей будет иметь черный фон с буквами того же цвета, что и подсветка. К белому на синих ЖК-дисплеях добавляются оптические фильтры, чтобы придать им характерный вид.

ЖК-дисплеи используются в широком диапазоне приложений, включая ЖК-телевизоры, компьютерные мониторы, приборные панели, дисплеи кабины самолетов., а также вывески внутри и снаружи. Маленькие ЖК-экраны распространены в ЖК-проекторах и портативных потребительских устройствах, таких как цифровые камеры, часы, цифровые часы, калькуляторы. и мобильные телефоны, включая смартфоны. ЖК-экраны также используются в продукции бытовой электроники, такой как DVD-плееры, видеоигры и часы. ЖК-экраны заменили тяжелые и громоздкие дисплеи с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) почти во всех приложениях. ЖК-экраны доступны с более широким диапазоном размеров экранов, чем ЭЛТ и плазменные дисплеи, причем ЖК-экраны доступны в размерах от крошечных цифровых часов до очень больших телевизионных приемников. ЖК-дисплеи постепенно заменяются на OLED, которые можно легко преобразовать в различные формы, с меньшим временем отклика, более широкой цветовой гаммой, практически бесконечным цветовым контрастом и углами обзора, меньшим весом для данного размера дисплея и более тонкий профиль (поскольку в OLED-дисплеях используется одна стеклянная или пластиковая панель, в то время как в ЖК-дисплеях используются две стеклянные панели; толщина панелей увеличивается с размером, но это увеличение более заметно на ЖК-дисплеях) и потенциально более низкое энергопотребление (поскольку дисплей только "включен") «там где надо и нет подсветки). OLED, однако, более дороги для данного размера дисплея из-за очень дорогих электролюминесцентных материалов или люминофоров, которые они используют. Кроме того, из-за использования люминофоров OLED-дисплеи страдают от выгорания экрана, и в настоящее время нет возможности утилизировать OLED-дисплеи, тогда как ЖК-панели можно утилизировать, хотя технология, необходимая для переработки ЖК-дисплеев, еще не получила широкого распространения. Попытки сохранить конкурентоспособность ЖК-дисплеев - это дисплеи с квантовыми точками, продаваемые как SUHD, QLED или Triluminos, которые предлагают характеристики, аналогичные OLED-дисплеям, но слой квантовых точек, который придает этим дисплеям их характеристики, пока не может быть переработанный.

Так как ЖК-экраны не используют люминофор, они редко страдают выгоранием изображения, когда статическое изображение отображается на экране в течение длительного времени, например, рамка стола для полета авиакомпании расписание на внутренней вывеске. Однако ЖК-дисплеи чувствительны к постоянному изображению. ЖК-экран более энергоэффективен и может быть утилизирован более безопасно, чем ЭЛТ. Его низкое энергопотребление позволяет использовать его в питаемом от аккумулятора электронном оборудовании более эффективно, чем может быть ЭЛТ. К 2008 году годовые продажи телевизоров с ЖК-экранами превысили продажи ЭЛТ-устройств по всему миру, и ЭЛТ стали устаревшими для большинства целей.

Содержание

  • 1 Общие характеристики
  • 2 История
    • 2.1 Предпосылки
    • 2.2 1960-е
    • 2.3 1970-е
    • 2.4 1980-е
    • 2.5 1990-е
    • 2,6 2000-е – 2010-е
  • 3 Освещение
  • 4 Подключение к другим цепям
  • 5 Пассивная матрица
  • 6 Технологии активной матрицы
    • 6.1 Витой нематик (TN)
    • 6.2 Плоская коммутация (IPS)
      • 6.2. 1 Super In-plane Switching (S-IPS)
    • 6,3 M + или разногласия по RGBW
    • 6,4 IPS по сравнению с AMOLED
    • 6.5 Расширенное переключение периферийного поля (AFFS)
    • 6,6 Вертикальное выравнивание (VA)
    • 6.7 Режим синей фазы
  • 7 Контроль качества
  • 8 Дисплеи с нулевым энергопотреблением (бистабильные)
  • 9 Технические характеристики
  • 10 Преимущества и недостатки
    • 10.1 Преимущества
    • 10.2 Недостатки
  • 11 Используемые химические вещества
    • 11.1 Воздействие на окружающую среду
  • 12 См. Также
  • 13 Ссылки
  • 14 Внешние ссылки
    • 14.1 Общая информация

Общие характеристики

ЖК-экран, используемый в качестве панели уведомлений для путешественников

Каждый пиксель ЖК-дисплея обычно состоит из слоя моль кулеры выровнены между двумя прозрачными электродами, часто сделанными из оксида индия-олова (ITO) и двумя поляризационными фильтрами ( и перпендикулярные поляризаторы), оси пропускания которых (в большинстве случаев) перпендикулярны друг другу. Без жидкого кристалла между поляризационными фильтрами свет, проходящий через первый фильтр, блокировался бы вторым (скрещенным) поляризатором. Перед приложением электрического поля ориентация молекул жидкого кристалла определяется выравниванием на поверхностях электродов. В устройстве со скрученным нематиком (TN) направления выравнивания поверхности на двух электродах перпендикулярны друг другу, и поэтому молекулы выстраиваются в спиральную структуру или скручиваются. Это вызывает поворот поляризации падающего света, и устройство выглядит серым. Если приложенное напряжение достаточно велико, молекулы жидкого кристалла в центре слоя почти полностью раскручиваются, и поляризация падающего света не поворачивается, когда он проходит через слой жидких кристаллов. Затем этот свет будет в основном поляризован перпендикулярно второму фильтру и, таким образом, будет заблокирован, и пиксель станет черным. Путем управления напряжением, приложенным к жидкокристаллическому слою в каждом пикселе, можно позволить свету проходить в различных количествах, таким образом составляя различные уровни серого.

Химическая формула жидких кристаллов, используемых в ЖК-дисплеях, может отличаться. Формулы могут быть запатентованы. Примером является смесь 2- (4-алкоксифенил) -5-алкилпиримидина с цианобифенилом, запатентованная Merck и Sharp Corporation. Срок действия патента на эту конкретную смесь истек.

Большинство цветных ЖК-систем используют ту же технику с цветными фильтрами, используемыми для создания красных, зеленых и синих пикселей. Цветные ЖК-фильтры изготавливаются с помощью процесса фотолитографии на больших стеклянных листах, которые позже склеиваются с другими стеклянными листами, содержащими матрицу TFT, разделители и жидкие кристаллы, создавая несколько цветных ЖК-дисплеев, которые затем отрезаются друг от друга и ламинированный листами поляризатора. Используются красные, зеленые, синие и черные фоторезисты (резисты). Все резисты содержат тонко измельченный порошковый пигмент с размером частиц всего 40 нанометров. Черный резист наносится первым; это создаст черную сетку (известную в отрасли как черная матрица), которая будет отделять красный, зеленый и синий субпиксели друг от друга, увеличивая контрастность и предотвращая утечку света из одного субпикселя на другие окружающие субпиксели. После того, как черный резист был высушен в духовке и подвергнут воздействию ультрафиолета через фотошаблон, неэкспонированные участки смываются, образуя черную сетку. Затем тот же процесс повторяется с оставшимися резистами. Это заполняет дыры в черной сетке резистами соответствующего цвета. Другой метод генерации цвета, который использовался в ранних цветных КПК и некоторых калькуляторах, заключался в изменении напряжения на ЖК-дисплее Super-Twisted Nematic, где переменное скручивание между более плотно расположенными пластинами вызывает переменное двойное лучепреломление двойное лучепреломление, изменяя тем самым оттенок. Обычно они ограничивались тремя цветами на пиксель: оранжевым, зеленым и синим.

ЖК-дисплей в калькуляторе Texas Instruments с верхним поляризатором, удаленным с устройства и помещенным сверху, так что верхний и нижний поляризаторы перпендикулярны. В результате цвета инвертируются.

Оптический эффект устройства TN в состоянии под напряжением гораздо меньше зависит от изменений толщины устройства, чем в состоянии без напряжения. Из-за этого TN-дисплеи с низким содержанием информации и без подсветки обычно работают между скрещенными поляризаторами, так что они кажутся яркими без напряжения (глаз намного более чувствителен к изменениям в темном состоянии, чем в ярком состоянии). Поскольку большинство ЖК-дисплеев 2010 года используется в телевизорах, мониторах и смартфонах, они имеют матричные массивы пикселей с высоким разрешением для отображения произвольных изображений с использованием задней подсветки на темном фоне. Когда изображение не отображается, используется другое расположение. Для этого ЖК-дисплеи TN работают между параллельными поляризаторами, тогда как ЖК-дисплеи IPS имеют скрещенные поляризаторы. Во многих приложениях ЖК-дисплеи IPS заменили ЖК-дисплеи TN, особенно в смартфонах, таких как iPhone. И жидкокристаллический материал, и материал выравнивающего слоя содержат ионные соединения. Если электрическое поле одной конкретной полярности применяется в течение длительного периода времени, этот ионный материал притягивается к поверхностям и ухудшает характеристики устройства. Этого можно избежать либо путем подачи переменного тока, либо путем изменения полярности электрического поля при обращении к устройству (отклик жидкокристаллического слоя идентичен, независимо от полярности приложенного поля).

Цифровые часы Casio Alarm Chrono с ЖК-дисплеем

Отображение небольшого количества отдельных цифр или фиксированных символов (как в цифровых часах и карманных калькуляторах ) можно реализовать с независимые электроды для каждого сегмента. Напротив, полные буквенно-цифровые или изменяемые графические дисплеи обычно реализуются с пикселями, расположенными в виде матрицы, состоящей из электрически связанных строк на одной стороне ЖК-слоя и столбцов на другой стороне, что позволяет обращаться к каждому из них. пиксель на перекрестках. Общий метод матричной адресации состоит из последовательной адресации одной стороны матрицы, например, путем выбора строк по одной и применения информации изображения с другой стороны в столбцах строка за строкой. Для получения подробной информации о различных схемах матричной адресации см. ЖК-дисплеи с пассивной матрицей и активной матрицей..

ЖК-дисплеи вместе с OLED-дисплеями производятся в чистых помещениях заимствуя методы от производство полупроводников и использование больших листов стекла, размер которых со временем увеличивался. Несколько дисплеев производятся одновременно, а затем вырезаются из листа стекла, также известного как материнское стекло или стеклянная подложка ЖК-дисплея. Увеличение размера позволяет изготавливать больше дисплеев или больше дисплеев, как при увеличении размеров пластины в производстве полупроводников. Размеры стекла следующие:

LCD-Glass-sizes-generation
ПоколениеДлина [мм]Высота [мм]Год выпускаСсылки
GEN 1200-300200-4001990
GEN 2370470
GEN 35506501996-1998
GEN 3.56007201996
GEN 46808802000-2002
GEN 4.57309202000-2004
GEN 511001250-13002002-2004
GEN 615001800–18502002-2004
GEN 7187022002003
GEN 7.519502250
GEN 821602460
GEN 8.5220025002007-2016
GEN 8.6225026002016
GEN 10288031302009
GEN 10.5 (также известный как GEN 11)294033702018

До поколения 8, производители не согласны n один размер материнского стекла, и в результате разные производители будут использовать немного разные размеры стекла для одного и того же поколения. Некоторые производители используют листы материнского стекла Gen 8.6, которые лишь немного больше, чем Gen 8.5, что позволяет изготавливать больше 50 и 58 дюймовых ЖК-дисплеев на одно материнское стекло, особенно 58-дюймовые ЖК-дисплеи, и в этом случае 6 могут быть изготовлены на материнском стекле Gen 8.6. стекла против всего 3 на материнском стекле Gen 8.5, что значительно снижает количество отходов. Толщина материнского стекла также увеличивается с каждым поколением, поэтому большие размеры материнского стекла лучше подходят для больших дисплеев. ЖК-модуль (LCM) - это готовый к использованию ЖК-дисплей с подсветкой. Таким образом, фабрика, производящая ЖК-модули, не обязательно производит ЖК-дисплеи, она может только собирать их в модули. Стеклянные подложки для ЖК-дисплеев производятся такими компаниями, как AGC Inc., Corning Inc. и Nippon Electric Glass.

История

Истоки и сложная история жидкокристаллических дисплеев с точки зрения инсайдера в первые дни была описана Джозефом А. Кастеллано в книге «Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создание индустрии». Другой отчет о происхождении и истории ЖКД с другой точки зрения до 1991 года был опубликован Хироши Кавамото, доступным в Центре истории IEEE. Описание вклада Швейцарии в разработку ЖК-дисплеев, написанное Питером Дж. Вильдом, можно найти на вики-сайте Engineering and Technology History Wiki.

Предпосылки

В 1888 году Фридрих Рейнитцер (1858–1927) открыл жидкокристаллическую природу холестерина, экстрагированного из моркови (то есть две точки плавления и образование цветов), и опубликовал свои выводы на заседании Венского химического общества 3 мая 1888 года (Ф. Рейнитцер: Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins, Monatshefte für Chemie (Wien) 9, 421–441 (1888)). В 1904 году Отто Леманн опубликовал свою работу «Flüssige Kristalle» (Жидкие кристаллы). В 1911 году Шарль Моген впервые экспериментировал с жидкими кристаллами, заключенными между пластинами в тонких слоях.

В 1922 году Жорж Фридель описал структуру и свойства жидких кристаллов и разделил их на 3 типа (нематики, смектики и холестерики). В 1927 году Всеволод Фредерикс изобрел электрически переключаемый световой клапан, названный переходом Фредерикса, существенный эффект всей ЖК-технологии. В 1936 году компания Marconi Wireless Telegraph запатентовала первое практическое применение этой технологии - «жидкокристаллический световой клапан». В 1962 году доктор Джордж У. Грей опубликовал первую крупную публикацию на английском языке «Молекулярная структура и свойства жидких кристаллов». В 1962 году Ричард Уильямс из RCA обнаружил, что жидкие кристаллы обладают некоторыми интересными электрооптическими характеристиками, и он реализовал электрооптический эффект, создавая полосы в тонком слое жидкокристаллического материала путем применения вольтаж. Этот эффект основан на электрогидродинамической нестабильности, формирующей то, что сейчас называется «доменами Вильямса» внутри жидкого кристалла.

MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) был изобретен Мохамед М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году и представлен в 1960 году. Основываясь на своей работе с полевыми МОП-транзисторами, Пол К. Веймер в RCA разработал тонкопленочный транзистор (TFT) в 1962 году. Это был тип полевого МОП-транзистора, отличный от стандартного полевого МОП-транзистора.

1960-е годы

В 1964 году Джордж Х. Хейлмайер, тогда работавший в лабораториях RCA над эффектом, обнаруженным Уильямсом, добился переключения цветов посредством индуцированного полем перестройки дихроичных красителей в гомеотропно ориентированной среде. жидкокристаллический. Практические проблемы с этим новым электрооптическим эффектом заставили Хейльмайера продолжить работу над эффектами рассеяния в жидких кристаллах и, наконец, создать первый рабочий жидкокристаллический дисплей, основанный на том, что он назвал режимом динамического рассеяния (DSM).. Подача напряжения на дисплей DSM переводит изначально чистый прозрачный жидкокристаллический слой в молочно-мутное состояние. Дисплеи DSM могли работать в пропускающем и отражающем режимах, но для их работы требовался значительный ток. Джордж Х. Хейлмайер был занесен в Национальный зал славы изобретателей и ему приписывают изобретение ЖК-дисплеев. Работа Хейльмайера является вехой IEEE.

В конце 1960-х годов новаторская работа с жидкими кристаллами была предпринята британским Королевским радарным учреждением в Малверне, Англия. Команда RRE поддерживала текущую работу Джорджа Уильяма Грея и его команды из Университета Халла, которые в конечном итоге открыли жидкие кристаллы цианобифенила, которые обладали правильной стабильностью и температурными свойствами для применения в ЖК-дисплеях.

Идея жидкокристаллического дисплея (LCD) на основе TFT была придумана Бернардом Лехнером из RCA Laboratories в 1968 году. Lechner, F.J. Marlowe, E.O. Нестер и Дж. Талтс продемонстрировали концепцию в 1968 году с помощью ЖК-дисплея с матрицей 18x2 с динамическим рассеянием (DSM), в котором использовались стандартные дискретные полевые МОП-транзисторы.

1970-е годы

4 декабря 1970 года., эффект скрученного нематического поля (TN) в жидких кристаллах был подан на патент Hoffmann-LaRoche в Швейцарии (швейцарский патент № 532 261 ) с Вольфганг Хельфрих и Мартин Шадт (тогда работавший в Центральных исследовательских лабораториях) в списке изобретателей. Hoffmann-La Roche предоставила лицензию на изобретение швейцарскому производителю Brown, Boveri Cie, своему партнеру по совместному предприятию, который в 1970-х годах производил дисплеи TN для наручных часов и других приложений для международные рынки, включая японскую электронную промышленность, которая вскоре выпустила первые цифровые кварцевые наручные часы с ЖК-дисплеями TN и множество других продуктов. Джеймс Фергасон, работая с Сардари Арора и Альфредом Саупе в Государственном университете Кента Институт жидких кристаллов, подали идентичный патент в США. Штаты 22 апреля 1971 года. В 1971 году компания Fergason, ILIXCO (ныне LXD Incorporated ), произвела ЖК-дисплеи на основе TN-эффекта, которые вскоре вытеснили некачественные Типы DSM за счет улучшения более низких рабочих напряжений и меньшего энергопотребления. Тетсуро Хама и Изухико Нисимура из Seiko получили в США патент от февраля 1971 года на электронные наручные часы, включающие TN-LCD. В 1972 году на рынке были выпущены первые наручные часы с TN-LCD: Gruen Teletime, часы с четырехзначным дисплеем.

В 1972 году концепция активной матрицы тонкопленочного транзистора (TFT) жидкокристаллической панели дисплея была прототипирована в Соединенных Штатах Т. Команда Питера Броуди в Westinghouse, в Питтсбурге, Пенсильвания. В 1973 году Броуди, Дж. А. Асарс и Г. Д. Диксон в Westinghouse Research Laboratories продемонстрировали первый жидкокристаллический дисплей на тонкопленочных транзисторах (TFT LCD). По состоянию на 2013 год во всех современных устройствах с высоким разрешением и высококачественных электронных визуальных дисплеях используются дисплеи с активной матрицей на основе TFT. Броди и Фанг-Чен Луо продемонстрировали первый плоский ЖК-дисплей с активной матрицей (AM LCD) в 1974 году, а затем Броуди ввел термин «активная матрица» в 1975 году.

In 1972 North American Rockwell Microelectronics Corp представила использование ЖК-дисплеев DSM для калькуляторов для маркетинга компанией Lloyds Electronics Inc., хотя для этого требовался внутренний источник света. Sharp Corporation, за которым последовали ЖК-дисплеи DSM для карманных калькуляторов в 1973 году, а затем массовое производство ЖК-дисплеев TN для часов в 1975 году. Другие японские компании вскоре заняли лидирующие позиции на рынке наручных часов, например, Seiko и его первые 6-разрядные кварцевые наручные часы TN-LCD. Цветные ЖК-дисплеи, основанные на взаимодействии гостя и хоста, были изобретены командой RCA в 1968 году. Особый тип такого цветного ЖК-дисплея был разработан японской корпорацией Sharp в 1970-х годах, получив патенты на свои изобретения, такие как патент Синдзи Като и Такааки Миядзаки в мае 1975 года, а затем усовершенствован Фумиаки Фунада и Масатака Мацуура в декабре 1975 года. ЖК-дисплеи TFT, аналогичные прототипам, разработанным командой Westinghouse в 1972 году, были запатентованы в 1976 году командой Sharp, состоящей из Фумиаки. Фунада, Масатака Мацуура и Томио Вада, затем улучшенные в 1977 году командой Sharp, состоящей из Кохей Киши, Хиросаку Нономура, Кейитиро Симидзу и Томио Вада. Однако эти TFT-LCD еще не были готовы к использованию в продукции, так как проблемы с материалами для TFT еще не были решены.

1980-е годы

В 1983 году исследователи из Brown, Boveri Cie (BBC) Research Center, Швейцария изобрели супер- структура витого нематика (STN) для ЖК-дисплеев с пассивной матрицей с адресом . H. Amstutz et al. были указаны как изобретатели в соответствующих патентных заявках, поданных в Швейцарии 7 июля 1983 г. и 28 октября 1983 г. Патенты были выданы в Швейцарии CH 665491, Европе EP 0131216, США. Патент 4,634,229 и многих других стран. В 1980 году Браун Бовери основал совместное предприятие 50/50 с голландской компанией Philips под названием Videlec. Компания Philips обладала необходимыми ноу-хау для разработки и создания интегральных схем для управления большими ЖК-панелями. Кроме того, у Philips был лучший доступ к рынкам электронных компонентов и он намеревался использовать ЖК-дисплеи в новых поколениях продуктов Hi-Fi, видеооборудования и телефонов. В 1984 году исследователи Philips Теодорус Велзен и Адрианус де Ваан изобрели схему ускорения видео, которая решила проблему медленного времени отклика STN-LCD и позволила получать высококачественные плавные видеоизображения с высоким разрешением на STN-LCD. В 1985 году изобретатели Philips Теодорус Велцен и Адрианус де Ваан решили проблему управления STN-ЖК-дисплеями с высоким разрешением с помощью низковольтной (на основе CMOS) приводной электроники, что позволило применять высококачественные (высокое разрешение и скорость видео) ЖК-панели. в портативных устройствах с батарейным питанием, таких как ноутбуки и мобильные телефоны. В 1985 году Philips приобрела 100% швейцарской компании Videlec AG. Впоследствии Philips перенесла производственные линии Videlec в Нидерланды. Спустя годы Philips успешно произвела и продала полные модули (состоящие из ЖК-экрана, микрофона, динамиков и т. Д.) В массовом производстве для быстро развивающейся индустрии мобильных телефонов.

Первые цветные ЖК-телевизоры были разработаны как портативные телевизоры в Японии. В 1980 году группа исследований и разработок Hattori Seiko начала разработку карманных цветных ЖК-телевизоров. В 1982 году Seiko Epson выпустила первый ЖК-телевизор, Epson TV Watch, наручные часы, оснащенные небольшим ЖК-телевизором с активной матрицей. Корпорация Sharp представила матричный TN-LCD в 1983 году. В 1984 году Epson выпустила ET-10, первый полноцветный карманный ЖК-телевизор. В том же году Citizen Watch представили Citizen Pocket TV, 2,7-дюймовый цветной ЖК-телевизор с первым коммерческим TFT LCD дисплеем. В 1988 году Sharp продемонстрировала 14-дюймовый полноцветный полноцветный TFT-ЖК-дисплей с активной матрицей. Это привело к тому, что Япония запустила индустрию ЖК-дисплеев, которая разработала ЖК-дисплеи большого размера, включая TFT компьютерные мониторы и ЖК-телевизоры. Компания Epson разработала проекционную технологию 3LCD в 1980-х годах и лицензировала ее для использования в проекторах в 1988 году. Epson VPJ-700, выпущенный в январе 1989 года, был первым в мире компактным, полнофункциональным цветной ЖК-проектор.

1990-е годы

В 1990 году под разными названиями изобретатели задумали электрооптические эффекты как альтернативу ЖК-дисплеям с эффектом скрученного нематического поля (TN- и STN-LCD). Один из подходов заключался в использовании встречно-штыревых электродов на одной стеклянной подложке только для создания электрического поля, по существу параллельного стеклянным подложкам. Чтобы в полной мере использовать свойства этой технологии In Plane Switching (IPS), потребовалась дополнительная работа. После тщательного анализа подробности предпочтительных вариантов осуществления внесены в Германия Guenter Baur et al. и запатентованы в разных странах. Институт Фраунгофера во Фрайбурге, где работали изобретатели, передает эти патенты компании Merck KGaA, Дармштадт, поставщику ЖК-веществ. В 1992 году, вскоре после этого, инженеры из Hitachi прорабатывали различные практические детали технологии IPS, чтобы соединить матрицу тонкопленочных транзисторов в виде матрицы и избежать нежелательных полей рассеяния между пикселями. Hitachi также улучшила зависимость от угла обзора за счет оптимизации формы электродов (Super IPS). NEC и Hitachi стали первыми производителями ЖК-дисплеев с активной матрицей, основанных на технологии IPS. Это важный этап в реализации ЖК-дисплеев с большим экраном, обеспечивающих приемлемые визуальные характеристики для компьютерных мониторов и телевизионных экранов. В 1996 году Samsung разработал метод формирования оптического рисунка, который позволяет использовать многодоменный ЖК-дисплей. Многодоменное переключение и In Plane Switching впоследствии остаются доминирующими конструкциями ЖК-дисплеев до 2006 года. В конце 1990-х годов индустрия ЖК-дисплеев начала смещаться из Японии в сторону Южной Кореи и Тайваня., который позже переместился в Китай.

2000-е – 2010-е годы

В 2007 году качество изображения ЖК-телевизоров превзошло качество изображения телевизоров на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). В четвертом квартале 2007 года ЖК-телевизоры впервые превысили продажи ЭЛТ-телевизоров по всему миру. Согласно прогнозам, ЖК-телевизоры составят 50% из 200 миллионов телевизоров, которые будут отгружены во всем мире в 2006 году. В октябре 2011 года Toshiba объявила о выпуске 2560 × 1600 пикселей на 6,1-дюймовом (155 мм) ЖК-дисплее, подходящем для использования в планшетном компьютере , особенно для отображения китайских символов. В 2010-х годах также широко применялась технология TGP (Tracking Gate-line in Pixel), которая перемещает схему управления от границ дисплея к промежутку между пикселями, что позволяет использовать узкие рамки. ЖК-дисплеи могут быть прозрачными и гибкими, но они не могут излучать свет без подсветки, такой как OLED и microLED, которые представляют собой другие технологии, которые также можно сделать гибкими и прозрачными. Для увеличения углов обзора ЖК-дисплеев можно использовать специальные пленки.

В 2016 году Panasonic разработала ЖК-дисплеи IPS с контрастностью 1 000 000: 1, конкурирующие с OLED. Позднее эта технология была запущена в массовое производство в виде двухслойных, двухпанельных или LMCL (светомодулирующих слоев ячеек) ЖК-дисплеев. Технология использует 2 жидкокристаллических слоя вместо одного и может использоваться вместе с мини-светодиодной подсветкой и листами с квантовыми точками.

Освещение

Поскольку ЖК-дисплеи не излучают собственного света, они требуется внешний свет для создания видимого изображения. В жидкокристаллическом экране пропускающего типа источник света расположен в задней части стопки стекла и называется задней подсветкой. ЖК-дисплеи с активной матрицей почти всегда имеют подсветку. Пассивные ЖК-дисплеи могут иметь подсветку, но многие используют отражатель на задней стороне стеклопакета для использования окружающего света. Прозрачные ЖК-дисплеи сочетают в себе характеристики пропускающего дисплея с задней подсветкой и отражающего дисплея.

Распространенными реализациями технологии подсветки ЖК-дисплея являются:

18 параллельных CCFL в качестве подсветки для 42-дюймового (106 см) ЖК-телевизора
  • CCFL: ЖК-панель освещается двумя люминесцентные лампы с холодным катодом , размещенные на противоположных краях дисплея, или массив параллельных CCFL за дисплеями большего размера. Рассеиватель (сделанный из акрилового пластика PMMA, также известный как волновод или световод / направляющая пластина) затем равномерно распределяет свет по всему дисплею. В течение многих лет эта технология использовалась почти исключительно. В отличие от белых светодиодов, большинство CCFL имеют ровный белый спектральный выход, что обеспечивает лучшую цветовую гамму дисплея. Однако CCFL менее энергоэффективны, чем светодиоды, и требуют несколько дорогостоящего инвертора для преобразования любого постоянного напряжения, которое использует устройство (обычно 5 или 12 В), в ≈1000 В, необходимое для зажигания CCFL. Толщина инверторных трансформаторов также ограничивает толщину дисплея.
  • EL-WLED: ЖК-панель подсвечивается рядом белых светодиодов, расположенных на одном или нескольких краях экрана. Затем используется светорассеиватель (световодная пластина, LGP) для равномерного распределения света по всему дисплею, аналогично ЖК-подсветке CCFL с боковой подсветкой. Диффузор изготовлен из ПММА-пластика или специального стекла, ПММА используется в большинстве случаев, потому что он прочный, в то время как специальное стекло используется, когда толщина ЖК-дисплея имеет первостепенное значение, поскольку оно не так сильно расширяется при нагревании. или подвержены воздействию влаги, что позволяет ЖК-дисплеям иметь толщину всего 5 мм. Квантовые точки могут быть размещены сверху диффузора в качестве пленки для улучшения квантовых точек (в этом случае им необходим слой для защиты от тепла и влажности) или на цветном фильтре ЖК-дисплея, заменяя обычно используемые резисты. По состоянию на 2012 год этот дизайн является самым популярным среди мониторов настольных компьютеров. Это позволяет использовать самые тонкие дисплеи. Некоторые ЖК-мониторы, использующие эту технологию, имеют функцию, называемую динамическим контрастом, изобретенную исследователями Philips Дугласом Стэнтоном, Мартинусом Струмером и Адрианусом де Вааном с использованием ШИМ (широтно-импульсной модуляции, технологии, при которой интенсивность светодиодов остается постоянной, но регулируется яркость). достигается за счет изменения временного интервала мигания этих источников света с постоянной интенсивностью света), подсветка затемняется до самого яркого цвета, который появляется на экране, одновременно повышая контраст ЖК-дисплея до максимально достижимых уровней, обеспечивая коэффициент контрастности 1000: 1 ЖК-панель необходимо масштабировать до различной интенсивности света, в результате чего получается коэффициент контрастности «30000: 1», наблюдаемый в рекламе на некоторых из этих мониторов. Поскольку изображения на экране компьютера обычно имеют полностью белый цвет где-то на изображении, подсветка обычно будет максимальной, что делает эту «особенность» главным образом маркетинговым трюком для компьютерных мониторов, однако для экранов телевизоров она резко увеличивает воспринимаемую контрастность и динамический диапазон. улучшает зависимость от угла обзора и резко снижает энергопотребление обычных ЖК-телевизоров.
  • Матрица WLED: ЖК-панель освещается полным набором белых светодиодов, размещенных за диффузором за панелью. ЖК-дисплеи, которые используют эту реализацию, обычно имеют возможность затемнять светодиоды в темных областях отображаемого изображения, эффективно увеличивая коэффициент контрастности дисплея. Точность, с которой это может быть сделано, будет зависеть от количества зон затемнения дисплея. Чем больше зон затемнения, тем точнее затемнение, с менее очевидными артефактами цветения, которые видны в виде темно-серых пятен, окруженных неосвещенными областями ЖК-дисплея. По состоянию на 2012 год эта конструкция в основном используется в высококлассных ЖК-телевизорах с большим экраном.
  • Массив светодиодов RGB: аналогичен массиву WLED, за исключением того, что панель освещается полным массивом Светодиоды RGB. Хотя дисплеи, освещенные белыми светодиодами, обычно имеют худшую цветовую гамму, чем дисплеи с подсветкой CCFL, панели, освещенные светодиодами RGB, имеют очень широкую цветовую гамму. Эта реализация наиболее популярна на ЖК-экранах для профессионального редактирования графики. По состоянию на 2012 год ЖК-дисплеи этой категории обычно стоили более 1000 долларов. По состоянию на 2016 год стоимость этой категории резко снизилась, и такие ЖК-телевизоры получили те же уровни цен, что и предыдущие категории на основе ЭЛТ с диагональю 28 дюймов (71 см).
  • Монохромные светодиоды: они используются для небольших пассивных монохромных ЖК-дисплеев. обычно используется в часах и небольших приборах.

Сегодня большинство ЖК-экранов проектируются с светодиодной подсветкой вместо традиционной CCFL-подсветки, в то время как эта подсветка динамически управляется с помощью видеоинформации (динамическая Комбинация с динамическим управлением подсветкой, изобретенная исследователями Philips Дугласом Стентоном, Мартинусом Струмером и Адрианусом де Вааном, одновременно увеличивает динамический диапазон системы отображения (также продаваемой как HDR, телевидение с широким динамическим диапазоном или называемое Full-area Локальное затемнение (FLAD)

  • Мини-светодиод: Подсветка с помощью мини-светодиодов может поддерживать более тысячи зон полного локального затемнения (FLAD). Это позволяет получить более глубокий черный цвет и более высокий коэффициент сжатия. o можно спутать с MicroLED.)

. Системы подсветки ЖК-дисплея являются высокоэффективными за счет применения оптических пленок, таких как призматическая структура (призматический лист), для получения света в желаемых направлениях зрителя и отражающих поляризационных пленок, которые повторно используют поляризованный свет, который ранее поглощался первым поляризатором ЖК-дисплея (изобретенным исследователями Philips Адрианусом де Вааном и Паулюсом Шаарманом), обычно достигался с помощью так называемых пленок DBEF, производимых и поставляемых 3M. Усовершенствованные версии призматического листа имеют скорее волнистую, чем призматическую структуру, и вводят волны в структуру листа по бокам, а также изменяют высоту волн, направляя еще больше света на экран и уменьшая наложение или муар между структурой листа. призматический лист и субпиксели ЖК-дисплея. Волнистую структуру легче производить массово, чем призматическую, с использованием обычных алмазных станков, которые используются для изготовления роликов, используемых для запечатывания волнистой структуры в пластиковые листы, тем самым производя листы призм. Лист рассеивателя помещается с обеих сторон листа призмы, чтобы сделать свет задней подсветки равномерным, а зеркало помещается за пластиной световода, чтобы направлять весь свет вперед. Призматическая пластина с ее рассеивающими пластинами размещается сверху. световодной пластины. Поляризаторы DBEF состоят из большой стопки одноосно ориентированных двулучепреломляющих пленок, которые отражают поглощенную ранее моду поляризации света. Такие отражающие поляризаторы, использующие одноосно ориентированные полимеризованные жидкие кристаллы (двупреломляющие полимеры или двулучепреломляющий клей), были изобретены в 1989 году исследователями Philips Дирком Броером, Адрианусом де Вааном и Йоргом Брамбрингом. Комбинация таких отражающих поляризаторов и управления динамической светодиодной подсветкой делает современные ЖК-телевизоры намного более эффективными, чем наборы на основе ЭЛТ, что приводит к экономии энергии во всем мире в размере 600 ТВтч (2017 г.), что составляет 10% от потребления электроэнергии всеми домохозяйствами. во всем мире или в 2 раза больше, чем производство энергии всеми солнечными элементами в мире.

Благодаря ЖК-слою, который генерирует желаемые изображения с высоким разрешением при мигающей скорости видео с использованием очень маломощной электроники в сочетании со светодиодной подсветкой ЖК-технология стала доминирующей технологией отображения для таких продуктов, как телевизоры, настольные мониторы, ноутбуки, планшеты, смартфоны и мобильные телефоны. Несмотря на то, что конкурирующая технология OLED вытесняется на рынок, такие OLED-дисплеи не обладают такими возможностями HDR, как ЖК-дисплеи в сочетании с технологиями 2D-светодиодной подсветки, причина того, почему ежегодный рынок таких продуктов на основе ЖК-дисплеев все еще растет быстрее (по объему), чем Продукты на основе OLED, тогда как эффективность ЖК-дисплеев (и таких продуктов, как портативные компьютеры, мобильные телефоны и телевизоры) может быть даже дополнительно улучшена за счет предотвращения поглощения света цветными фильтрами ЖК-дисплея. Такие решения с световозвращающими цветными фильтрами еще не внедрены в индустрии ЖК-дисплеев и не продвинулись дальше лабораторных прототипов. Скорее всего, они будут реализованы в ЖК-индустрии для повышения эффективности по сравнению с OLED-технологиями.

Подключение к другим цепям

Розовый эластомерный соединитель, соединяющий ЖК-панель с дорожками на печатной плате, показан рядом с сантиметровой линейкой. Проводящий и изолирующий слои на черной полосе очень маленькие. Щелкните изображение, чтобы получить более подробную информацию.

Стандартный экран телевизионного приемника, современная ЖК-панель, имеет более шести миллионов пикселей, и все они индивидуально получают питание от проводной сети, встроенной в экран. Тонкие провода или дорожки образуют сетку, состоящую из вертикальных проводов по всему экрану с одной стороны экрана и горизонтальных проводов по всему экрану с другой стороны экрана. К этой сетке каждый пиксель имеет положительное соединение с одной стороны и отрицательное соединение с другой стороны. Таким образом, общее количество проводов, необходимых для отображения 1080p, составляет 3 x 1920 по вертикали и 1080 по горизонтали, всего 6840 проводов по горизонтали и вертикали. Это три для красного, зеленого и синего и 1920 столбцов пикселей для каждого цвета, всего 5760 проводов, идущих вертикально, и 1080 рядов проводов, идущих горизонтально. Для панели шириной 28,8 дюйма (73 сантиметра) это означает плотность провода 200 проводов на дюйм вдоль горизонтального края. ЖК-панель питается от ЖК-драйверов, которые на заводе тщательно подогнаны к краю ЖК-панели. Драйверы могут быть установлены несколькими способами, наиболее распространенными из которых являются COG (Chip-On-Glass) и TAB (Автоматическое приклеивание с помощью ленты ). Эти же принципы применимы также для экранов смартфонов, размер которых намного меньше Экраны телевизоров. В ЖК-панелях обычно используются металлические токопроводящие дорожки с тонким покрытием на стеклянной подложке для формирования схемы ячеек для управления панелью. Обычно невозможно использовать методы пайки для прямого подключения панели к отдельной печатной плате с медным травлением. Вместо этого интерфейс выполняется с использованием анизотропной проводящей пленки или, для более низких плотностей, эластомерных соединителей.

Пассивная матрица

Прототип STN-LCD с пассивной матрицей с 540 × 270 пикселей, Brown Boveri Research, Швейцария, 1984

Монохромные и более поздние цветные ЖК-дисплеи с пассивной матрицей были стандартными в большинстве ранних ноутбуков (хотя некоторые использовали плазменные дисплеи) и оригинальной Nintendo Game Boy до середины 1990-х, когда цветная активная матрица стала стандартом для всех ноутбуков. Коммерчески неудачный Macintosh Portable (выпущенный в 1989 году) был одним из первых, в котором использовался дисплей с активной матрицей (хотя и все еще монохромный). ЖК-дисплеи с пассивной матрицей все еще используются в 2010-х годах для приложений, менее требовательных, чем портативные компьютеры и телевизоры, таких как недорогие калькуляторы. В частности, они используются на портативных устройствах, где требуется отображать меньше информации, требуется наименьшее энергопотребление (без задней подсветки ) и низкая стоимость или требуется удобочитаемость при прямом солнечном свете.

Сравнение пустого дисплея с пассивной матрицей (вверху) и пустого дисплея с активной матрицей (внизу). Дисплей с пассивной матрицей можно определить, когда пустой фон выглядит более серым, чем более четкий дисплей с активной матрицей, по всем краям экрана появляется туман, а изображения на экране тускнеют.

Дисплеи, имеющие в структуре с пассивной матрицей используется сверхскрученный нематик STN (изобретенный Исследовательским центром Брауна Бовери, Баден, Швейцария, в 1983 году; научные подробности были опубликованы) или технологию двухслойного STN (DSTN) (последний из которых решает проблему смещения цвета в первом случае) и color-STN (CSTN), в котором цвет добавляется с помощью внутреннего фильтра. ЖК-дисплеи STN оптимизированы для адресации с пассивной матрицей. У них более резкий порог зависимости контрастности от напряжения, чем у оригинальных ЖК-дисплеев TN. Это важно, потому что на пиксели действуют частичные напряжения, даже если они не выбраны. Перекрестные помехи между активированными и неактивированными пикселями должны обрабатываться должным образом, поддерживая среднеквадратичное напряжение неактивированных пикселей ниже порогового напряжения, обнаруженного Питером Дж. Уайлдом в 1972 году, в то время как активированные пиксели подвергаются воздействию напряжений. выше порога (напряжения по схеме привода «Альт Плешко»). Для управления такими дисплеями STN по схеме привода Alt Pleshko требуется очень высокое напряжение адресации линии. Велзен и де Ваан изобрели альтернативную схему привода (схема привода не «Alt Pleshko»), требующая гораздо более низких напряжений, так что дисплей STN мог управляться с использованием низковольтных КМОП-технологий. ЖК-дисплеи STN должны постоянно обновляться путем чередования импульсных напряжений одной полярности в течение одного кадра и импульсов противоположной полярности в течение следующего кадра. Отдельные пиксели адресуются соответствующими цепями строк и столбцов. Этот тип отображения называется с адресом пассивной матрицы, потому что пиксель должен сохранять свое состояние между обновлениями без использования постоянного электрического заряда. По мере увеличения количества пикселей (и, соответственно, столбцов и строк) этот тип отображения становится менее осуществимым. Медленное время отклика и плохая контрастность типичны для ЖК-дисплеев с пассивной матрицей и слишком большим количеством пикселей, управляемых по схеме привода «Alt Pleshko». Велцен и де Ваан также изобрели схему привода без RMS, позволяющую управлять дисплеями STN со скоростью видео и позволяющую отображать плавно движущиеся видеоизображения на дисплее STN. Citizen, среди прочего, лицензировал эти патенты и успешно представил на рынке несколько карманных ЖК-телевизоров на основе STN

File:Lcd-engineerguy.ogvВоспроизведение мультимедиа Как работает ЖК-дисплей с использованием структуры с активной матрицей

Бистабильные ЖК-дисплеи не требуют постоянного обновления. Перезапись требуется только для изменения информации об изображении. В 1984 году Х.А. ван Спранг и AJSM de Vaan изобрели дисплей типа STN, который мог работать в бистабильном режиме, позволяя получать изображения с очень высоким разрешением до 4000 строк или более при использовании только низкого напряжения. Однако, поскольку пиксель может быть либо во включенном, либо в выключенном состоянии в тот момент, когда новая информация должна быть записана в этот конкретный пиксель, метод адресации этих бистабильных дисплеев довольно сложен, поэтому эти дисплеи не сделали этого. На рынок. Ситуация изменилась, когда в 2010 году стали доступны ЖК-дисплеи с нулевым энергопотреблением (бистабильные). Потенциально, адресация с пассивной матрицей может использоваться с устройствами, если их характеристики записи / стирания подходят, как это было в случае электронных книг, показывающих только неподвижные изображения. После того, как страница записана на дисплей, дисплей может быть отключен от питания, пока эта информация остается читаемой. Это имеет то преимущество, что такие электронные книги могут работать долгое время только от небольшой батареи. Цветные дисплеи с высоким разрешением, такие как современные ЖК-мониторы компьютерные мониторы и телевизоры, используют структуру с активной матрицей. Матрица из тонкопленочных транзисторов (TFT) добавлена ​​к электродам, контактирующим со слоем ЖК. Каждый пиксель имеет свой собственный выделенный транзистор, позволяющий каждой строке столбца обращаться к одному пикселю. Когда выбрана строка строки, все строки столбцов подключаются к строке пикселей, и напряжение, соответствующее информации изображения, подается на все строки столбцов. Затем строка строки отключается, и выбирается следующая строка строки. Все строки строки выбираются последовательно во время операции обновления. Дисплеи с активной матрицей выглядят ярче и резче, чем дисплеи с пассивной матрицей того же размера, и, как правило, имеют более быстрое время отклика, обеспечивая гораздо лучшее изображение. Sharp производит бистабильные отражающие ЖК-дисплеи с 1-битной ячейкой SRAM на пиксель, что требует лишь небольшого количества энергии для сохранения изображения.

Сегментные ЖК-дисплеи также могут иметь цвет, используя последовательный цвет поля (FSC LCD). Этот вид дисплеев имеет высокоскоростную пассивную сегментную ЖК-панель с подсветкой RGB. Подсветка быстро меняет цвет, делая его белым невооруженным глазом. ЖК-панель синхронизирована с подсветкой. Например, чтобы сегмент выглядел красным, сегмент включается только при красной подсветке, а чтобы сегмент казался пурпурным, сегмент включается, когда подсветка синего цвета, и продолжает оставаться включенным, пока подсветка становится красным и выключается, когда подсветка становится зеленой. Чтобы сегмент казался черным, он просто всегда включен. ЖК-дисплей FSC делит цветное изображение на 3 изображения (одно красное, одно зеленое и одно синее) и отображает их по порядку. Благодаря постоянству зрения, 3 монохроматических изображения выглядят как одно цветное изображение. Для ЖК-дисплея FSC требуется ЖК-панель с частотой обновления 180 Гц, а время отклика сокращается до 5 миллисекунд по сравнению с обычными ЖК-панелями STN, время отклика которых составляет 16 миллисекунд. ЖК-дисплеи FSC содержат микросхему драйвера Chip-On-Glass, которую также можно использовать с емкостным сенсорным экраном.

Samsung представила дисплеи UFB (Ultra Fine Bright) еще в 2002 году, в которых использовался эффект сверхдвойного лучепреломления. По словам Samsung, он имеет яркость, цветовую гамму и большую часть контрастности TFT-LCD, но потребляет столько же энергии, как и STN-дисплей. Он использовался в различных моделях сотовых телефонов Samsung, выпущенных до конца 2006 года, когда Samsung прекратил производство дисплеев UFB. Дисплеи UFB также использовались в некоторых моделях мобильных телефонов LG.

Технологии с активной матрицей

A Casio 1.8 в цвете TFT LCD, используемые в Sony Cyber-shot DSC- P93A цифровые компактные камеры

Витой нематик (TN)

Витые нематические дисплеи содержат жидкие кристаллы, которые скручиваются и раскручиваются с разной степенью, чтобы пропустить свет. Когда к жидкокристаллической ячейке TN не подается напряжение, поляризованный свет проходит через скрученный на 90 градусов ЖК-слой. Пропорционально приложенному напряжению жидкие кристаллы раскручиваются, изменяя поляризацию и преграждая путь свету. Правильно отрегулировав уровень напряжения, можно получить практически любой уровень серого или передачу.

Переключение в плоскости (IPS)

Переключение в плоскости - это технология ЖК-дисплея, которая выравнивает жидкие кристаллы в плоскости, параллельной стеклянным подложкам. В этом методе электрическое поле прикладывается через противоположные электроды к одной и той же стеклянной подложке, так что жидкие кристаллы могут быть переориентированы (переключены) по существу в одной плоскости, хотя краевые поля препятствуют однородной переориентации. Для этого требуется два транзистора для каждого пикселя вместо одного транзистора, необходимого для стандартного дисплея на тонкопленочных транзисторах (TFT). До появления LG Enhanced IPS в 2009 году дополнительные транзисторы приводили к блокированию большей площади передачи, что требовало более яркой задней подсветки и потребляло больше энергии, что делало этот тип дисплея менее желательным для портативных компьютеров. В настоящее время Panasonic использует расширенную версию eIPS для своих ЖК-телевизоров большого размера, а также Hewlett-Packard в своих планшетах TouchPad на базе WebOS и Chromebook 11.

Super In-plane Switching (S-IPS)

Super-IPS был позже представлен после переключения в плоскости с еще лучшим временем отклика и цветопередачей.

Споры по поводу M + или RGBW

В 2015 году LG Display объявил о внедрении новой технологии под названием M +, которая представляет собой добавление белого субпикселя вместе с обычными точками RGB в их технологию панелей IPS.

Большая часть Новая технология M + использовалась в 4K-телевизорах, что вызвало споры после того, как тесты показали, что добавление белого субпикселя, заменяющего традиционную структуру RGB, снизит разрешение примерно на 25%. Это означает, что телевизор 4K не может отображать полный стандарт UHD TV. СМИ и интернет-пользователи позже назвали эти телевизоры «RGBW» из-за белого субпикселя. Хотя компания LG Display разработала эту технологию для использования в дисплеях ноутбуков, на открытом воздухе и в смартфонах, она стала более популярной на рынке телевизоров из-за заявленного разрешения 4K UHD, но все еще неспособна обеспечить истинное разрешение UHD, определяемое CTA как 3840x2160 активных пикселей с 8 -битовый цвет. Это негативно влияет на рендеринг текста, делая его немного нечетким, что особенно заметно, когда телевизор используется в качестве монитора ПК.

IPS по сравнению с AMOLED

В 2011 году LG заявила смартфон LG Optimus Black (IPS LCD (LCD NOVA)) имеет яркость до 700 нит, в то время как у конкурента есть только IPS LCD с 518 нит и двойной OLED с активной матрицей (AMOLED) дисплей с разрешением 305 нит. LG также заявила, что дисплей NOVA на 50 процентов эффективнее обычных ЖК-дисплеев и потребляет только 50 процентов мощности дисплеев AMOLED при отображении белого цвета на экране. Когда дело доходит до коэффициента контрастности, AMOLED-дисплей по-прежнему работает лучше всего из-за своей базовой технологии, где уровни черного отображаются как кромешно-черный, а не как темно-серый. 24 августа 2011 года Nokia анонсировала Nokia 701, а также заявила о самом ярком в мире дисплее с яркостью 1000 нит. Экран также имеет слой Clearblack от Nokia, улучшающий контрастность и приближающий его к экранам AMOLED.

Такое расположение пикселей встречается в ЖК-дисплеях S-IPS. шеврон -фигура используется для расширения конуса обзора (диапазон направлений обзора с хорошим контрастом и низким цветовым сдвигом).

Расширенное переключение периферийных полей (AFFS)

Известен как Переключение периферийного поля (FFS) до 2003 года, расширенное переключение периферийного поля аналогично IPS или S-IPS, предлагая превосходные характеристики и цветовую гамму с высокой яркостью. AFFS был разработан Hydis Technologies Co., Ltd, Корея (официально - Hyundai Electronics, LCD Task Force). Приложения для ноутбуков с AFFS сводят к минимуму искажения цвета, сохраняя при этом более широкий угол обзора для профессионального дисплея. Сдвиг и отклонение цвета, вызванные утечкой света, корректируются путем оптимизации гаммы белого, что также улучшает воспроизведение белого / серого. В 2004 году Hydis Technologies Co., Ltd передала лицензию AFFS японской Hitachi Displays. Hitachi использует AFFS для производства высококачественных панелей. В 2006 году HYDIS передала лицензию AFFS компании Sanyo Epson Imaging Devices Corporation. Вскоре после этого компания Hydis представила новый дисплей AFFS с высоким коэффициентом пропускания, получивший название HFFS (FFS +). Hydis представила AFFS + с улучшенной читаемостью на открытом воздухе в 2007 году. Панели AFFS в основном используются в кабинах новейших дисплеев коммерческих самолетов. Однако с февраля 2015 года он больше не производится.

Вертикальное выравнивание (VA)

Дисплеи с вертикальным выравниванием - это форма ЖК-дисплеев, в которых жидкие кристаллы естественным образом выравниваются вертикально по отношению к стеклянным подложкам.. Когда напряжение не подается, жидкие кристаллы остаются перпендикулярными подложке, создавая черный экран между скрещенными поляризаторами. При приложении напряжения жидкие кристаллы сдвигаются в наклонное положение, позволяя свету проходить сквозь них и создавая отображение в градациях серого в зависимости от величины наклона, создаваемого электрическим полем. У него более глубокий черный фон, более высокий коэффициент контрастности, более широкий угол обзора и лучшее качество изображения при экстремальных температурах, чем у традиционных дисплеев с витым нематиком. По сравнению с IPS уровни черного все еще более глубокие, что обеспечивает более высокий коэффициент контрастности, но угол обзора уже, с более заметным сдвигом цвета и особенно контрастности.

Режим синей фазы

Режим синей фазы ЖК-дисплеи были показаны в качестве инженерных образцов в начале 2008 года, но в массовом производстве они не производятся. Физика ЖК-дисплеев с синим фазовым режимом предполагает, что может быть достигнуто очень короткое время переключения (≈1 мс), поэтому может быть реализовано последовательное управление цветом во времени и дорогие цветные фильтры будут устаревшими.

Контроль качества

Некоторые ЖК-панели имеют дефектные транзисторы, вызывающие постоянно горящие или неосвещенные пиксели, которые обычно называются застрявшими пикселями или мертвыми пикселями соответственно. В отличие от интегральных схем (IC), ЖК-панели с несколькими дефектными транзисторами обычно все еще можно использовать. Политика производителей в отношении допустимого количества дефектных пикселей сильно различается. В какой-то момент Samsung проводил политику абсолютной нетерпимости к ЖК-мониторам, продаваемым в Корее. Однако с 2005 года Samsung придерживается менее строгого стандарта ISO 13406-2. Известно, что другие компании допускают в своей политике до 11 битых пикселей.

Политика в отношении битых пикселей часто вызывает горячие споры между производителями и потребителями. Чтобы регулировать приемлемость дефектов и защитить конечного пользователя, ISO выпустила стандарт ISO 13406-2, который устарел в 2008 году с выпуском ISO 9241, в частности ISO- 9241-302, 303, 305, 307: 2008 дефекты пикселей. Однако не все производители ЖК-дисплеев соответствуют стандарту ISO, и стандарт ISO довольно часто интерпретируется по-разному. ЖК-панели чаще имеют дефекты, чем большинство микросхем, из-за их большего размера. Например, ЖК-дисплей SVGA размером 300 мм имеет 8 дефектов, а пластина 150 мм имеет только 3 дефекта. Однако 134 из 137 кристаллов на пластине будут приемлемы, тогда как отказ от всей ЖК-панели приведет к выходу 0%. В последние годы был улучшен контроль качества. ЖК-панель SVGA с 4 дефектными пикселями обычно считается дефектной, и покупатели могут запросить обмен на новую. Некоторые производители, особенно в Южной Корее, где расположены некоторые из крупнейших производителей ЖК-панелей, такие как LG, теперь имеют гарантию отсутствия дефектных пикселей, которая представляет собой дополнительный процесс проверки, который затем может определять "A" - и "B". "-сорт панелей. Многие производители заменяют товар даже с одним дефектным пикселем. Даже там, где таких гарантий нет, важно расположение дефектных пикселей. Отображение только с несколькими дефектными пикселями может быть неприемлемым, если дефектные пиксели находятся рядом друг с другом. ЖК-панели также имеют дефекты, известные как помутнение (или, реже, mura ), которые описывают неравномерные участки изменения яркости. Это наиболее заметно в темных или черных областях отображаемых сцен. По состоянию на 2010 год большинство производителей компьютерных ЖК-панелей премиум-класса указали, что в их продукции отсутствуют дефекты.

Отображает "нулевое энергопотребление" (бистабильное)

Зенитное бистабильное устройство (ZBD), разработанное Qinetiq (ранее DERA ), может сохранить образ без силы. Кристаллы могут существовать в одной из двух стабильных ориентаций («черный» и «белый»), и энергия требуется только для изменения изображения. ZBD Displays - это дочерняя компания QinetiQ, которая производила как полутоновые, так и цветные устройства ZBD. Kent Displays также разработала дисплей без питания, в котором используется стабилизированный полимером холестерический жидкий кристалл (ChLCD). В 2009 году Кент продемонстрировал использование ChLCD для покрытия всей поверхности мобильного телефона, позволяя ему изменять цвета и сохранять этот цвет даже при отключении питания. В 2004 году исследователи из Оксфордского университета продемонстрировали два новых типа бистабильных ЖК-дисплеев с нулевой мощностью, основанные на бистабильных методах Zenithal. Некоторые бистабильные технологии, такие как 360 ° BTN и бистабильный холестерик, зависят в основном от объемных свойств жидкого кристалла (ЖК) и используют стандартное прочное закрепление с выравнивающими пленками и смесями ЖК, аналогичными традиционным моностабильным материалам. Другие бистабильные технологии, например, технология BiNem, основаны в основном на свойствах поверхности и требуют особых слабых анкерных материалов.

Технические характеристики

  • Разрешение Разрешение ЖК-дисплея выражается количеством столбцов и строк пикселей (например, 1024 × 768). Каждый пиксель обычно состоит из 3 субпикселей: красного, зеленого и синего. Это была одна из немногих характеристик ЖК-дисплеев, которые оставались одинаковыми для разных моделей. Однако есть более новые конструкции, которые разделяют субпиксели между пикселями и добавляют Quattron, которые пытаются эффективно увеличить воспринимаемое разрешение дисплея без увеличения фактического разрешения, что приводит к смешанным результатам.
  • Пространственные характеристики: Для монитора компьютера или другого дисплея, который просматривается с очень близкого расстояния, разрешение часто выражается в единицах шага или пикселей на дюйм, что соответствует полиграфическая промышленность. Плотность отображения варьируется в зависимости от приложения: телевизоры обычно имеют низкую плотность для просмотра на большом расстоянии, а портативные устройства имеют высокую плотность для деталей на близком расстоянии. Угол обзора ЖК-дисплея может иметь значение в зависимости от дисплея и его использования, ограничения определенных технологий отображения означают, что дисплей отображает точно только под определенными углами.
  • Временные характеристики: временные Разрешение ЖК-дисплея - это то, насколько хорошо он может отображать изменяющиеся изображения, или точность и количество раз в секунду, когда дисплей отображает выдаваемые данные. Пиксели ЖК-дисплея не мигают между кадрами, поэтому ЖК-мониторы не демонстрируют мерцания, вызванного обновлением, независимо от того, насколько низка частота обновления. Но более низкая частота обновления может означать визуальные артефакты, такие как ореолы или смазывание, особенно для быстро движущихся изображений. Время отклика отдельного пикселя также важно, поскольку всем дисплеям присуща некоторая задержка при отображении изображения, которая может быть достаточно большой для создания визуальных артефактов, если отображаемое изображение быстро изменяется.
  • Цветовые характеристики : есть несколько терминов для описания различные аспекты цветопередачи дисплея. Цветовая гамма - это диапазон цветов, которые могут быть отображены, и глубина цвета, которая представляет собой тонкость, с которой делится диапазон цветов. Цветовая гамма - это относительно простая функция, но она редко обсуждается в маркетинговых материалах, кроме как на профессиональном уровне. Наличие цветового диапазона, который превышает содержимое, отображаемое на экране, не дает никаких преимуществ, поэтому дисплеи предназначены только для работы в пределах или ниже диапазона определенных характеристик. Существуют дополнительные аспекты управления цветом и цветом ЖК-дисплея, такие как точка белого и гамма-коррекция, которые описывают, что такое белый цвет и как другие цвета отображаются относительно белого.
  • Коэффициент яркости и контрастности: Коэффициент контрастности - это отношение яркости полного пикселя к полностью заполненному пикселю. Сам ЖК-дисплей представляет собой всего лишь световой клапан и не излучает свет; свет исходит от лампы дневного света или от набора светодиодов . Яркость обычно указывается как максимальная светоотдача ЖК-дисплея, которая может сильно варьироваться в зависимости от прозрачности ЖК-дисплея и яркости подсветки. В целом, чем ярче, тем лучше, но всегда есть компромисс между яркостью и потребляемой мощностью.

Преимущества и недостатки

Некоторые из этих проблем относятся к полноэкранным дисплеям, другие - к маленьким дисплеям, как на часы и т. д. Многие сравнения идут с ЭЛТ-дисплеями.

Преимущества

  • Очень компактный, тонкий и легкий, особенно по сравнению с громоздкими и тяжелыми ЭЛТ-дисплеями.
  • Низкое энергопотребление. В зависимости от установленной яркости дисплея и отображаемого контента более старые модели CCFT с подсветкой обычно используют менее половины мощности, которую использовал бы ЭЛТ-монитор с такой же площадью обзора, а современные модели со светодиодной подсветкой обычно используют 10–25% мощности. мощность, которую может использовать ЭЛТ-монитор.
  • Небольшое тепловыделение во время работы из-за низкого энергопотребления.
  • Отсутствие геометрических искажений.
  • Возможная способность иметь слабое мерцание или полное его отсутствие в зависимости от технологии подсветки.
  • Обычно нет мерцания при частоте обновления, потому что пиксели ЖК-дисплея сохраняют свое состояние между обновлениями (которые обычно выполняются с частотой 200 Гц или быстрее, независимо от частоты обновления входного сигнала).
  • Четкое изображение без кровотечения или смазывания при работе с собственным разрешением.
  • Практически не излучает нежелательное электромагнитное излучение (в диапазоне крайне низких частот ), в отличие от ЭЛТ монитор.
  • Может быть изготовлен практически любого размера и формы.
  • Нет теоретических ограничений разрешения. Когда несколько ЖК-панелей используются вместе для создания единого холста, каждая дополнительная панель увеличивает общее разрешение дисплея, которое обычно называется разрешением в стеке.
  • Может быть изготовлен в больших размерах, более 80 дюймов (2 м) по диагонали.
  • Эффект маскировки: сетка ЖК-дисплея может маскировать эффекты пространственного квантования и квантования в градациях серого, создавая иллюзию более высокого качества изображения.
  • Не подвержен влиянию магнитных полей, в том числе земных, в отличие от большинство цветных ЭЛТ.
  • Как по своей сути цифровое устройство, ЖК-экран может отображать цифровые данные из соединения DVI или HDMI без необходимости преобразования в аналоговый. Некоторые ЖК-панели имеют встроенные оптоволоконные входы в дополнение к DVI и HDMI.
  • Многие ЖК-мониторы питаются от источника питания 12 В, и если они встроены в компьютер, могут питаться от него. Источник питания 12 В.
  • Может изготавливаться с очень узкими рамками, что позволяет выстраивать несколько ЖК-экранов бок о бок, чтобы образовать то, что выглядит как один большой экран.

Недостатки

  • Ограничено угол обзора в некоторых старых или более дешевых мониторах, в результате чего цвет, насыщенность, контраст и яркость изменяются в зависимости от положения пользователя, даже в пределах предполагаемого угла обзора.
  • Неравномерная подсветка на некоторых мониторах (чаще встречается в IPS-типах и более старых TN), вызывая искажение яркости, особенно по краям («просачивание задней подсветки»).
  • Уровни черного могут быть не такими темными, как требуется, поскольку отдельные жидкие кристаллы не могут полностью блокировать всю подсветку от прохождения.
  • Отображать размытие движения на движущихся объектах, вызванное медленным временем отклика (>8 мс) и слежением за глазами g на дисплее выборки и удержания, если не используется стробирующая подсветка. Однако это стробирование может вызвать утомление глаз, как указано ниже:
  • По состоянию на 2012 год в большинстве реализаций подсветки ЖК-дисплея используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) для уменьшения яркости дисплея, что делает экран мерцает сильнее (это не означает, что это заметно), чем на ЭЛТ-мониторе с частотой обновления 85 Гц (это потому, что весь экран стробирует, а не включается и выключается ЭЛТ люминофор непрерывная точка, которая непрерывно сканирует дисплей, оставляя некоторую часть дисплея всегда горящей), вызывая у некоторых людей сильное напряжение глаз. К сожалению, многие из этих людей не знают, что их зрительное напряжение вызвано невидимым стробоскопическим эффектом ШИМ. Эта проблема усугубляется на многих мониторах со светодиодной подсветкой, потому что светодиоды включаются и выключаются быстрее, чем лампа CCFL.
  • Только один собственное разрешение. Для отображения любого другого разрешения либо требуется масштабатор видео , вызывающий размытость и неровности краев, либо отображение с исходным разрешением с использованием сопоставления пикселей 1: 1, в результате чего изображение либо не заполняет экран (дисплей с почтовым ящиком ), или для перехода за нижний или правый край экрана.
  • Фиксированная битовая глубина (также называемая глубиной цвета). Многие более дешевые ЖК-дисплеи могут отображать только 262144 (2) цвета. 8-битные панели S-IPS могут отображать 16 миллионов (2) цветов и имеют значительно лучший уровень черного, но они дороги и имеют меньшее время отклика.
  • Входная задержка, поскольку аналого-цифровой преобразователь ЖК-дисплея ожидает полного вывода каждого кадра перед его выводом на ЖК-панель. Многие ЖК-мониторы выполняют постобработку перед отображением изображения, пытаясь компенсировать плохую цветопередачу, которая добавляет дополнительную задержку. Кроме того, при отображении неродных разрешений необходимо использовать масштабатор видео , что увеличивает временную задержку. Масштабирование и постобработка обычно выполняются в одном чипе на современных мониторах, но каждая функция, которую выполняет чип, добавляет некоторую задержку. Некоторые дисплеи имеют режим видеоигр, который отключает всю или большую часть обработки, чтобы уменьшить воспринимаемую задержку ввода.
  • Мертвые или застрявшие пиксели могут возникать во время производства или после периода использования. Застрявший пиксель будет светиться цветом даже на полностью черном экране, а мертвый всегда останется черным.
  • Возможен эффект выгорания, хотя причина отличается от CRT, и эффект может быть непостоянным, статическое изображение может вызвать выгорание в течение нескольких часов на плохо спроектированных дисплеях.
  • При постоянном включении может произойти термализация в случае плохого управления температурой, когда часть экрана перегрелась и выглядит обесцвеченным по сравнению с остальной частью экрана.
  • Потеря яркости и гораздо более медленное время отклика в условиях низких температур. В условиях ниже нуля ЖК-экраны могут перестать функционировать без использования дополнительного нагрева.
  • Потеря контраста в условиях высокой температуры.

Используемые химические вещества

Несколько различных семейств жидких кристаллов используются в жидких кристаллах. Используемые молекулы должны быть анизотропными и проявлять взаимное притяжение. Поляризуемые палочковидные молекулы (бифенилы, терфенилы и т. Д.) Являются обычными. Распространенной формой является пара ароматических бензольных колец с неполярной частью (пентил, гептил, октил или алкилоксигруппа) на одном конце и полярной (нитрил, галоген) на другом. Иногда бензольные кольца разделяются ацетиленовой группой, этиленовой, CH = N, CH = NO, N = N, N = NO или сложноэфирной группой. На практике используются эвтектические смеси нескольких химикатов для достижения более широкого рабочего диапазона температур (-10.. + 60 ° C для низких частот и -20.. + 100 ° C для высокопроизводительных дисплеев.). Например, смесь E7 состоит из трех бифенилов и одного терфенила: 39 мас.% 4'-пентил [1,1'-бифенил] -4-карбонитрила (нематический интервал 24..35 ° C), 36 мас. % 4'-гептил [1,1'-бифенил] -4-карбонитрила (нематический диапазон 30..43 ° C), 16 мас.% 4'-октокси [1,1'-бифенил] -4-карбонитрила (нематический диапазон 54..80 ° C) и 9 мас.% 4-пентил [1,1 ': 4', 1-терфенил] -4-карбонитрила (нематический диапазон 131..240 ° C).

Воздействие на окружающую среду

При производстве ЖК-экранов используется трифторид азота (NF 3) в качестве жидкости для травления при производстве тонкопленочных компонентов. NF 3 является сильнодействующим парниковым газом, и его относительно длительный период полураспада может сделать его потенциально опасным фактором глобального потепления. В отчете, опубликованном в Geophysical Research Letters, говорится, что его воздействие теоретически намного больше, чем у более известных источников парниковых газов, таких как углекислый газ. Поскольку NF 3 в то время не был широко распространен, он не был включен в Киотские протоколы и считается «пропавшим парниковым газом».

Критики отчета указывают, что в нем предполагается, что весь произведенный NF 3 будет выброшен в атмосферу. В действительности подавляющее большинство NF 3 разрушается во время процессов очистки; два более ранних исследования показали, что только 2-3% газа не разрушается после его использования. Кроме того, в отчете не удалось сравнить эффекты NF 3 с тем, что он заменил, перфторуглерод, другим мощным парниковым газом, от 30 до 70% которого обычно уходит в атмосферу.

См. также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, относящиеся к Жидкокристаллические дисплеи.

Общая информация

  1. ^"Partners". www.htendlcds.com.
Последняя правка сделана 2021-05-27 11:04:09
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте