Sıvı kristal ekran, ince bir düz panel üzerinde elektrikle oluşturulan bir görüntü türüdür. 1970'lerde ortaya çıkan ilk LCD'ler, öncelikle hesap makinelerinde ve beyaz bir arka plan üzerinde siyah sayıları görüntüleyen dijital saatlerde kullanılan küçük ekranlardı. LCD'ler ev elektroniği sistemlerinde, cep telefonlarında, kameralarda ve bilgisayar monitörlerinde olduğu kadar saat ve televizyonlarda her yerde bulunabilir. Günümüzün son teknoloji LCD düz panel TV'leri, televizyonlardaki geleneksel hacimli CRT'lerin yerini büyük ölçüde almıştır ve ekran boyunca çapraz olarak 108 inç'e kadar yüksek çözünürlüklü renkli görüntüler üretebilmektedir.
Sıvı kristallerin tarihi
Sıvı kristaller 1888'de Avusturyalı botanikçi F. Reinitzer tarafından tesadüfen keşfedildi. Kolesteril benzoatın iki erime noktasına sahip olduğunu, 145 ° C'de bulutlu bir sıvıya dönüştüğünü ve 178.5 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda sıvının şeffaf hale geldiğini buldu. İleBu fenomen için bir açıklama bulmak, örneklerini fizikçi Otto Lehmann'a verdi. Lehman, kademeli ısıtma ile donatılmış bir mikroskop kullanarak, maddenin bazı kristallere özgü optik özelliklere sahip olduğunu, ancak yine de bir sıvı olduğunu gösterdi ve bu nedenle "sıvı kristal" terimi ortaya çıktı.
1920'lerde ve 1930'larda, araştırmacılar elektromanyetik alanların sıvı kristaller üzerindeki etkilerini incelediler. 1929'da Rus fizikçi Vsevolod Frederiks, iki plaka arasına sıkıştırılmış ince bir filmdeki moleküllerinin bir manyetik alan uygulandığında hizalarının değiştiğini gösterdi. Modern voltajlı sıvı kristal ekranın öncüsüydü. 1990'ların başından bu yana teknolojik gelişmenin hızı hızlı olmuştur ve büyümeye devam etmektedir.
LCD teknolojisi, basit saatler ve hesap makineleri için siyah beyazdan cep telefonları, bilgisayar monitörleri ve televizyonlar için çok renkli hale geldi. Küresel LCD pazarı, 2005'te sırasıyla 60 milyar dolar ve 2003'te 24 milyar dolar iken, şimdi yılda 100 milyar dolara yaklaşıyor. LCD üretimi küresel olarak Uzak Doğu'da yoğunlaşıyor ve Orta ve Doğu Avrupa'da büyüyor. Amerikan firmaları üretim teknolojisinde başı çekiyor. Ekranları artık piyasaya hakim ve bu durumun yakın gelecekte değişmesi pek mümkün değil.
Kristalizasyon sürecinin fiziği
Kolesteril benzoat gibi çoğu sıvı kristal, uzun çubuk benzeri yapılara sahip moleküllerden oluşur. Sıvı moleküllerin bu özel yapısıelektrotlara voltaj uygulanarak iki polarize filtre arasındaki kristaller kırılabilir, LCD elemanı opak hale gelir ve karanlık kalır. Bu şekilde, çeşitli ekran öğeleri açık veya koyu renklere geçirilebilir, böylece sayılar veya karakterler görüntülenebilir.
Çubuk benzeri bir yapıyla ilişkili tüm moleküller arasında var olan bu çekici kuvvetlerin kombinasyonu, sıvı kristal fazın oluşmasına neden olur. Ancak bu etkileşim, molekülleri kalıcı olarak yerinde tutacak kadar güçlü değildir. O zamandan beri, birçok farklı sıvı kristal yapı türü keşfedilmiştir. Bazıları katmanlar halinde, bazıları ise disk veya sütun şeklinde düzenlenmiştir.
LCD teknolojisi
Sıvı kristal ekranın çalışma prensibi, sıvı gibi akan ancak kristal bir yapıya sahip olan, sıvı kristal adı verilen elektriksel olarak hassas malzemelerin özelliklerine dayanır. Kristal katılarda, kurucu parçacıklar - atomlar veya moleküller - geometrik dizilerde bulunurken sıvı halde rastgele hareket etmekte serbesttirler.
Sıvı kristal görüntüleme cihazı, genellikle çubuk şeklinde olan, tek yönde organize olan ancak yine de hareket edebilen moleküllerden oluşur. Sıvı kristal moleküller reaksiyona gireryönünü değiştiren ve malzemenin optik özelliklerini değiştiren bir elektrik voltajı. Bu özellik LCD'lerde kullanılır.
Ortalama olarak, böyle bir panel, ayrı ayrı voltajla çalışan binlerce görüntü öğesinden ("piksel") oluşur. Diğer görüntüleme teknolojilerinden daha ince, daha hafif ve daha düşük çalışma voltajına sahipler ve pille çalışan cihazlar için idealdirler.
Pasif Matris
İki tür ekran vardır: pasif ve aktif matris. Pasif olanlar sadece iki elektrot tarafından kontrol edilir. Birbirine 90 dönen şeffaf ITO şeritleridir. Bu, her bir LC hücresini ayrı ayrı kontrol eden bir çapraz matris oluşturur. Adresleme, dijital LCD'den ayrı mantık ve sürücüler tarafından yapılır. Bu tip kontrolde LC hücresinde yük olmadığı için sıvı kristal moleküller yavaş yavaş orijinal hallerine dönerler. Bu nedenle her hücre düzenli aralıklarla izlenmelidir.
Pasiflerin tepki süresi nispeten uzundur ve televizyon uygulamaları için uygun değildir. Tercihen, cam substrat üzerine hiçbir sürücü veya transistör gibi anahtarlama bileşenleri monte edilmez. Bu öğeler tarafından gölgelenme nedeniyle parlaklık kaybı oluşmaz, bu nedenle LCD'lerin çalışması çok basittir.
Pasif, aşağıdaki gibi cihazlarda küçük okumalar için bölümlere ayrılmış rakamlar ve sembollerle yaygın olarak kullanılır.çoğu tek renkli veya yalnızca birkaç renge sahip hesap makineleri, yazıcılar ve uzaktan kumandalar. Pasif monokrom ve renkli grafik ekranlar ilk dizüstü bilgisayarlarda kullanılıyordu ve hala aktif matrise alternatif olarak kullanılıyor.
Aktif TFT ekranları
Aktif matris ekranların her biri, sürmek için bir transistör ve şarjı depolamak için bir kapasitör kullanır. IPS (Düzlemde Anahtarlama) teknolojisinde, bir sıvı kristal göstergenin çalışma prensibi, elektrotların üst üste gelmediği, ancak bir cam alt tabaka üzerinde aynı düzlemde yan yana yerleştirildiği bir tasarım kullanır. Elektrik alanı LC moleküllerine yatay olarak nüfuz eder.
Ekran yüzeyine paralel olarak hizalanırlar, bu da görüş açısını büyük ölçüde artırır. IPS'nin dezavantajı, her hücrenin iki transistöre ihtiyaç duymasıdır. Bu, saydam alanı az altır ve daha parlak bir arka ışık gerektirir. VA (Dikey Hizalama) ve MVA (Çok Alanlı Dikey Hizalama), elektrik alanı olmadan dikey olarak, yani ekran yüzeyine dik olarak hizalanan gelişmiş sıvı kristaller kullanır.
Polarize ışık geçebilir ancak ön polarizör tarafından engellenir. Böylece, aktivasyonu olmayan bir hücre siyahtır. Tüm moleküller, hatta alt tabakanın kenarlarında bulunanlar bile, eşit şekilde dikey olarak hizalandığından, sonuçta ortaya çıkan siyah değeri tüm köşelerde çok büyüktür. Pasif matrisin aksinesıvı kristal ekranlar, aktif matris ekranlar, her kırmızı, yeşil ve mavi alt pikselde, bir sonraki karede o sıra adreslenene kadar onları istenen yoğunlukta tutan bir transistöre sahiptir.
Hücre değiştirme zamanı
Ekranların tepki süresi her zaman büyük bir sorun olmuştur. Sıvı kristalin nispeten yüksek viskozitesi nedeniyle, LCD hücreler oldukça yavaş değişir. Görüntüdeki hızlı hareketler nedeniyle bu, şeritlerin oluşmasına yol açar. Düşük viskoziteli sıvı kristal ve modifiye sıvı kristal hücre kontrolü (overdrive) genellikle bu sorunları çözer.
Modern LCD'lerin tepki süresi şu anda yaklaşık 8 ms'dir (en hızlı tepki süresi 1 ms'dir) bir görüntü alanının parlaklığını %10'dan %90'a değiştirir, burada %0 ve %100 sabit durum parlaklığıdır, ISO 13406 -2, aydınlıktan karanlığa (veya tam tersi) geçiş süresinin toplamıdır ve bunun tersi de geçerlidir. Ancak, asimptotik anahtarlama işlemi nedeniyle, görünür bantlardan kaçınmak için <3 ms'lik bir anahtarlama süresi gereklidir.
Overdrive teknolojisi, sıvı kristal hücrelerin geçiş süresini az altır. Bu amaçla, LCD hücresine gerçek parlaklık değeri için gerekli olandan daha yüksek bir voltaj geçici olarak uygulanır. Likit kristal ekranın kısa voltaj dalgalanması nedeniyle, inert likit kristaller tam anlamıyla konumlarından çıkar ve çok daha hızlı düzleşir. Bu işlem düzeyi için görüntünün önbelleğe alınması gerekir. Karşılık gelen değerler için özel olarak tasarlanmış ile birliktegörüntü düzeltme, karşılık gelen voltaj yüksekliği gamaya bağlıdır ve her piksel için sinyal işlemcisinden arama tabloları tarafından kontrol edilir ve görüntü bilgisinin tam zamanını hesaplar.
Göstergelerin ana bileşenleri
Sıvı kristal tarafından üretilen ışığın polarizasyonundaki dönüş, bir LCD'nin nasıl çalıştığının temelidir. Temel olarak iki tür LCD vardır, Aktarıcı ve Yansıtıcı:
- İletken.
- İletim.
İletim LCD ekran işlemi. Sol tarafta, LCD arka ışığı polarize olmayan ışık yayar. Arka polarizörden (dikey polarizör) geçtiğinde, ışık dikey olarak polarize olur. Bu ışık daha sonra sıvı kristale çarpar ve açılırsa polarizasyonu büker. Bu nedenle dikey polarize ışık ON sıvı kristal segmentinden geçtiğinde yatay polarize olur.
Sonraki - ön polarizör yatay olarak polarize ışığı engeller. Böylece, bu segment gözlemciye karanlık görünecektir. Sıvı kristal segmenti kapatılırsa ışığın polarizasyonunu değiştirmez, dolayısıyla dikey olarak polarize kalır. Böylece ön polarizör bu ışığı iletir. Genellikle arkadan aydınlatmalı LCD'ler olarak adlandırılan bu ekranlar, kaynak olarak ortam ışığını kullanır:
- Saat.
- Yansıtıcı LCD.
- Genellikle hesap makineleri bu tür bir görüntüleme kullanır.
Olumlu ve olumsuz bölümler
Pozitif bir görüntü, beyaz bir arka plan üzerinde koyu pikseller veya segmentler tarafından oluşturulur. İçlerinde polarizörler birbirine diktir. Bu, ön polarizörün dikey olması durumunda arka polarizörün yatay olacağı anlamına gelir. Yani KAPALI ve arka plan ışığın geçmesine izin verecek ve AÇIK onu engelleyecektir. Bu ekranlar tipik olarak ortam ışığının mevcut olduğu uygulamalarda kullanılır.
Ayrıca farklı arka plan renkleri ile katı hal ve sıvı kristal ekranlar oluşturma yeteneğine sahiptir. Negatif bir görüntü, koyu bir arka plan üzerinde açık pikseller veya segmentler tarafından oluşturulur. İçlerinde ön ve arka polarizörler birleştirilmiştir. Bu, ön polarizörün dikey olması durumunda arkanın da dikey olacağı anlamına gelir ve bunun tersi de geçerlidir.
Böylece OFF bölümleri ve arka plan ışığı engeller ve ON bölümleri ışığın geçmesine izin vererek karanlık bir arka plana karşı ışıklı bir görüntü oluşturur. Arkadan aydınlatmalı LCD'ler tipik olarak ortam ışığının zayıf olduğu yerlerde kullanılan bu türü kullanır. Ayrıca farklı arka plan renkleri oluşturma yeteneğine de sahiptir.
Ekran belleği RAM
DD, ekranda görüntülenen karakterleri saklayan hafızadır. 16 karakterlik 2 satırı görüntülemek için adresler şu şekilde tanımlanır:
| Çizgi | Görünür | Görünmez |
| Üst | 00H 0FH | 10H 27H |
| Düşük | 40H - 4FH | 50H 67H |
Maksimum 8 karakter veya 5x7 karakter oluşturmanıza olanak tanır. Yeni karakterler belleğe yüklendikten sonra, ROM'da saklanan normal karakterler gibi erişilebilirler. CG RAM, 8 bit genişliğinde sözcükler kullanır, ancak LCD'de yalnızca en önemsiz 5 bit görünür.
Yani D4 en soldaki nokta ve D0 sağdaki kutup. Örneğin, 1Fh'de bir RAM bayt CG'si yüklemek, bu satırın tüm noktalarını çağırır.
Bit modu kontrolü
Kullanılabilir iki görüntüleme modu vardır: 4-bit ve 8-bit. 8 bit modunda, veriler ekrana D0 ila D7 pinleri ile gönderilir. RS dizisi, bir komut veya veri göndermek isteyip istemediğinize bağlı olarak 0 veya 1 olarak ayarlanır. Yazılacak ekranı belirtmek için R/W satırı da 0 olarak ayarlanmalıdır. D0 ila D7 pinlerinde geçerli verilerin mevcut olduğunu belirtmek için E girişine en az 450 ns'lik bir darbe göndermeye devam eder.
Ekran, bu girişin düşen kenarındaki verileri okuyacaktır. Bir okuma gerekliyse, prosedür aynıdır, ancak bu sefer okuma istemek için R/W satırı 1'e ayarlanır. Veriler, yüksek hat durumunda D0-D7 hatlarında geçerli olacaktır.
4 bit modu. Bazı durumlarda, örneğin mikrodenetleyicinin çok az G/Ç pinine sahip olması gibi, ekranı çalıştırmak için kullanılan kablo sayısını az altmak gerekebilir. Bu durumda 4 bit LCD modu kullanılabilir. Bu modda, iletmek içinveri ve bunları okurken, ekranın yalnızca en önemli 4 biti (D4 - D7) kullanılır.
4 anlamlı bit (D0 - D3) daha sonra toprağa bağlanır. Veriler daha sonra sırayla en önemli dört biti ve ardından en az önemli dört biti göndererek yazılır veya okunur. Her bir kemirmeyi test etmek için E hattına en az 450 ns'lik bir pozitif darbe gönderilmelidir.
Her iki modda da ekrandaki her işlemden sonra aşağıdaki bilgileri işleyebildiğinden emin olabilirsiniz. Bunu yapmak için komut modunda bir okuma talep etmeniz ve Meşgul BF bayrağını kontrol etmeniz gerekir. BF=0 olduğunda, ekran yeni komut veya verileri kabul etmeye hazırdır.
Dijital voltaj cihazları
Test cihazları için dijital sıvı kristal göstergeler, ince iletken izlerin uygulandığı bakan yüzeylerde iki ince cam levhadan oluşur. Cama sağdan veya neredeyse dik açıyla bakıldığında bu izler görünmez. Ancak belirli bakış açılarında görünür hale gelirler.
Elektrik devre şeması.
Burada açıklanan test cihazı, herhangi bir DC bileşeni olmadan mükemmel simetrik bir AC voltajı üreten dikdörtgen bir osilatörden oluşur. Çoğu mantık üreteci kare dalga üretme yeteneğine sahip değildir, görev döngüsü %50 civarında dalgalanan kare dalga biçimleri üretirler. Test cihazında kullanılan 4047, simetriyi garanti eden ikili bir skaler çıktıya sahiptir. Sıklıkosilatör yaklaşık 1 kHz'dir.
3-9V güç kaynağı ile çalıştırılabilir. Genellikle pil olur, ancak değişken güç kaynağının avantajları vardır. Voltaj göstergesi sıvı kristalinin hangi voltajda tatmin edici bir şekilde çalıştığını gösterir ve ayrıca voltaj seviyesi ile ekranın açıkça görülebildiği açı arasında net bir ilişki vardır. Test cihazı 1 mA'dan fazla çekmez.
Test voltajı her zaman ortak terminal, yani arka düzlem ve segmentlerden biri arasında bağlanmalıdır. Hangi terminalin arka panel olduğu bilinmiyorsa, test cihazının bir probunu segmente ve diğer probu segment görünene kadar diğer tüm terminallere bağlayın.
