თხევადკრისტალური დისპლეი არის ელექტრო გენერირებული გამოსახულების ტიპი თხელ ბრტყელ პანელზე. პირველი LCD-ები, რომლებიც გამოვიდა 1970-იან წლებში, იყო პატარა ეკრანები, რომლებიც ძირითადად გამოიყენებოდა კალკულატორებსა და ციფრულ საათებში, რომლებიც ასახავდნენ შავ ციფრებს თეთრ ფონზე. LCD-ები ყველგან გვხვდება სახლის ელექტრონიკის სისტემებში, მობილურ ტელეფონებში, კამერებსა და კომპიუტერის მონიტორებში, ასევე საათებსა და ტელევიზორებში. დღევანდელი უახლესი LCD ბრტყელი პანელის ტელევიზორები დიდწილად შეცვალეს ტრადიციული მოცულობითი CRT-ები ტელევიზორებში და შეუძლიათ შექმნან მაღალი გარჩევადობის ფერადი სურათები ეკრანზე დიაგონალზე 108 ინჩამდე.
თხევადი კრისტალების ისტორია
თხევადი კრისტალები შემთხვევით აღმოაჩინა 1888 წელს ავსტრიელმა ბოტანიკოსმა F. Reinitzer-მა. მან აღმოაჩინა, რომ ქოლესტერინის ბენზოატს აქვს დნობის ორი წერტილი, გადაიქცევა მოღრუბლულ სითხეში 145 ° C ტემპერატურაზე, ხოლო 178,5 ° C-ზე ზემოთ ტემპერატურაზე, სითხე გამჭვირვალე ხდება. რომიპოვე ახსნა ამ ფენომენისთვის, მან თავისი ნიმუშები მისცა ფიზიკოს ოტო ლემანს. საფეხურიანი გათბობით აღჭურვილი მიკროსკოპის გამოყენებით, ლემანმა აჩვენა, რომ ნივთიერებას აქვს ზოგიერთი კრისტალისთვის დამახასიათებელი ოპტიკური თვისებები, მაგრამ მაინც თხევადია და აქედან გამომდინარე შეიქმნა ტერმინი „თხევადი კრისტალი“..
1920-იან და 1930-იან წლებში მკვლევარებმა შეისწავლეს ელექტრომაგნიტური ველის გავლენა თხევად კრისტალებზე. 1929 წელს რუსმა ფიზიკოსმა ვსევოლოდ ფრედერიკსმა აჩვენა, რომ მათმა მოლეკულებმა ორ ფირფიტას შორის მოთავსებულ თხელ ფენაში შეცვალა მათი განლაგება მაგნიტური ველის გამოყენებისას. ეს იყო თანამედროვე ძაბვის თხევადკრისტალური დისპლეის წინამორბედი. 1990-იანი წლების დასაწყისიდან ტექნოლოგიური განვითარების ტემპი სწრაფი იყო და აგრძელებს ზრდას.
LCD ტექნოლოგია განვითარდა შავი და თეთრიდან მარტივი საათებისა და კალკულატორებისთვის მრავალფერად მობილური ტელეფონებისთვის, კომპიუტერის მონიტორებისთვის და ტელევიზორებისთვის. გლობალური LCD ბაზარი ახლა უახლოვდება $100 მილიარდს წელიწადში, 2005 წელს $60 მილიარდი და 2003 წელს $24 მილიარდი, შესაბამისად. LCD წარმოება გლობალურად არის კონცენტრირებული შორეულ აღმოსავლეთში და იზრდება ცენტრალურ და აღმოსავლეთ ევროპაში. ამერიკული ფირმები ლიდერობენ წარმოების ტექნოლოგიაში. მათი დისპლეები ახლა დომინირებს ბაზარზე და ეს ნაკლებად სავარაუდოა, რომ შეიცვალოს უახლოეს მომავალში.
კრისტალიზაციის პროცესის ფიზიკა
თხევადი კრისტალების უმეტესობა, როგორიცაა ქოლესტერინის ბენზოატი, შედგება მოლეკულებისგან გრძელი ღეროების მსგავსი სტრუქტურით. თხევადი მოლეკულების ეს განსაკუთრებული სტრუქტურაკრისტალები ორ პოლარიზებულ ფილტრს შორის შეიძლება დაირღვეს ელექტროდებზე ძაბვის გამოყენებით, LCD ელემენტი ხდება გაუმჭვირვალე და რჩება მუქი. ამგვარად, ეკრანის სხვადასხვა ელემენტები შეიძლება გადაერთოს ღია ან მუქ ფერებზე, რითაც აჩვენოს რიცხვები ან სიმბოლოები.
მიზიდულობის ძალების ეს კომბინაცია, რომელიც არსებობს ყველა მოლეკულას შორის, რომელიც დაკავშირებულია ღეროს მსგავს სტრუქტურასთან, იწვევს თხევადი ბროლის ფაზის წარმოქმნას. თუმცა, ეს ურთიერთქმედება არ არის საკმარისად ძლიერი, რომ მოლეკულები მუდმივად შეინარჩუნოს ადგილზე. მას შემდეგ აღმოაჩინეს თხევადი კრისტალური სტრუქტურების მრავალი განსხვავებული სახეობა. ზოგიერთი მათგანი განლაგებულია ფენებად, ზოგი კი დისკის ან ფორმის სვეტების სახით.
LCD ტექნოლოგია
თხევადკრისტალური დისპლეის მუშაობის პრინციპი ეფუძნება ელექტრული მგრძნობიარე მასალების თვისებებს, რომელსაც ეწოდება თხევადი კრისტალები, რომლებიც მიედინება სითხეების მსგავსად, მაგრამ აქვთ კრისტალური სტრუქტურა. კრისტალურ მყარ სხეულებში შემადგენელი ნაწილაკები - ატომები ან მოლეკულები - გეომეტრიულ მასივებშია, ხოლო თხევად მდგომარეობაში ისინი თავისუფლად მოძრაობენ შემთხვევით.
თხევადკრისტალური ჩვენების მოწყობილობა შედგება მოლეკულებისგან, ხშირად ღეროს ფორმის, რომლებიც ორგანიზებულნი არიან ერთი მიმართულებით, მაგრამ მაინც შეუძლიათ გადაადგილება. თხევადი კრისტალების მოლეკულები რეაგირებენელექტრული ძაბვა, რომელიც ცვლის მათ ორიენტაციას და ცვლის მასალის ოპტიკურ მახასიათებლებს. ეს თვისება გამოიყენება LCD ეკრანებზე.
საშუალოდ, ასეთი პანელი შედგება გამოსახულების ათასობით ელემენტისგან („პიქსელი“), რომლებიც ინდივიდუალურად იკვებება ძაბვით. ისინი უფრო თხელია, მსუბუქია და აქვთ დაბალი სამუშაო ძაბვა, ვიდრე სხვა დისპლეის ტექნოლოგიები და იდეალურია ბატარეით მომუშავე მოწყობილობებისთვის.
პასიური მატრიცა
არსებობს ორი ტიპის ჩვენება: პასიური და აქტიური მატრიცა. პასიურებს მხოლოდ ორი ელექტროდი აკონტროლებს. ისინი გამჭვირვალე ITO-ს ზოლებია, რომლებიც 90-ით ბრუნავს ერთმანეთს. ეს ქმნის ჯვარედინი მატრიცას, რომელიც აკონტროლებს თითოეულ LC უჯრედს ინდივიდუალურად. მიმართვა ხდება ლოგიკით და დრაივერებით, ციფრული LCD-ისგან განცალკევებით. ვინაიდან ამ ტიპის კონტროლში LC უჯრედში მუხტი არ არის, თხევადი ბროლის მოლეკულები თანდათან უბრუნდებიან თავდაპირველ მდგომარეობას. ამიტომ, თითოეული უჯრედი რეგულარული ინტერვალებით უნდა იყოს მონიტორინგი.
პასივებს აქვთ შედარებით ხანგრძლივი რეაგირების დრო და არ არის შესაფერისი სატელევიზიო აპლიკაციებისთვის. სასურველია, შუშის სუბსტრატზე არ იყოს დამონტაჟებული დრაივერები ან გადამრთველი კომპონენტები, როგორიცაა ტრანზისტორები. ამ ელემენტების მიერ დაჩრდილვის გამო სიკაშკაშის დაკარგვა არ ხდება, ამიტომ LCD-ების მუშაობა ძალიან მარტივია.
პასივი ფართოდ გამოიყენება სეგმენტირებული ციფრებით და სიმბოლოებით მცირე წაკითხვისთვის ისეთ მოწყობილობებში, როგორიცააკალკულატორები, პრინტერები და დისტანციური მართვის პულტები, რომელთაგან ბევრი მონოქრომულია ან აქვს მხოლოდ რამდენიმე ფერი. პასიური მონოქრომული და ფერადი გრაფიკული დისპლეები გამოიყენებოდა ადრეულ ლეპტოპებში და დღემდე გამოიყენება როგორც აქტიური მატრიცის ალტერნატივა.
აქტიური TFT ეკრანები
აქტიური მატრიცის ჩვენება თითოეული იყენებს თითო ტრანზისტორს მართვისთვის და კონდენსატორის დამუხტვის შესანახად. IPS (In Plane Switching) ტექნოლოგიაში, თხევადი ბროლის ინდიკატორის მუშაობის პრინციპი იყენებს დიზაინს, სადაც ელექტროდები არ არის დაწყობილი, მაგრამ განლაგებულია ერთმანეთის გვერდით იმავე სიბრტყეში მინის სუბსტრატზე. ელექტრული ველი LC მოლეკულებში ჰორიზონტალურად აღწევს.
ისინი გასწორებულია ეკრანის ზედაპირის პარალელურად, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის ხედვის კუთხეს. IPS-ის მინუსი არის ის, რომ თითოეულ უჯრედს სჭირდება ორი ტრანზისტორი. ეს ამცირებს გამჭვირვალე ფართობს და მოითხოვს უფრო კაშკაშა განათებას. VA (ვერტიკალური გასწორება) და MVA (მულტი-დომენის ვერტიკალური გასწორება) იყენებენ მოწინავე თხევად კრისტალებს, რომლებიც სწორდებიან ვერტიკალურად ელექტრული ველის გარეშე, ანუ ეკრანის ზედაპირზე პერპენდიკულურად.
პოლარიზებული სინათლე შეიძლება გაიაროს, მაგრამ დაბლოკილია წინა პოლარიზატორით. ამრიგად, უჯრედი გააქტიურების გარეშე შავია. ვინაიდან ყველა მოლეკულა, თუნდაც ისინი, რომლებიც მდებარეობს სუბსტრატის კიდეებზე, ერთნაირად ვერტიკალურად არის გასწორებული, შედეგად მიღებული შავი მნიშვნელობა ყველა კუთხეში ძალიან დიდია. პასიური მატრიცისგან განსხვავებითთხევადკრისტალური დისპლეები, აქტიური მატრიცული დისპლეები აქვთ ტრანზისტორი თითოეულ წითელ, მწვანე და ლურჯ ქვეპიქსელში, რომელიც ინარჩუნებს მათ სასურველ ინტენსივობაზე, სანამ ეს მწკრივი არ იქნება მიმართული შემდეგ ჩარჩოში.
უჯრედების გადართვის დრო
ჩვენების რეაგირების დრო ყოველთვის დიდი პრობლემა იყო. თხევადი ბროლის შედარებით მაღალი სიბლანტის გამო, LCD უჯრედები საკმაოდ ნელა იცვლება. გამოსახულებაში სწრაფი მოძრაობების გამო, ეს იწვევს ზოლების წარმოქმნას. დაბალი სიბლანტის თხევადი კრისტალი და მოდიფიცირებული თხევადკრისტალური უჯრედის კონტროლი (overdrive) ჩვეულებრივ წყვეტს ამ პრობლემებს.
თანამედროვე LCD ეკრანების რეაგირების დრო ამჟამად არის დაახლოებით 8ms (უსწრაფესი რეაგირების დრო არის 1ms) ცვლის სურათის სიკაშკაშეს 10%-დან 90%-მდე, სადაც 0% და 100% არის სტაბილური სიკაშკაშე, ISO 13406 -2 არის გადართვის დროის ჯამი ნათელიდან ბნელზე (ან პირიქით) და პირიქით. თუმცა, ასიმპტომური გადართვის პროცესის გამო, გადართვის დროა საჭირო <3 ms, რათა თავიდან ავიცილოთ ხილული ზოლები.
Overdrive ტექნოლოგია ამცირებს თხევადკრისტალური უჯრედების გადართვის დროს. ამ მიზნით, LCD უჯრედზე დროებით გამოიყენება უფრო მაღალი ძაბვა, ვიდრე საჭიროა რეალური სიკაშკაშის მნიშვნელობისთვის. თხევადკრისტალური დისპლეის მოკლე ძაბვის ტალღის გამო, ინერტული თხევადი კრისტალები ფაქტიურად იშლება თავიანთი პოზიციიდან და ბევრად უფრო სწრაფად იშლება. ამ პროცესის დონისთვის, სურათი უნდა იყოს ქეშირებული. სპეციალურად შექმნილ შესაბამის მნიშვნელობებთან ერთადეკრანის კორექტირება, შესაბამისი ძაბვის სიმაღლე დამოკიდებულია გამაზე და კონტროლდება სიგნალის პროცესორის საძიებელი ცხრილებით თითოეული პიქსელისთვის და გამოთვალეთ სურათის ინფორმაციის ზუსტი დრო.
ინდიკატორების ძირითადი კომპონენტები
თხევადი ბროლის მიერ წარმოქმნილი სინათლის პოლარიზაციის ბრუნვა არის LCD-ის მუშაობის საფუძველი. ძირითადად არსებობს ორი ტიპის LCD-ები, გადამცემი და ამრეკლი:
- გადამცემი.
- გადაცემა.
გადაცემის LCD ეკრანის მუშაობა. მარცხენა მხარეს, LCD უკანა განათება ასხივებს არაპოლარიზებულ შუქს. როდესაც ის გადის უკანა პოლარიზატორის მეშვეობით (ვერტიკალური პოლარიზატორი), შუქი ვერტიკალურად პოლარიზდება. ეს შუქი შემდეგ ურტყამს თხევად კრისტალს და ახვევს პოლარიზაციას, თუ ჩართულია. ამიტომ, როდესაც ვერტიკალურად პოლარიზებული სინათლე გადის ON თხევადი კრისტალის სეგმენტში, ის ჰორიზონტალურად პოლარიზდება.
შემდეგი - წინა პოლარიზატორი დაბლოკავს ჰორიზონტალურად პოლარიზებულ შუქს. ამგვარად, ეს სეგმენტი დამკვირვებელს ბნელი ეჩვენება. თუ თხევადი კრისტალური სეგმენტი გამორთულია, ის არ შეცვლის სინათლის პოლარიზაციას, ასე რომ დარჩება ვერტიკალურად პოლარიზებული. ასე რომ, წინა პოლარიზატორი გადასცემს ამ შუქს. ეს დისპლეები, რომლებსაც ჩვეულებრივ უწოდებენ უკანა განათებულ LCD-ებს, იყენებენ გარემოს შუქს, როგორც წყაროს:
- საათი.
- ამრეკლი LCD.
- ჩვეულებრივ კალკულატორები იყენებენ ამ ტიპის ჩვენებას.
პოზიტიური და უარყოფითი სეგმენტები
დადებითი სურათი იქმნება მუქი პიქსელებით ან სეგმენტებით თეთრ ფონზე. მათში პოლარიზატორები ერთმანეთის პერპენდიკულარულია. ეს ნიშნავს, რომ თუ წინა პოლარიზატორი ვერტიკალურია, მაშინ უკანა პოლარიზატორი ჰორიზონტალური იქნება. ასე რომ, OFF და ფონი გაუშვებს შუქს და ON დაბლოკავს მას. ეს დისპლეები, როგორც წესი, გამოიყენება აპლიკაციებში, სადაც არის გარემოს განათება.
მას ასევე შეუძლია შექმნას მყარი მდგომარეობის და თხევადი კრისტალური დისპლეები სხვადასხვა ფონის ფერებით. ნეგატიური გამოსახულება იქმნება ღია პიქსელებით ან სეგმენტებით მუქ ფონზე. მათში გაერთიანებულია წინა და უკანა პოლარიზატორები. ეს ნიშნავს, რომ თუ წინა პოლარიზატორი ვერტიკალურია, უკანა ასევე ვერტიკალური იქნება და პირიქით.
ასე რომ, OFF სეგმენტები და ფონი ბლოკავს შუქს, ხოლო ON სეგმენტები უშვებს შუქს და ქმნის ნათელ ეკრანს მუქი ფონზე. განათებული LCD ეკრანები ჩვეულებრივ იყენებენ ამ ტიპს, რომელიც გამოიყენება იქ, სადაც გარემო სუსტია. მას ასევე შეუძლია ფონის სხვადასხვა ფერის შექმნა.
მეხსიერების ჩვენება RAM
DD არის მეხსიერება, რომელიც ინახავს ეკრანზე გამოსახულ სიმბოლოებს. 16 სიმბოლოსგან შემდგარი 2 ხაზის საჩვენებლად, მისამართები განისაზღვრება შემდეგნაირად:
| ხაზი | ხილული | უხილავი |
| ტოპ | 00სთ 0FH | 10სთ 27სთ |
| დაბალი | 40H - 4FH | 50H 67H |
ის გაძლევთ საშუალებას შექმნათ მაქსიმუმ 8 სიმბოლო ან 5x7 სიმბოლო. მას შემდეგ, რაც ახალი სიმბოლოები ჩაიტვირთება მეხსიერებაში, მათზე წვდომა შეიძლება ისე, თითქოს ROM-ში შენახული ჩვეულებრივი სიმბოლოები იყოს. CG RAM იყენებს 8-ბიტიან ფართო სიტყვებს, მაგრამ მხოლოდ 5 ყველაზე ნაკლებად მნიშვნელოვანი ბიტი გამოჩნდება LCD ეკრანზე.
ასე რომ D4 არის ყველაზე მარცხენა წერტილი და D0 არის პოლუსი მარჯვნივ. მაგალითად, ოპერატიული მეხსიერების ბაიტის CG 1Fh-ზე ჩატვირთვა იწვევს ამ ხაზის ყველა წერტილს.
ბიტი რეჟიმის კონტროლი
ხელმისაწვდომია ეკრანის ორი რეჟიმი: 4-ბიტიანი და 8-ბიტიანი. 8-ბიტიან რეჟიმში მონაცემები ეკრანზე იგზავნება D0-დან D7-მდე ქინძისთავებით. RS სტრიქონი დაყენებულია 0-ზე ან 1-ზე, იმისდა მიხედვით, გსურთ თუ არა გაგზავნოთ ბრძანება ან მონაცემები. R/W ხაზი ასევე უნდა იყოს დაყენებული 0-ზე, რათა მიუთითოს ჩასაწერი ჩვენება. რჩება პულსის გაგზავნა მინიმუმ 450 ns შეყვანის E-ზე, რათა მიუთითოთ, რომ მოქმედი მონაცემები არის D0-დან D7-მდე ქინძისთავებზე.
ეკრანი წაიკითხავს მონაცემებს ამ შეყვანის დავარდნილ კიდეზე. თუ საჭიროა წაკითხვა, პროცედურა იდენტურია, მაგრამ ამჯერად R/W ხაზი დაყენებულია 1-ზე, რათა მოითხოვოს წაკითხვა. მონაცემები ძალაში იქნება D0-D7 ხაზებზე მაღალი ხაზის მდგომარეობაზე.
4-ბიტიანი რეჟიმი. ზოგიერთ შემთხვევაში, შეიძლება საჭირო გახდეს ეკრანის მართვისთვის გამოყენებული მავთულის რაოდენობის შემცირება, მაგალითად, როდესაც მიკროკონტროლერს აქვს ძალიან ცოტა I/O პინები. ამ შემთხვევაში, შესაძლებელია 4-ბიტიანი LCD რეჟიმის გამოყენება. ამ რეჟიმში გადაცემამონაცემების და მათი წაკითხვისას გამოიყენება ეკრანის მხოლოდ 4 ყველაზე მნიშვნელოვანი ბიტი (D4-დან D7).
4 მნიშვნელოვანი ბიტი (D0-დან D3-მდე) შემდეგ უკავშირდება მიწას. შემდეგ მონაცემები იწერება ან იკითხება ოთხი ყველაზე მნიშვნელოვანი ბიტის თანმიმდევრობით გაგზავნით, რასაც მოჰყვება ოთხი ყველაზე ნაკლებად მნიშვნელოვანი ბიტი. დადებითი პულსი მინიმუმ 450 ns უნდა გაიგზავნოს E ხაზზე, რათა გამოსცადოს თითოეული წვერი.
ორივე რეჟიმში, ეკრანზე ყოველი მოქმედების შემდეგ, შეგიძლიათ დარწმუნდეთ, რომ მას შეუძლია შემდეგი ინფორმაციის დამუშავება. ამისათვის თქვენ უნდა მოითხოვოთ წაკითხვა ბრძანების რეჟიმში და შეამოწმოთ Busy BF დროშა. როდესაც BF=0, ეკრანი მზად არის მიიღოს ახალი ბრძანება ან მონაცემები.
ციფრული ძაბვის მოწყობილობები
ციფრული თხევადი კრისტალური ინდიკატორები ტესტერებისთვის შედგება შუშის ორი თხელი ფურცლისგან, რომლის მოპირდაპირე ზედაპირებზე დატანილი იყო თხელი გამტარი ბილიკები. როდესაც მინას მარჯვნიდან ან თითქმის სწორი კუთხით უყურებთ, ეს ბილიკები არ ჩანს. თუმცა, გარკვეული ხედვის კუთხით, ისინი ხილული ხდება.
ელექტრული წრედის დიაგრამა.
აქ აღწერილი ტესტერი შედგება მართკუთხა ოსცილატორისგან, რომელიც წარმოქმნის იდეალურად სიმეტრიულ ცვლადი ძაბვას ყოველგვარი DC კომპონენტის გარეშე. ლოგიკური გენერატორების უმეტესობას არ შეუძლია კვადრატული ტალღის გენერირება, ისინი ქმნიან კვადრატულ ტალღურ ფორმებს, რომელთა მოვალეობის ციკლი მერყეობს დაახლოებით 50%. ტესტერში გამოყენებული 4047 აქვს ორობითი სკალარული გამომავალი, რომელიც უზრუნველყოფს სიმეტრიას. სიხშირეოსცილატორი არის დაახლოებით 1 kHz.
შეიძლება იკვებებოდეს 3-9 ვოლტიანი წყაროდან, ჩვეულებრივ, ეს იქნება ბატარეა, მაგრამ ცვლადი კვების წყაროს აქვს თავისი უპირატესობები. ის გვიჩვენებს, თუ რა ძაბვაზე მუშაობს ძაბვის ინდიკატორი თხევადი კრისტალი დამაკმაყოფილებლად და ასევე არის მკაფიო კავშირი ძაბვის დონესა და იმ კუთხეს შორის, რომლითაც ჩვენება აშკარად ჩანს. ტესტერი ატარებს არაუმეტეს 1 mA.
სატესტო ძაბვა ყოველთვის უნდა იყოს დაკავშირებული საერთო ტერმინალს, ანუ უკანა სიბრტყესა და ერთ-ერთ სეგმენტს შორის. თუ არ არის ცნობილი, რომელი ტერმინალია უკანა პლანი, მაშინ შეაერთეთ ტესტერის ერთი ზონდი სეგმენტთან, ხოლო მეორე ზონდი ყველა სხვა ტერმინალთან, სანამ სეგმენტი არ გამოჩნდება.
