LCD-skjerm - Liquid-crystal display

Reflekterende vridd nematisk flytende krystallskjerm .
  1. Polariserende filterfilm med en vertikal akse for å polarisere lyset når det kommer inn.
  2. Glassunderlag med ITO -elektroder . Formene på disse elektrodene bestemmer figurene som vil vises når LCD -skjermen slås PÅ. Vertikale rygger etset på overflaten er glatte.
  3. Vridet nematisk flytende krystall.
  4. Glassunderlag med vanlig elektrodefilm (ITO) med horisontale rygger for å stille opp med det horisontale filteret.
  5. Polariserende filterfilm med en horisontal akse for å blokkere/passere lys.
  6. Reflekterende overflate for å sende lys tilbake til betrakteren. (I en bakgrunnsbelyst LCD blir dette laget erstattet eller supplert med en lyskilde.)

En flytende krystallskjerm ( LCD ) er en flatskjerm eller annen elektronisk modulert optisk enhet som bruker de lysmodulerende egenskapene til flytende krystaller kombinert med polarisatorer . Flytende krystaller avgir ikke lys direkte, i stedet bruker de bakgrunnsbelysning eller reflektor for å produsere bilder i farger eller monokrom . LCD-skjermer er tilgjengelige for å vise vilkårlige bilder (som i en generell dataskjerm) eller faste bilder med lite informasjonsinnhold, som kan vises eller skjules. For eksempel: forhåndsinnstilte ord, sifre og syv segmenter , som i en digital klokke , er alle gode eksempler på enheter med disse skjermene. De bruker den samme grunnleggende teknologien, bortsett fra at vilkårlige bilder er laget av en matrise med små piksler , mens andre skjermer har større elementer. LCD -skjermer kan enten være normalt (positive) eller av (negative), avhengig av polariseringsarrangementet. For eksempel vil en tegn positiv LCD med bakgrunnsbelysning ha svart skrift på en bakgrunn som er fargen på bakgrunnsbelysningen, og en tegn negativ LCD vil ha en svart bakgrunn med bokstavene i samme farge som bakgrunnsbelysningen. Optiske filtre er lagt til hvitt på blå LCD -skjermer for å gi dem deres karakteristiske utseende.

LCD -skjermer brukes i et bredt spekter av applikasjoner, inkludert LCD -TV , dataskjermer , instrumentpaneler , cockpit -skjermer og innendørs og utendørs skilting. Små LCD -skjermer er vanlige i LCD -projektorer og bærbare forbrukerenheter som digitale kameraer , klokker , digitale klokker , kalkulatorer og mobiltelefoner , inkludert smarttelefoner . LCD -skjermer brukes også på forbrukerelektronikkprodukter som DVD -spillere, videospillutstyr og klokker . LCD -skjermer har erstattet tunge, omfangsrike katodestrålerør (CRT) i nesten alle applikasjoner. LCD -skjermer er tilgjengelige i et bredere spekter av skjermstørrelser enn CRT- og plasmaskjermer , med LCD -skjermer tilgjengelig i størrelser fra små digitale klokker til veldig store TV -mottakere . LCD -er blir sakte erstattet av OLED -er , som enkelt kan gjøres til forskjellige former, og har en lavere responstid, større fargespekter, praktisk talt uendelig fargekontrast og synsvinkler, lavere vekt for en gitt skjermstørrelse og en slankere profil (fordi OLED -er bruk et enkelt glass- eller plastpanel, mens LCD -skjermer bruker to glasspaneler; tykkelsen på panelene øker med størrelsen, men økningen er mer merkbar på LCD -skjermene) og potensielt lavere strømforbruk (ettersom displayet bare er "på" der det trengs og det er ingen bakgrunnsbelysning). OLED -er er imidlertid dyrere for en gitt skjermstørrelse på grunn av de svært kostbare elektroluminescerende materialene eller fosforene de bruker. På grunn av bruk av fosfor lider OLED-er av skjerminnbrenning, og det er for øyeblikket ingen måte å resirkulere OLED-skjermer på, mens LCD-paneler kan resirkuleres, selv om teknologien som kreves for å resirkulere LCD-er ennå ikke er utbredt. Forsøk på å opprettholde konkurranseevnen til LCD-skjermer er quantum dot-skjermer , markedsført som SUHD, QLED eller Triluminos, som er LCD-skjermer med blå LED-bakgrunnsbelysning og en Quantum-dot enhancement film (QDEF) som konverterer en del av det blå lyset til rødt og grønt, tilbyr lignende ytelse til en OLED -skjerm til en lavere pris, men kvantumpunktlaget som gir disse skjermene sine egenskaper, kan ennå ikke resirkuleres.

Siden LCD-skjermer ikke bruker fosfor, lider de sjelden av innbrenning av bilder når et statisk bilde vises på en skjerm over lang tid, f.eks. Bordrammen for et flyselskapsplan på et innendørs skilt. LCD -skjermer er imidlertid utsatt for bildebestandighet . LCD-skjermen er mer energieffektiv og kan avhendes på en tryggere måte enn en CRT-boks. Dens lave strømforbruket gjør at den kan anvendes i batteri -drevet elektronisk utstyr mer effektivt enn en CRT kan være. I 2008 overgikk det årlige salget av fjernsyn med LCD -skjermer salget av CRT -enheter over hele verden, og CRT ble foreldet for de fleste formål.

Generelle egenskaper

En LCD -skjerm som brukes som varslingspanel for reisende

Hver piksel på en LCD består vanligvis av et lag med molekyler på linje mellom to gjennomsiktige elektroder , ofte laget av indium-tinnoksid (ITO) og to polariserende filtre (parallelle og vinkelrette polarisatorer), hvor overføringsaksene er (i de fleste tilfellene) vinkelrett på hverandre. Uten flytende krystall mellom polariserende filtre ville lys som passerte gjennom det første filteret bli blokkert av den andre (kryssede) polarisatoren. Før et elektrisk felt påføres, bestemmes orienteringen til væskekrystallmolekylene av justeringen på overflatene til elektroder. I en vridd nematisk (TN) enhet er overflatejusteringsretningene ved de to elektrodene vinkelrett på hverandre, og slik arrangerer molekylene seg i en spiralformet struktur eller vridning. Dette induserer rotasjonen av polarisasjonen av det innfallende lyset, og enheten ser grå ut. Hvis den påførte spenningen er stor nok, er flytende krystallmolekylene i midten av laget nesten fullstendig vridd og polarisasjonen av det innfallende lyset roteres ikke når det passerer gjennom det flytende krystalllaget. Dette lyset vil da hovedsakelig være polarisert vinkelrett på det andre filteret, og dermed bli blokkert og pikslen vil se svart ut. Ved å kontrollere spenningen som tilføres over det flytende krystalllaget i hver piksel, kan lys tillates å passere gjennom i varierende mengder og dermed utgjøre forskjellige grånivåer.

Den kjemiske formelen for de flytende krystallene som brukes på LCD -skjermer kan variere. Formler kan være patentert. Et eksempel er en blanding av 2- (4-alkoksyfenyl) -5-alkylpyrimidin med cyanobifenyl, patentert av Merck og Sharp Corporation . Patentet som dekket den spesifikke blandingen utløp.

De fleste LCD -fargesystemer bruker samme teknikk, med fargefiltre som brukes til å generere røde, grønne og blå underpiksler. LCD -fargefiltrene er laget med en fotolitografiprosess på store glassplater som senere limes med andre glassplater som inneholder en TFT -serie, avstandsstykker og flytende krystall, og skaper flere LCD -farger som deretter kuttes fra hverandre og lamineres med polarisatorark. Røde, grønne, blå og svarte fotoresister (motstår) brukes. Alle motstandene inneholder et finmalt pulverisert pigment, med partikler på bare 40 nanometer på tvers. Den svarte resisten er den første som skal påføres; Dette vil skape et svart rutenett (kjent i bransjen som en svart matrise) som vil skille røde, grønne og blå underpiksler fra hverandre, øke kontrastforholdene og forhindre at lys lekker fra et underpiksel til andre omkringliggende underpiksler. Etter at den svarte resisten har blitt tørket i en ovn og utsatt for UV -lys gjennom en fotomask, vaskes de ueksponerte områdene bort og danner et svart rutenett. Deretter gjentas den samme prosessen med de gjenværende motstandene. Dette fyller hullene i det svarte rutenettet med de tilsvarende fargede motstandene. En annen fargenereringsmetode som ble brukt i PDAer med tidlige farger og noen kalkulatorer ble gjort ved å variere spenningen i en Super-vridd nematisk LCD, der den variable vridningen mellom strammere plater forårsaker en varierende dobbeltbrytning dobbeltbrytning , og dermed endrer fargetonen. De var vanligvis begrenset til 3 farger per piksel: oransje, grønn og blå.

LCD i en Texas Instruments kalkulator med topppolarisator fjernet fra enheten og plassert på toppen, slik at topp- og bunnpolarisatorene er vinkelrett. Som et resultat blir fargene invertert.

Den optiske effekten av en TN-enhet i spenningstilstanden er langt mindre avhengig av variasjoner i enhetstykkelsen enn den i spenningstilstanden. På grunn av dette brukes TN -skjermer med lavt informasjonsinnhold og ingen bakgrunnsbelysning vanligvis mellom kryssede polarisatorer slik at de ser lyse ut uten spenning (øyet er mye mer følsomt for variasjoner i den mørke tilstanden enn den lyse tilstanden). Siden de fleste LCD-skjermer fra 2010-tiden brukes i fjernsynsapparater, skjermer og smarttelefoner, har de matriseoppløsninger med høy oppløsning på piksler for å vise vilkårlige bilder ved hjelp av bakgrunnsbelysning med mørk bakgrunn. Når ingen bilder vises, brukes forskjellige ordninger. For dette formålet drives TN LCD -skjermer mellom parallelle polarisatorer, mens IPS LCD -er har kryssede polarisatorer. I mange applikasjoner har IPS LCD -er erstattet TN LCD -skjermer, spesielt i smarttelefoner som iPhones . Både flytende krystallmateriale og justeringslagsmaterialet inneholder ioniske forbindelser . Hvis et elektrisk felt med en bestemt polaritet brukes over en lengre periode, tiltrekkes dette ioniske materialet til overflatene og forringer enhetens ytelse. Dette unngås enten ved å påføre en vekselstrøm eller ved å reversere polariteten til det elektriske feltet når enheten adresseres (responsen til flytende krystalllag er identisk, uavhengig av polariteten til det påførte feltet).

En Casio Alarm Chrono digital klokke med LCD

Displayer for et lite antall individuelle sifre eller faste symboler (som i digitale klokker og lommekalkulatorer ) kan implementeres med uavhengige elektroder for hvert segment. I kontrast er full alfanumeriske eller variable grafikkdisplays vanligvis implementert med piksler arrangert som en matrise bestående av elektrisk tilkoblede rader på den ene siden av LC -laget og kolonner på den andre siden, noe som gjør det mulig å adressere hver piksel i kryssene. Den generelle metoden for matriseadressering består i å sekvensielt adressere den ene siden av matrisen, for eksempel ved å velge radene en etter en og bruke bildeinformasjonen på den andre siden ved kolonnene rad for rad. For detaljer om de forskjellige matriseadresseringsskjemaene, se passiv-matrise og aktiv-matrise adressert LCD-skjerm .

LCD -skjermer , sammen med OLED -skjermer, produseres i renrom som låner teknikker fra halvlederproduksjon og bruker store glassplater hvis størrelse har økt over tid. Flere skjermer produseres samtidig, og deretter kuttes de av glassplaten, også kjent som moderglasset eller LCD -glassunderlaget. Økningen i størrelse gjør det mulig å lage flere skjermer eller større skjermer, akkurat som med økende wafer -størrelser i halvlederproduksjon. Glassstørrelsene er som følger:

LCD-glass-størrelser-generasjon
Generasjon Lengde [mm] Høyde [mm] Introduksjonsår Referanser
GEN 1 200-300 200-400 1990
GEN 2 370 470
GEN 3 550 650 1996-1998
GEN 3.5 600 720 1996
GEN 4 680 880 2000-2002
GEN 4.5 730 920 2000-2004
GEN 5 1100 1250-1300 2002-2004
GEN 5.5 1300 1500
GEN 6 1500 1800–1850 2002-2004
GEN 7 1870 2200 2003
GEN 7.5 1950 2250
GEN 8 2160 2460
GEN 8.5 2200 2500 2007-2016
GEN 8.6 2250 2600 2016
GEN 10 2880 3130 2009
GEN 10.5 (også kjent som GEN 11) 2940 3370 2018

Fram til 8. generasjon ville produsentene ikke være enige om en enkelt mors glassstørrelse, og som et resultat ville forskjellige produsenter bruke litt forskjellige glassstørrelser for samme generasjon. Noen produsenter har tatt i bruk Gen 8.6 -glassplater som bare er litt større enn Gen 8.5, slik at det kan lages mer 50 og 58 tommers LCD -er per glass, spesielt 58 tommers LCD -skjermer, i så fall kan 6 produseres på en Gen 8.6 -mor glass vs bare 3 på et Gen 8.5 -hovedglass, noe som reduserer avfall betydelig. Tykkelsen på hovedglasset øker også for hver generasjon, så større glass er større egnet for større skjermer. En LCD-modul (LCM) er en klar-til-bruk LCD med bakgrunnsbelysning. Dermed lager en fabrikk som lager LCD -moduler ikke nødvendigvis LCD -er, den kan bare montere dem i modulene. LCD -glassunderlag er laget av selskaper som AGC Inc. , Corning Inc. og Nippon Electric Glass .

Historie

Opprinnelsen og den komplekse historien til flytende krystallskjermer fra perspektivet til en innsider i de første dagene ble beskrevet av Joseph A. Castellano i Liquid Gold: The Story of Liquid Crystal Displays and Creation of a Industry . En annen rapport om opprinnelsen og historien til LCD fra et annet perspektiv til 1991 har blitt utgitt av Hiroshi Kawamoto, tilgjengelig på IEEE History Center. En beskrivelse av sveitsiske bidrag til LCD -utvikling, skrevet av Peter J. Wild, finnes på Engineering and Technology History Wiki .

Bakgrunn

I 1888 oppdaget Friedrich Reinitzer (1858–1927) den flytende krystallinske naturen til kolesterol ekstrahert fra gulrøtter (det vil si to smeltepunkter og generering av farger) og publiserte sine funn på et møte i Vienna Chemical Society 3. mai 1888 ( F. Reinitzer: Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins, Monatshefte für Chemie (Wien) 9, 421–441 (1888) ). I 1904 publiserte Otto Lehmann sitt verk "Flüssige Kristalle" (Liquid Crystals). I 1911 eksperimenterte Charles Mauguin først med flytende krystaller begrenset mellom tallerkener i tynne lag.

I 1922 beskrev Georges Friedel strukturen og egenskapene til flytende krystaller og klassifiserte dem i 3 typer (nematika, smektika og kolesterika). I 1927 utviklet Vsevolod Frederiks den elektrisk koblede lysventilen , kalt Fréedericksz -overgangen , den vesentlige effekten av all LCD -teknologi. I 1936 patenterte selskapet Marconi Wireless Telegraph den første praktiske anvendelsen av teknologien, "The Liquid Crystal Light Valve" . I 1962 ble den første store engelskspråklige publikasjonen Molecular Structure and Properties of Liquid Crystals utgitt av Dr. George W. Gray . I 1962 fant Richard Williams fra RCA at flytende krystaller hadde noen interessante elektrooptiske egenskaper, og han innså en elektro-optisk effekt ved å generere stripemønstre i et tynt lag flytende krystallmateriale ved bruk av en spenning. Denne effekten er basert på en elektrohydrodynamisk ustabilitet som danner det som nå kalles "Williams-domener" inne i flytende krystall.

Den MOSFET (metall-oksyd-halvlederfelteffekttransistor) ble oppfunnet av Mohamed M. Atalla og Dawon Kahng ved Bell Labs i 1959, og presentert i 1960 Building på sitt arbeid med MOSFET, Paul K. Weimer ved RCA utviklet tynn -filmtransistor (TFT) i 1962. Det var en type MOSFET som er forskjellig fra den vanlige bulk -MOSFET.

1960 -tallet

I 1964 oppnådde George H. Heilmeier , da arbeidet ved RCA-laboratoriene for effekten av Williams oppdaget bytte av farger ved feltindusert justering av dikroiske fargestoffer i en homeotropisk orientert flytende krystall. Praktiske problemer med denne nye elektro-optiske effekten gjorde at Heilmeier fortsatte å jobbe med spredningseffekter i flytende krystaller og til slutt oppnåelsen av den første operative flytende krystallskjermen basert på det han kalte dynamisk spredningsmodus (DSM). Påføring av en spenning til en DSM -skjerm bytter det opprinnelig klare, gjennomsiktige flytende krystalllaget til en melkete grumsete tilstand. DSM -skjermer kunne betjenes i transmissiv og reflekterende modus, men de krevde en betydelig strøm for å fungere. George H. Heilmeier ble hentet inn i National Inventors Hall of Fame og kreditert oppfinnelsen av LCD -skjermer. Heilmeiers arbeid er en IEEE -milepæl .

På slutten av 1960 -tallet ble banebrytende arbeid med flytende krystaller utført av Storbritannias Royal Radar Establishment i Malvern , England. Teamet ved RRE støttet pågående arbeid av George William Gray og teamet hans ved University of Hull som til slutt oppdaget flytende cyanobifenylkrystaller, som hadde riktige stabilitet og temperaturegenskaper for bruk på LCD -skjermer.

Ideen om en TFT -basert flytende krystallskjerm (LCD) ble unnfanget av Bernard Lechner fra RCA Laboratories i 1968. Lechner, FJ Marlowe, EO Nester og J. Tults demonstrerte konseptet i 1968 med en 18x2 matrisedynamisk spredningsmodus (DSM ) LCD -skjerm som brukte standard diskrete MOSFET -er .

1970 -tallet

4. desember 1970 ble den vridde nematiske felteffekten (TN) i flytende krystaller søkt om patent av Hoffmann-LaRoche i Sveits, ( sveitsisk patent nr. 532 261 ) med Wolfgang Helfrich og Martin Schadt (den gang jobbet for Central Research Laboratories ) oppført som oppfinnere. Hoffmann-La Roche lisensierte oppfinnelsen til den sveitsiske produsenten Brown, Boveri & Cie , dets joint venture- partner på den tiden, som produserte TN-skjermer for armbåndsur og andre applikasjoner i løpet av 1970-årene for de internasjonale markedene, inkludert den japanske elektronikkindustrien, som snart produserte første digitale kvarts armbåndsur med TN-LCD og mange andre produkter. James Fergason , mens han jobbet med Sardari Arora og Alfred Saupe ved Kent State University Liquid Crystal Institute , innleverte et identisk patent i USA 22. april 1971. I 1971 produserte selskapet til Fergason, ILIXCO (nå LXD Incorporated ) LCD -skjermer. basert på TN-effekten, som snart erstattet DSM-typene av dårlig kvalitet på grunn av forbedringer av lavere driftsspenninger og lavere strømforbruk. Tetsuro Hama og Izuhiko Nishimura fra Seiko mottok et amerikansk patent datert februar 1971, for et elektronisk armbåndsur som inneholder en TN-LCD. I 1972 ble det første armbåndsuret med TN-LCD lansert på markedet: The Gruen Teletime som var en firesifret skjermklokke.

I 1972 ble konseptet med den aktive matrisen tynnfilmstransistor (TFT) flytende krystall-displaypanel prototypet i USA av T. Peter Brodys team i Westinghouse , i Pittsburgh, Pennsylvania . I 1973 demonstrerte Brody, JA Asars og GD Dixon ved Westinghouse Research Laboratories den første tynnfilmstransistoren flytende krystallskjerm (TFT LCD). Fra 2013 bruker alle moderne elektroniske visuelle displayenheter med høy oppløsning og høy kvalitet TFT-baserte aktive matriseskjermer . Brody og Fang-Chen Luo demonstrerte den første flate flytende krystallskjermen med aktiv matrise (AM LCD) i 1974, og deretter laget Brody begrepet "aktiv matrise" i 1975.

I 1972 introduserte nordamerikanske Rockwell Microelectronics Corp bruk av DSM LCD -skjermer for kalkulatorer for markedsføring av Lloyds Electronics Inc, selv om disse krevde en intern lyskilde for belysning. Sharp Corporation fulgte med DSM LCD-skjermer for lommekalkulatorer i 1973 og deretter masseproduserte TN LCD-skjermer for klokker i 1975. Andre japanske selskaper tok snart en ledende posisjon på armbåndsurmarkedet, som Seiko og dets første 6-sifrede TN- LCD kvarts armbåndsur. Farge-LCD-er basert på gjeste-vert- interaksjon ble oppfunnet av et team ved RCA i 1968. En spesiell type av en slik LCD-farge ble utviklet av Japans Sharp Corporation på 1970-tallet, og mottok patenter for oppfinnelsene sine, for eksempel et patent av Shinji Kato og Takaaki Miyazaki i mai 1975, og deretter forbedret av Fumiaki Funada og Masataka Matsuura i desember 1975. TFT LCD -skjermer som ligner på prototypene utviklet av et Westinghouse -team i 1972 ble patentert i 1976 av et team på Sharp bestående av Fumiaki Funada, Masataka Matsuura og Tomio Wada, deretter forbedret i 1977 av et Sharp -team bestående av Kohei Kishi, Hirosaku Nonomura, Keiichiro Shimizu og Tomio Wada. Imidlertid var disse TFT-LCD-ene ennå ikke klare til bruk i produkter, ettersom problemer med materialene for TFT-enhetene ennå ikke var løst.

1980 -tallet

I 1983 oppfant forskere ved Brown, Boveri & Cie (BBC) Research Center, Sveits , super -vridd nematisk (STN) struktur for passive matriseadresserte LCD -skjermer. H. Amstutz et al. ble oppført som oppfinnere i de tilsvarende patentsøknadene som ble arkivert i Sveits 7. juli 1983 og 28. oktober 1983. Patenter ble gitt i Sveits CH 665491, Europe EP 0131216, US Patent 4,634,229 og mange flere land. I 1980 startet Brown Boveri et 50/50 joint venture med det nederlandske Philips -selskapet, kalt Videlec. Philips hadde den nødvendige kunnskapen for å designe og bygge integrerte kretser for kontroll av store LCD-paneler. I tillegg hadde Philips bedre tilgang til markeder for elektroniske komponenter og var ment å bruke LCD-skjermer i nye produktgenerasjoner med hi-fi, videoutstyr og telefoner. I 1984 oppfant Philips-forskerne Theodorus Welzen og Adrianus de Vaan et videohastighetsprogram som løste den langsomme responstiden for STN-LCD-er, noe som muliggjorde videobilder med høy oppløsning, høy kvalitet og jevne bevegelser på STN-LCD-er. I 1985 løste Philips-oppfinnerne Theodorus Welzen og Adrianus de Vaan problemet med å kjøre høyoppløselige STN-LCD-er ved hjelp av lavspenning (CMOS-basert) stasjonselektronikk, slik at det kunne brukes LCD-paneler av høy kvalitet (høy oppløsning og videohastighet) i batteridrevne bærbare produkter som bærbare datamaskiner og mobiltelefoner. I 1985 kjøpte Philips 100% av Videlec AG -selskapet med base i Sveits. Etterpå flyttet Philips Videlec -produksjonslinjene til Nederland. År senere produserte og markedsførte Philips komplette moduler (bestående av LCD-skjermen, mikrofonen, høyttalerne osv.) Med høy volumproduksjon for den blomstrende mobiltelefonindustrien.

De første farge -LCD -TVene ble utviklet som håndholdte TVer i Japan. I 1980 begynte Hattori Seikos FoU -gruppe å utvikle fargerike LCD -lomme -TVer. I 1982 ga Seiko Epson ut den første LCD-TVen, Epson TV Watch, et armbåndsur utstyrt med en liten LCD-TV med aktiv matrise. Sharp Corporation introduserte dot-matrix TN-LCD i 1983. I 1984 ga Epson ut ET-10, den første LCD-TVen i lomme i full farge. Samme år introduserte Citizen Watch Citizen Pocket TV, en 2,7-tommers LCD-farge-TV, med den første kommersielle TFT LCD- skjermen. I 1988 demonstrerte Sharp en 14-tommers TFT-LCD med full farge, aktiv matrise, full farge. Dette førte til at Japan lanserte en LCD-industri, som utviklet LCD-skjermer i stor størrelse, inkludert TFT- dataskjermer og LCD-TVer. Epson utviklet 3LCD- projeksjonsteknologien på 1980-tallet, og lisensierte den for bruk i projektorer i 1988. Epsons VPJ-700, utgitt i januar 1989, var verdens første kompakte LCD-projektor i full farge .

1990 -tallet

I 1990, under forskjellige titler, oppfant oppfinnere elektrooptiske effekter som alternativer til vridd nematisk felteffekt LCD (TN- og STN-LCD). En tilnærming var å bruke interdigitalelektroder på ett glassunderlag bare for å produsere et elektrisk felt i hovedsak parallelt med glassubstratene. For å dra full nytte av egenskapene til denne In Plane Switching (IPS) teknologien var det nødvendig med ytterligere arbeid. Etter grundig analyse blir detaljer om fordelaktige utførelsesformer arkivert i Tyskland av Guenter Baur et al. og patentert i forskjellige land. Fraunhofer Institute ISE i Freiburg, hvor oppfinnerne jobbet, tildeler disse patentene til Merck KGaA, Darmstadt, leverandør av LC -stoffer. I 1992, kort tid etter, utarbeider ingeniører ved Hitachi ulike praktiske detaljer om IPS-teknologien for å sammenkoble tynne-film-transistormatrisen som en matrise og for å unngå uønskede streifelt mellom piksler. Hitachi forbedret også synsvinkelavhengigheten ytterligere ved å optimalisere formen på elektrodene ( Super IPS ). NEC og Hitachi blir tidlige produsenter av Active-Matrix adresserte LCD-skjermer basert på IPS-teknologien. Dette er en milepæl for å implementere storskjerm-LCD-er med akseptabel visuell ytelse for flatskjerms dataskjermer og TV-skjermer. I 1996 utviklet Samsung den optiske mønsterteknikken som muliggjør flerdomenedisplay. Multi-domain og In Plane Switching forblir deretter de dominerende LCD-designene gjennom 2006. På slutten av 1990-tallet begynte LCD-industrien å bevege seg bort fra Japan, mot Sør-Korea og Taiwan , som senere flyttet til Kina.

2000 - 2010 -årene

I 2007 overgikk bildekvaliteten til LCD-TVer bildekvaliteten til katodestrålerørbaserte (CRT) TVer. I fjerde kvartal 2007 overgikk LCD -TV -er for første gang CRT -TV -er i verdensomspennende salg. LCD -TV -er ble anslått til å utgjøre 50% av de 200 millioner TV -ene som skal sendes globalt i 2006, ifølge Displaybank . I oktober 2011 kunngjorde Toshiba 2560 × 1600 piksler på et 6,1-tommers (155 mm) LCD-panel, egnet for bruk i en nettbrett , spesielt for kinesisk tegnvisning. I 2010-årene ble det også tatt i bruk TGP (Tracking Gate-line i Pixel), som flytter kretsene fra skjermens grenser til mellom pikslene, noe som gir mulighet for smale rammer. LCD -skjermer kan gjøres gjennomsiktige og fleksible , men de kan ikke avgi lys uten bakgrunnsbelysning som OLED og microLED, som er andre teknologier som også kan gjøres fleksible og gjennomsiktige. Spesielle filmer kan brukes til å øke visningsvinklene på LCD -skjermer.

I 2016 utviklet Panasonic IPS LCD -skjermer med et kontrastforhold på 1.000.000: 1, som konkurrerer med OLED -er. Denne teknologien ble senere satt i masseproduksjon som to -lags, dobbeltpanel eller LMCL (Light Modulating Cell Layer) LCD -skjermer. Teknologien bruker 2 flytende krystalllag i stedet for ett, og kan brukes sammen med en mini-LED-bakgrunnsbelysning og kvantepunktark.

Belysning

Siden LCD -skjermer ikke produserer noe eget lys, krever de eksternt lys for å produsere et synlig bilde. I en transmissiv type LCD er lyskilden bak på glassbunken og kalles bakgrunnsbelysning . Active-matrix LCD-er er nesten alltid bakgrunnsbelyst. Passive LCD -skjermer kan ha bakgrunnsbelysning, men mange bruker en reflektor på baksiden av glassbunken for å utnytte omgivelseslys. Translekterende LCD -skjermer kombinerer funksjonene til en bakgrunnsbelyst transmissiv skjerm og en reflekterende skjerm.

De vanlige implementeringene av LCD -bakgrunnsbelysningsteknologi er:

18 parallelle CCFL-er som bakgrunnsbelysning for en 42-tommers (106 cm) LCD-TV
  • CCFL: LCD -panelet lyser enten av to kalde katodefluorescerende lamper plassert på motsatte kanter av skjermen eller en rekke parallelle CCFL -er bak større skjermer. En diffusor (laget av PMMA akrylplast, også kjent som en bølge eller lysleder/styringsplate) sprer deretter lyset jevnt ut over hele skjermen. I mange år hadde denne teknologien blitt brukt nesten utelukkende. I motsetning til hvite lysdioder har de fleste CCFL-er en jevn hvit spektralutgang som resulterer i bedre fargespekter for skjermen. Imidlertid er CCFL mindre energieffektive enn lysdioder og krever en noe kostbar omformer for å konvertere likestrømspenningen enheten bruker (vanligvis 5 eller 12 V) til ≈1000 V som trengs for å tenne en CCFL. Tykkelsen på omformertransformatorene begrenser også hvor tynn skjermen kan lages.
  • EL-WLED: LCD-panelet lyser av en rad med hvite lysdioder plassert på en eller flere kanter av skjermen. En lysdiffusor (lysføringsplate, LGP) brukes deretter til å spre lyset jevnt over hele skjermen, på samme måte som kantbelyste CCFL LCD-bakgrunnsbelysning. Sprederen er laget av enten PMMA -plast eller spesialglass, PMMA brukes i de fleste tilfeller fordi den er robust, mens spesialglass brukes når tykkelsen på LCD -en er av største bekymring, fordi den ikke ekspanderer så mye ved oppvarming eller utsatt for fuktighet, noe som gjør at LCD -skjermer kan være bare 5 mm tykke. Quantum dots kan plasseres på toppen av diffusoren som en quantum dot enhancement film (QDEF, i så fall trenger de et lag for å være beskyttet mot varme og fuktighet) eller på fargefilteret på LCD -skjermen, og erstatter de motstandene som normalt brukes . Fra og med 2012 er denne designen den mest populære på stasjonære datamaskinmonitorer. Det gir mulighet for de tynneste skjermene. Noen LCD-skjermer som bruker denne teknologien har en funksjon som kalles dynamisk kontrast, oppfunnet av Philips-forskere Douglas Stanton, Martinus Stroomer og Adrianus de Vaan ved hjelp av PWM (pulsbreddemodulering, en teknologi der intensiteten til LED-lysene holdes konstant, men lysstyrkejusteringen oppnås ved å variere et tidsintervall for å blinke disse konstante lysintensitetskildene), dempes bakgrunnsbelysningen til den lyseste fargen som vises på skjermen, samtidig som LCD -kontrasten økes til maksimalt oppnåelige nivåer, slik at kontrastforholdet på 1000: 1 på LCD -panelet skal skaleres til forskjellige lysintensiteter, noe som resulterer i "30000: 1" kontrastforhold som ses i reklamen på noen av disse monitorene. Siden dataskjermbilder vanligvis har full hvit et sted i bildet, vil bakgrunnsbelysningen vanligvis ha full intensitet, noe som gjør denne "funksjonen" for det meste til en markedsføringsgimmick for dataskjermer, men for TV -skjermer øker det drastisk det oppfattede kontrastforholdet og dynamiske området, forbedrer synsvinkelavhengigheten og reduserer kraftforbruket til konvensjonelle LCD -TVer drastisk.
  • WLED -array: LCD -panelet er opplyst av et komplett utvalg av hvite lysdioder plassert bak en diffusor bak panelet. LCD -skjermer som bruker denne implementeringen vil vanligvis ha muligheten til å dimme eller slå helt av lysdiodene i de mørke områdene i bildet som vises, noe som effektivt øker kontrastforholdet til skjermen. Presisjonen med hvilken dette kan gjøres vil avhenge av antall dimmesoner på displayet. Jo mer dimming soner, jo mer presis dimming, med mindre åpenbare blomstrende artefakter som er synlige som mørkegrå flekker omgitt av de uopplyste områdene på LCD -skjermen. Fra og med 2012 får dette designet det meste av bruk fra eksklusive LCD-TVer med større skjerm.
  • RGB-LED-matrise: I likhet med WLED-matrisen, bortsett fra at panelet er opplyst av et fullt utvalg av RGB-lysdioder . Mens skjermer som er tent med hvite lysdioder vanligvis har et dårligere fargespekter enn CCFL -opplyste skjermer, har paneler som er opplyst med RGB -lysdioder veldig brede fargespekter. Denne implementeringen er mest populær på profesjonelle grafikkredigerende LCD -skjermer. Fra og med 2012 koster LCD -skjermer i denne kategorien vanligvis mer enn $ 1000. Fra 2016 har kostnaden for denne kategorien drastisk redusert, og slike LCD -TVer oppnådde samme prisnivå som de tidligere 28 "(71 cm) CRT -baserte kategoriene.
  • Monokrome lysdioder: for eksempel røde, grønne, gule eller blå lysdioder brukes i de små passive monokrome LCD -skjermene som vanligvis brukes i klokker, klokker og små apparater.

I dag er de fleste LCD -skjermer designet med en LED -bakgrunnsbelysning i stedet for den tradisjonelle CCFL -bakgrunnsbelysningen, mens bakgrunnsbelysningen blir dynamisk styrt med videoinformasjonen (dynamisk bakgrunnsbelysningskontroll). Kombinasjonen med den dynamiske bakgrunnsbelysningskontrollen, oppfunnet av Philips-forskerne Douglas Stanton, Martinus Stroomer og Adrianus de Vaan, øker samtidig det dynamiske området til displaysystemet (også markedsført som HDR, høydynamisk fjernsyn eller kalt Full-Area Local Area Dimming ( FLAD)

  • Mini-LED: Bakgrunnsbelysning med Mini-LED kan støtte over tusen Full-Area Local Area Dimming (FLAD) soner. Dette tillater dypere svarte og høyere kontraktforhold. (For ikke å forveksle med MicroLED .)

LCD -bakgrunnsbelysningssystemene blir svært effektive ved å bruke optiske filmer som prismatisk struktur (prismeark) for å få lyset inn i de ønskede seerretningene og reflekterende polariserende filmer som resirkulerer det polariserte lyset som tidligere ble absorbert av den første polarisatoren på LCD -en ( oppfunnet av Philips -forskere Adrianus de Vaan og Paulus Schaareman), vanligvis oppnådd ved bruk av såkalte DBEF -filmer produsert og levert av 3M. Forbedrede versjoner av prisme -arket har en bølget struktur i stedet for en prismatisk struktur, og introduserer bølger lateralt i arkets struktur samtidig som de varierer høyden på bølgene, styrer enda mer lys mot skjermen og reduserer aliasing eller moiré mellom strukturen på prisme -arket og underpikslene på LCD -skjermen. En bølget struktur er lettere å masseprodusere enn en prismatisk som bruker konvensjonelle diamantverktøy, som brukes til å lage valsene som brukes til å printe den bølgede strukturen inn i plastark, og dermed produsere prisme-ark. Et diffusorark er plassert på begge sider av prisme -arket for å gjøre bakgrunnsbelysningen ensartet, mens et speil plasseres bak lysføringsplaten for å lede alt lys fremover. Prisme -arket med sine diffusorark er plassert på toppen av lysføringsplaten. DBEF -polarisatorene består av en stor bunke med enaksialt orientert dobbeltbrytende film som reflekterer lysets tidligere absorberte polarisasjonsmodus. Slike reflekterende polarisatorer som bruker enaksialt orientert polymerisert flytende krystall (tobrytende polymerer eller dobbeltbrytende lim) ble oppfunnet i 1989 av Philips forskere Dirk Broer, Adrianus de Vaan og Joerg Brambring. Kombinasjonen av slike reflekterende polarisatorer og LED dynamisk bakgrunnsbelysning gjør dagens LCD-TV langt mer effektive enn CRT-baserte apparater, noe som fører til en verdensomspennende energibesparelse på 600 TWh (2017), tilsvarende 10% av strømforbruket til alle husholdninger. på verdensbasis eller lik 2 ganger energiproduksjonen til alle solceller i verden.

På grunn av LCD -laget som genererer de ønskede høyoppløselige bildene med blinkende videohastigheter ved bruk av svært lav effektelektronikk i kombinasjon med LED -basert bakgrunnsbelysningsteknologi, har LCD -teknologi blitt den dominerende skjermteknologien for produkter som fjernsyn, stasjonære skjermer, bærbare datamaskiner, nettbrett, smarttelefoner og mobiltelefoner. Selv om konkurrerende OLED-teknologi blir presset ut på markedet, har slike OLED-skjermer ikke HDR-funksjoner som LCD-er i kombinasjon med 2D LED-bakgrunnsbelysningsteknologier, grunnen til at det årlige markedet for slike LCD-baserte produkter fortsatt vokser raskere (i volum) enn OLED-baserte produkter, mens effektiviteten til LCD-skjermer (og produkter som bærbare datamaskiner, mobiltelefoner og TV-er) kan til og med forbedres ved å forhindre at lyset absorberes i fargefiltrene på LCD-skjermen. Slike reflekterende fargefilterløsninger er ennå ikke implementert av LCD -industrien og har ikke kommet lenger enn laboratorieprototyper. De vil sannsynligvis bli implementert av LCD -industrien for å øke effektiviteten sammenlignet med OLED -teknologier.

Tilkobling til andre kretser

En rosa elastomer kontakt som matcher et LCD-panel med kretskortspor, vist ved siden av en linjal i centimeter. De ledende og isolerende lagene i den svarte stripen er veldig små. Klikk på bildet for mer detalj.

En standard fjernsynsmottaker, et moderne LCD -panel, har over seks millioner piksler, og de er alle individuelt drevet av et trådnett som er innebygd i skjermen. De fine ledningene, eller banene, danner et rutenett med vertikale ledninger over hele skjermen på den ene siden av skjermen og horisontale ledninger over hele skjermen på den andre siden av skjermen. Til dette rutenettet har hver piksel en positiv tilkobling på den ene siden og en negativ tilkobling på den andre siden. Så den totale mengden ledninger som trengs for en 1080p -skjerm er 3 x 1920 som går vertikalt og 1080 går horisontalt for totalt 6840 ledninger horisontalt og vertikalt. Det er tre for røde, grønne og blå og 1920 kolonner med piksler for hver farge for totalt 5760 ledninger som går vertikalt og 1080 rader med ledninger som går horisontalt. For et panel som er 28,8 tommer (73 centimeter) bredt, betyr det en ledningstetthet på 200 ledninger per tomme langs den horisontale kanten. LCD -panelet drives av LCD -drivere som er nøye tilpasset kanten på LCD -panelet på fabrikknivå. Driverne kan installeres ved hjelp av flere metoder, hvorav de vanligste er COG (Chip-On-Glass) og TAB ( Tape-automatisert bonding ) De samme prinsippene gjelder også for smarttelefonskjermer som er mye mindre enn TV-skjermer. LCD-paneler bruker vanligvis tynt belagte metalliske ledende baner på et glassunderlag for å danne cellekretsene for å betjene panelet. Det er vanligvis ikke mulig å bruke loddeteknikker for å koble panelet direkte til et separat kobberetset kretskort. I stedet oppnås grensesnitt ved bruk av anisotrop ledende film eller, for lavere tetthet, elastomere kontakter .

Passiv-matrise

Prototype av en passiv-matrise STN-LCD med 540 × 270 piksler, Brown Boveri Research, Sveits, 1984

Monokrome og senere fargede passive matris- LCD-er var standard på de fleste tidlige bærbare datamaskiner (selv om noen få brukte plasma-skjermer) og den originale Nintendo Game Boy til midten av 1990-tallet, da farge- aktiv-matrise ble standard på alle bærbare datamaskiner. Den kommersielt mislykkede Macintosh Portable (utgitt i 1989) var en av de første som brukte en aktiv matrisedisplay (men fremdeles monokrom). Passive-matris-LCD-er brukes fremdeles på 2010-tallet for applikasjoner som er mindre krevende enn bærbare datamaskiner og TV-er, for eksempel rimelige kalkulatorer. Spesielt brukes disse på bærbare enheter der mindre informasjonsinnhold må vises, lavest strømforbruk (ingen bakgrunnsbelysning ) og lave kostnader er ønsket eller lesbarhet i direkte sollys er nødvendig.

En sammenligning mellom en blank passiv-matrisedisplay (øverst) og en tom aktivmatrisedisplay (nederst). En passiv-matriseskjerm kan identifiseres når den tomme bakgrunnen er mer grå i utseendet enn den skarpere aktive matriseskjermen, dukker det opp tåke på alle kantene av skjermen, og mens bilder ser ut til å falme på skjermen.

Displayer som har en passiv-matrisestruktur bruker super-vridd nematisk STN (oppfunnet av Brown Boveri Research Center, Baden, Sveits, i 1983; vitenskapelige detaljer ble publisert) eller dobbelt-lags STN (DSTN) teknologi (sistnevnte omhandler en fargeskiftende problem med førstnevnte) og farge-STN (CSTN) der farge legges til ved hjelp av et internt filter. STN LCD-skjermer er optimalisert for passiv-matrise-adressering. De viser en skarpere terskel for kontrast-mot-spenningskarakteristikken enn de originale TN LCD-skjermene. Dette er viktig, fordi piksler utsettes for delvis spenning selv om de ikke er valgt. Krysstale mellom aktiverte og ikke-aktiverte piksler må håndteres riktig ved å holde RMS-spenningen til ikke-aktiverte piksler under terskelspenningen som oppdaget av Peter J. Wild i 1972, mens aktiverte piksler utsettes for spenninger over terskelen (spenningene iht. til "Alt & Pleshko" -stasjonsordningen). Å kjøre slike STN -skjermer i henhold til Alt & Pleshko -drivopplegget krever svært høye adressespenninger. Welzen og de Vaan oppfant et alternativt drivopplegg (et ikke "Alt & Pleshko" -driftsopplegg) som krever mye lavere spenninger, slik at STN -skjermen kan drives ved hjelp av CMOS -teknologier med lav spenning. STN LCD -skjermer må oppdateres kontinuerlig ved å veksle pulserende spenninger med en polaritet i løpet av en ramme og pulser med motsatt polaritet i løpet av den neste rammen. Individuelle piksler adresseres av de tilsvarende rad- og kolonnekretsene. Denne typen skjerm kalles passiv-matrise adressert , fordi pikslen må beholde tilstanden mellom oppdateringer uten fordelen av en jevn elektrisk ladning. Etter hvert som antallet piksler (og tilsvarende kolonner og rader) øker, blir denne typen visning mindre mulig. Sakte responstider og dårlig kontrast er typiske for passiv-matrise adresserte LCD-skjermer med for mange piksler og drevet i henhold til "Alt & Pleshko" -stasjonsskjemaet. Welzen og de Vaan oppfant også et ikke -RMS -stasjonsprogram som gjør det mulig å kjøre STN -skjermer med videofrekvenser og gjøre det mulig å vise jevne videobilder på en STN -skjerm. Citizen, blant andre, lisensierte disse patentene og introduserte med hell flere STN -baserte LCD -lomme -TVer på markedet

Hvordan en LCD-skjerm fungerer ved hjelp av en aktiv matrisestruktur

Bistable LCD -skjermer krever ikke kontinuerlig oppdatering. Omskriving er bare nødvendig for endringer i bildeinformasjon. I 1984 oppfant HA van Sprang og AJSM de Vaan et display av STN -typen som kan betjenes i bistabil modus, noe som muliggjør ekstremt høyoppløselige bilder på opptil 4000 linjer eller mer ved bruk av bare lave spenninger. Siden en piksel kan være enten i på-tilstand eller i av-tilstand for øyeblikket ny informasjon må skrives til den bestemte pikslen, er adresseringsmetoden for disse bistabile skjermer ganske kompleks, en grunn til at disse skjermene ikke gjorde det til markedet. Det endret seg da LCD-skjermene med null effekt (bistabile) i 2010 ble tilgjengelige. Potensiell adressering av passiv matrise kan brukes med enheter hvis deres skrive-/sletteegenskaper er passende, noe som var tilfelle for e-bøker som bare trenger å vise stillbilder. Etter at en side er skrevet til skjermen, kan skjermen kuttes fra strømmen mens du beholder lesbare bilder. Dette har den fordelen at slike ebøker kan brukes i lange perioder med bare et lite batteri. Med høy oppløsning farge skjermer, for eksempel moderne LCD- dataskjermer og TV, bruker en aktiv matrise- struktur. En matrise av tynnfilmstransistorer (TFT) legges til elektrodene i kontakt med LC-laget. Hver piksel har sin egen dedikerte transistor , slik at hver kolonnelinje får tilgang til en piksel. Når en radlinje er valgt, er alle kolonnelinjene koblet til en rad med piksler, og spenninger som tilsvarer bildeinformasjonen blir drevet til alle kolonnelinjene. Radlinjen blir deretter deaktivert og neste radlinje velges. Alle radlinjene velges i rekkefølge under en oppdateringsoperasjon . Active-matrix adresserte skjermer ser lysere og skarpere ut enn passive matrix adresserte skjermer av samme størrelse, og har generelt raskere responstider, noe som gir mye bedre bilder. Sharp produserer bistabile reflekterende LCD-skjermer med en 1-biters SRAM-celle per piksel som bare krever små mengder strøm for å opprettholde et bilde.

Segment LCD -skjermer kan også ha farge ved å bruke Field Sequential Color (FSC LCD). Denne typen skjermer har et høyhastighets passivt segment LCD -panel med RGB -bakgrunnsbelysning. Bakgrunnsbelysningen skifter raskt farge, slik at den ser hvit ut med det blotte øye. LCD -panelet er synkronisert med bakgrunnsbelysningen. For eksempel, for å få et segment til å se rødt ut, blir segmentet bare slått PÅ når bakgrunnslyset er rødt, og for å få et segment til å se magenta ut, blir segmentet slått PÅ når bakgrunnslyset er blått, og det fortsetter å være PÅ mens bakgrunnslyset blir rød, og den slås AV når bakgrunnslyset blir grønt. For å få et segment til å se svart ut, er segmentet alltid slått PÅ. En FSC LCD deler et fargebilde i 3 bilder (en rød, en grønn og en blå) og den viser dem i rekkefølge. På grunn av vedvarende syn , vises de tre monokromatiske bildene som ett fargebilde. En FSC LCD trenger et LCD -panel med en oppdateringshastighet på 180 Hz, og responstiden reduseres til bare 5 millisekunder sammenlignet med vanlige STN LCD -paneler som har en responstid på 16 millisekunder. FSC LCD-er inneholder en Chip-On-Glass driver IC som også kan brukes med en kapasitiv berøringsskjerm.

Samsung introduserte UFB (Ultra Fine & Bright) skjermer tilbake i 2002, utnyttet den superbirefringende effekten. Den har luminans, fargespekter og mesteparten av kontrasten til en TFT-LCD, men bruker bare like mye strøm som en STN-skjerm, ifølge Samsung. Det ble brukt i en rekke Samsung mobiltelefonmodeller produsert til slutten av 2006, da Samsung sluttet å produsere UFB-skjermer. UFB -skjermer ble også brukt i visse modeller av LG -mobiltelefoner.

Active-matrix teknologier

En Casio 1.8 i farge TFT LCD , brukt i Sony Cyber-shot DSC-P93A digitale kompaktkameraer
Struktur av en farge LCD med en kantbelyst CCFL-bakgrunnsbelysning

Twisted nematic (TN)

Vridde nematiske skjermer inneholder flytende krystaller som vrir og vrir seg i varierende grad for å la lys passere gjennom. Når ingen spenning tilføres en TN flytende krystallcelle, passerer polarisert lys gjennom det 90 grader vridde LC-laget. I forhold til spenningen som påføres, endrer de flytende krystallene seg på å endre polarisasjonen og blokkere lysets vei. Ved riktig justering av spenningsnivået kan nesten alle gråtoner eller overføringer oppnås.

In-plane switching (IPS)

In-plane switching er en LCD-teknologi som justerer de flytende krystallene i et plan parallelt med glassunderlagene. I denne metoden påføres det elektriske feltet gjennom motsatte elektroder på det samme glassubstratet, slik at de flytende krystallene kan omorienteres (byttes) hovedsakelig i samme plan, selv om utkantfelt hemmer en homogen omorientering. Dette krever to transistorer for hver piksel i stedet for enkelttransistoren som trengs for en standard tynnfilmstransistor (TFT) -skjerm. Før LG Enhanced IPS ble introdusert i 2009, resulterte de ekstra transistorene i å blokkere mer overføringsområde, og krever dermed en lysere bakgrunnsbelysning og mer strøm, noe som gjør denne typen skjerm mindre ønskelig for bærbare datamaskiner. For tiden bruker Panasonic en forbedret versjon eIPS for sine store LCD-TV-produkter samt Hewlett-Packard i sitt WebOS-baserte TouchPad-nettbrett og Chromebook 11.

Super In-plane-veksling (S-IPS)

Super-IPS ble senere introdusert etter bytte i flyet med enda bedre responstider og fargegjengivelse.

M+ eller RGBW kontrovers

I 2015 kunngjorde LG Display implementeringen av en ny teknologi kalt M+, som er tillegg av hvit subpiksel sammen med de vanlige RGB -prikkene i deres IPS -panelteknologi.

Det meste av den nye M+ -teknologien ble brukt på 4K -TV -apparater, noe som førte til en kontrovers etter at tester viste at tillegg av en hvit subpiksel som erstatter den tradisjonelle RGB -strukturen ville redusere oppløsningen med rundt 25%. Dette betyr at en 4K -TV ikke kan vise hele UHD -TV -standarden. Medie- og internettbrukerne kalte senere denne "RGBW" -TV -en på grunn av den hvite underpikslen. Selv om LG Display har utviklet denne teknologien for bruk i bærbare skjermer, utendørs og smarttelefoner, ble den mer populær i TV -markedet fordi den annonserte 4K UHD -oppløsningen, men fortsatt ikke var i stand til å oppnå ekte UHD -oppløsning definert av CTA som 3840x2160 aktive piksler med 8 -bit farge. Dette påvirker gjengivelsen av tekst negativt, noe som gjør det litt uklar, noe som er spesielt merkbart når en TV brukes som en PC -skjerm.

IPS sammenlignet med AMOLED

I 2011 hevdet LG at smarttelefonen LG Optimus Black (IPS LCD (LCD NOVA)) har lysstyrke på opptil 700 nit , mens konkurrenten bare har IPS LCD med 518 nit og en dobbel OLED- skjerm med aktiv matrise (AMOLED) med 305 nit. . LG hevdet også at NOVA -skjermen er 50 prosent mer effektiv enn vanlige LCD -skjermer og bruker bare 50 prosent av effekten til AMOLED -skjermer når den produserer hvit på skjermen. Når det gjelder kontrastforhold, fungerer AMOLED -skjermen fremdeles best på grunn av den underliggende teknologien, hvor de svarte nivåene vises som mørkegrå og ikke som mørkegrå. 24. august 2011 kunngjorde Nokia Nokia 701 og hevdet også verdens lyseste skjerm på 1000 nits. Skjermen hadde også Nokias Clearblack -lag, noe som forbedret kontrastforholdet og førte det nærmere AMOLED -skjermene.

Denne pikseloppsettet finnes i S-IPS LCD-er. En chevron -form brukes til å utvide visningskeglen (rekkevidde for visningsretninger med god kontrast og lavt fargeskift).

Avansert frynsefeltbytte (AFFS)

Avansert frynsefeltveksling er kjent som frynsfeltbytte (FFS) frem til 2003, og ligner IPS eller S-IPS som tilbyr overlegen ytelse og fargespekter med høy lysstyrke. AFFS ble utviklet av Hydis Technologies Co., Ltd, Korea (formelt Hyundai Electronics, LCD Task Force). AFFS-brukte bærbare applikasjoner minimerer fargeforvrengning, samtidig som den opprettholder en bredere synsvinkel for en profesjonell skjerm. Fargeskift og avvik forårsaket av lyslekkasje korrigeres ved å optimalisere det hvite området som også forbedrer hvit/grå reproduksjon. I 2004 lisensierte Hydis Technologies Co., Ltd AFFS til Japans Hitachi Displays. Hitachi bruker AFFS til å produsere avanserte paneler. I 2006 lisensierte HYDIS AFFS til Sanyo Epson Imaging Devices Corporation. Kort tid etter introduserte Hydis en utvikling med høy transmittans av AFFS-skjermen, kalt HFFS (FFS+). Hydis introduserte AFFS+ med forbedret utendørs lesbarhet i 2007. AFFS -paneler brukes stort sett i cockpittene på de siste kommersielle flyskjermene. Imidlertid produseres den ikke lenger fra februar 2015.

Vertikal justering (VA)

Displayer med vertikal justering er en form for LCD-skjermer der de flytende krystallene naturlig justeres vertikalt mot glassunderlagene. Når det ikke påføres noen spenning, forblir de flytende krystallene vinkelrett på underlaget, og danner et svart display mellom kryssede polarisatorer. Når spenning påføres, flytter de flytende krystallene seg til en vippet posisjon, slik at lyset kan passere gjennom og skape en gråskala, avhengig av mengden tilt som genereres av det elektriske feltet. Den har en dypere svart bakgrunn, et høyere kontrastforhold, en bredere synsvinkel og bedre bildekvalitet ved ekstreme temperaturer enn tradisjonelle tvinnede nematiske skjermer. Sammenlignet med IPS er de svarte nivåene fortsatt dypere, noe som gir et høyere kontrastforhold, men synsvinkelen er smalere, med farge og spesielt kontrastskift som er mer tydelig.

Blå fasemodus

Blå fasemodus-LCD-er har blitt vist som tekniske prøver tidlig i 2008, men de er ikke i masseproduksjon. Fysikken til blå fasemodus -LCD -er tyder på at svært korte koblingstider (ms1 ms) kan oppnås, så tidssekvensiell fargekontroll kan muligens realiseres og dyre fargefiltre vil være foreldet.

Kvalitetskontroll

Noen LCD -paneler har defekte transistorer , noe som forårsaker permanent opplyste eller ikke opplyste piksler som ofte refereres til som piksler eller døde piksler . I motsetning til integrerte kretser (IC) er LCD -paneler med noen få defekte transistorer vanligvis fortsatt brukbare. Produsentenes retningslinjer for akseptabelt antall defekte piksler varierer sterkt. På et tidspunkt hadde Samsung en nulltoleranse for LCD-skjermer som selges i Korea. Fra 2005 overholder Samsung imidlertid den mindre restriktive ISO 13406-2- standarden. Andre selskaper har vært kjent for å tolerere hele 11 døde piksler i retningslinjene.

Retningslinjer for døde piksler diskuteres ofte hardt mellom produsenter og kunder. For å regulere aksept av feil og for å beskytte sluttbrukeren, ga ISO ut ISO 13406-2- standarden, som ble foreldet i 2008 med utgivelsen av ISO 9241 , spesielt ISO-9241-302, 303, 305, 307: 2008 pixel feil. Imidlertid er ikke alle LCD -produsenter i samsvar med ISO -standarden, og ISO -standarden tolkes ganske ofte på forskjellige måter. LCD -paneler har større sannsynlighet for feil enn de fleste IC -er på grunn av deres større størrelse. For eksempel har en 300 mm SVGA LCD 8 defekter og en 150 mm wafer har bare 3 defekter. Imidlertid vil 134 av de 137 dørene på skiven være akseptabel, mens avvisning av hele LCD -panelet ville være et 0% utbytte. De siste årene har kvalitetskontrollen blitt forbedret. Et SVGA LCD -panel med 4 defekte piksler regnes vanligvis som defekt, og kunder kan be om bytte for et nytt. Noen produsenter, særlig i Sør-Korea hvor noen av de største LCD-panelprodusentene, for eksempel LG, befinner seg, har nå en nulldefekt pikselgaranti, som er en ekstra screeningsprosess som deretter kan bestemme "A"-og "B" "-paneler. Mange produsenter ville erstatte et produkt, selv med en defekt piksel. Selv om slike garantier ikke eksisterer, er plasseringen av defekte piksler viktig. En skjerm med bare noen få defekte piksler kan være uakseptabel hvis de defekte pikslene er i nærheten av hverandre. LCD -paneler har også defekter kjent som grumling (eller mindre vanlig mura ), som beskriver de ujevne flekkene ved endringer i luminans . Det er mest synlig i mørke eller svarte områder på viste scener. Fra og med 2010 angir de fleste LCD -panelprodusenter av førsteklasses datamaskiner at produktene deres har null defekter.

"Zero-power" (bistabile) skjermer

Den zenithal bistable enheten (ZBD), utviklet av Qinetiq (tidligere DERA ), kan beholde et bilde uten strøm. Krystallene kan eksistere i en av to stabile retninger ("svart" og "hvit"), og det kreves bare strøm for å endre bildet. ZBD Displays er et spin-off selskap fra QinetiQ som produserte både gråtoner og farger ZBD-enheter. Kent Displays har også utviklet en "strømløs" skjerm som bruker polymerstabilisert kolesterisk flytende krystall (ChLCD). I 2009 demonstrerte Kent bruken av en ChLCD for å dekke hele overflaten på en mobiltelefon, slik at den kunne endre farger og beholde den fargen selv når strømmen er fjernet. I 2004 demonstrerte forskere ved University of Oxford to nye typer bistable LCD-skjermer med null effekt basert på Zenithal bistabile teknikker. Flere bistabile teknologier, som 360 ° BTN og bistabilt kolesterisk, er hovedsakelig avhengig av bulkegenskapene til flytende krystall (LC) og bruker standard sterk forankring, med justeringsfilmer og LC -blandinger som ligner på de tradisjonelle monostabile materialene. Andre bistabile teknologier, f.eks . BiNem -teknologi, er hovedsakelig basert på overflateegenskapene og trenger spesifikke svake forankringsmaterialer.

Spesifikasjoner

  • Oppløsning Oppløsningen til en LCD uttrykkes med antall kolonner og rader med piksler (f.eks. 1024 × 768). Hver piksel består vanligvis av tre underpiksler, en rød, en grønn og en blå. Dette hadde vært en av få funksjoner i LCD -ytelse som forble ensartet blant forskjellige design. Imidlertid er det nyere design som deler delpiksler blant piksler og legger til Quattron som forsøker å effektivt øke den oppfattede oppløsningen til en skjerm uten å øke den faktiske oppløsningen, til blandede resultater.
  • Romlig ytelse: For en dataskjerm eller annen skjerm som blir sett på fra veldig nær avstand, uttrykkes oppløsningen ofte i form av prikkhøyde eller piksler per tomme, noe som er i samsvar med utskriftsindustrien. Skjermtettheten varierer per applikasjon, med fjernsyn som generelt har en lav tetthet for langdistansevisning og bærbare enheter som har en høy tetthet for detaljer på nært hold. Den Synsvinkel av en LCD kan være viktig avhengig av skjermen og dens bruk, begrensninger av visse skjermteknologier bety skjermen bare viser nøyaktig på visse vinkler.
  • Temporal ytelse: tidsoppløsningen til en LCD er hvor godt den kan vise endrede bilder, eller nøyaktigheten og antall ganger i sekundet som skjermen trekker dataene den blir gitt. LCD-piksler blinker ikke av/på mellom rammene, så LCD-skjermer viser ingen oppdateringsindusert flimmer uansett hvor lav oppdateringshastighet. Men en lavere oppdateringsfrekvens kan bety visuelle artefakter som spøkelser eller flekker, spesielt med bilder i rask bevegelse. Individuell piksel responstid er også viktig, ettersom alle skjermer har en iboende latens for å vise et bilde som kan være stort nok til å lage visuelle artefakter hvis bildet som vises, endres raskt.
  • Fargeytelse : Det er flere termer for å beskrive forskjellige aspekter ved fargeytelsen til en skjerm. Fargespekter er fargevalget som kan vises, og fargedybde, som er finheten som fargeområdet er delt med. Fargespekter er en relativt rett frem funksjon, men det diskuteres sjelden i markedsføringsmateriell bortsett fra på profesjonelt nivå. Å ha et fargeområde som overstiger innholdet som vises på skjermen, har ingen fordeler, så displayer er bare laget for å utføre innenfor eller under området til en bestemt spesifikasjon. Det er flere aspekter ved LCD -farge og fargestyring, for eksempel hvitpunkt og gammakorreksjon , som beskriver hvilken farge hvit er og hvordan de andre fargene vises i forhold til hvitt.
  • Lysstyrke og kontrastforhold: Kontrastforholdet er forholdet mellom lysstyrken til en full piksel til en fullstendig piksel. Selve LCD -skjermen er bare en lysventil og genererer ikke lys; lyset kommer fra en bakgrunnsbelysning som enten er fluorescerende eller et sett med lysdioder . Lysstyrke oppgis vanligvis som maksimal lysstyrke på LCD -skjermen, som kan variere sterkt basert på gjennomsiktigheten til LCD -skjermen og bakgrunnslysets lysstyrke. Generelt er lysere bedre, men det er alltid en avveining mellom lysstyrke og strømforbruk.

Fordeler og ulemper

Noen av disse problemene gjelder skjerm i fullskjerm, andre til små skjermer som på klokker, etc. Mange av sammenligningene er med CRT-skjermer.

Fordeler

  • Veldig kompakt, tynn og lett, spesielt i sammenligning med store, tunge CRT -skjermer.
  • Lavt energiforbruk. Avhengig av den angitte lysstyrken på skjermen og innholdet som vises, bruker de eldre CCFT -bakgrunnsbelyste modellene vanligvis mindre enn halvparten av strømmen en CRT -skjerm med samme visningsområde ville bruke, og de moderne LED -bakgrunnsbelyste modellene bruker vanligvis 10–25% av strøm en CRT -skjerm ville bruke.
  • Lite varme avgitt under drift på grunn av lavt strømforbruk.
  • Ingen geometrisk forvrengning.
  • Den mulige muligheten til å ha lite eller ingen flimmer avhengig av bakgrunnsbelysningsteknologi.
  • Vanligvis flimrer ingen oppdateringshastighet, fordi LCD-pikslene holder tilstanden mellom oppdateringene (som vanligvis gjøres ved 200 Hz eller raskere, uavhengig av innmatingsoppdateringsfrekvensen).
  • Skarpt bilde uten blødninger eller flekker når det brukes med naturlig oppløsning .
  • Avgir nesten ingen uønsket elektromagnetisk stråling (i det ekstremt lave frekvensområdet ), i motsetning til en CRT -skjerm.
  • Kan lages i nesten hvilken som helst størrelse eller form.
  • Ingen teoretisk oppløsningsgrense. Når flere LCD -paneler brukes sammen for å lage et enkelt lerret, øker hvert ekstra panel den totale oppløsningen til skjermen, som vanligvis kalles stablet oppløsning.
  • Kan lages i store størrelser på over 80 tommer (2 m) diagonal.
  • Maskeringseffekt: LCD -rutenettet kan maskere effekten av romlig og gråtonekvantisering, og skape en illusjon av høyere bildekvalitet.
  • Ikke påvirket av magnetiske felt, inkludert jordens, i motsetning til de fleste CRT -farger.
  • Som en iboende digital enhet kan LCD -skjermen naturligvis vise digitale data fra en DVI- eller HDMI -tilkobling uten å kreve konvertering til analog. Noen LCD -paneler har native fiberoptiske innganger i tillegg til DVI og HDMI.
  • Mange LCD -skjermer drives av en 12 V strømforsyning, og hvis den er innebygd i en datamaskin, kan den drives av sin 12 V strømforsyning.
  • Kan lages med svært smale rammekanter, slik at flere LCD -skjermer kan plasseres side om side for å lage det som ser ut som en stor skjerm.

Ulemper

  • Begrenset synsvinkel på noen eldre eller billigere skjermer, noe som får farger, metning, kontrast og lysstyrke til å variere med brukerposisjon, selv innenfor den tiltenkte synsvinkelen.
  • Ujevn bakgrunnsbelysning på noen skjermer (mer vanlig i IPS-typer og eldre TN-er), noe som forårsaker forstyrrelse av lysstyrken, spesielt mot kantene ("bakgrunnsbelysning").
  • Svarte nivåer er kanskje ikke så mørke som nødvendig fordi individuelle flytende krystaller ikke helt kan blokkere all bakgrunnsbelysning fra å passere.
  • Vis bevegelsesuskarphet på objekter i bevegelse forårsaket av treg responstid (> 8 ms) og øyesporing på en prøve-og-hold- skjerm, med mindre det brukes en lysende bakgrunnsbelysning . Imidlertid kan denne strobingen forårsake belastning på øynene, som nevnt nedenfor:
  • Fra og med 2012 bruker de fleste implementeringene av LCD-bakgrunnsbelysning pulsbreddemodulering (PWM) for å dempe skjermen, noe som får skjermen til å flimre mer akutt (dette betyr ikke synlig) enn en CRT-skjerm med 85 Hz oppdateringsfrekvens ville (dette er fordi hele skjermen strober av og på i stedet for en CRTs fosfor- vedvarende prikk som kontinuerlig skanner over skjermen, slik at en del av skjermen alltid lyser), noe som forårsaker alvorlig øye-belastning for noen mennesker. Dessverre vet mange av disse menneskene ikke at øynene belastes av den usynlige strobeeffekten av PWM. Dette problemet er verre på mange LED-bakgrunnsbelyste skjermer , fordi lysdiodene slås av og på raskere enn en CCFL- lampe.
  • Bare en innfødt oppløsning . Visning av en annen oppløsning krever enten en videoskaler , forårsaker uskarphet og ujevne kanter, eller kjører skjermen med innfødt oppløsning ved hjelp av 1: 1 pikselkartlegging , noe som gjør at bildet enten ikke fyller skjermen ( boks i boks ) eller at den nedre eller høyre kant av skjermen.
  • Fast bitdybde (også kalt fargedybde). Mange billigere LCD -skjermer kan bare vise 262144 (2 18 ) farger. 8-biters S-IPS-paneler kan vise 16 millioner (2 24 ) farger og ha betydelig bedre svartnivå, men er dyre og har langsommere responstid.
  • Input lag , fordi LCDs A/D -omformer venter på at hver ramme er fullstendig utført før den trekkes til LCD -panelet. Mange LCD-skjermer etterbehandling før du viser bildet i et forsøk på å kompensere for dårlig fargetroskap, noe som gir et ekstra forsinkelse. Videre må en videoskaler brukes når du viser ikke-native oppløsninger, noe som gir enda mer tidsforsinkelse. Skalering og etterbehandling utføres vanligvis i en enkelt brikke på moderne skjermer, men hver funksjon som brikken utfører legger til en viss forsinkelse. Noen skjermer har en videospillemodus som deaktiverer hele eller mesteparten av behandlingen for å redusere oppfattelig inndataforsinkelse.
  • Døde eller fastkjørte piksler kan oppstå under produksjon eller etter en periode med bruk. En fast piksel vil lyse med farger selv på en helt svart skjerm, mens en død vil alltid forbli svart.
  • Selv om årsaken er forskjellig fra CRT og effekten kanskje ikke er permanent, kan et statisk bilde forårsake innbrenning i løpet av noen timer på dårlig utformede skjermer.
  • I en konstant situasjon kan det oppstå termikalisering ved dårlig termisk styring, der en del av skjermen har blitt overopphetet og ser misfarget ut sammenlignet med resten av skjermen.
  • Tap av lysstyrke og mye langsommere responstid i miljøer med lav temperatur. I miljøer under null kan LCD-skjermer slutte å fungere uten bruk av tilleggsvarme.
  • Tap av kontrast i miljøer med høy temperatur.

Kjemikalier brukt

Flere forskjellige familier av flytende krystaller brukes i flytende krystaller. Molekylene som brukes må være anisotrope og vise gjensidig tiltrekning. Polariserbare stavformede molekyler ( bifenyler , terfenyler , etc.) er vanlige. En vanlig form er et par aromatiske benzenringer, med en upolær gruppe (pentyl-, heptyl-, oktyl- eller alkyloksygruppe) i den ene enden og polare (nitril, halogen) i den andre enden. Noen ganger skilles benzenringene med en acetylengruppe, etylen, CH = N, CH = NO, N = N, N = NO eller estergruppe. I praksis brukes eutektiske blandinger av flere kjemikalier for å oppnå et bredere temperaturområde (−10 ..+60 ° C for low-end og −20 ..+100 ° C for høytytende skjermer). For eksempel består E7-blandingen av tre bifenyler og en terfenyl: 39 vekt% 4'-pentyl [1,1'-bifenyl] -4-karbonitril (nematisk område 24..35 ° C), 36 vekt%. % 4'-heptyl [1,1'-bifenyl] -4-karbonitril (nematisk område 30..43 ° C), 16 vekt% 4'-oktoksy [1,1'-bifenyl] -4-karbonitril (nematisk område 54..80 ° C) og 9 vekt% 4 -pentyl [1,1 ': 4', 1 -terefenyl] -4 -karbonitril (nematisk område 131..240 ° C).

Miljøpåvirkning

Produksjonen av LCD-skjermer bruker nitrogentrifluorid (NF 3 ) som etservæske under produksjonen av tynnfilmkomponentene. NF 3 er en kraftig klimagass , og den relativt lange halveringstiden kan gjøre den til en potensielt skadelig årsak til global oppvarming . En rapport i Geophysical Research Letters antydet at effekten teoretisk sett var mye større enn bedre kjente kilder til drivhusgasser som karbondioksid . Siden NF 3 ikke var i utbredt bruk på den tiden, ble den ikke gjort til en del av Kyoto -protokollene og har blitt ansett som "den manglende klimagassen".

Kritikere av rapporten påpeker at den antar at alt NF 3 som ble produsert ville bli sluppet ut i atmosfæren. I virkeligheten brytes de aller fleste NF 3 ned under rengjøringsprosessene; to tidligere studier fant at bare 2 til 3% av gassen slipper ødeleggelse etter bruk. Videre i rapporten ikke klarte å sammenligne NF 3 's effekter med hva den erstattet, perfluorkarbon , en annen kraftig drivhusgass, som alt fra 30 til 70% rømming til atmosfæren i vanlig bruk.

Se også

Referanser

Eksterne linker

Generell informasjon