Netekidenäyttö on eräänlainen sähköisesti tuotettu kuva ohuella litteällä näytöllä. Ensimmäiset LCD-näytöt, jotka ilmestyivät 1970-luvulla, olivat pieniä näyttöjä, joita käytettiin ensisijaisesti laskimissa ja digitaalisissa kelloissa ja jotka näyttivät mustia numeroita valkoisella taustalla. LCD-näytöt löytyvät kaikki alta kodin elektroniikkajärjestelmistä, matkapuhelimista, kameroista ja tietokonenäytöistä sekä kelloista ja televisioista. Nykypäivän huippuluokan LCD-taulutelevisiot ovat suurelta osin korvanneet televisioiden perinteiset isot CRT-laitteet, ja ne voivat tuottaa teräväpiirtovärikuvia jopa 108 tuuman diagonaalisesti ruudun poikki.
Nestekiteiden historia
Itäv altalainen kasvitieteilijä F. Reinitzer löysi nestekiteet vahingossa vuonna 1888. Hän havaitsi, että kolesteryylibentsoaatilla on kaksi sulamispistettä, jotka muuttuvat sameaksi nesteeksi 145 °C:ssa, ja yli 178,5 °C:n lämpötiloissa nesteestä tulee läpinäkyvää. Vastaanottajalöytää selityksen tälle ilmiölle, hän antoi näytteensä fyysikko Otto Lehmannille. Lehman osoitti porrastetulla lämmityksellä varustetun mikroskoopin avulla, että aineella on joillekin kiteille ominaisia optisia ominaisuuksia, mutta se on silti nestettä, ja siksi termi "nestekide" keksittiin.
1920- ja 1930-luvuilla tutkijat tutkivat sähkömagneettisten kenttien vaikutuksia nestekiteisiin. Vuonna 1929 venäläinen fyysikko Vsevolod Frederiks osoitti, että niiden molekyylit ohuessa kalvossa kahden levyn välissä muuttivat kohdistusta magneettikentän vaikutuksesta. Se oli nykyaikaisen jännitenestekidenäyttöjen edelläkävijä. Teknologinen kehitys 1990-luvun alusta lähtien on ollut nopeaa ja jatkaa kasvuaan.
LCD-tekniikka on kehittynyt yksinkertaisten kellojen ja laskimien mustavalkoisesta moniväriseksi matkapuhelimiin, tietokonenäyttöihin ja televisioihin. Globaalit LCD-markkinat lähestyvät nyt 100 miljardia dollaria vuodessa, kun se vuonna 2005 oli 60 miljardia dollaria ja 24 miljardia dollaria vuonna 2003. LCD-valmistus on maailmanlaajuisesti keskittynyt Kaukoitään ja kasvaa Keski- ja Itä-Eurooppaan. Amerikkalaiset yritykset johtavat valmistusteknologian tietä. Heidän näytönsä hallitsevat nyt markkinoita, eikä tämä todennäköisesti muutu lähitulevaisuudessa.
Kiteytysprosessin fysiikka
Useimmat nestekiteet, kuten kolesteryylibentsoaatti, koostuvat molekyyleistä, joilla on pitkät sauvamaiset rakenteet. Tämä nestemäisten molekyylien erityinen rakenneKahden polarisoivan suodattimen väliset kiteet voidaan rikkoa kohdistamalla elektrodeihin jännite, LCD-elementti muuttuu läpinäkymättömäksi ja pysyy pimeänä. Tällä tavalla eri näyttöelementit voidaan vaihtaa joko vaaleisiin tai tummiin väreihin ja siten näyttää numeroita tai merkkejä.
Tämä houkuttelevien voimien yhdistelmä, joka on olemassa kaikkien sauvamaiseen rakenteeseen liittyvien molekyylien välillä, aiheuttaa nestekidefaasin muodostumisen. Tämä vuorovaikutus ei kuitenkaan ole tarpeeksi vahva pitämään molekyylit paikoillaan pysyvästi. Sen jälkeen on löydetty monia erilaisia nestekiderakenteita. Jotkut niistä on järjestetty kerroksiin, toiset levyn tai lomakesarakkeiden muotoon.
LCD-tekniikka
Nestekidenäytön toimintaperiaate perustuu nestekiteiksi kutsuttujen sähköisesti herkkien materiaalien ominaisuuksiin. Ne virtaavat kuten nesteet, mutta joilla on kiderakenne. Kiteisissä kiinteissä aineissa hiukkaset - atomit tai molekyylit - ovat geometrisissa ryhmissä, kun taas nestemäisessä tilassa ne voivat liikkua vapaasti satunnaisesti.
Netekidenäyttölaite koostuu usein sauvan muotoisista molekyyleistä, jotka järjestäytyvät yhteen suuntaan mutta voivat silti liikkua. Nestekidemolekyylit reagoivatsähköjännite, joka muuttaa niiden suuntausta ja muuttaa materiaalin optisia ominaisuuksia. Tätä ominaisuutta käytetään LCD-näytöissä.
Tällainen paneeli koostuu keskimäärin tuhansista kuvaelementeistä ("pikseleistä"), jotka saavat virtansa erikseen jännitteellä. Ne ovat ohuempia, kevyempiä ja niillä on pienempi käyttöjännite kuin muilla näyttötekniikoilla, ja ne ovat ihanteellisia akkukäyttöisille laitteille.
Passiivinen matriisi
Näyttöjä on kahdenlaisia: passiivinen ja aktiivinen matriisi. Passiivisia ohjataan vain kahdella elektrodilla. Ne ovat läpinäkyviä ITO-liuskoja, jotka pyörivät 90 toisiaan vastaan. Tämä luo ristimatriisin, joka ohjaa jokaista LC-kennoa erikseen. Osoite tehdään logiikalla ja ajureilla erillään digitaalisesta LCD-näytöstä. Koska tämän tyyppisessä kontrollissa LC-kennossa ei ole varausta, nestekidemolekyylit palaavat vähitellen alkuperäiseen tilaansa. Siksi jokaista solua on tarkkailtava säännöllisin väliajoin.
Passiiveilla on suhteellisen pitkä vasteaika, eivätkä ne sovellu televisiosovelluksiin. Edullisesti lasialustalle ei ole asennettu ohjaimia tai kytkinkomponentteja, kuten transistoreita. Näiden elementtien aiheuttama varjostus ei menetä kirkkautta, joten LCD-näyttöjen käyttö on hyvin yksinkertaista.
Passiivisia käytetään laaj alti segmentoitujen numeroiden ja symbolien kanssa pieneen lukemiseen laitteissa, kutenlaskimet, tulostimet ja kaukosäätimet, joista monet ovat yksivärisiä tai niissä on vain muutama väri. Passiivisia yksivärisiä ja värillisiä graafisia näyttöjä käytettiin varhaisissa kannettavissa tietokoneissa, ja niitä käytetään edelleen vaihtoehtona aktiiviselle matriisille.
Aktiiviset TFT-näytöt
Aktiivimatriisinäytöt käyttävät kukin yhtä transistoria ohjaamaan ja kondensaattoria varauksen tallentamiseen. IPS (In Plane Switching) -tekniikassa nestekide-indikaattorin toimintaperiaatteena käytetään mallia, jossa elektrodit eivät pinoudu, vaan sijaitsevat vierekkäin samassa tasossa lasisubstraatilla. Sähkökenttä tunkeutuu LC-molekyyleihin vaakasuunnassa.
Ne on kohdistettu yhdensuuntaisesti näytön pinnan kanssa, mikä lisää huomattavasti katselukulmaa. IPS:n haittana on, että jokainen solu tarvitsee kaksi transistoria. Tämä vähentää läpinäkyvää aluetta ja vaatii kirkkaamman taustavalon. VA (Vertical Alignment) ja MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) käyttävät edistyneitä nestekiteitä, jotka kohdistuvat pystysuoraan ilman sähkökenttää eli kohtisuoraan näytön pintaan nähden.
Polarisoitu valo voi kulkea läpi, mutta etupolarisaattori estää sen. Siten solu ilman aktivointia on musta. Koska kaikki molekyylit, myös ne, jotka sijaitsevat substraatin reunoilla, ovat tasaisesti pystysuorassa linjassa, tuloksena oleva musta arvo on siten erittäin suuri kaikissa kulmissa. Toisin kuin passiivinen matriisinestekidenäyttöjen, aktiivimatriisinäytöissä on transistori jokaisessa punaisessa, vihreässä ja sinisessä alipikselissä, joka pitää ne halutulla intensiteetillä, kunnes se rivi käsitellään seuraavassa ruudussa.
Solun vaihtoaika
Näyttöjen vasteaika on aina ollut suuri ongelma. Nestekiden suhteellisen korkean viskositeetin vuoksi LCD-kennot vaihtuvat melko hitaasti. Kuvan nopeiden liikkeiden vuoksi tämä johtaa raitojen muodostumiseen. Matalaviskositeettinen nestekide ja modifioitu nestekidekennosäätö (yliohjaus) ratkaisevat yleensä nämä ongelmat.
Nykyaikaisten nestekidenäyttöjen vasteaika on tällä hetkellä noin 8 ms (nopein vasteaika on 1 ms), mikä muuttaa kuva-alueen kirkkauden 10 %:sta 90 %:iin, missä 0 % ja 100 % ovat vakaan tilan kirkkautta, ISO 13406 -2 on vaihtoajan summa kirkkaasta pimeään (tai päinvastoin) ja päinvastoin. Asymptoottisen kytkentäprosessin vuoksi tarvitaan kuitenkin <3 ms:n kytkentäaika näkyvien kaistojen välttämiseksi.
Overdrive-tekniikka lyhentää nestekidennojen kytkentäaikaa. Tätä tarkoitusta varten LCD-kennoon syötetään tilapäisesti suurempi jännite kuin on tarpeen todellisen kirkkausarvon saavuttamiseksi. Nestekidenäytön lyhyen jännitepiikin vuoksi inertit nestekiteet kirjaimellisesti irtoavat paik altaan ja tasoittuvat paljon nopeammin. Tällä prosessitasolla kuva on tallennettava välimuistiin. Yhdessä erityisesti vastaaville arvoille suunniteltujen kanssanäytön korjaus, vastaava jännitteen korkeus riippuu gammasta ja sitä ohjataan signaaliprosessorin hakutaulukoilla jokaiselle pikselille ja lasketaan kuvatietojen tarkka aika.
Indikaattorien pääkomponentit
Nestekiteen tuottama valon polarisaation pyöriminen on perusta LCD-näytön toiminnalle. Nestekidenäyttöjä on periaatteessa kahden tyyppisiä, läpäiseviä ja heijastavia:
- Läpäisevä.
- Vaihteisto.
Vaihteiston LCD-näytön toiminta. Vasemmalla puolella LCD-taustavalo lähettää polaroimatonta valoa. Kun se kulkee takapolarisaattorin (pystypolarisaattorin) läpi, valo polarisoituu pystysuunnassa. Tämä valo osuu sitten nestekidenäyttöön ja kääntää polarisaation, jos se kytketään päälle. Siksi, kun pystysuunnassa polarisoitu valo kulkee ON nestekidesegmentin läpi, siitä tulee vaakasuora polarisaatio.
Seuraava - etupolarisaattori estää vaakasuoraan polarisoidun valon. Näin ollen tämä segmentti näyttää katsojalle tumm alta. Jos nestekidesegmentti sammutetaan, se ei muuta valon polarisaatiota, joten se pysyy pystypolarisoituna. Joten etupolarisaattori lähettää tämän valon. Nämä näytöt, joita kutsutaan yleisesti taustavalaistuiksi LCD-näytöiksi, käyttävät ympäristön valoa lähteenä:
- Kello.
- Heijastava LCD.
- Yleensä laskimet käyttävät tämäntyyppistä näyttöä.
Positiiviset ja negatiiviset segmentit
Positiivisen kuvan luovat tummat pikselit tai segmentit valkoisella taustalla. Niissä polarisaattorit ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden. Tämä tarkoittaa, että jos etupolarisaattori on pystysuora, takapolarisaattori on vaakasuora. Joten OFF ja tausta päästää valon läpi, ja ON estää sen. Näitä näyttöjä käytetään tyypillisesti sovelluksissa, joissa on ympäristön valoa.
Se pystyy myös luomaan puolijohde- ja nestekidenäyttöjä eri taustaväreillä. Negatiivinen kuva luodaan vaaleilla pikseleillä tai segmenteillä tummalla taustalla. Niissä etu- ja takapolarisaattorit yhdistetään. Tämä tarkoittaa, että jos etupolarisaattori on pystysuora, myös takaosa on pystysuora ja päinvastoin.
Joten OFF-osat ja tausta estävät valon ja ON-segmentit päästävät valon läpi luoden vaalean näytön tummaa taustaa vasten. Taustavalaistut LCD-näytöt käyttävät tyypillisesti tällaista, jota käytetään, kun ympäristön valo on heikko. Se pystyy myös luomaan erilaisia taustavärejä.
Näyttömuisti RAM
DD on muisti, joka tallentaa näytöllä näkyvät merkit. 2 16 merkin rivin näyttämiseksi osoitteet määritetään seuraavasti:
| Line | Näkyy | Näkymätön |
| Suosituin | 00H 0FH | 10H 27H |
| Matala | 40H - 4FH | 50H 67H |
Sen avulla voit luoda enintään 8 merkkiä tai 5x7 merkkiä. Kun uudet merkit on ladattu muistiin, niitä voidaan käyttää ikään kuin ne olisivat normaaleja ROM-muistiin tallennettuja merkkejä. CG RAM käyttää 8-bittisiä sanoja, mutta vain 5 vähiten merkitsevää bittiä näkyvät nestekidenäytössä.
Joten D4 on vasemmanpuoleisin piste ja D0 on napa oikealla. Esimerkiksi RAM-tavun CG lataaminen nopeudella 1Fh kutsuu kaikki tämän rivin pisteet.
Bittitilan ohjaus
Saatavilla on kaksi näyttötilaa: 4-bittinen ja 8-bittinen. 8-bittisessä tilassa tiedot lähetetään näytölle nastojen D0 - D7 kautta. RS-merkkijono on 0 tai 1 sen mukaan, haluatko lähettää komennon vai datan. R/W-rivi on myös asetettava 0:ksi kirjoitettavan näytön ilmaisemiseksi. Jäljelle jää vähintään 450 ns:n pulssin lähettäminen tuloon E osoittamaan, että nastoissa D0–D7 on kelvollista dataa.
Näyttö lukee tiedot tämän tulon laskevasta reunasta. Jos luku vaaditaan, menettely on identtinen, mutta tällä kertaa R/W-rivi on asetettu arvoon 1, jotta se pyytää lukua. Tiedot ovat voimassa riveillä D0-D7 korkean linjan tilassa.
4-bittinen tila. Joissakin tapauksissa voi olla tarpeen vähentää näytön ohjaamiseen käytettävien johtojen määrää, esimerkiksi silloin, kun mikro-ohjaimessa on hyvin vähän I/O-nastoja. Tässä tapauksessa voidaan käyttää 4-bittistä LCD-tilaa. Tässä tilassa lähettäätiedot ja niiden lukeminen, vain näytön neljää merkitsevintä bittiä (D4 - D7) käytetään.
4 merkitsevää bittiä (D0 - D3) kytketään sitten maahan. Sen jälkeen data kirjoitetaan tai luetaan lähettämällä neljä eniten merkitsevää bittiä peräkkäin ja sen jälkeen neljä vähiten merkitsevää bittiä. Vähintään 450 ns:n positiivinen pulssi on lähetettävä linjalle E jokaisen näppäyksen testaamiseksi.
Molemmissa tiloissa voit varmistaa jokaisen näytön toiminnon jälkeen, että se pystyy käsittelemään seuraavat tiedot. Tätä varten sinun on pyydettävä luku komentotilassa ja tarkistettava Busy BF -lippu. Kun BF=0, näyttö on valmis hyväksymään uuden komennon tai tiedot.
Digitaalijännitelaitteet
Testereiden digitaaliset nestekide-indikaattorit koostuvat kahdesta ohuesta lasilevystä, joiden vastakkaisille pinnoille levitettiin ohuita johtavia raitoja. Kun lasia katsotaan oike alta tai lähes suorassa kulmassa, nämä jäljet eivät näy. Tietyissä katselukulmissa ne kuitenkin näkyvät.
Sähkökytkentäkaavio.
Tässä kuvattu testeri koostuu suorakaiteen muotoisesta oskillaattorista, joka tuottaa täysin symmetrisen vaihtovirtajännitteen ilman tasavirtakomponenttia. Useimmat logiikkageneraattorit eivät pysty generoimaan neliöa altoa, ne tuottavat neliöa altomuotoja, joiden toimintajakso vaihtelee noin 50 %. Testerissä käytetyssä 4047:ssä on binääriskalaarilähtö, joka takaa symmetrian. Taajuusoskillaattori on noin 1 kHz.
Voidaan käyttää 3-9V jännitteellä. Yleensä se on akku, mutta säädettävällä virtalähteellä on etunsa. Se näyttää millä jännitteellä jännitteenilmaisimen nestekidenäyttö toimii tyydyttävästi, ja jännitetason ja näytön selvästi näkyvän kulman välillä on myös selkeä yhteys. Testeri käyttää enintään 1 mA.
Testijännite on aina kytkettävä yhteisen liittimen eli takatason ja yhden segmentin väliin. Jos ei tiedetä, mikä liitin on taustalevy, yhdistä testerin yksi anturi segmenttiin ja toinen mittapää kaikkiin muihin liittimiin, kunnes segmentti tulee näkyviin.
