Жидкокристаллический дисплей

Светоотражающий нематический жидкокристаллический дисплей.

1. Поляризационная фильтрующая пленка с вертикальной осью для поляризации света при его входе.
2. Стеклянная подложка с электродами ITO . Формы этих электродов будут определять формы, которые появятся при включении ЖК-дисплея. Вытравленные на поверхности вертикальные гребни гладкие.
3. Скрученный нематический жидкий кристалл.
4. Стеклянная подложка с общей электродной пленкой (ITO) с горизонтальными выступами для выравнивания с горизонтальным фильтром.
5. Поляризационная фильтрующая пленка с горизонтальной осью для блокирования / пропускания света.
6. Светоотражающая поверхность, возвращающая свет зрителю. (В ЖК-дисплее с подсветкой этот слой заменяется или дополняется источником света.)

Жидкокристаллический дисплей ( ЖК - дисплей ) представляет собой плоский дисплей или другой в электронном виде модулированного оптического устройства , которое использует световые модулирующие свойства жидких кристаллов в сочетании с поляризаторов . Жидкие кристаллы не излучают свет напрямую ^[1], а вместо этого используют заднюю подсветку или отражатель для создания цветных или монохромных изображений . ^[2] ЖК-дисплеи доступны для отображения произвольных изображений (как на компьютерном дисплее общего назначения) или фиксированных изображений с низким содержанием информации, которые можно отображать или скрывать, например, предварительно заданные слова, цифры и семисегментные дисплеи., как в цифровых часах . Они используют ту же базовую технологию, за исключением того, что произвольные изображения создаются из матрицы маленьких пикселей , в то время как другие дисплеи имеют более крупные элементы. ЖК-дисплеи могут быть либо нормально включенными (положительными), либо выключенными (отрицательными), в зависимости от расположения поляризатора. Например, символьный положительный ЖК-дисплей с подсветкой будет иметь черные буквы на фоне, который является цветом подсветки, а символьный отрицательный ЖК-дисплей будет иметь черный фон с буквами того же цвета, что и подсветка. К белому на синих ЖК-дисплеях добавляются оптические фильтры, чтобы придать им характерный вид.

ЖК-дисплеи используются в широком спектре приложений, включая ЖК-телевизоры , компьютерные мониторы , приборные панели , дисплеи в кабине самолетов , а также внутренние и внешние вывески. Маленькие ЖК-экраны распространены в ЖК-проекторах и портативных потребительских устройствах, таких как цифровые фотоаппараты , часы , цифровые часы , калькуляторы и мобильные телефоны , включая смартфоны . ЖК-экраны также используются в продуктах бытовой электроники, таких как DVD-плееры, видеоигры и часы . ЖК-экраны заменили тяжелые, громоздкиедисплеи с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) почти во всех приложениях. ЖК-экраны доступны с более широким диапазоном размеров экранов, чем ЭЛТ и плазменные дисплеи , причем ЖК-экраны доступны в размерах от крошечных цифровых часов до очень больших телевизионных приемников . ЖК-дисплеи постепенно заменяются OLED-светодиодами, которые могут быть легко преобразованы в различные формы и имеют меньшее время отклика, более широкую цветовую гамму, практически бесконечный цветовой контраст и углы обзора, меньший вес для данного размера дисплея и более тонкий профиль (поскольку в OLED-дисплеях используется одна стеклянная или пластиковая панель тогда как ЖК-дисплеи используют две стеклянные панели; толщина панелей увеличивается с размером, но это увеличение более заметно на ЖК-дисплеях) и потенциально более низкое энергопотребление (поскольку дисплей включен только там, где это необходимо, и нет подсветки). OLED, однако, более дороги для данного размера дисплея из-за очень дорогих электролюминесцентных материалов или люминофоров, которые они используют. Кроме того, из-за использования люминофоров OLED-дисплеи страдают от выгорания экрана, и в настоящее время нет возможности утилизировать OLED-дисплеи, тогда как ЖК-панели можно утилизировать,хотя технология, необходимая для переработки ЖК-дисплеев, еще не получила широкого распространения. Попытки сохранить конкурентоспособность ЖК-дисплеевДисплеи с квантовыми точками , продаваемые как SUHD, QLED или Triluminos, предлагают производительность, аналогичную OLED-дисплеям, но слой квантовых точек, который придает этим дисплеям их характеристики, еще не может быть переработан.

Поскольку в ЖК-экранах не используются люминофоры, они редко выгорают при отображении статического изображения на экране в течение длительного времени, например, рамки таблицы для расписания полетов авиакомпании на внутренней вывеске. Однако ЖК-дисплеи чувствительны к постоянному изображению . ^[3] ЖК-экран более энергоэффективен, и его можно утилизировать более безопасно, чем от ЭЛТ. Его низкое потребление электроэнергии позволяет использовать его в батарее Приведен электронное более эффективно , чем ЭЛТ может быть оборудование. К 2008 году годовые продажи телевизоров с ЖК-экранами превысили продажи ЭЛТ-устройств во всем мире, и ЭЛТ стали устаревшими для большинства целей.

Общие характеристики [ править ]

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

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

Большинство цветных ЖК-систем используют ту же технику с цветными фильтрами, используемыми для создания красных, зеленых и синих субпикселей. Цветные ЖК-фильтры изготовлены с помощью фотолитографии.обрабатывают большие листы стекла, которые позже склеиваются с другими листами стекла, содержащими матрицу TFT, разделители и жидкие кристаллы, создавая несколько цветных ЖК-дисплеев, которые затем вырезаются друг от друга и ламинируются листами поляризатора. Используются красные, зеленые, синие и черные фоторезисты (резисты). Все резисты содержат тонко измельченный порошковый пигмент с размером частиц всего 40 нанометров. Черный резист наносится первым; это создаст черную сетку (известную в отрасли как черная матрица), которая будет отделять красный, зеленый и синий субпиксели друг от друга, увеличивая контрастность и предотвращая утечку света из одного субпикселя на другие окружающие субпиксели. ^[6]После того, как черный резист был высушен в духовке и подвергнут воздействию ультрафиолетового излучения через фотошаблон, неэкспонированные участки смываются, образуя черную сетку. Затем тот же процесс повторяется с оставшимися резистами. Это заполняет дыры в черной сетке резистами соответствующего цвета. ^{[7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] »} Другой метод создания цвета, использовавшийся в Цветные КПК и некоторые калькуляторы были сделаны путем изменения напряжения в нематическом ЖК-дисплее с суперскрученной скрученной поверхностью, где переменное скручивание между более плотно расположенными пластинами вызывает переменное двойное лучепреломление с двойным лучепреломлением., таким образом меняя оттенок. ^[21] Обычно они ограничивались тремя цветами на пиксель: оранжевым, зеленым и синим. ^{[22] [ циркулярная ссылка ]}

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

Отображение небольшого количества отдельных цифр или фиксированных символов (как в цифровых часах и карманных калькуляторах ) может быть реализовано с независимыми электродами для каждого сегмента. ^[23] Напротив, полностью буквенно-цифровые или изменяемые графические дисплеи обычно реализуются с пикселями, расположенными в виде матрицы, состоящей из электрически связанных строк на одной стороне ЖК-слоя и столбцов на другой стороне, что позволяет адресовать каждый пиксель на перекрестки. Общий метод адресации матрицы состоит из последовательной адресации одной стороны матрицы, например, путем выбора строк по одной и применения информации изображения с другой стороны в столбцах строка за строкой.Для получения подробной информации о различных схемах матричной адресации см. ЖК-дисплеи с пассивной матрицей и активной матрицей .

ЖК-дисплеи, наряду с OLED- дисплеями, производятся в чистых помещениях, заимствуя технологии производства полупроводников и используя большие листы стекла, размер которых со временем увеличивался. Несколько дисплеев производятся одновременно, а затем вырезаются из листа стекла, также известного как материнское стекло или стеклянная подложка ЖК-дисплея. Увеличение размера позволяет изготавливать больше дисплеев или больше дисплеев, как и при увеличении размеров пластин в производстве полупроводников. Размеры стекол следующие:

До 8-го поколения производители не соглашались с размером стекла-одиночки, и в результате разные производители использовали стекла одного и того же поколения несколько разного размера. Некоторые производители используют листы материнского стекла Gen 8.6, которые лишь немного больше, чем Gen 8.5, что позволяет изготавливать более 50 и 58 дюймовых ЖК-дисплеев на одно материнское стекло, особенно 58-дюймовые ЖК-дисплеи, и в этом случае 6 могут быть изготовлены на материнском стекле Gen 8.6. стекла против всего 3 на материнском стекле Gen 8.5, что значительно снижает количество отходов. ^[31]Толщина материнского стекла также увеличивается с каждым поколением, поэтому материнское стекло большего размера лучше подходит для больших дисплеев. ЖК-модуль (LCM) - это готовый к использованию ЖК-дисплей с подсветкой. Таким образом, фабрика, производящая ЖК-модули, не обязательно производит ЖК-дисплеи, она может только собирать их в модули. Стеклянные подложки для ЖК-дисплеев производятся такими компаниями, как AGC Inc. , Corning Inc. и Nippon Electric Glass .

История [ править ]

Происхождение и сложная история жидкокристаллических дисплеев с точки зрения инсайдера в первые дни были описаны Джозефом А. Кастеллано в книге «Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создание индустрии» . ^[35] Другой отчет о происхождении и истории ЖК-дисплея с другой точки зрения до 1991 года был опубликован Хироши Кавамото, доступным в Историческом центре IEEE . ^[36] Описание вклада Швейцарии в разработку ЖК-дисплеев, написанное Питером Дж. Вильдом, можно найти на сайте Engineering and Technology History Wiki . ^[37]

Фон [ править ]

В 1888 году ^[38] Фридрих Рейнитцер (1858–1927) обнаружил жидкокристаллическую природу холестерина, экстрагированного из моркови (то есть две точки плавления и образование цветов), и опубликовал свои выводы на заседании Венского химического общества 3 мая. , 1888 (F. Reinitzer: Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins, Monatshefte für Chemie (Wien) 9, 421–441 (1888) ). ^[39] В 1904 году Отто Леманн опубликовал свою работу «Flüssige Kristalle» (Жидкие кристаллы). В 1911 году Шарль Моген впервые экспериментировал с жидкими кристаллами, заключенными между пластинами в тонких слоях.

В 1922 году Жорж Фридель описал структуру и свойства жидких кристаллов и разделил их на 3 типа (нематики, смектики и холестерики). В 1927 году Всеволод Фредерикс изобрел электрически переключаемый световой клапан, названный « переходом Фредерикса» , - существенный эффект всей ЖК-технологии. В 1936 году компания Marconi Wireless Telegraph запатентовала первое практическое применение технологии «Жидкокристаллический световой клапан» . В 1962 году доктор Джордж У. Грей опубликовал первую крупную публикацию на английском языке « Молекулярная структура и свойства жидких кристаллов» . ^[40] В 1962 году Ричард Уильямс изRCA обнаружил, что жидкие кристаллы обладают некоторыми интересными электрооптическими характеристиками, и он реализовал электрооптический эффект, создавая полосы в тонком слое жидкокристаллического материала путем приложения напряжения. Этот эффект основан на электрогидродинамической нестабильности, формирующей то, что сейчас называется «доменами Вильямса» внутри жидкого кристалла. ^[41]

МОП - транзистор (металл-оксид-полупроводник полевой транзистор) был изобретен Mohamed М. Atalla и Давон Канг в Bell Labs в 1959 году, и представлены в 1960 г. ^{[42] [43]} Основываясь на их работе с МОП - транзисторов, Пол К. Веймер из RCA разработал тонкопленочный транзистор (TFT) в 1962 году. ^[44] Это был тип полевого МОП-транзистора, отличный от стандартного объемного полевого МОП-транзистора. ^[45]

1960-е [ править ]

В 1964 году Джордж Х. Хейлмайер , тогда работавший в лабораториях RCA над эффектом, обнаруженным Уильямсом, добился переключения цветов с помощью индуцированного полем перестройки дихроичных красителей в гомеотропно ориентированном жидком кристалле. Практические проблемы с этим новым электрооптическим эффектом заставили Хейльмайера продолжить работу над эффектами рассеяния в жидких кристаллах и, наконец, создать первый рабочий жидкокристаллический дисплей, основанный на том, что он назвал режимом динамического рассеяния (DSM). Подача напряжения на дисплей DSM переводит изначально чистый прозрачный жидкокристаллический слой в молочно-мутное состояние. Дисплеи DSM могут работать в пропускающем и отражающем режимах, но для их работы требуется значительный ток. ^{[46][47] [48] [49]} Джордж Х. Хейлмайер был занесен в Национальный зал славы изобретателей ^[50] и ему приписывают изобретение ЖК-дисплеев. Работа Хейльмайера является важной вехой IEEE . ^[51]

В конце 1960-х годов новаторские работы с жидкими кристаллами были предприняты британским Королевским радиолокационным учреждением в Малверне , Англия. Команда RRE поддержала текущую работу Джорджа Уильяма Грея и его команды из Университета Халла, которые в конечном итоге открыли жидкие кристаллы цианобифенила, которые обладали правильной стабильностью и температурными свойствами для применения в ЖК-дисплеях.

Идея жидкокристаллического дисплея (LCD) на основе TFT была придумана Бернардом Лехнером из RCA Laboratories в 1968 году. ^[52] Лехнер, Ф. Дж. Марлоу, Э. О. Нестер и Дж. Талтс продемонстрировали концепцию в 1968 году с матричным динамическим рассеянием 18x2. режим (DSM) LCD, в котором использовались стандартные дискретные полевые МОП-транзисторы . ^[53]

1970-е [ править ]

4 декабря 1970 г. эффект закрученного нематического поля (TN) в жидких кристаллах был подан на патент Hoffmann-LaRoche в Швейцарии ( швейцарский патент № 532 261 ) с Вольфгангом Хельфрихом и Мартином Шадтом (тогда работавшими в Центральных исследовательских лабораториях). ) внесены в список изобретателей. ^[46] Hoffmann-La Roche передала лицензию на изобретение швейцарскому производителю Brown, Boveri & Cie , своему партнеру по совместному предприятию в то время, который в 1970-х годах производил дисплеи TN для наручных часов и других приложений для международных рынков, включая японскую электронную промышленность, которая вскоре выпустили первые цифровые кварцевые наручные часыс TN-LCD и многими другими продуктами. Джеймс Фергасон , работая с Сардари Арора и Альфредом Саупе в Институте жидких кристаллов Кентского государственного университета, 22 апреля 1971 года подал идентичный патент в США. ^[54] В 1971 году компания Фергасона , ILIXCO (ныне LXD Incorporated ) , производила ЖК-дисплеи на основе TN-эффекта, которые вскоре вытеснили некачественные типы DSM из-за улучшения более низких рабочих напряжений и меньшего энергопотребления. Тетсуро Хама и Изухико Нисимура из Seiko получили в США патент от февраля 1971 года на электронные наручные часы с TN-LCD. ^[55]В 1972 году на рынок были выпущены первые наручные часы с TN-LCD: Gruen Teletime, часы с четырехзначным дисплеем.

В 1972 г. прототип жидкокристаллической панели дисплея на тонкопленочных транзисторах с активной матрицей (TFT) был прототипирован в Соединенных Штатах командой Т. Питера Броуди в Westinghouse , в Питтсбурге, штат Пенсильвания . ^[56] В 1973 году Броуди, Дж. А. Асар и Г. Д. Диксон из Westinghouse Research Laboratories продемонстрировали первый жидкокристаллический дисплей на тонкопленочных транзисторах (TFT LCD). ^{[57] [58]} По состоянию на 2013 год ^{[Обновить]}, все современные электронные устройства визуального отображения высокого разрешения и высокого качества используют дисплеи с активной матрицей на основе TFT . ^[59]Броуди и Фанг-Чен Луо продемонстрировали первый плоский жидкокристаллический дисплей с активной матрицей (AM LCD) в 1974 году, а затем Броуди ввел термин «активная матрица» в 1975 году ^[52].

В 1972 году североамериканская корпорация Rockwell Microelectronics Corp представила использование ЖК-дисплеев DSM для калькуляторов для маркетинга компании Lloyds Electronics Inc., хотя для этого требовался внутренний источник света. ^[60] Вслед за Sharp Corporation в 1973 г. появились ЖК-дисплеи DSM для карманных калькуляторов ^[61], а затем массовое производство ЖК-дисплеев TN для часов в 1975 г. ^[62] Другие японские компании вскоре заняли лидирующие позиции на рынке наручных часов, например Seiko и первые 6-разрядные кварцевые наручные часы TN-LCD. Цветные ЖК-дисплеи, основанные на взаимодействии гостя и хозяина, были изобретены командой RCA в 1968 году. ^[63]Особый тип такого цветного ЖК-дисплея был разработан японской корпорацией Sharp в 1970-х годах, получив патенты на свои изобретения, такие как патент Синдзи Като и Такааки Миядзаки в мае 1975 года ^[64], а затем усовершенствован Фумиаки Фунада и Масатака Мацуура. в декабре 1975 года. ^[65] ЖК-дисплеи на тонкопленочных транзисторах, аналогичные прототипам, разработанным группой Westinghouse в 1972 году, были запатентованы в 1976 году командой Sharp, состоящей из Фумиаки Фунада, Масатаки Мацуура и Томио Вада, ^[66] затем усовершенствованы в 1977 году Команда Sharp, состоящая из Кохеи Киши, Хиросаку Нономура, Кейитиро Симидзу и Томио Вада. ^[67] Однако эти TFT-LCD еще не были готовы к использованию в продукции, так как проблемы с материалами для TFT еще не были решены.

1980-е [ править ]

В 1983 году исследователи из Исследовательского центра Brown, Boveri & Cie (BBC), Швейцария , изобрели структуру суперскрученного нематика (STN) для ЖК-дисплеев с пассивной матрицей . H. Amstutz et al. были указаны в качестве изобретателей в соответствующих патентных заявках, поданных в Швейцарии 7 июля 1983 г. и 28 октября 1983 г. Патенты были выданы в Швейцарии CH 665491, Европе EP 0131216, ^[68] Патенте США 4 634 229 и многих других странах. В 1980 году Браун Бовери основал совместное предприятие 50/50 с голландской компанией Philips под названием Videlec. ^[69]Компания Philips обладала необходимыми ноу-хау для разработки и создания интегральных схем для управления большими ЖК-панелями. Кроме того, у Philips был лучший доступ к рынкам электронных компонентов и он намеревался использовать ЖК-дисплеи в новых поколениях продуктов Hi-Fi, видеооборудования и телефонов. В 1984 году исследователи Philips Теодорус Велцен и Адрианус де Ваан изобрели схему ускорения видео, которая решила проблему медленного времени отклика STN-LCD и позволила получать высококачественные плавные видеоизображения с высоким разрешением на STN-LCD. ^[70]В 1985 году изобретатели Philips Теодорус Велцен и Адрианус де Ваан решили проблему управления STN-ЖК-дисплеями с высоким разрешением с помощью низковольтной (на основе CMOS) приводной электроники, что позволило применять высококачественные (высокое разрешение и скорость видео) ЖК-панели. в портативных устройствах с батарейным питанием, таких как ноутбуки и мобильные телефоны. ^[71] В 1985 году Philips приобрела 100% швейцарской компании Videlec AG. Впоследствии Philips перенесла производственные линии Videlec в Нидерланды. Спустя годы Philips успешно произвела и продала полные модули (состоящие из ЖК-экрана, микрофона, динамиков и т. Д.) В массовом производстве для быстро развивающейся индустрии мобильных телефонов.

Первые цветные ЖК-телевизоры были разработаны как портативные телевизоры в Японии. В 1980 году научно-исследовательская группа Hattori Seiko начала разработку карманных цветных ЖК-телевизоров. ^[72] В 1982 году Seiko Epson выпустила первый ЖК-телевизор Epson TV Watch - наручные часы, оснащенные небольшим ЖК-телевизором с активной матрицей. ^{[73] [74]} Sharp Corporation представила матричный TN-LCD телевизор в 1983 году. ^[62] В 1984 году Epson выпустила ET-10, первый полноцветный карманный ЖК-телевизор. ^[75] В том же году, Citizen Watch , ^[76] представил Citizen Карманный телевизор, ^[72]2,7-дюймовый цветной ЖК-телевизор ^[76] с первым коммерческим ЖК- дисплеем TFT . ^[72] В 1988 году Sharp продемонстрировала 14-дюймовый полноцветный полноцветный TFT-ЖК-дисплей с активной матрицей. Это привело к тому, что Япония запустила индустрию ЖК-дисплеев, которая разработала ЖК-дисплеи большого размера, включая компьютерные мониторы TFT и ЖК-телевизоры. ^[77] Epson разработала проекционную технологию 3LCD в 1980-х годах и лицензировала ее для использования в проекторах в 1988 году. ^[78] Epson VPJ-700, выпущенный в январе 1989 года, был первым в мире компактным полноцветным ЖК-проектором . ^[74]

1990-е [ править ]

В 1990 году под разными названиями изобретатели задумали электрооптические эффекты как альтернативу ЖК-дисплеям с эффектом скрученного нематического поля (TN- и STN-LCD). Один из подходов заключался в использовании встречно-штыревых электродов на одной стеклянной подложке только для создания электрического поля, по существу параллельного стеклянным подложкам. ^{[79] [80]} Чтобы в полной мере использовать свойства этой технологии In Plane Switching (IPS), потребовалась дальнейшая работа. После тщательного анализа подробности предпочтительных вариантов осуществления поданы в Германию Guenter Baur et al. и запатентованы в разных странах. ^{[81] [82]}Институт Фраунгофера во Фрайбурге, где работали изобретатели, передает эти патенты компании Merck KGaA, Дармштадт, поставщику ЖК-веществ. В 1992 году, вскоре после этого, инженеры Hitachi разработали различные практические детали технологии IPS, чтобы соединить матрицу тонкопленочных транзисторов в виде матрицы и избежать нежелательных полей рассеяния между пикселями. ^{[83] [84]} Hitachi также улучшила зависимость от угла обзора за счет оптимизации формы электродов ( Super IPS ). NECи Hitachi стали первыми производителями ЖК-дисплеев с активной матрицей, основанных на технологии IPS. Это важная веха для внедрения ЖК-дисплеев с большим экраном с приемлемыми визуальными характеристиками для компьютерных мониторов с плоским экраном и телевизионных экранов. В 1996 году компания Samsung разработала технику формирования оптического рисунка, которая позволяет использовать многодоменный ЖК-дисплей. Multi-домен и в Plane Switching впоследствии остаются доминирующими ЖК - проекты до 2006 года ^[85] В конце 1990 - х годов, ЖК промышленность начала переход от Японии, в сторону Южной Кореи и Тайваня , ^[77] , который позже переместился в Китай.

2000–2010 годы [ править ]

В 2007 году качество изображения ЖК-телевизоров превзошло качество изображения телевизоров на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). ^[86] В четвертом квартале 2007 года ЖК-телевизоры впервые превзошли продажи ЭЛТ-телевизоров по всему миру. ^[87] По данным Displaybank, на долю ЖК-телевизоров приходилось 50% из 200 миллионов телевизоров, которые будут отгружены в мире в 2006 году . ^{[88] [89]} В октябре 2011 года Toshiba объявила о выпуске 2560 × 1600 пикселей на 6,1-дюймовой (155 мм) ЖК-панели, подходящей для использования в планшетном компьютере , ^[90]особенно для отображения китайских иероглифов. В 2010-х годах также широко применялась технология TGP (Tracking Gate-line in Pixel), которая перемещает схему управления от границ дисплея к промежутку между пикселями, что позволяет использовать узкие рамки. ^[91] ЖК-дисплеи можно сделать прозрачными и гибкими , но они не могут излучать свет без подсветки, такой как OLED и microLED, которые представляют собой другие технологии, которые также можно сделать гибкими и прозрачными. ^{[92] [93] [94] [95]} Для увеличения углов обзора ЖК-дисплеев можно использовать специальные пленки. ^{[96] [97]}

В 2016 году Panasonic разработала ЖК-дисплеи IPS с контрастностью 1000000: 1, конкурирующие с OLED. Позднее эта технология была запущена в массовое производство в виде двухслойных, двухпанельных или LMCL (светомодулирующих ячеек ЖК-дисплеев). Технология использует 2 жидкокристаллических слоя вместо одного и может использоваться вместе с мини-светодиодной подсветкой и листами с квантовыми точками. ^{[98] [99] [100] [101] [102] [103]}

Освещение [ править ]

Поскольку ЖК-дисплеи сами по себе не производят света, для создания видимого изображения им требуется внешний свет. ^{[104] [105]} В жидкокристаллических дисплеях пропускающего типа источник света расположен в задней части стопки стекол и называется задней подсветкой . ЖК-дисплеи с активной матрицей почти всегда имеют подсветку. ^{[106] [107]} Пассивные ЖК-дисплеи могут иметь подсветку, но во многих из них используется отражатель на задней стороне стеклопакета для использования окружающего света. Трансфлективные ЖК-дисплеи сочетают в себе функции пропускающего дисплея с подсветкой и отражающего дисплея.

Распространенные реализации технологии подсветки ЖК-дисплеев:

• CCFL: ЖК-панель освещается либо двумя люминесцентными лампами с холодным катодом, расположенными на противоположных краях дисплея, либо массивом параллельных CCFL за более крупными дисплеями. Рассеиватель (сделанный из акрилового пластика PMMA, также известный как волновод или световод / направляющая пластина ^{[108] [109]} ) затем равномерно распределяет свет по всему дисплею. В течение многих лет эта технология использовалась почти исключительно. В отличие от белых светодиодов, большинство CCFL имеют ровный белый спектральный выход, что обеспечивает лучшую цветовую гамму дисплея. Однако CCFL менее энергоэффективны, чем светодиоды, и требуют несколько дорогостоящего инвертора для преобразования любого постоянного напряжения, которое использует устройство (обычно 5 или 12 В), в ≈1000 В, необходимое для зажигания CCFL. ^[110]Толщина инверторных трансформаторов также ограничивает толщину дисплея.
• EL-WLED: ЖК-панель подсвечивается рядом белых светодиодов, размещенных на одном или нескольких краях экрана. Затем используется светорассеиватель (световодная пластина, LGP) для равномерного распределения света по всему дисплею, аналогично ЖК-подсветке CCFL с боковой подсветкой. Рассеиватель изготовлен из ПММА-пластика или специального стекла, ПММА используется в большинстве случаев, потому что он прочный, в то время как специальное стекло используется, когда толщина ЖК-дисплея имеет первостепенное значение, поскольку оно не так сильно расширяется при нагревании. или подвержены воздействию влаги, что позволяет ЖК-дисплеям иметь толщину всего 5 мм. Квантовые точки могут быть размещены сверху диффузора в качестве пленки для улучшения квантовых точек (QDEF, в этом случае им нужен слой для защиты от тепла и влажности) или на цветном фильтре ЖК-дисплея, заменяя обычно используемые резисты. . ^[108]По состоянию на 2012 год этот дизайн является самым популярным среди мониторов настольных компьютеров. Это позволяет использовать самые тонкие дисплеи. Некоторые ЖК-мониторы, использующие эту технологию, имеют функцию, называемую динамическим контрастом, изобретенную исследователями Philips Дугласом Стэнтоном, Мартинусом Струмером и Адрианусом де Вааном ^{[111] с} использованием ШИМ (широтно-импульсной модуляции, технологии, при которой интенсивность светодиодов поддерживается постоянной, но регулировка яркости достигается изменением временного интервала мигания этих источников света с постоянной силой света ^[112]), подсветка затемняется до самого яркого цвета, который появляется на экране, при одновременном повышении контрастности ЖК-дисплея до максимально достижимых уровней, позволяя масштабировать коэффициент контрастности ЖК-панели 1000: 1 до различной интенсивности света, что приводит к " Коэффициент контрастности 30000: 1 ", видимый в рекламе на некоторых из этих мониторов. Поскольку изображения на экране компьютера обычно имеют полностью белый цвет где-то на изображении, подсветка обычно будет максимальной, что делает эту «особенность» главным образом маркетинговым трюком для компьютерных мониторов, однако для экранов телевизоров она резко увеличивает воспринимаемый коэффициент контрастности и динамический диапазон. улучшает зависимость от угла обзора и значительно снижает энергопотребление обычных ЖК-телевизоров.
• Массив WLED: ЖК-панель освещается полным набором белых светодиодов, размещенных за диффузором за панелью. ЖК-дисплеи, которые используют эту реализацию, обычно имеют возможность затемнять или полностью выключать светодиоды в темных областях отображаемого изображения, эффективно увеличивая коэффициент контрастности дисплея. Точность, с которой это можно сделать, будет зависеть от количества зон затемнения дисплея. Чем больше зон затемнения, тем точнее затемнение, с менее очевидными артефактами цветения, которые видны в виде темно-серых пятен, окруженных темными областями ЖК-дисплея. По состоянию на 2012 год эта конструкция в основном используется в высококлассных ЖК-телевизорах с большим экраном.
• Массив RGB-светодиодов: аналогичен массиву WLED, за исключением того, что панель освещается полным массивом светодиодов RGB . Хотя дисплеи, освещенные белыми светодиодами, обычно имеют более бедную цветовую гамму, чем дисплеи с подсветкой CCFL, панели, освещенные светодиодами RGB, имеют очень широкую цветовую гамму. Эта реализация наиболее популярна на ЖК-экранах для профессионального редактирования графики. По состоянию на 2012 год ЖК-дисплеи этой категории обычно стоили более 1000 долларов. По состоянию на 2016 год стоимость этой категории резко снизилась, и такие ЖК-телевизоры получили тот же уровень цен, что и предыдущие категории на основе ЭЛТ с диагональю 28 дюймов (71 см).
• Монохромные светодиоды: такие как красные, зеленые, желтые или синие светодиоды используются в небольших пассивных монохромных ЖК-дисплеях, которые обычно используются в часах и небольших приборах.

Сегодня большинство ЖК-экранов проектируются со светодиодной подсветкой вместо традиционной CCFL-подсветки, в то время как эта подсветка динамически управляется с помощью видеоинформации (динамическое управление подсветкой). Комбинация с динамическим управлением подсветкой, изобретенная исследователями Philips Дугласом Стэнтоном, Мартинусом Струмером и Адрианусом де Вааном, одновременно увеличивает динамический диапазон системы отображения (также продаваемой как HDR, телевидение с широким динамическим диапазоном или называемое Full-Area Local Area Dimming ( FLAD) ^{[113] [114] [111]}

• Мини-светодиод: Подсветка с мини-светодиодами может поддерживать более тысячи зон полного локального затемнения (FLAD). Это позволяет получить более глубокий черный цвет и более высокий коэффициент контракта. ^[115] (Не путать с MicroLED .)

Системы задней подсветки ЖК-дисплея являются высокоэффективными за счет применения оптических пленок, таких как призматическая структура (призматический лист), для получения света в желаемых направлениях зрителя и отражающих поляризационных пленок, которые рециркулируют поляризованный свет, который ранее поглощался первым поляризатором ЖК-дисплея ( изобретена исследователями Philips Адрианусом де Вааном и Паулюсом Шаареманом) ^[116], как правило, достигается с помощью так называемых пленок DBEF, производимых и поставляемых 3M. ^[117]Усовершенствованные версии призматической пластины имеют скорее волнистую, чем призматическую структуру, и вносят волны в структуру листа, изменяя при этом высоту волн, направляя еще больше света на экран и уменьшая наложение или муар между структурой листа. призматический лист и субпиксели ЖК-дисплея. Волнистую структуру легче производить массово, чем призматическую, используя обычные алмазные станки, которые используются для изготовления роликов, используемых для запечатывания волнистой структуры в пластиковые листы, тем самым производя призматические листы. ^[118]Лист рассеивателя помещается с обеих сторон листа призмы, чтобы сделать свет задней подсветки равномерным, а зеркало помещается за пластиной световода, чтобы направлять весь свет вперед. Лист призмы с его листами рассеивателя помещается поверх световодной пластины. ^{[119] [108]} Поляризаторы DBEF состоят из большого пакета одноосно ориентированных двулучепреломляющих пленок, которые отражают поглощенную ранее моду поляризации света. ^[120] Такие отражающие поляризаторы, использующие одноосно ориентированные полимеризованные жидкие кристаллы (двупреломляющие полимеры или двулучепреломляющий клей), были изобретены в 1989 году исследователями Philips Дирком Броером, Адрианусом де Вааном и Йоргом Брамбрингом. ^[121] Комбинация таких отражающих поляризаторов и управления динамической светодиодной подсветкой.^[111] делают современные ЖК-телевизоры намного более эффективными, чем телевизоры на основе ЭЛТ, что приводит к экономии энергии во всем мире в размере 600 ТВтч (2017 г.), что составляет 10% от потребления электроэнергии всеми домашними хозяйствами во всем мире или в 2 раза больше, чем производство энергии. всех солнечных батарей в мире. ^{[122] [123]}

Благодаря ЖК-слою, который генерирует желаемое изображение с высоким разрешением при скорости мигающего видео с использованием электроники с очень низким энергопотреблением в сочетании с технологиями подсветки на основе светодиодов, ЖК-технология стала доминирующей технологией отображения для таких продуктов, как телевизоры, настольные мониторы, ноутбуки, планшеты, смартфоны и мобильные телефоны. Несмотря на то, что конкурирующая технология OLED вытесняется на рынок, такие OLED-дисплеи не обладают возможностями HDR, как ЖК-дисплеи в сочетании с технологиями светодиодной подсветки 2D, причина, по которой ежегодный рынок таких продуктов на основе ЖК-дисплеев все еще растет быстрее (по объему), чем Продукты на основе OLED, тогда как эффективность ЖК-дисплеев (и таких продуктов, как портативные компьютеры, мобильные телефоны и телевизоры) может быть даже дополнительно улучшена за счет предотвращения поглощения света цветными фильтрами ЖК-дисплея.^{[124] [125] [126]} Такие решения с светоотражающими цветными фильтрами еще не внедрены в индустрии ЖК-дисплеев и не продвинулись дальше лабораторных прототипов. Скорее всего, они будут реализованы в индустрии ЖК-дисплеев для повышения эффективности по сравнению с технологиями OLED.

Подключение к другим цепям [ править ]

Стандартный экран телевизионного приемника, современная ЖК-панель, имеет более шести миллионов пикселей, и все они индивидуально питаются от проводной сети, встроенной в экран. Тонкие провода или дорожки образуют сетку с вертикальными проводами по всему экрану с одной стороны экрана и горизонтальными проводами по всему экрану с другой стороны экрана. К этой сетке каждый пиксель имеет положительное соединение с одной стороны и отрицательное соединение с другой стороны. Итак, общее количество проводов, необходимых для 1080pДисплей 3 x 1920 по вертикали и 1080 по горизонтали, всего 6840 проводов по горизонтали и вертикали. Это три для красного, зеленого и синего и 1920 столбцов пикселей для каждого цвета, всего 5760 проводов, идущих вертикально, и 1080 рядов проводов, идущих горизонтально. Для панели шириной 28,8 дюйма (73 сантиметра) это означает, что плотность проводов по горизонтальному краю составляет 200 проводов на дюйм. ЖК-панель приводится в действие драйверами ЖК-дисплея, которые на заводе тщательно подогнаны под край ЖК-панели. Драйверы могут быть установлены с использованием нескольких методов, наиболее распространенными из которых являются COG (Chip-On-Glass) и TAB ( автоматическое склеивание с лентой ). Эти же принципы применимы также к экранам смартфонов, которые намного меньше, чем экраны телевизоров. ^{[127] [128] [129]}В ЖК-панелях обычно используются металлические токопроводящие дорожки с тонким покрытием на стеклянной подложке для формирования схемы ячеек для управления панелью. Обычно невозможно использовать методы пайки для прямого подключения панели к отдельной печатной плате с медным травлением. Вместо этого соединение выполняется с использованием анизотропной проводящей пленки или, для более низкой плотности, эластомерных соединителей .

Пассив-матрица [ править ]

Монохромные и более поздние цветные ЖК - дисплеи с пассивной матрицей были стандартными в большинстве ранних ноутбуков (хотя в некоторых использовались плазменные дисплеи ^{[130] [131]} ) и оригинальном Nintendo Game Boy ^[132] до середины 1990-х годов, когда цветная активная матрица стала стандартом. на всех ноутбуках. Коммерчески неудачный Macintosh Portable (выпущенный в 1989 году) был одним из первых, в котором использовался дисплей с активной матрицей (хотя и все еще монохромный). ЖК-дисплеи с пассивной матрицей все еще используются в 2010-х годах для приложений, менее требовательных, чем портативные компьютеры и телевизоры, таких как недорогие калькуляторы. В частности, они используются на портативных устройствах, где требуется отображать меньше информации, низкое энергопотребление (нетподсветка ) и низкая стоимость или необходима читаемость при прямом солнечном свете.

В дисплеях с пассивно-матричной структурой используется сверхскрученный нематический STN (изобретен Исследовательским центром Брауна Бовери, Баден, Швейцария в 1983 году; научные данные были опубликованы ^[133] ) или двухслойная технология STN (DSTN) (последняя из который решает проблему смещения цвета в первом случае) и color-STN (CSTN), в котором цвет добавляется с помощью внутреннего фильтра. ЖК-дисплеи STN оптимизированы для адресации с пассивной матрицей. У них более резкий порог зависимости контраста от напряжения, чем у оригинальных ЖК-дисплеев TN. Это важно, потому что на пиксели действуют частичные напряжения, даже если они не выбраны. Перекрестные помехимежду активированными и неактивированными пикселями необходимо обрабатывать должным образом, поддерживая среднеквадратичное напряжение неактивированных пикселей ниже порогового напряжения, обнаруженного Питером Дж. Уайлдом в 1972 году ^{[134], в} то время как активированные пиксели подвергаются напряжениям выше порогового напряжения по схеме привода «Альт и Плешко»). ^[135] Управление такими дисплеями STN по схеме привода Alt & Pleshko требует очень высоких напряжений адресации линии. Велзен и де Ваан изобрели альтернативную схему привода (схема привода не "Alt & Pleshko"), требующая гораздо более низких напряжений, так что дисплей STN мог управляться с использованием низковольтных КМОП-технологий. ^[71]ЖК-дисплеи STN должны постоянно обновляться путем чередования импульсных напряжений одной полярности в течение одного кадра и импульсов противоположной полярности в течение следующего кадра. Отдельные пиксели адресуются соответствующими цепями строк и столбцов. Этот тип дисплея называется пассивно-матричным адресом , потому что пиксель должен сохранять свое состояние между обновлениями без постоянного электрического заряда. По мере увеличения количества пикселей (и, соответственно, столбцов и строк) этот тип отображения становится менее осуществимым. Медленное время отклика и плохая контрастностьтипичны для ЖК-дисплеев с пассивной матрицей и слишком большим количеством пикселей, управляемых по схеме привода "Alt & Pleshko". Велцен и де Ваан также изобрели схему привода без RMS, позволяющую управлять дисплеями STN со скоростью видео и позволяющую отображать плавно движущиеся видеоизображения на дисплее STN. ^[70] Citizen, среди прочих, лицензировал эти патенты и успешно представил на рынке несколько карманных ЖК-телевизоров на основе STN ^[136]

Бистабильные ЖК-дисплеи не требуют постоянного обновления. Перезапись требуется только для изменения информации об изображении. В 1984 году HA van Sprang и AJSM de Vaan изобрели дисплей типа STN, который мог работать в бистабильном режиме, позволяя получать изображения с чрезвычайно высоким разрешением до 4000 строк или более при использовании только низкого напряжения. ^[137]Поскольку в момент, когда в этот конкретный пиксель должна быть записана новая информация, пиксель может находиться либо во включенном, либо в выключенном состоянии, метод адресации этих бистабильных дисплеев довольно сложен, поэтому эти дисплеи этого не сделали. На рынок. Ситуация изменилась, когда в 2010 году стали доступны ЖК-дисплеи с нулевым энергопотреблением (бистабильные). Потенциально, адресация с пассивной матрицей может использоваться с устройствами, если их характеристики записи / стирания подходят, как это было в случае электронных книг, которые должны отображать только неподвижные изображения. После того, как страница записана на дисплей, дисплей может быть отключен от питания при сохранении читаемых изображений. Это имеет то преимущество, что такие электронные книги могут работать в течение длительных периодов времени с питанием только от небольшой батареи. Высоковольтные разрешение цветные дисплеи, такие как современный ЖК - дисплейкомпьютерные мониторы и телевизоры используют структуру с активной матрицей . Матрица из тонкопленочных транзисторов (TFT) добавлена ​​к электродам, контактирующим со слоем ЖК. Каждый пиксель имеет свой собственный выделенный транзистор , позволяющий каждой строке столбца обращаться к одному пикселю. Когда выбрана строка строки, все строки столбцов подключаются к строке пикселей, и напряжение, соответствующее информации изображения, подается на все строки столбцов. Затем строка строки деактивируется и выбирается следующая строка строки. Все строки строк выбираются последовательно во время обновления.операция. Дисплеи с активной матрицей выглядят ярче и резче, чем дисплеи с пассивной матрицей того же размера, и, как правило, имеют более быстрое время отклика, обеспечивая гораздо лучшее изображение. Sharp производит бистабильные отражающие ЖК-дисплеи с 1-битной ячейкой SRAM на пиксель, что требует лишь небольшого количества энергии для поддержания изображения. ^[138]

Сегментные ЖК-дисплеи также могут иметь цвет, используя последовательный цвет полей (ЖКД FSC). Этот тип дисплеев имеет высокоскоростную пассивную сегментную ЖК-панель с подсветкой RGB. Подсветка быстро меняет цвет, делая его белым невооруженным глазом. ЖК-панель синхронизирована с подсветкой. Например, чтобы сегмент выглядел красным, сегмент включается только при красной подсветке, а чтобы сегмент выглядел пурпурным, сегмент включается, когда подсветка синего цвета, и продолжает включаться, пока подсветка становится красным и выключается, когда подсветка становится зеленой. Чтобы сегмент казался черным, он всегда включен. ЖК-дисплей FSC делит цветное изображение на 3 изображения (одно красное, одно зеленое и одно синее) и отображает их по порядку. Благодаря постоянству зрения, 3 монохроматических изображения отображаются как одноцветное изображение. Для ЖК-дисплея FSC требуется ЖК-панель с частотой обновления 180 Гц, а время отклика сокращается до 5 миллисекунд по сравнению с обычными ЖК-панелями STN, время отклика которых составляет 16 миллисекунд. ^{[139] [140] [141] [142]} ЖК-дисплеи FSC содержат микросхему драйвера Chip-On-Glass, которая также может использоваться с емкостным сенсорным экраном.

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

Технологии активной матрицы [ править ]

Скрученный нематик (TN) [ править ]

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

Планетарная коммутация (IPS) [ править ]

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

Super In-plane Switching (S-IPS) [ править ]

Позднее после переключения в плоскости был представлен Super-IPS с еще лучшим временем отклика и цветопередачей. ^[143]

Противоречие M + или RGBW [ править ]

В 2015 году LG Display объявила о внедрении новой технологии под названием M +, которая представляет собой добавление белого субпикселя вместе с обычными точками RGB в их технологию панелей IPS. ^[144]

Большая часть новой технологии M + использовалась в телевизорах 4K, что вызвало споры после того, как тесты показали, что добавление белого субпикселя, заменяющего традиционную структуру RGB, снизит разрешение примерно на 25%. Это означает, что телевизор 4K не может отображать полный стандарт UHD TV.Позднее СМИ и интернет-пользователи назвали эти телевизоры «RGBW» из-за белого субпикселя. Хотя LG Display разработал эту технологию для использования в дисплеях ноутбуков, на открытом воздухе и в смартфонах, она стала более популярной на рынке телевизоров из-за заявленного разрешения 4K UHD, но по-прежнему неспособна достичь истинного разрешения UHD, определенного CTA как 3840x2160 активных пикселей с 8 -битовый цвет. Это негативно влияет на рендеринг текста, делая его немного нечетким, что особенно заметно, когда телевизор используется в качестве монитора ПК. ^{[145] [146] [147] [148]}

IPS по сравнению с AMOLED [ править ]

В 2011 году LG заявила, что смартфон LG Optimus Black (IPS LCD (LCD NOVA)) имеет яркость до 700 нит , в то время как у конкурента есть только IPS LCD с 518 нит и двойной OLED- дисплей с активной матрицей (AMOLED) с 305 нит. . LG также заявила, что дисплей NOVA на 50 процентов эффективнее обычных ЖК-дисплеев и потребляет только 50 процентов мощности дисплеев AMOLED при отображении белого цвета на экране. ^[149]Когда дело доходит до коэффициента контрастности, дисплей AMOLED по-прежнему работает лучше всего из-за своей базовой технологии, где уровни черного отображаются как кромешно-черный, а не как темно-серый. 24 августа 2011 года Nokia анонсировала Nokia 701, а также заявила о самом ярком в мире дисплее с яркостью 1000 нит. Экран также имеет слой Clearblack от Nokia, улучшающий контрастность и приближающий его к экранам AMOLED.

Расширенное переключение периферийных полей (AFFS) [ править ]

До 2003 года ^[150] известное как переключение пограничного поля (FFS), усовершенствованное переключение периферийного поля аналогично IPS или S-IPS, предлагая превосходные характеристики и цветовую гамму с высокой яркостью. AFFS был разработан Hydis Technologies Co., Ltd, Корея (официально Hyundai Electronics, LCD Task Force). ^[151]Приложения для ноутбуков с AFFS минимизируют искажения цвета, сохраняя при этом более широкий угол обзора для профессионального дисплея. Сдвиг и отклонение цвета, вызванные утечкой света, корректируются путем оптимизации гаммы белого, что также улучшает воспроизведение белого / серого. В 2004 году Hydis Technologies Co., Ltd предоставила лицензию AFFS японской Hitachi Displays. Hitachi использует AFFS для производства высококачественных панелей. В 2006 году HYDIS передала лицензию AFFS компании Sanyo Epson Imaging Devices Corporation. Вскоре после этого компания Hydis представила новый дисплей AFFS с высоким коэффициентом пропускания, получивший название HFFS (FFS +). Hydis представила AFFS + с улучшенной читаемостью на открытом воздухе в 2007 году. Панели AFFS в основном используются в кабинах новейших дисплеев коммерческих самолетов. Однако с февраля 2015 года он больше не производится. ^{[152] [153] [154]}

Вертикальное выравнивание (VA) [ править ]

Дисплеи с вертикальным выравниванием представляют собой разновидность ЖК-дисплеев, в которых жидкие кристаллы естественным образом выравниваются по вертикали относительно стеклянных подложек. Когда напряжение не подается, жидкие кристаллы остаются перпендикулярными подложке, создавая черный экран между скрещенными поляризаторами. При подаче напряжения жидкие кристаллы сдвигаются в наклонное положение, позволяя свету проходить сквозь них и создавая отображение в градациях серого в зависимости от величины наклона, создаваемого электрическим полем. У него более глубокий черный фон, более высокий коэффициент контрастности, более широкий угол обзора и лучшее качество изображения при экстремальных температурах, чем у традиционных дисплеев с витым нематиком. ^[155]По сравнению с IPS, уровни черного по-прежнему глубже, что обеспечивает более высокий коэффициент контрастности, но угол обзора уже, а смещение цвета и особенно контрастности становится более заметным. ^[156]

Режим синей фазы [ править ]

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

Контроль качества [ править ]

Некоторые ЖК-панели имеют дефектные транзисторы , что приводит к постоянно горящим или неосвещенным пикселям, которые обычно называются застрявшими пикселями или битыми пикселями соответственно. В отличие от интегральных схем (ИС), ЖК-панели с несколькими неисправными транзисторами обычно все еще годны для использования. Политика производителей в отношении допустимого количества дефектных пикселей сильно различается. В какой-то момент Samsung проводил политику абсолютной нетерпимости к ЖК-мониторам, продаваемым в Корее. ^[157] Однако с 2005 года Samsung придерживается менее строгого стандарта ISO 13406-2 . ^[158] Известно, что другие компании допускают в своей политике до 11 битых пикселей. ^[159]

Политика в отношении битых пикселей часто вызывает горячие споры между производителями и потребителями. Для того, чтобы регулировать приемлемость дефектов и для защиты конечного пользователя, ISO выпустила ISO 13406-2 стандарта, ^[160] , который был сделан устаревшим в 2008 году с выпуском ISO 9241, в частности дефекты пикселей ISO-9241-302, 303, 305, 307: 2008. Однако не все производители ЖК-дисплеев соответствуют стандарту ISO, и стандарт ISO довольно часто интерпретируется по-разному. ЖК-панели чаще имеют дефекты, чем большинство микросхем, из-за их большего размера. Например, 300-миллиметровый ЖК-дисплей SVGA имеет 8 дефектов, а 150-миллиметровая пластина имеет только 3 дефекта. Однако 134 из 137 кристаллов на пластине будут приемлемыми, тогда как отказ от всей ЖК-панели приведет к выходу 0%. В последние годы был улучшен контроль качества. ЖК-панель SVGA с 4 дефектными пикселями обычно считается дефектной, и клиенты могут запросить обмен на новую. ^{[ согласно кому? ]}Некоторые производители, особенно в Южной Корее, где расположены некоторые из крупнейших производителей ЖК-панелей, такие как LG, теперь имеют гарантию отсутствия дефектных пикселей, которая представляет собой дополнительный процесс проверки, который затем может определять "A" - и "B". "-сорт панелей. ^{[ оригинальное исследование? ]} Многие производители заменяют товар даже с одним дефектным пикселем. Даже там, где таких гарантий нет, важно расположение дефектных пикселей. Отображение только с несколькими дефектными пикселями может быть неприемлемым, если дефектные пиксели находятся рядом друг с другом. ЖК-панели также имеют дефекты, известные как помутнение (или, реже, мура ), которые описывают неравномерные участки изменения яркости.. Это наиболее заметно в темных или черных областях отображаемых сцен. ^[161] По состоянию на 2010 год большинство производителей компьютерных ЖК-панелей премиум-класса указали, что в их продуктах отсутствуют дефекты.

Дисплеи с нулевым энергопотреблением (бистабильные) [ править ]

Зенитное бистабильное устройство (ZBD), разработанное Qinetiq (ранее DERA ), может сохранять изображение без питания. Кристаллы могут существовать в одной из двух стабильных ориентаций («черный» и «белый»), и энергия требуется только для изменения изображения. ZBD Displays - дочерняя компания QinetiQ, которая производила как полутоновые, так и цветные устройства ZBD. Kent Displays также разработала дисплей без питания, в котором используется холестерический жидкий кристалл, стабилизированный полимером (ChLCD). В 2009 году Кент продемонстрировал использование ChLCD для покрытия всей поверхности мобильного телефона, позволяя ему изменять цвета и сохранять этот цвет даже при отключении питания. ^[162] В 2004 г. исследователи Оксфордского университетапродемонстрировали два новых типа бистабильных ЖК-дисплеев с нулевой мощностью, основанные на бистабильных технологиях Zenithal. ^[163] Некоторые бистабильные технологии, такие как 360 ° BTN и бистабильный холестерик, зависят в основном от объемных свойств жидкого кристалла (ЖК) и используют стандартное прочное закрепление с выравнивающими пленками и смесями ЖК, аналогичными традиционным моностабильным материалам. Другие бистабильные технологии, например , технология BiNem, основаны в основном на свойствах поверхности и требуют особых слабых анкерных материалов.

Технические характеристики [ править ]

• Разрешение Разрешение ЖК-дисплея выражается количеством столбцов и строк пикселей (например, 1024 × 768). Каждый пиксель обычно состоит из 3 субпикселей: красного, зеленого и синего. Это была одна из немногих характеристик ЖК-дисплеев, которые оставались одинаковыми для разных дизайнов. Однако есть более новые конструкции, которые разделяют субпиксели между пикселями и добавляют Quattron, который пытается эффективно увеличить воспринимаемое разрешение дисплея без увеличения фактического разрешения, что приводит к смешанным результатам.
• Пространственные характеристики: для монитора компьютера или другого дисплея, который просматривается с очень близкого расстояния, разрешение часто выражается в единицах шага точки или пикселей на дюйм, что согласуется с полиграфической промышленностью. Плотность отображения варьируется в зависимости от приложения: телевизоры, как правило, имеют низкую плотность для просмотра на большом расстоянии, а портативные устройства имеют высокую плотность для деталей на близком расстоянии. Угол обзора ЖК - дисплея может быть важным в зависимости от дисплея и его использования, ограничения некоторых дисплейных технологий означает , что дисплей отображает только точно под определенным углом.
• Временные характеристики: временное разрешение ЖК-дисплея - это то, насколько хорошо он может отображать изменяющиеся изображения, или точность и количество раз в секунду, когда дисплей отображает данные, которые он дает. Пиксели ЖК-дисплея не мигают между кадрами, поэтому ЖК-мониторы не демонстрируют мерцания, вызванного обновлением, независимо от того, насколько низка частота обновления. ^[164] Но более низкая частота обновления может означать визуальные артефакты, такие как двоение изображения или размытие, особенно при быстродвижущихся изображениях. Время отклика отдельного пикселя также важно, поскольку всем дисплеям присуща некоторая задержка при отображении изображения, которая может быть достаточно большой для создания визуальных артефактов при быстром изменении отображаемого изображения.
• Цветовые характеристики : существует несколько терминов, описывающих различные аспекты цветопередачи дисплея. Цветовая гамма - это диапазон цветов, которые могут отображаться, и глубина цвета, которая представляет собой тонкость, с которой делится диапазон цветов. Цветовая гамма - это относительно простая функция, но она редко обсуждается в маркетинговых материалах, кроме как на профессиональном уровне. Наличие цветового диапазона, который превышает содержимое, отображаемое на экране, не дает никаких преимуществ, поэтому дисплеи предназначены только для работы в пределах или ниже диапазона определенных характеристик. ^[165] Существуют дополнительные аспекты управления цветом и цветом ЖК-дисплея, такие как белая точка и гамма-коррекция., которые описывают, что такое белый цвет и как другие цвета отображаются относительно белого.
• Коэффициент яркости и контрастности: коэффициент контрастности - это отношение яркости полного пикселя к полностью заполненному пикселю. Сам ЖК-дисплей представляет собой всего лишь световой клапан и не излучает свет; свет исходит от лампы дневного света или от набора светодиодов . Яркость обычно указывается как максимальная светоотдача ЖК-дисплея, которая может сильно варьироваться в зависимости от прозрачности ЖК-дисплея и яркости подсветки. В общем, чем ярче, тем лучше ^{[ необходима цитата ]} , но всегда есть компромисс между яркостью и энергопотреблением.

Преимущества и недостатки [ править ]

Некоторые из этих проблем связаны с полноэкранными дисплеями, другие - с небольшими дисплеями, такими как часы, и т. Д. Многие сравнения относятся к ЭЛТ-дисплеям.

Преимущества [ править ]

• Очень компактный, тонкий и легкий, особенно по сравнению с громоздкими и тяжелыми ЭЛТ-дисплеями.
• Низкое энергопотребление. В зависимости от установленной яркости дисплея и отображаемого содержимого, более старые модели CCFT с подсветкой обычно используют менее половины мощности, которую использовал бы ЭЛТ-монитор с той же областью просмотра, а современные модели со светодиодной подсветкой обычно используют 10–25% мощности. мощность, которую использовал бы ЭЛТ-монитор. ^[166]
• Во время работы выделяется мало тепла из-за низкого энергопотребления.
• Никаких геометрических искажений.
• Возможная способность иметь небольшое или полное отсутствие мерцания в зависимости от технологии подсветки.
• Обычно нет мерцания с частотой обновления, потому что пиксели ЖК-дисплея сохраняют свое состояние между обновлениями (которые обычно выполняются с частотой 200 Гц или быстрее, независимо от частоты обновления входных данных).
• Четкое изображение без расплывания и смазывания при работе с исходным разрешением .
• Практически не излучает нежелательное электромагнитное излучение (в чрезвычайно низком диапазоне частот), в отличие от ЭЛТ-монитора. ^{[167] [168]}
• Может быть изготовлен практически любого размера и формы.
• Нет теоретического предела разрешения. Когда несколько ЖК-панелей используются вместе для создания единого холста, каждая дополнительная панель увеличивает общее разрешение дисплея, которое обычно называют разрешением наложения. ^[169]
• Могут изготавливаться больших форматов с диагональю более 80 дюймов (2 м).
• Эффект маскирования: сетка ЖК-дисплея может маскировать эффекты пространственного квантования и квантования в градациях серого, создавая иллюзию более высокого качества изображения. ^[170]
• Не подвержен влиянию магнитных полей, в том числе земных, в отличие от большинства цветных ЭЛТ.
• Как по своей сути цифровое устройство, ЖК-дисплей может отображать цифровые данные из DVI или HDMI без преобразования в аналоговый. Некоторые ЖК-панели имеют встроенные оптоволоконные входы в дополнение к DVI и HDMI. ^[171]
• Многие ЖК-мониторы питаются от источника питания 12 В, а если они встроены в компьютер, могут питаться от источника питания 12 В.
• Может быть изготовлен с очень узкими рамками, что позволяет размещать несколько ЖК-экранов рядом друг с другом, образуя то, что выглядит как один большой экран.

Недостатки [ править ]

• Ограниченный угол обзора в некоторых старых или более дешевых мониторах, в результате чего цвет, насыщенность, контраст и яркость могут изменяться в зависимости от положения пользователя, даже в пределах предполагаемого угла обзора.
• Неравномерная подсветка на некоторых мониторах (чаще встречается в IPS-типах и более старых TN), вызывающая искажение яркости, особенно по краям («просачивание подсветки»).
• Уровни черного могут быть не такими темными, как требуется, потому что отдельные жидкие кристаллы не могут полностью блокировать прохождение всей задней подсветки.
• Отображение размытия движения на движущихся объектах, вызванного медленным временем отклика (> 8 мс) и отслеживанием взгляда на дисплее с выборкой и удержанием , если не используется стробирующая подсветка . Однако этот стробинг может вызвать утомление глаз, как указано ниже:
• По состоянию на 2012 год в большинстве реализаций подсветки ЖК-дисплея для уменьшения яркости дисплея используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) ^{[172], из-за} чего экран мерцает более резко (это не значит заметно), чем у ЭЛТ-монитора с частотой обновления 85 Гц ( Это связано с тем, что мигает весь экран, а не светящаяся точка люминофора ЭЛТ, которая непрерывно сканирует экран, оставляя некоторую часть дисплея постоянно светящейся), что вызывает у некоторых людей серьезное напряжение глаз . ^{[173] [174]} К сожалению, многие из этих людей не знают, что их напряжение глаз вызвано невидимым стробоскопическим эффектом ШИМ. ^[175]Эта проблема усугубляется на многих мониторах со светодиодной подсветкой , потому что светодиоды включаются и выключаются быстрее, чем лампа CCFL .
• Только одно родное разрешение . Для отображения любого другого разрешения либо требуется масштабатор видео , вызывающий размытость и неровные края, либо дисплей работает с исходным разрешением с использованием сопоставления пикселей 1: 1 , в результате чего изображение либо не заполняет экран ( отображение в виде почтового ящика ), либо выходит за пределы нижнего или правый край экрана.
• Фиксированная битовая глубина (также называемая глубиной цвета). Многие дешевые ЖК - мониторы только способен отображать 262144 (2 ¹⁸ ) цветов. 8-битные панели S-IPS могут отображать 16 миллионов (2 ²⁴ ) цветов и имеют значительно лучший уровень черного, но они дороги и имеют меньшее время отклика.
• Задержка ввода , потому что аналого- цифровой преобразователь ЖК-дисплея ожидает полного вывода каждого кадра перед его выводом на ЖК-панель. Многие ЖК-мониторы выполняют постобработку перед отображением изображения, пытаясь компенсировать плохую цветопередачу, которая добавляет дополнительную задержку. Кроме того, при отображении неродных разрешений необходимо использовать средство масштабирования видео , что увеличивает временную задержку. На современных мониторах масштабирование и постобработка обычно выполняются в одном чипе, но каждая функция, которую выполняет чип, добавляет некоторую задержку. Некоторые дисплеи имеют режим видеоигр, который отключает всю или большую часть обработки, чтобы уменьшить заметную задержку ввода. ^[176]
• Мертвые или застрявшие пиксели могут возникать во время производства или после определенного периода использования. Застрявший пиксель будет светиться цветом даже на полностью черном экране, а мертвый всегда останется черным.
• При наличии эффекта выгорания, хотя причина отличается от CRT и эффект может быть непостоянным, статическое изображение может вызвать выгорание в течение нескольких часов на плохо спроектированных дисплеях.
• При постоянном включении термализация может произойти в случае плохого управления температурой, когда часть экрана перегрелась и выглядит обесцвеченной по сравнению с остальной частью экрана.
• Потеря яркости и более медленное время отклика в условиях низких температур. В условиях минусовой температуры ЖК-экраны могут перестать работать без использования дополнительного обогрева.
• Потеря контрастности в условиях высоких температур.

Используемые химические вещества [ править ]

В жидких кристаллах используется несколько различных семейств жидких кристаллов. Используемые молекулы должны быть анизотропными и проявлять взаимное притяжение. Поляризуемые палочковидные молекулы ( бифенилы , терфенилы и т. Д.) Являются обычным явлением. Распространенной формой является пара ароматических бензольных колец с неполярной группой (пентил, гептил, октил или алкилоксигруппа) на одном конце и полярной (нитрил, галоген) на другом. Иногда бензольные кольца разделяются ацетиленовой группой, этиленовой, CH = N, CH = NO, N = N, N = NO или сложноэфирной группой. На практике эвтектикаиспользуются смеси нескольких химикатов для достижения более широкого рабочего диапазона температур (-10 .. + 60 ° C для низкопроизводительных дисплеев и -20 .. + 100 ° C для высокопроизводительных дисплеев). Например, смесь E7 состоит из трех бифенилов и одного терфенила: 39 мас.% 4'-пентил [1,1'-бифенил] -4-карбонитрила (нематический интервал 24..35 ° C), 36 мас. % 4'-гептил [1,1'-бифенил] -4-карбонитрила (нематический диапазон 30..43 ° C), 16 мас.% 4'-октокси [1,1'-бифенил] -4-карбонитрила (нематический диапазон 54..80 ° C) и 9 мас.% 4- пентил [1,1 ': 4', 1- терфенил] -4-карбонитрила (нематический диапазон 131..240 ° C). ^[177]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

При производстве ЖК-экранов трифторид азота (NF ₃ ) используется в качестве травильной жидкости при производстве тонкопленочных компонентов. NF ₃ является мощным парниковым газом , и его относительно длительный период полураспада может сделать его потенциально опасным фактором глобального потепления . В отчете, опубликованном в Geophysical Research Letters, говорится, что его влияние теоретически намного больше, чем у более известных источников парниковых газов, таких как углекислый газ . Поскольку в то время NF ₃ не использовался широко, он не был включен в Киотские протоколы и считался «пропавшим парниковым газом».^[178]

Критики отчета указывают, что в нем предполагается, что весь произведенный NF ₃ будет выброшен в атмосферу. В действительности подавляющее большинство NF ₃ разрушается в процессе очистки; два более ранних исследования показали, что только 2-3% газа не разрушается после его использования. ^[179] Кроме того, в отчете не удалось сравнить эффекты NF ₃ с тем, что он заменил, перфторуглеродом , другим мощным парниковым газом, от 30 до 70% которого улетучивается в атмосферу при обычном использовании. ^[179]

См. Также [ править ]

• Трансфлективный жидкокристаллический дисплей
• Плоский дисплей
• FPD-Link
• Классификация ЖК-дисплеев
• ЖК-проектор
• ЖК-телевизор
• Список производителей жидкокристаллических дисплеев

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с жидкокристаллическими дисплеями .

• LCD, OLED, TFT - Конструкция и отличие, преимущества и недостатки 08. Juli 2020
• Разборка ЖК-монитора - инженер видео на YouTube
• История и физические свойства жидких кристаллов, Nobelprize.org
• Определения основных терминов, относящихся к жидким кристаллам с низкой молярной массой и полимерным жидким кристаллам (Рекомендации ИЮПАК 2001 г.)
• Понятное введение в жидкие кристаллы от Университета Кейс Вестерн Резерв
• Учебник по физике жидких кристаллов от Liquid Crystals Group, Университет Колорадо
• Молекулярные кристаллы и жидкие кристаллы журнал Тейлора и Фрэнсиса
• Как производятся TFT-LCD от AUO
• Как производятся ЖК-дисплеи LTPS (Low Temperature Poly Silicon), AUO

Общая информация [ править ]

• Разработка жидкокристаллических дисплеев: интервью с Джорджем Греем, Университет Халла, 2004 г. - Видео предоставлено Vega Science Trust.
• Тимоти Слукин « История жидких кристаллов» , презентация и выдержки из книги « Кристаллы, которые текут: классические статьи по истории жидких кристаллов» .
• Дэвид Данмур и Тим Слукин (2011) Мыло, наука и телевизоры с плоским экраном: история жидких кристаллов , Oxford University Press ISBN 978-0-19-954940-5 . 
• Олег Артамонов (23 января 2007 г.). «Параметры современного ЖК-монитора: объективный и субъективный анализ» . X-bit labs. Архивировано из оригинального 16 мая 2008 года . Проверено 17 мая 2008 года .
• Обзор технологии 3LCD , Presentation Technology
• Регулировка фазы и частоты ЖК-дисплея , Techmind предлагает бесплатный тестовый экран для получения лучшего качества изображения ЖК-дисплея, чем функция автонастройки ЖК-дисплея.
• Подключение буквенно-цифрового ЖК-дисплея к микроконтроллеру
• Анимации, поясняющие работу ЖК-панелей
• Жидкие кристаллы производятся в основном Merck Group (DE) , Chisso (JP), DIC Corporation (JP), PriChem (CN), BaYi Space LCD Materials (CN) и Yancheng smile (CN). ^[1]