Հեղուկ բյուրեղյա էկրանը բարակ հարթ վահանակի վրա էլեկտրական գեներացվող պատկերի տեսակ է: Առաջին LCD-ները, որոնք հայտնվեցին 1970-ականներին, փոքր էկրաններ էին, որոնք հիմնականում օգտագործվում էին հաշվիչներում և թվային ժամացույցներում, որոնք ցուցադրում էին սև թվեր սպիտակ ֆոնի վրա: LCD-ները կարելի է գտնել ամենուր տնային էլեկտրոնիկայի համակարգերում, բջջային հեռախոսներում, տեսախցիկներում և համակարգչային մոնիտորներում, ինչպես նաև ժամացույցներում և հեռուստացույցներում: Այսօրվա գերժամանակակից LCD հարթ վահանակի հեռուստացույցները հիմնականում փոխարինել են հեռուստացույցների ավանդական մեծածավալ CRT-ներին և կարող են ստեղծել բարձր հստակության գունավոր պատկերներ մինչև 108 դյույմ անկյունագծով էկրանի վրա:
Հեղուկ բյուրեղների պատմություն
Հեղուկ բյուրեղները պատահաբար հայտնաբերվեցին 1888 թվականին Ավստրիայից բուսաբան Ֆ. Ռեյնիցերի կողմից: Նա պարզել է, որ խոլեստերին բենզոատն ունի երկու հալման կետ՝ 145°C-ում վերածվում է պղտոր հեղուկի, իսկ 178,5°C-ից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում հեղուկը դառնում է թափանցիկ։ Դեպիգտնել այս երեւույթի բացատրությունը, նա իր նմուշները տվել է ֆիզիկոս Օտտո Լեհմանին։ Օգտագործելով մանրադիտակ, որը հագեցած է աստիճանական տաքացմամբ, Լեմանը ցույց տվեց, որ նյութն ունի որոշ բյուրեղների համար բնորոշ օպտիկական հատկություններ, բայց դեռ հեղուկ է, և այդ պատճառով էլ ստեղծվել է «հեղուկ բյուրեղ» տերմինը::
1920-ականների և 1930-ականների ընթացքում հետազոտողները ուսումնասիրել են էլեկտրամագնիսական դաշտերի ազդեցությունը հեղուկ բյուրեղների վրա: 1929 թվականին ռուս ֆիզիկոս Վսևոլոդ Ֆրեդերիքսը ցույց տվեց, որ նրանց մոլեկուլները բարակ թաղանթում, որը դրված է երկու թիթեղների միջև, փոխում են իրենց հավասարեցումը, երբ կիրառվեց մագնիսական դաշտ: Դա ժամանակակից լարման հեղուկ բյուրեղային դիսփլեյի նախորդն էր: Տեխնոլոգիական զարգացման տեմպերը 1990-ականների սկզբից եղել են արագ և շարունակում են աճել։
LCD տեխնոլոգիան զարգացել է սևից և սպիտակից պարզ ժամացույցների և հաշվիչների համար մինչև բազմագույն բջջային հեռախոսների, համակարգչային մոնիտորների և հեռուստացույցների համար: Համաշխարհային LCD շուկան այժմ մոտենում է տարեկան $100 մլրդ-ին` 2005-ի $60 մլրդ-ի և 2003-ի $24 մլրդ-ի դիմաց համապատասխանաբար: LCD-ի արտադրությունը համաշխարհային մասշտաբով կենտրոնացած է Հեռավոր Արևելքում և աճում է Կենտրոնական և Արևելյան Եվրոպայում: Ամերիկյան ֆիրմաները առաջատար են արտադրության տեխնոլոգիայի ոլորտում: Նրանց ցուցադրություններն այժմ գերիշխում են շուկայում, և մոտ ապագայում դա դժվար թե փոխվի:
բյուրեղացման գործընթացի ֆիզիկա
Հեղուկ բյուրեղների մեծ մասը, օրինակ՝ խոլեստերին բենզոատը, կազմված են երկար ձողանման կառուցվածք ունեցող մոլեկուլներից: Հեղուկի մոլեկուլների այս հատուկ կառուցվածքըԵրկու բևեռացնող ֆիլտրերի միջև եղած բյուրեղները կարող են կոտրվել էլեկտրոդների վրա լարման կիրառմամբ, LCD տարրը դառնում է անթափանց և մնում մուգ: Այս կերպ ցուցադրման տարբեր տարրեր կարող են փոխարկվել բաց կամ մուգ գույների՝ այդպիսով ցուցադրելով թվեր կամ նիշեր:
Գրավիչ ուժերի այս համակցությունը, որը գոյություն ունի ձողանման կառուցվածքի հետ կապված բոլոր մոլեկուլների միջև, առաջացնում է հեղուկ բյուրեղային փուլի ձևավորում: Այնուամենայնիվ, այս փոխազդեցությունը բավականաչափ ուժեղ չէ մոլեկուլները մշտապես տեղում պահելու համար: Այդ ժամանակից ի վեր հայտնաբերվել են հեղուկ բյուրեղային կառուցվածքների շատ տարբեր տեսակներ: Դրանցից մի քանիսը դասավորված են շերտերով, մյուսները՝ սկավառակի կամ սյունակների տեսքով։
LCD տեխնոլոգիա
Հեղուկ բյուրեղային էկրանի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է էլեկտրականորեն զգայուն նյութերի հատկությունների վրա, որոնք կոչվում են հեղուկ բյուրեղներ, որոնք հոսում են հեղուկների նման, բայց ունեն բյուրեղային կառուցվածք: Բյուրեղային պինդ մարմիններում բաղկացուցիչ մասնիկները՝ ատոմները կամ մոլեկուլները, գտնվում են երկրաչափական զանգվածներում, մինչդեռ հեղուկ վիճակում նրանք ազատ են պատահականորեն շարժվել:
Հեղուկ բյուրեղների ցուցադրման սարքը բաղկացած է մոլեկուլներից, հաճախ ձողաձև, որոնք կազմակերպվում են մեկ ուղղությամբ, բայց դեռ կարող են շարժվել: Հեղուկ բյուրեղների մոլեկուլները արձագանքում ենէլեկտրական լարում, որը փոխում է դրանց կողմնորոշումը և փոխում նյութի օպտիկական բնութագրերը: Այս հատկությունն օգտագործվում է LCD-ների վրա:
Միջինում նման վահանակը բաղկացած է պատկերի հազարավոր տարրերից («պիքսելներ»), որոնք անհատապես սնուցվում են լարման միջոցով: Դրանք ավելի բարակ են, թեթև և ունեն ավելի ցածր աշխատանքային լարում, քան ցուցադրման այլ տեխնոլոգիաները և իդեալական են մարտկոցով աշխատող սարքերի համար:
Պասիվ մատրիցա
Կա ցուցադրման երկու տեսակ՝ պասիվ և ակտիվ մատրիցա: Պասիվները կառավարվում են միայն երկու էլեկտրոդներով։ Դրանք թափանցիկ ITO-ի շերտեր են, որոնք պտտվում են 90-ով միմյանց հետ: Սա ստեղծում է խաչաձև մատրիցա, որը վերահսկում է յուրաքանչյուր LC բջիջը առանձին: Հասցեավորումը կատարվում է տրամաբանությամբ և թվային LCD-ից առանձին դրայվերներով: Քանի որ այս տեսակի հսկողության դեպքում LC բջիջում լիցք չկա, հեղուկ բյուրեղային մոլեկուլները աստիճանաբար վերադառնում են իրենց սկզբնական վիճակին: Հետևաբար, յուրաքանչյուր բջիջ պետք է վերահսկվի կանոնավոր ընդմիջումներով:
Պասիվներն ունեն համեմատաբար երկար արձագանքման ժամանակ և հարմար չեն հեռուստատեսային հավելվածների համար: Ցանկալի է, որ ապակե հիմքի վրա դրայվեր կամ անջատիչ բաղադրիչներ, ինչպիսիք են տրանզիստորները, տեղադրվեն: Պայծառության կորուստ այս տարրերի կողմից ստվերման պատճառով տեղի չի ունենում, ուստի LCD-ների շահագործումը շատ պարզ է:
Պասիվները լայնորեն օգտագործվում են հատվածավոր թվերով և նշաններով փոքր ընթերցման համար այնպիսի սարքերում, ինչպիսիք են.հաշվիչներ, տպիչներ և հեռակառավարման վահանակներ, որոնցից շատերը մոնոխրոմ են կամ ունեն ընդամենը մի քանի գույն: Պասիվ մոնոխրոմ և գունավոր գրաֆիկական էկրանները օգտագործվել են վաղ նոութբուքերում և մինչ օրս օգտագործվում են որպես ակտիվ մատրիցայի այլընտրանք:
Ակտիվ TFT ցուցադրում
Ակտիվ մատրիցային ցուցադրումներից յուրաքանչյուրն օգտագործում է մեկ տրանզիստոր՝ շարժելու համար և կոնդենսատոր՝ լիցքը պահելու համար: IPS (In Plane Switching) տեխնոլոգիայի մեջ հեղուկ բյուրեղային ցուցիչի գործարկման սկզբունքը օգտագործում է դիզայն, որտեղ էլեկտրոդները չեն կուտակվում, այլ գտնվում են միմյանց կողքին՝ նույն հարթության վրա, ապակե հիմքի վրա: Էլեկտրական դաշտը թափանցում է LC մոլեկուլները հորիզոնական:
Դրանք հարթեցված են էկրանի մակերեսին զուգահեռ, ինչը զգալիորեն մեծացնում է դիտման անկյունը: IPS-ի թերությունն այն է, որ յուրաքանչյուր բջիջի կարիք ունի երկու տրանզիստոր: Սա նվազեցնում է թափանցիկ տարածքը և պահանջում է ավելի պայծառ լուսավորություն: VA (Vertical Alignment) և MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) օգտագործում են առաջադեմ հեղուկ բյուրեղներ, որոնք ուղղահայաց հարթեցնում են առանց էլեկտրական դաշտի, այսինքն՝ ուղղահայաց էկրանի մակերեսին:
Բևեռացված լույսը կարող է անցնել, բայց արգելափակված է առջևի բևեռացման միջոցով: Այսպիսով, առանց ակտիվացման բջիջը սև է: Քանի որ բոլոր մոլեկուլները, նույնիսկ նրանք, որոնք գտնվում են ենթաշերտի եզրերին, միատեսակ ուղղահայաց են, արդյունքում ստացվող սև արժեքը բոլոր անկյուններում շատ մեծ է: Ի տարբերություն պասիվ մատրիցայիՀեղուկ բյուրեղային էկրանները, ակտիվ մատրիցային էկրանները ունեն տրանզիստոր յուրաքանչյուր կարմիր, կանաչ և կապույտ ենթապիքսելում, որը պահում է դրանք ցանկալի ինտենսիվության վրա, մինչև այդ տողը հասցեագրվի հաջորդ կադրում:
Բջջի միացման ժամանակ
Էկրանների արձագանքման ժամանակը միշտ էլ մեծ խնդիր է եղել: Հեղուկ բյուրեղի համեմատաբար բարձր մածուցիկության պատճառով LCD բջիջները բավականին դանդաղ են անցնում: Պատկերում արագ շարժումների շնորհիվ դա հանգեցնում է շերտերի առաջացմանը։ Ցածր մածուցիկության հեղուկ բյուրեղը և փոփոխված հեղուկ բյուրեղային բջիջների կառավարումը (գերդրայվ) սովորաբար լուծում են այս խնդիրները:
Ժամանակակից LCD-ների արձագանքման ժամանակը ներկայումս կազմում է մոտ 8 մս (ամենաարագ արձագանքման ժամանակը 1 մվ է)՝ փոխելով պատկերի տարածքի պայծառությունը 10%-ից մինչև 90%, որտեղ 0% և 100%-ը կայուն վիճակի պայծառությունն է, ISO 13406: -2-ը պայծառից մութ (կամ հակառակը) և հակառակը անցնելու ժամանակի գումարն է: Այնուամենայնիվ, ասիմպտոտիկ փոխարկման գործընթացի պատճառով միացման ժամանակ պահանջվում է <3 ms՝ տեսանելի շերտերից խուսափելու համար:
Overdrive տեխնոլոգիան նվազեցնում է հեղուկ բյուրեղային բջիջների միացման ժամանակը: Այդ նպատակով LCD բջիջի վրա ժամանակավորապես կիրառվում է ավելի բարձր լարում, քան անհրաժեշտ է իրական պայծառության արժեքի համար: Հեղուկ բյուրեղային էկրանի կարճ լարման բարձրացման պատճառով իներտ հեղուկ բյուրեղները բառացիորեն դուրս են գալիս իրենց դիրքից և շատ ավելի արագ են հարթվում: Այս գործընթացի մակարդակի համար պատկերը պետք է պահվի քեշում: Համապատասխան արժեքների համար հատուկ նախագծվածի հետ միասինցուցադրման ուղղում, համապատասխան լարման բարձրությունը կախված է գամմայից և վերահսկվում է ազդանշանային պրոցեսորի որոնման աղյուսակներով յուրաքանչյուր պիքսելի համար և հաշվարկում պատկերի տեղեկատվության ճշգրիտ ժամանակը:
Ցուցանիշների հիմնական բաղադրիչները
Լույսի բևեռացման պտույտը, որն առաջանում է հեղուկ բյուրեղի կողմից, հիմք է հանդիսանում LCD-ի աշխատանքի համար: Հիմնականում գոյություն ունեն LCD-ների երկու տեսակ՝ փոխանցող և ռեֆլեկտիվ՝
- Փոխանցող.
- Փոխանցում.
Փոխանցման LCD էկրանի շահագործում: Ձախ կողմում LCD հետին լույսն արձակում է չբևեռացված լույս: Երբ այն անցնում է հետևի բևեռացման միջոցով (ուղղահայաց բևեռացնող), լույսը կդառնա ուղղահայաց բևեռացված: Այնուհետև այս լույսը հարվածում է հեղուկ բյուրեղին և միացնելու դեպքում կպտտվի բևեռացումը: Հետևաբար, երբ ուղղահայաց բևեռացված լույսն անցնում է ON հեղուկ բյուրեղային հատվածով, այն դառնում է հորիզոնական բևեռացված:
Հաջորդ - առջևի բևեռացնողը կփակի հորիզոնական բևեռացված լույսը: Այսպիսով, այս հատվածը դիտորդին մուգ կթվա: Եթե հեղուկ բյուրեղային հատվածն անջատված է, այն չի փոխի լույսի բևեռացումը, ուստի այն կմնա ուղղահայաց բևեռացված: Այսպիսով, առջեւի բեւեռացնողը փոխանցում է այս լույսը: Այս էկրանները, որոնք սովորաբար կոչվում են հետին լուսավորված LCD, օգտագործում են շրջակա միջավայրի լույսը որպես աղբյուր:
- Ժամացույց.
- Ռեֆլեկտիվ LCD.
- Սովորաբար հաշվիչներն օգտագործում են այս տեսակի էկրան:
Դրական և բացասական հատվածներ
Դրական պատկերը ստեղծվում է սպիտակ ֆոնի վրա մուգ պիքսելներով կամ հատվածներով: Դրանցում բևեռացնողները միմյանց ուղղահայաց են։ Սա նշանակում է, որ եթե առջևի բևեռացումը ուղղահայաց է, ապա հետևի բևեռացնողը կլինի հորիզոնական: Այսպիսով, OFF-ը և ֆոնը թույլ կտա լույսը թափանցել, իսկ ON-ը արգելափակելու է այն: Այս էկրանները սովորաբար օգտագործվում են այնպիսի ծրագրերում, որտեղ առկա է շրջակա միջավայրի լույս:
Այն կարող է նաև ստեղծել պինդ վիճակի և հեղուկ բյուրեղյա դիսփլեյներ տարբեր ֆոնային գույներով: Բացասական պատկերը ստեղծվում է մուգ ֆոնի վրա բաց պիքսելներով կամ հատվածներով: Դրանցում համակցված են առջևի և հետևի բևեռացնողները։ Սա նշանակում է, որ եթե առջևի բևեռացումը ուղղահայաց է, հետևի մասը նույնպես ուղղահայաց կլինի և հակառակը:
Այսպիսով, OFF հատվածները և ֆոնը արգելափակում են լույսը, իսկ ON հատվածները թույլ են տալիս լույսը թափանցել՝ ստեղծելով բաց էկրան մուգ ֆոնի վրա: Հետին լուսավորությամբ LCD-ները սովորաբար օգտագործում են այս տեսակը, որն օգտագործվում է այն վայրերում, որտեղ շրջակա միջավայրի լույսը թույլ է: Այն նաև ի վիճակի է ստեղծել տարբեր ֆոնային գույներ:
Ցուցադրել հիշողություն RAM
DD-ն այն հիշողությունն է, որը պահում է էկրանին ցուցադրվող նիշերը: 16 նիշից բաղկացած 2 տող ցուցադրելու համար հասցեները սահմանվում են հետևյալ կերպ.
| Գիծ | Տեսանելի | Անտեսանելի |
| Թոփ | 00H 0FH | 10H 27H |
| Ցածր | 40H - 4FH | 50H 67H |
Այն թույլ է տալիս ստեղծել առավելագույնը 8 կամ 5x7 նիշ: Հիշողության մեջ նոր նիշերը բեռնվելուց հետո դրանք կարող են մուտք գործել այնպես, ասես ROM-ում պահված սովորական նիշեր լինեն: CG RAM-ն օգտագործում է 8-բիթանոց լայն բառեր, սակայն LCD-ի վրա հայտնվում են միայն 5 ամենանվազ նշանակալի բիթերը:
Ուրեմն D4-ը ամենաձախ կետն է, իսկ D0-ը աջ կողմի բևեռն է: Օրինակ, RAM-ի բայթ CG-ի բեռնումը 1Fh-ով կանչում է այս տողի բոլոր կետերը:
Բիթ ռեժիմի կառավարում
Գոյություն ունի ցուցադրման երկու ռեժիմ՝ 4-բիթ և 8-բիթ: 8-բիթանոց ռեժիմում տվյալները էկրանին ուղարկվում են D0-ից D7 կապանքներով: RS տողը դրված է 0 կամ 1՝ կախված նրանից, թե արդյոք ցանկանում եք ուղարկել հրաման կամ տվյալներ: R/W գիծը նույնպես պետք է սահմանվի 0՝ ցույց տալու համար գրվող էկրանը: Մնում է ուղարկել E մուտքագրման առնվազն 450 վս զարկերակ՝ ցույց տալու համար, որ վավեր տվյալներ կան D0-ից մինչև D7 կապումներում:
Ցուցասարքը կկարդա տվյալներ այս մուտքագրման անկման եզրին: Եթե ընթերցումը պահանջվում է, ապա ընթացակարգը նույնական է, բայց այս անգամ R/W տողը դրվում է 1-ի՝ կարդալու խնդրանքով: Տվյալները վավեր կլինեն D0-D7 տողերի վրա՝ բարձր գծի վիճակում:
4-բիթ ռեժիմ: Որոշ դեպքերում կարող է անհրաժեշտ լինել նվազեցնել էկրանը վարելու համար օգտագործվող լարերի քանակը, օրինակ, երբ միկրոկառավարիչը շատ քիչ I/O կապում ունի: Այս դեպքում կարող է օգտագործվել 4-բիթ LCD ռեժիմը: Այս ռեժիմում փոխանցելու համարտվյալները և դրանք կարդալիս օգտագործվում են էկրանի միայն 4 ամենակարևոր բիթերը (D4-ից մինչև D7):
4 նշանակալից բիթ (D0-ից D3) այնուհետև միացված է գետնին: Այնուհետև տվյալները գրվում կամ ընթերցվում են՝ ուղարկելով չորս ամենակարևոր բիթերը հաջորդականությամբ, որին հաջորդում են չորս ամենանվազ նշանակալի բիթերը: Առնվազն 450 ns դրական զարկերակ պետք է ուղարկվի E գիծ՝ յուրաքանչյուր խայթոցը ստուգելու համար:
Երկու ռեժիմներում էլ էկրանի յուրաքանչյուր գործողությունից հետո կարող եք համոզվել, որ այն կարող է մշակել հետևյալ տեղեկատվությունը: Դա անելու համար դուք պետք է պահանջեք կարդալ հրամանի ռեժիմում և ստուգեք Busy BF դրոշը: Երբ BF=0, էկրանը պատրաստ է ընդունելու նոր հրաման կամ տվյալներ:
Թվային լարման սարքեր
Թեստավորողների համար հեղուկ բյուրեղային թվային ցուցիչները կազմված են ապակու երկու բարակ թիթեղներից, որոնց երեսպատման մակերևույթներին կիրառվել են բարակ հաղորդիչ ուղիներ: Երբ ապակին դիտվում է աջից կամ գրեթե ուղիղ անկյան տակ, այդ հետքերը տեսանելի չեն: Այնուամենայնիվ, դիտման որոշակի անկյուններում դրանք տեսանելի են դառնում:
Էլեկտրական շղթայի դիագրամ.
Այստեղ նկարագրված փորձարկիչը բաղկացած է ուղղանկյուն տատանվողից, որը ստեղծում է կատարյալ սիմետրիկ AC լարում առանց որևէ DC բաղադրիչի: Տրամաբանական գեներատորների մեծ մասը ի վիճակի չէ ստեղծել քառակուսի ալիք, նրանք առաջացնում են քառակուսի ալիքի ձևեր, որոնց աշխատանքային ցիկլը տատանվում է 50% -ի սահմաններում: Փորձարկիչում օգտագործվող 4047-ն ունի երկուական սկալյար ելք, որը երաշխավորում է սիմետրիա: Հաճախականությունօսլիլատորը մոտ 1 կՀց է։
Այն կարող է սնուցվել 3-9Վ լարման միջոցով:Սովորաբար դա կլինի մարտկոց, բայց փոփոխական սնուցումն ունի իր առավելությունները: Այն ցույց է տալիս, թե ինչ լարման դեպքում է լարման ցուցիչի հեղուկ բյուրեղը բավարար կերպով աշխատում, և կա նաև հստակ կապ լարման մակարդակի և այն անկյան միջև, որով ցուցադրումը հստակ տեսանելի է: Փորձարկիչը քաշում է 1 մԱ-ից ոչ ավելի:
Փորձարկման լարումը միշտ պետք է միացված լինի ընդհանուր տերմինալի, այսինքն՝ հետևի հարթության և հատվածներից մեկի միջև: Եթե հայտնի չէ, թե որ տերմինալն է հետնամասը, ապա փորձարկողի մի զոնդը միացրեք հատվածին, իսկ մյուս զոնդը՝ բոլոր մյուս տերմինալներին, մինչև հատվածը տեսանելի լինի:
