Maye kristal displey nazik düz paneldə elektriklə yaradılan təsvirin bir növüdür. 1970-ci illərdə çıxan ilk LCD-lər, əsasən kalkulyatorlarda və ağ fonda qara rəqəmləri göstərən rəqəmsal saatlarda istifadə edilən kiçik ekranlar idi. LCD-lər hər yerdə məişət elektronikası sistemlərində, cib telefonlarında, kameralarda və kompüter monitorlarında, həmçinin saat və televizorlarda tapıla bilər. Bu günün ən müasir LCD düz panel televizorları televizorlarda ənənəvi həcmli CRT-ləri böyük ölçüdə əvəz edib və ekran boyu diaqonal olaraq 108 düymədək yüksək dəqiqlikli rəngli şəkillər yarada bilir.
Maye kristalların tarixi
Maye kristallar 1888-ci ildə avstriyalı botanik F. Reinitzer tərəfindən təsadüfən kəşf edilmişdir. O, tapdı ki, xolesteril benzoatın iki ərimə nöqtəsi var, 145 ° C-də buludlu bir mayeyə çevrilir və 178,5 ° C-dən yuxarı temperaturda maye şəffaf olur. KiməBu fenomenin izahını tapmaq üçün nümunələrini fizik Otto Lehmanna verdi. Lehman pilləli isitmə ilə təchiz edilmiş mikroskopdan istifadə edərək maddənin bəzi kristallara xas optik xassələrə malik olduğunu, lakin yenə də maye olduğunu göstərdi və buna görə də “maye kristal” termini yarandı.
1920-1930-cu illərdə tədqiqatçılar elektromaqnit sahələrinin maye kristallara təsirini öyrəndilər. 1929-cu ildə rus fiziki Vsevolod Frederiks iki boşqab arasında sıxışdırılmış nazik bir filmdə molekullarının maqnit sahəsi tətbiq edildikdə düzülmələrini dəyişdiyini göstərdi. Bu, müasir gərginlikli maye kristal displeyin qabaqcıl idi. 1990-cı illərin əvvəllərindən bəri texnoloji inkişaf tempi sürətli olub və böyüməyə davam edir.
LCD texnologiyası sadə saatlar və kalkulyatorlar üçün ağ-qaradan mobil telefonlar, kompüter monitorları və televizorlar üçün çoxrəngli rəngə qədər inkişaf etmişdir. Qlobal LCD bazarı 2005-ci ildəki 60 milyard dollardan və 2003-cü ildəki 24 milyard dollardan indi ildə 100 milyard dollara yaxınlaşır. LCD istehsalı qlobal miqyasda Uzaq Şərqdə cəmləşib və Mərkəzi və Şərqi Avropada böyüyür. Amerika firmaları istehsal texnologiyasında liderlik edir. Onların displeyləri indi bazarda üstünlük təşkil edir və bunun yaxın gələcəkdə dəyişməsi mümkün deyil.
Kristallaşma prosesinin fizikası
Xolesteril benzoat kimi maye kristalların çoxu uzun çubuq kimi strukturlara malik molekullardan ibarətdir. Bu maye molekulların xüsusi quruluşuiki polarizasiya filtri arasındakı kristallar elektrodlara gərginlik tətbiq etməklə qırıla bilər, LCD elementi qeyri-şəffaf olur və qaranlıq qalır. Bu yolla, müxtəlif displey elementləri açıq və ya tünd rənglərə dəyişdirilə bilər, bununla da rəqəmlər və ya simvollar göstərilir.
Çubuq kimi strukturla əlaqəli bütün molekullar arasında mövcud olan cəlbedici qüvvələrin bu birləşməsi maye kristal fazanın əmələ gəlməsinə səbəb olur. Ancaq bu qarşılıqlı əlaqə molekulları daimi olaraq yerində saxlamaq üçün kifayət qədər güclü deyil. O vaxtdan bəri çoxlu müxtəlif növ maye kristal strukturları kəşf edilmişdir. Onlardan bəziləri təbəqələrdə, digərləri isə disk şəklində və ya sütunlar şəklində yerləşdirilib.
LCD texnologiyası
Maye kristal displeyin iş prinsipi maye kristallar adlanan, maye kimi axan, lakin kristal quruluşa malik elektrikə həssas materialların xüsusiyyətlərinə əsaslanır. Kristal bərk cisimlərdə onu təşkil edən hissəciklər - atomlar və ya molekullar həndəsi massivlərdədir, maye vəziyyətdə isə onlar təsadüfi şəkildə hərəkət edə bilirlər.
Maye kristal displey cihazı bir istiqamətdə təşkil edilən, lakin hələ də hərəkət edə bilən, çox vaxt çubuqşəkilli molekullardan ibarətdir. Maye kristal molekulları reaksiya verironların istiqamətini dəyişdirən və materialın optik xüsusiyyətlərini dəyişdirən elektrik gərginliyi. Bu xüsusiyyət LCD-lərdə istifadə olunur.
Orta hesabla, belə panel fərdi olaraq gərginliklə qidalanan minlərlə şəkil elementindən (“piksellər”) ibarətdir. Onlar digər displey texnologiyalarına nisbətən daha nazik, yüngül və daha aşağı işləmə gərginliyinə malikdir və batareya ilə işləyən cihazlar üçün idealdır.
Pasif Matris
İki növ displey var: passiv və aktiv matris. Passiv olanlar yalnız iki elektrod tərəfindən idarə olunur. Onlar bir-birinə 90 fırlanan şəffaf İTO zolaqlarıdır. Bu, hər bir LC hüceyrəsini ayrıca idarə edən çarpaz matris yaradır. Ünvanlaşdırma məntiq və rəqəmsal LCD-dən ayrı sürücülər tərəfindən həyata keçirilir. Bu tip nəzarətdə LC hüceyrəsində heç bir yük olmadığı üçün maye kristal molekulları tədricən ilkin vəziyyətinə qayıdır. Buna görə də, hər bir xana müntəzəm olaraq nəzarət edilməlidir.
Passivlərin nisbətən uzun cavab müddəti var və televiziya proqramları üçün uyğun deyil. Tercihen, heç bir sürücü və ya tranzistorlar kimi keçid komponentləri şüşə substratda quraşdırılmır. Bu elementlərin kölgə salması səbəbindən parlaqlığın itirilməsi baş vermir, buna görə də LCD-lərin işləməsi çox sadədir.
Passiv kimi cihazlarda kiçik oxumaq üçün seqmentləşdirilmiş rəqəmlər və simvollarla geniş istifadə olunur.çoxu monoxrom və ya bir neçə rəngə malik olan kalkulyatorlar, printerlər və uzaqdan idarəetmə vasitələri. Passiv monoxrom və rəngli qrafik displeylər ilkin noutbuklarda istifadə edilib və hələ də aktiv matrisa alternativ kimi istifadə olunur.
Aktiv TFT displeylər
Aktiv matris displeylərin hər biri sürücülük üçün bir tranzistordan və yükü saxlamaq üçün bir kondansatördən istifadə edir. IPS (In Plane Switching) texnologiyasında maye kristal göstəricinin işləmə prinsipi elektrodların yığılmadığı, lakin şüşə substratda eyni müstəvidə bir-birinin yanında yerləşdiyi dizayndan istifadə edir. Elektrik sahəsi LC molekullarına üfüqi şəkildə nüfuz edir.
Onlar ekran səthinə paralel düzülüb, bu da baxış bucağını xeyli artırır. IPS-in dezavantajı hər hüceyrənin iki tranzistora ehtiyacı olmasıdır. Bu, şəffaf sahəni azaldır və daha parlaq arxa işıq tələb edir. VA (Vertical Alignment) və MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) elektrik sahəsi olmadan, yəni ekran səthinə perpendikulyar olan təkmil maye kristallardan istifadə edir.
Qütbləşmiş işıq keçə bilər, lakin ön polarizator tərəfindən bloklanır. Beləliklə, aktivləşdirilməmiş hüceyrə qara rəngdədir. Bütün molekullar, hətta substratın kənarlarında olanlar da, eyni şəkildə şaquli şəkildə düzləndiklərindən, nəticədə yaranan qara dəyər bütün künclərdə çox böyük olur. Passiv matrisdən fərqli olaraqmaye kristal displeylərin, aktiv matris displeylərin hər qırmızı, yaşıl və mavi alt pikseldə tranzistoru var ki, bu da onları növbəti çərçivədə həmin sətir ünvanlanana qədər istənilən intensivlikdə saxlayır.
Hüceyrə keçid vaxtı
Ekranların cavab müddəti həmişə böyük problem olub. Maye kristalın nisbətən yüksək özlülüyünə görə LCD hüceyrələri olduqca yavaş dəyişir. Şəkildəki sürətli hərəkətlərə görə bu, zolaqların yaranmasına səbəb olur. Aşağı özlülüklü maye kristal və dəyişdirilmiş maye kristal hüceyrə nəzarəti (overdrive) adətən bu problemləri həll edir.
Müasir LCD-lərin cavab müddəti hazırda təxminən 8ms-dir (ən sürətli cavab müddəti 1ms-dir) şəkil sahəsinin parlaqlığını 10%-dən 90%-ə qədər dəyişir, burada 0% və 100% sabit vəziyyət parlaqlığıdır, ISO 13406 -2 parlaqdan qaranlığa (və ya əksinə) və əksinə keçid vaxtının cəmidir. Lakin, asimptotik keçid prosesinə görə, görünən zolaqların qarşısını almaq üçün <3 ms keçid vaxtı tələb olunur.
Overdrive texnologiyası maye kristal hüceyrələrin keçid vaxtını azaldır. Bu məqsədlə müvəqqəti olaraq LCD hüceyrəsinə faktiki parlaqlıq dəyəri üçün lazım olandan daha yüksək gərginlik tətbiq edilir. Maye kristal displeyin qısa gərginlikli dalğalanması səbəbindən inert maye kristallar sözün həqiqi mənasında öz mövqelərindən çıxır və daha sürətli səviyyəyə düşürlər. Bu proses səviyyəsi üçün şəkil önbelleğe alınmalıdır. Müvafiq dəyərlər üçün xüsusi olaraq hazırlanmışdırekran korreksiyası, müvafiq gərginlik hündürlüyü qammadan asılıdır və hər piksel üçün siqnal prosessorundan axtarış cədvəlləri ilə idarə olunur və şəkil məlumatının dəqiq vaxtını hesablayın.
Göstəricilərin əsas komponentləri
Maye kristalın yaratdığı işığın polarizasiyasındakı fırlanma LCD-nin necə işləməsi üçün əsasdır. Əsasən iki növ LCD var, Transmissive və Reflective:
- Transmissiv.
- Ötürülmə.
Transmissiya LCD displey əməliyyatı. Sol tərəfdə LCD arxa işığı polarizasiya olunmamış işıq saçır. Arxa polarizatordan (şaquli polarizator) keçəndə işıq şaquli qütbləşəcək. Bu işıq daha sonra maye kristala dəyir və yandırıldıqda qütbləşməni bükür. Buna görə də, şaquli qütbləşmiş işıq ON maye kristal seqmentindən keçəndə üfüqi qütbləşir.
Növbəti - ön polarizator üfüqi qütbləşmiş işığı bloklayacaq. Beləliklə, bu seqment müşahidəçiyə qaranlıq görünəcək. Maye kristal seqmenti söndürülürsə, işığın polarizasiyasını dəyişməyəcək, buna görə də şaquli qütblü qalacaq. Beləliklə, ön polarizator bu işığı ötürür. Adətən arxa işıqlı LCD adlanan bu displeylər öz mənbəyi kimi ətraf işığından istifadə edir:
- Saat.
- Reflective LCD.
- Adətən kalkulyatorlar bu tip ekrandan istifadə edir.
Müsbət və mənfi seqmentlər
Müsbət təsvir ağ fonda tünd piksellər və ya seqmentlər tərəfindən yaradılır. Onlarda polarizatorlar bir-birinə perpendikulyardır. Bu o deməkdir ki, ön polarizator şaquli olarsa, arxa polarizator üfüqi olacaqdır. Beləliklə, OFF və fon işığın keçməsinə imkan verəcək, ON isə onu bloklayacaq. Bu displeylər adətən mühit işığının mövcud olduğu tətbiqlərdə istifadə olunur.
O, həmçinin müxtəlif fon rəngləri ilə bərk və maye kristal displeylər yaratmağa qadirdir. Mənfi təsvir qaranlıq fonda açıq piksellər və ya seqmentlər tərəfindən yaradılır. Onlarda ön və arxa polarizatorlar birləşdirilir. Bu o deməkdir ki, ön polarizator şaquli olarsa, arxa da şaquli və əksinə olacaq.
Beləliklə, OFF seqmentləri və fon işığı bloklayır, ON seqmentləri isə işığın keçməsinə icazə verərək qaranlıq fonda işıqlı ekran yaradır. Arxa işıqlı LCD-lər adətən ətraf işığının zəif olduğu yerlərdə istifadə olunan bu növdən istifadə edirlər. O, həmçinin müxtəlif fon rəngləri yaratmağa qadirdir.
Ekran yaddaşı RAM
DD ekranda göstərilən simvolları saxlayan yaddaşdır. 16 simvoldan ibarət 2 sətir göstərmək üçün ünvanlar aşağıdakı kimi müəyyən edilir:
| Xətt | Görünür | Görünməz |
| Üst | 00H 0FH | 10S 27H |
| Aşağı | 40H - 4FH | 50H 67H |
Bu sizə maksimum 8 simvol və ya 5x7 simvol yaratmağa imkan verir. Yeni simvollar yaddaşa yükləndikdən sonra onlara ROM-da saxlanılan normal simvollar kimi daxil olmaq olar. CG RAM 8 bitlik geniş sözlərdən istifadə edir, lakin LCD-də yalnız 5 ən az əhəmiyyətli bit görünür.
Beləliklə, D4 ən sol nöqtə, D0 isə sağdakı qütbdür. Məsələn, RAM bayt CG-ni 1Fh-da yükləmək bu xəttin bütün nöqtələrini çağırır.
Bit rejiminə nəzarət
İki ekran rejimi mövcuddur: 4-bit və 8-bit. 8 bitlik rejimdə məlumatlar D0 - D7 pinləri ilə ekrana göndərilir. RS sətri əmr və ya məlumat göndərmək istəməyinizdən asılı olaraq 0 və ya 1-ə təyin edilir. Yazılacaq ekranı göstərmək üçün R/W xətti də 0-a təyin edilməlidir. D0-D7 pinlərində etibarlı məlumatın olduğunu göstərmək üçün E girişinə ən azı 450 ns nəbz göndərmək qalır.
Ekran bu girişin enən kənarındakı məlumatları oxuyacaq. Əgər oxumaq tələb olunursa, prosedur eynidir, lakin bu dəfə oxunma tələbi üçün R/W xətti 1-ə təyin edilib. Data yüksək xətt vəziyyətində D0-D7 xətlərində etibarlı olacaq.
4-bit rejimi. Bəzi hallarda, mikrokontrolörün çox az giriş/çıxış pinləri olduqda, ekranı idarə etmək üçün istifadə olunan naqillərin sayını az altmaq lazım ola bilər. Bu halda, 4-bit LCD rejimi istifadə edilə bilər. Bu rejimdə ötürmək üçündata və onların oxunması üçün ekranın yalnız 4 ən əhəmiyyətli biti (D4 - D7) istifadə olunur.
4 əhəmiyyətli bit (D0 - D3) sonra yerə qoşulur. Daha sonra məlumat dörd ən əhəmiyyətli biti ardıcıllıqla göndərməklə yazılır və ya oxunur, ardınca dörd ən az əhəmiyyətli bit. Hər dişləməni yoxlamaq üçün E xəttinə ən azı 450 ns müsbət nəbz göndərilməlidir.
Hər iki rejimdə displeydəki hər hərəkətdən sonra onun aşağıdakı məlumatları emal edə biləcəyinə əmin ola bilərsiniz. Bunu etmək üçün əmr rejimində oxumağı tələb etməli və Busy BF bayrağını yoxlamaq lazımdır. BF=0 olduqda, displey yeni əmr və ya məlumatları qəbul etməyə hazırdır.
Rəqəmsal gərginlik cihazları
Sınaqçılar üçün rəqəmsal maye kristal göstəricilər üzlük səthlərində nazik keçirici izlər çəkilmiş iki nazik şüşə təbəqədən ibarətdir. Şüşəyə sağdan və ya demək olar ki, düzgün bucaq altında baxdıqda bu izlər görünmür. Bununla belə, müəyyən baxış bucaqlarında onlar görünən olur.
Elektrik dövrə diaqramı.
Burada təsvir edilən test cihazı heç bir DC komponenti olmadan mükəmməl simmetrik AC gərginliyi yaradan düzbucaqlı osilatordan ibarətdir. Əksər məntiq generatorları kvadrat dalğa yaratmaq iqtidarında deyil, onlar iş dövrü təxminən 50% dəyişən kvadrat dalğa formaları yaradırlar. Test cihazında istifadə olunan 4047 simmetriyaya zəmanət verən ikili skalyar çıxışa malikdir. Tezlikosilator təxminən 1 kHz-dir.
3-9V enerji təchizatı ilə təchiz oluna bilər. Adətən bu batareya olacaq, lakin dəyişən enerji təchizatının öz üstünlükləri var. Bu, gərginlik göstəricisi maye kristalının hansı gərginlikdə qənaətbəxş işlədiyini göstərir, həmçinin gərginlik səviyyəsi ilə ekranın aydın göründüyü bucaq arasında aydın əlaqə var. Test cihazı 1 mA-dan çox çəkmir.
Sınaq gərginliyi həmişə ümumi terminal, yəni arxa təyyarə ilə seqmentlərdən biri arasında birləşdirilməlidir. Hansı terminalın arxa panel olduğu məlum deyilsə, seqment görünənə qədər test cihazının bir zondunu seqmentə, digər zondu isə bütün digər terminallara birləşdirin.
