1. Suyuq kristalli display tarixi. Lcd displeylarning eng muhim xususiyatlari

|
1. Suyuq kristalli display tarixi. Lcd displeylarning eng muhim xususiyatlari
|
Sana | 17.01.2024 | Hajmi | 25,52 Kb. | | #139494 |
Bog'liq 15-mavzu tayyor
15-mavzu: Ma’lumotlarni suyuq kristalli displeyga chiqarish usullari.
Reja:
1. Suyuq kristalli display.
2. Suyuq kristalli display tarixi.
3. LCD displeylarning eng muhim xususiyatlari.
4. Qurilma strukturasi.
Tayanch so‘zlar. Display, suyuq kristal, suyuq kristalli display, raqamli kamera, navigator, electron tarjimon, matritsa, diagonal, ko‘rish burchagi, contrast, elktrod, piksel, aloqa jabduqlar, diyot, RGB LED.
Suyuq kristalli display (LCD displey, LCD; suyuq kristall indikator, LCD; inglizcha: liquid crystal display, LCD) — suyuq kristalllardan iborat ekran.
Suyuq kristalli displey kompyuter monitorlarida (shuningdek, noutbuklarda), televizorlarda, telefonlarda, raqamli kameralarda, elektron kitoblarda, navigatorlarda, planshetlarda, elektron tarjimonlarda, kalkulyatorlarda, soatlar va shunga oʻxshash elektron qurilmalarda grafik yoki matnli maʼlumotlarni koʻrsatish uchun xizmat qiladi.
Suyuq kristallar 1888-yilda avstriyalik botanik F. Reynitser tomonidan, 1927-yilda esa hozirgi vaqtdagi suyuq kristall displeylarda keng qoʻllaniladigan Freedericksz birikmasi rus fizigi Frederiks V. TO. tomonidan topildi.
60 - yillarda RCA suyuq kristallardagi elektro-optik effektlarni va displey qurilmalari uchun suyuq kristalli materiallardan foydalanishni oʻrgandi. 1964-yilda Jorj Halmeier dinamik tarqalish effektiga (DSM) asoslangan birinchi suyuq kristalli displeyni yaratdi. 1968-yilda RCA birinchi marta suyuq kristalli monoxrom Ekranni taqdim etdi. 1973-yilda Sharp DSM-LCD-ga asoslangan birinchi C LCD kalkulyatorini chiqardi. Suyuq kristalli displeylar elektron soatlarda, kalkulyatorlarda, oʻlchash asboblarida qoʻllanila boshlandi. Keyin qora va oq tasvirni aks ettiradigan matritsali displeylar paydo boʻldi.
1970-yil dekabr oyida Shveysariyaning Hoffmann-LaRoche kompaniyasi tomonidan oʻralgan nematik effekt (TN-effect) patentlandi. 1971-yilda AQShda Jeyms Ferguson xuddi shunday patent oldi va ILIXCO TN effektiga asoslangan birinchi LCD-larni ishlab chiqardi. TN effekti asosida birinchi LCD displeylarni ishlab chiqardi. TN texnologiyasi kalkulyatorlar va birinchi elektron soatlar ishlab chiqarishda ishlatilgan, ammo katta ekranlar ishlab chiqarishda yaroqsiz edi.
1983-yilda Shveysariyada passiv matritsali LCD-STN (Super — Twisted Nematic) uchun yangi nematik material ixtiro qilindi. Ammo bunday matritsalar oq nurga sariq yoki koʻk rang berdi. Ushbu kamchilikni bartaraf etish uchun Sharp mutaxassislari Double STN deb nomlangan dizaynni ixtiro qilishdi. 1987-yilda Sharp 3 dyumli birinchi rangli suyuq kristalli displeyni, 1988-yilda dunyodagi birinchi 14 dyumli TFT LCD displeyni ishlab chiqdi.
1983-yilda Casio TV-10 LCD ekranli birinchi koʻchma qora va oq televizorni, 1984-yilda TV-1000 LCD ekranli birinchi rangli portativ televizorni, 1992-yilda QV-10 LCD displeyli birinchi videokamerani chiqardi.
1990-yillarda turli kompaniyalar TN va STN displeylari uchun alternativalarni ishlab chiqishni boshladilar. 1990-yilda Germaniyada Gunter Baur texnikasi asosida IPS (in-Plane Switching) texnologiyasi patentlangan.
2019-yil boshida televizor ishlab chiqarish uchun dunyodagi eng yirik LCD panel etkazib beruvchisi Xitoyning BOE Technology kompaniyasi hisoblanadi. 2009-yil 1-oktabrda Tayvanning Innolux Corporation kompaniyasi tomonidan tashkil etilgan.), Samsung.
LCD displeylarning eng muhim xususiyatlari:
matritsa turi - LCD ishlab chiqarilgan texnologiya bilan belgilanadi;
matritsa sinfi; ISO 13406-2 standarti ruxsat etilgan " buzilgan piksellar " soniga koʻra matritsalarning toʻrtta sinfini ajratib turadi;
oʻlchamlari - gorizontal va vertikal oʻlchamlar, piksellarda ifodalangan. CRT monitorlaridan farqli oʻlaroq, LCD displeylar bitta qatʼiy ruxsatga ega va qolganlarini qoʻllab-quvvatlash interpolatsiya orqali amalga oshiriladi (CRT monitorlari ham qizil, yashil va koʻk nuqtalardan iborat boʻlgan sobit piksellar soniga ega, ammo tabiatiga koʻra interpolyatsiyada nostandart ruxsatni chiqarishda texnologiya kerak emas);
nuqta oʻlchami (piksel oʻlchami) — qoʻshni piksellar markazlari orasidagi masofa. Toʻgʻridan-toʻgʻri jismoniy oʻlchamlari bilan bogʻliq;
ekranning tomonlar nisbati (proporsional format) — kenglikning balandlikka nisbati (5:4, 4:3, 3:2 (15÷10), 8:5 (16÷10), 5:3 (15÷9), 16: 9 va boshqalar.);
koʻrinadigan diagonal - diagonal ravishda oʻlchanadigan panelning oʻzi oʻlchami. Displey maydoni formatga ham bogʻliq: bir xil diagonali bilan 4: 3 monitor 16: 9 monitordan kattaroq maydonga ega;
kontrast - maʼlum bir orqa yorugʻlik yorqinligida eng yorugʻlik va eng qorongʻi nuqtalarning yorqinligi nisbati. Baʼzi monitorlar qoʻshimcha lampalar yordamida moslashtirilgan orqa yorugʻlik darajasidan foydalanadilar, ular uchun berilgan kontrast koʻrsatkich (dinamik deb ataladi) statik tasvirga taalluqli emas;
koʻrish burchagi - kontrastning pasayishi belgilangan darajaga yetadigan burchak, har xil turdagi matritsalar va turli ishlab chiqaruvchilar tomonidan har xil hisoblab chiqiladi va koʻpincha taqqoslab boʻlmaydi. Baʼzi ishlab chiqaruvchilar monitorlarining texnik parametrlarida koʻrish burchaklarini belgilaydilar, masalan: CR 5:1 - 176/176, CR 10:1 - 170/160. CR qisqartmasi (inglizcha: contrast ratio) ekranga perpendikulyar koʻrilganda kontrastga nisbatan belgilangan koʻrish burchaklarida kontrast darajasini koʻrsatadi. Yuqoridagi misolda 170 /160 koʻrish burchagida ekran markazidagi kontrast 10:1 dan kam boʻlmagan qiymatga kamayadi, 176/176 koʻrish burchagida esa 5 dan past boʻlmaydi.
Qurilma.
Strukturaviy ravishda displey quyidagi elementlardan iborat:
LCD matritsalar (dastlab - qatlamlari orasida suyuq kristallar joylashgan shisha plitalarning tekis paketi; 2000-yillarda polimerlarga asoslangan moslashuvchan materiallar ishlatila boshlandi);
yoritish uchun yorugʻlik manbalari;
aloqa jabduqlar (simlar);
holatlar, koʻpincha plastik, qattiqlashishi uchun metall ramka bilan.
Butun matritsada har bir hujayrani alohida-alohida nazorat qilish mumkin, ammo ularning soni ortib borishi bilan kerakli elektrodlar soni ortib borishi qiyinlashadi. Shuning uchun deyarli hamma joyda chiziqlar va ustunlar uchun manzil ishlatiladi.
Hujayralar orqali oʻtadigan yorugʻlik tabiiy boʻlishi mumkin-substratdan aks ettirilgan (orqa yorugʻliksiz LCD displeylarda). Lekin koʻpincha sunʼiy yorugʻlik manbai ishlatiladi, tashqi yorugʻlikdan mustaqillikdan tashqari, u ham olingan tasvirning xususiyatlarini barqarorlashtiradi. Sub-pikselli rangli LCD LCD piksel tarkibi:
ikkita shaffof elektrod;
elektrodlar orasida joylashgan molekulalar qatlami;
qutblanish tekisliklari (umuman) perpendikulyar boʻlgan ikkita polarizatsiya filtri.
Agar filtrlar oʻrtasida suyuq kristallar boʻlmasa, birinchi filtr tomonidan uzatiladigan yorugʻlik ikkinchi filtr tomonidan deyarli butunlay bloklanadi.
LCD matritsalarining turlari
Tn texnologiyasi (Twisted nematik — oʻralgan nematik). Suyuq kristallar bilan aloqa qiladigan elektrodlarning yuzasida mikroskopik parallel oluklar qoʻllaniladi va suyuq kristalning pastki qatlamining molekulalari chuqurchaga tushib, oldindan belgilangan yoʻnalishni oladi. Molekulalararo oʻzaro taʼsir tufayli molekulalarning keyingi qatlamlari bir-birining orqasida joylashgan. TN matritsasida ikkita plastinaning (filmlarning) yivlari yoʻnalishlari oʻzaro perpendikulyar, shuning uchun molekulalar kuchlanish boʻlmasa, texnologiya nomini bergan oraliq yoʻnalishlardan spiral hosil qiladi. Ushbu spiral struktura nurni ikkinchi filtrdan oldin polarizatsiya tekisligi aylanadigan tarzda yoritadi va u orqali yorugʻlik yoʻqotmasdan oʻtadi. Yarim polarizatsiyalanmagan nurning birinchi filtrining emishini hisobga olmaganda, hujayra shaffof deb hisoblanishi mumkin.
Agar elektrodlarga kuchlanish qoʻllanilsa, molekulalar elektr maydoni yoʻnalishi boʻyicha saf tortishadi, bu esa spiral strukturani buzadi. Bunday holda, elastiklik kuchlari bunga qarshi turadi va kuchlanish oʻchirilganda molekulalar boshlangʻich holatiga qaytadi. Etarli maydon miqdori bilan deyarli barcha molekulalar parallel boʻlib, bu strukturaning shaffofligiga olib keladi. Kuchlanishni oʻzgartirib, shaffoflik darajasini boshqarish mumkin.
Taʼminot kuchlanishi sinusoidal yoki toʻrtburchaklar shaklida, 30-1000 Gts chastotada oʻzgaruvchan boʻlishi kerak. Ish kuchlanishidagi doimiy tarkibiy qism elektrolitik jarayonning suyuq kristallari qatlamida paydo boʻlishi sababli qabul qilinishi mumkin emas, bu displeyning ishlash muddatini keskin qisqartiradi. Har bir hujayra manzilida maydonning polaritesini oʻzgartirish mumkin (chunki uning polaritesidan qatʼiy nazar, oqim yoqilganda shaffoflikning oʻzgarishi sodir boʻladi).
Gunter Bauer yangi LCD hujayra sxemasini taklif qildi, unda normal holatdagi molekulalar spiralga burilmagan, ammo ekran tekisligi boʻylab bir-biriga parallel ravishda yoʻnaltirilgan. Pastki va yuqori polimer filmlardagi oluklar parallel. Nazorat elektrodlari pastki substratda joylashgan. P va a filtrlarining polarizatsiya tekisliklari 90° burchak ostida joylashgan. Yopiq holatda (OFF) yorugʻlik a polarizatsiya filtridan oʻtmaydi.
VA texnologiyasi (vertikal Alignment). Va matritsalarida, kuchlanish oʻchirilgan boʻlsa, kristallar ekran tekisligiga perpendikulyar boʻlib, polarizatsiyalangan nurni uzatadi, ammo ikkinchi polarizator uni bloklaydi, bu esa qora rangni chuqur va sifatli qiladi. Kuchlanish ostida molekulalar 90° bilan rad etiladi.
Shunday qilib, toʻliq LCD displeyli monitor yuqori aniqlikdagi elektronikadan, video kirish signalini, LCD matritsani, orqa yorugʻlik modulini, quvvat manbaini va boshqaruv korpusidan iborat. Monitorning xususiyatlarini aniqlaydigan ushbu komponentlarning kombinatsiyasi, garchi baʼzi xususiyatlar boshqalardan koʻra muhimroqdir.
Afzalliklari va kamchiliklari
Suyuq kristalli displeylarning afzalliklari CRT bilan solishtirganda kichik oʻlcham va massani oʻz ichiga oladi. LCD monitorlar, CRTDAN farqli oʻlaroq, koʻzga koʻrinadigan titroq, markazlashtirilgan nuqsonlar va nurlarning tafsilotlari, magnit maydonlardan aralashish, tasvir geometriyasi va aniqligi bilan bogʻliq muammolar yoʻq. LCD monitorlarning modelga, sozlamalarga va olingan tasvirga qarab quvvat isteʼmoli CRT va plazma ekranlarining taqqoslanadigan oʻlchamlarga mos kelishi yoki sezilarli darajada boʻlishi mumkin-besh martagacha — past. LCD monitorlarning 95% quvvat sarfi orqa chiroqlarning kuchi yoki LED orqa chiroqning matritsasi bilan belgilanadi (eng. orqa yorugʻlik-orqa yorugʻlik) LCD matritsasi.
Elektron soatlarda, kalkulyatorlarda va boshqalarda ishlatiladigan faol yoritgichsiz kichik LCD displeylar juda kam quvvat sarfiga ega (oqim - yuzlab nanoamperlardan mikroamperlargacha) bu galvanik hujayralarni almashtirmasdan bunday qurilmalarning uzoq, bir necha yilgacha avtonom ishlashini taʼminlaydi.
LCD displeylarni ishlab chiqarishda asosiy texnologiyalar: TN+film, IPS (SFT, PLS) va MVA. Ushbu texnologiyalar sirt, polimer, nazorat plitasi va frontal elektrodning geometriyasi bilan ajralib turadi. Muayyan ishlanmalarda ishlatiladigan suyuq kristallarning xususiyatlariga ega polimerning tozaligi va turi katta ahamiyatga ega.
Sony, Sharp va Philips birgalikda PALC texnologiyasini ishlab chiqdilar. plazma addressed liquid crystal-suyuq kristallarning plazma nazorati, shuningdek, plazmatron), unda ular LCD (yorqinlik va ranglarning toʻyinganligi, kontrast) va plazma panellarining afzalliklarini (gorizontal va vertikal ravishda katta koʻrish burchaklari, yuqori yangilanish tezligi) ulashga harakat qilishdi. Ushbu displeylarda nashrida regulyatori sifatida gaz deşarj plazma xujayralari ishlatilgan va rangli filtrlash uchun LCD matritsa ishlatilgan. Texnologiya rivojlanmadi.
TN + film (Twisted Nematic + film) — eng oddiy texnologiya. Texnologiya nomidagi “film” soʻzi koʻrish burchagini oshirish uchun ishlatiladigan „qoʻshimcha qatlam“ degan maʼnoni anglatadi (taxminan — 90 dan 150°gacha). Hozirgi vaqtda „film“ prefiksi koʻpincha bunday matritsalarni oddiygina TN deb ataydi. Tn panellari uchun kontrastni va koʻrish burchagini yaxshilash usullari hali topilmadi va ushbu turdagi matritsalarning javob vaqti hozirgi kunda eng yaxshisidir, ammo kontrast darajasi yoʻq.
Tn + film matritsasi quyidagicha ishlaydi: agar pastki piksellarga kuchlanish qoʻshilmasa, suyuq kristallar (va ular oʻtadigan polarizatsiyalangan yorugʻlik) ikki plastinka orasidagi boʻshliqda gorizontal tekislikda bir-biriga nisbatan 90° ga aylanadi. Va ikkinchi plastinka ustida filtri polarizasyonunun yoʻnalishi faqat birinchi plastinka ustida filtri polarizasyonunun yoʻnalishi bilan 90° C burchak, chunki, nur u orqali oʻtadi. Agar qizil, yashil va koʻk subpikslar toʻliq yoritilgan boʻlsa, ekranda oq nuqta paydo boʻladi.
Texnologiyaning afzalliklari zamonaviy matritsalar (1 MS) orasida eng qisqa javob vaqtini, shuningdek, past narxni oʻz ichiga oladi, shuning uchun TN matritsali monitorlar dinamik videooʻyinlarni sevuvchilarga mos keladi. Kamchiliklari: eng yomon rangni koʻrsatish, eng kam koʻrish burchagi.
IPS texnologiyasi (eng. in-plane switching) yoki SFT (super fine TFT) Hitachi va NEC kompaniyalari tomonidan 1996-yilda ishlab chiqilgan.
Ushbu kompaniyalar ushbu texnologiyaning turli nomlaridan foydalanadilar — NEC “SFT” va Hitachi “IPS”dan foydalanadi.
Texnologiya TN +filmining kamchiliklarini bartaraf etish uchun moʻljallangan. IPS yordamida koʻrish burchagi 178°ga, shuningdek, yuqori kontrastli va rangli reproduktsiyaga erishish mumkin boʻlsa-da, javob vaqti past darajada qoldi.
Kuchlanish ishlatilganida suyuq kristall molekulalar boshlangʻich holatiga aylanadi va yorugʻlikni uzatadi.
AFFS (ADVANCED Fringe Field Switching, norasmiy nomi — S-IPS Pro) — 2003-yilda BOE Hydis tomonidan ishlab chiqilgan ipsni yanada takomillashtirish. Borayotgan elektr maydon kuchi yanada kengroq koʻrish va yorqinlikka erishishga, shuningdek, interpixel masofani kamaytirishga imkon berdi. AFFS-ga asoslangan displeylar asosan planshet kompyuterlarida, Hitachi Displays tomonidan ishlab chiqarilgan matritsalarda qoʻllaniladi.
AHVA (Advanced Hyper-Viewing Angle) — AU Optronics tomonidan ishlab chiqilgan. Sarlavha-VA bilan tugasa ham, bu texnologiya VA (vertikal Alignment) emas, balki IPS ning bir turi.
Suyuq kristallar oʻz-oʻzidan porlamaydi. Suyuq kristall displeyidagi tasvir koʻrinadigan boʻlishi uchun yorugʻlik manbai kerak. Aks ettirilgan yorugʻlikda va uzatiladigan yorugʻlikda (uzatish uchun) ishlaydigan displeylar mavjud. Oʻrnatilgan orqa yorugʻlik lampalari suyuq kristall qatlamning orqasida joylashgan boʻlishi mumkin va u orqali porlashi yoki shisha displeyning yon tomoniga oʻrnatilishi mumkin. LCD displeyning ish sifatini belgilovchi asosiy parametri fonga nisbatan koʻrsatilgan belgining kontrastidir.
Tashqi yoritish.
Soatlar va telefonlarning displeylarida asosan atrof-muhit yoritilishi uchun yoritish moslamasi ishlatiladi. Displeyning orqa plastinkasida oyna yoki mat aks ettiruvchi qatlam (plyonka) mavjud. Qorongʻida foydalanish uchun bunday displeylar yon yoritish bilan jihozlangan. Bundan tashqari, transflektiv displeylar mavjud boʻlib, unda aks ettiruvchi (spekulyar) qatlam shaffof boʻlib, yorugʻlik orqasida joylashgan.
Akkor yorugʻlik
LCD qoʻl soatlarida ilgari subminiatyura akkor lampalar ishlatilgan. Hozirgi vaqtda asosan elektroluminesans yoritgich yoki kamdan-kam LED ishlatiladi.
Elektroluminesans paneli.
Baʼzi soatlar va oʻlchov asboblarining monoxrom LCD displeylarini yoritish uchun elektrolyuminessent paneldan foydalanadi. Ushbu panel kristalli fosforning (masalan, rux sulfidining) yupqa qatlami boʻlib, unda elektroluminesans jarayoni sodir boʻladi va ushbu oqim taʼsirida porlaydi. Odatda yashil-koʻk yoki sariq-toʻq sariq rangda porlaydi.
Gaz razryadli (“plazma”) lampalar bilan yoritish.
XXI asrning birinchi oʻn yilligida LCD displeylarning aksariyati bir yoki bir nechta gaz razryadli lampalari bilan yoritilgan. Ushbu lampalarda yorugʻlik manbai gaz orqali elektr zaryadsizlanishi sodir boʻlgan plazma hisoblanadi. Bunday displeylarni plazma displeylari bilan aralashtirib yubormaslik kerak, unda har bir piksel oʻz-oʻzidan porlaydi va miniatyura HID chiroqdir.
Yorugʻlik chiqaradigan diyot (LED) orqa nuri
2007-yildan boshlab yorugʻlik chiqaradigan diodli (LED) yoritgichli LCD displeylar keng tarqaldi. Bunday LCD displeylarni (LED televizorlari yoki savdodagi LED displeylar deb ataladi) haqiqiy LED displeylari bilan chalkashtirib yubormaslik kerak, unda har bir piksel oʻz-oʻzidan porlaydi.
RGB-LED orqa yorugʻlik.
RGB-LED yoritilishida yorugʻlik manbalari qizil, yashil va koʻk rangli LEDlardir. Bu keng rangli gamut beradi, lekin narxning yuqoriligi sababli u boshqa turdagi orqa yoritish bilan isteʼmol bozoridan chiqib ketishga majbur boʻldi.
WLED orqa nuri.
WLED yoritgichida esa yorugʻlik manbalari oq rangli LEDlardir, yaʼni koʻk rangli yorugʻlikning koʻp qismini kamalakning deyarli barcha ranglariga aylantiradigan fosfor qatlami bilan qoplangan koʻk rangli LEDlardir. Yashil va qizil ranglarda keng spektr mavjud boʻlganligi sababli, bunday yoritishning rangli tovlanishi boshqalaridan past. 2020-yil uchun bu rangli LCD displeylar uchun eng keng tarqalgan yorugʻlik turi.
Yoritish GB-LED (GB-R LED).
GB-LED yoritilganda yorugʻlik manbalari yashil va koʻk rangli LEDlar hisoblanib, ular nurlanishining bir qismini qizil rangga aylantiradigan fosfor bilan qoplangan. Ushbu orqa yorugʻlik juda keng rang gamutini beradi, lekin juda qimmat.
Kvant nuqtalari yordamida LED yoritgichi (QLED, NanoCell).
Kvant nuqtalari yordamida yoritilganda asosiy yorugʻlik manbalari koʻk rangli LED lampalari hisoblanadi. Ulardan yorugʻlik koʻk rangdagi nurni yashil yoki qizil rangga aylantiradigan maxsus nanozarrachalarga (kvant nuqtalari) tushadi. Kvant nuqtalari LED larning oʻziga toʻgʻridan-toʻgʻri yoki plyonka oynaga qoʻllaniladi. Samsung buning uchun QLED nomidan, LG esa NanoCell nomidan foydalanadi, sony esa ushbu texnologiya uchun Triluminos nomini ishlatadi, bundan oldin esa Sony tomonidan RGB-LED orqa yoritish uchun ishlatilgan.
Nazorat savollari.
1. Suyuq kristalli display nima?
2. Suyuq kristalli display tarixi haqida ma’lumot bering.
3. LCD displaylarning eng muhim xususiyatlari to‘g‘risida ma’lumot bering.
4. Qurilma strujturasi qanday tuzilgan?
|
| |