Как работает ЖК-дисплей?

В современной индустрии бытовой электроникиЖК-дисплейЭта технология остается одним из наиболее зрелых, экономически эффективных и широко применяемых решений для плоских дисплеев после десятилетий итеративной модернизации. От промышленного контрольно-измерительного оборудования, автомобильных приборов и бытовой техники до коммерческих терминалов и портативных электронных устройств, ЖК-продукты охватывают промышленные сценарии с низким энергопотреблением и коммерческие области отображения высокой четкости.

ЖК-дисплей — это технология пассивного светомодулирующего дисплея, основанная на фотоэлектрическом эффекте жидких кристаллов. Наиболее важной особенностью ЖК-дисплея является то, что сами жидкокристаллические материалы не могут излучать видимый свет. Все изменения изображения, текста и цвета на экране реализуются путем регулирования коэффициента пропускания внешней подсветки посредством упорядоченного изменения расположения молекул жидкого кристалла под действием электрического поля. Этот режим пассивного управления освещением определяет низкое энергопотребление, высокую стабильность и длительный срок службы ЖК-дисплеев, а также формирует фундаментальное различие между технологиями ЖК-дисплеев и самосветящимися дисплеями.

Структура основных компонентов стандартной системы ЖК-дисплея

Полная рабочая система ЖК-дисплея состоит из нескольких слоев оптических структурных частей и электронных компонентов управления. Снизу вверх он в основном включает в себя блок подсветки, нижний поляризатор, стеклянную подложку с электродом ITO, слой жидких кристаллов, слой цветного фильтра (только цветной ЖК-дисплей), верхний поляризатор и защитную крышку.

Блок подсветки

В качестве пассивного устройства отображения,ЖК-дисплейполностью зависит от блока подсветки, обеспечивающего стабильный и равномерный источник видимого света. Блок подсветки расположен в нижней части всей конструкции дисплея и в основном включает источник света, световодную пластину, рассеивающую пластину, отражающую пленку и пленку для повышения яркости. В ранних ЖК-продуктах в качестве источников света использовались люминесцентные лампы с холодным катодом CCFL, в то время как в современных массовых ЖК-продуктах используются решения со светодиодной подсветкой, преимуществами которых являются более низкое энергопотребление, меньший объем, более длительный срок службы и более высокая однородность света.

Поляризатор в сборе

Поляризаторы являются ключевыми оптическими компонентами, управляющими светопропусканием, и делятся на нижний поляризатор и верхний поляризатор, которые соответственно прикреплены к внешним поверхностям нижней и верхней стеклянных подложек. Естественный свет — это неполяризованный свет с вибрацией в нескольких направлениях. Нижний поляризатор может отфильтровывать весь свет неравномерной вибрации и сохранять только линейно поляризованный свет в одном направлении, обеспечивая стандартизированный падающий свет для жидкокристаллического слоя.

Оптические оси верхнего и нижнего поляризаторов установлены в скрещенном вертикальном состоянии в состоянии по умолчанию, что является основной оптической структурой для реализации управления переключателем света.

Слой жидкокристаллических ячеек

Слой жидкокристаллических ячеек является основным функциональным слоем ЖК-дисплея, который формируется путем запечатывания жидкокристаллических материалов между двумя слоями ультратонких прозрачных стеклянных подложек. Внутренние стороны двух стеклянных подложек покрыты прозрачными проводящими электродами ITO и выравнивающими пленками. Выравнивающие пленки могут ограничивать первоначальное направление расположения молекул жидкого кристалла, заставляя молекулы жидкого кристалла представлять собой регулярное скрученное расположение в состоянии без напряжения. ОбщийЖидкокристаллическая структура TN (скрученный нематик)принятые в основных жидкокристаллических продуктах, могут образовывать скрученную на 90 градусов структуру молекул жидкого кристалла между верхней и нижней подложками, что является классической структурой оптического переключения традиционных ЖК-дисплеев.

Компоненты управления и управления

Точную настройку расположения молекул жидких кристаллов невозможно отделить от точного привода профессиональных схем, который также является основной электронной частьюМодуль LCM. Система управления включает в себя управляющую ИС, схему управления синхронизацией, схему сканирования строк и столбцов и схему обработки сигналов. Каждому пикселю ЖК-панели соответствует независимая схема управления. Посредством сканирования строк и столбцов система в режиме реального времени подает различные сигналы напряжения на каждый пиксель, реализуя независимое управление яркостью каждого пикселя.

Полный рабочий механизм ЖК-дисплея

Рабочий процесс ЖК-дисплеяпредставляет собой непрерывный цикл генерации света, поляризации, модуляции электрического поля, экранирования светопропускания и восстановления изображения. Весь процесс полностью основан на физических фотоэлектрических изменениях без каких-либо химических реакций, поэтому процесс отображения имеет высокую стабильность и повторяемость. Ниже приводится пошаговый углубленный анализ принципа работы ЖК-дисплея в сочетании с оптическими и электрическими характеристиками.

Выход источника света и обработка поляризации

Во-первых, светодиодный источник света блока подсветки излучает равномерный рассеянный видимый свет. После гомогенизации и отражения от светопроводящей пластины и пластины рассеивателя формируется стабильный поверхностный источник света, воздействующий на нижний поляризатор. Нижний поляризатор фильтрует неполяризованный естественный свет и преобразует его в однонаправленный линейно поляризованный свет. В это время свет имеет одно направление вибрации, закладывая основу для последующей жидкокристаллической модуляции.

Состояние без напряжения: светопропускание и формирование ярких пикселей

Когда к ITO-электроду определенного пиксельного блока не подается управляющее напряжение, молекулы жидкого кристалла в жидкокристаллической ячейке сохраняют исходное скрученное на 90 градусов расположение при ограничении выравнивающей пленки. Когда линейно поляризованный свет проходит через скрученный слой жидкого кристалла, направление поляризации света поворачивается на 90 градусов синхронно с расположением молекул. После вращения направление поляризации света полностью соответствует оптической оси верхнего поляризатора, поэтому свет может плавно проникать через верхний поляризатор и защитную крышку и, наконец, представлять яркое состояние на экране.

Состояние приложенного напряжения: блокировка света и формирование темных пикселей

Когда система подает определенное управляющее напряжение на пиксельный электрод, между верхней и нижней стеклянными подложками формируется электрическое поле. Под действием силы электрического поля скрученные молекулы жидкого кристалла будут постепенно отклоняться и располагаться вертикально вдоль направления электрического поля. В это время искривленная структура слоя жидкого кристалла исчезает, а молекулы жидкого кристалла теряют способность вращать направление поляризации света. Линейно поляризованный свет, проходя через слой жидкого кристалла, сохраняет исходное направление вибрации, которое полностью перпендикулярно оптической оси верхнего поляризатора. Свет полностью блокируется и не может проникнуть, а пиксель находится в чисто черном состоянии.