Definition: LCD ist ein Akronym für Liquid Crystal Display. Es ist im Grunde ein Display tief L, in dem Flüssigkristalle verwendet werden, um ein Bild auf dem Bildschirm zu erzeugen.
Im Gegensatz zu einer LED besitzt ein LCD nicht die Eigenschaft, Licht zu erzeugen. Es lässt jedoch einige Bereiche entweder hell oder dunkel erscheinen, indem es die von einer externen Quelle abgegebene Lichtenergie steuert.
Nun, bevor wir besprechen, wie ein LCD funktioniert, ist es notwendig, eine Idee über die Flüssigkristalle zu haben.
Was sind Flüssigkristalle?
Flüssigkristalle werden als der 4. Aggregatzustand betrachtet. Dies ist so, weil sie weder Festkörper noch Flüssigkeiten sind. Sie besitzen aber die Eigenschaften eines Kristalls und besitzen die Fähigkeit, wie eine Flüssigkeit zu fließen oder sich zu bewegen.
In ihrer kristallinen Struktur ähnelt die Molekülorientierung der eines Festkörpers. Allerdings zeigen diese Moleküle auch Bewegung in verschiedenen Positionen. Dadurch besitzen sie sowohl die Eigenschaft eines Festkörpers als auch die einer Flüssigkeit. Daher auch der Name Flüssigkristall.
Dieser Flüssigkristall zeigt die Bilder oder Zeichen an, da das von der Quelle emittierte Licht durch die molekulare Bewegung des Kristalls entweder durchgelassen oder behindert werden kann.
In Flüssigkristall-Displays werden grundsätzlich Kristalle vom verdrehten nematischen Typ verwendet. Dies ist so, weil die Moleküle dieses nematischen Kristalls von Natur aus in einem Winkel von etwa 90° verdreht sind. Außerdem zeigen die Moleküle je nach angelegtem Potential eine Aufdrehung in wechselnden Graden.
Aufbau einer LCD
Die folgende Abbildung stellt den strukturellen Aufbau einer LCD dar:
Der Flüssigkristall mit einer Dicke von etwa 10 bis 20 Mikrometern befindet sich zwischen zwei Glasscheiben. Auf der Innenseite der beiden Glasplatten sind Leiterbahnen eingelegt. Diese Leiterbahnen bilden Elektroden. Die beiden Elektroden weisen die anzulegende positive und negative Polarität auf.
Mit Hilfe dieser beiden Elektroden wird das externe Potential an die Anzeigeeinheit angelegt. Diese werden im Wesentlichen durch Materialien wie Indiumoxid (IN2O3) und Zinnoxid (SnO3) gebildet.
Hier wird eine fluoreszierende Lichtquelle verwendet. Das von dieser Quelle emittierte Licht wird dann dem Polarisator zugeführt, wobei wir hier einen vertikalen Polarisator als Eingangspolarisator betrachtet haben. Außerdem wird ein Polarisator mit entgegengesetzter Polarität als die des Eingangs an einem anderen Ende der Anzeigeeinheit platziert.
Wenn wir also hier einen vertikalen Polarisator als Eingangspolarisator angenommen haben, muss es sich am anderen Ende um einen horizontalen Polarisator handeln.
Am anderen Ende der Elektrode befindet sich eine Glasabdeckung, auf der das gewünschte Bild angezeigt wird.
Lassen Sie uns nun verstehen, wie ein LCD funktioniert.
Arbeitsweise eines LCD
Wie wir bereits wissen, ist ein LCD kein Elektrolumineszenzgerät. Das bedeutet, dass es keine lichterzeugende Eigenschaft hat, sondern stattdessen Licht hell oder dunkel erscheinen lässt, indem es einen Flüssigkristall verwendet. Lassen Sie uns nun fortfahren, um die Funktionsweise eines LCDs zu verstehen.
Die unten dargestellte Abbildung wird Ihnen helfen, die Funktionsweise eines LCDs besser zu verstehen:
Wenn Licht von einer Hintergrundlichtquelle emittiert wird und auf den vertikalen Polarisator fällt. Dann wird das unpolarisierte Licht von der Quelle vertikal polarisiert. Wenn zunächst kein externes Potential zwischen den beiden Elektroden angelegt wird, bleiben die Moleküle des Flüssigkristalls verdreht.
Dadurch wird das vertikal polarisierte Licht aufgrund der Ausrichtung der Moleküle horizontal polarisiert.
Wie wir besprochen haben, ist die Ausrichtung der beiden Polarisatoren um 90° zueinander. Somit ist der Polarisator am anderen Ende ein horizontaler Polarisator.
Wenn also das horizontal polarisierte Licht vom Ausgang des nematischen Kristalls zum horizontalen Polarisator geleitet wird, dann passiert es das Licht und verursacht eine Beleuchtung des Pixels. So entsteht ein sichtbares Bild auf dem Bildschirm.
Angenommen, es wird eine große Spannung zwischen den beiden Elektroden angelegt. Dann führt diese angelegte Spannung dazu, dass der Verdrillungsmechanismus der Moleküle beschädigt wird, so dass sie gerade arbeiten.
Dadurch ändert das vertikal polarisierte Licht beim Durchgang durch den nematischen Kristall nicht seine Polarisation. Dadurch wird das vertikal polarisierte Licht daran gehindert, den horizontalen Polarisator zu passieren, wodurch ein dunkles Pixel auf dem Display erzeugt wird.
Auf diese Weise werden helle und dunkle Bilder erzeugt.
Nun stellt sich die Frage, wie ein LCD Bilder oder Zeichen unterschiedlicher Größe darstellen kann?
Die Antwort auf diese Frage ist, dass durch das Anlegen einer kontrollierten Spannung zwischen den beiden Elektroden verschiedene Farbpegel auf dem Bildschirm erzeugt werden können.
Wie wir wissen, ist ein Pixel nichts anderes als ein Farbelement, das durch die Kombination der drei Farben Rot, Grün und Blau gebildet wird. Durch Anlegen einer bestimmten Spannung an die Elektrode kann also das vertikal polarisierte Licht in verschiedenen Mengen durch den Ausgangspolarisator geleitet werden.
Daher können verschiedene Farbniveaus auf dem Bildschirm der Flüssigkristallanzeige erzeugt werden.
Tabellarische Darstellung der Eigenschaften von LCD
Vorteile von LCD
- Die während des Betriebs erzeugte Wärme ist im Vergleich zu CRT- und LED-Anzeigen geringer.
- Der Stromverbrauch eines LCDs ist im Vergleich zu anderen Anzeigegeräten sehr gering.
- LCDs können mit integrierten MOS-Schaltungen verwendet werden.
- Die Gesamtkosten des Geräts sind niedrig.
Nachteile von LCD
- Es benötigt eine externe Lichtquelle für die Anzeige des Bildes.
- Sein Betriebstemperaturbereich ist begrenzt und liegt zwischen 0 und 60°C.
- LCD sind weniger zuverlässige Anzeigegeräte.
- Die Sichtbarkeit des Bildes hängt von der Lichtintensität ab.
Anwendungen von LCD
LCD findet seine Hauptanwendungen in der Anzeige der Bilder in den Bildschirmen verschiedener elektronischer Geräte wie Fernseher, Taschenrechner, Computermonitore usw. Sie werden auch in digitalen Uhren und mobilen Bildschirmen verwendet.
Sie werden auch bei der Visualisierung von HF-Wellen bei der Übertragung durch Wellenleiter und in medizinischen Anwendungen wie in Flüssigkristallthermometern usw. verwendet.