Definitie: LCD is een acroniem dat gebruikt wordt voor Liquid Crystal Display. Het is in feite een display diep L waarin vloeibare kristallen worden gebruikt om een beeld op het scherm te produceren.
In tegenstelling tot een LED, heeft een LCD niet de eigenschap om licht te produceren. Wel kunnen bepaalde gebieden helder of donker worden weergegeven door de lichtenergie die door een externe bron wordt uitgezonden, te regelen.
Nu, voordat we bespreken hoe een LCD werkt, is het noodzakelijk om een idee te hebben over de vloeibare kristallen.
Wat zijn vloeibare kristallen?
Liquid crystals are considered as the 4th state of matter. Dit is zo omdat zij noch vaste stoffen noch vloeistoffen zijn. Maar zij bezitten de eigenschappen van een kristal en hebben het vermogen om te stromen of te bewegen als een vloeistof.
In hun kristallijne structuur lijkt de oriëntatie van de moleculen op die van een vaste stof. Maar deze moleculen bewegen ook in verschillende posities. Daardoor hebben ze zowel de eigenschap van een vaste stof als van een vloeistof. Daarom staat het bekend als vloeibaar kristal.
Dit vloeibare kristal geeft de beelden of tekens weer omdat het door de bron uitgezonden licht ofwel kan worden doorgelaten ofwel kan worden tegengehouden door de moleculaire beweging van het kristal.
In vloeibaar kristaldisplays wordt in principe een gedraaid nematisch kristal gebruikt. Dit is zo omdat de moleculen van dit nematische kristal enigszins natuurlijk gedraaid zijn onder een hoek van ongeveer 90°. Afhankelijk van het toegepaste potentiaal kunnen de moleculen in wisselende graden worden ontward.
Constructie van LCD
De onderstaande figuur geeft de structuur van een LCD weer:
Het vloeibare kristal met een dikte van bijna 10 tot 20 micrometer wordt tussen twee glasplaten geplaatst. Aan de binnenzijde van de twee glasplaten worden geleiders aangebracht. Deze geleiders vormen elektroden. De twee elektroden geven aan welke positieve en negatieve polariteit moet worden toegepast.
Het externe potentiaal wordt met behulp van deze twee elektroden aan de display-eenheid toegevoerd. Deze worden in principe gevormd door materialen als indiumoxide (IN2O3) en stannine-oxide (SnO3).
Hier wordt een fluorescerende lichtbron gebruikt. Het door deze bron uitgezonden licht wordt vervolgens aan de polarisator toegevoerd. Hier hebben wij een verticale polarisator als ingangspolarisator beschouwd. Ook wordt aan een ander uiteinde van het beeldscherm een polarisator geplaatst met een polariteit die tegengesteld is aan die van de ingang
Dus, als we hier hebben uitgegaan van een verticale polarisator als ingangspolarisator, dan moet aan het andere uiteinde een horizontale polarisator worden geplaatst.
Aan het andere uiteinde van de elektrode wordt een glazen afdekking geplaatst waarop het gewenste beeld wordt weergegeven.
Laten we nu begrijpen hoe een LCD werkt.
Werking van LCD
Zoals we al weten, is een LCD geen elektroluminescent apparaat. Dit betekent dat het geen lichtproducerende eigenschap heeft, maar dat het licht helder of donker laat lijken door gebruik te maken van een vloeibaar kristal. Laten we nu de werking van LCD gaan begrijpen.
De onderstaande figuur zal u helpen om de werking van een LCD beter te begrijpen:
Wanneer licht van een backlight bron wordt uitgezonden en op de verticale polarisator mag vallen. Dan wordt het ongepolariseerde licht van de bron verticaal gepolariseerd. Wanneer aanvankelijk geen extern potentiaal tussen de twee elektroden wordt aangebracht, blijven de moleculen van het vloeibare kristal gedraaid.
Dit veroorzaakt dat het verticaal gepolariseerde licht horizontaal gepolariseerd wordt ten gevolge van de oriëntatie van de moleculen.
Zoals wij hebben besproken is de oriëntatie van de twee polarisatoren 90° in overeenstemming met elkaar. De polarisator aan het andere eind is dus een horizontale polarisator.
Dus, wanneer het horizontaal gepolariseerde licht van de uitgang van het nematische kristal aan de horizontale polarisator wordt toegevoerd, passeert het licht waardoor de pixel wordt verlicht. Hierdoor ontstaat een zichtbaar beeld op het scherm.
Voorstel dat er een grote spanning wordt aangelegd tussen de twee elektroden. Dan zorgt deze spanning ervoor dat het verdraaimechanisme van de moleculen beschadigd raakt, waardoor het op een rechte manier gaat werken.
Daarom verandert het verticaal gepolariseerde licht bij het passeren van het nematische kristal niet van polarisatie. Dit blokkeert het verticaal gepolariseerde licht om de horizontale polarisator te passeren, waardoor een donkere pixel op het scherm wordt gegenereerd.
Op deze manier worden heldere en donkere beelden gegenereerd.
Nu dringt de vraag zich aan ons op hoe een LCD-scherm beelden of tekens van verschillende grootte weergeeft?
Het antwoord op deze vraag is dat door een gecontroleerde spanning tussen de twee elektroden aan te brengen, het mogelijk wordt om verschillende kleurniveaus op het scherm te genereren.
Zoals we weten is een pixel niets anders dan een kleurelement dat wordt gevormd door de combinatie van 3 kleuren rood, groen en blauw. Door een bepaalde spanning op de elektrode aan te brengen, kan het verticaal gepolariseerde licht in verschillende hoeveelheden door de uitvoerpolarisator worden geleid.
Hiermee kan het verschillende kleurniveaus op het scherm van het vloeibaar-kristaldisplay produceren.
Tabulaire weergave van kenmerken van LCD
Voordelen van LCD
- De warmte die tijdens het gebruik vrijkomt, is minder in vergelijking met CRT- en LED-schermen.
- Het stroomverbruik van een LCD-scherm is zeer laag in vergelijking met andere beeldschermen.
- LCD’s kunnen goed worden gebruikt met MOS-geïntegreerde schakelingen.
- De totale kosten van het apparaat zijn laag.
- Het heeft een externe lichtbron nodig om het beeld weer te geven.
- Het bedrijfstemperatuurbereik is beperkt, dat ligt tussen 0 en 60°C.
- LCD zijn minder betrouwbare weergave-eenheden.
- De zichtbaarheid van het beeld is afhankelijk van de lichtintensiteit.
Voordelen van LCD
Toepassingen van LCD
LCD vindt zijn belangrijkste toepassingen in het weergeven van de beelden in de schermen van diverse elektronische gadgets zoals televisie, rekenmachine, computermonitor enz. Deze worden ook gebruikt in digitale horloges en mobiele schermen.
Deze worden ook gebruikt in het visualiseren van RF-golven in transmissie door golfgeleiders en in medische toepassingen zoals in vloeibare kristalthermometer enz.