Definicja: LCD jest akronimem używanym dla Liquid Crystal Display. Jest to zasadniczo wyświetlacz, w którym ciekłe kryształy są używane do wytwarzania obrazu na ekranie.
W przeciwieństwie do LED, LCD nie posiada właściwości wytwarzania światła. Pozwala jednak na to, aby niektóre regiony były jasne lub ciemne dzięki kontroli energii świetlnej emitowanej przez zewnętrzne źródło.
Teraz, przed omówieniem sposobu działania LCD, należy mieć pojęcie o ciekłych kryształach.
Czym są ciekłe kryształy?
Ciekłe kryształy są uważane za czwarty stan materii. Dzieje się tak, ponieważ nie są one ani ciałami stałymi, ani cieczami. Ale posiadają właściwości kryształu i posiadają zdolność do przepływu lub ruchu jak ciecz.
W ich strukturze krystalicznej, orientacja molekularna przypomina orientację ciała stałego. Jednakże, te cząsteczki również pokazać ruch w różnych pozycjach. W ten sposób posiadania właściwości stałych, jak również cieczy. Dlatego znany jako ciekły kryształ.
Ten ciekły kryształ wyświetla obrazy lub znaki, ponieważ światło emitowane przez źródło może być albo przekazywane, albo blokowane przez ruch molekularny kryształu.
W ciekłym krysztale wyświetlacza, skręcony kryształ typu nematycznego jest zasadniczo używany. Dzieje się tak dlatego, że cząsteczki tego kryształu nematycznego są nieco naturalnie skręcone pod kątem około 90°. Ponadto, w zależności od przyłożonego potencjału, molekuły rozkręcają się pod zmiennym kątem.
Konstrukcja LCD
Niżej przedstawiony rysunek reprezentuje układ strukturalny LCD:
Ciekły kryształ o grubości prawie 10 do 20 mikrometrów jest umieszczony pomiędzy dwoma szklanymi arkuszami. Na wewnętrznej powierzchni tych dwóch szklanych arkuszy umieszczone są przewodniki. Przewodniki te tworzą elektrody. Dwie elektrody pokazują dodatnią i ujemną polaryzację, która ma być zastosowana.
Potencjał zewnętrzny jest dostarczany do jednostki wyświetlacza za pomocą tych dwóch elektrod. Są one zasadniczo tworzone przez materiały takie jak tlenek indu (IN2O3) i tlenek cyny (SnO3).
Tutaj używane jest fluorescencyjne źródło światła. Światło emitowane przez to źródło jest następnie podawane do polaryzatora, tutaj rozważaliśmy polaryzator pionowy jako polaryzator wejściowy. Ponadto, polaryzator o przeciwnej polaryzacji niż wejściowa jest umieszczony na innym końcu wyświetlacza.
Więc, tutaj, jeśli założyliśmy polaryzator pionowy jako polaryzator wejściowy, to na drugim końcu musi być polaryzator poziomy.
Na przeciwległym końcu elektrody umieszczona jest szklana osłona, na której wyświetlany jest pożądany obraz.
Zrozummy teraz, jak działa LCD.
Praca LCD
Jak już wiemy, LCD nie jest urządzeniem elektroluminescencyjnym. Oznacza to, że nie posiada właściwości wytwarzających światło, a zamiast tego pozwala światłu wydawać się jasnym lub ciemnym dzięki wykorzystaniu ciekłego kryształu. Teraz, przejdźmy do zrozumienia działania LCD.
Przedstawiony poniżej rysunek pomoże Ci lepiej zrozumieć działanie LCD:
Gdy światło z podświetlanego źródła jest emitowane i pada na pionowy polaryzator. Wówczas niespolaryzowane przez źródło światło zostaje spolaryzowane pionowo. Kiedy początkowo nie ma zewnętrznego potencjału między dwoma elektrodami, molekuły ciekłego kryształu pozostają skręcone.
To powoduje, że pionowo spolaryzowane światło staje się spolaryzowane poziomo z powodu orientacji molekuł.
Jak omówiliśmy, że orientacja dwóch polaryzatorów jest 90° zgodnie ze sobą. Tak więc, polaryzator na drugim końcu jest polaryzator poziomy.
Więc, gdy poziomo spolaryzowane światło z wyjścia kryształu nematic jest podawany do polaryzatora poziomego następnie przechodzi światło powodując oświetlenie piksela. Stąd, generuje widoczny obraz na ekranie.
Załóżmy, gdy duże napięcie jest stosowane między dwoma elektrodami. Wtedy to przyłożone napięcie powoduje, że skręcone mechanizmy molekuł ulegają uszkodzeniu powodując, że działają one w sposób prosty.
Dzięki temu pionowo spolaryzowane światło podczas przechodzenia przez kryształ nematyczny nie zmienia swojej polaryzacji. To blokuje pionowo spolaryzowane światło, aby przejść przez polaryzator poziomy, generując w ten sposób ciemny piksel na wyświetlaczu.
W ten sposób generowane są jasne i ciemne obrazy.
Teraz nasuwa się pytanie, w jaki sposób LCD pokazuje obrazy lub znaki o różnych rozmiarach?
Odpowiedzią na to pytanie jest to, że poprzez przyłożenie kontrolowanego napięcia pomiędzy dwie elektrody możliwe staje się wygenerowanie różnych poziomów kolorów na ekranie.
Jak wiemy, piksel jest niczym innym jak elementem koloru, który jest tworzony przez kombinację 3 kolorów czerwonego, zielonego i niebieskiego. Tak więc, poprzez przyłożenie pewnego napięcia do elektrody, pionowo spolaryzowane światło może być przepuszczone przez polaryzator wyjściowy w różnej ilości.
Więc, może on produkować różne poziomy kolorów na ekranie wyświetlacza ciekłokrystalicznego.
Tabelaryczne przedstawienie cech LCD
Zalety LCD
- Ciepło generowane podczas pracy jest mniejsze w porównaniu do CRT i wyświetlacza LED.
- Zużycie energii przez LCD jest bardzo małe w porównaniu do innych urządzeń wyświetlających.
- LCD mogą być odpowiednio używane z układami scalonymi MOS.
- Całkowity koszt urządzenia jest niski.
Wady LCD
- Potrzebuje zewnętrznego źródła światła do wyświetlania obrazu.
- Zakres temperatur pracy jest ograniczony i mieści się w przedziale od 0 do 60°C.
- LCD są mniej niezawodne jednostki wyświetlające.
- Widoczność obrazu zależy od natężenia światła.
Zastosowania LCD
LCD znajduje swoje główne zastosowania w wyświetlaniu obrazów na ekranach różnych gadżetów elektronicznych, takich jak telewizor, kalkulator, monitor komputerowy itp. Są one również wykorzystywane w zegarkach cyfrowych i ekranach telefonów komórkowych.
Są one również wykorzystywane w wizualizacji fal RF w transmisji przez falowody oraz w zastosowaniach medycznych, takich jak termometr ciekłokrystaliczny itp.