Как работают ЖК-дисплеи — все, что вам нужно знать

Понимание работы ЖК-дисплеев имеет первостепенное значение, особенно сейчас, когда почти каждый экран, который вы видите, является ЖК-дисплеем. Тем не менее, трудно отличить эти экраны по номинальной стоимости, если вы не знаете их заранее. Здесь мы рассмотрим ЖК-экраны, их структуру, основные компоненты и способы увеличения срока службы дисплея.

Жидкокристаллический дисплей (ЖК-экран) представляет собой плоский дисплей, в котором используются жидкие кристаллы для создания видимого изображения.

Что такое ЖК-дисплей?

Рис. 1. Поперечное сечение ЖК-дисплея

Жидкокристаллический дисплей (ЖК-экран) представляет собой плоский дисплей, в котором используются жидкие кристаллы для создания видимого изображения.

Основная структура ЖК-экрана

Подсветка

Светодиод (LED)

Рис. 2. Светодиодная лента

ЖК-экраны со светодиодной подсветкой используют светодиоды для подсветки пикселей. Они имеют лучший диапазон затемнения, лучший коэффициент контрастности, более широкую цветовую гамму и более надежны, чем экраны с CCFL-подсветкой.

Электролюминесцентная панель (ELP)

В этой технологии для получения света используются возбужденные цветные люминофоры, и для излучения света им требуется электрическое напряжение 100 вольт переменного тока с частотой 400 герц. Технология ELP применима в монохромных, сегментных и символьных ЖК-дисплеях.

Флуоресцентные лампы с горячим катодом (HCFL)

В HCFL используется спиральная вольфрамовая нить, соединенная с двумя катодами на обоих концах. Когда катоды электрически возбуждаются при температуре 900 градусов по Фаренгейту, они испускают электроны, которые реагируют с ртутью в трубке. Эффект заключается в том, что генерируемое ультрафиолетовое излучение вступает в реакцию с люминофором, излучая свет.

Флуоресцентные лампы с холодным катодом (CCFL)

В отличие от HCFL, CCFL не имеет вольфрамовой нити накала. Вместо этого напряжение внутри трубки возбуждает ртуть, вызывая протекание тока. УФ-излучение ртути вступает в реакцию с люминофором, излучая свет.

Жидкокристаллический дисплей

Рис. 3. Женщина смотрит ЖК-телевизор

ЖК-дисплей с нематической фазой

Нематическая термотропная фаза протекает при более высокой температуре по сравнению со смектической степенью. Жидкие кристаллы имеют ориентацию, длинные оси которой направлены в одном направлении.

Их положение центра масс в жидкости случайно. Однако вы можете совместить их с внешним магнитным или электрическим полем, чтобы создать прозрачный или непрозрачный вид.

Именно благодаря этому свойству выравнивания молекулы нематика применимы в ЖК-дисплеях.

Смектика жидких кристаллов 

Смектическая фаза — термотропная фаза жидких кристаллов, существующая при низких температурах. Здесь молекулы жидкого кристалла располагаются слоями, перпендикулярными плоскости молекул.

Кристаллическая структура находится в жидком состоянии и скользит друг по другу в направлении плоскости слоя.

Холестерин жидких кристаллов 

Здесь жидкие кристаллы располагаются слоями толщиной в одну молекулу. Кроме того, молекулы выстраиваются так, что их длинные оси параллельны друг другу.

Цветные фильтры жидких кристаллов

Цветные фильтры в ЖК-панелях пропускают определенные длины волн света, блокируя другие. Поэтому можно усиливать и сжимать видимые цвета для создания вариаций одного и того же цвета.

Поляризационные фильтры из жидких кристаллов

Поляризационные фильтры пропускают поляризованный свет определенной ориентации через ЖК-экран, блокируя все световые экспозиции.

Как работают ЖК-экраны – Тонкопленочные транзисторы (TFT)

ЖК-дисплеи на тонкопленочных транзисторах используют TFT в качестве переключателей отдельных пикселей для улучшения характеристик изображения, таких как контрастность и адресуемость.

TFT — это специальные полевые транзисторы (FET), которые тоньше относительно плоскости устройства.

Как работают ЖК-экраны?

Работа ЖК-дисплея в первую очередь основана на свойствах поляризованного света. Поляризованный свет — это свет, вибрации которого ограничиваются одной плоскостью. В ЖК-дисплее белый свет подвергается поляризации с помощью двух поляризационных пленок.

ЖК-экран имеет миллионы пикселей, каждый из которых имеет поляризационную пленку по обе стороны от связанного жидкого кристалла. Каждый пиксель подвергается дальнейшей категоризации на три отличительных красных, зеленых и синих подпикселя.

Когда вы включаете ЖК-дисплей, подсветка излучает белый неполяризованный свет на пиксели. Белый свет распространяется в различных плоскостях, включая горизонтальную и вертикальную.

Первое поляризационное стекло пропускает только горизонтальные световые волны, а второй стеклянный фильтр пропускает только вертикальные световые волны. Два поляризационных стекла представляют собой жидкие кристаллы с окружающими их электродами, и каждый субпиксель имеет свой электрод и пару поляризующих стекол.

Жидкий кристалл находится в электронно-нематической форме в своем естественном состоянии.

Поляризационные стеклянные фильтры поворачивают горизонтальный свет в вертикальное положение в выключенном состоянии, позволяя свету достигать пикселей.

Когда поляризующие электроды включены, нематические жидкие кристаллы ориентируются горизонтально. Свет от подсветки больше не закручивается на угол 90 градусов и проходит горизонтально. Стекло с вертикальной поляризацией затем блокирует плоские световые волны.

Изменяя электрический ток через каждый набор электродов, мы можем изменить количество жидких кристаллов, выровненных по горизонтали. Таким образом, это приводит к тому, что различное количество света достигает пикселей для создания изображения.

Цвета отдельных субпикселей находятся по шкале от 0 до 255. Если все три равны нулю, вы увидите черный цвет на всем экране, а если все три равны 255, вы увидите подсветку (белую). Изменение потенциала жидкокристаллического электрода изменяет цветовую индикацию на ЖК-дисплее.

Шесть факторов, определяющих срок службы ЖК-экранов

Рис. 4. Футуристический медицинский ЖК-дисплей ЭКГ

Ниже перечислены шесть факторов, определяющих срок службы ЖК-дисплея.

Операционная среда экрана

ЖК-дисплеи лучше всего работают, когда жидкие кристаллы находятся в нематической фазе. Падение температуры ниже точки замерзания или более высокие температуры ухудшают работу ЖК-дисплея, что сокращает срок его службы.

Качество сопутствующих электронных компонентов

ЖК-дисплеи выходят из строя в первую очередь из-за вздутия конденсаторов в результате высыхания электролитов внутри. Материалы низкого качества сокращают срок службы ЖК-дисплея.

Как работают ЖК-экраны – Состояние внешних компонентов

Внешние компоненты, такие как стабильность и частота питания, влияют на срок службы ЖК-экранов. Пыль также оседает на важных компонентах схемы, вызывая короткие замыкания и проблемы с нагревом устройства.

Сбой подсветки

Отказ подсветки ЖК-дисплея может произойти из-за короткого замыкания или неисправности внутреннего компонента. Быстро решить эту проблему можно, заменив подсветку.

Электромагнитное излучение

Внешнее магнитное поле препятствует выравниванию жидких кристаллов между двумя стеклянными поляризаторами. Поэтому сильное электрическое поле снижает качество изображения и со временем приводит к ухудшению качества экрана.

Как работают ЖК-экраны – Частота использования

Срок службы ЖК-дисплеев составляет от 30 000 до 60 000 часов. Поэтому срок его службы во многом зависит от того, как долго он включен в течение дня.

Разница между ЖК-экранами и плазменными экранами

Рис. 5. Плазменный телевизор на стене комнаты

Нелегко отличить плазменные и ЖК-экраны от номинальной стоимости, и они поразительно похожи, но используют очень разные технологии для отображения информации.

Ниже перечислены существенные различия между плазменными и ЖК-экранами.

Частота обновления

Плазменный экран имеет более высокую частоту обновления по сравнению с ЖК-экраном той же классификации. Медленное время отклика ЖК-экранов становится очевидным, когда изображения отображаются в более быстром темпе.

Вы часто будете видеть некоторый эффект ореола, из-за которого изображения имеют тенденцию тянуться по экрану. Современные ЖК-дисплеи не имеют эффекта ореолов, потому что их частота кадров ближе к частоте кадров плазменных телевизоров.

Технологии

Еще одно различие между жидкокристаллическими и плазменными экранами заключается в их принципах работы. То, как вы освещаете пиксели и субпиксели для создания изображения, различается, и ЖК-дисплеям требуется подсветка, чтобы обеспечить необходимое возбуждение пикселей для точного отображения изображения.

Плазменные экраны используют свойства инертных газов для подсветки пикселей. Каждый пиксель может возбуждаться сеткой электродов внутри его структуры в горизонтальном и вертикальном расположении.

Когда вы направляете УФ-свет на люминофорное покрытие пикселя, он преобразуется в выбранный вами цвет. Свет, отображаемый на красном люминофоре, окрашивает пиксель в видимый красный цвет и т. д.

Вес 

ЖК-дисплеи весят меньше, чем их плазменные аналоги того же размера. Кроме того, они потребляют меньше электроэнергии и производят меньше тепла.

Однако разница в весе и энергопотреблении не имеет большого значения, поскольку она относительна. Плазменные дисплеи по-прежнему очень легкие по сравнению с дисплеями других технологий.

Показать

Плазменные экраны отображают то, что мы считаем более аутентичными изображениями. Благодаря отсутствию подсветки вы получаете подробные фотографии физического объекта, выставленного на плазменных экранах.

ЖК-экраны почему-то относительно насыщены и не такие четкие, как некоторые плазменные дисплеи.

Высота

Высота влияет на плазменные экраны, и они плохо работают на высоте более 6500 футов.

По мере того, как вы поднимаетесь в космос, давление воздуха, естественно, падает. Падение давления означает, что воздух естественным образом расширяется, что создает серьезную проблему для плазменных дисплеев. Изменение расстояния между молекулами инертного газа приводит к тому, что электроды работают сильнее, чтобы зажечь пиксели. В тихой комнате или при отображении белых изображений вы услышите шум на экране.

Заключение

Мы обсудили наиболее важные факторы, влияющие на работу ЖК-дисплеев.

Таким образом, у вас есть достаточно информации о его работе, компонентах, слабых сторонах и о том, как продлить срок его службы.

ЖК-экраны по-прежнему являются одними из лучших на рынке. Если вам когда-нибудь захочется купить новый ЖК-телевизор, обратите внимание на информацию, представленную в этой статье.

Для дальнейших вопросов, комментариев или взаимодействия, не стесняйтесь обращаться к нам.