Hoe werkt een LCD-scherm?

In de moderne consumentenelektronica-industrie isLCD-schermtechnologie blijft na tientallen jaren van iteratieve upgrades een van de meest volwassen, kosteneffectieve en meest toegepaste oplossingen voor platte beeldschermen. Van industriële besturingsapparatuur, auto-instrumentatie en huishoudelijke apparaten tot commerciële terminals en draagbare elektronische apparaten: LCD-producten bestrijken industriële scenario's met laag vermogen en commerciële weergavevelden met hoge resolutie.

LCD is een passieve lichtmodulerende weergavetechnologie gebaseerd op het foto-elektrische effect van vloeibare kristallen. Het meest essentiële kenmerk van LCD-schermen is dat vloeibare kristalmaterialen zelf geen zichtbaar licht kunnen uitstralen. Alle schermafbeeldingen, tekst en kleurveranderingen worden gerealiseerd door de transmissie van extern achtergrondlicht aan te passen via de geordende rangschikkingsveranderingen van vloeibare kristalmoleculen onder invloed van een elektrisch veld. Deze passieve lichtregelingsmodus bepaalt het lage energieverbruik, de hoge stabiliteit en de lange levensduur van LCD-schermen, en vormt ook het fundamentele verschil tussen LCD- en zelfverlichtende schermtechnologieën.

Kerncomponentenstructuur van standaard LCD-displaysysteem

Het complete werkingssysteem van het LCD-scherm bestaat uit meerdere lagen optische structurele onderdelen en elektronische aandrijfcomponenten. Van onder naar boven omvat het voornamelijk een achtergrondverlichtingseenheid, een onderste polarisator, een glassubstraat met ITO-elektrode, een laag met vloeibare kristallen, een kleurenfilterlaag (alleen kleuren-LCD), een bovenste polarisator en een beschermende afdekplaat.

Achtergrondverlichtingseenheid

Als passief weergaveapparaat,LCD-schermis volledig afhankelijk van de achtergrondverlichtingseenheid om een ​​stabiele en uniforme zichtbare lichtbron te bieden. De achtergrondverlichtingseenheid bevindt zich aan de onderkant van de gehele displaystructuur, inclusief lichtbron, lichtgeleidingsplaat, diffusorplaat, reflecterende film en helderheidsverbeterende film. Vroege LCD-producten gebruikten CCFL-fluorescentielampen met koude kathode als lichtbronnen, terwijl moderne reguliere LCD-producten LED-achtergrondverlichtingsoplossingen gebruiken, die de voordelen hebben van een lager energieverbruik, een kleiner volume, een langere levensduur en een hogere lichtuniformiteit.

Polarisator montage

Polarisatoren zijn belangrijke optische componenten die de lichttransmissie regelen en zijn onderverdeeld in een lagere polarisator en een hogere polarisator, die respectievelijk zijn bevestigd aan de buitenoppervlakken van de onderste en bovenste glassubstraten. Natuurlijk licht is ongepolariseerd licht met trillingen in meerdere richtingen. De onderste polarisator kan al het onregelmatige trillingslicht filteren en alleen lineair gepolariseerd licht in één richting vasthouden, waardoor gestandaardiseerd invallend licht voor de vloeibaar-kristallaag ontstaat.

De optische assen van de bovenste en onderste polarisatoren zijn in de standaardstatus in een gekruiste verticale toestand geplaatst, wat de optische kernstructuur is voor het realiseren van lichtschakelaarbediening.

Vloeibare kristalcellaag

De vloeibare kristalcellaag is de functionele kernlaag van het LCD-scherm, die wordt gevormd door vloeibare kristalmaterialen af ​​te dichten tussen twee lagen ultradunne transparante glassubstraten. De binnenzijden van de twee glassubstraten zijn bedekt met transparante ITO-geleidende elektroden en uitlijningsfilms. De uitlijningsfilms kunnen de initiële rangschikkingsrichting van vloeibaar-kristalmoleculen beperken, waardoor de vloeibaar-kristalmoleculen in de spanningsvrije toestand een regelmatig gedraaide opstelling vertonen. Het gemeenschappelijkeTN (Twisted Nematic) vloeibare kristalstructuurdie door reguliere LCD-producten worden gebruikt, kunnen een 90 graden gedraaide structuur van vloeibare kristalmoleculen vormen tussen de bovenste en onderste substraten, wat de klassieke optische schakelstructuur is van traditionele LCD-schermen.

Rij- en bedieningscomponenten

De nauwkeurige regeling van vloeibare kristalmoleculen kan niet los worden gezien van de precieze aansturing van professionele circuits, die ook het elektronische kerngedeelte van deLCM-module. Het aandrijfsysteem omvat een aandrijf-IC, een tijdregelcircuit, een rij- en kolomscancircuit en een signaalverwerkingscircuit. Elke pixeleenheid van het LCD-paneel komt overeen met een onafhankelijk regelcircuit. Door middel van rij- en kolomscanning voert het systeem in realtime verschillende spanningssignalen in naar elke pixel, waardoor een onafhankelijke helderheidsregeling van elke pixel wordt gerealiseerd.

Compleet werkingsmechanisme van LCD-scherm

Het werkproces van het LCD-schermis een continue cyclus van lichtopwekking, polarisatie, modulatie van het elektrische veld, screening van lichttransmissie en beeldherstel. Het hele proces is volledig gebaseerd op fysieke foto-elektrische veranderingen, zonder chemische reactie, waardoor het weergaveproces een hoge stabiliteit en herhaalbaarheid heeft. Het volgende is een stapsgewijze diepgaande analyse van het werkingsprincipe van LCD-schermen in combinatie met optische en elektrische kenmerken.

Lichtbronuitvoer en polarisatieverwerking

Ten eerste straalt de LED-lichtbron van de achtergrondverlichtingseenheid uniform verstrooid zichtbaar licht uit. Na te zijn gehomogeniseerd en gereflecteerd door de lichtgeleidingsplaat en diffusorplaat, wordt een stabiele oppervlaktelichtbron gevormd die inwerkt op de onderste polarisator. De onderste polarisator filtert het ongepolariseerde natuurlijke licht en zet dit om in unidirectioneel lineair gepolariseerd licht. Op dit moment heeft het licht één enkele trillingsrichting, wat een basis legt voor de daaropvolgende modulatie van vloeibare kristallen.

Spanningsvrije staat: lichttransmissie en heldere pixelvorming

Wanneer er geen stuurspanning wordt aangelegd op de ITO-elektrode van een bepaalde pixeleenheid, behouden de vloeibaar-kristalmoleculen in de vloeibaar-kristalcel de aanvankelijke 90 graden gedraaide opstelling onder de beperking van de uitlijningsfilm. Wanneer het lineair gepolariseerde licht door de gedraaide vloeibaar-kristallaag gaat, zal de polarisatierichting van het licht synchroon met de moleculaire rangschikking 90 graden worden gedraaid. Na rotatie is de polarisatierichting van het licht volledig consistent met de optische as van de bovenste polarisator, zodat het licht soepel de bovenste polarisator en de beschermende afdekplaat kan binnendringen en uiteindelijk een heldere toestand op het scherm kan presenteren.

Toegepaste spanningstoestand: lichtblokkering en donkere pixelvorming

Wanneer het systeem een ​​specifieke stuurspanning invoert op de pixelelektrode, wordt er een elektrisch veld gevormd tussen de bovenste en onderste glassubstraten. Aangedreven door de kracht van het elektrische veld zullen de gedraaide vloeibare kristalmoleculen geleidelijk afbuigen en zich verticaal langs de richting van het elektrische veld ordenen. Op dit moment verdwijnt de gedraaide structuur van de vloeibaar-kristallaag en verliezen de vloeibaar-kristalmoleculen het vermogen om de polarisatierichting van het licht te roteren. Het lineair gepolariseerde licht dat door de vloeibare kristallaag gaat, behoudt de oorspronkelijke trillingsrichting, die volledig loodrecht staat op de optische as van de bovenste polarisator. Het licht wordt volledig geblokkeerd en kan niet doordringen, en de pixel vertoont een puur zwarte staat.