Den flydende krystaller eller LCD (engelsk flydende krystaller ) ( ACL i Quebec til display LCD ) tillader oprettelsen af skærme med lavt forbrug af fødevarer ' elektricitet . I dag bruges disse skærme i næsten alle elektroniske displays .
De første LCD -displaypaneler blev introduceret i 1971 , men det var først i 1985, at Matsushita tilbød en fladskærm med tilstrækkelig størrelse og opløsning til at kunne bruges på mikrocomputere.
Allerede i 1984 udviklede Thomsons centrale laboratorium den første farve LCD.
LCD-skærme har været brugt siden slutningen af 1990'erne i sort og hvid og derefter i farver siden begyndelsen af 2000'erne i mobiltelefoner , pc'er , fjernsyn , indbyggede computere til fly og biler.
De første fladskærme, der markedsføres (14 tommer eller 35,56 cm ) i farve i Europa, stammer fra udgangen af 1995 til en pris på 5.000 franske franc (ca. € 750).
Flydende krystaldisplays anvender polarisering af lys ved at polarisere filtre og dobbeltbrydning af visse flydende krystaller i den nematiske fase , hvis orientering kan varieres som en funktion af det elektriske felt . Set fra det optiske synspunkt er displayet med flydende krystaller en passiv enhed: det udsender ikke lys, kun dets gennemsigtighed varierer, og det skal derfor have belysning.
Først tilgængelig i monokrom og lille størrelse, den bruges i lommeregnere, måleenheder og ure på grund af dets lave strømforbrug; det giver i øjeblikket mulighed for at vise i farver i dimensioner på mere end en meter, diagonalt. Det har fortrængt katodestrålerøret i de fleste applikationer, undtagen i meget høj definition, når farvepaletten skal være præcis og trofast og i barske miljøer (f.eks. Når driftstemperaturen er under 5 ° C ).
Flydende krystalskærmen består af to polarisatorer, hvis polarisationsretninger danner en vinkel på 90 °, arrangeret på hver side af en sandwich, dannet af to glasplader, der omslutter flydende krystaller. Ved hver af grænsefladerne med de flydende krystaller sikrer et lag af polymer, generelt et polyimid , rillet forankring af molekylerne i hvile.
De to indvendige sider af glaspladerne har en matrix af transparente elektroder til sort og hvid. Anordningens tykkelse og væskekrystallernes beskaffenhed vælges for at opnå den ønskede rotation af polariseringsplanet i fravær af elektrisk spænding (90 ° i TN -skærme). I store skærme tilføjes afstandsstykker, små transparente kugler i rummet fyldt med flydende krystaller for at holde den meget lille tykkelse (20 µm ) konstant og præcis.
Anvendelsen af en større eller mindre potentiel forskel mellem de to elektroder i en pixel resulterer i en ændring i orienteringen af molekylerne, en variation i polariseringsplanet og derfor en variation i gennemsigtigheden af hele indretningen.
Denne variation i gennemsigtighed udnyttes ved baggrundsbelysning, ved reflektion af det indfaldende lys eller ved projektion.
Pixelelektroderne er kun tilgængelige i hele rækken eller søjlen, og til- eller frakobling skal ske ved regelmæssig scanning af prikkerne.
Små monokrome flydende krystalskærme er baseret på det samme princip, men anvender ofte frontelektroder i form af et tegnsegment for at forenkle elektronikken (direkte alt-eller-intet-kontrol), samtidig med at man opnår meget god læsbarhed (ingen scanning) .
LCD -skærme varierer også i størrelse, opløsning og tonehøjde (størrelsen på den pixel, der vises på skærmen), som er angivet nedenfor: dette skal tages i betragtning, når du vælger en skærm, afhængigt af dens brug og dets behov.
Se også artiklen Måleenhed inden for datalogi .
Grundprincippet er altid det samme. Det kræver tre celler pr. Pixel, og sandwichen suppleres med et farverigt filter med røde, grønne og blå mønstre. Normalt er filteret en række lodrette bånd, der skifter de tre farver. Der er dog andre distributioner, der skifter farverne fra en linje til en anden.
For at forbedre farvegengivelsesnøjagtigheden adskilles RGB -filterelementerne med et uigennemsigtigt sort bånd.
TN-teknologi tillader ikke visning af mere end 262.144 farver (3 × 6 bit), visning af 16 millioner farver (3 × 8 bit) bruger en tilnærmelsesmetode enten ved at blinke, som skifter visningen af 2 farver, der omgiver den "virkelige "en, enten ved diffusionseffekt ( screening ) mellem tilstødende celler. Mange skærme ser ud til at bruge en kombination af disse to teknikker.
Afhængig af den relative gennemsigtighed af flydende krystalindretninger: 15 % til monokrome skærme og mindre end 5 % for farveskærme, på grund af indsætningen af den farvede maske er flere belysningstilstande blevet tilpasset:
Transmissiv belysning : skærmen arbejder med baggrundsbelysning ( TV , computerskærm , kamera , kamera og telefon ) af en eller flere kolde katode udladningslamper , det lys der er distribueret af to arrays af ortogonale . Prismer 2010'erne førte med fordel erstatte rør.
Karakteristika er:
Projektion : Transmissiv belysning anvendes også til projektorer, hvor billedet af en lille størrelse farve flydende krystaller, ca. 2 cm i diagonal, ventes af en optisk indretning kan sammenlignes med en dias projektor omfattende en høj effekt halogenlampe . De bedste resultater opnås ved at kombinere tre monokrome skærme med et sæt filtre og prismer, nedbryde og komponere lysspektret igen.
Reflekterende belysning : skærmen udnytter indfaldende lys; denne funktion er meget nyttig til personlige digitale assistenter , lommeregnere , musikafspillere og ure . Mobiltelefoner, der var tilgængelige omkring år 2000, brugte også denne type skærm. Det bruges til monokrome skærme, der er tilstrækkeligt gennemsigtige.
Transflekterende belysning : den kombinerer en reflekterende enhed med en transmissiv baggrundsbelysning. Det bruges til mange personlige assistenter (PDA'er) og nogle kameraer. Computeren beregnet til børn i udviklingslande, OLPC kombinerer en transmissiv farvedisplay og en reflekterende sort / hvid skærm, der gør denne computer til en af de få, der er perfekt anvendelige i direkte sollys.
Målingerne er defineret af ISO 13406-2- standarden , hvis mest kendte regel vedrører defekte pixels, og som opdeler skærme i 4 klasser efter antallet af defekter pr. Million pixels :
Klasse | Hvide | Sort | Underpixels | Med 5 pixels | Fortløbende |
---|---|---|---|---|---|
jeg | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
II | 2 | 2 | 5 | 1 | 2 |
III | 5 | 15 | 50 | 2 | 2 |
IV | 50 | 150 | 500 | - | - |
Blandt de andre foranstaltninger, der kendetegner det:
Definition i antal pixels: antallet af punkter, der udgør det synlige billede. Dimensioner : det er diagonalen, der er angivet i inches (2,54 cm ) eller i centimeter. Horisontal og lodret betragtningsvinkel : angiver, i hvilken vinkel billedet kan observeres, med en kontrast større end 10: 1 (meget lav i forhold til kontrasten forfra). Ydelserne, der generelt er angivet, er ikke dem, der er defineret af den mindre flatterende ISO-standard. Kontrast : forholdet mellem lysstyrke mellem en hvid pixel og en sort pixel. Ofte opnået ved at skubbe lysstyrken ud over brugbar (for en computerskærm er den anbefalede værdi omkring 100 cd / m 2 ) Producenter viser skærme med kunstige kontraster på 10.000: 1 eller endda mere, mens en kontrast større end 1000: 1 allerede er en ekstraordinær værdi for en LCD. Lysstyrke : (strengt taget er det luminans ) målt i aksen, i cd / m 2 Svartid : ISO definerer den samlede rundturstid hvid → sort → hvid. Det er ofte mere optimistisk end det, der kræves for den hvide → grå → hvide overgang, der er mere repræsentativ for den nuværende brug.De tilgængelige værdier i Maj 2008 til handelsskærme:
Egenskaber | Skærme | Tv | Projektorer |
Definition i antal pixels | 1024 × 768 til 2560 × 1600 | 1024 × 768 til 1920 × 1080 | 1920 × 1080 |
Diagonal | 38 til 76 cm (15 til 30 ″) | 38 til 279 cm (15 til 110 ″) | |
Vandret og lodret betragtningsvinkel | 178 ° | 178 ° | - |
Kontrast | 600: 1 til 3000: 1 | 600: 1 til 5000: 1 | 3000: 1 |
Lysstyrke cd / m 2 | 250 til 320 | 300 til 550 | - |
Responstid | 2 til 16 ms | 2 til 16 ms | 12 ms |
Visse LCD -paneler, der ikke markedsføres til offentligheden, når meget vigtigere definitioner. Nogle skærme hævder en "dynamisk" kontrast på 3000: 1, men for at kunne læse skal du justere kontrasten til en værdi, der er meget lavere end 3000: 1, for at undgå blænding.
Den Internationale Kommission for Belysning (CIE) har ud fra en stikprøve af befolkningen bestemt rækkevidden af farver, som det menneskelige øje kan se og skelne mellem. De fleste gengivelsesenheder (skærme, printere) er langt fra i stand til at gengive hele dette udvalg af farver.
Flydende krystalskærme er kommet langt i farvekvalitet, og deres spektrum overstiger sRGB- farveområdet ( gamut ) svarende til Windows, og nogle professionelle modeller nærmer sig NTSC- spektret, der bruges til tv.
En ny baggrundsbelysningsteknik blev mere populær i 2007, som erstattede afladningslampen med en matrix af hvide elektroluminescerende dioder, hvilket gjorde det muligt at opnå et bedre kontrastforhold og reducere enhedens strømforbrug. Nogle producenter drager fordel af denne type baggrundsbelysning ved at belyse skærmen sekventielt (efter gruppe af pixels) for at øge både kontrastforholdet og svarsfrekvensen.
Store skærme er stadig store forbrugere af elektricitet. I begyndelsen af 2009 introducerede Sony et fjernsyn, der forbruger 40% mindre elektricitet (153 W i forhold til 263 W ) end tidligere LCD -fjernsyn, ved at erstatte den klassiske koldkatode -lysstofrør (CCFL ) med baglys med en varm katode. (HCFL, varm katode lysstofrør ). En tilstedeværelsesdetektor sætter skærmen i dvale, så snart seeren forlader og genaktiverer den, når nogen nærmer sig, og en "standby uden strømforbrug" fuldender denne enhed. Dette svarer til en reduktion i forbruget på 56 kWh, hvis apparatet er i drift 4,5 timer om dagen og ved 23 kg CO 2 udstedt på mindre, i et år.
Hver teknologi giver kompromiser med hensyn til farvegengivelse, kontrast, lydhørhed, synsvinkler eller prikken i film:
Grundteknologien , TN ( Twisted Nematic ) var den mest udbredte og den mest økonomiske på trods af utilstrækkeligheder i farvegengivelsen og deres kontrast, samt en stærk forsinkelse. Det er blevet forbedret til DSTN-skærme ( Dual scan twisted nematic ) , der har bedre billedstabilitet takket være indførelsen af en dobbeltscanning. På trods af forbedringer, der giver den en god reaktivitet , tilbyder disse passive matrix -teknologier et kontrastforhold begrænset til 50: 1, betragtningsvinkler på de åbne sider, men en lavere synsvinkel sort, et panel med ujævn lysstyrke, en vis efterglød (især " sort eller reverse ghosting ", mørk efterglød bag bevægelige motiver) og en gennemsnitlig kvalitet af sorte generelt.
Dobbeltlagsskærme ( Double Super Twisted nematic ) er også produceret for at forbedre den kromatiske balance i det producerede lys.
TN- og DSTN-skærme er gennemsigtige i hvile.
Dens TFT -variant er den mest anvendte til farveskærme, i computere og til fjernsyn. Det erstatter portelektroden før med en enkelt elektrode ITO (oxid af indium - tin InSn 2 O 3), Og baglågen af en matrix af transistorer tyndfilm ( Thin-film transistor ), en per pixel og tre per pixel farve, som giver bedre kontrol med opretholde spændingen af hver pixel for at forbedre svartiden og display stabilitet.
De fleste farveskærme i flydende krystaller anvender denne såkaldte "active matrix" TFT-teknologi, der har opnået svartider på mindre end 10 ms . Kontrasten forbliver imidlertid begrænset til omkring 300: 1, og kun skærme af PVA- type overstiger denne værdi.
Den tynde siliciumfilm ætses ved hjælp af fremstillingsprocesser for halvlederindretning på en ekstremt tynd aflejring, et par hundrede mikrometer i størrelse, af silicium. Det er i øjeblikket ikke muligt at deponere monokrystallinsk silicium på glas, fordi den krævede temperatur på 1450 ° C gør glasset flydende.
Silicium aflejres ved gasdiffusion, og der opnås derefter et amorft lag eller ved udglødning af en tynd plade af silicium (silicium forbliver lokalt krystalliseret: polykrystallinsk). Denne glødning kan udføres:
Et polykrystallinsk lag gør det muligt at ætse kredsløb hundrede gange mere effektive end dem med amorft silicium og opnå større finhed.
Når strømmen er slukket, er TFT-skærmene sorte i farven.
Reflekterende displayteknologi : Anvendes til applikationer med meget lavt strømforbrug, såsom elektroniske gondolmærker (EEG), digitale displayure, tællere ... dual transistor pixel technology (DTP Dual Transistor Pixel) refererer til et innovativt TFT -pixeldesign ved hjælp af innovative energigenvindingsprocesser .
Dobbelt transistor pixel teknologi (DTP) : DTP består i at tilføje en anden transistor gate i den enkelte TFT celle for at opretholde visningen af en pixel i 1 sekund uden tab af billede eller uden at beskadige transistorer over tid TFT. Ved at bremse standardopdateringshastigheden fra 60Hz til 1Hz øger DTP -teknologien energieffektiviteten i størrelsesordener.
Originalt internationalt patent indgivet i 2004 : DTP -teknologi stammer fra et laboratorium i Californien og blev oprindeligt finansieret af førende amerikanske venturekapitalister amerikanske VC'er (US VP / Thomas Wiesel). Charles Neugerbauer (ph.d.er) er opfinderen.
IPS - teknologi ( in-plane switching ) udviklet af Hitachi i 1996 perfektionerer TN-TFT-teknologi ved hjælp af flydende krystaller, hvis akse er parallel med skærmens plan.
Betragtningsvinklen er meget bred, og den mørkere hjørnefejl fjernes (den fjernes også med nyere VA-teknologier).
En forbedring, MVA ( multi-domain vertical alignment ), blev introduceret i 1998 af Fujitsu , som forbedrer sin VA-teknologi ved at integrere flere brydningsdomæner pr. Celle og dermed øge kvaliteten af den sorte (<1 cd / m 2 ), lydhørhed og forbedring af nyttig kontrast og ensartede synsvinkler. Den seneste udvikling er PVA ( Patterned Vertical Alignment ) produceret af Samsung -virksomheden , hvor sorte farver når 0,15 cd / m 2, hvilket giver en kontrast på 1000: 1.
MVA-skærme er uigennemsigtige i hvile. PVA -skærme er mere tilbøjelige til at prikke i film end TN- og MVA -paneler.
Fremstillingsprocessen for flydende krystalplader er stærkt automatiseret og omfatter i en kontrolleret atmosfære en række maskiner med meget høj præcision. Udgangspunktet for hvert ansigt er en stor glasplade (op til 1,9 m x 2,2 m til " generation 7 "), hvor flere skærme forberedes samtidigt. De skæres efter samling og limes derefter på begge sider.
Det anvendte glas skal både være tyndt, mindre end en millimeter og modstå uden deformation til forskellige kemiske og varmebehandlinger (glasovergangstemperatur større end 600 ° C ) uden at miste dets gennemsigtighed (modstandsdygtighed over for fluorerede derivater ). Glas med et højt indhold af siliciumdioxid anvendes til dette formål uden tilsætning af barium .
Forruden modtager successivt pigmenterne i den farvede maske, et beskyttende lag, et lag ITO (frontelektrode) og derefter af polyimid . Dette er let rillet af friktion med en speciel velour. Bagruden følger en mere kompleks proces: aflejringer af silicium, metaller til elektroderne, datalinjer og kondensatorer ( tantal , aluminium ), oxidation, fotolitografi, derefter afstandsstykker og endelig polyimidet.
Samlingen ved limning skal være ekstremt præcis i størrelsesordenen et mikrometer for at sikre et perfekt match mellem den farvede maske og underpixlerne. Først derefter fyldes samlingen med flydende krystalopløsningen.
Den sidste operation er påføring af en polariserende film i polymeracetat på hver side af samlingen.
For bedre at forstå begrænsningerne under industrialiseringen:
idet disse karakteristika i betragtning, mængden af flydende krystal indeholdt i en skærm med en side af en meter er af størrelsesordenen 20 cm 3 , dvs. 2 cL .
De sigter mod at forbedre:
Blandt de alternative teknologier, der bruger flydende krystaller, har virksomheden Philips netop præsenteret prototyper af "malede" flydende krystalskærme eller malbar skærm , fremstillet i henhold til en enklere proces (aflejring af overlejrede lag), der ender med en fotogravure af cellerne. Flydende krystaller ( foto -forceret stratifikation ).
Flydende krystal viser brugen af indium , metal, der i stigende grad er ualmindeligt , og sjældne jordarter . LCD -skærme med baggrundsbelysning af lysstofrør (truede) indeholder også kviksølv , et element giftigt for mennesker og miljøet.
Levetiden varierer fra 50.000 til 60.000 timer.
I 2010 var genbrugsteknikkerne endnu ikke afsluttet. Den største vanskelighed for baggrundsbelyste LCD-skærme er at adskille lysstofrør, der indeholder kviksølv.
Den zenithal bistable device (ZBD), udviklet af det britiske firma QinetiQ, bevarer et image uden strømforsyning.
Elektroluminescerende eller OLED - skærme ( organisk lysdiode ) inkluderer organiske lysdioder . Der findes allerede flere kommercielle applikationer, lige fra skærme på forskellige smartphones til Playstation Vita gennem det fremtidige udseende af fleksible skærme.
Elektrokromiske skærme udnytter egenskaberne ved viologener (derivater af 4,4′-bipyridin ).
Ved at optage, forenkle og multiplicere det virker princippet om katodestrålerør (påvirkning af fosfor af accelererede elektroner), overfladeledende elektronemitterdisplay (SED) mere lovende end plasmaskærme .
Den tv-laser , som er udviklet af firmaet Mitsubishi er også en mulighed for fremtiden. Hver pixel belyses af tre laserstråler: en blå, en grøn og en rød. Disse skærme er interessante på mere end én måde: de forbruger tre gange mindre end en plasmaskærm af samme størrelse, kontrasten mellem deres farver er meget vigtigere som deres lysstyrke, de kan lave en farvepalet meget bredere. og Plasmas, de er fuldt kompatible med HD og full HD , deres levetid ville være meget større end LCD'ers og Plasmas, og endelig skulle deres pris være meget overkommelig, deres produktionsomkostninger ville være lavere end plasmas.
FremskrivningDigital Light Processing (DLP) celler ved hjælp af mikroskopiske oscillerende spejle, Digital Micromirror Device (DMD).
Den meget nylige LCOS-teknologi ( Liquid Crystal On Silicon ) tilføjer et reflekterende lag mellem TFT'er og flydende krystaller.
I december 2010, pålagde Europa-Kommissionen en bøde på 648.925.000 euro til seks producenter af displayskærme med flydende krystaller for at oprette et kartel, der er skadeligt for europæiske forbrugere, der købte fjernsyn, computere og andre produkter, herunder skærme med LCD-skærm. Dette er de koreanske firmaer Samsung Electronics og LG Display og de taiwanske virksomheder AU Optronics , Chimei InnoLux Corporation , Chunghwa Pictures Tubes og HannStar Display Corporation . Samsung Electronics har unddraget sig betaling af bøder på grund af Kommissionens lempelsesprogram, da det var det første, der gav oplysninger om kartellet. Det vides ikke, om Europa-Kommissionen sammen med bøden har planlagt at tage skridt til at kompensere de berørte forbrugere.
Konkurrerende teknikker:
Anvendte teknologier:
Ansøgninger: