Cuprinsul cursului

1Sisteme de intrare/ieșire și echipamente periferice (04-1)

Cuprinsul cursului

1. Introducere2. Metode pentru operații de I/E3. Magistrale4. Afișaje cu cristale lichide5. Alte tipuri de afișaje6. Adaptoare grafice7. Discuri optice

11.11.2015


4. Afișaje cu cristale lichide

Cristale lichide Tehnologia TN Metode de adresare Lumina de fond Caracteristici Tehnologia VA Tehnologia IPS

11.11.2015


Cristale lichide (1)

Cristale lichide: descoperite în 1888Schimbarea stării substanței numită benzoat de colesteril din starea solidă în cea lichidă

Substanțe care prezintă o anizotropie a proprietăților variabile în funcție de direcția de măsurare Starea de echilibru – mezomorfă

Stare între cea solidă cristalină și lichidă

11.11.2015



Lumina care trece prin cristalele lichide urmează alinierea moleculelor Aplicarea unui câmp electric sau magnetic modifică alinierea moleculelor cristalelor lichide Trei tipuri de cristale lichide:

Termotropice Liotropice Metalotropice

11.11.2015



Cristale lichide termotropiceTranzitează în diferite faze odată cu schimbarea temperaturii

Cristale lichide liotropicePrezintă tranziții de fază determinate de concentrația moleculelor într-un solvent

Cristale lichide metalotropiceCompuse din molecule organice și anorganice Tranzițiile de fază depind și de raportul de compoziție organic / anorganic

11.11.2015



Fazele cristalelor lichide termotropice Temperatură înaltă: faza lichidă (izotropă)Temperatură scăzută: faza solidă (cristalină)Faza nematică Faza smectică Faza colesterică

Tipuri de ordonare pentru faze:Ordine pozițională a moleculelor Ordine de orientare a moleculelor

11.11.2015



Faza nematică (N)Nema – fir; nemato – filiform (lb. greacă) Molecule filiforme Fără ordine pozițională Ordine de orientare aprox. paralelă directorPot fi aliniate ușor cu un câmp electric

11.11.2015



Faza smectică (Sm) Moleculele păstrează ordinea de orientareSe aliniază în straturi Ordine pozițională după o direcție SmA (stânga) SmC (dreapta) Există și alte faze Sm

11.11.2015



Faza colesterică (N*)Tipică pentru esteri ai colesterolului colesteric Structură similară cu o stivă de straturi nematice 2DDirectorul din fiecare strat este răsucit față de straturile adiacente Twisted nematic (TN)

11.11.2015




11.11.2015


Tehnologia TN

Tehnologia TN Principiul de funcționare Afișaje color Detalii constructiveTehnologia STN Tehnologia DSTNTehnologia FSTN

11.11.2015


Principiul de funcționare (1)

Afișajele cu cristale lichide sunt pasive Utilizează o sursă de lumină (de fond) sau o oglindă (reflectă lumina ambientală) Funcționarea se bazează pe proprietățile luminii polarizate

Undele de lumină sunt orientate în paralel cu o anumită direcție specifică Se poate obține cu un filtru polarizator

11.11.2015

Sisteme de intrare/ieșire și echipamente periferice (04-1) 13


Lumina polarizată trece printr-un strat de cristale lichide TN

Lumina urmează alinierea moleculelor Direcția de polarizare se modifică în funcție de rotirea moleculelor

11.11.2015



Un pixel: cristale lichide TN introduse între doi electrozi transparenți

Electrozii sunt prevăzuți cu straturi de aliniere pentru a controla alinierea moleculelor caneluri Canelurile de pe cei doi electrozi sunt perpendiculare între ele Rezultă o răsucire cu 90 a axelor longitudinale ale moleculelor de pe cei doi electrozi

11.11.2015


Principiul de funcționare (4)Două filtre polarizatoareDouă plăci de sticlăDoi electrozi transparenți Strat de cristale lichide TNLumina este polarizată de primul filtru Direcția de polarizare este rotită cu 90Lumina va trece și prin al doilea filtru

11.11.2015


Principiul de funcționare (5)Dacă se aplică o tensiune electrică, moleculele se realiniază Direcția axelor longitudinale tinde să se alinieze în paralel cu direcția câmpului Undele de lumină nu sunt rotite sunt blocate de al doilea filtru Prin controlul tensiunii, se pot obține diferite nivele de gri

11.11.2015



Afișaje la care lumina este blocată în zonele asupra cărora nu se aplică o tensiune

Direcțiile de polarizare sunt paralele Efectul optic este mai dependent de grosimea afișajului atunci când nu se aplică o tensiune Ochiul este mai sensibil la variații ale luminozității în starea întunecată imagine pătată Această variantă poate crește și puterea consumată

11.11.2015



Răspunsul unei celule TN la o tensiune aplicată

11.11.2015



Procentul de transmisie a luminii

11.11.2015


Tehnologia TN


11.11.2015


Afișaje color

Sunt necesare nivele intermediare de luminozitate

Modificarea tensiunii aplicate celulelor Lumina de fond de culoare albă conține toate lungimile de undăComponentele de culoare se obțin prin filtrarea culorii albe Fiecare pixel este compus din trei subpixeli pentru culorile primare RGB

11.11.2015


Tehnologia TN


11.11.2015


Detalii constructive

11.11.2015


Tehnologia TN


11.11.2015


Tehnologia STN (1)STN – Super-Twisted NematicDiferența dintre tensiunile pentru care o celulă este activă / inactivă trebuie să fie foarte redusăTehnologia TN nu este practică pentru dimensiuni mari cu adresarea convențională Tehnologia STN: direcția luminii polarizate este rotită cu un unghi de 180 .. 270Diagrama indicând transmisia luminii devine mai abruptă

11.11.2015


Tehnologia STN (2)

11.11.2015


Tehnologia STN (3)

Avantaje ale tehnologiei STN comparativ cu tehnologia TN:

Contrast mai ridicat Unghi de vizualizare mai mare Control mai simplu al procentului de transmisie a luminii prin celulele de cristale lichide

11.11.2015


Tehnologia STN (4)

Dezavantaje ale tehnologiei STN:Timp de răspuns mai mare comparativ cu tehnologia TN Nivel de strălucire mai redus Costuri de producție mai ridicate Primele afișaje STN prezentau o colorare nedorită spectru de transmisie deplasat

În starea activă: culoare galbenăÎn starea inactivă: culoare albăstruie

11.11.2015


Tehnologia TN


11.11.2015


Tehnologia DSTN (1)

DSTN – Double Super-Twisted NematicA rezolvat problema de colorare a tehnologiei STN prin adăugarea unui nou strat STN Pentru al doilea strat, sensul de rotire a luminii polarizate este opus față de cel al primului strat În starea inactivă, deplasarea fazei datorată primului strat este compensată de stratul al doilea pixel negru

11.11.2015


Tehnologia DSTN (2)

Starea activă a pixelului nu este afectată de al doilea strat STN pixel albAmbele straturi constau din același tip de cristal lichid caracteristicile sunt constanteDezavantaje:

Este necesară o lumină de fond mai puternică Costul mai ridicat Grosimea și greutatea mai mare

11.11.2015


Tehnologia TN


11.11.2015


Tehnologia FSTNFSTN – Film Super-Twisted NematicCompensarea culorilor se obține cu un film subțire de polimer în locul stratului de sticlă Avantaje comparativ cu tehnologia DSTN:

Costul mai redusGrosimea și greutatea mai mică Sursă de lumină cu o putere mai redusă

Dezavantaj:Reducerea contrastului

11.11.2015




11.11.2015


Metode de adresare

Metode de adresareAdresarea directăAdresarea multiplexată

Afișaje cu matrice pasivăAfișaje cu matrice activă

11.11.2015


Adresarea directă

Utilizată pentru afișajele cu un număr redus de elemente Fiecare element (segment sau pixel) poate fi adresat sau comandat separat Trebuie să se aplice o tensiune asupra fiecărui element pentru a schimba orientarea cristalelor

11.11.2015


Metode de adresare



11.11.2015


Adresarea multiplexată (1)

Utilizată pentru afișajele cu un număr mare de pixeli Fiecare pixel se află la intersecția unui electrod de linie și a unui electrod de coloană

11.11.2015


Adresarea multiplexată (2)

Avantaj: Reducerea complexității circuitelorPentru o matrice de 100x100 pixeli sunt necesare 200 drivere (față de 10.000 la adresarea directă)

Dezavantaj: Reducerea contrastului afișajele TN au fost îmbunătățite prin diferite metode

11.11.2015


Metode de adresare



11.11.2015


Afișaje cu matrice pasivă (1)

Utilizează un set de electrozi transparenți multiplexațiStratul de cristale lichide se află între electrozi Electrozii sunt realizați din oxid de staniu-indiu

11.11.2015



Un pixel – adresat atunci când i se aplică o tensiunePixelul devine opac atunci când este adresatLa eliminarea tensiunii, pixelul se dezactivează lent

11.11.2015



Controlerul afișajului baleiază matricea de pixeliÎntârziere de la aplicarea tensiunii asupra unui pixel până când acesta este activat timpul de răspunsInerție a pixelilor după eliminarea tensiunii Timpul de baleiere al întregii matrici trebuie să fie mai redus decât timpul necesar pentru dezactivarea pixelilor

11.11.2015



Dezavantaje:Interferența între pixeli (“crosstalk”) apariția unor umbre ale obiectelor luminoase Unghiul de vizualizare este limitat Timpul de răspuns este relativ ridicat imaginea curentă este menținută pe ecran și după afișarea unei noi imagini

11.11.2015


Metode de adresare



11.11.2015


Afișaje cu matrice activă (1)

Placa de sticlă din fața afișajului este acoperită cu un electrod continuuPlaca de sticlă din spate este acoperită cu un electrod divizat în pixeliFiecare pixel este conectat în serie cu un tranzistor cu film subțire TFT (Thin Film Transistor)

11.11.2015



Un pixel al afișajului cu matrice activăElemente active: tranzistoare cu efect de câmp FET (Field Effect Transistor)

Pe bază de siliciu amorf (a-Si) Pe bază de polisiliciu (p-Si)

11.11.2015



11.11.2015



O imagine este creată prin baleierea matricei:

Se selectează o linie de pixeli prin aplicarea tensiunii pe electrodul de linie conectat la porțile tranzistoarelor din acea linieSe aplică tensiunile corespunzătoare imaginii pe electrozii de coloană conectați la sursele tranzistoarelor Operațiile se repetă pentru fiecare linie Frecvența de reîmprospătare: 50 sau 60 Hz

11.11.2015



Avantaje (față de afișajele cu matrice pasivă):

Timpul de răspuns mai redus Contrastul mai ridicat Nivelul de strălucire mai ridicat Unghiul de vizualizare mai mare

Dezavantaje:Necesită o lumină de fond mai puternicăCostul mai ridicat

11.11.2015



Pixeli defecți Pentru rezoluții înalte, este necesar un număr mare de tranzistoare

Pentru o rezoluție SXGA: 1280x1024x3 3,93 milioane de tranzistoare

Tranzistoare defecte datorită impurităților Pixel luminos (aprins în permanență)Pixel întunecat (stins în permanență)Producătorii stabilesc limite pentru un număr acceptabil de pixeli defecți

11.11.2015




11.11.2015


Lumina de fond (1)

Poate fi generată prin diferite metode Cu lămpi fluorescente

CCFL – Cold Cathode Fluorescent Lamp Amplasate la marginile afișajului Pentru distribuția uniformă a luminii: un panou difuzor și polarizatoare Pentru echipamente portabile, este necesară conversia tensiunii la o valoare mai ridicată Nu se pot realiza afișaje cu grosimi foarte reduse

11.11.2015


Lumina de fond (2)

Cu șiruri de diode LED albe EL-WLED – Edge-Lit White LED Sunt amplasate la marginile afișajului Panou difuzor și polarizatoare Aparatele TV cu acest tip de lumină de fond (LED TV) utilizează o tehnologie LCD cu matrice activă Se pot realiza afișaje cu grosime redusă (< 1 cm)Față de iluminarea CCFL: consum de energie mai redus (30..40 %); durata de viață mai lungă

11.11.2015


Lumina de fond (3)

Se poate obține un contrast și o luminozitate mai ridicată Costurile inițiale ridicate ale afișajelor au fost reduse Gama de culori este puțin mai redusă față de cea a afișajelor cu iluminare CCFL Este mai dificil să se mențină uniformitatea luminozității pe termen lung zone mai luminoase sau mai întunecate

11.11.2015


Lumina de fond (4)

Cu matrice de diode LED albe Matrice de diode LED albe distribuite uniform în spatele afișajului Se utilizează pentru aparate TV Este posibilă setarea intensității luminii de fond în mod diferit în diferite zone (local dimming) Se poate obține un contrast dinamic mai ridicat Modificarea intensității luminii de fond se poate obține prin modulația în lățime de impulsurilor (PWM) de curent

11.11.2015


Lumina de fond (5)

Cu matrice de diode LED RGB Triade de diode LED: R, G și B Se poate obține o gamă extinsă de culori Culori pure și saturate Cost ridicat Metodă utilizată la afișajele profesioniste pentru editare grafică

11.11.2015


Rezumat (1)

Cristalele lichide au proprietăți ale materiei lichide și ale materiei solide cristalineTipuri de cristale lichide: termotropice, liotropice, metalotropiceCristalele lichide termotropice prezintă mai multe faze în funcție de temperaturăTN a fost prima tehnologie utilizată pentru afișajele cu cristale lichide

Se bazează pe proprietățile luminii polarizate, care urmează alinierea moleculelor

11.11.2015


Rezumat (2)

Îmbunătățiri ale tehnologiei TN: STN, DSTN, FSTNExistă două metode de adresare a elementelor de afișare: adresare directă și multiplexatăAfișajele cu adresare multiplexată pot fi cu matrice pasivă sau cu matrice activă

Afișajele cu matrice activă au avantaje importante față de cele cu matrice pasivă

Generarea luminii de fond cu o matrice de diode LED RGB este cea mai avantajoasă

11.11.2015


Noțiuni, cunoștințe (1)

Tipuri de cristale lichideFazele cristalelor lichide termotropiceFaza nematicăFaza smecticăFaza colestericăPrincipiul de funcționare al afișajelor cu cristale lichide TNTehnologia STNTehnologia DSTN

11.11.2015


Noțiuni, cunoștințe (2)

Tehnologia FSTNAdresarea multiplexatăPrincipiul afișajelor cu matrice pasivăPrincipiul afișajelor cu matrice activăMetode pentru generarea luminii de fondLumina de fond: lămpi fluorescenteLumina de fond: șiruri de diode LED albeLumina de fond: matrice de diode LED albeLumina de fond: matrice de diode LED RGB

11.11.2015


Întrebări

1. Care sunt principalele faze ale cristalelor lichide termotropice?

2. Cum trece lumina polarizată printr-un strat de cristale lichide TN?

3. Care este deosebirea dintre tehnologiile TN și STN?

4. Care sunt dezavantajele afișajelor cu matrice pasivă?

5. Care sunt avantajele generării luminii de fond cu diode LED?

11.11.2015

Documents

Cuprinsul cursului