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Flüssigkristallanzeige
Apr 24, 2017

Überblick


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Ein LCD-Bildschirm, der als Benachrichtigungsfeld für Reisende verwendet wird.


Jedes Pixel eines LCD besteht typischerweise aus einer Schicht von Molekülen, die zwischen zwei transparenten Elektroden ausgerichtet sind, und zwei Polarisationsfilter (parallel und senkrecht), deren Übertragungsachsen (in den meisten Fällen) senkrecht zueinander sind. Ohne den Flüssigkristall zwischen den Polarisationsfiltern würde Licht, das durch das erste Filter hindurchgeht, durch den zweiten (gekreuzten) Polarisator blockiert. Bevor ein elektrisches Feld angelegt wird, wird die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle durch die Ausrichtung an den Oberflächen der Elektroden bestimmt. Bei einer verdrillten nematischen (TN) -Vorrichtung sind die Oberflächenausrichtungsrichtungen an den beiden Elektroden senkrecht zueinander, und so bilden sich die Moleküle in einer helikalen Struktur oder verdrehen sich. Dies induziert die Rotation der Polarisation des einfallenden Lichts, und das Gerät erscheint grau. Wenn die angelegte Spannung groß genug ist, sind die Flüssigkristallmoleküle in der Mitte der Schicht nahezu vollständig aufgedreht und die Polarisation des einfallenden Lichts wird nicht gedreht, während sie durch die Flüssigkristallschicht hindurchtritt. Dieses Licht wird dann hauptsächlich senkrecht zum zweiten Filter polarisiert und somit blockiert und das Pixel erscheint schwarz. Durch Steuern der an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung in jedem Pixel kann Licht in variierenden Mengen durchlaufen werden, wodurch unterschiedliche Graustufen gebildet werden. Farb-LCD-Systeme verwenden die gleiche Technik, mit Farbfiltern zur Erzeugung von roten, grünen und blauen Pixeln.


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LCD mit Toppolarisator vom Gerät entfernt und aufgesetzt, so dass die oberen und unteren Polarisatoren senkrecht sind.


Der optische Effekt eines TN-Gerätes im Spannungs-Ein-Zustand ist weit weniger abhängig von Schwankungen der Gerätedicke als im Spannungs-Aus-Zustand. Aus diesem Grund werden TN-Displays mit geringem Informationsgehalt angezeigt und keine Hintergrundbeleuchtung erfolgt in der Regel zwischen gekreuzten Polarisatoren, so dass sie mit keiner Spannung hell erscheinen (das Auge ist viel empfindlicher gegenüber Schwankungen im dunklen Zustand als der helle Zustand). Da die meisten 2010-Ära-LCDs in Fernsehgeräten, Monitoren und Smartphones verwendet werden, verfügen sie über hochauflösende Matrix-Arrays von Pixeln, um beliebige Bilder mit Hintergrundbeleuchtung mit einem dunklen Hintergrund anzuzeigen. Wenn kein Bild angezeigt wird, werden unterschiedliche Anordnungen verwendet. Zu diesem Zweck werden TN-LCDs zwischen parallelen Polarisatoren betrieben, während IPS-LCDs gekreuzte Polarisatoren aufweisen. In vielen Anwendungen haben IPS-LCDs TN-LCDs ersetzt, insbesondere in Smartphones wie iPhones. Sowohl das Flüssigkristallmaterial als auch das Ausrichtungsschichtmaterial enthalten ionische Verbindungen. Wenn ein elektrisches Feld einer bestimmten Polarität für eine lange Zeitspanne angelegt wird, wird dieses ionische Material an die Oberflächen angezogen und verschlechtert die Vorrichtungsleistung. Dies wird entweder durch Anlegen eines Wechselstroms oder durch Umkehr der Polarität des elektrischen Feldes vermieden, wenn die Vorrichtung adressiert wird (das Ansprechen der Flüssigkristallschicht ist unabhängig von der Polarität des angelegten Feldes).



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Digitaluhr mit LCD-Display.


Displays für eine kleine Anzahl einzelner Ziffern oder feste Symbole (wie bei Digitaluhren und Taschenrechnern) können mit unabhängigen Elektroden für jedes Segment realisiert werden. Im Gegensatz dazu werden vollständige alphanumerische oder variable Grafikdarstellungen gewöhnlich mit Pixeln implementiert, die als Matrix angeordnet sind, die aus elektrisch verbundenen Zeilen auf einer Seite der LC-Schicht und Spalten auf der anderen Seite besteht, was es ermöglicht, jedes Pixel an den Kreuzungen zu adressieren. Das allgemeine Verfahren der Matrixadressierung besteht darin, eine Seite der Matrix sequentiell zu adressieren, beispielsweise indem man die Zeilen eins nach dem anderen auswählt und die Bildinformation auf der anderen Seite an den Spalten Zeile für Zeile anlegt. Einzelheiten zu den verschiedenen Matrixadressierungsschemata finden Sie auf Passivmatrix- und Aktivmatrix-adressierten LCDs.


Geschichte

1880s-1960er Jahre

Die Ursprünge und die komplexe Geschichte der Flüssigkristall-Displays aus der Perspektive eines Insiders in den frühen Tagen wurden von Joseph A. Castellano in Liquid Gold beschrieben: Die Geschichte der Flüssigkristall-Displays und die Schaffung einer Industrie. Ein weiterer Bericht über die Ursprünge und die Geschichte des LCD aus einer anderen Perspektive bis 1991 wurde von Hiroshi Kawamoto veröffentlicht, die im IEEE History Center erhältlich ist. Eine Beschreibung der Schweizer Beiträge zu den LCD-Entwicklungen, geschrieben von Peter J. Wild, kann als IEEE First-Hand History angesehen werden. Im Jahre 1888 entdeckte Friedrich Reinitzer (1858-1927) die flüssigkristalline Natur des aus Karotten gewonnenen Cholesterins (dh zwei Schmelzpunkte und Farbenerzeugung) und veröffentlichte seine Erkenntnisse bei einem Treffen der Wiener Chemischen Gesellschaft am 3. Mai 1888 ( F. Reinitzer: Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins, Monatshefte für Chemie (Wien) 9, 421-441 (1888)) Im Jahre 1904 veröffentlichte Otto Lehmann seine Arbeit "Flüssige Kristalle" (Liquid Crystals). Im Jahr 1911 experimentierte Charles Mauguin zuerst mit Flüssigkristallen, die zwischen Platten in dünnen Schichten eingeschlossen waren.

1922 beschrieb Georges Friedel die Struktur und Eigenschaften von Flüssigkristallen und klassifizierte sie in 3 Typen (Nematik, Smektik und Cholesterik). Im Jahr 1927 entwarf Vsevolod Frederiks das elektrisch geschaltete Lichtventil, den so genannten Fréedericksz-Übergang, den wesentlichen Effekt aller LCD-Technik. Im Jahr 1936 patentierte die Firma Marconi Wireless Telegraph die erste praktische Anwendung der Technologie "The Liquid Crystal Light Valve". 1962 die erste große englischsprachige Publikation zum Thema "Molekulare Struktur und Eigenschaften von Flüssigkristallen" von Dr. George W. Grey. 1962 stellte Richard Williams von RCA fest, dass Flüssigkristalle einige interessante elektrooptische Eigenschaften hatten und er realisierte einen elektrooptischen Effekt durch die Erzeugung von Streifenmustern in einer dünnen Schicht aus Flüssigkristallmaterial durch das Anlegen einer Spannung. Dieser Effekt basiert auf einer elektro-hydrodynamischen Instabilität, die die sogenannten "Williams Domains" im Flüssigkristall bildet.

1964, George H. Heilmeier, arbeitete dann an den RCA-Laboratorien an der von Williams entdeckten Wirkung das Umschalten von Farben durch feldinduzierte Neuausrichtung von dichroitischen Farbstoffen in einem homöotropisch orientierten Flüssigkristall. Praktische Probleme mit diesem neuen elektrooptischen Effekt machten Heilmeier weiterhin auf Streuungseffekte in Flüssigkristallen und schließlich auf die Erreichung des ersten operativen Flüssigkristall-Displays, basierend auf dem, was er den dynamischen Streumodus (DSM) nannte. Das Anlegen einer Spannung an eine DSM-Anzeige schaltet die anfänglich klare transparente Flüssigkristallschicht in einen milchig-trüben Zustand. DSM-Displays konnten im Transmissions- und Reflexionsmodus betrieben werden, aber sie benötigten einen beträchtlichen Stromfluss für ihren Betrieb. George H. Heilmeier wurde in der National Inventors Hall of Fame aufgenommen und mit der Erfindung von LCDs gutgeschrieben. Heilmeiers Arbeit ist ein IEEE Meilenstein. In den späten 1960er Jahren wurde Pionierarbeit an Flüssigkristallen von der britischen Royal Radar Establishment in Malvern, England durchgeführt. Das Team von RRE unterstützte die laufende Arbeit von George William Gray und seinem Team an der University of Hull, die schließlich die Cyanobiphenyl-Flüssigkristalle entdeckten, die korrekte Stabilität und Temperatureigenschaften für die Anwendung in LCDs hatten.


1970er-1980er Jahre

Am 4. Dezember 1970 wurde der verdrängte nematische Feldeffekt in Flüssigkristallen von Hoffmann-LaRoche in der Schweiz (Schweizer Patent Nr. 532 261) mit Wolfgang Helfrich und Martin Schadt (damals für die Zentralen Forschungslaboratorien) als Patent angemeldet Erfinder Hoffmann-La Roche lizenzierte dann die Erfindung an den Schweizer Hersteller Brown, Boveri & Cie, der in den 1970er Jahren Displays für Armbanduhren produzierte und auch die japanische Elektronikindustrie, die bald die ersten digitalen Quarz-Armbanduhren mit TN-LCDs und zahlreichen weiteren Produkten produzierte. James Fergason, bei der Arbeit mit Sardari Arora und Alfred Saupe am Kent State University Liquid Crystal Institute, legte ein identisches Patent in den Vereinigten Staaten am 22. April 1971. Im Jahr 1971 produzierte die Firma von Fergason ILIXCO (jetzt LXD Incorporated) die ersten LCDs basiert Auf dem TN-Effekt, der bald die schlechten DSM-Typen aufgrund von Verbesserungen von niedrigeren Betriebsspannungen und geringerem Stromverbrauch ersetzte. Im Jahr 1972 wurde die erste Aktiv-Matrix-Flüssigkristall-Display-Panel in den Vereinigten Staaten von T. Peter Brody's Team in Westinghouse, in Pittsburgh, Pennsylvania produziert. Im Jahr 1983 erfanden Forscher bei Brown, Boveri & Cie (BBC), Schweiz, die Super-Twisted Nematic (STN) Struktur für passive Matrix adressierte LCDs. H. Amstutz et al. Wurden als Erfinder in den entsprechenden Patentanmeldungen angemeldet, die am 7. Juli 1983 und am 28. Oktober 1983 in der Schweiz eingereicht wurden. Patente wurden in der Schweiz CH 665491, Europa EP 0131216, US-Patent 4,634,229 und vielen weiteren Ländern erteilt.

Im Jahr 1988 zeigte Sharp Corporation ein 14-Zoll-Aktiv-Matrix, Vollfarb-, Full-Motion-TFT-LCD-Display. Dies führte dazu, dass Japan eine LCD-Industrie auf den Markt brachte, die großformatige LCD-Displays entwickelte, darunter TFT-Computermonitore und LCD-Fernseher. In den späten 1990er Jahren begann die LCD-Industrie, sich von Japan nach Südkorea und Taiwan zu verlagern.


1990s-2010s

Im Jahr 1990 konzipierten die Erfinder unter verschiedenen Titeln elektrooptische Effekte als Alternativen zu verdrillten nematischen Feldeffekt-LCDs (TN- und STN-LCDs). Ein Ansatz bestand darin, Interdigitalelektroden auf einem Glassubstrat zu verwenden, um nur ein elektrisches Feld zu erzeugen, das im wesentlichen parallel zu den Glassubstraten ist. Um die Eigenschaften dieser In-Plane Switching (IPS) -Technologie voll auszuschöpfen, wurde eine weitere Arbeit benötigt. Nach gründlicher Analyse werden Details von vorteilhaften Ausführungsformen in Deutschland von Guenter Baur et al. Und in verschiedenen Ländern patentiert Das Fraunhofer-Institut in Freiburg, wo die Erfinder gearbeitet haben, übergibt diese Patente der Merck KGaA, Darmstadt, einem Lieferanten von LC-Stoffen. Im Jahr 1992, kurz danach, erarbeiten die Ingenieure bei Hitachi verschiedene praktische Details der IPS-Technologie, um das Dünnfilm-Transistor-Array als Matrix zu verbinden und unerwünschte Streufelder zwischen den Pixeln zu vermeiden. Hitachi verbessert auch die Betrachtungswinkelabhängigkeit weiter, indem sie die Form der Elektroden (Super IPS) optimiert. NEC und Hitachi werden frühzeitig Hersteller von aktivmatrixorientierten LCDs auf Basis der IPS-Technologie. Dies ist ein Meilenstein für die Implementierung von Großbild-LCDs mit akzeptabler visueller Leistung für Flachbildschirm-Computermonitore und Fernsehbildschirme. Im Jahr 1996 entwickelte Samsung die optische Mustertechnik, die Multi-Domain-LCD ermöglicht. Multi-Domain und In Plane Switching bleiben nach wie vor die dominanten LCD-Designs bis 2006. Im vierten Quartal 2007 übertrafen LCD-Fernseher CRTs im weltweiten Umsatz zum ersten Mal. LCD-TVs wurden voraussichtlich 50% der 200 Millionen TVs, die im Jahr 2006 weltweit versandt werden sollen, laut Display Bank. Im Oktober 2011 kündigte Toshiba 2560 × 1600 Pixel auf einem 6,1-Zoll (155 mm) LCD-Panel an, das für den Einsatz in einem Tablet-Computer geeignet ist, vor allem für die chinesische Zeichenanzeige.


Erleuchtung

Da LCD-Panels kein eigenes Licht erzeugen, benötigen sie ein externes Licht, um ein sichtbares Bild zu erzeugen. In einem "transmissiven" LCD-Typ wird dieses Licht auf der Rückseite des Glasstapels bereitgestellt und heißt die Hintergrundbeleuchtung. Während Passivmatrix-Displays in der Regel nicht hinterleuchtet sind (zB Taschenrechner, Armbanduhren), sind Aktivmatrix-Displays fast immer.


Die gängigen Implementierungen der LCD-Hintergrundbeleuchtungstechnik sind:


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18 parallele CCFLs als Hintergrundbeleuchtung für einen 42-Zoll-LCD-TV


CCFL: Das LCD-Panel leuchtet entweder durch zwei Kaltkathoden-Leuchtstofflampen, die an gegenüberliegenden Kanten des Displays oder einer Reihe von parallelen CCFLs hinter größeren Displays platziert sind. Ein Diffusor verbreitet dann das Licht gleichmäßig über die gesamte Anzeige. Seit vielen Jahren wurde diese Technologie fast ausschließlich genutzt. Im Gegensatz zu weißen LEDs haben die meisten CCFLs einen gleichmäßigen Spektralausgang, was zu einer besseren Farbskala für das Display führt. Allerdings sind CCFLs weniger energieeffizient als LEDs und erfordern einen etwas kostspieligen Wechselrichter, um eine beliebige Gleichspannung zu konvertieren, die das Gerät (üblicherweise 5 oder 12 V) auf ~ 1000 V benötigt, um eine CCFL zu beleuchten. Die Dicke der Wechselrichter-Transformatoren begrenzt auch, wie dünn die Anzeige gemacht werden kann.


EL-WLED: Die LCD -Anzeige leuchtet durch eine Reihe von weißen LEDs, die an einer oder mehreren Kanten des Bildschirms platziert sind. Ein Lichtdiffusor wird dann verwendet, um das Licht gleichmäßig über die gesamte Anzeige zu verbreiten. Ab 2012 ist dieses Design das beliebteste in Desktop-Computermonitoren. Es erlaubt die dünnsten Displays. Einige LCD-Monitore, die diese Technologie verwenden, haben eine Funktion namens "Dynamic Contrast", bei der die Hintergrundbeleuchtung auf die hellste Farbe abgedunkelt wird, die auf dem Bildschirm erscheint, so dass das Kontrastverhältnis von 1000: 1 des LCD-Panels auf unterschiedliche Lichtintensitäten skaliert werden kann Die "30000: 1" Kontrastverhältnisse in der Werbung auf einige dieser Monitore gesehen. Da Computer-Bildschirm Bilder in der Regel voll weiß irgendwo im Bild haben, wird die Hintergrundbeleuchtung in der Regel in voller Intensität, so dass diese "Feature" meist ein Marketing-Gag.


WLED-Array: Das LCD-Panel wird durch eine ganze Reihe von weißen LEDs beleuchtet, die hinter einem Diffusor hinter dem Panel platziert sind. LCDs, die diese Implementierung verwenden, haben normalerweise die Möglichkeit, die LEDs in den dunklen Bereichen des angezeigten Bildes zu dimmen, wodurch das Kontrastverhältnis des Displays effektiv erhöht wird. Ab 2012, dieses Design bekommt die meisten seiner Verwendung von gehobenen, größer-Bildschirm LCD-Fernseher.

RGB-LED: Ähnlich wie das WLED-Array, außer dass das Panel von einer ganzen Reihe von RGB-LEDs beleuchtet wird. Während die Anzeigen, die mit weißen LEDs beleuchtet werden, in der Regel eine schlechtere Farbskala haben als die von der Kamera eingeschalteten Anzeigen, zeigen die mit RGB-LEDs beleuchteten Platten sehr breite Farbskalen. Diese Implementierung ist bei professionellen Grafikbearbeitungs-LCDs am beliebtesten. Ab 2012 kostet LCDs in dieser Kategorie in der Regel mehr als $ 1000.

Heute werden die meisten LCD-Bildschirme mit einer LED-Hintergrundbeleuchtung anstelle der herkömmlichen CCFL-Hintergrundbeleuchtung entworfen.


Anschluss an andere Schaltungen


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Ein rosa elastomerer Verbinder, der eine LCD-Tafel mit Leiterplattenspuren verbindet, die neben einem Zentimeter-Maßstab gezeigt werden. (Die leitfähigen und isolierenden Schichten im schwarzen Streifen sind sehr klein, klicken Sie auf das Bild für mehr Details.)


LCD-Panels verwenden typischerweise dünn beschichtete metallische leitfähige Wege auf einem Glassubstrat, um die Zellenschaltung zu bilden, um die Platte zu betreiben. Es ist in der Regel nicht möglich, Löttechniken zu verwenden, um das Panel direkt mit einer separaten, kupfergeätzten Leiterplatte zu verbinden. Stattdessen erfolgt die Anbindung unter Verwendung eines selbstklebenden Plastikbandes mit leitfähigen Spuren, die an den Kanten der LCD-Tafel geklebt sind, oder mit einem elastomeren Verbinder, bei dem es sich um einen Streifen aus Gummi oder Silikon mit abwechselnden Schichten aus leitfähigen und isolierenden Wegen handelt, die zwischen Kontaktflächen eingeschoben sind Die LCD und passende Kontaktstellen auf einer Leiterplatte.


Passive und aktive Matrix


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Prototyp eines passiven Matrix-STN-LCD mit 540x270 Pixeln, Brown Boveri Research, Schweiz, 1984


Monochrome und spätere Farb-Passiv-Matrix-LCDs waren in den meisten frühen Laptops Standard (obwohl einige wenige Plasma-Displays) und der ursprüngliche Nintendo Game Boy bis Mitte der 1990er Jahre, als Farbe Active-Matrix wurde Standard auf allen Laptops. Der kommerziell erfolglose Macintosh Portable (veröffentlicht 1989) war einer der ersten, der eine Aktivmatrix-Anzeige (obwohl immer noch monochrom) verwendet. Passiv-Matrix-LCDs werden in den 2010er Jahren immer noch für Anwendungen eingesetzt, die weniger anspruchsvoll sind als Laptops und TVs, wie z. B. preiswerte Taschenrechner. Insbesondere werden diese auf tragbaren Geräten verwendet, wo weniger Informationsgehalt angezeigt werden muss, der niedrige Leistungsverbrauch (keine Hintergrundbeleuchtung) und niedrige Kosten sind gewünscht oder die Lesbarkeit bei direkter Sonneneinstrahlung erforderlich ist.


Displays mit einer passiven Matrixstruktur werden mit Super-Twisted Nematic STN (erfunden von Brown Boveri Research Center, Baden, Schweiz, im Jahr 1983, wissenschaftliche Details veröffentlicht) oder Doppelschicht STN (DSTN) -Technologie (die letzteren adressiert a Farbverschiebungsproblem mit dem ersteren) und Farb-STN (CSTN), in dem Farbe unter Verwendung eines internen Filters hinzugefügt wird. STN-LCDs wurden für die Passiv-Matrix-Adressierung optimiert. Sie weisen eine schärfere Schwelle der Kontrast-vs-Spannungscharakteristik auf als die ursprünglichen TN-LCDs. Dies ist wichtig, da Pixel auch bei der Auswahl von Teilspannungen unterworfen werden. Das Übersprechen zwischen aktivierten und nicht aktivierten Pixeln muss ordnungsgemäß behandelt werden, indem die RMS-Spannung von nicht aktivierten Pixeln unterhalb der Schwellenspannung gehalten wird, während aktivierte Pixel Spannungen über dem Schwellenwert unterworfen werden. STN-LCDs müssen kontinuierlich durch wechselnde gepulste Spannungen einer Polarität während eines Rahmens und Impulse mit entgegengesetzter Polarität während des nächsten Rahmens aufgefrischt werden. Einzelne Pixel werden durch die entsprechenden Zeilen- und Spaltenschaltungen adressiert. Diese Art von Anzeige wird als passive Matrix adressiert, weil das Pixel seinen Zustand zwischen den Auffrischen behalten muss, ohne den Vorteil einer stetigen elektrischen Ladung. Wenn die Anzahl der Pixel (und entsprechend Spalten und Zeilen) zunimmt, wird diese Art von Anzeige weniger durchführbar. Langsame Reaktionszeiten und schlechter Kontrast sind typisch für passiv-Matrix adressierte LCDs mit zu vielen Pixeln.

In den 2010er Jahren benötigen null-power (bistabil) LCDs keine kontinuierliche Auffrischung. Umschreiben ist nur für Bildinformationsänderungen erforderlich. Potenziell kann die Passivmatrix-Adressierung mit diesen neuen Geräten verwendet werden, wenn ihre Schreib- / Löschcharakteristiken geeignet sind. Hochauflösende Farbdisplays wie moderne LCD-Computermonitore und Fernsehgeräte verwenden eine Aktivmatrix-Struktur. Eine Matrix von Dünnfilmtransistoren (TFTs) wird zu den Elektroden in Kontakt mit der LC-Schicht hinzugefügt. Jedes Pixel hat seinen eigenen dedizierten Transistor, so dass jede Spaltenzeile auf ein Pixel zugreifen kann. Wenn eine Zeilenleitung ausgewählt ist, werden alle Spaltenleitungen mit einer Reihe von Pixeln verbunden, und Spannungen, die der Bildinformation entsprechen, werden auf alle Spaltenleitungen getrieben. Die Zeilenzeile wird dann deaktiviert und die nächste Zeilenzeile wird ausgewählt. Alle Zeilenzeilen werden während eines Auffrischungsvorgangs nacheinander ausgewählt. Active-Matrix-adressierte Displays sehen heller und schärfer aus als passiv-Matrix adressierte Anzeigen gleicher Größe und haben in der Regel schnellere Reaktionszeiten, die viel bessere Bilder erzeugen.


Active-Matrix-Technologien


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Ein Casio 1.8 in Farbe TFT LCD, verwendet in der Sony Cyber-shot DSC-P93A digitale Kompaktkameras


Twisted Nematic (TN)

Verdrehte nematische Displays enthalten Flüssigkristalle, die sich in unterschiedlichem Maße verdrehen und aufdrehen, um Licht durchzulassen. Wenn keine Spannung an eine TN-Flüssigkristallzelle angelegt wird, gelangt polarisiertes Licht durch die 90-Grad-verdrillte LC-Schicht. Im Verhältnis zu der angelegten Spannung verdrehen die Flüssigkristalle die Polarisation und blockieren den Weg des Lichts. Durch die korrekte Einstellung des Pegels der Spannung kann fast jeder Graustufen- oder Getriebe erreicht werden.


In-plane Switching (IPS)

In-plane-Switching ist eine LCD-Technologie, die die Flüssigkristalle in einer Ebene parallel zu den Glassubstraten ausrichtet. Bei diesem Verfahren wird das elektrische Feld durch gegenüberliegende Elektroden auf dem gleichen Glassubstrat aufgebracht, so daß die Flüssigkristalle im wesentlichen in derselben Ebene umorientiert (geschaltet) werden können, obwohl Streufelder eine homogene Umorientierung hemmen. Dies erfordert zwei Transistoren für jedes Pixel anstelle des einzigen Transistors, der für eine Standard-Dünnfilmtransistor- (TFT-) Anzeige benötigt wird. Bevor LG Enhanced IPS im Jahr 2009 eingeführt wurde, führten die zusätzlichen Transistoren dazu, eine weitere Übertragungsfläche zu blockieren, so dass eine hellere Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist und mehr Leistung verbraucht wird, wodurch diese Art von Display für Notebook-Computer weniger wünschenswert ist. Derzeit verwendet Panasonic eine verbesserte Version eIPS für ihre großformatigen LCD-TV-Produkte sowie Hewlett-Packard in seinem webOS basierten TouchPad Tablet und ihrem Chromebook 11.


IPS LCD vs AMOLED

Im Jahr 2011 behauptete LG das Smartphone LG Optimus Black (IPS LCD (LCD NOVA)) hat die Helligkeit bis zu 700 Nits, während der Konkurrent nur IPS LCD mit 518 Nissen und doppelte Aktiv-Matrix OLED (AMOLED) Display mit 305 Nits hat . LG behauptete auch, dass das NOVA-Display 50 Prozent effizienter als herkömmliche LCDs sein und nur 50 Prozent der Leistung von AMOLED-Displays verbrauchen, wenn es weißes auf dem Bildschirm erzeugt wird. Wenn es um Kontrastverhältnis geht, ist AMOLED-Display immer noch am besten aufgrund seiner zugrunde liegenden Technologie, wo die schwarzen Ebenen als Tonhöhe schwarz und nicht als dunkelgrau angezeigt werden. Am 24. August 2011 kündigte Nokia das Nokia 701 an und machte auch den Anspruch auf das weltweit hellste Display auf 1000 Nits. Der Bildschirm hatte auch Nokia Clearblack-Schicht, die Verbesserung der Kontrast-Verhältnis und bringt es näher an die der AMOLED-Bildschirme.


Super In-plane Switching (S-IPS)

Super-IPS wurde später nach In-plane-Switching mit noch besseren Reaktionszeiten und Farbwiedergabe eingeführt.


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Dieses Pixel-Layout wird in S-IPS-LCDs gefunden. Eine Chevron-Form wird verwendet, um den Betrachtungskegel zu erweitern (Bereich der Blickrichtungen mit gutem Kontrast und geringer Farbverschiebung)


Fortgeschrittene Feldfeldumschaltung (AFFS)

Bekannt als Fransenfeldumschaltung (FFS) bis 2003 ist die fortgeschrittene Feldfeldumschaltung ähnlich wie IPS oder S-IPS, die überlegene Leistung und Farbskala mit hoher Leuchtkraft bietet. AFFS wurde von Hydis Technologies Co., Ltd, Korea (formal Hyundai Electronics, LCD Task Force) entwickelt. AFFS-angewandte Notebook-Anwendungen minimieren Farbverzerrungen bei gleichzeitiger Beibehaltung eines breiteren Betrachtungswinkels für ein professionelles Display. Farbverschiebung und Abweichung durch Lichtleckage wird durch Optimierung der weißen Farbskala korrigiert, was auch die Weiß / Grau-Wiedergabe erhöht. Im Jahr 2004 lizenzierte Hydis Technologies Co., Ltd AFFS zu Japans Hitachi Displays. Hitachi nutzt AFFS zur Herstellung von High-End-Panels. Im Jahr 2006 lizenzierte HYDIS AFFS an Sanyo Epson Imaging Devices Corporation. Kurz danach führte Hydis eine hochdurchlässige Entwicklung des AFFS-Displays mit dem Namen HFFS (FFS +) ein. Hydis stellte AFFS + mit verbesserter Outdoor-Lesbarkeit im Jahr 2007. AFFS-Panels sind meist in den Cockpits der neuesten kommerziellen Flugzeuge Displays verwendet. Aber wird ab Februar 2015 nicht mehr produziert.


Vertikale Ausrichtung (VA)

Vertikale Ausrichtungsanzeigen sind eine Form von LCDs, in denen sich die Flüssigkristalle natürlich senkrecht zu den Glassubstraten ausrichten. Wenn keine Spannung angelegt wird, bleiben die Flüssigkristalle senkrecht zum Substrat und erzeugen eine schwarze Anzeige zwischen gekreuzten Polarisatoren. Wenn die Spannung angelegt wird, verschieben sich die Flüssigkristalle in eine geneigte Position, so dass Licht durchlaufen kann und eine Graustufenanzeige in Abhängigkeit von der durch das elektrische Feld erzeugten Neigung erzeugt. Es hat einen tieferen schwarzen Hintergrund, ein höheres Kontrastverhältnis, einen breiteren Betrachtungswinkel und eine bessere Bildqualität bei extremen Temperaturen als herkömmliche Twisted-Nematic-Displays.


Blauer Phasenmodus

Blue-Phase-Modus-LCDs wurden im Jahr 2008 als Ingenieurproben gezeigt, aber sie sind nicht in Massenproduktion. Die Physik der Blue-Phase-Modus-LCDs deutet darauf hin, dass sehr kurze Schaltzeiten (~ 1 ms) erreicht werden können, so dass eine zeitsequentielle Farbsteuerung realisiert werden kann und teure Farbfilter veraltet sein würden.


Qualitätskontrolle

Einige LCD-Panels haben defekte Transistoren, wodurch dauerhaft beleuchtete oder nicht beleuchtete Pixel entstehen, die üblicherweise als verklemmte Pixel bzw. tote Pixel bezeichnet werden. Im Gegensatz zu integrierten Schaltungen (ICs) sind LCD-Panels mit einigen defekten Transistoren meist noch nutzbar. Die Richtlinien der Hersteller für die akzeptable Anzahl der defekten Pixel variieren stark. An einem Punkt, Samsung hielt eine Null-Toleranz-Politik für LCD-Monitore in Korea verkauft. Ab 2005 haftet Samsung jedoch dem weniger restriktiven ISO 13406-2 Standard. Andere Unternehmen sind bekannt, um so viele wie 11 tote Pixel in ihrer Politik zu tolerieren.

Tote Pixel-Richtlinien werden oft heiß zwischen Hersteller und Kunden diskutiert. Um die Annehmbarkeit von Mängeln zu regeln und den Endverbraucher zu schützen, hat ISO den ISO 13406-2 Standard freigegeben. Allerdings entspricht nicht jeder LCD-Hersteller dem ISO-Standard und der ISO-Standard wird auf unterschiedliche Weise oft interpretiert. LCD-Panels sind eher zu Defekten als die meisten ICs aufgrund ihrer größeren Größe haben. Zum Beispiel hat ein 300 mm SVGA LCD 8 Defekte und ein 150 mm Wafer hat nur 3 Defekte. Jedoch werden 134 der 137-Düsen auf dem Wafer akzeptabel sein, während die Ablehnung des gesamten LCD-Panels eine Ausbeute von 0% sein würde. In den letzten Jahren wurde die Qualitätskontrolle verbessert. Ein SVGA-LCD-Panel mit 4 defekten Pixeln ist in der Regel als defekt und Kunden können einen Austausch für eine neue anfordern. Einige Hersteller, vor allem in Südkorea, wo einige der größten LCD-Panel-Hersteller, wie LG, befinden, haben jetzt "Null defekte Pixel Garantie", die eine zusätzliche Screening-Prozess, der dann bestimmen kann "A" und "B" Klasse Tafeln Viele Hersteller würden ein Produkt auch mit einem defekten Pixel ersetzen. Auch wenn solche Garantien nicht vorhanden sind, ist die Lage der defekten Pixel wichtig. Eine Anzeige mit nur wenigen defekten Pixeln kann inakzeptabel sein, wenn die defekten Pixel nahe beieinander liegen. LCD-Panels haben auch Defekte bekannt als Trübung (oder weniger häufig mura), die die ungleichen Flecken von Änderungen der Luminanz beschreibt. Es ist am sichtbarsten in dunklen oder schwarzen Bereichen der dargestellten Szenen.


Zero-Power (bistabil) Anzeigen

Das von QinetiQ (ehemals DERA) entwickelte zenitale bistabile Gerät (ZBD) kann ein Bild ohne Strom behalten. Die Kristalle können in einer von zwei stabilen Orientierungen ("Schwarz" und "Weiß") existieren und es wird nur die Kraft benötigt, um das Bild zu verändern. ZBD Displays ist eine Spin-off-Firma von QinetiQ, die sowohl Graustufen- als auch Farb-ZBD-Geräte herstellte. Kent Displays hat auch ein "no power" Display entwickelt, das polymerstabilisierten cholesterischen Flüssigkristall (ChLCD) verwendet. Im Jahr 2009 zeigte Kent die Verwendung einer ChLCD, um die gesamte Oberfläche eines Mobiltelefons zu decken, so dass sie Farben ändern und diese Farbe auch bei abgeschaltetem Strom beibehalten können. Im Jahr 2004 zeigten Forscher an der University of Oxford zwei neue Typen von Null-Power-bistabilen LCDs, die auf Zenithal-bistabilen Techniken basierten. Mehrere bistabile Technologien wie das 360 ° BTN und das bistabile Cholesterikum hängen hauptsächlich von den Schüttgütern des Flüssigkristalls (LC) ab und verwenden eine standardmäßige, starke Verankerung mit Ausrichtungsfilmen und LC-Mischungen, die den herkömmlichen monostabilen Materialien ähnlich sind. Andere bistabile Technologien, z. B. BiNem-Technologie, basieren vor allem auf den Oberflächeneigenschaften und benötigen spezifische schwache Verankerungsmaterialien.


Technische Daten

1. Auflösung Die Auflösung eines LCD wird durch die Anzahl der Spalten und Zeilen von Pixeln (zB 1024 × 768) ausgedrückt. Jedes Pixel besteht gewöhnlich aus 3 Subpixeln, einem Rot, einem Grün und einem Blauen. Dies war eines der wenigen Features der LCD-Performance, die bei verschiedenen Designs einheitlich blieb. Allerdings gibt es neuere Entwürfe, die Subpixel unter Pixeln teilen und Quattron hinzufügen, die versuchen, die wahrgenommene Auflösung eines Displays effizient zu erhöhen, ohne die tatsächliche Auflösung zu erhöhen, um gemischte Ergebnisse zu erzielen.

2. Räumliche Leistung: Für einen Computermonitor oder eine andere Anzeige, die von einem sehr engen Abstand betrachtet wird, wird die Auflösung oft in Form von Punktabstand oder Pixel pro Zoll ausgedrückt, was mit der Druckindustrie übereinstimmt. Die Displaydichte variiert je Anwendung, wobei Fernsehgeräte im Allgemeinen eine niedrige Dichte für Fernsicht und tragbare Geräte mit einer hohen Dichte für Nahbereichsdetails aufweisen. Der Blickwinkel eines LCD kann je nach Anzeige und dessen Verwendung wichtig sein, die Einschränkungen bestimmter Anzeigetechnologien bedeuten, dass die Anzeige nur in bestimmten Winkeln genau angezeigt wird.

3. Zeitliche Leistung: Die zeitliche Auflösung eines LCD ist, wie gut es kann ändernde Bilder, oder die Genauigkeit und die Anzahl der Zeiten pro Sekunde zeigt das Display die Daten, die es gegeben wird. LCD-Pixel blinkt nicht zwischen den Frames, so dass LCD-Monitore kein refresh-induziertes Flackern aufweisen, egal wie niedrig die Bildwiederholfrequenz ist. Aber eine niedrigere Bildwiederholfrequenz kann visuelle Artefakte wie Ghosting oder Verschmieren bedeuten, vor allem bei schnell bewegten Bildern. Eine individuelle Pixelantwortzeit ist ebenfalls wichtig, da alle Anzeigen eine gewisse Latenz bei der Anzeige eines Bildes aufweisen, das groß genug sein kann, um visuelle Artefakte zu erzeugen, wenn sich das angezeigte Bild schnell ändert.

4. Farbwiedergabe: Es gibt mehrere Begriffe, um verschiedene Aspekte der Farbwiedergabe eines Displays zu beschreiben. Farbskala ist die Farbpalette, die angezeigt werden kann, und Farbtiefe, die die Feinheit ist, mit der der Farbbereich geteilt wird. Farbskala ist eine relativ geradlinige Funktion, aber es wird selten in Marketing-Materialien diskutiert, außer auf professionellem Niveau. Wenn ein Farbbereich, der den auf dem Bildschirm angezeigten Inhalt übersteigt, keine Vorteile hat, werden die Anzeigen nur innerhalb oder unterhalb einer bestimmten Spezifikation durchgeführt. Es gibt zusätzliche Aspekte für LCD-Farb- und Farbmanagement, wie zB Weißpunkt und Gamma-Korrektur, die beschreiben, welche Farbe Weiß ist und wie die anderen Farben relativ zu Weiß angezeigt werden.

5. Helligkeits- und Kontrastverhältnis: Kontrastverhältnis ist das Verhältnis der Helligkeit eines Vollpasters zu einem Vollpixel. Das LCD selbst ist nur ein Lichtventil und erzeugt kein Licht. Das Licht kommt von einer Hintergrundbeleuchtung, die entweder fluoreszierend oder eine Reihe von LEDs ist. Helligkeit wird üblicherweise als die maximale Lichtausgabe des LCD angezeigt, die aufgrund der Transparenz des LCD und der Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung stark variieren kann. Im Allgemeinen ist heller besser, aber es gibt immer einen Kompromiss zwischen Helligkeit und Leistungsaufnahme.


Vorteile und Nachteile

Vorteile

1. Sehr kompakt, dünn und leicht, vor allem im Vergleich zu sperrigen, schweren CRT-Displays.

2. Geringer Stromverbrauch. Abhängig von der eingestellten Display-Helligkeit und dem Inhalt, die angezeigt werden, verwenden die älteren CCFT-Hintergrundbeleuchtungsmodelle typischerweise weniger als die Hälfte der Leistung, die ein CRT-Monitor des gleichen Größenbetrachtungsbereichs verwenden würde, und die modernen LED-Hintergrundbeleuchtungsmodelle verwenden typischerweise 10-25% der Macht ein CRT-Monitor verwenden würde.

3. Wenig Wärme, die während des Betriebs ausgesendet wird, aufgrund des geringen Stromverbrauchs.

4. Keine geometrische Verzerrung.

5. Die Möglichkeit, wenig oder kein "Flimmern" zu haben, abhängig von der Hintergrundbeleuchtungstechnologie.

6. Normalerweise kein Auffrischungs-Flimmern, da die LCD-Pixel ihren Zustand zwischen den Auffrischungen (die normalerweise bei 200 Hz oder schneller durchgeführt werden, unabhängig von der Eingangs-Bildwiederholfrequenz).

7. Viel dünner als ein CRT-Monitor.

8. Scharfes Bild ohne Blutung oder Verschmieren bei Betrieb bei nativer Auflösung.

9. Emittiert fast keine unerwünschte elektromagnetische Strahlung (im extrem niedrigen Frequenzbereich), im Gegensatz zu einem CRT-Monitor.

10. Kann in fast jeder Größe oder Form gemacht werden.

11. Keine theoretische Auflösungsgrenze. Wenn mehrere LCD-Panels zusammen verwendet werden, um eine einzelne Leinwand zu erstellen, erhöht jedes zusätzliche Panel die Gesamtauflösung des Displays, die üblicherweise als "gestapelte" Auflösung bezeichnet wird.

12. Kann in großen Größen von über 60 Zoll (150 cm) diagonal gemacht werden

13. Maskierungseffekt: Das LCD-Raster kann die Effekte der räumlichen und Graustufen-Quantisierung maskieren und so die Illusion höherer Bildqualität erzeugen.

14. Unberührt von Magnetfeldern, einschließlich der Erde.

15. Als ein inhärent digitales Gerät kann das LCD nativ digitale Daten von einer DVI- oder HDMI-Verbindung anzeigen, ohne dass eine Umwandlung in analog erfolgen muss. Einige LCD-Panels verfügen über native Glasfaser-Eingänge zusätzlich zu DVI und HDMI.

16. Viele LCD-Monitore werden mit einer 12 V-Stromversorgung versorgt und können in einem Computer mit einer 12 V-Stromversorgung versorgt werden.

17. Kann mit sehr schmalen Rahmenrahmen gemacht werden, so dass mehrere LCD-Bildschirme nebeneinander angeordnet werden können, um auszusehen, was wie eine große Leinwand aussieht.


Nachteile

1. Begrenzter Betrachtungswinkel bei einigen älteren oder billigeren Monitoren, wodurch Farbe, Sättigung, Kontrast und Helligkeit mit der Benutzerposition variieren, sogar innerhalb des beabsichtigten Betrachtungswinkels.

2. Ungleiche Hintergrundbeleuchtung bei einigen (meist älteren) Monitoren, die eine Helligkeitsverzerrung, insbesondere zu den Kanten, verursachen.

3. Schwarze Ebenen können nicht so dunkel wie nötig sein, da einzelne Flüssigkristalle die gesamte Hintergrundbeleuchtung nicht vollständig blockieren können.

4. Bewegungsunschärfe auf bewegte Objekte anzeigen, die durch langsame Ansprechzeiten (> 8 ms) und Eye-Tracking auf einer Sample-and-Hold-Anzeige verursacht werden, es sei denn, eine Strobing-Hintergrundbeleuchtung wird verwendet. Jedoch kann dieses Strobing Augenbelastung verursachen, wie es als nächstes bemerkt wird:

5. Ab 2012 verwenden die meisten Implementierungen der LCD-Hintergrundbeleuchtung die Pulsbreitenmodulation (PWM), um die Anzeige zu verkleinern, wodurch der Bildschirm mehr akut (dies bedeutet nicht sichtbar) als ein CRT-Monitor bei 85 Hz Bildwiederholfrequenz Ist, weil der gesamte Bildschirm stapelt auf und aus, anstatt ein CRT-Phosphor-anhaltenden Punkt, der ständig über das Display scannt, so dass einige Teil des Displays immer beleuchtet), was eine schwere Augenbelastung für einige Menschen verursacht. Leider wissen viele dieser Leute nicht, dass ihre Augenbelastung durch den unsichtbaren Strobe-Effekt von PWM verursacht wird. Dieses Problem ist bei vielen LED-Hintergrundbeleuchtungen schlechter, da die LEDs schneller ein- und ausschalten als eine CCFL-Lampe.

6. Nur eine native Auflösung. Jede andere Auflösung anzuzeigen, benötigt entweder einen Video-Scaler, der zu Unschärfe und gezackten Kanten führt oder die Anzeige in nativer Auflösung mit 1: 1-Pixel-Mapping ausführt, wodurch das Bild entweder nicht den Bildschirm füllt (Letterboxed Display) oder den unteren abschaltet Oder rechten Kanten des Bildschirms.

7. Feste Bittiefe (auch "Farbtiefe" genannt). Viele billigere LCDs können nur 262.000 Farben anzeigen. 8-Bit-S-IPS-Panels können 16 Millionen Farben anzeigen und haben einen deutlich besseren Schwarzwert, sind aber teuer und haben eine langsamere Reaktionszeit.

8. Niedrige Bildwiederholrate. Alle bis auf wenige High-End-Monitore unterstützen nicht mehr als 60 oder 75 Hz; Während dies aufgrund der hohen internen Bildwiederholfrequenz des LCD-Panels kein sichtbares Flimmern verursacht, begrenzt die niedrige Eingangs-Bildwiederholrate die maximale Bildrate, die angezeigt werden kann, was Gaming- und 3D-Grafiken beeinflusst.

9. Input-Verzögerung, da der LCD-A / D-Wandler darauf wartet, dass jeder Frame komplett ausgegeben wird, bevor er auf das LCD-Display gezeichnet wird. Many LCD monitors do post-processing before displaying the image in an attempt to compensate for poor color fidelity, which adds an additional lag. Further, a video scaler must be used when displaying non-native resolutions, which adds yet more time lag. Scaling and post processing are usually done in a single chip on modern monitors, but each function that chip performs adds some delay. Some displays have a video gaming mode which disables all or most processing to reduce perceivable input lag.

10.Dead or stuck pixels may occur during manufacturing or after a period of use. A dead pixel will glow with color even on an all-black screen.

11. Subject to burn-in effect, although the cause differs from CRT and the effect may not be permanent, a static image can cause burn-in in a matter of hours in badly designed displays.

12. In a constant-on situation, thermalization may occur in case of bad thermal management, in which part of the screen has overheated and looks discolored compared to the rest of the screen.

13. Loss of brightness and much slower response times in low temperature environments. In sub-zero environments, LCD screens may cease to function without the use of supplemental heating.

14. Loss of contrast in high temperature environments.


Ein paar: Wackeln stereoskopie

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