Come funziona un display LCD?

Nelle moderne industrie dell’elettronica di consumo,Display LCDdopo decenni di aggiornamenti iterativi, la tecnologia rimane una delle soluzioni di display a schermo piatto più mature, convenienti e ampiamente applicate. Dalle apparecchiature di controllo industriale, alla strumentazione automobilistica e agli elettrodomestici, fino ai terminali commerciali e ai dispositivi elettronici portatili, i prodotti LCD coprono scenari industriali a basso consumo e campi di visualizzazione commerciali ad alta definizione.

L'LCD è una tecnologia di visualizzazione passiva a modulazione della luce basata sull'effetto fotoelettrico dei cristalli liquidi. La caratteristica più essenziale del display LCD è che i materiali a cristalli liquidi stessi non possono emettere luce visibile. Tutte le immagini sullo schermo, il testo e i cambiamenti di colore vengono realizzati regolando la trasmittanza della retroilluminazione esterna attraverso i cambiamenti di disposizione ordinata delle molecole di cristalli liquidi sotto l'azione del campo elettrico. Questa modalità di controllo passivo della luce determina il basso consumo energetico, l'elevata stabilità e la lunga durata dei display LCD e costituisce anche la differenza fondamentale tra le tecnologie dei display LCD e auto-luminosi.

Struttura dei componenti principali del sistema di visualizzazione LCD standard

Il sistema di funzionamento completo del display LCD è composto da più strati di parti strutturali ottiche e componenti di guida elettronici. Dal basso verso l'alto, include principalmente l'unità di retroilluminazione, il polarizzatore inferiore, il substrato di vetro con elettrodo ITO, lo strato di cristalli liquidi, lo strato di filtro colorato (solo LCD a colori), il polarizzatore superiore e la piastra di copertura protettiva.

Unità di retroilluminazione

Come dispositivo di visualizzazione passivo,Display LCDdipende completamente dall'unità di retroilluminazione per fornire una sorgente di luce visibile stabile e uniforme. L'unità di retroilluminazione si trova nella parte inferiore dell'intera struttura del display e comprende principalmente la sorgente luminosa, la piastra di guida della luce, la piastra del diffusore, la pellicola riflettente e la pellicola di miglioramento della luminosità. I primi prodotti LCD utilizzavano lampade fluorescenti a catodo freddo CCFL come sorgenti luminose, mentre i moderni prodotti LCD tradizionali adottano soluzioni di retroilluminazione a LED, che presentano i vantaggi di un minore consumo energetico, volume più piccolo, maggiore durata e maggiore uniformità luminosa.

Gruppo polarizzatore

I polarizzatori sono componenti ottici chiave che controllano la trasmissione della luce e sono divisi in polarizzatore inferiore e polarizzatore superiore, che sono rispettivamente fissati alle superfici esterne dei substrati di vetro inferiore e superiore. La luce naturale è una luce non polarizzata con vibrazioni in più direzioni. Il polarizzatore inferiore può filtrare tutta la luce vibrante irregolare e trattenere solo la luce polarizzata linearmente in un'unica direzione, fornendo luce incidente standardizzata per lo strato di cristalli liquidi.

Gli assi ottici dei polarizzatori superiore e inferiore sono impostati in uno stato verticale incrociato nello stato predefinito, che è la struttura ottica principale per realizzare il controllo dell'interruttore della luce.

Strato di cellule di cristalli liquidi

Lo strato di celle a cristalli liquidi è lo strato funzionale principale del display LCD, formato sigillando i materiali a cristalli liquidi tra due strati di substrati di vetro trasparente ultrasottile. I lati interni dei due substrati di vetro sono placcati con elettrodi conduttivi ITO trasparenti e pellicole di allineamento. Le pellicole di allineamento possono limitare la direzione di disposizione iniziale delle molecole di cristalli liquidi, facendo sì che le molecole di cristalli liquidi presentino una disposizione ritorta regolare nello stato senza tensione. Il comuneStruttura a cristalli liquidi TN (Twisted Nematic).adottato dai tradizionali prodotti LCD può formare una struttura ritorta di 90 gradi di molecole di cristalli liquidi tra i substrati superiore e inferiore, che è la classica struttura di commutazione ottica dei tradizionali display LCD.

Componenti di guida e controllo

L'accurata regolazione della disposizione delle molecole di cristalli liquidi non può essere separata dall'azionamento preciso dei circuiti professionali, che è anche la parte elettronica centrale delModulo LCM. Il sistema di guida comprende circuito integrato di pilotaggio, circuito di controllo della temporizzazione, circuito di scansione di righe e colonne e circuito di elaborazione del segnale. Ciascuna unità pixel del pannello LCD corrisponde a un circuito di controllo indipendente. Attraverso la scansione di righe e colonne, il sistema invia segnali di tensione diversi a ciascun pixel in tempo reale, realizzando un controllo indipendente della luminosità di ciascun pixel.

Meccanismo di funzionamento completo del display LCD

Il processo di funzionamento del display LCDè un ciclo continuo di generazione della luce, polarizzazione, modulazione del campo elettrico, screening della trasmissione della luce e ripristino dell'immagine. L'intero processo è completamente basato su cambiamenti fotoelettrici fisici, senza reazioni chimiche, quindi il processo di visualizzazione ha elevata stabilità e ripetibilità. Quella che segue è un'analisi approfondita passo dopo passo del principio di funzionamento del display LCD in combinazione con le caratteristiche ottiche ed elettriche.

Emissione della sorgente luminosa ed elaborazione della polarizzazione

Innanzitutto, la sorgente luminosa a LED dell'unità di retroilluminazione emette luce visibile diffusa uniforme. Dopo essere stata omogeneizzata e riflessa dalla piastra guida luce e dalla piastra diffusore, si forma una sorgente luminosa superficiale stabile che agisce sul polarizzatore inferiore. Il polarizzatore inferiore filtra la luce naturale non polarizzata e la converte in luce polarizzata linearmente unidirezionale. In questo momento, la luce ha un'unica direzione di vibrazione, ponendo le basi per la successiva modulazione dei cristalli liquidi.

Stato senza tensione: trasmissione della luce e formazione di pixel luminosi

Quando non viene applicata alcuna tensione di pilotaggio all'elettrodo ITO di una determinata unità pixel, le molecole di cristalli liquidi nella cella a cristalli liquidi mantengono la disposizione ritorta iniziale di 90 gradi sotto la restrizione della pellicola di allineamento. Quando la luce polarizzata linearmente passa attraverso lo strato di cristalli liquidi ritorto, la direzione di polarizzazione della luce verrà ruotata di 90 gradi in modo sincrono con la disposizione molecolare. Dopo la rotazione, la direzione di polarizzazione della luce è completamente coerente con l'asse ottico del polarizzatore superiore, quindi la luce può penetrare senza problemi nel polarizzatore superiore e nella piastra di copertura protettiva e infine presentare uno stato luminoso sullo schermo.

Stato di tensione applicata: blocco della luce e formazione di pixel scuri

Quando il sistema invia una tensione di pilotaggio specifica all'elettrodo pixel, si forma un campo elettrico tra i substrati di vetro superiore e inferiore. Spinte dalla forza del campo elettrico, le molecole attorcigliate dei cristalli liquidi si defletteranno gradualmente e si disporranno verticalmente lungo la direzione del campo elettrico. A questo punto, la struttura contorta dello strato di cristalli liquidi scompare e le molecole di cristalli liquidi perdono la capacità di ruotare la direzione di polarizzazione della luce. La luce polarizzata linearmente che passa attraverso lo strato di cristalli liquidi mantiene la direzione di vibrazione originale, che è completamente perpendicolare all'asse ottico del polarizzatore superiore. La luce è completamente bloccata e non può penetrare e il pixel presenta uno stato nero puro.