Màn hình tinh thể lỏng (LCD)

Màn hình LCD

Các thiết bị điện tử như đồng hồ, máy tính, đầu đĩa DVD,CD được chế tạo từ màn hình tinh thể lỏng (LCD). Hiện nay , chúng trở nên phổ biến và có 1 bước nhảy vọt lớn trong ngành công nghiệp màn hình thay thế cho việc sử dụng ống CRT. CRT tốn nhiều năng lượng hơn LCD và cũng lớn hơn, nặng hơn. LCD có màn hình mỏng hơn, ngay cả so với màn hình LED thì mức tiêu thụ vẫn ít hơn vì nó hoạt động theo nguyên tắc cơ bản là chặn ánh sáng thay vì tiêu tán. Dưới đây hãy cùng tìm hiểu hoạt động của màn hình LCD

Khái niệm màn hình LCD

LCD (Liquid Liquid Crystal) là màn hình tinh thể lỏng. Nó là sự kết hợp của hai trạng thái vật chất - chất rắn và chất lỏng. Chúng có cả hai tính chất của chất rắn và chất lỏng và duy trì trạng thái tương ứng của chúng đối với chất khác.

Màn hình tinh thể lỏng có ưu điểm khác biệt so với các loại màn hình khác là có mức tiêu thụ điện năng thấp hơn so với đèn LED.Yêu cầu tiêu thụ điện năng thấp đã làm cho nó tương thích với mạch logic tích hợp MOS. Ưu điểm khác của nó là chi phí thấp, và độ tương phản tốt. Nhược điểm chính của LCD là yêu cầu bổ sung về nguồn sáng, phạm vi hoạt động ở nhiệt độ giới hạn (từ 0 đến 60 ° C), độ tin cậy thấp, tuổi thọ hoạt động ngắn, tầm nhìn kém trong điều kiện ánh sáng xung quanh thấp, tốc độ chậm và cần nguồn AC để hoạt động.

Cấu trúc cơ bản của màn hình LCD

Màn hình tinh thể lỏng bao gồm một lớp mỏng (khoảng 10 um) được nằm giữa hai tấm thủy tinh với các điện cực trong suốt lắng đọng trên mặt bên trong của chúng. Hai tấm kính trong suốt được gọi là tế bào truyền. Khi một mặt kính trong suốt và mặt kia có lớp phủ phản chiếu thì được gọi là lớp phản chiếu. LCD không tạo ra bất kỳ sự chiếu sáng nào của chính nó. Trên thực tế, nó phụ thuộc hoàn toàn vào sự chiếu sáng rơi vào nó từ một nguồn bên ngoài cho hiệu ứng hình ảnh của nó.

LCD Nematic Phase

Ưu điểm lớn nhất của chất tinh thể lỏng là nó có thể mang lại những thay đổi có thể dự đoán được theo dòng điện chạy qua chúng. Tất cả các tinh thể lỏng hoạt động theo phản ứng của chúng về chênh lệch nhiệt độ và cả bản chất của chất.

Twisted Napes, một chất đặc biệt được xoắn tự nhiên. Khi một điện áp đã biết được áp dụng cho các chất, nó sẽ không được cung cấp ở các mức độ khác nhau theo yêu cầu. Vì vậy nó rất hữu ích trong việc kiểm soát việc đi qua của ánh sáng. Một tinh thể lỏng pha nactic có thể được phân loại dựa trên cơ sở phân tử tự định hướng đối với nhau. Sự thay đổi trong định hướng này chủ yếu phụ thuộc vào vật chỉ dẫn có thể là bất cứ thứ gì từ một từ trường đến một bề mặt có các rãnh siêu nhỏ. Phân loại gồm Smectic và cholesteric. Smectic lại được phân loại là smectic C, trong đó các phân tử trong mỗi lớp nghiêng theo một góc so với lớp trước. Cholesteric, mặt khác có các phân tử xoắn nhẹ từ lớp này sang lớp khác, gây ra một thiết kế giống như hình xoắn ốc. Ngoài ra còn có sự kết hợp của hai loại gọi là Ferro- tinh thể lỏng điện (FLC), bao gồm các phân tử cholesteric trong phân tử loại smectic C để tính chất xoắn ốc của các phân tử này cho phép thời gian đáp ứng chuyển đổi micro giây. Điều này làm cho FLC được sử dụng tốt trong màn hình nâng cao.

Các phân tử tinh thể lỏng được phân loại thành các tinh thể nhiệt và lyotropic. Sự thay đổi trước đây tỷ lệ thuận với sự thay đổi về áp suất và nhiệt độ. Chúng được chia thành nactic và đẳng hướng. Các tinh thể lỏng nactic có một trật tự mẫu cố định trong khi các tinh thể lỏng đẳng hướng được phân phối ngẫu nhiên. Tinh thể lyotropic phụ thuộc vào loại dung môi mà chúng được trộn với. Do đó, chúng rất hữu ích trong việc tạo ra chất tẩy rửa và xà phòng.

Chế tạo màn hình LCD

Một số chú ý trước khi chế tạo LCD

-Cấu trúc cơ bản của màn hình LCD nên được điều khiển thay đổi liên quan đến dòng điện sử dụng.

-Ánh sáng được sử dụng trên màn hình LCD có thể bị phân cực.

-Các tinh thể lỏng phải có khả năng truyền và thay đổi ánh sáng phân cực.

-Có những chất trong suốt có thể dẫn điện.

Để làm một màn hình LCD, cần phải lấy hai mảnh thủy tinh phân cực. Kính không có màng phân cực trên đó phải được cọ xát bằng một loại polymer đặc biệt tạo ra các rãnh siêu nhỏ trên bề mặt. Cũng phải lưu ý rằng các rãnh nằm cùng hướng với màng phân cực. Sau đó, tất cả những gì bạn cần làm là thêm một lớp phủ tinh thể lỏng nactic vào một trong các bộ lọc. Các rãnh sẽ làm cho lớp phân tử đầu tiên thẳng hàng với hướng của bộ lọc. Ở góc bên phải của mảnh đầu tiên thêm mảnh kính thứ hai cùng với màng phân cực. Cho đến khi lớp trên cùng nằm ở góc 90 độ so với đáy, mỗi lớp phân tử TN liên tiếp sẽ tiếp tục xoắn. Bộ lọc đầu tiên sẽ tự nhiên bị phân cực khi ánh sáng chiếu vào đầu. Do đó, ánh sáng đi qua từng lớp và được dẫn tới lớp tiếp theo với sự trợ giúp của các phân tử. Khi điều này xảy ra, các phân tử có xu hướng thay đổi mặt phẳng dao động của ánh sáng để phù hợp với góc của chúng. Khi ánh sáng đến phía xa của chất tinh thể lỏng, nó sẽ rung động cùng góc với lớp phân tử cuối cùng. Ánh sáng chỉ được phép vào ra nếu bộ lọc thủy tinh phân cực thứ hai giống như lớp cuối cùng. Hãy nhìn vào hình dưới đây.

Nguyên tắc chính đằng sau các phân tử tinh thể lỏng là khi một dòng điện được áp dụng cho chúng, chúng có xu hướng không xoắn. Điều này gây ra một sự thay đổi trong góc ánh sáng đi qua chúng. Điều này gây ra sự thay đổi góc của bộ lọc phân cực hàng đầu đối với nó. Vì vậy, ít ánh sáng được phép đi qua khu vực cụ thể của LCD. Do đó, khu vực đó trở nên tối hơn so với khu vực khác.

Để tạo màn hình LCD, gương phản chiếu phải được thiết lập ở phía sau. Một mặt phẳng điện cực làm bằng oxit thiếc-indi được giữ ở trên và một tấm kính có màng phân cực cũng được thêm vào ở phía dưới. Toàn bộ khu vực của LCD phải được bao phủ bởi một điện cực chung và bên trên nó phải là chất tinh thể lỏng. Tiếp đến là một mảnh thủy tinh khác với một điện cực có hình chữ nhật ở phía dưới và trên cùng là một màng phân cực khác. Cần lưu ý rằng cả hai đều được giữ đúng góc. Khi không có dòng điện, ánh sáng đi qua mặt trước của màn hình LCD, nó sẽ bị gương phản chiếu và dội ngược trở lại. Khi điện cực được kết nối với pin, dòng điện từ nó sẽ làm cho các tinh thể lỏng giữa điện cực mặt phẳng chung và điện cực có hình dạng như một hình chữ nhật không xoắn. Do đó, ánh sáng bị chặn đi qua.

Màn hình tinh thể lỏng màu

LCD màu là những màn hình có thể hiển thị hình ảnh màu sắc. Để có thể thực hiện được điều này, phải có ba pixel phụ với các bộ lọc màu đỏ, lục và lam để tạo từng pixel màu. Để kết hợp các pixel phụ này, các màn hình LCD này phải được kết nối với một số lượng lớn các transistor. Nếu có bất kỳ vấn đề nào xảy ra với các transistor này, nó sẽ gây ra một pixel xấu.

Một trong những nhược điểm chính của các loại LCD này là kích thước. Hầu hết các nhà sản xuất cố gắng giảm chiều cao. Nguyên nhân là do nhiều transistor và pixel lớn hơn sẽ cần thiết để tăng chiều dài. Điều này sẽ tăng xác suất của các pixel xấu. Rất khó hoặc cũng không thể sửa chữa màn hình LCD khi có pixel xấu.