اصل کار یک صفحه نمایش LCD مبتنی بر تعامل بین خواص نوری مولکول های کریستال مایع و کنترل میدان الکتریکی است. هسته آن تغییر آرایش مولکول های کریستال مایع از طریق یک میدان الکتریکی است، در نتیجه انتقال یا مسدود کردن نور را برای دستیابی به عملکرد نمایش کنترل می کند. در زیر توضیح مفصلی از اصل خاص ارائه شده است:
ویژگی های نوری کریستال های مایع: کریستال های مایع مواد خاصی بین حالت جامد و مایع هستند و آرایش مولکولی آنها جهت دار است. هنگامی که نور از کریستال های مایع عبور می کند، مسیر به دلیل آرایش مولکولی پیچ خورده یا مسدود می شود. به عنوان مثال، بدون میدان الکتریکی اعمال شده، مولکول های کریستال مایع به طور منظم مرتب می شوند و به نور اجازه عبور می دهند. پس از اعمال میدان الکتریکی، آرایش مولکولی تغییر می کند و نور ممکن است پیچ خورده یا کاملا مسدود شود.
کنترل میدان الکتریکی آرایش مولکولی: ساختار هسته یک LCD از دو لایه الکترود شفاف (مانند اکسید قلع ایندیم، ITO) و یک لایه کریستال مایع که در بین آنها قرار گرفته است، تشکیل شده است. هنگامی که یک ولتاژ به الکترودها اعمال می شود، میدان الکتریکی جهت هم ترازی مولکول های کریستال مایع را تغییر می دهد. به عنوان مثال:
نوع TN (نماتیک پیچ خورده): بدون میدان الکتریکی، مولکول های کریستال مایع در یک الگوی مارپیچ قرار گرفته اند. نور پس از عبور از یک پلاریزه و سپس از قطبی کننده دیگر 90 درجه می پیچد و حالت روشنی را نشان می دهد. پس از اعمال میدان الکتریکی، آرایش مولکولی عمود می شود و نور مسدود می شود و حالت تاریکی را نشان می دهد.
IPS (در-سوئیچینگ هواپیما): چرخش مولکولی را از طریق یک میدان الکتریکی افقی کنترل میکند، زاویه دید وسیعتری را ارائه میکند، اما به ولتاژ حرکتی بالاتری نیاز دارد.
نور پس زمینه و صفحه نمایش: خود ال سی دی ها نور ساطع نمی کنند و برای روشنایی به یک ماژول نور پس زمینه (مانند LED) متکی هستند. نور از لایه کریستال مایع عبور میکند و توسط فیلترهای رنگی فیلتر میشود تا پیکسلهای فرعی قرمز، سبز و آبی (RGB)- تشکیل شود که با هم ترکیب میشوند و یک تصویر رنگی ایجاد میکنند. به عنوان مثال، هر پیکسل از سه زیر-پیکسل تشکیل شده است، و ترکیب رنگ با کنترل انتقال هر زیر-پیکسل به دست میآید.
روش های رانندگی:
آی سی درایور اختصاصی: تراشه های درایور معمولی (مانند 1621) مولکول های کریستال مایع را از طریق شکل موج های متناوب مثبت و منفی کنترل می کنند و از ایجاد جریان مستقیم از ایجاد بی حرکتی مولکولی (تخریب الکتروشیمیایی) جلوگیری می کنند. به عنوان مثال، LCD های TN برای افزایش طول عمر خود به ولتاژهای متناوب مثبت و منفی نیاز دارند.
درایور آنالوگ میکروکنترلر: صفحههای LCD ساده (مانند صفحههای ماتریسی نقطهای که فقط اعداد را نشان میدهند) میتوانند مستقیماً از پورتهای ورودی/خروجی میکروکنترلر برای شبیهسازی شکل موج استفاده کنند و هزینهها را کاهش دهند، اما لازم است اطمینان حاصل شود که فرکانس و دامنه شکل موج مطابق با الزامات LCD است.
بهینه سازی سازگاری محیطی بسیار مهم است. دماهای پایین میتوانند سرعت واکنش کریستالهای مایع را کاهش دهند و به راهحلهایی مانند ماژولهای گرمایش یا استفاده از مواد مقاوم در برابر دمای پایین نیاز دارند. الزامات صفحه نمایش با کیفیت بالا نیازمند افزایش روشنایی پس زمینه یا استفاده از صفحه نمایش LED است. برای مثال، ابزارهای در فضای باز باید به طور معمول در محیط های زیر -20 درجه کار کنند، که نیاز به انتخاب مواد کریستال مایع با دامنه دمای وسیع- دارد.
به طور خلاصه، ال سی دی ها با کنترل تراز مولکول های کریستال مایع از طریق میدان الکتریکی، همراه با نور پس زمینه و فیلترهای رنگی، به نمایش تصویر دست می یابند. روش رانندگی باید با نوع کریستال مایع مطابقت داشته باشد و سازگاری محیطی باید برای بهینه سازی عملکرد در نظر گرفته شود.
