Layar kristal cair adalah jenis gambar yang dihasilkan secara elektrik pada panel datar tipis. LCD pertama, yang keluar pada 1970-an, adalah layar kecil yang digunakan terutama pada kalkulator dan jam tangan digital yang menampilkan angka hitam dengan latar belakang putih. LCD dapat ditemukan di mana-mana di sistem elektronik rumah, ponsel, kamera dan monitor komputer, serta jam tangan dan televisi. TV LCD panel datar tercanggih saat ini sebagian besar telah menggantikan CRT besar tradisional di televisi dan dapat menghasilkan gambar berwarna definisi tinggi hingga 108 inci secara diagonal di seluruh layar.
Sejarah kristal cair
Kristal cair ditemukan secara tidak sengaja pada tahun 1888 oleh ahli botani F. Reinitzer dari Austria. Ia menemukan bahwa cholesteryl benzoate memiliki dua titik leleh, berubah menjadi cairan keruh pada 145 ° C, dan pada suhu di atas 178,5 ° C, cairan menjadi transparan. Kemenemukan penjelasan untuk fenomena ini, ia memberikan sampelnya kepada fisikawan Otto Lehmann. Dengan menggunakan mikroskop yang dilengkapi dengan pemanasan bertahap, Lehman menunjukkan bahwa zat tersebut memiliki sifat optik yang khas dari beberapa kristal, tetapi masih berupa cairan, dan karenanya istilah "kristal cair" diciptakan.
Selama tahun 1920-an dan 1930-an, para peneliti mempelajari efek medan elektromagnetik pada kristal cair. Pada tahun 1929, fisikawan Rusia Vsevolod Frederiks menunjukkan bahwa molekul-molekul mereka dalam lapisan tipis yang diapit di antara dua lempeng mengubah kesejajarannya ketika medan magnet diterapkan. Itu adalah cikal bakal layar kristal cair tegangan modern. Laju perkembangan teknologi sejak awal 1990-an sangat pesat dan terus berkembang.
Teknologi LCD telah berevolusi dari hitam dan putih untuk jam tangan dan kalkulator sederhana menjadi multiwarna untuk ponsel, monitor komputer, dan televisi. Pasar LCD global sekarang mendekati $100 miliar per tahun, masing-masing naik dari $60 miliar pada 2005 dan $24 miliar pada 2003. Manufaktur LCD secara global terkonsentrasi di Timur Jauh dan berkembang di Eropa Tengah dan Timur. Perusahaan-perusahaan Amerika memimpin dalam teknologi manufaktur. Tampilan mereka sekarang mendominasi pasar dan ini tidak mungkin berubah dalam waktu dekat.
Fisika proses kristalisasi
Kebanyakan kristal cair, seperti kolesteril benzoat, terdiri dari molekul dengan struktur seperti batang panjang. Struktur khusus molekul cair inikristal antara dua filter polarisasi dapat dipecah dengan menerapkan tegangan ke elektroda, elemen LCD menjadi buram dan tetap gelap. Dengan cara ini, berbagai elemen tampilan dapat dialihkan ke warna terang atau gelap, sehingga menampilkan angka atau karakter.
Kombinasi gaya tarik menarik yang ada di antara semua molekul yang terkait dengan struktur seperti batang menyebabkan pembentukan fase kristal cair. Namun, interaksi ini tidak cukup kuat untuk menjaga molekul tetap di tempatnya secara permanen. Sejak itu, berbagai jenis struktur kristal cair telah ditemukan. Beberapa di antaranya disusun berlapis-lapis, yang lain dalam bentuk disk atau kolom bentuk.
teknologi LCD
Prinsip kerja layar kristal cair didasarkan pada sifat bahan sensitif listrik yang disebut kristal cair, yang mengalir seperti cairan tetapi memiliki struktur kristal. Dalam padatan kristal, partikel penyusun - atom atau molekul - berada dalam susunan geometris, sedangkan dalam keadaan cair mereka bebas bergerak secara acak.
Perangkat tampilan kristal cair terdiri dari molekul, seringkali berbentuk batang, yang tersusun dalam satu arah tetapi masih dapat bergerak. Molekul kristal cair bereaksi terhadaptegangan listrik yang mengubah orientasinya dan mengubah karakteristik optik material. Properti ini digunakan pada LCD.
Rata-rata, panel seperti itu terdiri dari ribuan elemen gambar ("piksel"), yang ditenagai oleh tegangan satu per satu. Mereka lebih tipis, lebih ringan dan memiliki tegangan operasi yang lebih rendah daripada teknologi layar lainnya dan ideal untuk perangkat bertenaga baterai.
Matriks Pasif
Ada dua jenis tampilan: matriks pasif dan aktif. Yang pasif dikendalikan oleh hanya dua elektroda. Mereka adalah strip ITO transparan yang berputar 90 satu sama lain. Ini menciptakan matriks silang yang mengontrol setiap sel LC satu per satu. Pengalamatan dilakukan dengan logika dan driver terpisah dari LCD digital. Karena tidak ada muatan dalam sel LC dalam jenis kontrol ini, molekul kristal cair secara bertahap kembali ke keadaan semula. Oleh karena itu, setiap sel harus dipantau secara berkala.
Pasif memiliki waktu respons yang relatif lama dan tidak cocok untuk aplikasi televisi. Sebaiknya, tidak ada driver atau komponen switching seperti transistor yang dipasang pada substrat kaca. Hilangnya kecerahan karena bayangan oleh elemen-elemen ini tidak terjadi, jadi pengoperasian LCD sangat sederhana.
Pasif banyak digunakan dengan digit dan simbol tersegmentasi untuk pembacaan kecil di perangkat sepertikalkulator, printer, dan remote control, banyak di antaranya monokrom atau hanya memiliki sedikit warna. Tampilan grafis monokrom dan warna pasif digunakan pada laptop awal dan masih digunakan sebagai alternatif matriks aktif.
Tampilan TFT Aktif
Matriks aktif menampilkan masing-masing menggunakan satu transistor untuk menggerakkan dan kapasitor untuk menyimpan muatan. Dalam teknologi IPS (In Plane Switching), prinsip pengoperasian indikator kristal cair menggunakan desain di mana elektroda tidak menumpuk, tetapi terletak bersebelahan dalam bidang yang sama pada substrat kaca. Medan listrik menembus molekul LC secara horizontal.
Mereka disejajarkan sejajar dengan permukaan layar, yang sangat meningkatkan sudut pandang. Kerugian dari IPS adalah bahwa setiap sel membutuhkan dua transistor. Ini mengurangi area transparan dan membutuhkan cahaya latar yang lebih terang. VA (Vertical Alignment) dan MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) menggunakan kristal cair canggih yang sejajar secara vertikal tanpa medan listrik, yaitu tegak lurus dengan permukaan layar.
Cahaya terpolarisasi dapat melewatinya tetapi terhalang oleh polarizer depan. Jadi, sel tanpa aktivasi berwarna hitam. Karena semua molekul, bahkan yang terletak di tepi substrat, disejajarkan secara vertikal, nilai hitam yang dihasilkan sangat besar di semua sudut. Tidak seperti matriks pasiflayar kristal cair, layar matriks aktif memiliki transistor di setiap sub-piksel merah, hijau, dan biru yang menjaganya pada intensitas yang diinginkan hingga baris tersebut dialamatkan pada bingkai berikutnya.
Waktu pergantian sel
Waktu respons tampilan selalu menjadi masalah besar. Karena viskositas kristal cair yang relatif tinggi, sel LCD beralih cukup lambat. Karena gerakan cepat pada gambar, ini mengarah pada pembentukan garis-garis. Kristal cair viskositas rendah dan kontrol sel kristal cair yang dimodifikasi (overdrive) biasanya menyelesaikan masalah ini.
Waktu respons LCD modern saat ini sekitar 8ms (waktu respons tercepat adalah 1ms) mengubah kecerahan area gambar dari 10% menjadi 90%, di mana 0% dan 100% adalah kecerahan kondisi stabil, ISO 13406 -2 adalah jumlah waktu peralihan dari terang ke gelap (atau sebaliknya) dan sebaliknya. Namun, karena proses switching asimtotik, diperlukan waktu switching <3 ms untuk menghindari pita yang terlihat.
Teknologi Overdrive mengurangi waktu peralihan sel kristal cair. Untuk tujuan ini, tegangan yang lebih tinggi diterapkan sementara ke sel LCD daripada yang diperlukan untuk nilai kecerahan sebenarnya. Karena lonjakan tegangan pendek dari layar kristal cair, kristal cair inert benar-benar keluar dari posisinya dan keluar lebih cepat. Untuk tingkat proses ini, gambar harus di-cache. Bersama dengan yang dirancang khusus untuk nilai yang sesuaikoreksi tampilan, tinggi tegangan yang sesuai tergantung pada gamma dan dikendalikan oleh tabel pencarian dari prosesor sinyal untuk setiap piksel, dan hitung waktu yang tepat dari informasi gambar.
Komponen utama indikator
Rotasi dalam polarisasi cahaya yang dihasilkan oleh kristal cair adalah dasar cara kerja LCD. Pada dasarnya ada dua jenis LCD, Transmissive dan Reflektif:
- Transmissive.
- Transmisi.
Pengoperasian tampilan LCD transmisi. Di sisi kiri, lampu latar LCD memancarkan cahaya tak terpolarisasi. Ketika melewati polarizer belakang (vertikal polarizer), cahaya akan menjadi terpolarisasi vertikal. Cahaya ini kemudian mengenai kristal cair dan akan memutar polarisasi jika dihidupkan. Oleh karena itu, ketika cahaya terpolarisasi vertikal melewati segmen kristal cair ON, cahaya tersebut menjadi terpolarisasi horizontal.
Selanjutnya - polarizer depan akan memblokir cahaya terpolarisasi horizontal. Dengan demikian, segmen ini akan tampak gelap bagi pengamat. Jika segmen kristal cair dimatikan, tidak akan mengubah polarisasi cahaya, sehingga akan tetap terpolarisasi vertikal. Jadi polarizer depan mentransmisikan cahaya ini. Layar ini, biasanya disebut sebagai LCD dengan lampu latar, menggunakan cahaya sekitar sebagai sumbernya:
- Jam.
- LCD Reflektif.
- Biasanya kalkulator menggunakan jenis tampilan ini.
Segmen positif dan negatif
Gambar positif dibuat oleh piksel atau segmen gelap pada latar belakang putih. Di dalamnya, polarizer saling tegak lurus. Artinya jika polarizer depan vertikal, maka polarizer belakang akan horizontal. Jadi OFF dan latar belakang akan membiarkan cahaya masuk, dan ON akan memblokirnya. Tampilan ini biasanya digunakan dalam aplikasi di mana ada cahaya sekitar.
Ini juga mampu membuat tampilan kristal cair dan solid state dengan warna latar belakang yang berbeda. Gambar negatif dibuat oleh piksel atau segmen terang pada latar belakang gelap. Di dalamnya, polarizer depan dan belakang digabungkan. Artinya jika polarizer depan vertikal, maka polarizer belakang juga akan vertikal dan sebaliknya.
Jadi segmen MATI dan latar belakang menghalangi cahaya, dan segmen HIDUP membiarkan cahaya masuk, menciptakan tampilan terang dengan latar belakang gelap. LCD backlit biasanya menggunakan jenis ini, yang digunakan di mana cahaya sekitar lemah. Itu juga mampu membuat warna latar belakang yang berbeda.
Tampilkan RAM memori
DD adalah memori yang menyimpan karakter yang ditampilkan di layar. Untuk menampilkan 2 baris 16 karakter, alamat didefinisikan sebagai berikut:
| Baris | Terlihat | Tak Terlihat |
| Atas | 00H 0FH | 10H 27H |
| Rendah | 40H - 4FH | 50H 67H |
Ini memungkinkan Anda untuk membuat maksimal 8 karakter atau 5x7 karakter. Setelah karakter baru dimuat ke dalam memori, mereka dapat diakses seolah-olah mereka adalah karakter normal yang disimpan dalam ROM. CG RAM menggunakan kata-kata lebar 8-bit, tetapi hanya 5 bit paling tidak signifikan yang muncul di LCD.
Jadi D4 adalah titik paling kiri dan D0 adalah kutub di sebelah kanan. Misalnya, memuat CG byte RAM pada 1Fh memanggil semua titik dari baris ini.
Kontrol mode bit
Ada dua mode tampilan yang tersedia: 4-bit dan 8-bit. Dalam mode 8-bit, data dikirim ke layar dengan pin D0 hingga D7. String RS diatur ke 0 atau 1, tergantung apakah Anda ingin mengirim perintah atau data. Garis R/W juga harus diatur ke 0 untuk menunjukkan tampilan yang akan ditulis. Tetap mengirimkan pulsa setidaknya 450 ns ke input E untuk menunjukkan bahwa data yang valid ada pada pin D0 hingga D7.
Tampilan akan membaca data di tepi jatuh dari input ini. Jika pembacaan diperlukan, prosedurnya sama, tetapi kali ini jalur R/W disetel ke 1 untuk meminta pembacaan. Data akan valid pada baris D0-D7 pada status garis tinggi.
4-bit mode. Dalam beberapa kasus, mungkin perlu untuk mengurangi jumlah kabel yang digunakan untuk menggerakkan tampilan, seperti ketika mikrokontroler memiliki pin I/O yang sangat sedikit. Dalam hal ini, mode LCD 4-bit dapat digunakan. Dalam mode ini, untuk mengirimkandata dan membacanya, hanya 4 bit paling signifikan (D4 hingga D7) dari tampilan yang digunakan.
4 bit signifikan (D0 hingga D3) kemudian dihubungkan ke ground. Data kemudian ditulis atau dibaca dengan mengirimkan empat bit paling signifikan secara berurutan, diikuti oleh empat bit paling tidak signifikan. Pulsa positif minimal 450 ns harus dikirim pada jalur E untuk menguji setiap nibble.
Dalam kedua mode, setelah setiap tindakan pada tampilan, Anda dapat memastikan bahwa itu dapat memproses informasi berikut. Untuk melakukan ini, Anda perlu meminta pembacaan dalam mode perintah dan memeriksa bendera BF Sibuk. Ketika BF=0, tampilan siap menerima perintah atau data baru.
Perangkat tegangan digital
Indikator kristal cair digital untuk penguji terdiri dari dua lembar kaca tipis, pada permukaan yang menghadap trek konduktif tipis yang diterapkan. Saat kaca dilihat dari kanan, atau hampir pada sudut kanan, jejak ini tidak terlihat. Namun, pada sudut pandang tertentu, mereka menjadi terlihat.
Diagram rangkaian listrik.
Penguji yang dijelaskan di sini terdiri dari osilator persegi panjang yang menghasilkan tegangan AC simetris sempurna tanpa komponen DC. Sebagian besar generator logika tidak mampu menghasilkan gelombang persegi, mereka menghasilkan bentuk gelombang persegi yang siklus kerjanya berfluktuasi sekitar 50%. 4047 yang digunakan dalam penguji memiliki keluaran skalar biner yang menjamin simetri. Frekuensiosilator sekitar 1 kHz.
Dapat ditenagai oleh catu daya 3-9V. Biasanya akan berupa baterai, tetapi catu daya variabel memiliki kelebihan. Ini menunjukkan pada voltase berapa kristal cair indikator voltase bekerja dengan memuaskan, dan ada juga hubungan yang jelas antara level voltase dan sudut di mana tampilan terlihat jelas. Penguji menarik tidak lebih dari 1 mA.
Tegangan uji harus selalu terhubung antara terminal umum, yaitu bidang belakang, dan salah satu segmen. Jika tidak diketahui terminal mana yang merupakan backplane, maka sambungkan salah satu probe tester ke segmen dan probe lainnya ke semua terminal lainnya hingga segmen terlihat.
