Trzy tryby wyświetlania TFT LCD
Tryb wyświetlania TFT LCD zależy głównie od rozmieszczenia cząsteczek ciekłokrystalicznych, kierunku działania pola elektrycznego i konfiguracji polaryzatorów. Obecnie do głównych trybów wyświetlania należą TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching) i VA (Vertical Alignment), które charakteryzują się znaczącymi różnicami w strukturze, charakterystyce optycznej i scenariuszach zastosowań. Następująca systematyczna analiza trzech trybów z poziomu zasady:
Tryb TN (Twisted Nematic).
Tryb TN to najwcześniejsza komercyjna technologia wyświetlaczy ciekłokrystalicznych. Jego podstawową cechą jest to, że cząsteczki ciekłego kryształu tworzą spiralnie skręconą pod kątem 90 stopni strukturę pomiędzy dwiema warstwami podłoża szklanego, a kierunek tarcia górnej i dolnej warstwy orientacji podłoża jest ortogonalny. Gdy nie jest przyłożone napięcie, cząsteczki ciekłego kryształu są ułożone spiralnie, a spolaryzowane światło jest obracane o 90 stopni, wykorzystując charakterystykę rotacji optycznej. Zasadę pokazano na rysunku 1.
The TN mode is driven by a longitudinal electric field (vertical substrate direction). After voltage is applied, the liquid crystal molecules are arranged vertically, destroying the optical rotation characteristics. The upper and lower polarizers are orthogonal, and light is transmitted when there is no voltage (normal white mode), and light is blocked when the voltage is fully turned on (normal black mode). The TN mode uses positive liquid crystal (Δε>0), niskie napięcie progowe (1-2 V), krótki czas reakcji (1-5 ms), ale jego kontrast jest niski, a wyciek światła jest podatny na stan ciemny. Ten tryb wyświetlania wykorzystuje matrycę TFT do kontrolowania transmisji światła i nieprzezroczystości każdego piksela, osiągając w ten sposób cel wyświetlania obrazu.
Tryb wyświetlania, w którym panel LCD jest jasny, gdy nie jest podłączony do napięcia, i tryb wyświetlania, w którym jest ciemny po przyłożeniu napięcia, nazywany jest trybem normalnej bieli (NW). Tryb wyświetlania, w którym panel LCD jest ciemny i bez napięcia, a napięcie jest jasne, nazywany jest trybem Normalnie Czarnym (NB). W zastosowaniach praktycznych, oprócz stanów jasnych i ciemnych, po przyłożeniu odpowiedniego napięcia do ciekłego kryształu wyświetlany jest ton pośredni pomiędzy stanami jasnym i ciemnym, powszechnie znany jako skala szarości.
Tryb IPS (w-przełączaniu płaszczyzn).
Zasada działania wyświetlacza LCD w trybie IPS. In-Tryb przełączania panelu to-tryb konwersji płaszczyznowej, w którym wykorzystuje się ujemne ciekłe kryształy, w których cząsteczki ciekłego kryształu znajdują się w płaszczyźnie równoległej do szklanego podłoża. Ustawienia górnego i dolnego polaryzatora są takie same jak w trybie TN. Mogą przejść tylko wtedy, gdy kierunek polaryzacji światła zostanie odchylony. Różnica polega na tym, że w trybie wyświetlania IPS poziome pole elektryczne służy do kontrolowania odchylenia cząsteczek ciekłego kryształu.
Osie polaryzacji górnego i dolnego polaryzatora w trybie IPS są do siebie prostopadłe, dzięki czemu panel ciekłokrystaliczny jest w stanie ciemnym, gdy nie jest przyłożone napięcie. Gdy napięcie przyłożone do elektrody jest większe od napięcia progowego, cząsteczki ciekłego kryształu obracają się w kierunku pola elektrycznego w płaszczyźnie równoległej do podłoża i znajdują się pod pewnym kątem do osi polaryzacji górnego i dolnego polaryzatora. Ze względu na efekt dwójłomności ciekłego kryształu, różnica faz występuje pomiędzy zwykłym światłem a niezwykłym światłem przechodzącym przez warstwę ciekłokrystaliczną, więc panel ciekłokrystaliczny jest w jasnym stanie.
TFT-LCD w trybie wyświetlania IPS ma zalety dobrego kontrastu, szerokiego kąta widzenia i dobrego efektu wyświetlania. Jako ulepszona wersja IPS, FFS (Fringe Field Switching) generuje krawędziowe pola elektryczne poprzez układy mikroelektrod, dzięki czemu cząsteczki mają mniejszy kąt nachylenia, wyższą jasność i mniejsze zużycie energii.
Tryb VA (wyrównanie w pionie).
Elektroda w trybie VA znajduje się na górnym i dolnym podłożu, a cząsteczki ciekłego kryształu odchylają się pod działaniem pionowego pola elektrycznego. Tryb VA wykorzystuje ujemny ciekły kryształ. Gdy nie jest przyłożone napięcie, wektor wskazujący ciekłokrystaliczny jest ułożony pionowo. W tym przypadku padające światło spolaryzowane liniowo nie ulega dwójłomności przy przejściu przez warstwę ciekłokrystaliczną, a stan polaryzacji pozostaje niezmieniony. Jeśli osie polaryzacji górnego i dolnego polaryzatora są do siebie równoległe, padające światło przechodzi przez górny i dolny polaryzator, a ekran wyświetlacza jest jasny. Jeżeli osie polaryzacji górnego i dolnego polaryzatora są do siebie prostopadłe, padające światło jest blokowane na polaryzatorze wyjściowym, a ekran wyświetlacza jest ciemny.
Gdy nie jest przyłożone napięcie, w trybie VA nie występuje dwójłomność, więc VA w trybie normalnie czarnym blokuje światło na wszystkich długościach fal i jest niezależne od grubości pudełka. Ta funkcja pokazuje, że charakterystyka stanu ciemnego normalnego trybu czerni jest bardzo dobra, a kontrast jest również bardzo wysoki, dlatego rzeczywiste produkty VA zazwyczaj wybierają normalny tryb czerni. Kiedy napięcie przyłożone pomiędzy górną i dolną elektrodą jest większe niż napięcie progowe, cząsteczki ciekłego kryształu odchylają się od stanu ułożenia pionowego do kierunku poziomego. Zjawisko dwójłomności warstwy ciekłokrystalicznej powoduje różnicę faz, a padające światło przechodzi przez górny i dolny polaryzator, a panel jest jasny.
TFT-LCD w trybie wyświetlania VA ma zalety dobrego oddawania barw czarnych, kontrastu, szerokiego kąta widzenia itp.
Dzięki ciągłym innowacjom technologicznym trzy tryby wyświetlania pozwolą utrzymać konkurencyjność w odpowiednich obszarach przewagi. W przyszłości TN pozostanie na rynku niszowym, IPS będzie dominować-w urządzeniach mobilnych z najwyższej półki, a VA będzie liderem wyświetlaczy-o dużych rozmiarach.
