एक लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले एक पतले फ्लैट पैनल पर विद्युत रूप से उत्पन्न छवि का एक प्रकार है। पहली एलसीडी, जो 1970 के दशक में सामने आईं, वे छोटी स्क्रीन थीं जिनका उपयोग मुख्य रूप से कैलकुलेटर और डिजिटल घड़ियों में किया जाता था, जो एक सफेद पृष्ठभूमि पर काले नंबर प्रदर्शित करते थे। एलसीडी हर जगह घरेलू इलेक्ट्रॉनिक्स सिस्टम, मोबाइल फोन, कैमरा और कंप्यूटर मॉनिटर, साथ ही घड़ियों और टीवी में पाए जा सकते हैं। आज के अत्याधुनिक एलसीडी फ्लैट पैनल टीवी ने बड़े पैमाने पर टेलीविजन में पारंपरिक भारी सीआरटी की जगह ले ली है और स्क्रीन पर तिरछे 108 इंच तक हाई-डेफिनिशन कलर इमेज तैयार कर सकते हैं।
तरल क्रिस्टल का इतिहास
लिक्विड क्रिस्टल की खोज संयोगवश 1888 में ऑस्ट्रिया के वनस्पतिशास्त्री F. Reinitzer ने की थी। उन्होंने पाया कि कोलेस्टेरिल बेंजोएट में दो गलनांक होते हैं, जो 145 डिग्री सेल्सियस पर बादल वाले तरल में बदल जाते हैं, और 178.5 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर तरल पारदर्शी हो जाता है। प्रतिइस घटना के लिए एक स्पष्टीकरण खोजने के लिए, उन्होंने अपने नमूने भौतिक विज्ञानी ओटो लेहमैन को दिए। स्टेप्ड हीटिंग से लैस एक माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हुए, लेहमैन ने दिखाया कि पदार्थ में कुछ क्रिस्टल की विशेषता ऑप्टिकल गुण हैं, लेकिन फिर भी एक तरल है, और इसलिए "लिक्विड क्रिस्टल" शब्द गढ़ा गया था।
1920 और 1930 के दशक के दौरान, शोधकर्ताओं ने लिक्विड क्रिस्टल पर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के प्रभावों का अध्ययन किया। 1929 में, रूसी भौतिक विज्ञानी Vsevolod Frederiks ने दिखाया कि दो प्लेटों के बीच एक पतली फिल्म में उनके अणुओं ने चुंबकीय क्षेत्र लागू होने पर उनके संरेखण को बदल दिया। यह आधुनिक वोल्टेज लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले का अग्रदूत था। 1990 के दशक की शुरुआत से तकनीकी विकास की गति तेज रही है और लगातार बढ़ रही है।
एलसीडी तकनीक साधारण घड़ियों और कैलकुलेटर के लिए ब्लैक एंड व्हाइट से मोबाइल फोन, कंप्यूटर मॉनिटर और टीवी के लिए बहुरंगा में विकसित हुई है। वैश्विक एलसीडी बाजार अब सालाना 100 अरब डॉलर के करीब पहुंच रहा है, जो 2005 में 60 अरब डॉलर और 2003 में 24 अरब डॉलर था। एलसीडी विनिर्माण विश्व स्तर पर सुदूर पूर्व में केंद्रित है और मध्य और पूर्वी यूरोप में बढ़ रहा है। अमेरिकी कंपनियां विनिर्माण प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में अग्रणी हैं। उनके प्रदर्शन अब बाजार पर हावी हैं और निकट भविष्य में इसके बदलने की संभावना नहीं है।
क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया का भौतिकी
अधिकांश लिक्विड क्रिस्टल, जैसे कोलेस्टेरिल बेंजोएट, लंबी छड़ जैसी संरचनाओं वाले अणुओं से बने होते हैं। तरल अणुओं की यह विशेष संरचनादो ध्रुवीकरण फिल्टर के बीच के क्रिस्टल को इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज लगाने से तोड़ा जा सकता है, एलसीडी तत्व अपारदर्शी हो जाता है और अंधेरा रहता है। इस तरह, विभिन्न प्रदर्शन तत्वों को या तो हल्के या गहरे रंगों में बदला जा सकता है, जिससे संख्या या वर्ण प्रदर्शित होते हैं।
रॉड जैसी संरचना से जुड़े सभी अणुओं के बीच विद्यमान आकर्षक बलों के इस संयोजन से लिक्विड क्रिस्टल चरण का निर्माण होता है। हालांकि, अणुओं को स्थायी रूप से रखने के लिए यह बातचीत पर्याप्त मजबूत नहीं है। तब से, कई अलग-अलग प्रकार के लिक्विड क्रिस्टल संरचनाओं की खोज की गई है। उनमें से कुछ परतों में व्यवस्थित होते हैं, अन्य डिस्क या फॉर्म कॉलम के रूप में।
एलसीडी तकनीक
एक लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले का कार्य सिद्धांत लिक्विड क्रिस्टल नामक विद्युत रूप से संवेदनशील सामग्री के गुणों पर आधारित होता है, जो तरल पदार्थ की तरह बहता है लेकिन एक क्रिस्टलीय संरचना होती है। क्रिस्टलीय ठोस में, घटक कण - परमाणु या अणु - ज्यामितीय सरणी में होते हैं, जबकि एक तरल अवस्था में वे बेतरतीब ढंग से घूमने के लिए स्वतंत्र होते हैं।
लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले डिवाइस में अणु होते हैं, जो अक्सर रॉड के आकार के होते हैं, जो एक दिशा में व्यवस्थित होते हैं लेकिन फिर भी चल सकते हैं। लिक्विड क्रिस्टल अणु प्रतिक्रिया करते हैंएक विद्युत वोल्टेज जो उनके अभिविन्यास को बदलता है और सामग्री की ऑप्टिकल विशेषताओं को बदलता है। इस गुण का प्रयोग LCD पर किया जाता है।
औसतन, ऐसे पैनल में हजारों छवि तत्व ("पिक्सेल") होते हैं, जो व्यक्तिगत रूप से वोल्टेज द्वारा संचालित होते हैं। वे अन्य प्रदर्शन तकनीकों की तुलना में पतले, हल्के और कम ऑपरेटिंग वोल्टेज वाले हैं और बैटरी चालित उपकरणों के लिए आदर्श हैं।
पैसिव मैट्रिक्स
डिस्प्ले दो प्रकार के होते हैं: पैसिव और एक्टिव मैट्रिक्स। निष्क्रिय लोगों को केवल दो इलेक्ट्रोड द्वारा नियंत्रित किया जाता है। वे पारदर्शी आईटीओ के स्ट्रिप्स हैं जो एक दूसरे को 90 घुमाते हैं। यह एक क्रॉस मैट्रिक्स बनाता है जो प्रत्येक एलसी सेल को व्यक्तिगत रूप से नियंत्रित करता है। एड्रेसिंग तर्क और ड्राइवरों द्वारा किया जाता है जो डिजिटल एलसीडी से अलग होते हैं। चूंकि इस प्रकार के नियंत्रण में एलसी सेल में कोई चार्ज नहीं होता है, लिक्विड क्रिस्टल अणु धीरे-धीरे अपनी मूल स्थिति में लौट आते हैं। इसलिए, प्रत्येक सेल की नियमित अंतराल पर निगरानी की जानी चाहिए।
पैसिव्स का रिस्पांस टाइम अपेक्षाकृत लंबा होता है और ये टेलीविज़न एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं। अधिमानतः, कोई भी ड्राइवर या स्विचिंग घटक जैसे ट्रांजिस्टर ग्लास सब्सट्रेट पर माउंट नहीं होते हैं। इन तत्वों द्वारा छायांकन के कारण चमक का नुकसान नहीं होता है, इसलिए एलसीडी का संचालन बहुत सरल है।
पैसिव का व्यापक रूप से खंडित अंकों और प्रतीकों जैसे उपकरणों में छोटे पढ़ने के लिए उपयोग किया जाता हैकैलकुलेटर, प्रिंटर और रिमोट कंट्रोल, जिनमें से कई मोनोक्रोम हैं या केवल कुछ ही रंग हैं। प्रारंभिक लैपटॉप में निष्क्रिय मोनोक्रोम और रंगीन ग्राफिक डिस्प्ले का उपयोग किया जाता था और अभी भी सक्रिय मैट्रिक्स के विकल्प के रूप में उपयोग किया जाता है।
सक्रिय TFT डिस्प्ले
सक्रिय मैट्रिक्स प्रदर्शित करता है कि प्रत्येक ड्राइव के लिए एक ट्रांजिस्टर और चार्ज को स्टोर करने के लिए एक कैपेसिटर का उपयोग करता है। IPS (इन प्लेन स्विचिंग) तकनीक में, लिक्विड क्रिस्टल इंडिकेटर के संचालन का सिद्धांत एक ऐसे डिज़ाइन का उपयोग करता है जहाँ इलेक्ट्रोड स्टैक नहीं करते हैं, लेकिन एक ग्लास सब्सट्रेट पर एक ही विमान में एक दूसरे के बगल में स्थित होते हैं। विद्युत क्षेत्र LC अणुओं में क्षैतिज रूप से प्रवेश करता है।
वे स्क्रीन की सतह के समानांतर संरेखित होते हैं, जिससे व्यूइंग एंगल बहुत बढ़ जाता है। IPS का नुकसान यह है कि प्रत्येक सेल को दो ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है। यह पारदर्शी क्षेत्र को कम करता है और एक उज्जवल बैकलाइट की आवश्यकता होती है। VA (वर्टिकल एलाइनमेंट) और MVA (मल्टी-डोमेन वर्टिकल एलाइनमेंट) उन्नत लिक्विड क्रिस्टल का उपयोग करते हैं जो बिना विद्युत क्षेत्र के लंबवत रूप से संरेखित होते हैं, यानी स्क्रीन की सतह के लंबवत।
ध्रुवीकृत प्रकाश गुजर सकता है लेकिन सामने वाले ध्रुवीकरण द्वारा अवरुद्ध है। इस प्रकार, सक्रियण के बिना एक कोशिका काली होती है। चूँकि सभी अणु, यहाँ तक कि वे जो सब्सट्रेट के किनारों पर स्थित होते हैं, समान रूप से लंबवत रूप से संरेखित होते हैं, परिणामस्वरूप काला मान सभी कोनों पर बहुत बड़ा होता है। निष्क्रिय मैट्रिक्स के विपरीतलिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले, सक्रिय मैट्रिक्स डिस्प्ले में प्रत्येक लाल, हरे और नीले उप-पिक्सेल में एक ट्रांजिस्टर होता है जो उन्हें वांछित तीव्रता पर रखता है जब तक कि उस पंक्ति को अगले फ्रेम में संबोधित नहीं किया जाता है।
सेल स्विचिंग समय
डिस्प्ले का रिस्पांस टाइम हमेशा एक बड़ी समस्या रही है। लिक्विड क्रिस्टल की अपेक्षाकृत उच्च चिपचिपाहट के कारण, एलसीडी सेल काफी धीमी गति से स्विच करते हैं। छवि में तेज गति के कारण, यह धारियों के निर्माण की ओर जाता है। कम चिपचिपापन लिक्विड क्रिस्टल और संशोधित लिक्विड क्रिस्टल सेल नियंत्रण (ओवरड्राइव) आमतौर पर इन समस्याओं को हल करते हैं।
आधुनिक एलसीडी का प्रतिक्रिया समय वर्तमान में लगभग 8ms (सबसे तेज़ प्रतिक्रिया समय 1ms है) एक छवि क्षेत्र की चमक को 10% से 90% तक बदल रहा है, जहां 0% और 100% स्थिर राज्य चमक हैं, आईएसओ 13406 -2 उज्ज्वल से अंधेरे (या इसके विपरीत) में स्विचिंग समय का योग है और इसके विपरीत। हालांकि, स्पर्शोन्मुख स्विचिंग प्रक्रिया के कारण, दृश्य बैंड से बचने के लिए <3 एमएस के स्विचिंग समय की आवश्यकता होती है।
ओवरड्राइव तकनीक लिक्विड क्रिस्टल कोशिकाओं के स्विचिंग समय को कम करती है। इस प्रयोजन के लिए, वास्तविक चमक मान के लिए आवश्यक से अधिक वोल्टेज अस्थायी रूप से एलसीडी सेल पर लागू किया जाता है। लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले के शॉर्ट वोल्टेज उछाल के कारण, निष्क्रिय लिक्विड क्रिस्टल सचमुच अपनी स्थिति से बाहर हो जाते हैं और बहुत तेजी से बाहर निकल जाते हैं। इस प्रक्रिया स्तर के लिए, छवि को कैश किया जाना चाहिए। साथ में विशेष रूप से संबंधित मूल्यों के लिए डिज़ाइन किया गयाप्रदर्शन सुधार, संबंधित वोल्टेज ऊंचाई गामा पर निर्भर करती है और प्रत्येक पिक्सेल के लिए सिग्नल प्रोसेसर से लुकअप टेबल द्वारा नियंत्रित होती है, और छवि जानकारी के सटीक समय की गणना करती है।
संकेतकों के मुख्य घटक
लिक्विड क्रिस्टल द्वारा उत्पन्न प्रकाश के ध्रुवण में घूर्णन इस बात का आधार है कि एलसीडी कैसे काम करती है। एलसीडी मूल रूप से दो प्रकार के होते हैं, ट्रांसमिसिव और रिफ्लेक्टिव:
- ट्रांसमिसिव।
- ट्रांसमिशन।
ट्रांसमिशन एलसीडी डिस्प्ले ऑपरेशन। बाईं ओर, LCD बैकलाइट अध्रुवित प्रकाश उत्सर्जित करती है। जब यह रियर पोलराइज़र (वर्टिकल पोलराइज़र) से होकर गुजरता है, तो प्रकाश लंबवत ध्रुवीकृत हो जाएगा। यह प्रकाश तब लिक्विड क्रिस्टल से टकराता है और चालू होने पर ध्रुवीकरण को मोड़ देगा। इसलिए, जब लंबवत ध्रुवीकृत प्रकाश ON लिक्विड क्रिस्टल खंड से होकर गुजरता है, तो यह क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत हो जाता है।
अगला - फ्रंट पोलराइज़र क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश को अवरुद्ध करेगा। इस प्रकार, यह खंड प्रेक्षक को काला दिखाई देगा। यदि लिक्विड क्रिस्टल खंड को बंद कर दिया जाता है, तो यह प्रकाश के ध्रुवीकरण को नहीं बदलेगा, इसलिए यह लंबवत रूप से ध्रुवीकृत रहेगा। तो फ्रंट पोलराइज़र इस प्रकाश को प्रसारित करता है। ये डिस्प्ले, जिन्हें आमतौर पर बैकलिट एलसीडी कहा जाता है, उनके स्रोत के रूप में परिवेशी प्रकाश का उपयोग करते हैं:
- घड़ी।
- चिंतनशील एलसीडी।
- आमतौर पर कैलकुलेटर इस प्रकार के डिस्प्ले का उपयोग करते हैं।
सकारात्मक और नकारात्मक खंड
एक सकारात्मक छवि सफेद पृष्ठभूमि पर गहरे रंग के पिक्सेल या खंडों द्वारा बनाई जाती है। उनमें, ध्रुवीकरणकर्ता एक दूसरे के लंबवत होते हैं। इसका मतलब है कि अगर फ्रंट पोलराइजर वर्टिकल है, तो बैक पोलराइजर हॉरिजॉन्टल होगा। तो बंद और पृष्ठभूमि प्रकाश के माध्यम से जाने देगी, और चालू इसे अवरुद्ध कर देगा। ये डिस्प्ले आमतौर पर उन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां परिवेश प्रकाश मौजूद होता है।
यह विभिन्न पृष्ठभूमि रंगों के साथ ठोस अवस्था और लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले बनाने में भी सक्षम है। एक नकारात्मक छवि एक गहरे रंग की पृष्ठभूमि पर हल्के पिक्सेल या खंडों द्वारा बनाई जाती है। उनमें आगे और पीछे के पोलराइज़र संयुक्त हैं। इसका मतलब है कि अगर फ्रंट पोलराइज़र वर्टिकल है, तो रियर भी वर्टिकल होगा और इसके विपरीत।
इसलिए OFF सेगमेंट और बैकग्राउंड लाइट को ब्लॉक कर देते हैं, और ON सेगमेंट लाइट को अंदर जाने देते हैं, जिससे डार्क बैकग्राउंड के खिलाफ लाइट डिस्प्ले बन जाता है। बैकलिट एलसीडी आमतौर पर इस प्रकार का उपयोग करते हैं, जिसका उपयोग वहां किया जाता है जहां परिवेश प्रकाश कमजोर होता है। यह विभिन्न पृष्ठभूमि रंग बनाने में भी सक्षम है।
डिस्प्ले मेमोरी रैम
DD वह मेमोरी है जो स्क्रीन पर प्रदर्शित वर्णों को संग्रहीत करती है। 16 वर्णों की 2 पंक्तियाँ प्रदर्शित करने के लिए, पतों को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:
| लाइन | दृश्यमान | अदृश्य |
| शीर्ष | 00एच 0एफएच | 10एच 27एच |
| निम्न | 40एच - 4एफएच | 50एच 67एच |
यह आपको अधिकतम 8 वर्ण या 5x7 वर्ण बनाने की अनुमति देता है। एक बार जब नए अक्षर मेमोरी में लोड हो जाते हैं, तो उन्हें ऐसे एक्सेस किया जा सकता है जैसे कि वे ROM में संग्रहीत सामान्य वर्ण हों। सीजी रैम 8-बिट चौड़े शब्दों का उपयोग करता है, लेकिन एलसीडी पर केवल 5 कम से कम महत्वपूर्ण बिट्स दिखाई देते हैं।
तो D4 सबसे बाईं ओर का बिंदु है और D0 दाईं ओर का ध्रुव है। उदाहरण के लिए, 1Fh पर RAM बाइट CG लोड करना इस लाइन के सभी बिंदुओं को कॉल करता है।
बिट मोड कंट्रोल
दो डिस्प्ले मोड उपलब्ध हैं: 4-बिट और 8-बिट। 8-बिट मोड में, डेटा को D0 से D7 पिन द्वारा डिस्प्ले पर भेजा जाता है। RS स्ट्रिंग 0 या 1 पर सेट है, यह इस पर निर्भर करता है कि आप कमांड या डेटा भेजना चाहते हैं या नहीं। प्रदर्शन लिखे जाने को इंगित करने के लिए R/W लाइन को भी 0 पर सेट किया जाना चाहिए। यह इंगित करने के लिए इनपुट E को कम से कम 450 ns की पल्स भेजने के लिए रहता है कि पिन D0 से D7 पर मान्य डेटा मौजूद है।
डिस्प्ले इस इनपुट के गिरते किनारे पर डेटा को पढ़ेगा। यदि पढ़ने की आवश्यकता है, तो प्रक्रिया समान है, लेकिन इस बार पढ़ने का अनुरोध करने के लिए आर/डब्ल्यू लाइन 1 पर सेट है। डेटा हाई लाइन स्टेट पर D0-D7 लाइन पर मान्य होगा।
4-बिट मोड। कुछ मामलों में, डिस्प्ले को चलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले तारों की संख्या को कम करना आवश्यक हो सकता है, जैसे कि जब माइक्रोकंट्रोलर में बहुत कम I/O पिन होते हैं। इस मामले में, 4-बिट एलसीडी मोड का उपयोग किया जा सकता है। इस मोड में, संचारित करने के लिएडेटा और उन्हें पढ़ने के लिए, डिस्प्ले के केवल 4 सबसे महत्वपूर्ण बिट्स (D4 से D7) का उपयोग किया जाता है।
4 महत्वपूर्ण बिट्स (D0 से D3) तब जमीन से जुड़े होते हैं। डेटा तब चार सबसे महत्वपूर्ण बिट्स को क्रम में भेजकर लिखा या पढ़ा जाता है, इसके बाद चार सबसे कम महत्वपूर्ण बिट्स होते हैं। प्रत्येक कुतरने का परीक्षण करने के लिए लाइन E पर कम से कम 450 ns की एक सकारात्मक नाड़ी भेजी जानी चाहिए।
दोनों मोड में, डिस्प्ले पर प्रत्येक क्रिया के बाद, आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि यह निम्नलिखित जानकारी को संसाधित कर सकता है। ऐसा करने के लिए, आपको कमांड मोड में पढ़ने का अनुरोध करना होगा और व्यस्त बीएफ ध्वज की जांच करनी होगी। जब बीएफ=0, डिस्प्ले नई कमांड या डेटा को स्वीकार करने के लिए तैयार है।
डिजिटल वोल्टेज डिवाइस
परीक्षकों के लिए डिजिटल लिक्विड क्रिस्टल संकेतक में कांच की दो पतली चादरें होती हैं, जिनके सामने की सतहों पर पतले प्रवाहकीय ट्रैक लगाए जाते हैं। जब कांच को दाहिनी ओर से या लगभग समकोण पर देखा जाता है, तो ये ट्रैक दिखाई नहीं देते हैं। हालाँकि, कुछ निश्चित कोणों पर, वे दृश्यमान हो जाते हैं।
विद्युत परिपथ आरेख।
यहां वर्णित परीक्षक में एक आयताकार थरथरानवाला होता है जो बिना किसी डीसी घटक के पूरी तरह से सममित एसी वोल्टेज उत्पन्न करता है। अधिकांश तर्क जनरेटर एक वर्ग तरंग उत्पन्न करने में सक्षम नहीं हैं, वे वर्ग तरंग उत्पन्न करते हैं जिनके कर्तव्य चक्र में लगभग 50% का उतार-चढ़ाव होता है। परीक्षक में प्रयुक्त 4047 में एक बाइनरी स्केलर आउटपुट होता है जो समरूपता की गारंटी देता है। आवृत्तिथरथरानवाला लगभग 1 kHz है।
इसे 3-9V आपूर्ति द्वारा संचालित किया जा सकता है। आमतौर पर यह एक बैटरी होगी, लेकिन एक चर बिजली की आपूर्ति के अपने फायदे हैं। यह दिखाता है कि वोल्टेज संकेतक लिक्विड क्रिस्टल किस वोल्टेज पर संतोषजनक रूप से काम करता है, और वोल्टेज स्तर और उस कोण के बीच एक स्पष्ट संबंध भी है जिस पर डिस्प्ले स्पष्ट रूप से दिखाई देता है। परीक्षक 1 mA से अधिक नहीं खींचता है।
परीक्षण वोल्टेज हमेशा सामान्य टर्मिनल, यानी पीछे के विमान, और एक खंड के बीच जुड़ा होना चाहिए। यदि यह ज्ञात नहीं है कि कौन सा टर्मिनल बैकप्लेन है, तो परीक्षक की एक जांच को खंड से और दूसरी जांच को अन्य सभी टर्मिनलों से तब तक कनेक्ट करें जब तक कि खंड दिखाई न दे।
