بررسی تکنولوژی و توسعه تلویزیون ال سی دی

کریستال مایع یک ترکیب آلی خاص است. نه تنها سیالیت مایع را دارد، بلکه آرایش مولکولی آن شبیه کریستال است. خواص نوری کریستال مانند دوکفه ای دارد، بنابراین کریستال مایع نامیده می شود. در مقایسه با تلویزیون های معمولی، تلویزیون های ال سی دی مزایای سبک تر، نازک تر، وضوح بالا، مصرف انرژی پایین، تابش کم، بهداشت و حفاظت از محیط زیست را دارند. تلویزیون های ال سی دی وارد خانه های مردم عادی شده اند و به محصولات غالب در بازار تلویزیون رنگی تبدیل شده اند.

2. آشنایی با اصل تلویزیون ال سی دی

تلویزیون ال سی دی عمدتاً شامل دو بخش مدار پایه و ماژول ال سی دی است.

1. ساختار اساسی ماژول نمایش کریستال مایع در شکل 1 نشان داده شده است. عمدتاً از سه بخش تشکیل شده است: یک نمایشگر کریستال مایع TFT، یک نور پس پشتی، و یک مدار اتصال.

شکل 1 ساختار ماژول نمایش کریستال مایع

صفحه نمایش کریستال مایع عمدتاً شامل پلاریزرها، بسترهای شیشه ای، الکترودهای شفاف ITO، لایه های جهت گیری، فیلترها، لایه های کریستال مایع، ترانزیستورهای فیلم نازک (TFT) و بخش های دیگر است. به طور کلی یک ماتریس TFT بر روی بستر شیشه ای پایینی یک نمایشگر کریستال مایع ساخته می شود، و یک فیلتر رنگ بر روی بستر شیشه فوقانی ساخته می شود. TFT در تقاطع الکترود اسکن و الکترود سیگنال قرار دارد، درین و منبع آن به ترتیب به الکترود سیگنال و الکترود پیکسل متصل هستند، دروازه به الکترود اسکن متصل است، و واحد الکترود شفاف متصل به الکترود سیگنال در صفحه پایین و فیلتر رنگ بستر فوقانی واحدهای الکترود شفاف زیر ورق مربوط به یک به یک برای تشکیل یک زیر پیکسل است. سه زیر پیکسل از صفحه نمایش کریستال مایع وجود دارد: قرمز، سبز، و آبی، که به طور مساوی در یک ساختار و نظم خاص مرتب شده اند، و سه زیر پیکسل مجاور یک پیکسل کامل را تشکیل می دهند. بر اساس استانداردهای ملی چین، یک صفحه تلویزیون باید بیش از ۳۰۰٬۰ پیکسل داشته باشد.

منبع نور پسین عمدتاً شامل یک ورق منشور، یک بازتابنده، یک صفحه راهنمای نور، و یک صفحه پخش کننده است. عملکرد اصلی این است که به عنوان منبع نور صفحه نمایش کریستال مایع عمل می کنند.

مدار اتصال به طور عمده شامل فیلم هدایتی آنیسونتروپیک، راننده IC، کنترل IC، برد مدار انعطاف پذیر، برد مدار چاپی و غیره است. عملکرد اصلی ارائه سیگنال های درایو ردیف و ستون برای صفحه نمایش ال سی دی است، به طوری که صفحه نمایش ال سی دی می تواند نور نور پس زمینه طبیعی را پردازش کند تا تصویر را نشان دهد.

2. اصل نمایش تلویزیون ال سی دی

نمودار بلوک اصل کار تلویزیون ال سی دی مانند شکل 2 نشان داده شده است. هنگامی که تلویزیون ال سی دی در حال کار است، یک سیگنال کانال خاص از آنتن تیونر را انتخاب کنید و آن را به دو کانال تقسیم کنید پس از اگر تقویت و تشخیص ویدئو: یک کانال وارد تقویت صوتی و مدار پردازش به فشار بلندگو به خروجی صوتی؛ قرمز (R)، سبز (G)، و آبی (B) سه سیگنال رنگ اولیه به مدار نمونه برداری سیگنال های رنگی فرستاده می شوند، و سیگنال های همگام سازی افقی و عمودی به مدار همگام سازی فرستاده می شوند. سیگنال همگام سازی عمودی تولید شده و سیگنال همگام سازی افقی به مدار نمونه برداری سیگنال رنگ فرستاده می شود، و تصویر رنگ بر روی صفحه نمایش کریستال مایع نمایش داده می شود.

شکل 2 نمودار بلوک مدار تلویزیون ال سی دی

3. تحولات جدید در فن آوری های کلیدی تلویزیون های ال سی دی

به منظور بهبود کیفیت تصویر تلویزیون های ال سی دی، مردم تلاش های زیادی در زمینه های کلیدی فنی تلویزیون های ال سی دی انجام داده اند، و به تدریج بالغ شده اند.

1. روشنایی

به منظور بهبود درخشش تلویزیون های ال سی دی، تلویزیون های ال سی دی فعلی عموماً از صفحه های ال سی دی با درخشش ۴۵۰ تا ۵۰۰cd/m2 استفاده می کنند و برخی محصولات حتی از صفحه نمایش های ال سی دی با ۶۰۰cd/m۲ استفاده می کنند. نور پس پشتی نیز از CCFL اصلی به LED امروزی توسعه یافته است مصرف برق کمتر و روشنایی بالاتری دارد.

2. قطعنامه

در ابتدای ظهور کریستال مایع، وضوح آن به مراتب پایین تر از یک لوله تصویر (CRT) بود، اما پس از تلاش های مداوم، اکنون از سطح CRT فراتر رفته است. وضوح TFT از 320×200 پیکسل، 640×480 پیکسل، 1024×768 پیکسل، 1920×1080 پیکسل (معمولا به عنوان 2K شناخته می شود)، 3840×2160 پیکسل (معمولا به عنوان 4K شناخته می شود) به فعلی 7680×4320 پیکسل (معمولا به عنوان 8K شناخته می شود) سطح. در حال حاضر وضوح تلویزیون های ال سی دی به طور کلی ۲K و ۴K است. راه های فنی بهبود وضوح ال سی دی ها عمدتاً شامل استفاده از مواد کم مقاومت برای ساخت خطوط اتوبوس TFT و استفاده از P-Si با دمای پایین برای ساخت TFTs است.

با استفاده از مواد کم مقاومت برای ساخت اتوبوس های TFT: با توجه به ویژگی های عالی Al، در حال حاضر آلومینیوم بیشتر مورد تحقیق و استفاده در مواد برای ساخت اتوبوس های TFT قرار می گیرد. بر حل مشکلات تشکیل آسان آلومینیوم از hillocks، خوردگی شیمیایی و اکسیداسیون تمرکز دارد. روش آلي (مانند ال-کو، ال-سي، هوش مصنوعي، طي، الند و الثي و غيره) و روش ساندويچ (مانند Mo/A1/Mo، Cr-/A1/ Cr، TiN/AI/Ti) را پيشنهاد کرده است. روش Alloy در فرایند نسبتاً ساده است، اما مقاومت بالایی دارد؛ در روش بین لایه، اینترلایه riN/A1/Ti می تواند خشک شود که برای تشکیل شیب خط دروازه مفید است و یک ماده ایده آل کم مقاومت است.

3. کنتراست

به منظور بهبود کنتراست نمایشگرهای کریستال مایع، یک سری اقدامات انجام شده است. به عنوان مثال استفاده از یک لاینر سیاه بدون نشت نور، استفاده از نور پس نور با روشنایی بالا، و بهبود عملکرد قطبش کننده.

4. بهبود سرعت پاسخ نمایش

به منظور بهبود سرعت پاسخ صفحه نمایش تلویزیون های ال سی دی، از فناوری تحریک بیش از حد استفاده می شود. بر اساس اصل نمایش کریستال مایع، نمایشگر کریستال مایع نقش مدولاسیون نور را ایفا می کند. هنگامی که نور از نور پس زمینه از صفحه نمایش کریستال مایع عبور می کند، مولکول های کریستال مایع می توانند شار نورانی را از طریق نمایشگر کریستال مایع تحت مدولاسیون میدان الکتریکی خارجی تنظیم کنند. با این حال زمان مشخصی برای روشن کردن یا خاموش کردن ولتاژ اعمال شده طول می کشد. اگر سرعت پاسخ مولکول های کریستال مایع نتوانند با سرعت تصویر ارسالی به صفحه ال سی دی نگه دارند، به نظر می رسد که «دم کردن» رخ خواهد داد. برای حل این مشکل از فناوری تحریک بیش از حد استفاده می شود، همان طور که در شکل ۳ نشان داده شده است. این فناوری سرعت پاسخ صفحه نمایش ال سی دی را با اعمال ولتاژ بالاتر از حد معمول زمانی که صفحه تغییر می کند بهبود می بخشد. تلویزیون ال سی دی فعلی با استفاده از فناوری تحریک به سرعت پاسخ پرسرعت ۴ms دست یافته است.

شکل 3 با استفاده از فن آوری بیش از حد تحریک برای بهبود سرعت پاسخ

5. از بین بردن پس از تصویر

ساختار ال سی دی و سی آر تی متفاوت است. پس از اینکه CRT تصویر را برای یک لحظه نمایش می دهد، قبل از نمایش صفحه بعدی در حالت خالی قرار دارد. با این حال، تلویزیون ال سی دی پیش از تعویض تصویر فعلی به تصویر بعدی به نمایش خود ادامه می دهد. به دلیل پافشاری چشم انسان، پس از مرگ ایجاد خواهد شد. می توان دید که برای تلویزیون های ال سی دی، به سادگی با تکیه بر بهبود سرعت پاسخ نمی تواند پس از تصویر را از بین ببرد. برای این کار، هیتاچی برای اولین بار فناوری درج سیاه را اتخاذ کرد که با درج تصاویر سیاه هنگامی که هر قاب تصویر تعویض می شود، بر پدیده تداوم دید غلبه می کند و در نتیجه پس از تصویر تلویزیون های ال سی دی تا حد زیادی کاهش می یابد.

6. معرفی Y / C تابع جدایی

به منظور کاهش صدای تصویر رنگی و نمایش واضح تر تصاویر تلویزیونی، به ویژه در محصولات با اندازه بزرگ، هر تولیدکننده یک تابع جداسازی Y/C را معرفی کرده است که سیگنال نورانی (Y) و سیگنال رنگ (C) را از هم جدا می کند.

7. بهبود چشم انداز

در مقایسه با دستگاه های نمایش خود نورانی، بزرگترین مشکل ال سی دی ها مشاهده زوایای آن است. در حال حاضر، راه های مؤثرتر برای حل مسئله زاویه دید، روش درایو در هواپیما (IPS) و روش آرایه عمودی چند دامنه ای (MVA) هستند.

حالت IPS: در حالت IPS یک جفت الکترود که انحراف مولکول های کریستال مایع را کنترل می کنند بر روی بستر پایین تر ساخته می شوند و از میدان الکتریکی کناری اعمال شده بین جفت الکترودها برای کنترل حالت مولکول های کریستال مایع استفاده می شود، به طوری که نور هنگام عبور از لایه کریستال مایع مدوله می شود. روش IPS امیدوارکننده ترین فناوری برای بهبود ویژگی های زاویه دید است، زیرا برای هر زاویه دید، حالت سیاه آن خالص ترین و بی احساس ترین است و زاویه دید گسترده ای را می توان در هر دو جهت افقی و عمودی به دست آورد. با این حال، حالت سنتی IPS هنوز مشکلاتی دارد: اول اینکه هنوز شیفت زرد یا آبی در یک جهت زاویه دید خاص وجود دارد. این تغییر رنگ در اثر اختلاف شاخص شکست بین محور بلند و محور کوتاه مولکول های کریستال مایع ایجاد می شود. دوم اینکه ولتاژ رانندگی حالت IPS نیز زیاد است.

روش MVA: اصل این است که ابتدا به طور یکنواخت بسیاری از برجستگی های کوچک را بر روی بسترهای فوقانی و پایینی صفحه نمایش کریستال مایع تشکیل دهد، به طوری که مولکول های کریستال مایع به صورت عمودی همتراز شوند، و جهت های قطبش دهنده و تحلیلگر عمود بر یکدیگر هستند، بنابراین صفحه نمایش کریستال مایع زمانی تاریک است که میدان الکتریکی وجود ندارد؛ هنگامی که یک ولتاژ اعمال می شود، یک میدان الکتریکی مایل بین این برجستگی ها ایجاد می شود و باعث انحراف مولکول های کریستال مایع از هم ترازی عمودی می شود و تعدادی دامنه مختلف را بر روی هر پیکسل تشکیل می دهد که در نتیجه انتقال نور افزایش می یابد، به طوری که نور عبوری از صفحه نمایش کریستال مایع منوط به مدولاسیون میدان یک تصویر رنگی را نشان می دهد. از آنجا که روش MVA می تواند به طور موثر بهبود حالت دامنه تنها از صفحه نمایش کریستال مایع سنتی، و ناهنواتروپی بیش از حد از لایه کریستال مایع ناشی از حالت دامنه تنها دلیل زاویه مشاهده کوچک دستگاه LCD است، روش MVA می تواند به طور موثر بهبود ویژگی های زاویه مشاهده از صفحه نمایش کریستال مایع است.

شرکت هیوندای کره جنوبی سوئیچینگ فرینج فیلد را بر اساس حالت IPS پیشنهاد کرده است که عملکرد نمایشگرهای کریستال مایع را تا حد زیادی بهبود بخشیده است، و دارای زوایای دید عالی و نرخ بهره برداری از نور است. سامسونگ کره جنوبی یک فناوری زاویه دید گسترش یافته را توسعه داده است که میدان الکتریکی حاشیه ای و همترازی عمودی را با هم ترکیب می کند که مشکل زاویه دید نمایشگرهای کریستال مایع را نیز حل می کند. در حال حاضر زاویه دید تلویزیون های ال سی دی در هر دو جهت عمودی و افقی می تواند به بیش از ۱۷۰ درجه برسد و موانع زاویه دید تلویزیون های ال سی دی به تاریخ تبدیل خواهد شد.

8. بهبود نرخ باز کردن

به منظور سرکوب تغییر رنگ روش IPS، یک الکترود زیگزاگ یا یک ساختار الکترود پیکسلی منحنی اتخاذ می شود تا هر پیکسل به دو منطقه تقسیم شود. هنگامی که یک میدان الکتریکی اعمال می شود، در این دو حوزه، مولکول های کریستال مایع در جهت مخالف پیچ می شوند، به طوری که هر پیکسل می تواند به طور مستقل تغییر رنگ ناشی از اختلاف شاخص شکست بین محور بلند و محور کوتاه مولکول های کریستال مایع را جبران کند. ، کیفیت صفحه نمایش را بهبود بخشد. با این حال، این ساختار پیکسل نسبت دیپراتور پیکسل را در مقایسه با ساختار الکترود خطی کاهش می دهد، همان طور که در FIG. 4(a) نشان داده شده است. از آنجا که این الکترود پیکسلی با توجه به خط اتوبوس منبع خطی منحنی است، شکل الکترود مشترک واقع در بین خط اتوبوس منبع و الکترود پیکسل نیز باید به شکل نشان داده شده در شکل تغییر شکل داده شود، به طوری که مساحت آن نیز بزرگتر است. در نتیجه انبساط، مساحت مؤثر (فضای بین الکترود پیکسلی و الکترود مشترک) منطقه نمایش باریک شده است که در نتیجه نسبت دیپراتور نمایشگر کریستال مایع حالت IPS کاهش می یابد. پاناسونیک برای حل این مشکل، ساختار پیکسلی «زیگزاگ» جدیدی را طراحی کرد، همان طور که در شکل ۴(ب) نشان داده شده است، نه تنها الکترود پیکسل یک ساختار «زیگزاگ» است، بلکه الکترود رایج و اتوبوس منبع هم «زیگزاگ» هستند. . علاوه بر این، ماتریس سیاه ساخته شده بر روی بستر فیلتر رنگ نیز زیگزاگ به شکل الکترود پیکسلی است. با این ساختار پیکسلی جدید، فضای بین الکترود پیکسلی و الکترود مشترک در جهت افقی بزرگ می شود و نسبتدیپروری بهبود می گیرد که تقریباً ۱٫۲۵ برابر ساختار پیکسل سنتی است.

9. زمینه - رنگ های توالی تقسیم روش نمایش (زمینه - توالی C01 - یا ، یعنی RGB زمان تقسیم صفحه نمایش)

روش تقسیم رنگ ترتیبی میدان از منابع نور پس زمینه قرمز، سبز و آبی برای روشن کردن ال سی دی با توجه به توالی زمانی استفاده می کند و در عین حال شار نورانی را از طریق صفحه نمایش ال سی دی با توجه به اطلاعات نمایش داده شده کنترل می کند، تا به اختلاط رنگ افزودنی در زمان پی برد و تصویر رنگ را نمایش دهد. این فناوری دارای الزامات بالایی برای زمان پاسخ است که عموماً ۲ تا ۳ ms است. هم محاسبات نظری و هم آزمایش ها نشان می دهد که حالت OCB (خم جبران شده نوری) می تواند به سرعت پاسخ ۲ ms دست یابد که می تواند این نیاز را برآورده کند. و از آنجا که P-Si می تواند به رانندگی پرسرعت دست یابد، استفاده از پلی سیلین محور با دمای پایین، حالت OCB، نمایشگرهای کریستال مایع تقسیم پی در پی میدان به یکی از نقاط تحقیقاتی فعلی تبدیل شده است. از آنجا که این فناوری نیازی به فیلترهای رنگی ندارد، و تعداد پیکسل ها ۱/۳ عدد از LCDهای انتقالی معمولی است، دستیابی به نمایشگرهای با ظرفیت بالا و صفحه نمایش های بزرگ که نشان دهنده روند توسعه ال سی دی ها است، آسان تر است. توسعه تلویزیون های ال سی دی با استفاده از این فناوری نیز هدف کار تحقیقاتی بعدی است.

چهارم ، مزایای تلویزیون ال سی دی

در حال حاضر تلویزیون های ال سی دی پس از سال ها توسعه در سطح فنی بالغ شده اند و برخی مزیت های بی همتا نسبت به تلویزیون های CRT و تلویزیون های پلاسما دارند (البته تلویزیون های پلاسما نیز در برخی مناطق مزایای خاصی دارند).

1. سبک وزن و قابل حمل. وزن و ضخامت تلویزیون های ال سی دی بسیار کوچکتر از تلویزیون های سنتی است.

2. وضوح بالا و تعریف بالا. وضوح تلویزیون های ال سی دی به پیکسل های ۷۶۸۰×۴۳۲۰ (که معمولاً با نام ۸K شناخته می شود) رسیده است و تلویزیون های ال سی دی با ۳۸۴۰×۲۱۶۰ (که معمولاً با نام ۴K شناخته می شوند) پیکسل وارد خانه های مردم عادی شده اند و بهتر می توانند از برنامه های تلویزیونی با کیفیت بالا دیجیتال پشتیبانی کنند.

3. تقریبا هیچ آسیبی به کاربران. تلویزیون ال سی دی آسان نیست که باعث خستگی بینایی شود و تشعشعات تقریباً صفر است و آسیب بهداشتی به کاربر ناچیز است.

4. مصرف برق کم و عمر خدمات طولانی است. محاسبه شده بر اساس ۴٫۵ ساعت استفاده روزانه از هر تلویزیون، اگر از یک تلویزیون ال سی دی ۳۰ اینچی برای جایگزینی یک تلویزیون CRT ۳۲ اینچی استفاده شود، صرفه جویی سالانه برق هر تلویزیون حدود ۷۱ کیلووات ساعت است. عمر خدماتی تلویزیون های ال سی دی به طور کلی ۵۰٬۰ ساعت است که بسیار طولانی تر از تلویزیون های معمولی است.

5. سبز و حفاظت از محیط زیست. در مقایسه با تلویزیون های سنتی، مشکلات زیست محیطی ناشی از تلویزیون های ال سی دی بسیار کوچکتر است.

بنابراین چه با تلویزیون های سنتی CRT مقایسه شود و چه تلویزیون های پلاسمایی، تلویزیون های ال سی دی مزایای فنی خاصی دارند.