一, Proprietățile optice ale materialelor cu cristale lichide STN: baza fizică a afișajului multi-color
Cristalul lichid STN (Super Twisted Nematic) îmbunătățește în mod semnificativ abrupția curbei efectului electro-optic prin creșterea unghiului de răsucire moleculară de la 90 de grade de tip TN la 180 de grade -270 de grade . Această schimbare structurală îi conferă următoarele caracteristici cheie:
Efect de birefringență: lumina incidentă este descompusă în lumină obișnuită (o-lumină) și lumină extraordinară (e-lumină), iar cele două fascicule de lumină produc o diferență de cale optică în stratul de cristale lichide. La trecerea prin analizor, apar interferențe, formând o culoare specifică.
Controlul unghiului de preînclinare: moleculele trebuie să mențină un unghi de preînclinare de 3 grade -8 grade la interfața stratului de orientare pentru a asigura o culoare de interferență stabilă într-o stare fără tensiune.
Uniformitatea grosimii cutiei: Abaterea grosimii cutiei trebuie controlată în interval de 0,05 μm pentru a evita grosimile neuniforme care provoacă culoarea de fundal pete.
Aceste caracteristici fac ca cristalele lichide STN să prezinte un fundal galben, verde sau albastru gri atunci când nu este aplicată tensiune, oferind o bază fizică pentru afișarea în mai multe-culori. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că culoarea inerentă a cristalelor lichide STN pure va limita gama de exprimare a culorii, iar compensarea trebuie făcută prin mijloace tehnice.
2, Calea de implementare a afișajului multicolor: Evoluție tehnologică de la pseudocolor la Full color
1. Afișare cod de segment de bază: monocrom și scheme cu două-culori
Ecranele LCD tradiționale cu cod de segment STN utilizează tehnologia de serigrafie pentru a imprima straturi de cerneală neagră, roșie și alte straturi de cerneală pe substraturi de sticlă sau filme polarizante, obținând afișaj multi-color de bază. De exemplu:
Afișaj pozitiv: fundal negru + font alb/galben (film TN/STN galben verde)
Afișaj negativ: fundal alb + font negru (obținut prin lumina reflectată)
Combinație de două culori: cerneală roșie imprimă valorile ritmului cardiac, negru imprimă alte caractere
Tipurile de culori ale acestei scheme sunt limitate de selecția de cerneală, de obicei acceptând doar 2-5 culori și există defecte vizibile în cerneală atunci când nu este pornită.
2. Tehnologia de afișare pseudocoloră: o descoperire în cuantificarea tonurilor de gri și a culorii
Prin îmbunătățirea circuitului de antrenare și a materialelor cu cristale lichide, LCD-ul cu codul de segment STN poate realiza următoarele pseudo scheme de culori:
Afișaj în tonuri de gri pe 4 niveluri: prin ajustarea lățimii impulsului de tensiune și controlul unghiului de deviere al moleculelor de cristale lichide, pot fi realizate modificări de luminozitate și întuneric. De exemplu, în monitoarele medicale, diferite valori în tonuri de gri sunt utilizate pentru a reprezenta intervalul de valori ale ritmului cardiac.
16 level grayscale display: using frame rate control (FRC) technology, enhancing the sense of hierarchy through grayscale mixing on the timeline. However, due to the response speed of STN (usually>100 ms), imaginile dinamice-de mare viteză pot prezenta imagini fantomă.
Afișaj 256 culori/4096 culori: în controlerele încorporate, cum ar fi S3C2440A, datele de 8-biți/pixel (R3G3B2) sau 12 biți/pixel (R4G4B4) sunt mapate pe afișajul multicolor prin algoritmul de fluctuație (Dithering) și tabelul de căutare a culorilor (LUT). Dar saturația reală a culorii este relativ scăzută, aparținând categoriei culorii false.
3. Soluție de afișare color: Revoluție în tehnologia CSTN
Color STN (CSTN) împarte fiecare pixel în trei subpixeli de roșu, verde și albastru prin suprapunerea filtrelor de culoare RGB și combină capacitatea de control în tonuri de gri a STN pentru a obține un afișaj de 65536 culori. Punctele cheie tehnice includ:
Aranjament subpixel: Adoptarea unei bare sau aranjament în zig-zag pentru a optimiza efectele de amestecare a culorilor.
Creșterea canalului de unitate: prin utilizarea unității matricei active (AM-STN), efectul încrucișat al matricei pasive este depășit, acceptând o rezoluție mai mare (cum ar fi 640 × 400).
Aplicarea filmului de compensare: tehnologia FSTN (Film+STN) elimină culoarea inerentă de fundal a STN prin adăugarea de film de compensare, îmbunătățește contrastul alb-negru și oferă un fundal mai pur pentru afișarea color.
3, Blocajele tehnice și soluțiile: costul afișajului multi-color
1. Limită de viteză de răspuns
Creșterea unghiului de răsucire al cristalelor lichide STN duce la un timp de răspuns prelungit (valoare tipică de 200-300 ms), care poate provoca fantomă în afișarea dinamică a imaginii. Soluția include:
Materiale cu cristale lichide cu răspuns rapid: Dezvoltați formule cu cristale lichide cu birefringență ridicată și vâscozitate scăzută, reducând timpul de răspuns la 50 ms.
Tehnologia Overdrive: accelerează procesul de deflexie moleculară prin aplicarea unei tensiuni de preînclinare.
2. Dependenta de perspectiva
Intervalul unghiului de vizualizare al STN (de obicei ± 40 de grade ) este mai mic decât cel al TFT-LCD (± 70 de grade ), iar schimbarea culorii poate apărea atunci când este privită oblic. Direcția de îmbunătățire:
Tehnologia Multi Domain Vertical Alignment (MVA): Prin pregătirea microstructurilor în stratul de orientare, se poate obține afișarea în mai multe domenii.
Film de compensare optică: Adăugarea unui film de compensare a diferenței de fază pentru a lărgi intervalul de unghi de vizualizare.
3. Contradicție între cost și randament
Linia de producție STN necesită un control precis al parametrilor precum grosimea cutiei și unghiul de preînclinare, rezultând un randament mai mic decât tipul TN. Modulul complet-color CSTN necesită stivuirea filtrelor color și a peliculelor de compensare, ceea ce duce la o creștere cu 30% -50% a costului în comparație cu STN monocrom. Strategia de răspuns a industriei:
Design modular: Integrarea driverului IC, a unității de iluminare de fundal și a panoului LCD pentru a reduce costurile sistemului.
Optimizarea procesului: adoptarea tehnologiei de imprimare cu jet de cerneală pentru a înlocui procesul tradițional de fotolitografie și pentru a îmbunătăți eficiența producției de filtre de culoare.
4, Scenariul de aplicație tipic: realizarea valorii a afișajului multi-color
Instrumente industriale: În panoul de operare al mașinilor-unelte CNC, informațiile de alarmă sunt afișate în roșu, starea de funcționare normală este afișată în verde, iar starea de așteptare este afișată în galben.
Echipament medical: în echipamentele de diagnosticare cu ultrasunete, imaginile cu ultrasunete B- sunt afișate în tonuri de gri de 16 nivele, cu margini albastre evidențiind zona de operare.
Controlul aparatelor de uz casnic: Pe panoul frigiderului inteligent, sunt folosite diferite culori pentru a distinge între modurile de răcire, conservare și congelare rapidă.
Panoul de instrumente auto: în transformarea digitală a instrumentelor mecanice tradiționale, ecranul LCD cu coduri de culoare este utilizat în locul indicatoarelor LED pentru a obține indicații de stare mai bogate.
