Wie LCDs funktionieren – alles, was Sie wissen müssen

Das Verständnis der Funktionsweise von LCDs ist von größter Bedeutung, insbesondere jetzt, da fast jeder Bildschirm, den Sie sehen, ein LCD ist. Es ist jedoch schwierig, zwischen diesen Bildschirmen zum Nennwert zu unterscheiden, wenn Sie keine Vorkenntnisse darüber haben. Hier betrachten wir LCD-Bildschirme, ihre Struktur, wesentliche Komponenten und wie Sie die Lebensdauer Ihres Displays verlängern können.

Ein Flüssigkristallbildschirm (LCD) ist ein Flachbildschirm, der Flüssigkristalle verwendet, um ein sichtbares Bild zu erzeugen.

Was ist ein LCD-Display?

Abb. 1:Querschnitt eines LCD

Ein Flüssigkristallbildschirm (LCD) ist ein Flachbildschirm, der Flüssigkristalle verwendet, um ein sichtbares Bild zu erzeugen.

Die grundlegende Struktur eines LCD-Bildschirms

Hintergrundbeleuchtung

Leuchtdiode (LED)

Abb. 2:Ein LED-Streifen

LCD-Bildschirme mit LED-Hintergrundbeleuchtung verwenden LEDs, um die Hintergrundbeleuchtung der Pixel bereitzustellen. Sie haben einen besseren Dimmbereich, bessere Kontrastverhältnisse, einen breiteren Farbraum und sind zuverlässiger als Bildschirme mit CCFL-Hintergrundbeleuchtung.

Elektrolumineszenz-Panel (ELP)

Diese Technologie verwendet angeregte farbige Leuchtstoffe, um Licht zu erzeugen, und sie benötigen eine elektrische Spannung von 100 Volt Wechselstrom bei einer Frequenz von 400 Hertz, um Licht zu emittieren. Die ELP-Technologie ist in Monochrom-, Segment- und Zeichen-LCDs anwendbar.

Heißkathoden-Leuchtstofflampen (HCFL)

HCFL verwendet einen gewickelten Wolframfaden, der an beiden Enden mit zwei Kathoden verbunden ist. Wenn die Kathoden bei 900 Grad Fahrenheit elektrisch angeregt werden, geben sie Elektronen ab, die mit Quecksilber in der Röhre reagieren. Der Effekt besteht darin, dass die erzeugte ultraviolette Strahlung mit dem Leuchtstoff reagiert, um Licht zu erzeugen.

Kaltkathoden-Leuchtstofflampen (CCFL)

Im Gegensatz zur HCFL hat die CCFL keinen Wolframfaden. Stattdessen regt die Spannung in der Röhre das Quecksilber an und verursacht einen Stromfluss. Die UV-Strahlung von Quecksilber reagiert mit Phosphor, um Licht zu erzeugen.

Flüssigkristall für LCD

Abb. 3:Eine Frau, die auf einen LCD-Fernseher schaut

Nematische Phase LCD

Die nematische thermotrope Phase findet im Vergleich zu einem smektischen Grad bei einer höheren Temperatur statt. Flüssigkristalle sind Orientierungen, deren lange Achsen in eine Richtung zeigen.

Ihre Schwerpunktpositionen sind innerhalb der Flüssigkeit zufällig. Sie können sie jedoch mit einem externen magnetischen oder elektrischen Feld ausrichten, um eine transparente oder undurchsichtige Ansicht zu erzeugen.

Aufgrund dieser Ausrichtungseigenschaft sind nematische Moleküle in LCDs anwendbar.

Smektik von Flüssigkristallen 

Eine smektische Phase ist eine thermotrope Phase von Flüssigkristallen, die bei niedrigen Temperaturen existiert. Hier ordnen sich Flüssigkristallmoleküle in Schichten an, die senkrecht zur Ebene der Moleküle stehen.

Die Kristallanordnung befindet sich in einem flüssigen Zustand und gleitet in Richtung der Schichtebene übereinander.

Cholesterisch von Flüssigkristallen 

Hier richten sich Flüssigkristalle in Schichten aus, die ein Molekül dick sind. Außerdem richten sich die Moleküle mit ihren Längsachsen parallel zueinander aus.

Farbfilter aus Flüssigkristallen

Farbfilter in LCD-Panels lassen bestimmte Lichtwellenlängen durch, während sie andere blockieren. Daher ist es möglich, sichtbare Farben zu verstärken und zu verkleinern, um Variationen derselben Farbe zu erstellen.

Polarisationsfilter aus Flüssigkristallen

Polarisationsfilter lassen polarisiertes Licht einer bestimmten Ausrichtung durch ein LCD-Setup zu, während sie alle Belichtungen blockieren.

Wie LCDs funktionieren– Dünnschichttransistoren (TFT)

Dünnschichttransistor-LCDs verwenden TFTs als einzelne Pixelschalter, um Bildeigenschaften wie Kontrast und Adressierbarkeit zu verbessern.

TFTs sind spezielle Feldeffekttransistoren (FETs), die relativ zur Ebene des Geräts dünner sind.

Wie funktionieren LCD-Bildschirme?

Die Funktionsweise eines LCD basiert in erster Linie auf den Eigenschaften von polarisiertem Licht. Polarisiertes Licht ist Licht, dessen Schwingungen auf eine Ebene beschränkt sind. In einem LCD wird weißes Licht mit Hilfe von zwei Polarisationsfolien polarisiert.

Ein LCD-Bildschirm hat Millionen von Pixeln, jedes mit einem polarisierenden Film auf beiden Seiten eines verbundenen Flüssigkristalls. Jedes Pixel wird einer weiteren Kategorisierung in drei charakteristische rote, grüne und blaue Subpixel unterzogen.

Wenn Sie Ihr LCD einschalten, strahlt eine Hintergrundbeleuchtung weißes, unpolarisiertes Licht in Richtung der Pixel. Das weiße Licht bewegt sich in verschiedenen Ebenen, einschließlich der horizontalen und vertikalen Ebene.

Das erste Polarisationsglas lässt nur die horizontalen Lichtwellen durch, während das zweite Glasfilter nur die vertikalen Lichtwellen durchlässt. Die zwei polarisierenden Gläser sind Flüssigkristalle mit sie umgebenden Elektroden, und jedes Subpixel hat sein Paar aus Elektrode und polarisierendem Glas.

Der Flüssigkristall liegt in seinem natürlichen Zustand in einer elektronisch nematischen Form vor.

Die polarisierenden Glasfilter drehen das horizontale Licht im ausgeschalteten Zustand in eine vertikale Position, sodass Licht die Pixel erreichen kann.

Wenn die polarisierenden Elektroden eingeschaltet sind, orientieren sich die nematischen Flüssigkristalle in einer horizontalen Ausrichtung. Das Licht der Hintergrundbeleuchtung wird nicht mehr um einen 90-Grad-Winkel verdreht und verläuft horizontal. Das vertikal polarisierende Glas blockiert dann die flachen Lichtwellen.

Indem wir den elektrischen Strom durch jeden Elektrodensatz variieren, können wir die Anzahl der Flüssigkristalle ändern, die sich horizontal ausrichten. Als solches führt dies dazu, dass unterschiedliche Lichtmengen die Pixel erreichen, um ein Bild zu erzeugen.

Farben auf einzelnen Subpixeln liegen auf einer Skala von 0 bis 255. Wenn alle drei Null sind, sehen Sie auf dem gesamten Bildschirm schwarz, und wenn alle drei auf 255 stehen, sehen Sie die Hintergrundbeleuchtung (weiß). Eine Schwankung des Flüssigkristallelektrodenpotentials verändert die Farblichtanzeige auf einem LCD.

Sechs Faktoren, die die Lebensdauer eines LCD-Bildschirms bestimmen

Abb. 4:Futuristisches medizinisches EKG-LCD

Nachfolgend sind die sechs Faktoren aufgeführt, die die Lebensdauer eines LCDs bestimmen.

Betriebsumgebung des Bildschirms

LCDs funktionieren am besten, wenn sich die Flüssigkristalle in der nematischen Phase befinden. Ein Temperaturabfall unter den Gefrierpunkt oder höhere Temperaturen beeinträchtigen die Lebensdauer eines LCDs und verringern so seine Lebensdauer.

Qualität der begleitenden elektronischen Komponenten

LCDs versagen hauptsächlich aufgrund des Ausbeulens von Kondensatoren, die aus dem Austrocknen von Elektrolyten im Inneren resultieren. Materialien von schlechter Qualität verkürzen die Lebensdauer eines LCD.

Wie LCDs funktionieren– Der Zustand der externen Komponenten

Externe Komponenten wie die Stabilität und Frequenz der Stromversorgung wirken sich auf die Lebensdauer von LCD-Bildschirmen aus. Staub setzt sich auch auf wichtigen Schaltungskomponenten ab und verursacht Kurzschlüsse und Überhitzungsprobleme für das Gerät.

Hintergrundbeleuchtungsfehler

Der Ausfall der LCD-Hintergrundbeleuchtung kann aufgrund eines Kurzschlusses oder einer defekten internen Komponente auftreten. Sie können dieses Problem schnell beheben, indem Sie die Hintergrundbeleuchtung austauschen.

Elektromagnetische Strahlung

Ein äußeres Magnetfeld stört die Ausrichtung der Flüssigkristalle zwischen den beiden Glaspolarisatoren. Daher verringert ein starkes elektrisches Feld die Bildqualität und führt dazu, dass sich der Bildschirm mit der Zeit verschlechtert.

Wie LCDs funktionieren– Nutzungshäufigkeit

LCDs haben zwischen 30.000 und 60.000 Betriebsstunden. Daher hängt seine Lebensdauer stark davon ab, wie lange es tagsüber eingeschaltet ist.

Unterschied zwischen LCD- und Plasmabildschirmen

Abb. 5:Plasmafernseher an der Wand eines Zimmers

Es ist nicht einfach, zwischen Plasma- und LCD-Bildschirmen vom Nennwert zu unterscheiden, und die beiden sind sich auffallend ähnlich, verwenden jedoch sehr unterschiedliche Technologien zur Anzeige von Informationen.

Nachfolgend sind die wesentlichen Unterschiede zwischen Plasma- und LCD-Bildschirmen aufgeführt.

Aktualisierungsraten

Ein Plasmabildschirm hat im Vergleich zu einem LCD-Bildschirm derselben Klassifizierung eine schnellere Bildwiederholfrequenz. Die langsame Reaktionszeit von LCD-Bildschirmen zeigt sich, wenn Bilder schneller angezeigt werden.

Sie werden oft einen Geistereffekt sehen, bei dem Bilder dazu neigen, über den Bildschirm zu ziehen. Bei modernen LCDs treten keine Geisterbilder auf, da ihre Bildraten näher an denen von Plasmafernsehern liegen.

Technologie

Ein weiterer Unterschied zwischen LCD- und Plasma-Bildschirmen ist ihr Funktionsprinzip. Wie Sie Pixel und Subpixel beleuchten, um ein Bild zu erzeugen, ist unterschiedlich, und LCDs benötigen eine Hintergrundbeleuchtung, um die Pixel mit der nötigen Spannung zu versorgen, damit ein Bild genau dargestellt werden kann.

Plasmabildschirme nutzen die Eigenschaften von Edelgasen, um Pixel zum Leuchten zu bringen. Jedes Pixel kann durch ein Elektrodengitter innerhalb seiner Struktur in horizontaler und vertikaler Anordnung angeregt werden.

Wenn Sie UV-Licht in die Phosphorbeschichtung des Pixels einstrahlen, wird es in die Farbe Ihrer Wahl umgewandelt. Ein auf einem roten Leuchtstoff gezeigtes Licht färbt das Pixel sichtbar rot und so weiter.

Gewicht 

LCDs wiegen weniger als ihre Plasma-Pendants gleicher Größe. Außerdem verbrauchen sie weniger Strom und erzeugen weniger Wärme.

Der Gewichts- und Stromverbrauchsunterschied macht jedoch nicht viel aus, da er relativ ist. Plasmabildschirme sind im Vergleich zu anderen Bildschirmtechnologien immer noch sehr leicht.

Anzeige

Plasmabildschirme zeigen Bilder, die wir für authentischer halten. Aufgrund der fehlenden Hintergrundbeleuchtung erhalten Sie mit Plasmabildschirmen detaillierte Fotos des ausgestellten physischen Objekts.

LCD-Bildschirme sind irgendwie relativ gesättigt und nicht so scharf wie manche Plasma-Displays.

Höhe

Die Höhe wirkt sich auf Plasmabildschirme aus und sie funktionieren nicht gut über Höhen von 6500 Fuß.

Wenn Sie weiter in Richtung Weltraum gehen, sinkt der Luftdruck natürlich. Ein Druckabfall bedeutet, dass sich die Luft auf natürliche Weise ausdehnt, was ein massives Problem für Plasmabildschirme darstellt. Eine Variation des Abstands zwischen den Inertgasmolekülen führt dazu, dass die Elektroden härter arbeiten, um die Pixel anzuzünden. In einem stillen Raum oder bei der Anzeige von weißen Bildern hören Sie ein Rauschen vom Bildschirm.

Schlussfolgerung

Wir haben die kritischsten Faktoren besprochen, die sich auf die Funktionsweise von LCDs auswirken.

Als solches haben Sie ausreichende Informationen über seine Funktionsweise, Komponenten, Schwächen und wie Sie seine Lebensdauer verlängern können.

LCD-Bildschirme gehören immer noch zu den besten, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind. Wenn Sie jemals Lust haben, einen neuen LCD-Fernseher zu kaufen, ziehen Sie die Informationen in diesem Artikel in Betracht.

Für weitere Fragen, Kommentare oder Interaktionen können Sie sich gerne an uns wenden.