一, Propriétés optiques des matériaux à cristaux liquides STN : la base physique de l'affichage multicolore-
Les cristaux liquides STN (Super Twisted Nematic) améliorent considérablement la pente de la courbe d'effet électrooptique -en augmentant l'angle de torsion moléculaire de 90 degrés pour le type TN à 180 degrés -270 degrés. Ce changement structurel lui confère les caractéristiques essentielles suivantes :
Effet de biréfringence : la lumière incidente est décomposée en lumière ordinaire (o-lumière) et lumière extraordinaire (e-lumière), et les deux faisceaux de lumière produisent une différence de chemin optique dans la couche de cristaux liquides. Lors du passage dans l'analyseur, des interférences se produisent, formant une couleur spécifique.
Contrôle de l'angle de pré-inclinaison : les molécules doivent maintenir un angle de pré-inclinaison de 3 degrés à 8 degrés à l'interface de la couche d'orientation pour garantir une couleur d'interférence stable dans un état sans tension.
Uniformité de l'épaisseur de la boîte : L'écart de l'épaisseur de la boîte doit être contrôlé à moins de 0,05 μm pour éviter une épaisseur inégale provoquant une couleur de fond marbrée.
Ces caractéristiques font que les cristaux liquides STN présentent un fond jaune-vert ou bleu-gris lorsqu'aucune tension n'est appliquée, fournissant une base physique pour un affichage multicolore-. Cependant, il convient de noter que la couleur inhérente des cristaux liquides STN purs limitera la plage d'expression des couleurs et que la compensation doit être effectuée par des moyens techniques.
2, Le chemin de mise en œuvre de l'affichage multicolore : évolution technologique de la pseudo-couleur à la couleur
1. Affichage du code de segment de base : schémas monochromes et bicolores-
Les écrans LCD à code segment STN traditionnels utilisent la technologie de sérigraphie pour imprimer des couches d'encre noire, rouge et autres sur des substrats en verre ou des films polarisants, obtenant ainsi un affichage multicolore-de base. Par exemple:
Affichage positif : fond noir + police blanche/jaune (film vert jaune TN/STN)
Affichage négatif : fond blanc + police noire (obtenu grâce à la lumière réfléchie)
Combinaison de deux couleurs : l'encre rouge imprime les valeurs de fréquence cardiaque, le noir imprime les autres caractères.
Les types de couleurs de ce schéma sont limités par la sélection d'encre, ne prenant généralement en charge que 2 à 5 couleurs, et des défauts visibles dans l'encre lorsqu'elle n'est pas allumée.
2. Technologie d’affichage pseudo-couleur : une percée dans la quantification des niveaux de gris et des couleurs
En améliorant le circuit de commande et les matériaux à cristaux liquides, l'écran LCD à code de segment STN peut obtenir les pseudo-schémas de couleurs suivants :
Affichage des niveaux de gris à 4 niveaux : en ajustant la largeur d'impulsion de tension et en contrôlant l'angle de déviation des molécules de cristaux liquides, des changements de luminosité et d'obscurité peuvent être obtenus. Par exemple, dans les moniteurs médicaux, différentes valeurs en niveaux de gris sont utilisées pour représenter la plage des valeurs de fréquence cardiaque.
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), les images dynamiques-à haute vitesse peuvent présenter des images fantômes.
Affichage 256 couleurs/4 096 couleurs : dans les contrôleurs intégrés tels que le S3C2440A, les données de 8 - bits/pixel (R3G3B2) ou 12 bits/pixel (R4G4B4) sont mappées sur un affichage multicolore via un algorithme de gigue (Dithering) et une table de recherche de couleurs (LUT). Mais la saturation réelle des couleurs est relativement faible, appartenant à la catégorie des fausses couleurs.
3. Solution d'affichage couleur : percée dans la technologie CSTN
Color STN (CSTN) divise chaque pixel en trois sous-pixels de rouge, vert et bleu en superposant des filtres de couleur RVB et combine la capacité de contrôle des niveaux de gris de STN pour obtenir un affichage couleur 65 536. Les points clés techniques comprennent :
Disposition des sous-pixels : adoption d'une disposition en barres ou en zigzag pour optimiser les effets de mélange de couleurs.
Augmentation du canal de lecteur : en utilisant un lecteur à matrice active (AM-STN), l'effet croisé de la matrice passive est surmonté, prenant en charge une résolution plus élevée (telle que 640 × 400).
Application du film de compensation : la technologie FSTN (Film+STN) élimine la couleur d'arrière-plan inhérente au STN en ajoutant un film de compensation, améliore le contraste noir et blanc et fournit un arrière-plan plus pur pour l'affichage des couleurs.
3, Goulots d'étranglement techniques et solutions : le coût de l'affichage multicolore-
1. Limite de vitesse de réponse
L'augmentation de l'angle de torsion des cristaux liquides STN entraîne un temps de réponse prolongé (valeur typique de 200 à 300 ms), ce qui peut provoquer des images fantômes dans l'affichage dynamique des images. La solution comprend :
Matériaux à cristaux liquides à réponse rapide : développez des formules de cristaux liquides à haute biréfringence et à faible viscosité, réduisant le temps de réponse à 50 ms.
Technologie Overdrive : accélère le processus de déviation moléculaire en appliquant une tension de pré-inclinaison.
2. Dépendance perspective
La plage d'angle de vision du STN (généralement ± 40 degrés) est plus petite que celle du TFT-LCD (± 70 degrés) et un changement de couleur peut se produire en cas de visualisation oblique. Orientation d'amélioration :
Technologie d'alignement vertical multi-domaines (MVA) : en préparant des microstructures dans la couche d'orientation, un affichage de domaines multi-vues peut être obtenu.
Film de compensation optique : ajout d'un film de compensation de différence de phase pour élargir la plage d'angle de vision.
3. Contradiction entre coût et rendement
La ligne de production STN nécessite un contrôle précis de paramètres tels que l'épaisseur de la boîte et l'angle de pré-inclinaison, ce qui entraîne un rendement inférieur à celui du type TN. Le module CSTN couleur-nécessite l'empilement de filtres couleur et de films de compensation, ce qui entraîne une augmentation de coût de 30 à 50 % par rapport au STN monochrome. Stratégie de réponse de l'industrie :
Conception modulaire : intégration du circuit intégré de pilote, de l'unité de rétroéclairage et du panneau LCD pour réduire les coûts du système.
Optimisation du processus : adoption de la technologie d'impression à jet d'encre pour remplacer le processus de photolithographie traditionnel et améliorer l'efficacité de la production de filtres couleur.
4, Scénario d'application typique : réalisation de la valeur de l'affichage multicolore-couleur
Instruments industriels : dans le panneau de commande des machines-outils CNC, les informations d'alarme sont affichées en rouge, l'état de fonctionnement normal est affiché en vert et l'état de veille est affiché en jaune.
Équipement médical : dans les équipements de diagnostic par ultrasons, les images échographiques B-sont affichées en niveaux de gris sur 16, avec des bordures bleues mettant en évidence la zone opératoire.
Contrôle des appareils électroménagers : sur le panneau du réfrigérateur intelligent, différentes couleurs sont utilisées pour distinguer les modes de refroidissement, de conservation et de congélation rapide.
Tableau de bord automobile : dans la transformation numérique des instruments mécaniques traditionnels, un écran LCD à code couleur est utilisé à la place des voyants LED pour obtenir des invites d'état plus riches.
