Was ist die Twisted-Nematic-Display-Technologie?

Um die TN-LCD-Technologie (Twist Nematic Liquid Crystal Display) vollständig zu verstehen, werden wir zuerst verstehen, was nematische Flüssigkristalle sind.

Weitere Informationen zur LCD-Technologie finden Sie hier:

 

Was ist nematischer Flüssigkristall?

Wir alle wissen, dass Wasser (chemische Formel ist H2O )hat 3 Zustände: Fest (Eis), Flüssigkeit (Wasser) und Gas (Dampf). Der flüssige Zustand ist isotrop, was bedeutet, dass seine Eigenschaften in alle Richtungen gleich sind – das Ergebnis von H2O-Moleküle befinden sich in ständiger zufälliger Bewegung. Festkörper ist kristallin, alle H2O-Moleküle haben ihre feste Position, ist anisotrop; optische und andere Eigenschaften wie thermische und elektrische Leitfähigkeit variieren mit der Richtung.

Der nematische Flüssigkristallzustand ist ein einzigartiger Zustand, der nicht in den obigen 3 Zuständen enthalten ist. Es ist ein Zustand zwischen dem kristallinen (festen) und dem isotropen (flüssigen) Zustand. Sogar im Zustand von Flüssigkristallen gibt es mehrere Arten von Flüssigkristallzuständen, wie unten angegeben.

Nematische Phase

Die nematische Flüssigkristallphase ist dadurch gekennzeichnet, dass die Moleküle die allgemeine Reihenfolge beibehalten, die dazu neigt, in die gleiche Richtung zu zeigen. Es hat eine eindimensionale Ordnung. Siehe Abb. 1

Smektische Phase

In der smektischen Phase zeigen Moleküle eine zweidimensionale Ordnung, die in der nematischen nicht vorhanden ist. Die Moleküle behalten die allgemeine Orientierung der nematischen bei, neigen aber auch dazu, sich in Schichten oder Ebenen auszurichten. Es ist der Zustand zwischen nematisch (eindimensionale Ordnung) und festem Zustand (dreidimensionale Ordnung). Siehe Abb.1.

Cholesterische Phase

Die cholesterische (oder chiral-nematische) Flüssigkristallphase besteht typischerweise aus den Molekülen, die gerichtet orientiert und in einem spiralförmigen Muster gestapelt sind, wobei jede Schicht in einem leichten Winkel zu den darüber und darunter gedrehten Schichten gedreht wird. Siehe Abb.1.

Nematischer Flüssigkristall

Abb.1. Nematische, smektische und cholesterische Phasen

 

In der LCD-Display-Technologie nur nematische Flüssigkristalle haben praktische Verwendung, und cholesterische Flüssigkristalle werden mit einer kleinen Menge dotiert, um die Verdrillung der nematischen Flüssigkristallmoleküle zu unterstützen. Daher stammt auch der Begriff „Twisted Nematic“ oder kurz TN für Nematic Display.  

 

Was ist ein TN-Display (Twisted Nematic)?

So funktioniert das TN-Display

Das jetzt einfache TN-LCD-Panel enthält zwei Polarisatoren, zwei Glassubstrate mit transparenten ElektrodenB. ITO (Indium-Zinn-Oxid) und eine dünne Schicht aus Flüssigkristallmaterial, die sandwichartig zwischen den Elektroden angeordnet ist. Siehe Abb.2

Verdrehte nematische Anzeige

Abb.2 Funktionsweise von TN-Panels

 

Wenn die Spannung ausgeschaltet ist, geht das natürliche Licht von der Lichtquelle durch den oberen Polarisator, um polarisiertes lineares Licht zu werden. Wenn es auf nematische Flüssigkristallmoleküle trifft, es verdrillt sich mit der Flüssigkristallverdrillungsschicht. Nach dem Drehen um 90o, passiert es das untere Glas und gelangt zum unteren Polarisator. Da sich das polarisierte Licht parallel zum unteren Polarisator befindet, geht es durch den Polarisator und wir können das Licht sehen (weiße oder graue Pixel).  

 

Wenn die Spannung eingeschaltet ist, befindet sich das Flüssigkristallmolekül senkrecht zur Glasoberfläche und verliert seine Verdrehung unter dem elektrischen Feld. Wenn das polarisierte Licht auf die nematische Flüssigkristallschicht trifft, bleibt das Original durchlässig, ohne sich zu verdrehen. Es wird durch den unteren Polarisator blockiert, da das lineare Licht und der untere Polarisator in senkrechter Position sind. Wir sehen das Licht (schwarzes Pixel)

Aus dem oben Gesagten verstehen wir:

  • Warum wir TN als Twist-Display bezeichnen, da es sich um 90 . verdrehto,
  • Oben erhalten wir eine positive Anzeige, bei der es sich um schwarze Zeichen auf weißem oder grauem Hintergrund handelt.

Glasscheiben haben zwei Modi. Positiver Modus (schwarze Zeichen auf weißem/grauem Hintergrund) oder Negativer Modus (weiße/graue Zeichen auf schwarzem Hintergrund). Der Grund, warum das TN-LCD keinen papierweißen Hintergrund bekommt, ist die Tatsache, dass die Polarisation das meiste Licht ausschneidet, nur 20 bis 40 % Licht können durch ein TN-LCD gehen

 

Vor- und Nachteile der TN-Display-Technologie

Vorteile:

  • – Niedrige Kosten: Die verwendeten Materialien sind kostengünstig und der Herstellungsprozess ist einfach.
  • – Geringer Stromverbrauch: Die TN-Bildschirmsteuerung ist einfach und die Aktualisierungsraten können langsam sein, was es für batteriebetriebene und tragbare Geräte geeignet macht.
  • – Schnellere Reaktionszeit oder Geschwindigkeit: TN-LCDs können sogar für Lichtblenden, Schweißhelme und Gaming-Monitore verwendet werden.
  • – Großer Betriebstemperaturbereich: TN-LCDs können für extreme Umgebungen mit Betriebstemperaturbereich verwendet werden -40 oC bis + 90 oC.
  • – Sonnenlichtlesbar: TN-LCDs können leicht für sonnenlichtlesbare Anwendungen gebaut werden, indem reflektierende oder transflektive Polarisatoren hinzugefügt werden.

 

Nachteile:

  • – Niedriges Kontrastverhältnis: TN-Displays haben einen schlechten Kontrast.
  • – Betrachtungswinkel: TN-LCDs haben einen schlechten Betrachtungswinkel, insbesondere eine Richtung des Betrachtungswinkels ist völlig unbrauchbar. Deshalb müssen wir den Betrachtungswinkel von TN-LCDs in der Anwendung entweder mit 6 oder 12 Uhr definieren.
  • – Begrenzte Multiplexing-Fähigkeit für passive TN-LCDs: Aus diesem Grund werden TN-LCDs hauptsächlich für Low-End- und einfache Anwendungen wie kostengünstige Uhren, Taschenrechner, Verbrauchszähler usw. verwendet.

 

TN-Technologie kombiniert mit TFT-Technologie die für hochauflösende Anwendungen verwendet werden können und heute einen großen kommerziellen Erfolg auf dem Markt haben. TN-TFT-LCDs, auch genannt TFT-LCDs auf dem Markt, sind kostengünstig und werden aufgrund ihrer geringen Kosten hauptsächlich für Laptops, Computermonitore, medizinische Monitore und andere Displays für den allgemeinen Gebrauch usw. verwendet. Aber für den High-End-Markt sieht sich die TN-Technologie zunehmender Konkurrenz durch die IPS-Technologie (In-Plane Switching) und die VA-Displaytechnologie (Vertical Alignment) ausgesetzt. IPS-Monitore haben im Vergleich zu TFT-Monitoren einen viel besseren Betrachtungswinkel, Kontrast, Farbsättigung und Farbwiedergabe.

 

Auch die TN-TFT-Technologie wird durch AMOLED (Active Matrix OLED) zunehmend herausgefordert. Jetzt kommen auch Mikro-LED-Displays auf den Markt. Aktivmatrix-TFT-LCD-Displays vom TN-Typ sind auf dem Markt für großformatige Displays unter Druck. Wir glauben jedoch, dass TN-Displays aufgrund seiner geringen Kosten, seines geringen Stromverbrauchs und seiner einfachen Herstellung und Verwendung noch lange auf dem Markt verfügbar sein werden.

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