一, Предизвикателството на ниската температура върху консумацията на енергия на сегментиран LCD: физически механизъм и противоречия
При ниски температурни условия сегментираният LCD е изправен пред три основни противоречия:
Замразяване на течнокристални молекули: Конвенционалните течнокристални материали имат вискозитет, надвишаващ 1000cP при -40 градуса, а времето за обръщане на молекулата се удължава от 20ms при стайна температура до над 500ms, което води до 2-3-кратно увеличение на задвижващото напрежение за поддържане на скоростта на реакция и директно увеличаване на консумацията на енергия.
Забавяне на реакцията на задвижващата верига: Праговото напрежение на полупроводниковите устройства се увеличава при ниски температури и времето за зареждане и разреждане на кондензаторите се удължава. Ако времето на задвижване не е оптимизирано, това може да доведе до увеличаване на неефективната консумация на енергия.
Баланс между консумация на енергия и производителност: Въпреки че увеличаването на задвижващото напрежение или кадровата честота може да подобри реакцията, то директно ще увеличи динамичната консумация на енергия; Ако честотата на опресняване е намалена, за да се пести енергия, това може също да причини призрачни изображения на дисплея или забавяне на актуализацията на данните.
Ограниченията на традиционните решения: Въпреки че проблемът с молекулярното замръзване може да бъде решен чрез непрекъснато нагряване на филма в първите дни, непрекъснатата консумация на енергия за нагряване е до 500mW, далеч надвишаваща статичната консумация на енергия на сегментиран LCD с няколко микровата, което води до намаляване на общата енергийна ефективност на системата.
2, Технологичен пробив: Четириизмерната оптимизация постига ниска температура и ниска консумация на енергия
Модерният ниско{0}}температурен сегментен кодов LCD успешно реши проблема с ниско{1}}температурното потребление на енергия чрез съвместни иновации в материали, драйвери, структури и алгоритми
1. Иновация на материала: течен кристал против замръзване и екстремно студоустойчив субстрат
Формула с течни кристали с ултра ниска температура: използване на перфлуорирани течнокристални съединения (представляващи 70% -80%) като флуориран циклохексил бифенил, с температура на встъкляване Tg<-60 ℃ and a viscosity of only 250cP at -40 ℃ (1/4 of conventional liquid crystals). Combined with 5% -10% siloxane side chain liquid crystal as a flowability additive, the viscosity can be further reduced by 15% -20%.
Dielectric enhancement technology: Adding 10% -15% cyano substituted benzene derivatives to increase the dielectric anisotropy Δ ε>20 (около 15 при стайна температура) и повишават чувствителността на реакцията на ниско-температурно електрическо поле.
Оптимизиране на субстрата и поляризатора: използване на ултра{0}}тънко гъвкаво стъкло (дебелина 50-100 μm) или PI полиимиден филм (Tg<-70 ℃) to replace traditional soda lime glass; The polarizing film uses a fluorine based PVA film (temperature range -60 ℃~120 ℃) and a perfluoroether adhesive layer, with a polarization efficiency of over 85% maintained at -40 ℃.
Ефект: При -40 градуса, времето за преобръщане на молекулите от течни кристали се намалява до по-малко от 80 ms, а изискването за задвижващо напрежение се намалява с 30%.
2. Иновация в задвижващата верига: Широка температура, високо напрежение и бърза реакция
Adaptive ultra-high voltage drive: Design a 20V programmable power module (based on MAX1771 boost chip, efficiency>90%), което автоматично извежда управляващо напрежение от 10-12V при -40 градуса (само 5V при стайна температура), осигурявайки достатъчна сила на електрическото поле за проникване през течни кристали с висок вискозитет.
Биполярна управляваща форма на вълната: В сравнение с еднополярната форма на вълната, тя намалява забавянето на реакцията, причинено от йонни остатъци, и увеличава скоростта на реакция с 30% при -40 градуса.
Оптимизация на скоростта на кадрите и работния цикъл: Честотата на кадрите е увеличена от конвенционалните 32Hz на 128Hz, работният цикъл на много-каналното устройство е увеличен от 1/8 на 1/2, а действителната честота на управление на един сегмент е достигнала 64Hz, като се избягва молекулярното „замръзване“.
Технология Overdrive: Приложете 1,5 пъти импулса на напрежение в стационарно- състояние (с продължителност 3-5 ms) в момента на превключване на кода на сегмента, за да ускорите молекулярното обръщане и да възстановите нормалното напрежение, балансиране на скоростта и консумацията на енергия.
Ефект: Време за превключване на единичен сегментен код По-малко или равно на 60 ms при -40 градуса, време за опресняване на цял екран По-малко или равно на 150 ms, пикова динамична консумация на енергия По-малко или равно на 200 mW (включително импулсно нагряване).
3. Структурна иновация: Микро нано електроди и усилване на електрическото поле
Електродна решетка с висока плътност: намаляване на разстоянието между сегментните електроди и общите електроди от 50 μm до 20 μm, увеличаване на силата на електрическото поле със 150% и понижаване на прага на началното напрежение.
Sawtooth shaped electrode edge: Using the "edge field effect" to generate a gradient electric field, the molecular flipping time difference is reduced to within 10ms (traditional flat edge electrode difference>50ms).
Двуслоен напречен електрод: Добавете помощни електроди под сегментните електроди, за да образувате три-измерно електрическо поле, решавайки проблема с недостатъчната реакция в централната област и увеличавайки скоростта в централната област с 40% при -40 градуса.
ITO филм с висока проводимост: използване на композитен филм от индий-калаен оксид+сребърна наножица (устойчивост на блокове<5 Ω/□), resistance change rate<3% at -40 ℃ (traditional ITO>10%).
Ефект: Ефективността на електрическото поле се увеличава с 40%, стабилността на задвижващия ток се увеличава с 3 пъти.
4. Иновация на алгоритъма: контрол на температурата с ниска-мощност и интелигентно опресняване
Импулсно нагряване на ниво милисекунда: Интегриран графенов нагряващ филм на микронно ниво (заемащ 1/4 от площта на екрана), използващ импулсно нагряване от 10ms (с работен цикъл от 10%), с единична консумация на мощност на нагряване от по-малко от 50mW (1/10 от непрекъснатото нагряване).
Механизъм за задействане на температурата: Температурата се отчита от тънкослойна термодвойка (време за реакция<10ms), and heating is only started when it is<-35 ℃, and then turned off when the temperature rises to -25 ℃.
Опресняване, управлявано от събития: Опреснявайте на всеки 10 секунди по време на статичен дисплей (консумация на енергия По-малка или равна на 5 μW) и активирайте „режим на бързо опресняване“ (128Hz кадрова честота+-високо напрежение) по време на внезапни актуализации, разпределяйки консумацията на енергия според нуждите.
Компресирано предаване на сегментен код: Кодирайте 8 сегмента от цифрови задвижващи сигнали в 3-битови двоични инструкции, намалявайки обема на данните със 70% и компресирайки времето за изпълнение на инструкцията от 200 μs до 50 μs.
Ефект: Статичната консумация на енергия е намалена до 5 μW, а коефициентът на цялостна енергийна ефективност е подобрен с 80%.
3, Индустриално приложение: Практическа стойност на ниско{1}}температурен сегментен кодов LCD
1. Полярни научни изследвания и космонавтика
В оборудването за мониторинг на околната среда на антарктическата изследователска станция, ниско{0}}температурният сегмент с кодов LCD трябва да работи непрекъснато под -40 градуса. Чрез горната технологична оптимизация определен модел сензор постига време за опресняване на цял екран от По-малко или равно на 150ms, статична консумация на енергия от само 5 μW и може да поддържа непрекъсната работа за повече от 1 година с AA батерии, далеч надхвърляйки 3-месечния живот на батерията на традиционното решение.
2. Индустриална хладилна верига и външно оборудване
В терминала за контрол на температурата на логистиката на студената верига, ниско{0}}температурният сегмент с кодов LCD трябва да показва температура, влажност и други данни в среда от -30 градуса. След възприемането на микро нано електроди и технологията за задвижване, скоростта на реакция на дисплея на устройството при -30 градуса е в съответствие с тази при стайна температура, а консумацията на енергия е с 80% по-ниска от OLED схемата.
3. Военна и специална техника
Военните тактически терминали изискват надеждно показване на карти, координати и друга информация в среда от -50 градуса. Чрез използване на дву-слойни кръстосани електроди и адаптивно задвижване с високо напрежение, определен модел ръчно устройство може да постигне актуализация на цял екран в рамките на 1 секунда при -50 градуса, с консумация на енергия от само 150mW, отговаряйки на строги военни стандарти.
