66711

Жидкокристаллический дисплей

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Усилитель TFT для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия контрастности и чёткости изображения дисплея. TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор.

Русский

2014-08-26

251 KB

1 чел.

ЖК – ДИСПЛЕИ

Жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей, ЖКД, англ. Liquid crystal display, LCD), также Жидкокристаллический монитор (ЖК-монитор) — плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также монитор на основе такого дисплея.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра.

LCD TFT (англ. Thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель TFT для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК-дисплей был представлен в 1971 году и тогда он получил горячее одобрение.

Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании.

Отметим, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.

Назначение ЖК-монитора

Жидкокристаллический монитор предназначен для отображения графической информации с компьютера, телевизора, цифрового фотоаппарата, электронного переводчика, калькулятора и пр.

Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы (электронные часы, телефоны, плееры, термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей. Многоцветное изображение формируется с помощью RGB-триад.

На 2008 год в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, а также во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом (6 бит на каждый RGB-канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом.

Устройство ЖК-монитора

Рисунок 1 - Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Рисунок 2 – ЖК - дисплей

В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.

Принцип работы ЖК - дисплеев

Рисунок 3 – Принцип работы ЖК-дисплеев

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Именно здесь стоит поговорить о разрешении. Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.

Технологии ЖК мониторов:

1. TN+Film TFT (Twisted Nematic + Film)

Рисунок 4 - TN+Film TFT (Twisted Nematic + Film)

Самый распространенный тип цифровых панелей основан на технологии, сокращенно называемой TN TFT или TN+Film TFT (Twisted Nematic + Film), в основе которой лежит традиционная технология скрученных кристаллов. Термин Film обозначает дополнительное наружное пленочное покрытие, позволяющее увеличить угол обзора со стандартных 90 градусов (по 45 с каждой стороны) до примерно 140 градусов.

Когда транзистор находится в выключенном состоянии, то есть не создает электрическое поле, молекулы жидких кристаллов находятся в своем нормальном состоянии и выстроены так, чтобы менять угол поляризации проходящего через них светового потока на 90 градусов (жидкие кристаллы образуют спираль). Поскольку угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу первого, то проходящий через неактивный транзистор свет будет без потерь выходить наружу, образуя яркую точку, цвет которой задается световым фильтром. Когда транзистор генерирует электрическое поле, все молекулы жидких кристаллов выстраиваются в линии, параллельные углу поляризации первого фильтра, и тем самым никоим образом не влияют на проходящий через них световой поток. Второй поляризующий фильтр поглощает свет полностью, создавая черную точку на месте одной из трех цветовых компонент.

TN TFT - первая технология, появившаяся на рынке LCD, которая до сих пор чувствует себя уверенно в категории бюджетных решений, поскольку создание подобных цифровых панелей в настоящее время обходится относительно дешево. Но, как и многие другие дешевые вещи, LCD-мониторы на матрице TN TFT не лишены недостатков. Во-первых, черный цвет, особенно в старых моделях таких дисплеев, больше похож на темно-серый (поскольку очень трудно развернуть все жидкие кристаллы строго перпендикулярно к фильтру), что приводит к низкой контрастности картинки. С годами технологический процесс совершенствовался, и новые TN-панели демонстрируют значительно увеличившуюся глубину темных оттенков. Во-вторых, если транзистор перегорает, он более не может прикладывать напряжение к своим трем субпикселям. Это важно, поскольку нулевое напряжение на нем означает яркую точку на экране. По этой причине "мертвые" ЖК-пиксели очень яркие и заметные.

Но эти два основных недостатка не мешают данной технологии занимать лидирующие позиции среди 15-дюймовых панелей, поскольку главным фактором для бюджетных решений все равно остается невысокая стоимость.

2. IPS (In-Plane Switching)

Рисунок 5 - IPS (In-Plane Switching)

Одной из первых ЖК-технологий, призванных сгладить недостатки TN+film, стала технология Super-TFT или IPS (In-Plane Switching - приблизительно это можно перевести как "плоскостное переключение"), разработанная японскими компаниями Hitachi и NEC. IPS представляет собой своеобразный компромисс, когда за счет снижения одних характеристик цифровых панелей оказалось возможным улучшить другие: расширить угол обзора до примерно 170 градусов (что, практически, соотносимо с аналогичными показателями ЭЛТ-мониторов) за счет более точного механизма управления ориентацией жидких кристаллов, что и явилось ее главным достижением. Такой важный параметр, как контрастность, остался на уровне TN TFT, а время отклика даже немного увеличилось.

Суть технологии Super-TFT в том, что разнополярные электроды располагаются не в разных плоскостях, а в одной. При отсутствии электрического поля молекулы жидких кристаллов выстроены вертикально и не влияют на угол поляризации проходящего через них света. Поскольку углы поляризации фильтров перпендикулярны, то свет, идущий через выключенный транзистор, полностью поглощается вторым фильтром. Создаваемое электродами поле поворачивает молекулы жидких кристаллов на 90 градусов относительно позиции покоя, меняя тем самым поляризацию светового потока, который пройдет второй поляризующий фильтр без помех.

Среди плюсов технологии IPS можно отметить четкий черный цвет, большой угол обзора, достигающий 170 градусов, и тот факт, что "битые" пиксели теперь выглядят черными, а потому они и достаточно малозаметны. Минус не столь очевиден, но существенен: электроды располагаются на одной плоскости, по паре на цветовой элемент, и закрывают собой часть проходящего света. В результате страдает контрастность, которую приходится компенсировать более мощной подсветкой. Но это мелочь по сравнению с главным недостатком, состоящим в том, что создание электрического поля в подобной системе требует больших затрат энергии и занимает больше времени, из-за чего растет время отклика.

Дальнейшее совершенствование технологии IPS породило целое семейство технологий: S-IPS (Super IPS), SFT (Super Fine TFT), A-SFT (Advanced SFT), SA-SFT (Super A-SFT).

3. MVA (Multi-Domain Vertical Alignment

И, наконец, наиболее перспективная на сегодня технология, разработанная компанией Fujitsu, - MVA (Multi-Domain Vertical Alignment - многодоменное вертикальное размещение) - является дальнейшим развитием технологии VA, разработанной еще в 1996 году. Дисплеи, созданные на основе этой технологии, отличаются достаточно большим углом обзора - до 160 градусов и малым временем реакции на изменение изображения (менее 25 мс).

Рисунок 6 - MVA (Multi-Domain Vertical Alignment).

Суть технологии MVA заключается в следующем: для расширения угла обзора все цветовые элементы панели разбиты на ячейки (или зоны), образуемые выступами на внутренней поверхности фильтров. Цель такой конструкции - дать возможность жидким кристаллам двигаться независимо от своих соседей в противоположном направлении. Это позволяет наблюдателю, вне зависимости от угла обзора, видеть один и тот же оттенок цвета - отсутствие такой возможности было главным недостатком предыдущей технологии VA. В выключенном положении молекулы жидких кристаллов ориентированы перпендикулярно второму фильтру (каждому его выступу), что на выходе дает точку черного цвета. При слабом электрическом поле молекулы немного поворачиваются, образуя на выходе точку половинной интенсивности серого цвета. Стоит заметить, что интенсивность света для наблюдателя не зависит от угла обзора, поскольку более яркие ячейки, попавшие в поле зрения, будут компенсироваться находящимися рядом более темными. В полном электрическом поле молекулы выстроятся так, чтобы при разных углах наблюдения на выходе была видна точка максимальной интенсивности.

Используя достижения технологии MVA, некоторые производители создали свои технологии производства ЖК-матриц. Так, компания Samsung во всех своих последних разработках использует технологию PVA (Patterned Vertical Alignment - микроструктурное вертикальное размещение). Принцип действия PVA заключается в выстраивании молекул жидкого кристалла под прямым вертикальным углом по отношению к управляющим электродам и формировании картинки за счет их малых отклонений от указанного положения, гораздо меньших, чем в традиционных ЖК-дисплеях. Это, как отмечает Samsung, позволяет снизить инерционность и обеспечивает широкий конический угол обзора (170 градусов), высокий уровень контрастности (500:1) и улучшенное качество цветопередачи.

Потенциал технологии MVA и ее клонов значителен. Один из главных ее плюсов - сокращенное время отклика. Кроме этого, также можно отметить и такое преимущество MVA, как очень хороший черный цвет. Однако сложное устройство панели не только серьезно увеличивает стоимость готового LCD-дисплея на ее основе, но и не позволяет производителю в полной мере реализовать все возможности MVA по причине сложностей технического характера. Будет ли данная технология доминировать на рынке LCD или ее место займет новая разработка, покажет время. Пока же MVA является самым технически совершенным LCD-решением.

Преимущества ЖК мониторов

- ЖК мониторы более экономичные;

- у них нет электромагнитного излучения в сравнении c ЭЛТ-мониторами;

- они не мерцают, как ЭЛТ-мониторы;

- они легкие и не такие объемные;

- у них большая видимая область экрана.

Рисунок 4 – Внешний вид ЖК монитора

Существует множество различных производителей ЖК мониторов. Наиболее известны мониторы Viewsonic, Sony, Silicon Graphics, Samsung, Nec, Eizo Nano и Apple.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66783. ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ИМИДЖ КАК СТОРОНА ДУХОВНОЙ ЖИЗНИ ОБЩЕСТВА 2.24 MB
  Острый интерес к проблемам имиджелогии в политике, торговле, рекламном деле, в организации масс медиа и индустрии развлечений,в искусстве, в практическом управлении - вот далеко не полный перечень очевидных факторов роста актуальности проблем имиджелогии.
66785. Философия художественного творчества И.А. Ильина 1.21 MB
  Диссертация посвящена историко-философскому анализу теории художественного творчества И.А. Ильина. Актуальность предлагаемого исследования состоит в том, что, несмотря на появление в последние годы множества работ по философии Ильина, эстетическая концепция мыслителя...
66786. Обоснование региональных закономерностей особенностей издержек производства на этапе становления рыночных отношений 801 KB
  В соответствии с поставленной целью в задачи исследования входили: изучение и обобщение теоретических вопросов издержек производства в отечественной и зарубежной литературе, формулирование выводов об экономическом содержании издержек производства, как важнейшей экономической категории...
66787. МУЗЫКАЛЬНО-ТВОРЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ МУЗЫКИ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ 2.32 MB
  Актуальным требованием, предъявляемым к музыкально-педагогическому образованию, является подготовка творчески мыслящего специалиста, способного возвысить урок музыки до урока искусства. Творческая деятельность имеет огромное значение для воспитания человека...
66789. Методика обліку і аналізу в системі управління собівартістю продукції на підприємствах 1.19 MB
  Методика обліку і аналізу собівартості, виробничих витрат, яку застосовують на підприємствах досліджуваної галузі, не повною мірою відповідає сучасним вимогам. Серед проблем можна виділити такі: недосконалість процесів збору первинної облікової інформації; вибір методів обліку витрат і калькулювання собівартості продукції...
66791. ЧАСТНАЯ И ОБЩЕСТВЕННАЯ ФОРМЫ СОБСТВЕННОСТИ: СОЦИАЛЬНО-ФИЛОСОФСКИЙ АНАЛИЗ 748 KB
  Проблема собственности - одна из центральных проблем сегодняшнего времени, и она существенна не только для России, так и для других стран. Исследование данной темы важно для целей постижения её детерминант и причин двух основных форм собственности: частной и общественной.