Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
Жидко-кристалические мониторы (ЖК-мониторы) - принцип действия, характеристики, интерфейсы подключения, достоинства и недостатки, перспективы использования. Выполнить подключение ЖК-монитора, настроить видеосистему. |
Мониторы на основе жидкокристаллических матриц.
Жидкокристаллические экраны (Liquid Crystal Display, LCD) основаны на технологии жидких кристаллов1. Они имеют панели, ячейки (пикселы) ко торых содержат жидкие вещества, обладающие свойствами кристаллов, молекулы которых под воздействи ем электрического поля могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять поляризацию светового луча, проходящего сквозь них. Т.е. жидкие кристаллы выступают в роли шторок, частично или полностью перекрывающих световой поток. Жидкие кристаллы сами не излучают свет, а служат затворами, пропуская или не пропуская свет от ламп подсветки. Источниками подсветки служат лампы, которые горят постоянно.
Конструкция ЖК-панели. ЖК-панель имеет несколько слоев, среди которых ключевую роль играют две стеклянные подложки и находящийся между ними слой жидких кристаллов. Позади них расположены одна-две лампы подсветки и система зеркал, равно мерно рассеивающих свет по поверхности. Свет от ламп проходит сквозь первую подложку, служащую поляризационным фильтром. На обеих подложках проделаны параллельные бороздки, определяющие исходную ориентацию жидких кристаллов. В отсутствие тока на управляющем тонкопленочном транзи сторе молекулы вещества находятся в естественном состоянии и повернуты на 900. В этом случае свет, испускаемый лампой подсветки, может проходить сквозь структуру слоев пакета.
Рис. Принципиалъное устройство ЖК-дисплея технологии TN
Рис. Схема подключение элемента ЖК-панели
Бороздки двух подложек перпендику лярны между собой. Размещенные между бороздками капельки ЖК ор ганизованы в ячейки. Каждый пиксел изображения состоит из трех ячеек. Вторая подложка также является поляризационным фильтром, поэтому теоретически в исходном состоянии свет наружу не выпускается, так как его плоскость поляризации не совпадает с плоскостью фильтром. Молекулы в структурированном жидком кристал ле имеют вытянутую цилиндрическую форму. Благодаря направляющим бороздкам молекулы у противоположных подложек-поляроидов оказы ваются перпендикулярными друг другу. Чем ближе к центру кристалла, тем меньше угол взаимного поворота молекул. В итоге молекулы образу ют пространственную спираль, по которой сворачивается плоскость по ляризации света и свет выходит наружу. Такая технология называется скрученным нематическим кристаллом — Twisted Nematic (TN). Поэтому ЖК-панели в быту часто называют «активными TFT-матрицами».
Если молекулы жидких кристаллов попадают в электрическое поле, они выстраиваются между электродами. Электроды расположены на обо их подложках, поэтому поле разворачивает молекулы вдоль силовых ли ний. Чем сильнее разность потенциалов между электродами, тем меньше поворот вектора поляризации молекулами, тем меньше света выходит наружу. При максимальной разности потенциалов отклонения вовсе не про исходит и свет наружу не пропускается.
Для управления свойствами ячеек к ним подключают электроды, соз дающие разные электрические поля в отдельных местах экрана (в ячей ках). ЖК-кристаллы типа Super Twisted Nematic имеют увеличенный с 90° до 270° торсионный угол (угол кручения) ориентации, что обеспечи вает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров мо нитора.
В активной матрице (Active Matrix) ячейки панели подключены к управляющим элементам, образующим матрицу из строк и столбцов. Технология тонкопленочных транзисторов (Thin Film Transistor, TFT) позволила назначить каждой ячейке переключающий транзистор, к кол лектору которого подключены резистор и конденсатор. Когда по выбран ным строке и столбцу подается управляющее напряжение, оно заряжает конденсатор. Заряд хранится конденсатором до следующего обновления кадра изображения. То есть конденсатор вкупе с транзистором запомина ют состояние ячейки после снятия напряжения. Время реакции дисплея с активной матрицей снижено в лучших образцах до 4-12 мс (для пассив ной матрицы — около 300 мс). Яркость отдельного элемента изображения остается неизменной весь период демонстрации, поэтому эффекты «замыливания» и дрожания изображения отсутствуют. Именно поэтому для ЖК-мониторов достаточной считается частота регенерации 60 Гц.
Пленка из аморфного кремния . Наиболее широко в тонкопленочных транзисторных технологиях используется аморфный кремний. Это обусловлено низкой стоимостью стеклянных материалов, которые стали использоваться благодаря низкотемпературному режиму работы аморфного кремния. Другие его преимущества связаны с высоким коэффициентом усиления по току, малым током покоя и высокой стабильностью.
Важнейшие характеристики ЖК-мониторов:
Технологии производства активных матриц.
Технология TN+Film. Самой распространенной технологией производства активных матриц яв ляется TN+Film. Она основана на использовании в ячейках нематических жидких кристаллов в совокупности с покрытием специальной пленкой с высоким показателем преломления (для расширения углов обзора). Среди современных матриц TN+Film обладают наименьшим временем отклика. Но технология имеет и негативные стороны:
♦ сложность обеспечения строго перпендикулярной ориентации мо лекул приводит к высокому уровню черного цвета и низкому кон трасту изображения;
♦ недостаточные углы обзора по вертикали;
♦ неточная цветопередача.
Технология IPS. Компании NEC и Hitachi разработали технологию производства жидко кристаллических матриц под названием In-Plane Switching (IPS). Согласно этой технологии оба электрода расположены на одной подложке, а моле кулы жидких кристаллов поворачиваются единой плоскостью, не скручи ваясь в спираль. В отсутствие напряжения свет полностью блокируется перпендикулярными подложками-фильтрами и на экране отображается почти идеальный черный цвет. Приложенное напряжение разворачивает плоскость поляризации молекул, и свет начинает проникать наружу.
Матрицы IPS обеспечивают отличную цветопередачу и углы обзора около 170°. Вместе с тем, технология IPS имеет ряд недостатков:
♦ дороговизна производства;
♦ сравнительно невысокие яркость и контрастность;
♦ сравнительно высокое время отклика.
Технология MVA (PVA). Компания Fujitsu разработала технологию производства жидкокристал лических матриц Multi-Domain Vertical Alignment (MVA), совместившую особенности TN и IPS. Электроды подведены к обоим подложкам. Но сами подложки не плоские, а имеют выступы, благодаря которым жидкий кри сталл разбивается на домены. Все домены переключаются одновременно, но продольные молекулы в них наклоняются в противоположных направ лениях. Если необходимо воспроизвести 50% серого, половина молекул будет повернута «боком», а половина — «торцом». По центру все молеку лы будут иметь одинаковый половинный наклон (в разные стороны), то есть пропускать половину света. Такую же технологию использует ком пания Samsung под названием PVA, компания Sharp под названием ASV. Недостатков у технологии MVA/PVA всего два:
♦ сравнительно высокое время отклика;
♦ сравнительно небольшие углы обзора.
Виды DVI: DVI-A — только аналоговая передача. DVI-I — аналоговая и цифровая передача. DVI-D — только цифровая передача. Видеокарты с DVI-A не поддерживают стандартные мониторы с DVI-D.
High-Definition Multimedia Interface (HDMI) — мультимедийный интерфейс высокой чёткости, позволяет передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования (HDCP).
Разъём HDMI обеспечивает цифровое DVI-соединение нескольких устройств с помощью соответствующих кабелей. Основное различие между HDMI и DVI состоит в том, что разъём HDMI меньше по размеру, интерфейс оснащён технологией защиты от копирования HDCP (High Bandwidth Digital Copy Protection), а также поддерживает передачу многоканальных цифровых аудиосигналов. Является современной (на 2009 год) заменой аналоговых стандартов подключения, таких как SCART или RCA.
HDMI-кабель состоит из следующих частей: 1) Внешняя оболочка 2) Экранирующая оплётка из проволок с дополнительной медной неизолированной жилой для пайки 3) Экран из алюминиевой фольги 4) Полипропиленовая оболочка 5) Экранированые витые пары пятой категории с волновым сопротивлением 100 Ом для сигнала синхронизации, и сигналов 3х основных цветов. Экран каждой витой пары имеет внешнюю изоляцию и проволоку для пайки. 6) Неэкранированная витая пара для сигналов SDA SCL 7) Отдельноидущие проводники для питания и управляющих сигналов.
Преимуществом и важнейшей особенностью технологии ЖК является отсут ствие геометрических искажений, мерцания изображения, проблем с фокусировкой и сведением лучей. Монитор имеет меньшую глубину, чем электронно-луче вая трубка. Исключается сложный электронный тракт, управ ляющий разверткой лучей. Исчезает необходимость цифро-аналогового преобразования сигналов на пути от видеокарты к монитору.
Недостатки ЖК - чет кие границы между элементами структуры экрана приводят к зернистости изображения. Отобразить картинку с хорошим качеством можно только в разрешении, совпадающем с физи ческим числом элементов экрана. Большее разрешение невоз можно выставить в принципе, а меньшее приводит к грубым искажениям при воспроизведении изображения. Жидкий кристалл работает как световой затвор, поэтому для воспроизведения цветовой палитры устанавливают светофиль тры для каждого из основных цветов. В силу технологических особенностей невозможно управлять положением жидкого кри сталла столь же точно, как яркостью люминофора. Отсюда — более узкий цветовой диапазон, воспроизводимый ЖК-панелями.
Особенности ЖК-технологии обусловливают и сравнительно узкое поле обзора изображения на экране. Обычно производи тели указывают угол обзора для современных моделей равным 160-170° по вертикали и горизонтали. На самом деле угол ком фортного обзора меньше раза в четыре (около 30-40°). При боль ших углах падение контраста и цветовые искажения не позво ляют считать изображение качественным.
Большой недостатк ЖК-панелей — время реакции (отклика) ячеек, то есть задержка при переключении из одного состояния в другое. Необходимо указывать полное время отклика при переключении элементов из черного в белый цвет. Для современных моделей ЖК-панелей оно составляет 4-25 мс. Однако этот параметр не дает представления о времени переключения ячеек на реальных задачах. К сожалению, время отклика ЖК-панели при переключении между промежуточ ными уровнями яркости (например, от 25% до 75%) в 2-3 раза больше и достигает порядка 30-60 мс даже у лучших моделей. На практике это проявляется в появлении следа (шлейфа) за быстро перемещающимися объектами и рваном характере перемещения быстрых элементов в кадре.
Технологии производства ЖК,-панелей более сложны и тру доемки, чем электронно-лучевых трубок, и здесь передовые позиции занимают корейские и тайваньские кампании. Пятерку мировых производителей: Samsung, LG-Phillips, AU Optronics, Chi Mei Optoelectronics, Quanta Display.
Параметры ЖК-дисплеев
Усилиями компаний-производителей в голову потребителя прочно вне дряется мысль, что единственным критерием отбора современного ЖК-монитора является время отклика: чем оно меньше, тем лучше. При этом прочие параметры либо не принимаются во внимание, либо сознательно отодвигаются на задний план. На самом деле параметров, напрямую вли яющих на удобство работы с монитором, гораздо больше.
Стан дартное разрешение. Важнейшим параметром плоскопанельных дисплеев является стан дартное (Native) разрешение. Оно соответствует числу пикселов по гори зонтали и вертикали. Именно в стандартном разрешении ЖК-монитор воспроизводит изображение наиболее качественно. Разрешение опреде ляется размером ячеек и диагональю панели. Сейчас производятся пане ли с ячейками размером 0,248-0,3 мм. Если панель ЖК-монитора поддер живает стандартное разрешение 1024x768, это значит, что на каждой из 768 линий расположено 1024x3 = 3072 ячейки. Заметим, что на ЭЛТ-мони торе можно установить разрешение больше стандартного (рекомендуемо го) для данной величины диагонали экрана, а на ЖК-мониторе — нельзя в принципе. Как правило, в ЖК-мониторах предусмотрена возможность использовать разрешение более низкое, чем стандартное. Обычно при меняют метод растяжения (Expansion). Он основан на интерполяции изо бражения с низким разрешением на всю площадь экрана. Понятно, что интерполяция ухудшает резкость изображения и вносит цветовые иска жения.
Яркость — максимальная удельная светимость поверхности экрана. Измеряется в нитах (nit). 1 нит = 1 кд/м2 (кандела на квадратный метр). Чем больше это значение, тем светлее изображение. Типовая яркость бе лого цвета для мониторов CRT составляет около 120 кд/м2; профессиона лы, использующие при работе с графикой LCD-монитор, редко калибру ют его так, чтобы яркость белого превышала 120 кд/м2. Таким образом, даже яркость 220 кд/м2, обеспечиваемая большинством продаваемых в настоящее время мониторов, является достаточной для повседневного использования. Средним считается значение яркости 220—250 кд/м2, не которые панели поддерживают более высокие значения.
Контрастность — это отношение разности яркостей отображаемых монитором белого и черного цветов к яркости белого цвета. Например, для дисплея, максимальная и минимальная яркости которого равны 200,5 кд/м2 и 0,5 кд/м2 соответственно, контрастность равна (200,5 - 0,5)/0,5 = 400:1. Считается, что чем выше контрастность, тем лучше различимы детали изображения, выше его четкость и меньше утомляемость при работе с монитором. На самом деле это не совсем так. Возьмем монитор №1 с со отношением яркостей, приведенным выше, и сравним его с монитором №2, отличающимся только максимальной яркостью, которая составляет 400,5 кд/м2. Контрастность монитора №2 будет равна 800:1, тем не ме нее, отображение этим монитором черного цвета не улучшилось по срав нению с Монитором №1, а отображение белого стало более ослепляющим. Поэтому важное значение имеет не собственно контрастность, а контраст ность с учетом уровня черного цвета.
Цветовой охват современных ЖК-панелей достигает 16,7 млн. цветов. Но в типовых панелях TN+Film (а это практически все 15-ти и 17-дюймо вые мониторы) используется 18-битное представление цвета, сужающее цветовой диапазон.
Угол обзора (по вертикали и горизонтали) характеризует зону воспри ятия изображения на экране без существенных искажений. Нормальным считается угол обзора по горизонтали 160-170°, по вертикали 120° и боль ше. Нормальные углы обзора обеспечат комфортное восприятие картин ки одним человеком, расположенным по центру экрана. Коллективный просмотр, удобный на телевизорах и ЭЛТ-мониторах, для ЖК-дисплеев не рекомендуется.
Время отклика (скорость пере ключения между режимами черный — белый — черный), Это слабое место ЖК-дисплеев. Данный показатель реально составляет от 4 до 40 мс. Официальные цифры характеризует максимальное быстродействие, то есть суммарное время, затрачиваемое на увеличе ние яркости элемента экрана от 10 % до 90 % и уменьшение обратно до 10 %. В режимах пониженной яркости (менее 100%) оно увеличивается в 5-7 раз, что приводит к смазыванию изображения. Увеличение времени отклика приводит к размытию движущихся объектов. Этот параметр ре комендуется подбирать следующим образом: для динамичных ЗD-игр — матрицы со временем отклика 16 мс, для кино и графики достаточно 25 мс, для офисной работы достаточно 40 мс.
Таким образом, к преимуществам ЖК-мониторов можно отнести малую глубину панели, действительно плоское изображение (без геометриче ских искажений), высокие значения яркости, низкое энергопотребление, отсутствие электромагнитных излучений. Существенных недостатков четыре: высокая цена, искажение цветов, единственный режим разре шения, обеспечивающий хорошее качество, малые углы комфортного об зора. Если проанализировать недостатки ЖК-мониторов, можно прийти к такому выводу: главный недостаток технологии в том, что невозможно приобрести монитор универсального назначения. То есть для офисной ра боты надо подбирать монитор с одним набором параметров, для игр — с другим, для работы с цветом — с третьим.
Потребительские характеристики (тестирование) жидкокристаллического монитора
Жидкокристаллический монитор проверять проще, чем ЭЛТ. Геометрические искажения отсутствуют в прин ципе, а остальные параметры можно оценить на глаз, не прибе гая к тестовым программам. Последовательность проверки при мерно такова.
Интерфейс. В жидкокристаллических дисплеях применяют цифровой интерфейс передачи видеосигнала DVI. На видео картах обычно встречаются два вида разъемов: DVI-I (совме щающий цифровой и аналоговый сигналы) и DVI-D (только цифровой). Для соединения ЖК-монитора с компьютером предпочтителен интерфейс DVI, хотя допускается подключе ние и через стандартный разъем VGA. Проверьте возможность подключения вашей видеокарты к монитору через цифровой интерфейс.
Работоспособность ячеек. Убедитесь в отсутствии «битых» ячеек на жидкокристаллической панели. Они легко обнаруживаются на черном фоне. По специфика циям некоторое число «битых» пикселов допустимо (конкрет ное значение записано в техпаспорте), но никто не заставляет вас брать такой монитор — поищите экземпляр со всеми рабо тающими ячейками.
Разрешение экрана. Монитор на жидких кристаллах имеет одно оптимальное разрешение, совпадающее с числом физиче ских ячеек. Тем не менее, ЖК-панель должна корректно мас штабировать изображение, причем с приемлемой частотой смены кадров. Простой способ проверки качества масштаби рования — это изменение разрешения в текстовом документе с мелким шрифтом. По контурам букв легко заметить артефакты интерполяции. Качественный алгоритм даст ровный контур, но размытые края букв, тогда как простая интерполяция обязательно внесет искажения в форму контуров. Скорость, с кото рой монитор производит масштабирование одного кадра, вли яет на качество воспроизведения фильмов и игр.
Количество цветов. Современная ЖК-панель должна ото бражать 16,7 миллиона оттенков цвета. В дешевых моделях используют панели с более узким цветовым охватом. Следует своими глазами убедиться в способности монитора отображать полную цветовую гамму. Некоторые производители ставят на ЖК-мониторы дешевые конверторы, которые искажают цвето передачу. Узкий цветовой диапазон особенно заметен при вос произведении фильмов (DVD или MPEG4). Проверьте равно мерность цветовой заливки по всей поверхности панели. Экран надо целиком заполнить чистым цветом и убедиться в отсут ствии светлых пятен в угловых областях панели.
Угол обзора. Попросите вывести на монитор заставку-фото графию из стандартного комплекта Windows и проверьте, насколько широк для вас диапазон позиций комфортного про смотра. Данные углов обзора, ука занные в техпаспорте приводятся для опреде ленных условий измерения. На практике одним людям кажется приемлемым падение контраста в десять раз и сильное иска жение цветов при большом угле обзора, а другие не признают и половинного уменьшения этих параметров.
Время отклика. Период, за который изменяется простран ственная ориентация молекул жидких кристаллов, назы вают временем отклика. Чем меньше указанная величина, тем лучше. Разные производители мониторов по-своему трактуют время отклика. Например, время включения может составлять 10 мс, а время выключения — 20 мс. Тогда суммарное время отклика будет равно 30 мс, но производитель может указать в паспорте среднее время, то есть 15 мс, или минимальное, то есть 2-8 мс. Лучшим тестом является быстрая прокрутка стра ницы текстового документа в программе Word или Acrobat Rea der, Чем меньше размытый шлейф от букв при прокрутке, тем быстрее переключаются ячейки. Бывает, что монитор с пара метром «25 мс» уступает более честному конкуренту с пара метром «40 мс». Эти чисто теоретические величины, которые могут сильно расходится с результатом соб ственных наблюдений.
Яркость. В среднем яркость ЖК-панелей выше показате лей мониторов на базе ЭЛТ, поскольку в основном определяется яркостью лампы подсветки. Рекомендуемое значение — не менее 200 кд/м2. Очень важна равномерность засветки поверхности экрана. Откройте белое поле, затем серое (заполнение 50%) и в последнюю очередь — черное. Во всех случаях на экране не должно быть явно выраженных областей с отличающейся яркостью. Особое внимание обратите на углы монитора и обла сти вблизи краев панели.
Контрастность. Контрастность изображения ЖК-панелей пока уступает показателям мониторов на базе ЭЛТ. Черный цвет ячейки настолько глубок, насколько удалось заблокиро вать световой поток лампы подсветки, что на 100% сделать не удается. Недостаток контрастности заметно сужает диапазон воспроизводимых цветов, так как близкие по значению оттенки сливаются, особенно в области темных тонов. Для просмотра фильмов и игр подбирайте монитор с более высокой контраст ностью, так как в играх зачастую превалирует темная цветовая гамма. Приемлемое значение контрастности — 400:1 и более.
Сравнение технологий мониторов (ЭЛТ и ЖК)
Каждая из технологий обладает своим набором преимуществ и недостатков, которые надо объективно оценивать, сравнивая их параметры:
• по максимальной яркости современные ЖК-дисплеи (220-280 кд/м2) примерно соответствуют ЭЛТ-монито рам (до 330 кд/м2);
• по контрастности ЖК (до 600:1) постепенно приближа ются к ЭЛТ (до 800:1);
• по геометрической точности изображения ЖК превосхо дят ЭЛТ, однако на моделях со сравнимой ценой разница незаметна;
• по качеству цветопередачи ЖК уступают ЭЛТ (в сравни мой ценовой категории);
• по углу комфортного обзора ЖК уступают ЭЛТ в два-три раза;
• по максимальному времени отклика в реальных программах ЖК (30-60 мс) зна чительно уступают ЭЛТ (8-10 мс);
• по факторам негативного влияния на зрение ЭЛТ (мерца ние изображения, вредное излучение) проигрывают ЖК (отсутствие излучений и мерцания);
• по масштабируемости разрешения изображения ЖК (единственный вариант комфортного разрешения - номинальное) существенно усту пают ЭЛТ (минимум 5-6 вариантов комфортного разре шения);
• по габаритам (особенно по глубине) и массе ЖК заметно лучше ЭЛТ;
• по стоимости ЖК дороже ЭЛТ при одинаковой полезной площади экрана.
Дополнительно
Жидкий кристалл
Жидкий кристалл представляет собой промежуточную фазу вещества, объединяющую текучесть жидкости и позиционную структуру кристалла.
о жидких кристаллах можно почитать на
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%9A
Заднее освещение
ЖК-дисплей не излучает, а работает как оптический затвор. Поэтому для воспроизведения изображения ему требуется внешний источник света, и позади ЖК панели располагается излучатель.
Цветовой фильтр
Цветовой фильтр представляет собой жидкокристаллическую панель, в которой красные, зеленые и синие элементы расположены в определенном порядке, образующем цветовую матрицу. Цветовой фильтр расположен на верхней или нижней стеклянной панели монитора. Три цветовых элемента инициируются независимо друг от друга и в комбинации определяют цвет данного участка.
Относительное отверстие
Апертурное отношение (относительное отверстие) представляет собой отношение площади изображения, или эффективной площади апертуры, к общей площади матрицы ЖК дисплея. Чем это отношение больше, тем ярче дисплей, так как увеличивается площадь, занятая цветовыми элементами. Увеличивается также и контрастность. Относительное отверстие является важным показателем ЖК дисплея, используемым для оценки его качества.
Другой вариант теста принципа действия
Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света — ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение — молекулы стремятся выстроиться в направлении поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени — жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток, или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки(в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
Часы с ЖКИ-дисплеем
Жидкокристаллические мониторы были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA, Принстон, штат Нью-Джерси.
Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода. Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.
Время отклика ЖК мониторов, сконструированных по технологии SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display — кремниевая отражающая жидкокристаллическая матрица), уменьшено до 5 мс. Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal — плазменное управление жидкими кристаллами), которая соединила в себе преимущества LCD (яркость и сочность цветов, контрастность) и плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту, H, и вертикали, V, высокую скорость обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения.
Макрофотография TN+film матрицы монитора NEC LCD1770NX. На белом фоне - стандартный курсор Windows
Часть «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно — от 90° до 150°). В настоящее время приставку «film» часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на существующий момент одно из лучших, а вот уровень контрастности — нет.
TN + film — самая простая технология.
Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселам не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.
К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.
Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Однако, хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.
На настоящий момент матрицы, изготовленные по технологии IPS единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB — 24 бита, по 8 бит на канал. TN-матрицы почти всегда имеют 6-бит, как и часть MVA.
Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение черного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.
При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.
IPS в настоящее время вытеснено технологией S-IPS (Super-IPS, Hitachi 1998 год), которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика. Но, несмотря на то, что цветность S-IPS панелей приблизилась к обычным мониторам CRT, контрастность все равно остаётся слабым местом. S-IPS активно используется в панелях размером от 20", LG.Philips, Dell и NEC остаются единственными производителями панелей по данной технологии.
Макрофотография S-IPS матрицы монитора NEC 20 WGX2 Pro. Стандартный курсор Windows на оранжевом фоне
AS-IPS — технология Advanced Super IPS (Расширенная Супер-IPS), также была разработана корпорацией Hitachi в 2002 году. В основном улучшения касались уровня контрастности обычных панелей S-IPS, приблизив его к контрастности S-PVA панелей. AS-IPS также используется в качестве названия для мониторов корпорации NEC (например NEC LCD20WGX2) созданных по технологии S-IPS, разработанной консорциумом LG.Philips.
A-TW-IPS — Advanced True White IPS (Расширенная IPS с настоящим белым), разработано LG.Philips для корпорации NEC. Представляет собой S-IPS панель с цветовым фильтром TW (True White — Настоящий белый) для придания белому цвету большей реалистичности и расширению цветового диапазона. Этот тип панелей используется при создании профессиональных мониторов для использования в фотолабораториях и/или издательствах.
AFFS — Advanced Fringe Field Switching (неофициальное название S-IPS Pro). Технология является дальнейшим улучшением IPS, разработана компанией BOE Hydis в 2003 году. Усиленная мощность электрического поля позволила добиться ещё больших углов обзора и яркости, а также уменьшить межпиксельное расстояние. Дисплеи на основе AFFS в основном применяются в планшетных ПК, на матрицах производства Hitachi Displays.
MVA — Multi-domain Vertical Alignment. Эта технология разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160°(на современных моделях мониторов до 176—178 градусов), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.
MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки.
Достоинствами технологии MVA являются глубокий черный цвет и отсутствие, как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля.
Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения, большее время отклика.
Аналогами MVA являются технологии:
Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским качествам.
1 См Доп материал в конце файла