Работа с мобильными устройствами при дневном свете – одна из актуальных проблем с момента начала выпуска (1985 год) фирмой Toshiba первых 9,5″ цветных жидкокристаллических мониторов. Сейчас появились технологии, позволяющие получить высокое качество изображения даже при прямом попадании солнечных лучей на экран устройств. В статье Джеффа Уолкера (журнал «Pen Сomputing»), переведённой Андреем Васильевым, описаны уже представленные на рынке Европы и США технологии и представлен прогноз их развития на ближайшее будущее.
Четыре параметра LCD
Существуют четыре ключевых параметра LCD устройства: конструкция, технология, разрешение и размер.
Конструкции LCD
Конструкция характеризуется расположением слоев в LCD (включая и светопроводящий слой) и имеет наибольшее значение для качества изображения на экране при солнечном свете. В настоящее время используются три основных конструкции цветных LCD: transmissive (пропускающий), transflective (полупрозрачный) и reflective (отражающий).
Как работает LCD-дисплей
Transmissive LCD В transmissive-конструкции свет поступает сквозь LCD с задней стороны (подсветка). Большинство жидкокристаллических дисплеев, используемых в карманных компьютерах сегодня, сделаны по этой технологии. Transmissive LCD имеет высокое качество изображения в помещении и обычно очень низкое (черный экран) при солнечном свете.
Солнечное освещение в тысячи раз сильнее лампы подсветки, и поэтому отраженные от поверхности экрана солнечные лучи полностью подавляют свет, излучаемый LCD. Однако некоторым производителям удалось разработать transmissive LCD, с которыми можно работать даже при попадании прямых солнечных лучей. Как они этого добились? На сегодняшний день существует два способа: увеличение яркости задней подсветки и уменьшение количества отраженного солнечного света. Кратко опишем эти способы.
Конструкция экрана transmissive LCD
Максимальная яркость экрана у существующих сейчас ноутбуков составляет 100-150 nit (nit – кандела на квадратный метр, cd/m 2 ). LCD с повышенной яркостью обеспечивают от 200 до 1800 nit. Считается, что лампа в 500 nit делает transmissive LCD видимым при дневном освещении в тени, а около 1000 nit – позволяет использовать его при прямом солнечном свете.
Яркости в 300 nit можно добиться путем предельного увеличения яркости одной лампы CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) или добавлением второй лампы, расположенной напротив. Модели жидкокристаллических дисплеев с повышенной яркостью используют от 8 до 16 ламп.
Однако увеличение яркости подсветки увеличивает расход энергии батарей (одна лампа подсветки потребляет около 30% энергии, используемой устройством). Следовательно, экраны с повышенной яркостью можно использовать только при наличии внешнего источника питания.
Уменьшение количества отраженного света достигается при нанесении антиотражающего покрытия на один или несколько слоёв дисплея, замене стандартного поляризационного слоя на минимально отражающий, добавлении «повышающих яркость пленок», увеличивающих эффективность источника света. Еще одним способом модифицирования LCD, используемым только в устройствах Fujitsu, является заполнение преобразователя жидкостью с коэффициентом рефракции, равным коэффициенту рефракции сенсорной панели.
Это значительно сокращает количество отраженного света. Transflective LCD Transflective-конструкция похожа на предыдущую, но у transflective-дисплеев между LCD и слоем подсветки имеется так называемый частично отражающий слой. Он может быть либо частично серебряным, либо полностью зеркальным со множеством маленьких отверстий.
Когда такой экран используется в помещении, он работает аналогично transmissive LCD, в котором часть освещения поглощается отражающим слоем. При дневном освещении солнечный свет отражается от зеркального слоя и освещает LCD. При этом свет проходит LCD дважды, сначала внутрь, а затем наружу. Это приводит к тому, что качество изображения при дневном освещении ниже, чем при искусственном освещении в помещении, когда свет проходит LCD один раз.
Конструкция экрана transflective LCD
Баланс между качеством изображения в помещении и вне его достигается подбором характеристик пропускающего и отражающего слоев. Например, зеркальный слой может отражать 60% света и поглощать 40%. Если яркость подсветки составляет 130 nit, только 52 nit (40% от 130) поступает на LCD через зеркальный слой.
Вне помещения 60% солнечного света отражается от зеркального слоя, но так как свет проходит через LCD, дважды качество изображения снижается. Transflective LCD является компромиссным вариантом. Изображение на этом экране не будет ярким ни в помещении, ни при солнечном свете. Reflective LCD Reflective-конструкция имеет полностью отражающий зеркальный слой.
Все освещение, будь то солнечный свет или свет передней подсветки, проходит сквозь LCD, отражается от зеркального слоя и снова проходит сквозь LCD. При дневном освещении свет проходит сквозь LCD и слой передней подсветки дважды. В этом случае качество изображения у reflective LCD обычно ниже, чем у transflective (так как в обоих случаях используются сходные технологии). В помещении передняя подсветка не так эффективна, как задняя, и качество изображения также ниже, чем у transflective.
Конструкция экрана reflective LCD
Технологии LCD
На сегодняшний день в производстве цветных жидкокристаллических дисплеев используются две технологии: активная матрица – TFT и пассивная матрица – STN. TFT – Thin Film Transistor – активная матрица, в которой каждый субпиксел представляет собой тонкопленочный транзистор (активный элемент).
STN – Super Twisted Nematic – пассивная матрица, которая состоит из жидкокристаллических элементов с изменяемой прозрачностью. Разновидности STN – CSTN (Color STN) и DSTN (Double STN) – в этой статье проходят под общим наименованием STN, так как их различия не существенны для условий солнечного освещения.
По сравнению с STN экран TFT более контрастен, имеет более насыщенный цвет, работает быстрее (движущееся изображение не имеет послесвечения). Изображение видно под большим углом. Правда, технология TFT более дорогостоящая, поэтому сейчас наблюдается тенденция к расширению производства TFT за счет сокращения производства STN.
Например, Sanyo прекратило производство STN LCD и сейчас выпускает только TFT. Комбинирование трех конструкций и двух технологий LCD дает шесть типов цветных LCD. Из них все, исключая transmissive STN, могут использоваться при солнечном свете. В таблице приведены оставшиеся пять типов LCD и два дополнительных варианта, количество существующих на рынке устройств и их производители.
| Модифицированный transmissive TFT | 20 | Fujitsu, Intermec, Itronix, Nokia, Panasonic, Wolkabout |
| Transmissive TFT с повышенной яркостью | 14 | Fieldworks, Microslate, Panasonic, Phoenix, Xplore |
| Transflective STN | 7 | Hitachi, Itronix, Melard, Sanyo, Two Technologies |
| Reflective TFT с передней подсветкой | 4 | Compaq, Palm, Sony |
| Reflective TFT без подсветки | 4 | Fujitsu, NEC, Strata, Via |
| Reflective STN с передней подсветкой | 1 | Fujitsu |
| Transflective TFT | нет | нет |
Разрешение и размер LCD
Разрешение и размер – связанные между собой характеристики. У выпускаемых сейчас LCD число точек на дюйм (dpi) колеблется от 70 (для 5,7″ мониторов) до 150 (для 6,7″ SVGA). Наиболее распространены дисплеи со значением dpi от 90 до 125. Ниже приведены стандартные значения разрешений, используемые в компьютерах, PDA и телефонах. Разрешения VGA – исторически сложившееся значение разрешения для PC составляет 640*480 точек 1/4 VGA – 240*320 или 320*240 точек 1/2 VGA – 640*240 точек SVGA – Super VGA – 800*600 точек XGA – Extended VGA – 1024*768 точек SXGA – Super XGA – 1280*1024 точек SXGA+ – Super XGA Plus – 1400*1050 точек UXGA – Ultra XGA – 1600*1200 точек.
Апертурное соотношение
Этот параметр обычно не указывается в спецификациях, но может быть вычислен из других характеристик. Апертурное соотношение равно отношению площади пиксела (суб-пиксела) к общей площади экрана, которая включает в себя все элементы, составляющие суб-пиксел (например, «транзистор» в TFT).
Большое значение апертурного соотношения, при котором на каждый пиксел приходится больше освещения, приводит к увеличению яркости LCD и к уменьшению его разрешения. Поэтому в моделях портативных компьютеров, предназначенных для работы в помещениях и при солнечном свете, используются LCD с разными разрешениями.
Например, базовая модель Panasonic Toughbook 28 для работы в помещениях имеет transmissive TFT с разрешением XGA, а аналогичная модель, предназначенная для работы при солнечном свете, имеет transflective TFT с более низким разрешением SVGA. Так как внешнее освещение проходит transflective и reflective LCD дважды, для достижения яркости, сходной с transmissive LCD, через который свет проходит один раз, апертурный коэффициент для этих экранов должен быть больше. Поэтому, при одинаковых размерах LCD, transflective и reflective LCD обычно производятся с меньшим разрешением, чем transmissive LCD. Рассмотрим, какая из комбинаций характеристик цветных LCD наиболее подходит для сотовых телефонов, PDA и промышленных КПК (у автора статьи также рассмотрены другие категории устройств, использующие LCD: ноутбуки, планшетные ПК).
Сотовые телефоны
Цветной LCD экран телефона должен работать при солнечном свете (вы можете представить себе нечитаемый вне помещения экран на вашем сотовом телефоне?). Известны только две модели телефонов с цветными LCD, продаваемые в США и Европе. Первый – Sprint (US) PCS phone SCP-5000 от Sanyo, который имеет 2″ reflective TFT с передней подсветкой.
PC Magazine описывает экран этого телефона как «равномерно яркий при солнечном свете». Второй – Nokia 9210, в котором используется модифицированный transmissive TFT размером 1,3″ * 4,2″. Один из пользователей Nokia 9210 описал экран этого устройства так: «при солнечном свете экран настолько неярок, что использование любых солнцезащитных очков делает его нечитаемым».
Таким образом, reflective TFT является лучшим вариантом для применения в сотовых телефонах. Светодиод (LED) чаще используется в телефонах, чем лампа с холодным катодом (CCFL), так как от телефонов не требуется такой большой яркости, как от портативных компьютеров. Из-за того, что transflective TFT небольших размеров не производятся, transflective STN является вторым вариантом для применения в телефонах. Этот экран мог бы обеспечить лучший баланс между качеством изображения в помещении и при солнечном свете, чем используемый в Nokia 9210 модифицированный transmissive TFT, хотя он не так ярок в помещении.
Карманные компьютеры
Compaq iPAQ 3600 – первый карманный компьютер с цветным LCD, появившийся на рынке США. Он отлично работает при дневном освещении (LCD 3,8″ 1/4-VGA, reflective TFT производства Sony). Большой успех, которым пользуется это устройство на рынке, привел к тому, что многие компании (такие как Philips, Sanyo, NEC, Casio и Panasonic) анонсировали или начали поставки сходных LCD (с разрешением 1/4 VGA).
Следовательно, можно ожидать появления reflective TFT с передней подсветкой и в других устройствах на системах Pocket PC и Palm OS (например, новый Sony Clie PEG-N710 использует 3,1″, 320*320 reflective TFT с передней подсветкой). Вряд ли этот тип LCD будет использоваться в устройствах с большим экраном и разрешением, поскольку современная технология распределения освещения при помощи микронасечек не позволяет равномерно осветить LCD более 6″.
Технология использования передней подсветки достаточно молода и, возможно, через некоторое время появится возможность решить данную проблему. IPAQ в действительности не является первым PDA, использующим reflective TFT. В 1999 г. Compaq выпустил устройство Aero 2100 c reflective TFT, в котором в качестве передней подсветки использовался светодиод. В iPAQ используется более яркая лампа CCFL.
Сочетание очень тусклого (10-15 nit) источника света и несовершенного reflective LCD от Sharp в Aero 2100 явилось причиной неудачи этого устройства на рынке. Экран был недостаточно ярким как в помещении, так и при солнечном свете. Рассмотрим другие типы цветных LCD. Transmissive STN (HP Jornada 520/540 серий и Fujitsu PenCentra 200 CTM) не может использоваться при солнечном свете.
Transflective STN не может пока конкурировать с reflective TFT. Transflective TFT мог бы использоваться в PDA, но нет производителей экранов 3,8″ (доступны экраны от 10,4″). Reflective TFT без подсветки (как в Nintendo) не применяется в PDA, так как требует наличия внешнего источника освещения. На данный момент reflective TFT с передней подсветкой является единственным вариантом LCD, который работает при солнечном свете и используется в карманных компьютерах.
Промышленные КПК
Cейчас на рынке нет ни одного безклавиатурного (PDA-size) специализированного КПК с цветным экраном для работы при солнечном свете. Основными продуктами в этой категории являются Symbol – монохромные устройства на Palm OS и Windows CE (SPC-1500/1700 и PPT-2700).
Среди специализированных КПК с экранами 5″ – 8,2″ ситуация очень сложная – доступны только цветные transflective STN экраны, которые могут использоваться при солнечном свете. Такие экраны пока не получили признания на рынке. В этой категории также отсутствуют устройства, имеющие хорошие цветные LCD для работы при солнечном свете.
TouchLite от Two Technologies, вероятно, является одним из лучших устройств в этой категории. Он использует исключительно большой 5.7″ transflective STN. Выбор LCD в этой категории ограничен главным образом тем, что производство LCD не окупается на слаборазвитых рынках. По сравнению с рынком PDA и ноутбуков рынок промышленных КПК очень мал.
Для производителей, планирующих выпуск нового LCD (например, 6″ VGA transflective TFT, который заинтересовал бы многих производителей), минимальный ежегодный объем должен составлять 50-100 тысяч, что вряд ли возможно на слабо развитом рынке промышленных КПК. Отсутствие в этой категории хороших цветных LCD, работающих при солнечном свете, может привести к изменениям на рынке специализированного программного обеспечения. С распространением цветных LCD 1/4 VGA 3,8″ и SVGA 10,4″, работающих при солнечном свете, разработчики программного обеспечения будут вынуждены переносить приложения на эти размеры. В результате на рынке будут отсутствовать цветные handheld (работающие при солнечном свете), на которых бы работало специализированное программное обеспечение, написанное для VGA или 1/2 VGA.
Заключение
- LCD является низкоприбыльным и, следовательно, очень чувствительным к цене продуктом
- В большинстве случаев ноутбуки и PDA используются в помещениях, и поэтому они могут быть оснащены transmissive TFT с повышенной яркостью
- Успех производства и продажи продукции, использующей LCD, зависит от субъективного мнения пользователей о качестве работы экрана при солнечном свете
- Рынок принимает новые LCD технологии, такие как transflective TFT, только если производитель системы прикладывает большие усилия к продвижению нового устройства
- Выпуск нового продукта связан с большим риском, поскольку при ограниченном количестве ресурсов стоимость, время разработки и производства нового LCD достаточно велики
- Выбор варианта из трех конструкций, двух технологий (с вариантами, такими как polysilicon и amorphous silicon), 11 разрешений (в среднем 4 размера) очень труден – это более 500 комбинаций!
Статья опубликована на сайте HPC.RU.
Перепечатывается с разрешения редакции.
Источник: Pen Computing, перевод Андрея Васильева.
Источник: computer-museum.ru
Как это работает? | LCD-дисплей
Жидкие кристаллы были открыты в 1888 году австрийским ученым Фридрихом Рейнитцером, а в 1927 году русским физиком Всеволодом Фредериксом был обнаружен переход, названный его именем и ныне широко используемый в LCD-дисплеях. В 1970-х годах компанией RCA был впервые представлен жидкокристаллический монохромный экран.
Жидкокристаллические дисплеи начали использоваться в электронных часах, калькуляторах, измерительных приборах. Затем стали появляться матричные дисплеи, воспроизводящие черно-белое изображение. В 1987 году компания Sharp разработала первый цветной жидкокристаллический дисплей диагональю 3 дюйма. Как же работает LCD-дисплей — об этом в сегодняшнем выпуске!
Работа LCD или жидкокристаллического дисплея основана на поляризации светового потока. Жидкие кристаллы «просеивают» свет, пропуская лишь определенные волны светового пучка с соответствующей осью поляризации, и оставаясь непрозрачными для всех остальных волн. Изменение вектора поляризации осуществляется жидкими кристаллами в зависимости от приложенного к ним электрического поля. Иными словами при помощи электричества можно изменять ориентацию молекул кристаллов и тем самым обеспечивать создание изображения.
Практически любой LCD-дисплей имеет активную матрицу из транзисторов, с помощью которых формируется изображение, слой жидких кристаллов со светофильтрами, выборочно пропускающих свет, и систему подсветки (как правило, из светодиодов). Последняя необходима для показа цветных изображений.
LCD-дисплей имеет несколько слоев, основными из которых являются две стеклянные панели, которые и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им ориентацию. Бороздки расположены параллельно на каждой панели, но перпендикулярно между двумя панелями. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах одинаково ориентируются во всех ячейках.
Непосредственно экран LCD-дисплея представляет собой массив маленьких сегментов — пикселей. На каждый пиксель приходится по три транзистора, каждый из которых отвечает за один из трех цветов, и конденсатор, поддерживающий необходимое напряжение. Комбинируя три основных цвета для каждого пикселя экрана, можно получить любой цвет.
Наиболее распространенными в настоящее время являются жидкокристаллические TFT-дисплеи, в активной матрице которых используются тонкоплёночные прозрачные транзисторы. Количество транзисторов в таких дисплеях может достигать несколько сотен тысяч.
Среди преимуществ LCD-дисплеев сравнительно невысокая стоимость, отличная фокусировка, очень высокая четкость изображения и яркость. А также отсутствие ошибок совмещения цветов и мерцания экрана. Дело в том, что в таких дисплеях не используется электронный луч, рисующий каждую строку на экране. Из недостатков LCD — появление мертвых пикселей из-за сгорания транзисторов, малое количество оттенков цвета, неоднородность яркости картинки (зачастую освещение у края дисплея сильнее) и сравнительно малый угол обзора.
Источник: www.nanonewsnet.ru
LCD – мониторы
Оптический эффект жидкокристаллических элементов, которые играют роль пикселов в LCD-мониторах, основан на изменении оптической поляризации отраженного или проходящего света под действием электрического поля. Панель представляет собой матрицу ячеек, каждая из которых находится на пересечении вертикальных и горизонтальных координатных проводников. Матрицы сканируются аналогично телевизионному растру, так что каждая ячейка управляется импульсно.
Расположение транзисторов на матрице определяет два основных типа современных жидкокристаллических дисплеев:
Вообще существует три разновидности LCD-дисплеев: монохромный с пассивной матрицей, цветной с пассивной матрицей и цветной с активной матрицей. Конструкции с пассивной матрицей могут иметь одну и две стандартные развертки.
У LCD-мониторов отсутствует вредные излучения, а для CRT-мониторов регламентируется излучение до 0,5 микрорентген в час. Надежность LCD-мониторов, благодаря отсутствию в их схеме таких узлов, как строчная развертка, небольшая потребляемая мощность и отсутствие высоких напряжений, гораздо выше, чем у CRT-мониторов. У LCD-дисплея — безбликовый плоский экран и низкая потребляемая мощность (некоторые модели таких дисплеев потребляют 5 Вт, в то время как ЭЛТ-мониторы — порядка 100 Вт).
Рис. 1. Жидкокристаллический дисплей с активной матрицей (содержит по транзистору для каждого пикселя на экране — такой дисплей ярче, так как пикселы сами генерируют свет)
Дисплей на жидких кристаллах потребляет очень мало энергии, но для подсветки требуется значительная мощность(ресурс устройств подсветки около 20 000 часов). Эти дисплеи самые дешевые среди обширного семейства плоских панельных дисплеев. С их помощью можно получать высококонтрастные цветные изображения. При низкой температуре эти дисплеи замедляют работу. Если температура становится ниже определенного предела, они утрачивают работоспособность.
Современные LCD-дисплеи используют так называемую активную матрицу. В активной матрице каждая ячейка управляется транзистором, которым, в свою очередь, управляют через координатные шины. В цветных ЖК-экранах, в свою очередь, на один пиксель приходится три ячейки, и, управляя их яркостью, можно добиться различного цвета изображения на экране. В цветном LCD-индикаторе есть светофильтр, который имеет три ячейки на каждый пиксель изображения — по одной для отображения красной, зеленой и синей точек. Световая волна проходит через жидкокристаллическую ячейку, причем каждый цвет имеет свою ячейку
В LCD-экранах с активной матрицей каждая ячейка управляется своим транзисторным ключом. Например, дисплей с активной матрицей 800х600 содержит 480 000 транзисторов. Это обеспечивает более высокую яркость изображения, чем в LCD-экранах с пассивной матрицей, поскольку каждая ячейка оказывается под воздействием постоянного, а не импульсного электрического поля.
При этом, естественно, активная матрица потребляет больше энергии. Кроме того, наличие отдельного транзисторного ключа для каждой ячейки усложняет производство таких приборов и делает их более дорогостоящими. Активные матрицы обеспечивают более высокую контрастность изображения.
Цветные дисплеи имеют более сложные ячейки, состоящие из трех элементов для управления каждым из базисных цветов. По качеству цветопередачи LCD-дисплеи с активной матрицей и двойным сканированием в настоящее время превосходят большинство CRT-мониторов, но разрешающая способность у них ниже, а стоимость выше (у одной из моделей LCD-дисплеев фирмы NEC разрешение 1280×1024, а для реализации матрицы этой модели использовано около 4 млн. транзисторов). Однако разрешающая способность обычных LCD-экранов, как правило, более низкая, чем у типичных ЭЛТ, и стоят устройства намного дороже.
Активно-матричные дисплеи (или дисплеи с активной матрицей), также известные как TFT-дисплеи (Thin Film Transistor — тонкопленочные транзисторы) содержат по транзистору для каждого пикселя на всем экране. Транзисторы установлены в решетке из проводящего материала, обеспечивающей их горизонтальное и вертикальное соединение (рис. 1). Расположенные по периметру решетки электроды подают дифференцированное напряжение, адресуя каждый пиксель индивидуально.
В жидкокристаллическом дисплее с активной матрицей используется массив из тонкопленочных транзисторов (Thin Film Transistor — TFT). Тонкопленочный транзистор — это метод упаковки от одного до четырех транзисторов на пиксель в эластичный материал, который имеет размер и форму дисплея.
При производстве тонкопленочных транзисторов чаще всего используется либо гидрогенизированный аморфный силикон (a-Si), либо низкотемпературный полисиликон (p-Si). Их основное отличие — стоимость. При производстве большинства тонкопленочных транзисторов используется a-Si, однако более низкий температурный режим делает применение p-Si более выгодным.
Рис.2. Виртуальный экран для просмотра большого изображения по частям
Несмотря на то что в жидкокристаллическом дисплее используется большое количество транзисторов — от 480 000 до 1 920 000 (при разрешении 800х600), подавать сигнал на каждый пиксель не нужно. Сигнал в активно-матричном дисплее подается на строку или столбец транзисторов, как и в дисплее двойного сканирования.
Получая отдельное питание, каждый пиксель генерирует световое излучение нужного цвета, поэтому изображение на таком дисплее ярче и «живее», чем на дисплее двойного сканирования. Стало большим и поле зрения, так что у экрана могут устроиться сразу несколько человек. Изображение обновляется быстрее и четче, а дефекты изображения, присущие дисплеям двойного сканирования, вообще отсутствуют.
Активно-матричный дисплей с 480 000 транзисторов вместо 1 400 (на экране с разрешением 800х600) потребляет больше энергии, чем дисплей двойного сканирования и стоит гораздо дороже.
Неудивительно, что при таком количестве транзисторов чаще попадаются сбойные и, как результат, «мертвые» пиксели. Но в отличие от дисплеев двойного сканирования, в которых черная линия сразу бросается в глаза, здесь повреждение одного транзистора заметно гораздо меньше. Сейчас стало уже стандартом использовать в современных портативных системах активно-матричные дисплеи размером 12,1 дюйма с разрешением 800х600 или даже 1024х768. Системы верхнего уровня имеют активно-матричные дисплеи размером 15 дюймов и больше с разрешением до 1280х1024. Такие дисплеи уже недалеки от того, чтобы составить конкуренцию лучшим мониторам и видеоадаптерам настольных систем.
В любом случае LCD-панели требуют подсветки — либо задней (Back Light), либо боковой (Side Light) от дополнительного (чаще люминесцентного) источника освещения. Иногда используют внешнее освещение, при этом за панелью располагается зеркальная поверхность.
Рис. 3. Пример структурной схема монитора LCD монитора
Площадь изображения на экране размером 12,1 дюйма у жидкокристаллического монитоpа равна площади изображения на 14-дюймовом экране CRT-монитора. Площадь изображения на экране размером 13,8 дюйма у жидкокристаллического монитора равна видимой площади 15-дюймового CRT-экрана, а 15-дюймовый LCD-монитор равен по площади изображения 17-дюймовому классическому монитору.
Жидкокристаллические дисплеи большего размера (как, например, вышеупомянутый 17,3-дюймовый Silicon Graphics 1600) дают пользователю практически неограниченные возможности и по площади и разрешению сравнимы с 21-дюймовыми CRT-мониторами, что в условиях ограниченной по размерам настольной техники уже является пределом (табл. 1).
Глубина цвета и для жидкокристаллических, и для обычных ЭЛТ-дисплеев определяется одинаково — объемом видеопамяти. Если ее достаточно, то любой жидкокристаллический экран будет успешно работать ив 16-, и в 24-разрядном цветовом режиме. LCD-дисплеи имеют и ряд недостатков, обусловленных их природой: низкую контрастность, зависимость качества изображения от угла наблюдения. Но все технические проблемы решаются и популярность LCD-мониторов растет.
TFT-технологии бурно развиваются. К ним уже добавились разработки в области повышения контрастности черного стекла, увеличения угла зрения, понижения потребляемой мощности и сокращения времени отклика. Помимо самой матрицы в cocтав LCD-панели входят и схемы управления, основные функции которых — коммутация управляющих импульсов. Они содержат схемы кадровой и строчной развертки.
Видеосигнал представлен последовательностью импульсов-отсчетов. Тактовая частота определяется стандартом воспроизводимого сигнала. LCD-панели могут быть и мультистандартными (как например монитор BLISS 1500A) и работать как с телевизионными, так и с компьютерными сигналами. Схема строчной развертки переключает с тактовой частотой импульсы-отсчеты видеосигнала с одного вертикального электрода на другой. Схема кадровой развертки в интервале строчного гасящего им пульса осуществляет перекоммутацию горизонтальных электродов.
В современных схемах управления LCD-панелями используются самые разные ухищрения с тем, чтобы исправить недостатки или упростить систему управления. Уже упоминалось, что модуляционная характеристика прибора существенно нелинейная, из за чего заметно снижается число передаваемых градации.
Элементы нелинейной обработки видеосигнала позволяют заметно ослабить влияние пелинейности модулятора на качество изображения. Применение сдвоенных схем строчной развертки, одна из которых управляет нечетными электродами, а другая — четными, позволяет снизить тактовые частоты строчной развертки.
Современная интегральная техника предлагает самые замысловатые электронные схемы, размещенные в ограничен ном пространстве плоского монитора. Энергопотребление экранов на жидких кристаллах незначительно. В них не используются дефицитные и особо дорогостоящие детали. Тем не менее они в 3-4 раза дороже аналогичных экранов на кинескопах. Это связано в первую очередь с небольшим выходом годных изделий и существенно сдерживает массовое применение таких экранов
На рис. 3. показана типовая структурная схема LCD-мониторов (типа SyncMaster) Сразу видно, что она значительно отличается от структурных схем CRT-мониторов. Мониторы имеют автоматическую развертку с цифровым управлением от микропроцессора. Восьмиразрядный микропроцессор ST72E75 контролирует параметры развертки и разрешения в соответствии с установками пользователя через OSD-меню, записывает в память EEPROM информацию о частотах и настройках развертки, контролирует настройку у-коррекции(цветовой баланс).
Входной аналоговый RGB-сигнал с ПК может подаваться на 15-контактный разъем D-SUB (вход Video 1) или 21-контактный 1 3W3 (вход Video 2). Переключение входов Video 1 или Video 2 осуществляется коммутатором, который реализован на микросхеме BA7657F. Синхроимпульс Н-Sуnс выделяется из сигнала зеленого цвета микросхемой LM1881 и поступает через буфер 74F1 25 на схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) ICS1523.
Схема ФАПЧ включает в себя фазовый детектор, фильтр нижних частот и управляемый напряжением генератор. В случае отклонения строчной частоты входного сигнала от частоты развертки подстройка управляемого напряжением генератора осуществляется сигналами CLK+, CLK-. Сигналы трех основных цветов поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) AD9483.
На его выходе формируются восьмиразрядные цифровые сигналы основных цветов. LCD-контроллер на микросхеме MX88272FC выполняет функции масштабирования изображения и у-коррекции цвета. Его выходные сигналы используются схемой интерфейса SIL150, которая формирует цифровой код ТМОS для шинных дешифраторов.
Дешифраторы управляют засветкой каждого пикселя и конструктивно расположены на стеклянной подложке LCD-панели. Две лампы подсветки (ЛП) питаются от инвертора напряжением 500 В, 48 кГц. Яркость ЛП регулируется изменением величины питающего напряжения в диапазоне 400. 550 В. Вся схема монитора питается от DC/DC-конвертора, вырабатывающего 3 напряжения: 12 В, 5 В и 3,3 В, который, в свою очередь, питается от выносного AC/DC-адаптора.
Рис. 4. Блок-схема основной логической платы LCD-монитора LG 500LC
LCD-мониторы — по сути полностью цифровые устройства, и вследствие этого на компьютерном рынке сложилась парадоксальная ситуация: производители вынуждены обеспечивать совместимость LCD-панелей с ЭЛТ-мониторами, а в результате соединение цифрового монитора с компьютером осуществляется через аналогового «посредника». Первоначально цифровой сигнал преобразуется в аналоговый в видеокарте (первое, ЦАП-преобразование), а затем аналоговый сигнал трансформируется в цифровой электронным блоком самого LCD-монитора (второе, АЦП-преобразование). При этом возрастает риск различных искажений сигнала, значительно повышается стоимость как самой видеокарты, так и монитора. Получается, что пользователи платят дополнительные деньги за общее ухудшение качества.
Специалисты в области ЖК-технологий уже давно работают над созданием стандартного цифрового интерфейса для обмена данными между ЖК-мониторами и компьютерами. Для решения проблемы была создана Digital Flat Panel Group в которую входят 3D Labs, Acer, Apple, ATI, Compaq, Diamond, Fujitsu, Hewlet-Packard, LG, MAG Innovision, Matrox, Samsung, Toshiba, ViewSonic и другие компании из числа лидеров компьютерного рынка.
Результатом работы группы стал единый цифровой стандарт для LCD-мониторов. В результате был создан 20-контактный графический интерфейс, получивший название PanelLink. Сейчас интерфейс PanelLink принят в качестве стандарта ведущими мировыми производителями ЖК-мониторов и, вероятно, будет почитаться так же, как DDC 1/2В у производителей ЭЛТ-моделей ( рис. 4).
Источник: al-tm.ru