Как устроена матрица ЖК телевизора

LCD-матрица. Принцип работы жидкокристаллической панели.

«Сердцем» любого жидкокристаллического монитора является LCD-матрица (Liquid Cristall Display). ЖК-панель представляет из себя сложную многослойную структуру. Упрощенная схема цветной TFT LCD-панели представлена на Рис.2.

Принцип работы любого жидкокристаллического экрана основан на свойстве жидких кристаллов изменять (поворачивать) плоскость поляризации проходящего через них света пропорционально приложенному к ним напряжению. Если на пути поляризованного света, прошедшего через жидкие кристаллы, поставить поляризационный светофильтр (поляризатор), то, изменяя величину приложенного к жидким кристаллам напряжения, можно управлять количеством света, пропускаемого поляризационным светофильтром. Если угол между плоскостями поляризации прошедшего сквозь жидкие кристаллы света и светофильтра составляет 0 градусов, то свет будет проходить сквозь поляризатор без потерь (максимальная прозрачность), если 90 градусов, то светофильтр будет пропускать минимальное количество света (минимальная прозрачность).

Расположение светофильтров подсветки матрицы телевизора LG + сериал

Принцип работы LCD-панели

Рис.1. ЖК-монитор. Принцип работы LCD-технологии.

Таким образом, используя жидкие кристаллы, можно изготавливать оптические элементы с изменяемой степенью прозрачности. При этом уровень светопропускания такого элемента зависит от приложенного к нему напряжения. Любой ЖК-экран у монитора компьютера, ноутбука, планшета или телевизора содержит от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов таких ячеек, размером долей миллиметра. Они объединены в LCD-матрицу и с их помощью мы можем формировать изображение на поверхности жидкокристаллического экрана.
Жидкие кристаллы были открыты еще в конце XIX века. Однако первые устройства отображения на их основе появились только в конце 60-х годов XX века. Первые попытки применить LCD-экраны в компьютерах были предприняты в восьмидесятых годах прошлого века. Первые жидкокристаллические мониторы были монохромными и сильно уступали по качеству изображения дисплеям на электронно-лучевых (ЭЛТ) трубках. Главными недостатками LCD-мониторов первых поколений были:

• — низкое быстродействие и инерционность изображения;
• — «хвосты» и «тени» на изображении от элементов картинки;
• — плохое разрешение изображения;
• — черно-белое или цветное изображение с низкой цветовой глубиной;
• — и т.п.

Однако, прогресс не стоял на месте и, со временем, были разработаны новые материалы и технологии в изготовлении жидкокристаллических мониторов. Достижения в технологиях микроэлектроники и разработка новых веществ со свойствами жидких кристаллов позволило существенно улучшить характеристики ЖК-мониторов.

Как устроенна матрица (Что у нее внутри) ноутбуков и мониторов

Устройство и работа TFT LCD матрицы.

Одними из главных достижений стало изобретение технологии LCD TFT-матрицы – жидкокристаллической матрицы с тонкопленочными транзисторами (Thin Film Transistors). У TFT-мониторов кардинально возросло быстродействие пикселей, выросла цветовая глубина изображения и удалось избавиться от «хвостов» и «теней».
Структура панели, изготовленной по TFT технологии, приведена на Рис.2

Структура ЖК-панели

Рис.2. Схема структуры TFT LCD матрицы.
Полноцветное изображение на ЖК-матрице формируется из отдельных точек (пикселей), каждая из которых состоит обычно из трех элементов (субпикселей), отвечающих за яркость каждой из основных составляющих цвета — обычно красной (R), зеленой (G) и синей (B) — RGB. Видеосистема монитора непрерывно сканирует все субпиксели матрицы, записывая в запоминающие конденсаторы уровень заряда, пропорциональный яркости каждого субпикселя. Тонкопленочные транзисторы (Thin FilmTrasistor (TFT) — собственно, поэтому так и называется TFT-матрица) подключают запоминающие конденсаторы к шине с данными на момент записи информации в данный субпиксель и переключают запоминающий конденсатор в режим сохранения заряда на все остальное время.
Напряжение, сохраненное в запоминающем конденсаторе TFT- матрицы, действует на жидкие кристаллы данного субпикселя, поворачивая плоскость поляризации проходящего через них света от тыловой подсветки, на угол, пропорциональный этому напряжению. Пройдя через ячейку с жидкими кристаллами, свет попадает на матричный светофильтр, на котором для каждого субпикселя сформирован свой светофильтр одного из основных цветов (RGB).

Рисунок взаиморасположения точек разных цветов для каждого типа ЖК-панели разный, но это отдельная тема. Далее, сформированный световой поток основных цветов поступает на внешний поляризационный фильтр, коэффициент пропускания света которого зависит от угла поляризации падающей на него световой волны.

Поляризационный светофильтр прозрачен для тех световых волн, плоскость поляризации которых параллельна его собственной плоскости поляризации. С возрастанием этого угла, поляризационный фильтр начинает пропускать все меньше света, вплоть до максимального ослабления при угле 90 градусов. В идеале, поляризационный фильтр не должен пропускать свет, поляризованный ортогонально его собственной плоскости поляризации, но в реальной жизни, все-таки небольшая часть света проходит. Поэтому всем ЖК-дисплеям свойственна недостаточная глубина черного цвета, которая особенно ярко проявляется при высоких уровнях яркости тыловой подсветки.
В результате, в LCD-дисплее световой поток от одних субпикселей проходит через поляризационный светофильтр без потерь, от других субпикселей — ослабляется на определенную величину, а от какой-то части субпикселей практически полностью поглощается. Таким образом, регулируя уровень каждого основного цвета в отдельных субпикселях, можно получить из них пиксель любого цветового оттенка. А из множества цветных пикселей составить полноэкранное цветное изображение.
ЖК-монитор позволил совершить серьезный прорыв в компьютерной технике, сделав ее доступной большому количеству людей. Более того, без LCD-экрана невозможно было бы создать портативные компьютеры типа ноутбуков и нетбуков, планшеты и сотовые телефоны. Но так ли все безоблачно с применением жидкокристаллических дисплеев?

Понравился материал? Поделитесь им в соцсетях:

Источник: eco-e.ru

Что находится внутри ЖК телевизора, как устроена матрица, разбираем по слоям

Телевизоры в наших домах часто становятся практически членами семьи, а поскольку в семьях отношения бывают разные, то и телевизорам, как домашним питомцам не редко достаётся от разбушевавшихся хозяев. В силу своих увлечений ремонтом радиотехники, мне неоднократно приходилось видеть такие разбитые аппараты.

Часто они страдают во время чемпионатов по футболу или хоккею. В такие моменты у телевизоров есть высокий риск быть выброшенным из окна, или словить экранном шайбу в виде пепельницы или бутылки от пива. Не очень стойко они переносят на себе и семейные ссоры, когда по дому летают различные предметы.

Конечно, разбить экран телевизора старой модели, имеющего кинескоп, не так просто. Можно сделать сколы, царапины, но разбить … это нужно очень сильно психануть и приложиться чем то увесистым! Переднее стекло у них довольно толстое. А вот современные модели, слишком нежны, и порою не выдерживают страстей.

Разбитый телевизор

Итак друзья! В этой не большой заметке, не несущей никакой практической пользы, я хочу затронуть тему домашнего насилия над телевизорами ))) Шутка!

На самом деле появилась возможность в буквальном смысле проникнуть за экран ЖК телевизора и показать вам, как там всё устроено. Ранее я писал статью о различии телевизоров разных технологий ЖК, LED, OLED, Плазма, Квантовые точки. Но тогда пришлось обойтись лишь описанием и схематическими рисунками. Сейчас же можно заглянуть во внутрь экрана живого LED телевизора.

Для тех, кто занимается ремонтом, здесь не будет ничего интересного, уважаемые мастера каждый день видят и более «обнажённую» аппаратуру. Для тех же, кто видел телевизор только как зритель, возможно это покажется любопытным. Кстати, я не спроста начал с темы «Насилия над телевизорами» Наш пациент в виде 40 дюймового смарт телевизора SAMSUNG пострадал именно от рук отчаянной домохозяйки в состоянии нервного срыва.

Вот так он теперь выглядит.

При этом сам телевизор работает, ну в смысле всё кроме изображения. Давайте включим его!

Судя по количеству мест попадания, нервный срыв был продолжительным. Или применялось «оружие массового поражения».

Пришла пора заглянуть за экран. Начнём сверху разбирать слои, первый слой это матрица. Толщина её примерно 1,2 мм.

Матрицу можно разделить ещё на три слоя. Вот посмотрите фото расслоённого куска матрицы.

Итак — плёнка защитная, тонкий слой стекла с ячейками пикселей и цветофильтров, и ещё один слой стекла с токопроводниками, между ними жидкие кристаллы. Весь «бутерброд» примерно 1.2 мм. На фото кажется немного толще чем на самом деле.

За матрицей следуют два слоя из белого пластика создающих равномерный фон подсветки от светодиодов, и собственно сами светодиоды с линзами-рассеивателями.

Если включить то выглядеть будет так.

Ну вот теперь вы имеете представление о том как устроен экран вашего ЖК телевизора, разве что в более старых моделях используются не светодиоды, а тонкие и длинные люминисцентные лампы.

Как видите, экраны жк телевизоров не слишком прочны, будьте с ними ласковы и аккуратны! )))

• ← Уход за пластиковыми окнами и подоконниками
• Небольшой отчёт о использовании Кэшбэк — сервиса →

Источник: samsebetehnik.ru

Lcd дисплей

Как известно, LCD заняли почётное первое место на рынке, сместив старые ЭЛТ мониторы. В те времена, когда «пузатые ящики» стояли на каждом рабочем столе, выбор монитора был сильно ограничен. И при приобретении компьютерной техники большинство людей брали первый попавшийся дисплей на прилавке.

Потому как они практически ничем не отличались друг от друга. «Трубчатые» мониторы имели ряд серьёзных проблем, в том числе и связанные со здоровьем пользователя. Ведь мерцание экрана негативно влияло на глаза. И люди, постоянно работающие за компьютером, регулярно портили себе зрение.

Подобные проблемы и внушительные габариты дисплеев CRT заставляли производителей постоянно улучшать технологии производства. И в результате на свет появились LCD экраны. Разработка получилась настолько удачной, что со временем LCD стали основой для развития всё новых технологий в мониторостроении.

Что означает LCD

Название «Liquid Crystal Display» переводится как «Жидкокристаллический дисплей». Эта технология делает мониторы гораздо тоньше. И при этом значительно увеличивается площадь экрана.

Жидкие кристаллы и управление ими

Liquid Crystal (жидкие кристаллы) представляет собой органические вещества. При воздействии электрического напряжения кристаллы способны менять интенсивность пропускаемого через них света.

LCD матрица устроена так, что между двумя пластинами из стекла или пластика расположена сетка из жидких кристаллов. ЖК кристаллы, в свою очередь, расположены параллельно друг к другу. И это позволяет свету проникать через панель. А когда на матрицу приходит электрический сигнал, кристаллы начинают менять своё положение. И перекрывают проходящий через них свет.

Прилагая к матрице разный уровень напряжения, можно манипулировать интенсивностью света. Таким образом, при подаче слабого напряжения кристаллы будут оставаться в стандартном положении — 0 градусов. И поэтому свет будет проходить без потерь. Однако если изменить напряжение, кристаллы могут повернуться вплоть до 90 градусов. И тогда свет вообще не проникнет через панель – экран будет чёрным.

Любой современный ЖК-дисплей, будь то монитор компьютера, экран ноутбука или смартфона, имеет сотни тысяч таких кристаллов. И все они объединены в LCD матрицу. Именно с помощью таких ячеек, размером долей миллиметра, можно формировать изображение. А также менять яркость, контрастность и цветопередачу.

История создания жидкокристаллического дисплея

История ЖК технологий берёт начало с изобретения английскими учёными стабильного жидкого кристалла. Потому как первые жидкие кристаллы были очень нестабильны. А также потребляли огромное количество энергии. И для серийного производства они, мягко говоря, не годились.

Однако в 71-м году, благодаря Джеймсу Ли Фергесону (Fergason), работавшему в корпорации RCA (Radio Corporation of America) , мир увидел более совершенную версию ЖК дисплея. Новое открытие вызвало бурю обсуждений, и было принято очень горячё. И с того момента ЖК дисплеи стали распространяться в массы.

Виды ЖК экранов

По типу матрицы мониторы делятся на:

• DSTN (dual-scan twisted nematic) — жидкокристаллические дисплеи с двойным сканированием.
• TFT (thin film transistor) – экраны с тонкоплёночными транзисторами.

Наибольшее распространение получили как раз TFT дисплеи. Потому как они имеют больший функционал и лучшую стабильность.

Стоит отметить профессиональные LTV мониторы для видеонаблюдения. Такие дисплеи разительно отличаются от обычных компьютерных. Например, могут плавно отображать сразу несколько видеотрансляций на одном экране.

Как устроен LCD дисплей

Устройство LCD дисплея напоминает собой сэндвич. То есть, различные слои наложены друг на друга. В основе лежат пластины из стекла или, редко, из пластика. А между этими пластинами находится «начинка»:

• тонкоплёночный транзистор,
• цветной фильтр, который содержит основные цвета (красный, зелёный и синий),
• слой жидких кристаллов.

Источником света в LCD мониторах являются флуоресцентные лампы или светодиоды.

ЖК матрица

Основой LCD дисплея является матрица. ЖК матрица же состоит из различных слоёв:

• рассеиватель света,
• электроды,
• стекло,
• поляризаторы,
• слой с жидкими кристаллами.

Изображение строится с помощью целого массива пикселей. Которые, в свою очередь, снабжены светодиодами красного, зелёного и синего цвета.

Пассивная матрица

Принцип работы пассивной матрицы состоит в том, что каждая строка и столбец дисплея имеет собственный драйвер. И этот драйвер быстро выполняет анализ сигнала для активации необходимых пикселей. Но в современных реалиях, при увеличении размеров монитора и параметров яркости, изготовление таких матриц становится затруднительным. Потому как приходится увеличивать мощность потока энергии через линию управления. И из-за этого светодиоды в таких дисплеях больше подвержены выгоранию.

Активная матрица

Этот вид матриц решает проблемы с потребляемой энергией за счёт внедрения TFT технологии. Тонкоплёночные транзисторы управляют током через светодиод. А значит, управляют и яркостью отдельного пикселя. В этом случае через матрицу может проходить и более слабый ток для понижения яркости экрана.

Таким образом, яркость, контрастность и отображение цвета на таких матрицах лучше. А потребляемая энергия меньше.

Модуль подсветки

Каждый LCD дисплей снабжён модулем подсветки, который и создаёт свет. Потому что, без дополнительного внутреннего свечения человеческий глаз попросту не распознает изображение.

На базе флуоресцентных ламп

Такой тип подсветки позволяет получить различные цвета, в том числе и белый цвет экрана, который чаще всего используется в LCD дисплеях. Потребление электроэнергии при подсветке флуоресцентными лампами невелико. Однако для стабильной работы нужен источник переменного напряжения 80-100 В.

Дисплеи с такой подсветкой потребляют меньше энергии, но срок службы не так уж и велик.

На базе светодиодов

В отличие от предыдущей схемы подсветки, светодиоды дают более продолжительный срок эксплуатации. А также большую яркость экрана. Такая подсветка может работать и без преобразователей. Но необходима установка токоограничительных транзисторов.

Модуль управления

Плата управления является важным узлом в устройстве дисплея.
Именно на этой плате располагается основная распиновка и два микропроцессора, отвечающие за функционирование монитора.

Первый микропроцессор это восьми битный микроконтроллер. Он отвечает за ряд простых, но очень нужных функций:

• работа кнопочной панели,
• включение и выключение монитора,
• функционирование подсветки.

Для того чтобы настройки монитора не сбивались, к этому микроконтроллеру прилагается схема памяти.

Назначение второго микропроцессора куда обширней. Ведь он отвечает за обработку аналогового сигнала и подготовку его вывода на ЖК-панель.

Таким образом, плату управления можно назвать мозгом дисплея. Потому что всё управление ЖК дисплеем проходит именно в цифровом виде. Сигнал, проходящий с видеокарты, попадает сюда, после чего мы и получаем изображение.

Блок питания

Блок питания ЖК монитора служит для преобразования переменного сетевого напряжения — 220V в постоянное, но небольшой величины, от 4 до 12V.

Стоит отметить, что некоторые неисправности ЖК мониторов возникают именно из-за проблем с блоком питания. Потому как из-за сильных скачков напряжения транзисторы перегорают.

Корпус

Всё, что было перечислено выше, упаковано в корпус монитора. В плане характеристик корпуса всё зависит от фантазий разработчиков. Будь то форма или материал, из которого он изготовлен.

Интересной частью корпуса является панель управления монитором. В этой роли выступают как обычные механические кнопки, так и интерактивные иконки на самом экране. А также каждый монитор снабжён всей необходимой распиновкой. А некоторые даже разъёмами для аудиосистемы.

Характеристики ЖК мониторов

Мониторы компьютерные жидкокристаллические имеют ряд присущих им технических характеристик. И по этому выбрать себе подходящий монитор не так просто. Каждый вид дисплея имеет свои плюсы и минусы. Однако выявить явного фаворита практически невозможно.

Тип ЖК матрицы

Преимущества и недостатки ЖК мониторов во многом зависят от типа матрицы. И при выборе нового дисплея к своему компу, стоит учесть то, чем вы занимаетесь. Потому что каждая матрица в той или иной мере отличается по качеству изображения.

• TN матрица. Это наиболее распространённый и самый старый из представленных типов матриц. Экраны с такой матрицей отличаются самой низкой ценой среди конкурентов. А также быстрым временем отклика. Однако страдают малыми углами обзора и плохими показателями цветопередачи и контрастности.
• IPS матрица. Такие дисплеи подойдут тем, кто работает с фото и видео. А также просто любителям посмотреть фильмы или сериалы. Так как IPS матрицы обеспечивают приемлемую цветопередачу и углы обзора. А минусом можно считать высокую цену и повышенное время отклика экрана.
• MVA матрица. Это нечто среднее между IPS и TN технологиями. Такие экраны обладают отличной контрастностью и неплохим временем отклика. Однако углы обзора заметно ниже, чем у IPS. Так что, эти мониторы хорошо подойдут геймерам.

Отдельно стоит отметить новую прогрессивную технологию LTPS. Она обеспечивает невероятно быстрое время отклика, которое выше показателей IPS в два раза.

Разрешение монитора

Показатель разрешения монитора зависит от соотношения точек с физическими габаритами экрана. И чем больше разрешение экрана, тем больше деталей он отображает.

Яркость

Этот параметр зависит как от типа подсветки, так и от типа самой матрицы. А самыми яркими считаются мониторы со светодиодной подсветкой и IPS матрицами.

Контрастность

Эта характеристика отвечает за баланс чёрного и белого цвета в изображении. И чем выше контрастность, тем глубже отображаются оттенки цветов. Например, хорошей контрастностью отличаются мониторы с MVA матрицей.

Угол обзора

От угла обзора зависит то, с какого положения монитора изображение будет оставаться чётким. Ведь при низких углах обзора цвета начинают отображаться некорректно (затемняются). И тогда приходится смотреть на монитор только под прямым углом. Такого недостатка практически лишены IPS матрицы.

Время реакции пикселя

От этого показателя зависит плавность движения изображения. И при низких его значениях динамическое изображение отображается некорректно. Что проявляется в появлении шлейфов, полос и артефактов. Да, конечно при просмотре обычного видео это не так заметно. А вот при игре в динамичные видеоигры такой недостаток быстро заявит о себе.

Количество отображаемых цветов

Помимо цветных мониторов, и по сей день, продолжает жить монохромный ЖК-дисплей. Такие экраны отображают только один цвет разных оттенков. А используются они, например, в бортовых компьютерах станков, бытовых агрегатов и автомобилей.

Что касается обычных LCD мониторов, то в любом из них используется система RGB Color. Red – красный, Green – зелёный, Blue – синий. При этом, многообразие и качество цветовой гаммы зависит от типа матрицы. А самая качественная цветопередача у IPS матриц.

Бывает, что цветные мониторы отображают не те цвета. Например, встречается такое явление, как инверсия ЖК дисплея. При инверсии цвета начинают отображаться некорректно, а то и вовсе меняются местами.

Интерфейс монитора

Эта характеристика напрямую зависит от модели и производителя. Так, помимо стандартных элементов настройки и управления питанием, мониторы снабжаются дополнительным интерфейсом аудиосистемы. А также управления подсветкой монитора и многим другим.

Послесловие

LCD дисплеи прошли сложный путь и продолжают развиваться по сей день. И на рынке появляются всё новые конкуренты. Например, плазма и amoled технологии. Однако до сих пор LCD мониторы занимают почётное первое место. И, хотя, технические характеристики таких дисплеев ещё не совершенны.

Тем не менее, каждый найдёт себе LCD по вкусу.

Источник: monitorvsem.ru