Работа жидко-кристаллических элементов LCD-мониторов основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным.
Таким образом поляроид как бы «просеивает» свет. Этот эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.
Общая блок-схема LCD-монитора показана на рис. 1. Панель любого LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов называемых пикселями, их количество соответствует произведению разрешения монитора по горизонтали и вертикали, и каждый пиксел в цветной панели состоит из трех субпикелов — красного, зеленого и синего. Управляя всеми пикселами панели, можно формировать изображение.
IPS Glow-effect and old TN Acer. Кристаллический, глоу эффект матрицы
В тонкопленочных полупроводниковых жидкокристаллических мониторах TFT LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) жидкокристаллическое вещество расположено между двумя слоями стекла (рис. 2). Свет проходит через кристаллы в соответствии с направлением, в котором повернуты их молекулы. Поляризационные фильтры регулируют проходящий через них свет. При подаче напряжения молекулы кристалла занимают положение, при котором свет встречается с поляризационным фильтром прямо или под углом 90°.
Напряжение заставляет жидкие кристаллы работать подобно затвору камеры, блокируя или разрешая прохождение света сквозь фильтры. Высокая эффективность мониторов TFT LCD обусловлена малым расходом материалов и энергии. Высокий КПД и низкий уровень электромагнитного излучения позволяет отнести эти мониторы к разряду устройств, «дружелюбных» к окружающей среде.
Рис. 1. Общая блок-схема LCD-монитора.
В жидкокристаллическом (ЖК) дисплее материал помещен между двумя стеклянными панелями (рис. 2). При этом используются электрооптические свойства жидкого кристалла, помещенного в электрическом поле. От других типов дисплеев он отличается тем, что использует свет от внешнего источника.
ЖК дисплей может быть изготовлен очень тонким и потребляет весьма мало энергии. Жидкий кристалл — промежуточное состояние между жидкой и твердой фазами вещества — проводит или не проводит свет в зависимости от приложенного к нему напряжения или температуры. Отсюда следует, что, управляя напряжением или температурой в определенной области, можно создавать яркие изображения.
Несмотря на очевидные преимущества в размерах и энергоэффективности, применению ЖК мониторов сопутствовало ряд проблем: повышение контрастности, увеличение угла обзора, снижение стоимости и др..
Недостатки IPS матрицы на мониторе Philips 276E9QDSB. Glow эффект.
Рис. 2. Структура LCD-панели жидкокристаллического TFT монитора и работа пиксела (одного цвета) под управлением напряжения.
Источник: al-tm.ru
Жидкокристаллические мониторы (какое физическое явление происходит)
Экраны LCD-мониторов (LiquidCrystalDisplay, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.
Жидкие кристаллы (LiquidCrystal) — 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.
Сенсорный экран.
Сенсорный экран — устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.
Достоинства · Простота интерфейса. · В аппарате могут сочетаться небольшие размеры и крупный экран. · Быстрый набор в спокойной обстановке. · Серьёзно расширяются мультимедийные возможности аппарата.
Недостатки · Нет тактильной отдачи · Высокое энергопотребление. · Особо тонкие модели экранов даже при незначительном повреждении рискуют быть растресканными или вообще разбитыми. · Гигиена экрана.
Чаще всего сенсорная технология реализована по одному из трёх принципов. А именно, это: — резистивная технология — ёмкостная технология — проекционно-ёмкостная технология Резистивная технология Сенсорные экраны, изготовленные по резистивной технологии, пожалуй являются самыми простыми по устройству.
В общем случае резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны. И на пластину и на мембрану нанесены токопроводящие слои. В исходном состоянии между мембраной и пластиной размещён слой микроизоляторов, которые надёжно изолируют эти самые токопроводящие слои. Нажимая на поверхность мембраны резистивного экрана, пользователь продавливает мембрану, и слои замыкаются. В этот момент контроллер, отслеживающий изменение сопротивления резистивного слоя, с помощью аналого- цифрового преобразователя определяет координаты касания. Далее, полученные
координаты сверяются с элементами интерфейса, что и даёт возможность осуществлять сенсорный ввод. Более детально эта сенсорная технология изложена здесь. Достоинства: Резистивные экраны широко распространены благодаря удачному сочетанию потребительских качеств.
Основные преимущества резистивных экранов заключаются в том, что они наиболее дешёвые и в то же время неприхотливы. Производитель гаджетов прежде всего посчитает, сколько стоит сенсорный экран. Они устойчивы практически к любым видам загрязнений, сохраняя при этом работоспособность.
На чувствительный слой экрана здесь можно воздействовать любым твёрдым предметом, пальцем, в том числе в перчатке, монетой . . Недостатки: Есть и недостатки. Резистивное покрытие сенсорного экрана достаточно сильно ослабляет световой поток. Пластиковую мембрану легко разрезать острым предметом, что может нарушить работу экрана.
Число нажатий в одну точку достаточно велико, до 35 млн., однако по этому параметру резистивные тачскрины уступают другим своим сенсорным собратьям. На таких устройствах нельзя организовать полноценный мультитач, возможен разве что упрощённый вариант на два касания. В процессе эксплуатации приходится делать калибровку подобной сенсорной системы.
Емкостная технология В соответствии с емкостной технологией экран представляет из себя стеклянную панель, снабжённую проводящим покрытием. В углах экрана расположены электроды, подающие на покрытие небольшое напряжение, безопасное для человека.
Работа емкостного экрана основана на том факте, что организм человека обладает определённой ёмкостью и посему способен проводить электрический ток. Во время касания экрана пальцем происходит утечка переменного тока через тело человека. Контроллер в этот момент замеряет ток утечки по всем четырём углам экрана, и на основе этой информации вычисляет координаты касания.
Ну и далее эти координаты используются для взаимодействия с интерфейсом системы. Подробнее указанный вариант сенсорной технологии освещён по этой ссылке. Достоинства: Преимущество технологии в увеличенном ресурсе, до 200 млн. нажатий. Покрытие более прозрачно, пропускает до 90% света. К загрязнению экран не чувствителен, но только если оно не проводящее.
Проводящее загрязнение может нарушить работу емкостного экрана. Недостатки: Существенным недостатком можно признать тот факт, что экран не реагирует на руку в перчатке. Не проводящий предмет не может воздействовать на сенсорное покрытие. Однако заметим, что для любителей гаджетов выпускают специальные перчатки для сенсорных экранов.
23:46:56 Проекционно-ёмкостная технология Сенсорный экран в этом варианте состоит из стеклянной пластины, на обратной стороне которой нанесена сетка, состоящая из электродов. Каждый электрод отслеживается контроллером. Если докоснуться до стекла, то палец вместе с ближайшим электродом образует конденсатор, диэлектриком которого является стеклянный слой.
Этот конденсатор способен проводить переменный ток. Контроллер постоянно производит опрос электродов в импульсном режиме и по появившемуся току может замерить полученную ёмкость, определив параметры воздействия на сенсорный монитор. Достоинства: Основные преимущества заключаются в высокой прозрачности экрана, долговечности — число нажатий в одну току теоретически не ограничено ( до выхода из строя электроники). Систему можно настроить так, что экран будет реагировать на руку в перчатке и даже только на поднесённый палец. Возможен антивандальный вариант
исполнения с применением толстого стекла. Экран в этом исполнении сохраняет работоспособность в широком диапазоне температур, может работать на морозе. Ну и ещё одно большое преимущество заключается в возможности реализации полноценной функции мультитач. Преимуществ много у таких экранов. Недостатки: Недостатков немного, но они существенны. Основной недостаток-цена.
Они, к сожалению, дорогие. Посему используются чаще всего в дорогих устройствах. Такой вариант сенсорного экрана требует сложной электроники, что так же не добавляет надёжности гаджетам.
Плазменные мониторы
Газоразрядный экран (также широко применяется английская калька «плазменная панель») — устройство отображения информации, монитор, основанный на явлении свечения люминофора под воздействием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в ионизированном газе, иначе говоря, в плазме. Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными пластинами, внутри которых расположены прозрачные электроды, образующие соответственно шины сканирования, подсветки и адресации. Разряд в газе протекает между разрядными электродами (сканирования и подсветки) на лицевой стороне экрана и электродом адресации на задней стороне. Принцип действия Принцип действия монитора основан на плазменной технологии: используется эффект свечения инертного газа под воздействием электричества (примерно так же, как работают неоновые лампы).
Источник: megaobuchalka.ru
LCD-монитор — принцип работы.
Прогресс не стоит на месте. Безусловно это касается различных комплектующих компьютера. В силу чего, с неописуемой скоростью развиваются технологии, а также создаются новые. И все они используются в ноутбуках, ПК и смартфонах. Особенно актуальна одна из таких технологий LCD-мониторы или дисплеи.
В одной их наших статей мы говорили о характеристиках LCD-мониторов. Сегодня мы расскажем о принципах его работы, преимуществах и недостатках.
LCD, или жидкокристаллический дисплей – экран, который работает на основе жидких кристаллов. А основной принцип работы заключается в самих жидких кристаллах. Также они имеют свойство поворачивать плоскость поляризации проходящего через них света.
Жидкокристаллические дисплеи используются на данный момент практически на всех устройствах, которые предполагают наличие экрана. Они не только меньше трубочных дисплеев, но и намного качественнее. Цвета на таких экранах намного приятнее, ярче, разнообразнее и четче. Также они легко показывают объекты в движении и имеют более широкий формат.
Далее в статье мы опишем как работает LCD дисплей и его основные преимущества.
Принцип работы ЖК дисплея
Экраны LCD (Liquid Crystal Display), или жидкокристаллические мониторы, сделаны из вещества под названием цианофенил. Оно находится в жидком состоянии, но обладает свойствами, которые присущи кристаллическим телам. Цианофенил – это жидкость, обладающая азинотропией свойств, связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.
Жидкие кристаллы – это смесь определенных веществ, которая обладает свойствами как жидкостей, так и кристаллов. Хотя как жидкость она текучая и может заполнить собой все пространство, в которое помещена. А как кристалл она состоит из молекул, которые располагаются в четком структурированном порядке.
Жидкие кристаллы, которые используются в дисплеях, состоят из стержнеобразных молекул. Обычно они расположенных параллельно друг другу. Как следствие, благодаря поступающему напряжения, жидкие кристаллы могут менять свое положение в пространстве.
Жидкие кристаллы расположены в основном структурном элементе ЖК-дисплея – в пикселях, точнее в субпикселях. В субпикселях кристаллы расположены слоями таким образом, чтобы получалась спираль. Такая спиралевидная система стоит между двумя электродами и двумя цветными пластинками с поляризационной пленкой. Учитывая, что все дисплеи работают по принципу RGB, то логично предположить, что и LCD работает так же. В первой ячейке пластики красные, во второй и третьей – зеленые и синие, соответственно.
Поляризационная пленка.
Она пропускает через себя световые колебания определенной ориентации. В результате вертикально ориентированные световые колебания проходят через первую пластинку, а через вторую – горизонтальные.
Что происходит дальше? Субпиксель подсвечивается, свет проходит через первую пластинку и становится вертикально ориентированным.
Далее есть три варианта развития событий:
- При отсутствии напряжения на электродах жидкие кристаллы остаются в состоянии покоя и образуют спираль. Прежде всего свет проходит через нее и в итоге ориентация меняется на горизонтальную. В то время как, свет выходит наружу через вторую пластинку. Как итог, мы видим яркий цвет – красный, зеленый или синий.
- При подаче напряжения на электроды кристаллы поворачиваются перпендикулярно первой вертикальной пластинке. А сам свет проходит через них, ориентация остается вертикальной, а горизонтальная пластинка уже не пропускает его. Поэтому в результате – более тусклый свет или его отсутствие, то есть черный цвет.
- При различной подаче напряжения на три разных субпикселя. Например, на красный – сильное, на зеленый – послабее, а на синем – отсутствие напряжения. Поэтому мы увидим яркий красный, тусклый зеленый и не увидим синего цвета совсем.
На ЖК-дисплеях установлено обычно от миллиона пикселей. А субпикселей, соответственно, в три раза больше. Именно поэтому мы можем видеть различные оттенки и полутона. Потому чем больше пикселей, тем приятнее и естественные будет выглядеть картинка на вашем LCD-мониторе.
Преимущества LCD-мониторов
- Невысокая стоимость. Объясняется это тем, что материалы и электроэнергия для LCD расходуются в меньшем количестве и дешевле. Как следствие, вы можете легко найти дешевый телевизор с LCD-монитором с разрешением в 4К. И цены устройств с таким экраном порядка в 10 раз ниже, чем у аналогичных с OLED-экраном.
- Более четкое изображение. Если сравнивать с OLED-дисплеями, которые тоже востребованы на рынке, то LCD-мониторы намного четче. Поэтому они лучше передают цвета, четкость и контраст изображения. Так как связано это, во-первых, с продолжительностью работы различных светодиодов. В конце концов в OLED они изнашиваются намного быстрее. А причина заключается в равномерности вывода света.
- Отсутствие статистического напряжения. У каждого в жизни был телевизор с трубочным дисплеем. Обычно на нем всегда скапливалось много пыли. а при касании экрана могло несильно дернуть током. В LCD-мониторах этих проблем нет. А напряжение, подаваемое на жидкие кристаллы, настолько мало, что не может вызвать даже статического напряжения.
- Меньшие габариты устройства. Жидкокристаллический экран не требует большого пространства в устройстве. Пиксели занимают очень мало места. А по толщине такие экраны составляют максимум 5 сантиметров. Тогда как трубочные дисплеи занимали очень иного места.
- Антибликовое покрытие. Встроенная поляризационная пленка устраняет абсолютно любые блики. Это очень удобно, когда на экран светят прямые солнечные лучи. В результате вы не увидите бликов и отсветов. В конце концов, экран будет казаться немного тусклее, чем он есть.
- Малое потребление энергии. Подсветка пикселей и доступ к ним напряжения – основное потребление энергии при работе LCD-монитора. В силу чего такие экраны и дисплеи потребляют намного меньше энергии, чем другие виды экранов.
- Срок службы. Срок службы LCD-мониторов намного выше, чем у других экранов – OLED, LED или ЭЛТ. Потому что время работы лампы подсветки составляет от 25000 часов и даже больше.
Недостатки LCD-экранов
- Уровень яркости. Такие мониторы малочувствительны к изменениям яркости. Поэтому даже при прокрутке ее на максимум пользователь может не особо заметить изменение яркости. Особенно если он находится на солнце. А также некоторые LCD-мониторы могут просто не обеспечивать комфортный уровень яркости для пользователя.
- Контрастность. У жидкокристаллических мониторов контрастность ниже, чем у мониторов OLED. Кроме того некоторые мониторы не чувствительны к изменениям уровня контрастности экрана. Или же может отсутствовать глубина контрастности.
- Равномерность подсветки экрана. Иногда в LCD-дисплеях бывает достаточно сложно добиться равномерности подсветки экрана. В результате чего на дисплее можно заметить более светлые или темные участки. Это становится очень заметно при однотонном фоне экрана. А связано это с тем, что чем больше дисплей, тем больше в нем установлено матриц, которые его подсвечивают.
- Качество изображения. При переходе на другое разрешение отличное, от рекомендуемого, может легко «съедаться» качество изображения. Но это можно исправить. Благодаря технологиям как аппаратного, так и программного сглаживания, этот минус уже почти устранен.
Итоги
В данной статье вы увидели принцип работы жидкокристаллических мониторов. А также их преимущества и недостатки.
Все недостатки, представленные выше, с каждым годом исправляются и корректируются. К счастью их и так немного, но становится их меньше и меньше.
Другое дело преимущества, которых становится все больше и больше с каждой новой моделью LCD-мониторов. Кроме того, приемлемая цена, небольшие размеры и отличные характеристики – что еще нужно для покупки LCD-экрана?
Характеристик жидкокристаллических мониторов вполне достаточно для работы с ними. Вот почему они идеально подойдут для офисной работы, программной, а также игровой и развлекательной деятельности. По цене такие изделия уже давно стали общедоступными. И любой пользователь среднего ценового сегмента может себе позволить устройство с таким экраном.
Источник: terabyte-club.com