Описать структуру tft проектора его характеристики

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).

Проектор/Авторитет проекторов/Внешний авторитет/ 2 упражнения /Оценка окружения

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.

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

Технические средства информатизации (стр. 25 из 57)

Одним из главных компонентов модулятора является зеркало-поляризатор, одновременно выполняющее функции зеркала, поляризатора и анализатора. Световая волна, падающая на него под углом 45°, разделяется на две составляющие: одна с поляризацией, параллельной поверхности зеркала, и другая—с поперечной поляризацией, перпендикулярной к поверхности зеркала. Первая составляющая свободно проходит через зеркало, а вторая (полезная) — полностью отражается в направлении модулятора, выполненного на основе ЖК-панели особой конструкции.

Эта ЖК-панель лишена матричной структуры и является сплошной. В качестве элементов, управляющих поляризацией участков ЖК-панели, выступают не тонкопленочные транзисторы, как в TFT-матрице, а участки фоторезистивного слоя, на котором создается потенциальный рельеф, повторяющий спроецированное на него изображение. Между фоторезистивным слоем и ЖК-панелью размещается диэлектрическое зеркало, которое выполняет роль основной отражающей поверхности. Внесение в отраженный свет дополнительных поляризационных сдвигов, повторяющих потенциальный рельеф (спроецированное на фоторезистивный слой изображение), будет влиять на степень прохождения отраженного света через зеркало, т. е. эквивалентно модуляции отраженного потока.

Благодаря отсутствию зернистой структуры ЖК-панели можно получить исключительно четкое изображение, а низкие потери на разогрев и поглощение света обеспечивают фантастический для обычных ЖК-проекторов световой поток — примерно до 12 000 лм! Однако необходимость в наличии встроенной проекционной системы и очень сложная конструкция модулятора значительно влияют на габариты и массу (от 120 до 500 кг), а также на стоимость проектора (до 250 000$), что, естественно, ограничивает его применение. Более того, проекторы ILA предназначены для работы с аналоговым видеосигналом (обусловлено конструкцией встроенного проектора), поэтому относятся к классу видеопроекторов.

Развитием технологии ILA применительно к мультимедийным проекторам стала технология D-ILA (Digital ILA), также разработанная специалистами фирмы JVC. Основу проекторов D-ILA составляет так называемая отражательная (Reflective) ЖК-, или R-ЖК-панель. Ее главное отличие от обычной ЖК-матрицы состоит в том, что электроды, управляющие поляризацией ячеек, имеют квадратную форму. Они выполняют роль зеркал.

Рис. 4.12. Схема модулятора проектора D-ILA

За счет этого коэффициент отражения R-ЖК-панели для белого света доходит до 95%. По сравнению с обычной TFT-панелью, R-ЖК-панель обеспечивает более высокие яркость, четкость и контрастность изображения. Кроме того, на R-ЖК-панель вместо аналогового видеосигнала подается цифровой сигнал, поэтому не нужен встроенный проектор. В результате схема модулирующего канала проектора D-ILA (рис. 4.12) оказывается гораздо проще, чем схема проектора ILA.

Конструкция проектора D-ILA (рис. 4.13) напоминает конструкцию полисиликонового проектора с той разницей, что вместо просветных TFT-матриц в нем используются отражательные R-ЖК-панели совместно с блоком поляризатора-анализатора.

Рис. 4.13. Схема проектора D-ILA

Технология D-ILA является перспективной, поэтому в настоящее время выпуск проекторов D-ILA наладили, помимо фирмы JVC, несколько конкурирующих фирм (InFocus, Pioneer, Panasonic и др.).

В настоящее время наиболее используемой в конструкциях ЖК-проекторов отражательного типа является технология DMD/DLP, разработанная фирмой Texas Instruments.

В DMD/DLP-проекторах отражательного типа излучение источника света модулируется изображением при отражении от матрицы. В DMD/DLP-проекторах в качестве отражающей поверхности используется матрица, состоящая из множества электронно-управляемых микрозеркал, размер каждого из которых около 1 мкм. Каждое микрозеркало имеет возможность отражать падающий на него свет либо в объектив, либо в поглотитель, что определяется уровнем поданного на него электрического сигнала. При попадании света в объектив образуется яркий пиксел экрана, а в поглотитель — темный. Такие матрицы обозначаются аббревиатурой DMD (Digital Micromirror Device — цифровой микрозеркальный прибор), а технология, на которой основан их принцип действия, — DLP (Digital Light Processing — цифровая обработка света).

Как правило, в одной DMD-матрице содержится около 848 х 600 = 508 800 микрозеркал, что превосходит SVGA-разрешение (800×600 = 480 000 пикселов).

Для получения цветного изображения используются проекторы двух вариантов: с тремя или одной DMD-матрицей. Трехматричный проектор, схема которого дана на рис. 4.14, по способу формирования цветного изображения аналогичен полисиликоновому (см. рис. 4.10).

Рис. 4.14. Схема трехматричного отражательного мультимедийного проектора DMD/DLP/

В одноматричных DMD/DLP-проекторах полный цветной кадр формируется в результате последовательного наложения трех быстро меняющихся монохромных кадров: черно-красного, черно-зеленого и черно-синего. Смена монохромных кадров на экране незаметна благодаря инерционности человеческого зрения.

Монохромные кадры образуются при последовательном освещении DMD-матрицы лучом красного, зеленого и синего цветов. Луч каждого цвета образуется за счет пропускания светового потока от проекционной лампы через вращающийся диск с красным, зеленым и синим светофильтрами, как это показано на схеме од-номатричного проектора (рис. 4.15). Управление микрозеркалами синхронизировано с поворотом светофильтра.

По сравнению с ЖК-технологиями технология DLP обладает следующими преимуществами: практически полным отсутствием зернистости изображения, высокой яркостью и равномерностью ее распределения. К недостаткам одноматричных DMD-проекторов следует отнести заметное мелькание кадров.

Рис. 4.15. Схема одноматричного отражательного мультимедийного проектора

Однако эти приемы все же полностью не устраняют два главных недостатка ЖК-проекторов просветного типа — разогрев матрицы и сравнительно низкую яркость изображения. Даже с использованием технологии PBS и микролинзовых растров недостаточная прозрачность пикселов матрицы не позволяет получить мощный световой поток (световой поток ЖК-проекторов просветного типа обычно не превышает 500—600 лм).

Контрольные вопросы.

1. Назначение и классификация проекционных аппаратов.

2. Раскрыть принцип работы и характеристики Оверхед-проекторов и ЖК-панелей.

3. Конструктивные особенности мультимедийных проекторов, их классификация.

4. Описать структуру TFT-проектора, его характеристики.

5. Принципы работы ЖК-проекторов отражательного типа.

6. Раскрыть особенности технологий ILA и DMD/DLP.

1. Режимы работы видеоадаптера.
2. Основные типы видеоадаптеров.
3. 2D- и 3D-акселераторы.
4. Синтез трехмерного изображения. 3D-конвейер.
5. Устройство и характеристики видеоадаптера.

Видеоадаптер (видеокарта) является компонентом видеосистемы ПК, выполняющим преобразование цифрового сигнала, циркулирующего внутри ПК, в аналоговые электрические сигналы, подаваемые на монитор. По существу, видеоадаптер выполняет роль интерфейса между компьютером и устройством отображения информации (монитором).

По мере развития ПК видеоадаптеры стали реализовывать аппаратное ускорение 2D- и SD-графики, обработку видеосигналов, прием телевизионных сигналов и многое другое. Современный видеоадаптер, называемый Super VGA (Super Video Graphics Adapter), или SVGA, представляет собой универсальное графическое устройство.

Видеоадаптер определяет следующие характеристики видеосистемы:

• максимальное разрешение и максимальное количество отображаемых оттенков цветов;
• скорости обработки и передачи видеоинформации, определяющие производительность видеосистемы и ПК в целом.

Кроме того, в функцию видеоадаптера включается формирование сигналов горизонтальной и вертикальной синхронизации, используемых при формировании растра на экране монитора.

Принцип действия видеоадаптера состоит в следующем.

Процессор формирует цифровое изображение в виде матрицы NxM n-разрядных чисел и записывает его в видеопамять. Участок видеопамяти, отведенный для хранения цифрового образа текущего изображения (кадра), называется кадровым буфером, или фрейм-буфером.

Видеоадаптер последовательно считывает (сканирует) содержимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосигнал, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящемуся в отдельной ячейке. Сканирование видеопамяти осуществляется синхронно с перемещением электронного луча по экрану ЭЛТ. В результате яркость каждого пиксела на экране монитора пропорциональна содержимому соответствующей ячейки памяти видеоадаптера.

По окончании просмотра ячеек, соответствующих одной строке растра, видеоадаптер формирует импульсы строчной синхронизации, инициирующие обратный ход луча по горизонтали, а по окончании сканирования кадрового буфера формирует сигнал, вызывающий движение луча снизу вверх. Таким образом, частоты строчной и кадровой развертки монитора определяются скоростью сканирования содержимого видеопамяти, т.е. видеоадаптером.

1. Режимы работы видеоадаптера

Источник: smekni.com

Технология дисплея TFT

По технологии TFT создают дисплеи всевозможных электроприборов, включая телевизоры, планшеты, компьютерные мониторы, мобильные телефоны, навигаторы и т.д. Бесспорно, экран в таких устройствах играет важную роль, поэтому перед покупкой техники и гаджетов стоит разобраться в тонкостях их изготовления. От конструкции дисплея зависит качество и четкость изображения, угол обзора, а также передача цветов. В некоторых случаях эти параметры имеют большое значение.

Понятие TFT-дисплея

TFT LCD – это разновидность жидкокристаллических дисплеев с активной матрицей. Каждый пиксель таких дисплеев управляется 1-4 тонкопленочными транзисторами (по англ. – Thin Film Transistor, сокращенно – TFT), которые помогают легко включать/выключать светодиоды, создавая более четкое, качественное изображение.

TFT-дисплей имеет две стеклянные подложки, внутри которых находится слой жидких кристаллов. В передней стеклянной подложке находится цветной фильтр. Задняя подложка содержит тонкие транзисторы, выстроенные в колонны и ряды. Позади всего находится подсветка.

Интересно знать: каждый пиксель представляет собой небольшой конденсатор со слоем жидкого кристалла, зажатого между прозрачными проводящими слоями из оксида индия-олова. Когда дисплей включается, молекулы в жидкокристаллическом слое изгибаются под определенным углом и пропускают свет. Это создает пиксель, который мы видим. В зависимости от угла изгиба молекул жидких кристаллов, возникает тот или иной цвет. Все пиксели вместе образуют картинку.

В стандартном TFT-мониторе присутствует 1,3 миллиона пикселей, каждый из которых контролирует свой транзистор. Состоят они из тонких пленок из аморфного кремния, нанесенных на стекло по технологии PECVD (этот метод обычно используется для создания микропроцессоров). Каждый элемент работает за счет небольшого заряда, поэтому перерисовка изображения происходит очень быстро, картинка обновляется много раз в секунду.

Стоит ли покупать технику с TFT-дисплеями?

Отображение движущихся изображений на большом ЖК-дисплее является непростой задачей, так как для этого нужно за доли секунды изменить состояние большого количества жидких кристаллов. В LCD с пассивными матрицами транзисторы расположены только вверху и слева экрана. Они контролируют целые строки и столбцы пикселей. В таких устройствах могут возникать перекрестные помехи, связанные с тем, что сигнал, посылаемый к одному пикселю, влияет на его «соседей». Из-за этого мы видим торможение или размытие картинки.

В TFT-дисплеях эта проблема отсутствует. Установка управляющего устройства в виде тонкопленочного транзистора прямо на пиксель предотвращает эффект размытия во время воспроизведения видео. Однонаправленная характеристика прохождения тока препятствует слиянию зарядов нескольких светодиодов. Поэтому сегодня технология Thin Film Transistor стала стандартом производства ЖК-экранов. Какие у нее еще есть плюсы?

1. TFT позволяет получить стабильное, достаточно качественное изображение с хорошим углом обзора. При этом можно изготовить экран разного размера с разным разрешением (от калькулятора или смарт часов, до телевизора на всю стену).
2. У таких экранов яркая подсветка, что важно для мобильных телефонов и компьютеров. Яркие светодиодные подсветки обеспечивают большую адаптивность, их можно отрегулировать, исходя из визуальных предпочтений пользователя. В некоторых устройствах есть функция автоматического регулирования уровня яркости в зависимости от освещения.
3. Преимущества TFT над старыми ЭЛТ-мониторами очевидны. ЭЛТ громоздкие, тусклые и маленькие. От кинескопов выделяется большое количество тепла, а также электромагнитных излучений, что негативно сказывается на зрении. TFT-матрицы в этом плане безопасны.
4. TFT-экраны имеют довольно выгодную цену, хотя данным способом изготавливают не только бюджетные девайсы, но и профессиональное, дорогостоящее оборудование.

С первого взгляда выглядит заманчиво. Однако перед покупкой нужно знать: есть несколько видов TFT-дисплеев и у них разные характеристики.

Разновидности TFT-дисплеев, их достоинства и недостатки

Такие названия, как TN, IPS и MVA – это все дисплеи с тонкопленочными транзисторами TFT. В этих названиях легко запутаться. Попробуем разобраться, чем они отличаются, и что же все-таки лучше.

Twited Nematic (TN) + Film

Это более простой, дешевый и быстрый вариант. Время отклика матрицы TFT TN экранов составляет всего 2-4 мс. Они могут отображать большее количество кадров в секунду, а это особенно важно при просматривании видео и игре в видеоигры.

Однако, устройства на базе TN имеет много недостатков в плане качества изображения:

• угол обзора у TN-дисплея составляет всего 50-90 °. Значит получить полный эффект от графики на экране, изготовленном по технологии TFT TN, можно только глядя на него прямо. Если смотреть сбоку, сверху или снизу, картинка будет менять свой цвет;
• низкие показатели контрастности (максимум 500:1) и маленький диапазон цветов. Такое устройство не передаст все цвета;
• черный цвет в TN-экранах слишком яркий, ему не хватает глубины, а белый – недостаточно яркий, из-за чего при солнечном свете ничего не будет видно.

Если вы используете устройство для регулярного просмотра веб-страниц, работы в офисе или для других повседневных задач, тогда дисплей с технологией TFT TN удовлетворит ваши потребности. Также он подходит для геймеров, так как во время игры важнее все-таки скорость передачи изображения. Но для ведения бизнеса или выполнения графической работы, которая требует высочайшего уровня цветовой и графической точности, лучше всего выбрать дисплей с технологией IPS.

Super TFT (или IPS)

Технология IPS TFT решает все проблемы экрана TN. Основное отличие от панелей TN – направление движения кристаллов. В IPS-дисплеях они движутся параллельно плоскости панели, а не перпендикулярно к ней. Это изменение уменьшает рассеивание света в матрице и позволяет получить более широкие углы обзора (от 170 °), большой цветовой спектр (вплоть до 1 млрд.), высокую контрастность (1:1000). Черные цвета будут глубокими и более совершенными.

Однако, есть у IPS и недостаток: время ответа таких матриц составляет 10-20 мс, что маловато для современных видеоигр, хотя и приемлемо. У экранов AMOLED время отклика и того больше.

Нельзя сказать, что лучше: технология IPS или TN TFT. У каждой из них есть плюсы и минусы, поэтому нужно исходить из того, с какой целью покупается девайс. IPS широко используется в высококачественных мониторах, ориентированных на профессиональных графических художников.

MVA

Эта технология самая совершенная – она сочетает преимущества двух предыдущих вариантов. У MVA-дисплеев широкий угол обзора, отличная цветность и контрастность, глубокий черный цвет и вместе с тем оптимальное время отклика.

Если сравнивать дисплеи с технологией TFT IPS и SVA (разновидность MVA), то будет тяжело выбрать лучший вариант. У каждого есть достоинства. SVA имеет всего лишь небольшое отличие в строении – в таком дисплее кристаллы выравниваются по вертикали, а не по горизонтали.

Это сказывается на их способности пропускать или блокировать свет, что определяет уровень яркости дисплея и передачу черного цвета. В SVA-дисплеях эти параметры находятся на высоте, хотя это не означает, что IPS показывает плохую картинку. По сравнению с IPS у SVA меньше угол обзора.

Недостатки

Тонкопленочные транзисторы очень чувствительны к колебаниям напряжения и механическим нагрузкам. Они могут легко повредиться, вследствие чего образуются «мертвые» пиксели – точки без изображения. Однако, экраны AMOLED, которые сейчас набирают популярности, еще более хрупкие. От перезагрузки или механического повреждения они перестают работать полностью.

Еще одни небольшой минус – толщина дисплея TFT. Из-за дополнительного слоя она будет немного больше, чем толщина плазменной панели, обычного LCD или AMOLED. Тем не менее TFT-экран вполне компактный.

Другим относительным недостатком технологии является большее потребление энергии, если сравнивать ее с другими типами экранов. Но опять-таки, TFT-дисплеи достаточно экономны для повседневного использования.

Источник: qwizz.ru