В чем преимущество ЖК-монитора? Его высоко ценят инженеры, потому что он потребляет незначительное количество электроэнергии, что делает его пригодным для использования в электронных устройствах, питающихся от батареек. Кроме того, он может иметь практически любую форму и размеры, мало нагревается и не выделяет вредного электромагнитного излучения.
Также он является одной из причин успеха портативных компьютеров – иначе они бы не были такими компактными. Некоторые из ранних моделей переносных ПК включали небольшой ЭЛТ-монитор и были довольно громоздкими. Впоследствии ЖК-дисплеи стали использоваться не только в ноутбуках, но и в телевизорах высокой четкости. Поскольку со временем технология и производство становятся более дешевыми, стоимость мониторов с плоским экраном или HD-телевизоров продолжала снижаться. В конечном итоге ЖК-панели полностью заменили традиционные электронно-лучевые трубки, так же, как транзисторы сменили вакуумные лампы.
Принцип работы ЖК-монитора
Пиксели дисплея состоят из ЖК-молекул, выстроенных между прозрачными электродами, а также из пары поляризационных фильтров с перпендикулярными друг другу осями полярностей. В отсутствие жидкого кристалла свет, проходя через один поляризатор, блокируется другим.
Основные характеристики монитора — что они означают
Поверхность электродов, контактирующих с веществом, находящимся в ЖК-фазе, обработана так, чтобы молекулы выстраивались в определенном направлении. Как правило, они покрываются тонким слоем полимера, направленного в одну сторону методом протирания его тканью (жидкие кристаллы выстраиваются в том же направлении).
Принцип работы ЖК-монитора следующий. До наложения электрического поля ЖК-молекулы выстроены согласно направлению выравнивания поверхностей. В наиболее распространенном типе ЖК-экрана – крученном нематическом – направления выстраивания поверхностей электродов перпендикулярны, благодаря чему молекулы образуют спиралевидную структуру, т. е. скручиваются.
Так как свойством жидких кристаллов является разная скорость движения света с разной поляризацией, луч, который проходит через один поляризационный фильтр, вращается ЖК-спиралью так, что может пройти сквозь второй. При этом половина света поглощается в первом поляризаторе, но в остальном вся сборка прозрачна.
Когда на электроды подается напряжение, начинает действовать крутящий момент, который выравнивает молекулы скрученного нематического кристалла вдоль электрического поля и выпрямляет спиралевидную структуру. Этому препятствуют упругие силы, так как молекулы на поверхностях не свободны. Вращение поляризации уменьшается, и пиксель выглядит серым. Но благодаря свойству жидких кристаллов выравниваться при достаточно высокой разности потенциалов, проходящий сквозь них свет не вращается.
В результате направление поляризации становится перпендикулярным второму фильтру, он полностью блокируется, и пиксель выглядит черным. Изменение напряжения между электродами по обе стороны ЖК-слоя каждого элемента изображения регулирует количество проходящего света и, соответственно, его яркость.
08 03 ЖК мониторы
Скрученные нематические жидкие кристаллы помещаются между скрещенными поляризационными фильтрами для того, чтобы свет был максимально ярким без расхода электроэнергии, а получаемое при подаче напряжения затемнение — являлось равномерным. Возможен случай использования параллельных поляризационных фильтров. При этом темные и яркие состояния изменяются на противоположные. Однако в такой конфигурации черный не будет равномерным.
Вещество жидкого кристалла и выравнивающий слой содержат ионные соединения. Если длительное время действует электрическое поле определенной полярности, ионный материал притягивается поверхностями, ухудшая характеристики ЖК-монитора. Избежать этого можно, применяя либо переменный ток, либо изменяя полярность электрического поля во время обращения к устройству (реакция ЖК-слоя не зависит от полярности).
Мультиплексорный экран
Когда дисплей составлен из большого числа пикселей, управлять каждым из них напрямую невозможно, поскольку всем им понадобятся независимые электроды. Вместо этого монитор мультиплексируется. При этом электроды группируются и соединяются (как правило, по столбцам), и каждая группа питается отдельно.
С другой стороны ячейки электроды также сгруппированы (как правило, по рядам) и подключены отдельно. Группы создаются таким образом, чтобы каждый пиксель обладал уникальной комбинацией источника и приемника. Электроника или программное обеспечение, управляющее ею, последовательно включает группы и управляет ими.
Важными факторами, которые следует учитывать при оценке ЖКД, являются разрешение, видимый размер, время отклика (скорость синхронизации), тип матрицы (пассивный или активный), угол обзора, поддержка цвета, коэффициент яркости и контрастности монитора, соотношение сторон и входные порты (например, DVI или VGA).
Цветные экраны
В цветных ЖК-дисплеях каждый отдельный пиксель делится на три ячейки или субпикселя, которые с помощью дополнительных фильтров (пигментных и металл-оксидных) окрашены в красный, синий и зеленый цвета. Каждым субпикселем можно управлять независимо, чтобы получить тысячи или миллионы возможных цветов. В старых ЭЛТ используется аналогичный метод.
В зависимости от использования монитора, цветовые компоненты могут размещаться в различных пиксельных геометриях. Если программное обеспечение знает, какой тип геометрии используется на данном дисплее, это может быть использовано для увеличения видимого разрешения посредством субпиксельной визуализации. Этот метод особенно полезен для сглаживания текста.
Пассивная матрица
Устройство ЖК-мониторов с небольшим количеством сегментов, например, используемых в карманных калькуляторах и цифровых часах, предусматривает для каждого элемента один электрический контакт. Внешняя выделенная схема обеспечивает электрический заряд, необходимый для управления каждым сегментом. При большом количестве экранных элементов такая структура становится слишком громоздкой.
Малые монохромные дисплеи, используемые, например, в старых ноутбуках, имеют структуру пассивной матрицы, в которой используется технология суперскрученных нематических элементов (STN) или двухслойная STN (DSTN), которая корректирует проблему смещения цвета. Каждая строка или столбец имеют одну электрическую цепь.
Адресация каждого пикселя производится поочередно по адресу строки и столбца. Такой тип дисплея называют пассивной матрицей, поскольку состояние каждой ячейки должно сохраняться без электрического заряда. С ростом числа элементов (а также строк и столбцов) отображение становится все более сложным. Дисплеи с пассивной матрицей характеризуются слишком медленным откликом и плохой контрастностью.
Активные матричные технологии
В цветных экранах высокого разрешения, которыми оборудуются современные телевизоры и мониторы, применяется активная матрица. В ней к цветным и поляризационным фильтрам добавлен слой тонкопленочных транзисторов (TFT). При этом каждый пиксель управляется своим собственным выделенным полупроводниковым элементом.
Транзистор обеспечивает доступ в каждом столбце только к одному пикселю. При активации строки к ней подключаются все столбцы, и на них подается напряжение. Затем строка деактивируется, и активируется следующая. При обновлении дисплея последовательно активируются все строки. Активно-матричные экраны значительно четче и ярче пассивных того же размера, и обычно отличаются более быстрым откликом, который обеспечивает гораздо лучшее качество изображения.
Скрученный нематик (TN)
TN-экраны содержат ЖК-элементы, которые для регулирования количества пропускаемого света в разной степени скручиваются и раскручиваются. Если напряжение на электроды ЖК-ячейки TN-матрицы не подается, то луч поляризуется таким образом, что может пройти сквозь нее. Жидкие кристаллы скручиваются пропорционально приложенной разнице потенциалов до 90°, изменяют поляризацию и блокируют подсветку. При подаче напряжения определенного уровня можно добиться практически любого оттенка серого.
3LCD-технология
Представляет собой систему видеопроекции, в которой для создания изображения используются 3 микродисплейные панели. В 1995 г. благодаря компактности и высокому качеству технология начала применяться многими производителями фронтальных проекторов, а с 2002 г. – и в проекционных телевизорах. Активная матрица обеспечивает отличную цветопередачу, высокую яркость и четкое изображение, а использование высокотемпературного поликремния позволяет получить большую глубину черного.
IPS-технология
Аббревиатура IPS расшифровывается как «плоскостное переключение». Принцип работы ЖК-монитора данного типа основан на выравнивании жидкокристаллических ячеек в горизонтальной плоскости. Метод заключается в том, что электрическое поле проходит через оба конца кристалла, но требует двух транзисторов на каждый пиксель вместо одного, как в стандартном TFT-экране. Следствием этого является большая блокировка участка дисплея, что требует более яркой подсветки, которая расходует больше энергии. Это накладывает ограничения в использовании данного вида ЖК-монитора в ноутбуках.
Цветные мониторы
Для получения цветной картинки на LCD – экране хорошего качества нужно сделать так, чтобы свет исходил из задней панели экрана. Чтобы получить цветное изображение используется три цвета: красный, синий и зеленый. В ЖК мониторе установлен фильтр, который не пропускает все остальные спектры светового потока.
Комбинация этих цветов в каждом пикселе монитора позволяет выводить на экран нужное нам цветное изображение. Для повышения его качества применяют современные технологии, такие как: IPS и TFT. IPS является разработкой, способной дать отличное качество изображению.
Пассивная матрица
Пассивные матрицы имеют большую емкость электрического напряжения. Поэтому мгновенно обрабатывать и отображать нужную картинку, а также ее обновлять она может чуть медленнее. Этот вид матрицы, если кратко, получается, когда происходит совмещение слоев вертикальных и горизонтальных полос.
Электричество ток сначала поступает на вертикальную полосу, а затем на горизонтальную, далее происходит указание нужных координат. Когда полоски пересекаются между собой, кристаллы меняют свои структурные свойства. И на мониторе, в месте, которое соответствует этим координатам, образуется точка.
В зависимости от действующей силы тока полоски проводят поток света в той или иной степени, а в цветных дисплеях происходит поляризация светового спектра. Принцип такой матрицы используется в технологии STN. Это сокращение от Super Twisted Nematic.
Основной ее принцип заключен в том, что данные для картинки формируется последовательно, а именно строка за строкой, за счет подвода напряжения к отдельным ячейкам экрана, при этом оно их делает непрозрачными.
Источник: principraboty.ru
ЖК-мониторы. Принцип действия и свойства
«Сердцем» любого жидкокристаллического монитора является
LCD-матрица (Liquid Cristall Display). ЖК-панель представляет из
себя сложную многослойную структуру.
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).
5.
Принцип работы LCD-панели
6.
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
7.
Устройство ЖК — монитора
8.
Устройство ЖК — монитора
9.
Параметры ЖК — мониторов
размер экрана по диагонали — приводимое значение
— видимая область;
собственное разрешение ЖК панели — в этом режиме
обеспечивается наилучшее качество изображения;
размер элемента изображения (шаг точки);
количество цветов, воспроизводимых ЖК –
мониторами;
уровень яркости и контрастности;
угол обзора: 110-140о по вертикали, 140-170о по
горизонтали ;
время реакции (отклика) пикселов — лучшие активные
матрицы обеспечивают время реакции 15 мс.
10.
Достоинство ЖК — мониторов
малые габариты и масса;
отсутствие излучения;
принципиальная возможность
создавать ЖК – мониторы любого
размера и формы;
можно использовать в ноутбуках.
11.
Главными недостатками LCDмониторов 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.
12.
Недостатки ЖК — мониторов
достаточно высокая цена;
недостаточная яркость экрана;
относительная ненадежность при
эксплуатации;
13.
Стандарты безопасности
мониторов
• Стандарты,
разработанные
The
Swedish
Confederation of Professional Employees (Шведская
Конфедерация Профессиональных
Коллективов
Рабочих) – ТСО: TCO’92, TCO’95, TCO’99.
• MPRII был разработан SWEDAC (The Swedish Board
for Technical Accreditation) и определяет максимально
допустимые величины излучения магнитного и
электрического полей, а также методы их измерения.
• Стандарты ТСО жестче, чем MPRII.
14.
Собственное разрешение ЖК мониторов
Размер диагонали,
дюйм
Разрешение,
пикселов
14
800 x 600
15 (15,1)
1024 x 768
17
1280 x 1024
18 (18,1)
1280 x 1024
20
1600 x 1200
15.
Одними из главных достижений стало
изобретение технологии LCD TFTматрицы – 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».
16.
Структура панели,
изготовленной по TFT
технологии
17.
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.
Источник: ppt-online.org
Устройство LCD дисплея
Жидкие кристаллы были открыты еще в конце 19 века, но первые устройства отображения на основе жидких кристаллов появились только в конце шестидесятых годов 20 века. В восьмидесятых годах были предприняты первые попытки применения LCD экранов в компьютерах. Монохромные ЖК мониторы сильно «проигрывали» по качеству изображения экранам на основе ЭЛТ. Но с развитием прогресса, были разработаны новые технологии производства ЖК мониторов с применением инновационных материалов. Новые вещества со свойствами жидких кристаллов позволили очень сильно улучшить характеристики ЖК дисплеев.
Сегодня технология ЖК мониторов является одной из наиболее перспективных. Этот сектор рынка самый быстро растущий (65% в год), несмотря на то, что на долю ЖК экранов приходится всего 10% продаж по всему миру.
Устройство жидкокристалического экрана
Жидкие кристаллы – это смесь определенных веществ, находящихся в кристаллическом и жидком состоянии одновременно. Как жидкость эта смесь является текучей и заполняет собой пространство, а как кристалл – образуется из молекул, которые расположены с четкой структурой.
Устройство практически всех LCD дисплеев идентично. Конструкция любого ЖК-дисплея включает следующие составляющие:
- ЖК-матрица;
- Светоисточник;
- Контактный жгут;
- Корпус.
Жидкие кристаллы, используемые в LCD экранах, состоят из стержнеобразных молекул, располагающихся параллельно друг другу. Так как они являются жидкостными – могут «течь», меняя свою пространственную ориентацию в зависимости от поступления электрического напряжения.
Основным структурным элементом любого LCD дисплея является пиксель, который состоит из субпикселей (три ячейки). Каждый субпиксель состоит из жидких кристаллов, расположенных послойной, образующих из внутренних молекул спираль. Такая структура кристаллов зажимается двумя электродами и цветными пластинами с покрытием из поляризационной пленки. Красные пластины находятся в первой ячейке, зеленые – во второй, синие – в третьей.
Принцип работы LCD дисплея
В производстве LCD экранов используются цианофенилы – вещества, пребывающие в жидком состоянии, но обладающие свойствами, присущими кристаллическим телам. Принцип работы ЖК дисплеев основан на поляризационных свойствах кристаллических молекул, которые пропускают составляющую света с вектором электрической магнитной индукции расположенным в параллельной оптической плоскости поляроида. Что касается каких-либо других световых спектров, то их кристаллы не пропускают. Цианофенил – светофильтр, который пропускает только один световой спектр (один из основных цветов). Этот эффект получил название «поляризация света».
Управление поляризацией стало возможным за счет смены расположения длинных жидкокристаллических молекул в зависимости от электрического магнитного поля. Смена формы и расположения циенофенилов осуществляется в зависимости от того, с какой силой воздействует на них электромагнитное поле. Происходит смена углов преломления света и поляризация.
Это основные свойства, раскрывающие вопрос о том, как работает LCD монитор. Смена силы электромагнитного поля молекул жидких заставляет молекулы жидких кристаллов менять свое положение, в результате чего и формируется изображение.
Контроль качества LCD мониторов
Все ЖК дисплеи тестируются по стандартам ТСО. Испытания проводятся на расстоянии 30 сантиметров от передней части экрана и вокруг него в радиусе 50 сантиметров. Проверка монитора осуществляется и по другим параметрам:
- Насколько удобен экран в использовании;
- Как дисплей воздействует на окружающую среду;
- Какой уровень излучения у экрана (магнитного и электрического);
- Какой уровень пожаробезопасности;
- Какова степень энегосбереения и т.д.
Источник: plasmaonline.ru