Принцип работы жидкокристаллического монитора

При общении с компьютером основная доля информации, которую мы получаем через наше зрение, постоянно увеличивается относительно прочих средств получения информации. Нагрузка же на глаза, пожалуй, наиболее критична в плане ущерба здоровью. Поэтому выбор монитора представляется максимально важным делом при покупке компьютера. Лучше уж, в условиях ограниченных денежных средств, взять процессор классом ниже или пожертвовать объемом устанавливаемой оперативной памяти. Монитор, скорее всего, переживет еще несколько изменений конфигурации вашего компьютера и, будучи правильно подобранным, позволит сохранить зрение, что трудно измерить какими-либо деньгами.

Многие годы основным типом мониторов были мониторы с электроннолучевыми трубками. Эти мониторы, занимающие половину стола, до сих пор нравятся многим пользователям, однако уже давно их выпуск полностью прекращен. Буквально за несколько лет они были вытеснены с рынка жидкокристаллическими моделями.

Понятно, что критериев, определяющих правильный выбор монитора, очень много. Более того, для разных целей выбираются разные мониторы. Стоимость мониторов может существенно отличаться, их возможности и технические параметры тоже различны. В этой главе мы попытаемся дать рекомендации о том, как выбрать монитор именно для ваших нужд.

Как работает ЖКИ — формы импульсов сигналов. Waveforms of LCD signals

Принцип работы жидкокристаллических мониторов

Вы знакомы с трудами австрийского ботаника Фридриха Райнитцера? Скорее всего, не очень. По какой причине? По причине того, что всемирно известными трудами в области растениеводства он, увы, не прославился.

Но именно он в 1888 г. случайно наткнулся на метоксибензилин бутиланалин — вещество с благозвучным и легко запоминающимся названием, которое при нагревании до 145,5° мутнело и становилось текучим, сохраняя при этом кристаллическую структуру. Как вы уже могли догадаться, это было начало эры жидких кристаллов. По иронии судьбы ботаник, не имевший ничего общего с точными науками, наткнулся на открытие, которое легло в основу всей индустрии производства жидкокристаллических панелей.

Через пару лет немецкий физик Отто Леманн выяснил, что эти кристаллы при наличии электромагнитного поля могут менять свои оптические характеристики, но ещё почти целое столетие данный эффект относился к разряду не представляющих практической пользы. И лишь в начале семидесятых годов прошлого века накопленный опыт и быстрое развитие технологий позволили начать постепенное внедрение этого открытия на рынке. Так жидкие кристаллы начали свой торжественный поход от первых калькуляторов к могучим сенсорным панелям, по пути получив гордое имя LCD и нещадно отбирая рынок у конкурентов в лице CRT-кинескопов.

Ни для кого не будет секретом, что свет, который мы все привыкли наблюдать, является неполяризованным. Это означает, что волны света распространяются по принципу «кто во что горазд» — абсолютно хаотично и во все стороны, разбрасывая амплитуды по огромному множеству плоскостей. Толку от такого света немного, поэтому с давних времён учёные пытались найти способ управлять всем этим буйством. И нашли.

Галилео. Жидкокристаллические телевизоры

Существует целый класс веществ, которые пропускают через себя свет только с одной заданной плоскости. Этот эффект чем-то напоминает радио, когда из всего хаоса сигналов мы выбираем только определённую, полезную нам частоту. Вещества эти назвали поляризаторами, поскольку прошедший через них свет становится поляризован только в одной плоскости.

Представьте себе водопроводный кран. В закрытом состоянии вода не течёт, поскольку специальная прокладка перекрывает воде доступ. Поворачивая рукоятку, вы сдвигаете прокладку относительно стенок крана, и вода начинает течь. Регулируя степень поворота, вы можете регулировать силу потока. При чём же здесь свет, спросите вы.

Да, в общем-то, при том, что если взять два поляризатора и поместить их перпендикулярно друг другу, то вы получите «закрытый кран». Ведь свет после первого поляризатора вышел только в одной плоскости, поэтому через второй, перпендикулярный, он пройти никак не сможет. «Выпустить» свет можно двумя способами: просто повернув второй поляризатор наподобие рукоятки крана или же повернув плоскость поляризации самого света. Первый способ нам не очень подходит в силу экономических и технологических причин, а вот второй способ гораздо интереснее.

Еще по теме:  Может ли перегреваться монитор

Поворот поляризации света осуществляется именно с помощью жидких кристаллов. Свет от лампы подсветки падает на поляризационный фильтр, затем через слой жидких кристаллов попадает на второй фильтр и через прозрачное защитное стекло врывается в наш мир. Регулируя с помощью напряжения состояние и положение жидких кристаллов между фильтрами, мы получаем возможность управлять поворотом плоскости поляризации света, а следовательно, и яркостью свечения. Технически эта конструкция с фильтрами, кристаллами и управляющими элементами и есть матрица.

Понятно, что сама по себе ЖК-панель ничего не излучает, она лишь меняет интенсивность проходящего через нее света, и в этом ее принципиальное отличие от монитора с электронно-лучевой трубкой, в котором каждый пиксель — это самостоятельный светоизлучающий элемент. Поэтому для работы ЖК- панели требуется внешняя подсветка. В калькуляторах, где впервые нашли применение жидкие кристаллы, использовалось естественное внешнее освещение, для этого задняя поверхность экрана делалась зеркальной, однако в компьютерных дисплеях, характеристики которых не должны зависеть от внешнего освещения, эта схема неприменима, поэтому в них позади панели располагается блок ламп подсветки.

Принцип действия ЖК-ячейки

Рис. 19.1. Принцип действия ЖК-ячейки

Жидкие кристаллы никак не влияют на длину волны света, и панель изначально может воспроизводить лишь цвет лампы подсветки. Для решения этой проблемы каждый пиксель панели разбивается на три независимых субпикселя, и на него накладывается так называемая цветоделительная маска — практически обычный фильтр, окрашивающий проходящий через каждый из субпикселей свет в один из основных цветов: красный, синий или зеленый. Таким образом, освещая панель белым светом, получаем привычные для любого монитора RGB-триады. Цветные фильтры для красного, зелёного и синего цветов интегрированы в стеклянную основу и расположены близко друг к другу.

Описанная выше технология ЖК-дисплеев в виде двух стеклянных пластин с нанесенными на стекло электродами исторически была первой, но на данный момент уже исчезла с рынка компьютерных мониторов. Дисплеи, изготовленные по этой технологии, так называемые пассивно-матричные, отличались очень малыми углами обзора и крайне большим временем реакции, поэтому были непригодны для сколько-нибудь динамичных изображений, увеличить же быстродействие было весьма затруднительно из-за большой емкости растянутой по всему экрану сетки электродов. Решена проблема была только с внедрением активно-матричных панелей, в которых каждый субпиксель имел свой собственный управляющий транзистор (рис. 19.2).

Более того, каждый пиксель теперь оснащен параллельно включенным конденсатором, позволившим поддерживать напряжение на пикселе, а следовательно, и его состояние постоянными. Так удалось полностью избавиться от мерцания ЖК-матриц. Из-за требования к прозрачности матрицы транзисторы имеют толщину менее 0,1 мкм, поэтому их назвали тонкопленочными транзисторами (thin film transistors, TFT).

Со временем аббревиатура TFT стала применяться наравне с понятием «активная матрица», так как одно автоматически означало наличие другого. Сейчас эта аббревиатура не просто наиболее распространена, а иногда даже применяется вместо аббревиатуры LCD. В принципе это не очень корректно, однако применительно к компьютерным мониторам вполне допустимо, поскольку матрицы без TFT не выпускаются.

К пояснению технологии TFT

Рис. 19.2. К пояснению технологии TFT

Источник: bstudy.net

Как работает ЖК-дисплей и как кристаллы могут быть жидкими

*Как работает ЖК-дисплей* и как кристаллы могут быть жидкими

Солнцезащитные очки с поляризованными линзами уменьшают количество бликов, что очень удобно при вождении автомобиля. Но у таких очков есть небольшая проблема: в них под некоторыми углами не видно изображения на . Так что не удивляйтесь, если в таких очках вы ничего не увидите на айпаде, расположенном горизонтально.

Пластинки из такого вещества называются поляризационными фильтрами. Если поставить два поляризационных фильтра так, чтобы направления поляризации у них были перпендикулярны, то свет через них проходить не будет. Сначала световая волна поляризуется первой пластинкой, и становится плоской. После этого свет уже не проходит через вторую пластинку, которая поляризует его перпендикулярно плоскости волны.

Жидкие кристаллы

Некоторые вещества могут находиться в наполовину твердом, наполовину жидком состоянии. Их называют жидкими кристаллами. Молекулы в жидких кристаллах не закреплены в кристаллической решетке и могут свободно «плавать». При этом они организованы в четкую структуру. Молекулы в этой полужидкости выглядят как маленькие палочки, которые направлены не хаотически, а параллельно друг другу.

В ЖК-дисплеях они располагаются слоями, в каждом из которых палочки расположены параллельно, но при этом от слоя к слою меняют направление: каждый слой закручивается по отношению к предыдущему.

Еще по теме:  Не включается второй монитор на Windows 10

Если направить свет поперек такого слоя жидких кристаллов, то закрученные слои молекул меняют направление поляризации. Если первый слой расположен под углом 90 градусов к последнему, то свет поменяет поляризацию на 90 градусов.

Соединим все вместе

Берем два поляризующих фильтра и располагаем их так, чтобы направления поляризации у них были перпендикулярны. Свет через такую конструкцию не проходит. Между ними мы располагаем жидкие кристаллы, закрученные на 90 градусов.

Получается, что через такой сандвич свет уже проходит. Он поляризуется в одном направлении, проходит через слой жидких кристаллов, меняет на 90 градусов направление поляризации, и свободно проходит через следующий поляризационный фильтр.

Теперь расположим два прозрачных электрода с двух сторон и подадим на них напряжение. Под действием электрического поля молекулы жидких кристаллов поворачиваются вдоль этого поля и перестают менять поляризацию света. Пластинки снова становятся непрозрачными.

В 2007 году появилось движение, требующее от Гугла сделать стандартный фон поиска черным. Таким образом человечество должно было бы сэкономить кучу энергии. На самом деле, в мире, где большинство мониторов на жидких кристаллах, это не совсем так, потому что в ЖК мониторах черный цвет потребляет больше энергии. Но если вы все-таки хотите экономить энергию, сделайте яркость монитора поменьше.

ЖК-дисплей состоит из огромного количества ячеек, каждая выступает как отдельный пиксель. В каждой ячейке по три цвета: синий, красный и зеленый. К каждому цвету подходят свои электроды так, что их можно включать и выключать независимо. Сзади они подсвечиваются. В зависимости от напряжения, каждый цвет в отдельности может менять свою прозрачность.

И в зависимости от сочетания яркости синего, красного и зеленого цвета, получаются разные цвета.

Источник: theoryandpractice.ru

LCD (Liquid Crystal Displays) жидкокристаллический экран

LCD (Liquid Crystal Displays): жидкокристаллический дисплей (экран)

Телевизоры – техника, прошедшая достаточно длительный период технологичного развития, начиная от конструкций на громоздких ЭЛТ и завершая (на данный момент времени) гибкими плёночными конструкциями. Технология экранов LCD (жидкостно-кристаллических дисплеев), используемых в составе телевизионной и другой техники, уже успела, однако, устареть. Тем не менее, эта модель системы остаётся широко востребованной.

  • 1 Что такое жидкие кристаллы?
  • 2 Конструкция жидкокристаллического экрана
  • 2.1 Как изготавливают жидкокристаллические экраны с пассивной матрицей?
  • 2.2 Как изготавливают жидкокристаллические экраны с активной матрицей?

Что такое жидкие кристаллы?

Концепцию жидкие кристаллы разработчики стремятся совершенствовать. Нужно отметить – модернизация сопровождается положительными результатами. К тому же следует отдать должное такому качеству LCD экранов, как долговечность. Рассмотрим подробнее эту технологию.

Жидкокристаллические экраны состоят из жидких кристаллов, которые активируются электрическим током. Жидкие кристаллы используются для отображения одной или нескольких строк буквенно-цифровой информации на экранах различных устройств:

  • факсимильных аппаратов,
  • портативных компьютеров,
  • автоответчиков,
  • научных приборов,
  • портативных проигрывателей компакт-дисков, часов и т. д.

Самый дорогой и продвинутый тип — устройства на активной матрице, используются в качестве экранов ручных цветных телевизоров. Соответственно, этот же тип матрицы применим к стационарным телевизорам высокой чёткости с большим экраном.

Жидкокристаллический экран телевизора (монитора)

Пиксели управляются разными способами на жидкостно-кристаллических и плазменных экранах. Если каждый отдельный пиксель плазменного экрана представлен миниатюрной люминесцентной лампой, на экране LCD телевизора используются пиксели жидких кристаллов. На первый взгляд особой разницы нет. Однако для лучшего понимания следует определиться, что такое жидкие кристаллы.

Первый работающий жидкокристаллический дисплей LCD разработали в 1968 году. Ещё год потребовался для того, чтобы обнаружить эффект так называемого скрученного нематического поля, позволяющего получать качественное изображение. Первыми из продуктов появились жидкокристаллические наручные часы и жидкокристаллические дисплеи калькуляторов (конец 1970-х).

Сегодня LCD технология широко используется для производства компьютерных дисплеев и телевизионных приёмников. В таких конструкциях плотность киральной фазы такова, что проходящий через фазу поляризованный свет поворачивается на 90°, что соответствует ориентации правого поляризационного фильтра. Будучи в подобном состоянии, свет проходит и освещает поверхность пикселя.

Когда на жидкокристаллическую фазу накладывается электрическое поле, молекулы компонента выстраиваются в пространстве, киральность утрачивается. Свет, поступающий в ячейку, не проходит поворота плоскости поляризации, блокируется правым поляризационным фильтром. Соответственно, пиксель экрана выключается. Вот такой функционал в общем представлении демонстрирует жидкий кристалл.

Существует два основных типа ЖК-дисплеев:

  1. Пассивная матрица (PMLCD).
  2. Активная матрица (AMLCD).

Второй вариант более продвинутый. Яркие и удобные для чтения дисплеи с активной матрицей используют транзисторы за каждым пикселем для усиления изображения. Однако процесс производства AMLCD гораздо сложнее, чем для LCD-дисплеев с пассивной матрицей. Практически 50% произведенных изделий отсеиваются по причине производственного брака.

Еще по теме:  23 дюймов монитор сколько см

Всего одного небольшого дефекта конструкции достаточно, чтобы забраковать AMLCD. Это одна из причин дороговизны таких продуктов.

Конструкция жидкокристаллического экрана

Структура экрана (дисплея) LCD

Рабочий жидкокристаллический экран состоит из нескольких компонентов:

  • дисплейного стекла,
  • приводной электроники,
  • управляющей электроники,
  • механического блока,
  • блока питания.

Стекло жидкокристаллического экрана, за которым расположены жидкие кристаллы, покрыто рядами и колонками электродов с контактными площадками для подключения управляющей электроники (электрического тока). Электроника привода представлена интегральной схемой, через которую подаётся ток «возбуждения» электродов ряда и колонок.

Управляющая электроника также представлена интегральной схемой. Эта интегральная схема декодирует и интерпретирует входящие сигналы — например, от портативного компьютера к электронике привода. Механическая упаковка – собственно, рама, благодаря которой крепятся печатные платы привода и управляющей электроники к стеклу жидкокристаллического экрана.

Для всех конструкций жидкокристаллических экранов, жидкий кристалл зажат между подложками — двумя кусочками стекла или прозрачного пластика. Чтобы устранить дефект контакта жидких кристаллов и стекла, производители жидкокристаллических экранов применяют боросиликатное стекло, где мало ионов, либо наносят на стекло слой диоксида кремния.

Диоксид кремния для экранов LCD

Диоксид кремния предотвращает попадание ионов на поверхность стекла, а также попадание влаги. Ещё более простым решением является использование пластика вместо стекла. Использование пластика также делает дисплей светлее. Однако недорогие пластмассы рассеивают лучи света больше чем стекло и способны химически реагировать с жидкокристаллическими веществами.

Значительная доля современных конструкций жидкокристаллических экранов дополняются источником света в задней части дисплея (подсветкой). Используется подсветка флуоресцентного света, имитирующая на экране более тёмный цвет жидкого кристалла в облачной фазе. Некоторые производители дополнительно используют листы материала поляризатора для усиления этого эффекта.

Как изготавливают жидкокристаллические экраны с пассивной матрицей?

Изготовление пассивных матричных жидкокристаллических экранов (PMLCD) — это многоступенчатый производственный процесс. Переднюю и заднюю стеклянные подложки жидкокристаллического экрана сначала полируют, промывают, покрывают диоксидом кремния (SiO2).

Затем на стекло напыляют паровой фазой слой оксида индия-олова и вытравливают желаемый рисунок. На следующем этапе наносится длинная цепочка слоя полимера с целью корректного выравнивания жидких кристаллов, с последующим закреплением герметизирующей смолой. Получившийся стеклянный «сэндвич» заполняют жидкокристаллическим материалом.

Чтобы сделать жидкокристаллический экран визуально эффективным, добавляются поляризаторы. Эти элементы обычно изготавливаются из растянутых поливиниловых спиртовых пленок, содержащих йод. Такие плёнки располагаются между слоями ацетата целлюлозы. Цветные поляризаторы, сделанные с использованием красителя вместо йода, также допустимы к производству.

Большинство производителей закрепляют поляризатор к стеклу при помощи акрилового клея, после чего покрывают элемент пластиковой защитной плёнкой. Нередко практикуется создание отражающих поляризаторов, которые также используются в конструкциях жидкокристаллических экранов. Делается такой элемент в виде простого отражателя на основе металлической фольги.

Как изготавливают жидкокристаллические экраны с активной матрицей?

Жидкокристаллический экран и активная матрица LCD

Процесс изготовления жидкокристаллических экранов на активной матрице (AMLCD), в принципе, напоминает процесс производства изделий с пассивной матрицей. Однако отличается большими производственными сложностями. Обычно этапы нанесения покрытия SiO2, оксида индия-олова и травление фоторезистом, заменяются множеством других различных этапов.

Для производственного варианта активной матрицы (AMLCD) каждый компонент жидкокристаллического экрана изменяется для более точной правильной работы с тонкопленочным транзистором и электроникой. Эти электронные компоненты используются для усиления и коррекции изображения ЖК экрана. Как и пассивные матрицы, дисплеи на активной матрице представляют те же самые «сэндвичи», содержащие ряд компонентов:

  • поляризационную пленку;
  • две натриевых барьерных плёнки (SiO2);
  • цветной фильтр;
  • верхнее покрытие цветного фильтра из акрила / уретана;
  • прозрачный электрод;
  • ориентационную пленку из полиамида;

— фактический жидкокристаллический материал, включающий пластиковые / стеклянные прокладки для поддержания надлежащей толщины жидкокристаллического элемента.

Заключительный штрих для LCD телевизоров

Будущее жидкокристаллических экранов напрямую связано с активной матрицей. Несмотря на высокий процент брака на текущем уровне производства, ожидается постепенное совершенствование процесса изготовления активных матриц (AMLCD).

Фактически уже появились компании, предлагающие оборудование для ревизии и восстановления отбракованных изделий. Благодаря такому оборудованию, явным видится снижение коэффициента брака от величины 50%, до величины более низкой, примерно, 30- 35%.

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Z-Сила — публикации материалов интересных полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мульти-тематическая информация — СМИ .

Источник: zetsila.ru

Оцените статью
Добавить комментарий