Жидкокристаллические дисплеи, в отличие от плазменных, используются очень широко: от наручных часов, до компьютера. Портативность и малая потребляемая мощность обусловили такую широкую сферу их применения. В процессе развития технология изготовления ЖК-дисплеев испытывала неоднократные принципиальные прорывы, направленные на улучшение качества изображения. В итоге, теперь можно смело сказать, что активноматричные ЖК-дисплеи обошли по качеству картинки своих «коллег» на вакуумных кинескопах.
Общие сведения
Аморфные поляроиды
Работа ЖКД 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 самого поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы «просеивает» свет, данный эффект называется поляризацией света.
Из чего состоит дисплей на телефоне? Разбираем дисплейный модуль LCD, TFT, IPS
В конце XIX века австрийский ботаник Фридрих Райницер (Friedrich Reinitzer) изучал свойства холестерина в растениях. Он обнаружил, что молекулы метоксибензилидин бутиланалина (methoxybenzilidene butylanaline) при нагреве мутнеют и проявляют текучесть, а при дальнйшем нагреве и вовсе превращаются в жидкость. Когда он сообщил о своих результатах немецкому физику Отто Леману (Otto Lehmann), выяснилось, что разогретые до жидкого состояния молекулы приобретают электрооптические свойства, схожие с кристаллическими веществами. В связи с этим их назвали «жидкими кристаллами» (ЖК).
Более того, оказалось, что молекулы ЖК (имеющие вытянутую форму), чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет. Таким образом появилась возможность управлять поляризацией светового потока с помощью целого класса веществ, которые относятся к ЖК.
Ячейка
Так называемая фаза ЖК «нематик» (nematic) позволяет изменять оптическую плоскость ЖК посредством приложения переменного потенциала. В ЖКД для формирования изображения как раз и применяют нематики. Для этого на пути прохождения света до и после ЖК помещают два поляроида таким образом, что их оптические плоскости были ортогональны друг другу.
В качестве обкладок используют специальным образом обработанные полиамидные пленки. Грубо говоря, нанесенные на их поверхностях мелкие насечки задают главное направление (директор) для продолговатых молекул ЖК. Длинные молекулы стараются «улечься» вдоль главного направления.
Но направления насечек на обкладках ортогональны друг другу и лежат в оптической плоскости соответствующего поляроида. Поэтому сигарообразные молекулы плавно поворачиваются на 90 о по мере удаления от одного поляроида к другому, формируя в объеме спиральную структуру. Образно говоря, создаются спиралевидные «винтовые лестницы» для светового потока (Twisted Nematic — завинченный нематик).
Из чего состоит жк экран?
Теперь, если через такую конструкцию пропустить свет, то сначала он, пройдя через первый поляроид, поляризуется в плоскости первого поляроида. Далее направление поляризации светового потока, проходящего через завинченные нематики, будет поворачиваться, пока не совпадет с оптической плоскостью второго поляроида.
После чего второй поляроид пропустит большую долю оставшейся части светового потока. Но стоит только приложить к электродам переменный потенциал, как молекулы вытянутся вдоль силовых линий электромагнитного поля. Проходящий поляризованный свет не изменит ориентации векторов электромагнитной и электростатической индукции.
Поэтому второй поляроид не пропустит такой поток света. Таким образом получаем, что при отсутствии потенциала ЖК-ячейка «прозрачна» для проходящего света. А при установленном управляющем напряжении ЖК-ячейка — «непрозрачна». Изменяя уровень управляющего напряжения в пределах допустимого диапазона, мы можем модулировать яркость светового потока, проходящего через ячейку.
А если направление оптической плоскости второго поляроида будет совпадать с первым, то ячейка будет работать наоборот: при отсутствии потенциала — непрозрачная (тёмная), при наличии — прозрачная. В связи с этим мы можем говорить о позитивной или негативной модуляции света.
Эволюция
STN, DSTN
Из ЖК-ячеек малого размера можно создавать элементы изображения, например, сегменты ЖК-индикатора калькулятора. Когда были разработаны портативные компьютеры, то встал вопрос о создании для них маломощного точечно-матричного дисплея.
Легко догадаться, что если для изображения одного символа требуется 7 × 5 = 35 точек, то для работы с компьютером потребуется как минимум 320 × 200 = 64 000 ЖК-ячеек. А к каждой ячейке нужно подвести как общий, так и управляющий электрод — а это расточительно. Выход состоит в применении поочередного управления ячейками с помощью прямоугольной сетки (матрицы) управляющих электродов.
В каждый момент времени на одном из вертикальных и одном из горизонтальных управляющих электродов выставляется напряжение, адресованное ячейке, которая расположена в точке пересечения этих электродов. Для предотвращения мерцания применяют ЖК с большим временем послереакции. Поэтому качество динамичного изображения получается неудовлетворительное, да и контрастность очень плохая. Поэтому матрицы на обычных TN-ячейках практически не использовались (TN матрица может содержать не более 64 столбцов или строк). Только доработанные ячейки типа STN (Super Twisted Nematic) с большим углом поляризаии нашли применение в портативных компьютерах.
Дальнейшим усовершенствованием стала технология DSTN (Double STN), в которой одна двухслойная DSTN-ячейка состоит из 2 STN-ячеек, молекулы которых при работе поворачиваются в противоположные стороны. Свет, проходя через такую конструкцию в «запертом» состоянии, теряет значительно большую часть своей энергии.
Контрастность и разрешающая способность DSTN достаточно высокая, поэтому появилась возможность изготовить цветной дисплей, в котором на каждый пиксел приходится три ЖК-ячейки и три оптических фильтра основных цветов. Цветные дисплеи не способны работать от отраженного света, поэтому лампа задней подсветки — их обязательный атрибут.
Для сокращения габаритов лампа находится с боку, а напротив нее зеркало, поэтому большинство LCD-матриц в центре имееют яркость выше, чем по краям (это не относится к настольным ЖК мониторам). Для улучшения качества динамического изображения было предложено увеличить количество управляющих электродов. То есть вся матрица разбивается на несколько независимых (Dual Scan DSTN — два независимых поля развертки изображения), каждая из подматриц содержит меньшее количество пикселов, поэтому поочередное управление ими занимает меньше времени. В результате чего можно сократить время послереакции ЖК.
TFT, OCF, CD, FRC
Но поистине качественный скачок технология ЖК-дисплеев сделала после разработки активноматричных ЖК-панелей. Благодаря применению тонкопленочного прозрачного транзистора TFT (Thin Film Transistor) каждая ЖК-ячейка приобрела персональный «запирающий ключ». Таким образом при поочередном опросе, каждая активная ячейка запоминает свое состояние. Именно поэтому не имеет смысла подавать на TFT-дисплеи высокочастотный видеосигнал. Достаточно частоты кадровой развертки в 60 Гц, так как каждый кадр будет отображаться четким, немерцающим и не раздражающим глаза.
Но проблемы всё-равно остаются, например, цветопередача, углы обзора и время реакции. Для исправления эффекта инверсии цветов при большом угле обзора на TFT мониторах применяют оптический корректор (OCF — Optical Compensation Film), который выравнивает передаточную характеристику ЖК-панели при обзоре по вертикали. Кроме того, многие контроллеры дисплеев раньше использовали 18-битное представление цвета, и чтобы сэмулировать 24-битный цвет (16,7 млн цветов), стали использовать метод цветовой диффузии (Color Diffusion). Невоспроизводимые напрямую полутона получались путём смешения близких основных цветов соседними пикселами. Такой подход даёт удовлетворительные результаты, но сказывается на чистоте изображения — плавные полутоновые переходы становятся зернистыми.
Другой метод (FRC — Frame Rate Control) основан на инертности как самого ЖК, так и глаза наблюдателя. Вместо того, чтобы образовывать полутон соседними пикселами, можно попеременно от кадра к кадру, в соответствии с кадровой развёрткой, изменять цвет пиксела на соседние основные цвета. То есть, для вывода полутона, находящегося между двумя цветами с и c + 1, в каждом нечётном кадре выводится цвет c, а в каждом чётном — c + 1. В результате наблюдатель воспримет в качестве цвета пиксела полутон c + 1 / 2. Таким образом, на примере парного FRC получается эмуляция в два раза более широкого цветового пространства (с увеличенной на один бит разрядностью).
MVA, IPS
Для борьбы с искажением цветов при изменении обзора по вертикали Hitachi и Fujitsu предложили различные методы. Fujitsu решила разбить рабочую ячейку на две зоны (MVA — Multi Domain Alignment). Обе зоны управляются одновременно, но ЖК в кажой из них ориентированы по разному (у каждой зоны свой директор), к тому же, при подаче напряжения они разворачиваются в разные стороны. Но полностью проблема не была решена (см. «Качество воспроизведения изображения ЖК-панелями»). В дальнейшем различные клоны данного подхода (например, PVA от Samsung — Patterned Vertical Alignment) немного улучшили показатели цветопередачи.
Метод поворота ЖК в одной плоскости (IPS — In-Plane Switching) оказался более удачным в плане общей цветопередачи и, в особенности, в отображении тёмных тонов. Hitachi разместила управляющие электроды на одной поверхности таким образом, что силовые линии возникающего электрического поля принимают горизонтальную форму (параллельно подложке). При подаче управляющего напряжения ЖК разворачиваются в одной плоскости. Запертая ячейка IPS-панели пропускает значительно меньше света, чем ячейка MVA (более глубокий чёрный), а общая передаточная характеристика выглядит более плавно и без провалов. Дальнейшее совершенствование этой технологий породило семейство S-IPS (Super IPS), SFT (Super Fine TFT), A-SFT (Advanced SFT), SA-SFT (Super A-SFT).
Другая модификация технологии IPS переняла от MVA мультидоменность, и таким образом появились панели DD IPS (Dual Domain IPS), в которых ячейка состоит из двух зон с разными направлениями поляризации для увеличения угла обзора.
Источник: axofiber.info
Как работает монитор LCD?
Принцип работы жидкокристаллических мониторов основывается на поляризационных свойствах молекул кристаллов. Эти молекулы способны пропускать исключительно ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой располагается в параллельной оптической плоскости поляроида (молекулы кристалла).
Что лучше ЖК дисплей или OLED?
Чем отличается экран LCD и OLED Такой дисплей потребляет меньше энергии, что позволяет экономить заряд. Также экран тоньше и освобождается место для более емкого аккумулятора. Кроме того, OLED-экраны лучше передают насыщенный черный и белый цвет, имеют лучшие показатели контрастности и глубокой цветопередачи.
Как работает монохромный ЖК дисплей?
В исходном состоянии (при отключенном напряжении) монохромный ЖК—дисплей прозрачен. При подаче напряжения на электроды возникает электрическое поле, вдоль силовых линий которого и ориентируются молекулы жидких кристаллов.
Как устроен ЖК индикатор?
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.
Как организуется формирование изображения в ЖК мониторах?
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.
Что такое ЖК монитор?
Жидкокристаллический дисплей (ЖК-экран, ЖКД; жидкокристаллический индикатор, ЖКИ; англ. liquid crystal display, LCD) — экран на основе жидких кристаллов. Простые приборы с ЖКИ (электронные часы, термометры, плееры, телефоны и пр.) могут иметь монохромный или 2—5-цветный дисплей.
Как работает LED монитор?
LED display для трансляции видеоконтента функционирует посредством полупроводниковых светодиодов, проводящих ток. В результате в матрице (управляющая плата) образуются пиксели. Разрешение светодиодного экрана означает плотность пикселей, которое влияет на конечное качество картинки.
Как устроен экран компьютера?
Современный монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления и корпуса. Информация для отображения на мониторе поступает с электронного устройства, формирующего видеосигнал (в компьютере — видеокарта или графическое ядро процессора).
Что такое монохромное изображение?
Монохромный – буквально означает один цвет. Обычно это черное изображение на белом или сером фоне, иногда с подсветкой. Ранее в мобильных телефонах использовались монохромные дисплеи с подсветкой разных цветов – зеленый, белый, голубой или оранжевый.
Что лучше LCD или IPS?
Super LCD или IPS LCD Это более естественные цвета, хорошие углы обзора, высокая контрастность и четкость изображения. Все эти показатели существенно превосходят показатели первых IPS дисплеев.
Какой телевизор лучше ЖК или OLED?
Лучшие ЖК-дисплеи показывают ярче OLED, но проигрывают им в способности отобразить настоящий черный цвет. Чем больше у ЖК-панели зон, тем выше динамический диапазон. OLED: более 20 единиц. Уже было сказано, что OLED-панели не могут достичь такой же высокой яркости, что и ЖК, но зато отображают чернейший черный.
Чем OLED отличается от LCD?
OLED и LED LCD. Основным различием является то, что в LED LCD пиксели подсвечиваются, а в OLED они излучают собственный свет. Вы могли слышать о том, что пиксели OLED называют «emissive» («излучающими»). Это значит, что яркость OLED-дисплея может контролироваться попиксельно.
Какой экран лучше Super LCD или IPS?
Super LCD или IPS LCD Это более естественные цвета, хорошие углы обзора, высокая контрастность и четкость изображения. Все эти показатели существенно превосходят показатели первых IPS дисплеев.
Как работает TFT экран?
Свет от лампы подсветки (неоновая или светодиоды) проходит через первый поляризатор и попадает в слой жидких кристаллов, управляемых тонкопленочным транзистором (TFT). Транзистор создает электрическое поле, которое формирует ориентацию жидких кристаллов.
Как формируется изображение на экране?
Так вот, изображение на экране монитора образуется из отдельных точек, которые называются пикселем, что в переводе с английского означает элемент изображения. Эти точки на экране монитора образуют строки, а всё изображение строится из определённого количества таких строк.
Что такое технология LCD?
Технология LCD использует лампу, которая посылает белый свет на комбинацию, состоящую из нескольких зеркал. Эти зеркала разделяют свет на его три основных цвета (красный, зеленый и синий). Для каждого цвета используется своя LCD матрица.
Что означает LED дисплей?
Светодиодный экран (LED screen, LED display) — устройство отображения и передачи визуальной информации (дисплей, монитор, телевизор), в котором каждой точкой — пикселем — является один или несколько полупроводниковых светодиодов (LED).
Источник: toptitle.ru
Что такое компьютерный монитор
Возможность представлять информацию в графическом виде имеет множество преимуществ по сравнению с другими способами, поэтому огромное количество современных электронных устройств имеют дисплей для ее вывода и компьютер не является исключением.
Хотя для работы компьютера он не является обязательным элементом и нужен только человеку для удобного взаимодействия с машиной, тем не менее он считается важным компонентом компьютерной системы и его выбору уделяется пристальное внимание.
Компьютерный монитор — это устройство для вывода информации с видеокарты в графическом виде, то есть представления ее в визуальной форме. Это может быть интерфейс программы, видео и так далее.
Современные компьютерные мониторы формируют изображение растровым способом. Все изображение состоит из множества отдельных маленьких точек (пикселей), настолько маленького размера и расположенные так близко к друг другу, что получаемое изображение человеческий глаз воспринимает цельным.
Это можно сравнить с закрашиванием отдельных клеточек в школьной тетрадке в клетку в результате чего получался узор, с той разницей, что клеточки в дисплеях очень мелкие и закрашиваются разными цветами формируя полноцветное изображение.
По способу формирования изображения мониторы бывают ЭЛТ, ЖК и плазменные. В настоящее время технология жидкокристаллических мониторов (ЖК) или в английском варианте liquid crystal display (LCD) вытеснила остальные с рынка и жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) применяются так же в смартфонах, планшетах и других электронных устройствах.
LCD мониторы
В общих чертах конструкция жидкокристаллической панели выглядит следующим образом. Это слоеный пирог из двух стекол (или гибких прозрачных полимеров) по совместительству выполняющих роль электродов и слоя жидких кристаллов между ними, а по краям пирога расположены два линейных поляризационных фильтра с взаимно перпендикулярной ориентацией.
Свет от неполяризованного источника света проходит через первый поляризационный фильтр и становится поляризованным по горизонтали, дальше он попадает в слой жидких кристаллов. Кристаллы при этом расположены относительно друг друга и поляризационных фильтров строго определенным образом, они закручены в спираль. Таким образом свет пройдя через них меняет угол на 90 градусов и беспрепятственно выходит через верхний поляризационный фильтр расположенный с другой стороны панели и ориентированный вертикально. В итоге мы видим свет или по-другому точка светится.
Однако, если на электроды подать напряжение, то под действием электрического поля жидкие кристаллы начинают менять свою ориентацию в пространстве раскручивая спираль и свет уже не может пройти через второй поляризационный фильтр и получается черный цвет. Если дополнить эту систему цветными фильтрами, то получится цветной монитор. В дисплеях без подсветки принцип тот же, но используется отраженный свет от внешних источников.
У ЖК мониторов есть несколько важных характеристик. Одной из основных является физический размер экрана, который принято измерять в длине диагонали и обозначать в дюймах. Однако одной диагонали недостаточно, чтобы понять размеры дисплея и поэтому используется еще такой параметр как соотношение сторон.
Наиболее распространенными являются 4:3, 5:4, 16:9, 16:10. Соотношение показывает, насколько ширина экрана отличается от высоты. Соотношения сторон 4:3 означает, что ширина составляет 4 условных единицы, а высота только 3 или по-другому ширина в 1,33 раза больше высоты. Если за условную единицу взять 10 сантиметров, то получится ширина равна 40 см, а высота 30 см. Первые два соотношения относятся к так называемым прямоугольным, а вторые два к широкоформатным мониторам.
Изначально мониторы выпускались, как и старые телевизоры в пропорциях близких к квадрату, что довольно удобно для повседневной работы за компьютером. Однако с развитием технологий и появления HD видео производители решили, что для большего погружения в атмосферу фильма или игры экран следует делать более вытянутым в ширину, что якобы задействует периферийное зрение. Со временем пошли еще дальше и появились сверхширокоформатные мониторы с соотношением сторон 21:9.
Другой характеристикой, тесно связанной с диагональю, является разрешение монитора, выражаемое в количестве ячеек (пикселей) содержащихся в матрице по ширине и высоте. Например, 1280×768, 1366×768, 1280×1024, 1920×1080, 2460×1440 и так далее. Чем их больше, тем четче и детальней будет изображение. Поскольку размер пиксела должен быть достаточно маленьким, чтобы оставаться неразличим для человеческого глаза, то увеличение диагонали автоматически требует увеличения разрешения матрицы. Узнать разрешение своего монитора онлайн вы можете здесь.
Таким образом каждый монитор имеет физическое разрешение так же называемое наитивным. Это важный момент так, как только в этом разрешении изображение получается наиболее четким. Если изменить разрешение в меньшую сторону программным способом, например, 1920×1080 превратить в 1366×768 то качество картинки заметно ухудшится. Это происходит из-за того, что теперь точку, которая раньше показывалась одним пикселем теперь надо показывать дробным числом пикселей, и чтобы этого избежать применяются различные алгоритмы, но они ухудшают качество изображения.
Конечно мониторы имеют еще множество других характеристик, влияющих на их потребительские свойства, но их мы рассмотрим отдельно в другой раз. Компьютерные мониторы и экраны ноутбуков можно выключать программным способом по собственному желанию, не используя кнопку питания на корпусе.
ЭЛТ-мониторы
Их конструкция не отличается от обычных старых телевизоров. В мониторах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) или в английском варианте cathode ray tube (CRT) изображение формировалось лучом электронов бомбардирующих экран с люминесцентным покрытием которое начинало светиться от их воздействия. Проход осуществлялся построчно сверху вниз. Из-за наличия кинескопа ЭЛТ мониторы были большими и тяжелыми, а четкость изображения уступает LCD мониторам.
К тому же из-за того, что люминофор продолжал светиться некоторое время после воздействия на него потоком электронов быстрые сцены были размытыми, а у курсора мыши образовывался шлейф. Сейчас их в магазинах уже не встретишь и можно купить разве что на барахолках.
На заре компьютерной эры широко были распространены векторные мониторы. В них изображение формировалось не построчно, а луч отрисовывал каждый элемент целиком, как если бы его рисовал человек кистью. В последствии они оказались вытеснены растровыми собратьями и остались в некоторых специфических областях.
Плазменные мониторы
Их устройство имеет сходство одновременно с LCD и CRT мониторами. Между параллельными стеклянными пластинами расположены ячейки, заполненные ионизированным газом и имеющие два электрода. Электрический разряд вызывает ультрафиолетовое излучение приводящее в свою очередь к свечению люминофора.
Они довольно дорогие, а особенности технологии не позволяют выпускать панели небольшого размера, поэтому плазменные мониторы в основном использовались в роли информационных экранов в общественных местах.
Поделиться понравившейся статьей:
Источник: beginpc.ru