Жидкокристаллические (ЖК) мониторы

Жидкокристаллический монитор предназначен для отображения графической информации с компьютера, телевизионного приёмника, цифрового фотоаппарата, видеопроектора, электронного переводчика, калькулятора и пр. Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Многоцветное изображение формируется с помощью RGB-триад. Каждый пиксель ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым (рис.5.27).

Рис.5.27. Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице (Twisted Nematic)эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света — ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение — молекулы стремятся выстроиться в направлении поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы выстраиваются параллельно, что приводит к непрозрачности структуры. Изменяя напряжение, можно управлять степенью прозрачности (рис.5.28) .

Рис.5.28. Принцип формирования и управления цветом в ЖК – дисплеях

Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени — жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток, или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом, полноценный ЖК-монитор состоит из электронного узла, обрабатывающего входной видеосигнал и управляющего ЖК-матрицой, самой ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса (рис.5.29) .Благодаря подходу System-on-a-Chip большинство функций (от аналого-цифрового преобразования RGB-сигнала, его масштабирования, обработки и вплоть до формирования выходных сигналов LVDS) выполняется единственной интегральной схемой (ИС) с высокой степенью интеграции, носящей название Display Engine. Среди производителей мониторов стоит отметить ИС фирмы ST Microelectronics (семейства ADE3xxx), работающие под управлением 8-разрядных микроконтроллеров.
Блок управления ЖК-матрицы выполнен в виде платы и обычно содержит единственную схему управления, так называемый драйвер матрицы, в который интегрированы приемник LVDS и драйверы истоков и затворов, преобразующие видеосигнал в адресацию конкретных пикселов по столбцам и строкам. В блок ЖК-матрицы входит также система ее подсветки, которая, за редкими исключениями, выполнена на газоразрядных лампах с холодным катодом (Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL). Высокое напряжение для них обеспечивает инвертор, размещенный в блоке питания монитора.

Рис.5.29. Структура жидкокристаллического монитора

Лампы обычно располагаются сверху и снизу, их излучение направлено в торец полупрозрачной панели, находящейся сзади за матрицей и выполняющей роль световода. От качества операции матирования и однородности материала этой панели зависит такая важная характеристика, как равномерность подсветки матрицы.
В целом же доля электронных компонентов в себестоимости монитора, по оценкам экспертов IDC [ ], составляет около 11%. Большинство затрат приходится на саму панель TFT LCD.

Рассмотрим базовые современные технологии TFT LCD. Это Twisted Nematics (TN), In-Plane Shutter (IPS, S-IPS) и Vertical Alignment (VA, MVA, PVA).
Матрицы TN – самый старый и дешевый в производстве тип матриц, для него же характерно минимальное время отклика, что и обусловило его широкое распространение. Большинство 17– дюймовых дисплеев и до 50% 19 –дюймовых содержат именно матрицы TN. К недостаткам следует отнести .
Специфическая, цветопередача, далекая от эталонной (а с появлением ”сверхбыстрых” панелей параметры цветопередачи ухудшились); клиппинг в светлых областях изображения; малые углы обзора, особенно вертикальный; невысокая контрастность. Имеют место ”неуправляемые” пикселы (dead pixels), которые на таких матрицах пропускают свет, поэтому на экране видны в виде яркой синей, красной или зеленой точки.
Характеристики матриц IPS/S-IPS, выполненных по данной технологии (компания Hitachi) обеспечивают отличная цветопередачу, широкие углы обзора, и хороший контраст (глубокий черный цвет). К недостаткам следует отнести сложность в производстве (как следствие, дороговизна) и большое время реакции матрицы. IPS может быть идеальным выбором для задач, связанных с обработкой статического изображения.

Технология MVA (Multi-domain Vertical Alignment) разработана компанией Fujitsu в качестве компромиссной между IPS и TN. Достоинства таких матриц: отличные углы обзора, неплохая цветопередача, высокая контрастность; однако время отклика по-прежнему не может сравниться с соответствующим показателем у TN. Компания Samsung производит матрицы PVA (Pattern Vertical Alignment) и S-PVA, являющиеся усовершенствованными вариантами MVA. Корейской компании удалось значительно улучшить контрастность, вплоть до 1000:1, а также с помощью технологии overdrive серьезно уменьшить время отклика – теперь мониторы этого производителя обеспечивают качественное воспроизведение динамических изображений .

Следует отметить, что именно PVA– матрицы на сегодняшний день обеспечивают оптимальный компромисс между малым временем отклика TN и качественной цветопередачей IPS. Поэтому дисплеи, оборудованные такими матрицами, могут в наибольшей степени претендовать на звание универсальных.

5.2.2.3. Плазменные (PDP) мониторы

Современная плазменная технология идеально подходит для создания индикационных панелей больших размеров. Принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разреженного инертного газа (неона или ксенона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма). Рабочим элементом (пикселем), формирующим отдельную точку изображения, является группа из трех субпикселей, ответственных за три основных цвета, соответственно. Каждый субпиксель представляет отдельную микрокамеру, на стенках которой находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов. Пиксели находятся в точках пересечения прозрачных управляющих электродов, образующих прямоугольную координатную сетку. Для того, чтобы ”зажечь” пиксель, происходит следующее. На питающий и управляющий электроды, ортогональные друг другу, в точке пересечения которых находится адресованный пиксель, подается высокое управляющее переменное напряжение прямоугольной формы. Газ в ячейке отдает большую часть своих валентных электронов и переходит в состояние плазмы. Ионы и электроны попеременно ”собираются” у электродов, по разные стороны камеры, в зависимости от фазы управляющего напряжения.

Для ”поджига” на сканирующий электрод подается импульс, однополярные потенциалы складываются и вектор электростатического поля удваивает свою величину. Происходит разряд – часть заряженных ионов отдает энергию в виде излучения квантов света в ультрафиолетовом диапазоне ( в зависимости от газа). В свою очередь, флюоресцирующее покрытие начинает излучать свет в видимом диапазоне, который воспринимает наблюдатель. 97 % ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом. Яркость свечения люминофора определяется величиной управляющего напряжения.

Высокая яркость (до700 кд/м2) и контрастность (до 3000:1) наряду с отсутствием дрожания, является большим преимуществом таких мониторов

(у профессионального монитора на ЭЛТ яркость примерно 350 кд/м2 и контрастность до 200:1) . Высокая четкость изображения сохраняется на всей рабочей поверхности экрана. Угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть нормальное изображение, существенно выше, чем у ЖК - мониторов. Плазменные панели не создают и не боятся электромагнитных полей, что полволяет использовать их в промышленных условиях. К недостаткам следует отнести повышенную потребляемую мощность и относительно невысокий срок службы (ухудшение свойств люминофорных элементов). Однако, технология совершенствуется, потребляемая мощность уменьшается, а срок службы увеличен до 20000часов (примерно 10 лет при офисном использовании).

5.2.2.4. OLED– мониторы

Уже в самом названии технологии OLED (Organic Light Emitting Diode) содержится два кардинальных отличия от технологий ЖК – мониторов. Это ”органический” и ”светоизлучающий”. Впервые предложенная фирмой Kodak схема ”органического” светоизлучающего диода с двумя слоями органических соединений на сегодняшний день остается основной. Наружным слоем первого элемента было стекло, затем формировался тончайший слой indiumtin-oxid, выступающий в роли анода, Непосредственно к нему прилегал первый органический слой (75 нм) ароматического диамина, следом слой из соединения, принадлежащего к классу fluorescent metal chelate комплексов.

Последним слоем (катод) была смесь магния с серебром . Вся система имела толщину 500 нм. При подаче напряжения 2,5 В, ток обеспечивал свечение базового слоя и поток фотонов становился более интенсивным по мере увеличения тока. При напряжении 10 В, яркость составляла более 1000 кд/м2, что минимум в 2 раза больше, чем у ЖК – панелей. К недостаткам следует отнести небольшой срок службы. Однако, на сегодняшний день применяются новые материалы для базовых слоев и обеспечивают время эксплуатации до 20000часов. Для реализации полноцветных панелей используются те же технологи, что и для ЖК – панелей. В последних моделях слой стекла заменяется полимерами и керамической пленкой ,обеспечивая гибкость. Кроме компьютерных монитров OLED - панели находят применение как электронные газеты, или многофункциональные информационные устройство в офисных помещениях, экраны, как альтернатива интерактивным доскам с видеопроектором.

Поиск по сайту: