Каково устройство и принцип формирования изображения матричного дисплея?
В 1970-х годах компанией RCA был впервые представлен жидкокристаллический монохромный экран. Жидкокристаллические дисплеи начали использоваться в электронных часах, калькуляторах, измерительных приборах. Потом стали появляться матричные дисплеи, воспроизводящие черно-белое изображение
Жидкокристаллические экраны являются одними из первых, которые составили реальную конкуренцию электронно-лучевым трубкам в системах отображения информации. Принципиальное устройство наиболее распространенного матричного жидкокристаллического экрана на основе твист-эффекта выглядит следующим об- разом: слой жидкого кристалла, заключенный между двумя стеклянными пластинами со взаимно перпендикулярными полосками электродов, подсвечивается расположенными сзади (в некоторых моделях – сбоку, с торца экрана) люминесцентными источниками белого света. Стекла одновременно являются поляризаторами; меняя напряжение на отдельном элементе, можно регулировать яркость прошедшего сквозь него света. На лицевой стеклянной пластине располагают триады цветных светофильтров, размеры которых близки к размерам люминофорных триад на экране кинескопа. Ширина полосок электродов подобного экрана может быть уменьшена до 5 мкм, число ячеек может достигать несколько миллионов.
Электрическая схема одноцветного светодиодного матричного индикатора с динамическим управлением.
Важной проблемой на пути создания матричных экранов всех типов является эффективное управление каждой из ячеек экрана. Жидкокристаллические экраны позволили обеспечить интеграцию отображающего растра и схемы управления за счет применения активной матричной адресации. Для этих целей разработана технология получения матриц тонкопленочных транзисторов на основе аморфного гидрогенезированного кремния (α-Si:H). Тонкопленочная технология позволяет наносить пленки аморфного кремния на стеклянные подложки, являющиеся одновременно основой для жидкокристаллического слоя. Таким образом создаются матрицы пленочных МОП-транзисторов, в которых затвор и исток подключаются к X-Y шинам, а сток одновременно является одним из электродов для отдельной жидкокристалл
Каково устройство и принцип формирования изображения ЖК дисплея?
Принцип работы ЖК монитора
Для начала стоит разобраться, что же такое ЖК монитор. Для этого нужно понять, что такое LCD-дисплей. Как вы, наверное, уже догадались LCD это некое сокращение, полностью название имеет следующий вид – LiquidCrystalDisplay. В переводе на русский язык это означает жидкокристаллический дисплей. Таким образом, становится понятно, что ЖК и LCD – это одно и то же.
Данная технология построена на использовании специальных молекул жидких кристаллов, которые имеют уникальные свойства. Такие мониторы отличаются рядом неоспоримых преимуществ. Для того чтобы их понять стоит более детально разобрать принцип работы ЖК мониторов.
Устройство LCD монитора и принцип его работы
Как уже говорилось выше, для изготовления ЖК-дисплея используются специальные вещества, которые называются цианофенилами. Они находятся в жидком состоянии, однако при этом они имеют уникальные свойства, которые присущи кристаллическим телам. По сути – это такая жидкость, которая имеет анизотропию свойств, в частности оптических. Эти свойства связаны с упорядоченностью в ориентации молекул.
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). Другие световые спектры кристаллы не пропускают. Другими словами, цианофенилы являются световыми фильтрами, пропускающими только определенный световой спектр – один из основных цветов. Такой эффект и называется поляризацией света.
Благодаря тому, что длинные молекулы жидких кристаллов меняют свое расположение в зависимости от электромагнитного поля, появилась возможность управления поляризацией. То есть в зависимости от силы воздействующего электромагнитного поля на циенофенилы они меняют свое расположение и форму, тем самым меняя углы преломления света и меняя свою поляризацию. Именно благодаря сочетанию электрооптических свойств кристаллов и способности принимать форму сосуда такие молекулы получили название – жидкие кристаллы.
Именно на таких свойствах и основывается принцип работы LCD монитора. Благодаря изменению силы электромагнитного поля молекулы жидких кристаллов меняют свое положение. Таким образом, формируется изображение.
Устройство
Субпиксел цветного ЖК-дисплея
Конструктивно дисплей состоит из следующих элементов:
- ЖК-матрицы (первоначально — плоский пакет стеклянных пластин, между слоями которого и располагаются жидкие кристаллы; в 2000-е годы начали применяться гибкие материалы на основе полимеров);
- источников света для подсветки;
- контактного жгута (проводов);
- корпуса, чаще пластикового, с металлической рамкой для придания жёсткости.
Состав пикселя ЖК-матрицы:
- два прозрачных электрода;
- слой молекул, расположенный между электродами;
- два поляризационных фильтра, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны.
Если бы жидких кристаллов между фильтрами не было, то свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокировался бы вторым фильтром.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице 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, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического 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 становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.
Если постоянное напряжение приложено в течение 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 (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).
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 монитор с ЖК-дисплеем состоит из высокоточной электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 873; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!