Формирование изображения в ЖК-мониторах основано на взаимосвязи между изменением электрического напряжения, приложенного к ЖК веществу, и изменением ориентации его молекул.
ЛЕКЦИЯ №15
«Жидкокристаллический монитор (ЖК монитор). Принцип работы, устройство, характеристики»
ЖК мониторы (LCD-Liquid Crystal Display) относятся к категории плоскопанельных и представляет собой матрицу, состоящую из отдельных ячеек (пикселей), наполненных жидкими кристаллами. Жидкий кристалл – это вещество, которое одновременно обладает свойствами жидкости (текучестью) и кристаллов (твердость).
Другими словами это жидкость, обладающая анизотропией свойств, связанных с упорядоченностью ориентации молекул.
Жидкие кристаллы обладают двумя полезными свойствами.
- Во-первых, кристаллы могут упорядоченно располагаться в виде скрученной структуры (твист-структуры), которая вызывает отклонение проходящего через нее света.
- Во-вторых, под воздействием электрического тока ориентация кристаллов изменяется (они ориентируются параллельно линиям электромагнитного поля).
Жидкокристаллическая панель принципиально отличается от ЭЛТ трубки тем, что ее свечение постоянно, а элементы панели (жидкие кристаллы) выступают в роли шторок, частично или полностью перекрывающих световой поток. Для вывода цветного изображения на экран выполняется подсветка (неоновые лампы) монитора сзади или сбоку, которые горят постоянно. В некоторых моделях применяют 2 лампы, расположенные друг напротив друга.
Цвет формируется в результате объединения ЖК-ячеек в триады, каждая из которых снабжена светофильтром, пропускающим один из трех цветов. Другими словами пиксель состоит из трех ячеек, заполненных жидкими кристаллами. У каждой ячейки есть красный, синий и зеленый фильтр, что позволяет создать любой оттенок цвета.
|
|
|
Ячейки с жидкими кристаллами управляются цифровыми сигналами, определяющими порядок открытия «шторок».
Начало развития технологии изготовления ЖК экранов положено еще в 1888 г. Ученые обнаружили, что некоторые жидкие химические вещества под действием эл. тока могут выстаиваться в ряд (вспомните, как металлические опилки собираются у двух полюсов магнита). В основе работы ЖК индикаторов лежит способность жидких кристаллов пропускать или не пропускать свет в возбужденном или спокойном состояниях.
LCD: как они работают
Из всего ряда плоских дисплеев LCD выделяются тем, что сама жидкокристаллическая панель не является источником света; она лишь пропускает через себя свет, излучаемый неоновой лампой. Подтип таких дисплеев, TFT LCD, принято также называть жидкокристаллическими дисплеями с активной матрицей. Аббревиатура TFT (тонкоплёночный транзистор) обозначает управляющий элемент матрицы, контролирующий работу каждого отдельного пикселя.
|
|
|
Чтобы понять, как LCD контролирует яркость, нужно вспомнить эффект поляризации света из курса общей физики. Если не вдаваться в подробности, то данный эффект можно описать так: свет поляризуется, проходя через первый специальный фильтр, характеризуемый определённым углом поляризации. Для человеческого глаза ничего не меняется, только в два раза падает яркость света. Но если за первым фильтром поставить ещё один такой же, то свет будет либо полностью им поглощаться (если угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу первого), либо беспрепятственно проходить (если углы совпадают). Плавное изменение угла второго фильтра позволяет плавно регулировать интенсивность света.
Общий принцип действия всех TFT LCD показан на рисунке ниже: свет от неоновой лампы проходит через систему отражателей, направляется через первый поляризационный фильтр и попадает в слой жидких кристаллов, контролируемый транзистором; затем свет проходит через цветовые фильтры (как и в CRT, каждый пиксель матрицы строится из трёх компонент цвета – красной, зелёной и синей). Транзистор создаёт электрическое поле, задающее пространственную ориентацию жидких кристаллов. Свет, проходя через такую упорядоченную молекулярную структуру, меняет свою поляризацию, и в зависимости от неё будет либо полностью поглощён вторым поляризационным фильтром на выходе (образуя чёрный пиксель), либо не будет поглощаться или поглотится частично (образуя различные цветовые оттенки, вплоть до чистого белого).
|
|
|
Поляризация, лежащая в основе LCD технологии, имеет и свои минусы. Один из главных – сокращение угла обзора жидкокристаллического дисплея, и производители LCD панелей это учитывают. В настоящее время распространены три технологии, позволяющие если не искоренить, то хотя бы значительно уменьшить такой недостаток. Следующий раздел посвящен подробному их описанию.
Экран состоит из 2-х панелей, выполненных из очень чистого (без примесей натрия) стекла, между которыми размещен слой жидкокристаллического вещества. На обеих панелях есть специальные бороздки, предназначенные для ориентации кристаллов строго определенным образом (соприкасаясь с бороздками, молекулы во всех жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках). Бороздки сделаны из прозрачного полимера и на каждой из пластин расположены параллельно друг другу и перпендикулярно относительно другой пластины.
|
|
|
На стеклянные панели дополнительно наносят еще 2 слоя, представляющие собой поляризационные фильтры, пропускающие тот свет, который соответствует заданному направлению (выполняют роль поляризатора и анализатора). Это направление задается бороздками. А остальной свет фильтры либо частично либо полностью поглощают.
(для сведения: Фактически каждая ЖК ячейка представляет собой электронно-управляемый светофильтр).
Для изготовления ЖК элемента используют нематические кристаллы, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок. В отсутствие электрического поля молекулы нематических кристаллов образуют скрученные спирали (ячейка прозрачна). При прохождении в этот момент луча света через ЖК-элемент плоскость поляризации его поворачивается на некоторый угол и свет беспрепятственно может проходить через этот элемент (см плакат ,а).
Если же к прозрачным электродам приложено напряжение, спираль молекул распрямляется (молекулы располагаются параллельно силовым линиям поля) и поворота плоскости поляризации уже не происходит, т.е выходной поляризатор не пропускает свет (см плакат,б).
Напряжение, приложенное к каждой ячейке, формируется ПК.
Формирование изображения в ЖК-мониторах основано на взаимосвязи между изменением электрического напряжения, приложенного к ЖК веществу, и изменением ориентации его молекул.
Различают пассивные и активные матрицы.
В пассивных матрицах монитор разделен на отдельные ячейки, каждая из которых работает независимо от остальных (подсвечена индивидуально). Изображение формируется построчно путем последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки. Т.к электр. емкость отдельных ячеек большая, то напряжение на них не может меняться быстро, поэтому изображение не отображается плавно и дрожит.
При изготовлении пассивных матриц используют несколько технологий (перечислим их по мере совершенствования):
- TN (Twisted Nematic) –технология (твистированная нематическая). Закручивание молекул составляло 90о;
- STN (Super Twisted Nematic) –технология. Угол закручивания ЖК молекул был увеличен до 270о, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора.
- DSNT (Double Super Twisted Nematic) –технология. Использование 2 ячеек, одновременно поворачивающих плоскости поляризации в противоположных направлениях (улучшились характеристики мониторов).
-DSS (Dual Scan Screens)- технология. Весь экран разбивается на четные и нечетные строки, обновление которых происходит одновременно (применение двойного сканирования), т.е. экран дважды регенерируется, и изображение не дрожит и плавно отображается. (для повышения быстродействия).
Матрица называется пассивной потому что эти технологии не могут обеспечить должное быстродействие при отображении информации на экране.
В активной матрице каждой ячейкой изображения управляет свой электронный переключатель (спец. транзистор), контролирующий работу каждого отдельного пикселя Эта технология называется TFT (Thin Film Transistor) – тонкопленочный запоминающий транзистор (он может хранить цифровую информацию и изображение храниться до тех пор, пока не поступит другой сигнал).Термин Film обозначает дополнительное наружное плёночное покрытие, позволяющее увеличить угол обзора со стандартных 90 градусов (по 45 с каждой стороны) до приблизительно 140 градусов. Располагаются транзисторы на стеклянной панели (тыльной стороне дисплея).
Транзистор создаёт электрическое поле, задающее пространственную ориентацию жидких кристаллов. Свет, проходя через такую упорядоченную молекулярную структуру, меняет свою поляризацию, и в зависимости от неё будет либо полностью поглощён вторым поляризационным фильтром на выходе (образуя чёрный пиксель), либо не будет поглощаться или поглотится частично (образуя различные цветовые оттенки, вплоть до чистого белого).
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 186; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!