LCD
Жидкокристалли́ческий диспле́й (англ. liquid crystal display (LCD)) — электронное устройство визуального отображения информации (дисплей), принцип действия которого основан на явлении электрического перехода Фредерикса в жидких кристаллах. Дисплей состоит из произвольного количества цветных или монохромных точек (пикселей), и источника света или отражателя (рефлектора).
Каждая из цветных точек жидкокристаллического дисплея состоит из нескольких ячеек (как правило, из трёх), спереди которых устанавливаются световые фильтры (наиболее часто — красный, синий и зелёный). То есть цвет определённой точки и её яркость определяются интенсивностями свечения ячеек, из которых она состоит.
Управление каждой жидкокристаллической ячейкой осуществляется с помощью напряжения, которое подаётся на ячейку одним из тонкоплёночных транзисторов (TFT — аббревиатура от англ. Thin-Film Transistor).
Жидкокристаллические дисплеи имеют низкое энергопотребление, поэтому они нашли широкое применение, как в карманных устройствах (часых, мобильных телефонах, карманных компьютерах), так и в компьютерных мониторах, телевизорах и т.д.
Устройство[править]
Экран LCD представляет собой массив маленьких сегментов (пикселей), которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD имеет несколько слоёв, где ключевую роль играют две панели, изготовленные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, который называют субстратом или подложкой. Промежуток между слоями заполнен тонким слоем жидкого кристалла. На панелях есть бороздки, придающие им специальную ориентацию. Бороздки расположены параллельно друг другу в пределах каждой панели, но бороздки одной панели перпендикулярны бороздкам другой. Продольные бороздки образуются в результате нанесения на стеклянную поверхность тонких плёнок прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается.
Бороздки ориентируют молекулы жидкого кристалла одинаково во всех ячейках. Молекулы одного из типов жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают векторы электрического (и магнитного) полей световой волны на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения светового луча. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Промежуток между панелями очень тонкий.
Технологические характеристики[править]
- Тип матрицы — технология изготовления дисплея
- Разрешающая способность — количество пикселей в каждом из измерений, которое может быть отображено.
- Размер пикселя — расстояние между центрами соседних пикселей.
- Яркость — световая характеристика тел, которые являются источниками света.
- Контрастность — мера обнаружения объекта на фоне.
- Время отклика — минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости.
- Угол обзора — угол относительно перпендикуляра к центру матрицы, при наблюдении которого контрастность изображения в центре матрицы падает до 10:1.
Типы матриц[править]
- TN+FILM — (Twisted Nematic + film), иногда можно встретить название TN. Один из самых старых и распространённых типов матриц.
- IPS (SFT) — IPS (In-Plane Switching)/SFT (Super Fine TFT). Технология была разработана компаниями Hitachi и NEC. На данный момент[когда ?] единственный тип матриц, которые передают полную глубину цвета RGB — 24 бита, по восемь бит на канал. Начиная с 1998 года развитием данной технологии занялись компании: Hitachi, NEC и LG. Кроме того, была создана технология ACE (Advanced Coplanar Electrode) от компании Samsung, но эта технология не используется при создании мониторов.
- S-IPS — Позднее после переключения в плоскости было представлено Super-IPS с ещё лучшим временем отклика и воспроизведением цветов.[1]
| Название | Короткое название | Год |
|---|---|---|
| Super Fine TFT | SFT | 1996 |
| Advanced SFT | A-SFT | 1998 |
| Super-Advanced SFT | SA-SFT | 2002 |
| Ultra-Advanced SFT | UA-SFT | 2004 |
| Название | Короткое название | Год |
|---|---|---|
| Super TFT | IPS | 1996 |
| Super-IPS | S-IPS | 1998 |
| Advanced Super-IPS | AS-IPS | 2002 |
| IPS-Provectus | IPS-Pro | 2004 |
| IPS alpha | IPS-Pro | 2008 |
| IPS alpha next gen | IPS-Pro | 2010 |
| Название | Короткое название | Год |
|---|---|---|
| Super-IPS | S-IPS | 2001 |
| Advanced Super-IPS | AS-IPS | 2005 |
| Horizontal IPS | H-IPS | 2007 |
| Enhanced IPS | e-IPS | 2009 |
| Professional IPS | P-IPS | 2010 |
| Advanced High Performance IPS | AH-IPS | 2011 |
- MVA — (Multi-Domain Vertical Alignment). Была разработана компанией Fujitsu в 1996 году. MVA имеет те же преимущества, что и IPS-матрицы, и к тому же меньшее время отклика. Недостатком является то, что время перехода молекул кристаллов в промежуточные состояния длится меньше чем в крайние — это может привести к размытию изображения при просмотре фильмов, или в динамичных играх.
- PVA — (Patterned Vertical Alignment). Была разработана компанией Samsung, как альтернатива MVA. Данный тип матриц демонстрирует хорошую контрастность, но, как и MVA-матрицы, имеет проблемы с яркостью и временем отклика.[2]
- IGZO — (Indium Gallium Zinc Oxide). полупроводниковый материал, который может быть использован в качестве канала для прозрачных тонкоплёночных транзисторов. Эти материалы могут быть заменой аморфного кремния для активного слоя ЖК-экранов. Подвижность электронов этого материала в сорок раз выше, чем у аморфного кремния, что позволяет уменьшить размер пикселя (для получения разрешения намного выше чем формат HDTV) или время отклика экрана.
Принцип действия[править]
Работа ЖК-дисплея основана на явлении поляризации светового потока. Кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор магнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для остального светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы просеивает свет. Этот процесс называется поляризацией света. С открытием класса жидких веществ, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поворачивать плоскость поляризации света, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за сходство с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.
Прохождение света[править]
Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели.
Если к ячейке приложить электрическое поле, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов.
Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникает необходимость добавить к стеклянным панелям ещё два других слоя, выполняющих роль поляризационных фильтров. Эти фильтры пропускают только составляющую светового луча с заданной поляризацией. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, потому что первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается и к моменту прохождения пучком до второго поляризатора он уже повёрнут так, что проходит через второй поляризатор без препятствий.
При наличии электрического поля поворот вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидком кристалле не произойдёт вовсе, то световой луч будет полностью поглощён вторым поляризатором, и освещённый сзади экран будет казаться чёрным (лучи подсветки полностью поглощаются экраном). Если расположить большое число электродов, создающих различные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейках), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране элементы изображения. Электроды инкапсулируют в прозрачный пластик и придают им любую форму. Технологические нововведения позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на маленьком участке экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешающую способность LCD-монитора и позволяет отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходимо подсвечивание монитора сзади, таким образом, чтобы свет исходил из задней части LCD. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Для получения цветного изображения используют три фильтра, выделяющие из излучения источника белого света три основные компоненты — красный, зелёный и синий цвета. Благодаря комбинированию этих трёх основных цветов для каждой точки или пикселя экрана появляется возможность воспроизвести любой цвет.
Подсветка[править]
- Внешняя — используется в наручных часах, калькуляторах, старых мобильных телефонах и др. Источником света является солнце.
- Лампы накаливания — использовались в некоторых часах с чёрно-белым дисплеем. В качестве источника света, использовалась миниатюрная лампа накаливания.
- Электролюминесцентная панель — используется в часах, mp3-плеерах. Представляет собой тонкий слой кристаллофосфора (например, сульфат цинка), в котором происходит электролюминесценция. Обычно имеет голубой, оранжевый или зелёный цвет.
- Газоразрядные (плазменные) лампы (CCFL, EEFL) — в таких лампах источником света является плазма, которая возникает при прохождении электрического заряда через газ. Не следует путать с плазменными дисплеями.
- Светодиодная (LED) — в качестве источника света выступают светодиоды. Такие дисплеи часто называют LED-TV, однако их не следует путать с LED-дисплеями.
См. также[править]
- Активная матрица на органических светодиодах
- Плоскопанельные дисплеи
- Сегментный жидкокристаллический дисплей
Примечания[править]
- ↑ LCD Panel Technology Explained. Проверено 13 января 2012.
- ↑ above, VAhomeotropic alignment shown Display Tech Compared: TN vs. VA vs. IPS (en-US). TechSpot. Проверено 3 февраля 2020.
Ссылки[править]
- Артамонов О. Параметры современных ЖК-монитороврус.
- технология IPSрус.
- технология MVAрус.
- технология TN+FILMрус.
- Что такое IPS-монитор? Гид по типам матриц монитороврус.
- Обзор матрицангл.
- Сравнение типов матрицрус.
- Типы матриц IPSрус.
 | Это заготовка статьи о технологиях. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
 ↑ | |
|---|---|
| Пассивные | |
| Активные твердотельные | |
| Активные вакуумные и газоразрядные | |
| Устройства отображения | |
| Акустические | |
| Термоэлектрические | |
