Tajne modernih LCD monitora. Vrste video adaptera Od čega se sastoji LCD ekran?

Postoje tri glavne opcije za implementaciju grafičkih kartica:

    Kartice za proširenje. U ovom slučaju, pretpostavlja se da će se koristiti zasebne kartice za proširenje s PCI Express, AGP ili PCI sučeljem. To osigurava najveću izvedbu, veliki kapacitet memorije i podršku za najveći broj funkcija.

    Čipset s integriranom grafičkom jezgrom. Ovo su cjenovno najpristupačnija rješenja, ali njihova je izvedba vrlo niska, osobito pri pokretanju 3D igara i drugih grafički zahtjevnih aplikacija. Ovo također omogućuje niže razlučivosti i stope osvježavanja nego kod korištenja kartica za proširenje. Najčešći integrirani skupovi čipova nalaze se u proračunskim modelima prijenosnih računala, kao iu nekim od njihovih modela srednje klase;

    Procesor s integriranom grafičkom jezgrom (Intel).

U pravilu, stolna računala koja koriste matične ploče microATX, FlexATX, microBTX, PicoBTX ili MiniITX opremljena su grafičkom jezgrom integriranom u čipset proizvođača Intel, VIA Technology, SiS itd.

Priključci za video kartice

Video adapteri MDA, Hercules, CGA i EGA opremljeni su 9-pinskim D-Sub konektorom. Povremeno je bio prisutan i koaksijalni kompozitni video konektor, koji je omogućavao izlaz crno-bijele slike na televizijski prijemnik ili monitor opremljen niskofrekventnim video ulazom.

Analogni D-Sub konektor

VGA i noviji video adapteri obično su imali samo jedan VGA priključak (15-pinski D-Sub). Povremeno su rane verzije VGA adaptera također imale konektor prethodne generacije (9-pinski) za kompatibilnost sa starijim monitorima. Izbor radnog izlaza postavljen je prekidačima na ploči video adaptera.

DVI je relativno novo standardno sučelje koje se najčešće koristi za digitalni video izlaz. DVI priključak dolazi u dvije varijante. DVI-I također uključuje analogne signale koji vam omogućuju povezivanje VGA monitora preko D-SUB adaptera. DVI-D to ne dopušta.

DVI konektor (varijante: DVI-I i DVI-D)

Nedavno je novo sučelje za kućanstvo postalo široko rasprostranjeno - Multimedijsko sučelje visoke rezolucije. Ovaj standard omogućuje istovremeni prijenos vizualnih i audio informacija putem jednog kabela, dizajniran je za televiziju i kino, ali ga korisnici računala također mogu koristiti za izlaz video podataka pomoću HDMI priključka. HDMI vam omogućuje prijenos zvuka i videa zaštićenog od kopiranja u digitalnom formatu putem jednog kabela; prva verzija standarda temeljila se na propusnosti od 5 Gb/s, a HDMI 1.3 proširio je ovu granicu na 10,2 Gb/s.

HDMI priključak

DisplayPort je relativno novo digitalno video sučelje, čiju je prvu verziju prihvatila VESA (Video Electronics Standards Association) u proljeće 2006. godine. Definira novo univerzalno digitalno sučelje, bez licenci i naknade, dizajnirano za povezivanje računala i monitora, kao i druge multimedijske opreme.

Dispay Port vam omogućuje povezivanje do četiri uređaja, uključujući zvučnike, USB čvorišta i druge ulazno/izlazne uređaje. Podržava do četiri podatkovne linije, od kojih svaka može prenositi 1,62 ili 2,7 gigabita/s. Podržava načine rada s dubinom boje od 6 do 16 bita po kanalu boje

DVI i HDMI priključci su evolucijski stupnjevi u razvoju standarda prijenosa video signala, tako da se adapteri mogu koristiti za povezivanje uređaja s ovim vrstama priključnica.

Video kartica također može primiti kompozitne i S-Video ulaze i izlaze.

Kompozitni konektor

S-Video konektori 4 i 7 pinski

Riža. 28 – Set konektora za video karticu Palit GeForce GTS 450 Sonic 1Gb DDR5 128bit PCI-E (2xDVI, 1 D-Sub, 1 miniHDMI)

Uobičajeno je razlikovati tri agregatna stanja: čvrsto, tekuće i plinovito. Ali neke organske tvari, kada se rastale u određenoj fazi, pokazuju svojstva svojstvena i kristalima i tekućinama. Postigavši ​​fluidnost karakterističnu za tekućine, u ovoj fazi ne gube poredak molekula karakterističan za čvrste kristale. Ova faza se može nazvati četvrtim agregatnim stanjem. Istina, ne treba zaboraviti da ga imaju samo neke tvari i to samo u određenom temperaturnom rasponu.

Prostorna orijentacija molekula tekućeg kristala u takozvanom položaju mirovanja naziva se redom tekućeg kristala. Prema Friedel-ovoj klasifikaciji, postoje tri glavne kategorije reda FA: smektički, nematički i kolesterički (slika 1).

Smectic LC su najuređeniji i po strukturi su bliži običnim čvrstim kristalima. Osim jednostavne međusobne orijentacije molekule imaju i svoju podjelu na ravnine.

Smjer preferencijalne orijentacije dugih osi molekula u tekućim kristalima označen je vektorom jedinične duljine, koji se naziva direktor.

Glavni interes su materijali nematičkog reda koji se koriste u modernim pločama s tekućim kristalima svih vrsta (TN, IPS i VA). Kod nematika normalno stanje je položaj molekula s uređenom molekularnom orijentacijom u cijelom volumenu, karakterističnom za kristale, ali s kaotičnim položajem njihovih težišta, karakterističnim za tekućine. Molekule u njima su orijentirane relativno paralelno, a duž osi direktora pomaknute su na različite udaljenosti.

Tekući kristali s kolesteričkim redom u strukturi nalikuju nematicima, podijeljenim u slojeve. Molekule u svakom sljedećem sloju rotiraju se u odnosu na prethodni za određeni mali kut i direktor se glatko uvija u spiralu. Ova slojevita priroda, nastala optičkom aktivnošću molekula, glavno je obilježje kolesteričkog reda. Kolesterici se ponekad nazivaju "uvijeni nematici".

Granica između nematičkog i kolesterskog reda donekle je proizvoljna. Kolesterijski red može se dobiti ne samo iz kolesterskog materijala u njegovom čistom obliku, već i dodavanjem posebnih aditiva koji sadrže kiralne (optički aktivne) molekule nematičkom materijalu. Takve molekule sadrže asimetrični ugljikov atom i, za razliku od nematičkih molekula, zrcalno su asimetrične.

Red u tekućim kristalima određen je međumolekulskim silama, koje stvaraju elastičnost LC materijala. Da, ovdje možemo govoriti konkretno o elastičnim svojstvima, iako je njihova priroda drugačija od elastičnih svojstava običnih kristala, budući da tekući kristali još uvijek imaju fluidnost. U normalnom (ili osnovnom) stanju, molekule se teže vratiti u svoj "položaj mirovanja", na primjer u nematičkom materijalu u položaj s istom orijentacijom usmjerivača.

Elastičnost LC je nekoliko redova veličine niža od elastičnosti konvencionalnih kristala i pruža potpuno jedinstvenu priliku za kontrolu njihovog položaja pomoću vanjskih utjecaja. Takav utjecaj može biti npr. električno polje.

Pogledajmo sada pobliže kako ovo polje može utjecati na orijentaciju molekula.

Uzmimo uzorak koji se sastoji od dvije staklene ploče, među kojima je prostor ispunjen nematikom. Udaljenost između gornje i donje ploče i, sukladno tome, debljina sloja tekućeg kristala je nekoliko mikrona. Za postavljanje željene orijentacije usmjerivača molekula u materijalu koristi se posebna obrada površine supstrata. Da biste to učinili, na površinu se nanosi tanki sloj prozirnog polimera, nakon čega se površini daje reljef posebnim trljanjem (trljanjem) - najfinijim utorima u jednom smjeru. Izdužene kristalne molekule u sloju koji je u izravnom kontaktu s površinom usmjerene su duž reljefa. Međumolekularne sile tjeraju sve ostale molekule da zauzmu istu orijentaciju.

Uređeni raspored molekula tekućeg kristala određuje anizotropiju nekih njihovih fizičkih svojstava (podsjećam da je anizotropija ovisnost svojstava medija o smjeru u prostoru). Tekućine su sa svojim nasumičnim rasporedom molekula izotropne. Ali tekući kristali već imaju anizotropiju, što je važna kvaliteta koja im omogućuje da utječu na karakteristike svjetlosti koja prolazi kroz njih.

Anizotropija dielektrične konstante koristi se za kontrolu položaja molekula. Predstavlja razliku

Δε = ε || + ε ⊥ gdje je ε || dielektrična konstanta u smjeru paralelnom s vektorom direktorija, ε ⊥ dielektrična konstanta u smjeru okomitom na vektor direktorija. Vrijednost Δε može biti pozitivna ili negativna.

Uzmimo uzorak koji se sastoji od dvije staklene ploče s razmakom od nekoliko mikrona između ploča, ispunjenih nematičkim materijalom i zapečaćenih. Za postavljanje željene orijentacije usmjerivača molekula u materijalu koristi se posebna obrada površine supstrata, za to se na površinu nanosi tanak sloj prozirnog polimera, nakon čega se površini daje reljef. posebnim trljanjem – tankim žljebovima u jednom smjeru. Izdužene molekule kristala u sloju koji je u izravnom dodiru s površinom usmjerene su duž reljefa, a međumolekulske sile prisiljavaju sve ostale molekule da zauzmu istu orijentaciju. Ako se u uzorku stvori električno polje, energija tekućih kristala u tom polju ovisit će o položaju molekula u odnosu na smjer polja. Ako položaj molekula ne odgovara minimalnoj energiji, one će se zarotirati za odgovarajući kut. U materijalu s pozitivnom dielektričnom konstantom (pozitivna dielektrična anizotropija), molekule će težiti okretanju duž smjera električnog polja, u materijalu s negativnom dielektričnom anizotropijom - poprijeko smjera polja. Kut rotacije će prema tome ovisiti o primijenjenom naponu.

Neka materijal u uzorku ima pozitivnu dielektričnu anizotropiju, smjer električnog polja je okomit na početnu orijentaciju molekula (slika 2). Kada se primijeni napon, molekule će težiti okretanju duž polja. Ali oni su u početku usmjereni prema reljefu unutarnjih površina uzorka, stvorenom trljanjem, i povezani su s njima prilično značajnim prianjanjem. Kao posljedica toga, kada se promijeni orijentacija usmjerivača, pojavit će se momenti u suprotnom smjeru. Sve dok je polje dovoljno slabo, elastične sile drže molekule u konstantnom položaju. Kako napon raste, počevši od određene vrijednosti E c, orijentacijske sile električnog polja premašuju elastične sile i počinje se događati rotacija molekula. Ova preorijentacija pod utjecajem polja naziva se Fredericksov prijelaz. Fredericksov prijelaz temeljan je za organizaciju kontrole tekućih kristala; princip rada svih LCD panela temelji se na njemu.

Formira se radni mehanizam:

  • s jedne strane, električno polje će prisiliti molekule tekućeg kristala da se okreću do željenog kuta (ovisno o vrijednosti primijenjenog napona);
  • s druge strane, elastične sile uzrokovane intermolekularnim vezama težit će vratiti izvornu orijentaciju usmjerivača kada se stres otpusti.

Ako početna orijentacija direktorija i smjerovi električnog polja nisu strogo okomiti, tada je granična vrijednost polja E c smanjuje, što omogućuje utjecaj na položaj molekula s puno manjim poljem.

U ovom trenutku morat ćemo se malo udaljiti od tekućih kristala kako bismo objasnili koncepte "polarizacije svjetlosti" i "ravnine polarizacije", bez kojih će daljnje predstavljanje biti nemoguće.

Svjetlost se može prikazati kao transverzalni elektromagnetski val, čija električna i magnetska komponenta osciliraju u međusobno okomitim ravninama (slika 3).

Prirodno svjetlo (koje se naziva i prirodno polarizirano ili nepolarizirano) sadrži vektorske oscilacije E, jednako vjerojatno u svim smjerovima okomitim na vektor k(slika 4).

Djelomično polarizirana svjetlost ima preferirani smjer vektorskih oscilacija E. Za djelomično polariziranu svjetlost u polju svjetlosnog vala amplituda projekcije E na jedan od međusobno okomitih pravaca uvijek je veća nego na drugi. Odnos između ovih amplituda određuje stupanj polarizacije.

Linearno polarizirana svjetlost je svjetlost koja ima jedan smjer vektora E za sve valove. Koncept linearno polarizirane svjetlosti je apstraktan. U praksi, kada se govori o linearno polariziranoj svjetlosti, obično se misli na djelomično polariziranu svjetlost s visokim stupnjem polarizacije.

Ravnina u kojoj leži vektor E i vektor smjera vala k, naziva se ravnina polarizacije.

Sada se vratimo LCD-u.

Drugo najvažnije fizičko svojstvo tekućih kristala, nakon dielektrične anizotropije, koje se koristi za kontrolu svjetlosnog toka kroz njih, je optička anizotropija. Tekući kristali imaju različite vrijednosti indeksa loma svjetlosti za smjer prostiranja paralelno i okomito na smjer. Odnosno, brzina širenja svjetlosnog snopa paralelno ili okomito na direktor bit će drugačija; s većim koeficijentom poznato je da je manji. Optička anizotropija ili anizotropija indeksa loma je razlika između dva koeficijenta:

Δ n= n|| + n⊥ Gdje n|| indeks loma za ravninu polarizacije paralelnu s direktorom; n⊥ indeks loma za ravninu polarizacije okomitu na direktorij.

Prisutnost u materijalu dvaju različitih značenja za n|| I n⊥ uzrokuje efekt dvoloma. Kada svjetlost udari u dvolomni materijal, kao što je nematik, komponenta električnog polja svjetlosnog vala dijeli se na dvije vektorske komponente, vibrirajuću u brzoj osi i vibrirajuću u sporoj osi. Te se komponente nazivaju obične odnosno izvanredne zrake. Smjerovi polarizacije obične i izvanredne zrake međusobno su ortogonalni. A prisutnost "brzih" i "sporih" osi u materijalu je zbog onoga što je gore spomenuto - različitih indeksa loma za zrake koje se šire paralelno ili okomito na smjer usmjerivača.

Slika 5 prikazuje širenje valova duž "brze" i "spore" osi. Mora se naglasiti da os u ovom slučaju nije fiksna ravna linija, već pravac ravnine u kojoj val oscilira.

Budući da su fazne brzine običnog i izvanrednog snopa različite, njihova će se fazna razlika mijenjati kako se val širi. Promjena fazne razlike ovih ortogonalnih komponenti uzrokuje promjenu smjera polarizacije svjetlosnog vala. Na slici je, radi jasnoće, zbroj ortogonalnih komponenti predstavljen rezultirajućim vektorom E r. Vidi se da kako se val širi, smjer vektora se okreće E r. Stoga će dodavanje valova na izlazu dvolomnog materijala proizvesti val s promijenjenim smjerom polarizacije u odnosu na izvorni.

Kut rotacije ravnine polarizacije ovisit će o orijentaciji molekula u materijalu.

Dizajn panela

Postoji nekoliko tehnologija LCD panela. Za ilustraciju dizajna u ovom slučaju, TN je prikazan kao najčešći (slika 6).

Sve ploče s tekućim kristalima za monitore su transmisivne - slika u njima nastaje pretvaranjem svjetlosnog toka iz izvora koji se nalazi iza njega. Modulacija svjetlosnog toka provodi se zbog optičke aktivnosti tekućih kristala (njihove sposobnosti da rotiraju ravninu polarizacije propuštene svjetlosti). Ovo se provodi na sljedeći način. Prilikom prolaska kroz prvi polarizator, svjetlost iz lampi pozadinskog osvjetljenja postaje linearno polarizirana. Zatim slijedi kroz sloj tekućih kristala koji se nalaze u prostoru između dva stakla. Položaj LC molekula u svakoj ćeliji panela reguliran je električnim poljem koje nastaje primjenom napona na elektrode. Rotacija ravnine polarizacije propuštene svjetlosti ovisi o položaju molekula. Dakle, opskrbom ćelija potrebnom vrijednošću napona, kontrolira se rotacija polarizacijske ravnine.

Za isporuku napona u subpiksel koriste se vertikalne (podatkovna linija) i vodoravne (gate linija) podatkovne linije, koje su metalne vodljive staze položene na unutarnju (najbližu modulu pozadinskog osvjetljenja) staklenu podlogu. Električno polje, kao što je već spomenuto, nastaje naponom na elektrodama - općoj i pikselnoj. Napon koji se koristi je varijabilan, budući da korištenje konstantnog napona uzrokuje interakciju iona s materijalom elektrode, poremećaj urednog rasporeda molekula LC materijala i dovodi do degradacije stanica. Tankoslojni tranzistor ima ulogu prekidača koji se zatvara kada se na liniji skeniranja odabere adresa željene ćelije, omogućuje "ispisivanje" potrebne vrijednosti napona i ponovno se otvara na kraju ciklusa skeniranja, omogućujući zaduženje koje treba zadržati određeno vrijeme. Punjenje se događa tijekom vremena T= T f/n , Gdje T f vrijeme prikaza okvira na ekranu (na primjer, uz brzinu osvježavanja od 60 Hz, vrijeme prikaza okvira je 1 s / 60 = 16,7 ms), n broj redaka panela (na primjer, 1024 za panele fizičke rezolucije 1280x1024). Međutim, inherentni kapacitet materijala tekućeg kristala nije dovoljan za održavanje naboja u intervalu između ciklusa osvježavanja, što bi trebalo dovesti do pada napona i, kao rezultat, smanjenja kontrasta. Stoga je, osim tranzistora, svaka ćelija opremljena kondenzatorom za pohranu, koji se također puni kada se tranzistor uključi i pomaže kompenzirati gubitke napona prije početka sljedećeg ciklusa skeniranja.

Vertikalne i vodoravne podatkovne linije, pomoću zalijepljenih ravnih fleksibilnih kabela, spojene su na upravljačke čipove panela - drajvere, odnosno stupčaste (izvorni drajver) i retke (gejt drajver), koji obrađuju digitalni signal koji dolazi iz kontrolera i generiraju napon. koji odgovara primljenim podacima za svaku ćeliju.

Nakon sloja tekućih kristala nalaze se filtri u boji koji se nanose na unutarnju površinu staklene ploče i koriste za formiranje slike u boji. Koristi se uobičajena trobojna aditivna sinteza: boje nastaju kao rezultat optičkog miješanja zračenja tri osnovne boje (crvene, zelene i plave). Ćelija (piksel) sastoji se od tri odvojena elementa (podpiksela), od kojih je svaki povezan s crvenim, zelenim ili plavim filtrom boje koji se nalazi iznad njega; kombinacije 256 mogućih vrijednosti tona za svaki podpiksel mogu proizvesti do 16,77 milijuna piksela boje.

Struktura panela (metalne okomite i vodoravne podatkovne linije, tranzistori tankog filma) i granična područja ćelija gdje je molekularna orijentacija poremećena moraju biti skriveni ispod neprozirnog materijala kako bi se izbjegli neželjeni optički učinci. Za to se koristi takozvana crna matrica, koja nalikuje tankoj mrežici koja ispunjava praznine između pojedinačnih filtara boja. Materijal koji se koristi za crnu matricu je krom ili crna smola.

Konačnu ulogu u formiranju slike ima drugi polarizator, koji se često naziva analizator. Njegov smjer polarizacije pomaknut je u odnosu na prvi za 90 stupnjeva. Da biste zamislili svrhu analizatora, možete ga uvjetno ukloniti s površine spojene ploče. U ovom slučaju vidjet ćemo sve subpiksele maksimalno osvijetljene, odnosno ravnomjernu bijelu ispunu zaslona, ​​bez obzira na sliku koja se na njemu prikazuje. Budući da je svjetlost postala polarizirana, a ravninu njezine polarizacije svaka stanica okreće drugačije, ovisno o naponu koji joj je primijenjen, za naše se oči još ništa nije promijenilo. Funkcija analizatora je upravo odrezati potrebne valne komponente, što vam omogućuje da vidite traženi rezultat na izlazu.

Sada razgovarajmo o tome kako dolazi do odsijecanja potrebnih komponenti. Uzmimo kao primjer polarizator s okomitim smjerom polarizacije, t.j. prijenos valova orijentiranih u vertikalnoj ravnini.

Slika 7 prikazuje val koji se širi u ravnini koja leži pod određenim kutom u odnosu na vertikalni smjer polarizacije. Vektor električnog polja upadnog vala može se rastaviti na dvije međusobno okomite komponente: paralelnu s optičkom osi polarizatora i okomitu na nju. Prva komponenta, paralelna s optičkom osi, prolazi, druga (okomita) je blokirana.

Dakle, očite su dvije krajnje pozicije:

  • val koji se širi u strogo okomitoj ravnini prenosit će se bez promjena;
  • val koji se širi u horizontalnoj ravnini bit će blokiran jer nema vertikalnu komponentu.

Ova dva krajnja položaja odgovaraju potpuno otvorenom i potpuno zatvorenom položaju ćelije. Ukratko:

  • Da bi se propuštena svjetlost što potpunije blokirala ćelijom (subpiksel), potrebno je da ravnina polarizacije te svjetlosti bude okomita na ravninu prijenosa analizatora (smjer polarizacije);
  • Za maksimalni prijenos svjetlosti kroz stanicu, ravnina njezine polarizacije mora se podudarati sa smjerom polarizacije;
  • Glatkim reguliranjem napona koji se dovodi na elektrode ćelije, moguće je kontrolirati položaj molekula tekućeg kristala i, kao posljedicu, rotaciju ravnine polarizacije propuštene svjetlosti. I time promijeniti količinu svjetlosti koju stanica prenosi.

Budući da kut rotacije ravnine polarizacije ovisi o udaljenosti koju prijeđe svjetlost u sloju tekućeg kristala, ovaj sloj mora imati strogo dosljednu debljinu kroz cijelu ploču. Za održavanje ravnomjernog razmaka između stakala (s cijelom strukturom nanesenom na njih) koriste se posebni odstojnici.

Najjednostavnija opcija su takozvani kuglični odstojnici. One su prozirne polimerne ili staklene kuglice strogo određenog promjera i nanose se na unutarnju strukturu stakla raspršivanjem. Sukladno tome, oni su smješteni kaotično po cijelom području stanice i njihova prisutnost negativno utječe na njegovu ujednačenost, budući da razmaknica služi kao središte za neispravno područje i molekule su netočno usmjerene neposredno uz njega.

Također se koristi druga tehnologija: odstojnici za stupce (odstojnik za stupce, odstojnik za fotografije, odstojnik za stupove). Takvi odstojnici nalaze se s fotografskom preciznošću ispod crne matrice (slika 8). Prednosti ove tehnologije su očite: povećani kontrast zbog odsutnosti curenja svjetlosti u blizini odstojnika, preciznija kontrola ujednačenosti razmaka zbog uređenog rasporeda odstojnika, povećana krutost ploče i odsutnost valova pri pritisku na površinu.

TN panel, čiji je dizajn prikazan na slici 6, najjeftiniji je za proizvodnju, što određuje njegovu dominaciju na tržištu masovnih monitora. Osim nje, postoji nekoliko drugih tehnologija koje se razlikuju po položaju, konfiguraciji i materijalu elektroda, orijentaciji polarizatora, korištenim LCD mješavinama, početnoj orijentaciji režisera u materijalu tekućeg kristala itd. Prema početnoj orijentaciji redatelja, sve postojeće tehnologije mogu se podijeliti u dvije skupine:

1. Planarna orijentacija

To uključuje sve IPS tehnologije (S-IPS, SA-SFT, itd.), kao i FFS (trenutno AFFS), koje je razvio i promovirao Boe HyDis. Molekule su poredane vodoravno, paralelno s bazom supstrata, u smjeru određenom trljanjem, pri čemu se gornji i donji supstrat trljaju u istom smjeru. Sve elektrode, i pikselne i zajedničke, nalaze se na istoj staklenoj podlozi panela – unutarnjoj, zajedno s podatkovnim vodovima i tranzistorima. U IPS tehnologijama, piksel i zajednička elektroda nalaze se paralelno, naizmjenično jedna s drugom (slika 9). Linije polja teku vodoravno, ali pod određenim kutom u odnosu na smjer trljanja. Stoga, kada se primijeni napon, molekule, koje u ovom slučaju imaju pozitivnu dielektričnu anizotropiju, težeći poravnanju u smjeru primijenjenog polja, zakreću se u istoj ravnini za kut koji ovisi o njegovoj jakosti (polja). U slučaju FFS-a, zajednička elektroda se nalazi ispod piksela s ovim dizajnom, napon primijenjen na elektrode stvara električno polje koje ima i vodoravnu i okomitu komponentu. Ako se za IPS u koordinatnim osima prikazanim na slici 9 polje može okarakterizirati kao E y, tada će za FFS odgovarajuće vrijednosti izgledati ovako E y I E z. Ovaj raspored linija polja omogućuje upotrebu LC materijala s pozitivnom i negativnom dielektričnom anizotropijom. Molekularna rotacija, slično IPS-u, događa se u istoj ravnini u smjeru horizontalne komponente polja, ali zbog manjeg broja graničnih zona rotira znatno veći broj molekula, što omogućuje sužavanje širine crne matrične rešetke. i postići veći omjer otvora blende panela.

Jedna od glavnih prednosti tehnologija s orijentacijom planarnog režisera je izuzetno mali pomak boja palete kada se promijeni kut gledanja. Ova stabilnost se objašnjava konfiguracijom spirale koju tvore molekule tekućeg kristalnog materijala pod utjecajem polja, a koja u ovom slučaju ima simetričan oblik. Na slici 9 shematski je prikazan položaj LC molekula kada se na elektrode dovede napon, pri čemu je vidljivo da se maksimalni kut rotacije postiže u srednjim slojevima. Ova heterogenost je posljedica činjenice da se, kao što je već spomenuto, orijentacija molekula u željenom smjeru paralelno s bazom supstrata postiže prethodnom obradom (brisanjem) njihovih površina. Stoga je pokretljivost molekula u sloju neposredno uz supstrat ograničena topografijom supstrata, au sljedećim obližnjim slojevima međumolekulskim silama. Kao rezultat toga, pod utjecajem polja, molekule formiraju spiralu, koja podsjeća na vrpcu s krajevima fiksiranim u jednoj ravnini, a središnji dio je rotiran. Postoji koncept optičkog puta, koji ovisi o indeksu loma medija u kojem se zraka širi i rezultirajućem faznom pomaku u smjeru kretanja. Svjetlosne zrake koje prolaze kroz sloj tekućih kristala imaju različite duljine optičkog puta ovisno o kutu prijenosa. Simetričan oblik molekularne spirale omogućuje da se za svaku razinu sive dobije točan dodatak duljini optičkog puta u njezinoj gornjoj i donjoj polovici; posljedica je gotovo potpuna odsutnost ovisnosti prikazanih nijansi o kutovima gledanja. Zahvaljujući ovom svojstvu, IPS ploče se koriste u velikoj većini monitora namijenjenih radu s grafikom.

Kada svjetlosni val prođe, smjer rotacije rezultirajućeg vektora (vidi sliku 5) djelomično ponavlja oblik zavoja spirale koju tvore molekule. Stoga se rotacija ravnine polarizacije kada val prolazi kroz prvi dio LC materijala događa u jednom smjeru, a kroz drugi u suprotnom smjeru. Različit fazni zaostatak jedne od komponenti vala, ovisno o primijenjenom naponu, dovodi do toga da smjer rezultirajućeg vektora E r na izlazu iz sloja tekućeg kristala razlikuje od originalnog, to omogućuje da određeni dio svjetlosnog toka prođe kroz analizator. Ravnine prijenosa svjetlosti polarizatora i analizatora, kao iu svim drugim tehnologijama, pomaknute su jedna u odnosu na drugu pod kutom od 90 stupnjeva.

Sve trenutno proizvedene varijacije (S-IPS, AFFS, SA-SFT) koriste dizajn ćelija s 2 domene. U tu svrhu koriste se elektrode cik-cak oblika koje uzrokuju rotaciju molekula u dva smjera. Početne verzije, označene jednostavno "IPS" i "FFS", bez prefiksa "Super" i "Advanced", bile su mono-domene, stoga su imale promjenu boje i manje kutove gledanja (sa 140/140 u kontrastu pao na 10: 1 za prvi IPS).

Planarna orijentacija obično uključuje twist orijentaciju (ili twisted orijentaciju). U ovom slučaju poravnanje molekula uz podlogu supstrata također se postiže brisanjem njihovih površina, s tom razlikom što su smjerovi brisanja gornje i donje supstrata pomaknuti jedan u odnosu na drugi. Kao rezultat ovog poravnanja u nematičkom materijalu, direktor formira spiralu sličnu kolesteričnoj; za pravilno formiranje spirale u LC smjesama se koriste posebni dodaci koji sadrže kiralne molekule. Twist orijentacija se koristi u najraširenijoj tehnologiji TN (ili TN+Film). Nema smisla ovdje opisivati ​​i ilustrirati TN dizajn; to je više puta učinjeno u brojnim materijalima o sličnim temama; možemo reći da je dobro poznato.

2. Homeotropna orijentacija

MVA i PVA pripadaju ovoj skupini. Režiser je orijentiran okomito na bazu staklene podloge; to se postiže korištenjem površinski aktivnih tvari u premazu podloge. Opća i pikselna elektroda nalaze se na suprotnim podlogama, polje je usmjereno okomito. Ovdje se koriste tekući kristalni materijali s negativnom dielektričnom anizotropijom, tako da primijenjeni napon uzrokuje rotaciju LC molekula protiv linija polja. MVA karakterizira prisutnost mikroskopskih uzdužnih projekcija (izbočina) za prethodno naginjanje molekula na vrhu ili obje podloge, tako da početno okomito poravnanje nije potpuno. Molekule, poredane duž ovih izbočina, dobivaju blagi prednagib, što omogućuje da se za svaku regiju (domenu) stanice postavi određeni smjer u kojem će se molekule okretati pod utjecajem polja. U PVA nema takvih izbočina i u nedostatku napona direktor je orijentiran strogo okomito na površinu, a piksel i zajednička elektroda su pomaknute jedna u odnosu na drugu tako da stvoreno polje nije strogo okomito, već sadrži nagnutu komponentu (slika 10).

Tehnologije s homeotropnom usmjerenošću također uključuju ASV, koji je razvio Sharp. Unutar subpiksela nalazi se nekoliko elektroda piksela u obliku kvadrata sa zaobljenim rubovima. Osnovni principi su isti: zajednička elektroda se nalazi na suprotnoj podlozi, molekule su usmjerene okomito u odsutnosti polja, a koriste se tekući kristalni materijali s negativnom dielektričnom anizotropijom. Stvoreno polje ima naglašenu kosu komponentu, a molekule, okrećući se suprotno od smjera polja, stvaraju strukturu u kojoj smjer usmjerivača podsjeća na oblik kišobrana sa središtem u sredini elektrode piksela.

Također postoji podjela LCD modula na tipove ovisno o stanju ćelija u odsutnosti napona. Uobičajeno bijele ploče su one kod kojih su, pri nultom naponu na ćelijama, potpuno otvorene, stoga se na ekranu reproducira bijela boja. Svi paneli izrađeni pomoću TN tehnologije obično su bijele boje. Paneli koji blokiraju prolaz svjetlosti u nedostatku napona klasificirani su kao normalno crni (normalno crni), sve ostale tehnologije pripadaju ovoj vrsti.

Modul pozadinskog osvjetljenja

...na bazi fluorescentnih svjetiljki

Samo mali dio početnog svjetlosnog toka iz lampi pozadinskog osvjetljenja prolazi kroz tijelo ploče (polarizatori, elektrode, filtri u boji itd.), ne više od 3%. Stoga intrinzična svjetlina modula pozadinskog osvjetljenja mora biti prilično značajna; u pravilu korištene svjetiljke imaju svjetlinu veću od 30 000 cd/m2.

Za osvjetljenje se koriste fluorescentne svjetiljke s hladnom katodom CCFL (bez katodnih niti). CCFL žarulja je zatvorena staklena cijev ispunjena inertnim plinom s malom primjesom žive (slika 11). U ovom slučaju, katode su jednake elektrode, jer se za napajanje koristi izmjenična struja. U usporedbi sa žaruljama sa žarnom (vrućom) katodom, CCFL elektrode imaju drugačiju strukturu i veće su veličine. Radna temperatura katode je značajno drugačija: 80-150 o C u odnosu na približno 900 o C za žarulje s vrućom katodom, sa sličnom temperaturom same žarulje - 30-75 o C, odnosno 40 o C. Radni napon za CCFL je 600-900 V, početni napon je 900-1600 V (brojevi su prilično proizvoljni, jer je raspon korištenih svjetiljki vrlo širok). Stvaranje svjetlosti događa se tijekom ionizacije plina, a nužan uvjet za njegovu pojavu u hladnoj katodnoj lampi je visoki napon. Stoga je za pokretanje takve svjetiljke potrebno nekoliko stotina mikrosekundi na elektrode primijeniti napon znatno veći od radnog napona. Primijenjeni visoki izmjenični napon uzrokuje ionizaciju plina i proboj razmaka između elektroda te dolazi do pražnjenja.

Do kvara pražnjenja dolazi iz sljedećih razloga. U normalnim uvjetima, plin koji puni svjetiljku je dielektrik. Kada se pojavi električno polje, mali broj iona i elektrona, uvijek prisutnih u volumenu plina, počinje se kretati. Ako se na elektrode primijeni dovoljno visok napon, električno polje daje tako veliku brzinu ionima da kad se sudare s neutralnim molekulama, iz njih izbace elektrone i nastaju ioni. Novonastali elektroni i ioni koji se kreću pod utjecajem polja također ulaze u proces ionizacije, proces poprima lavinski karakter. Jednom kada ioni počnu primati dovoljno energije da izbace elektrone udarcem o katodu, dolazi do samopražnjenja. Za razliku od žarulja s vrućom katodom, gdje je pražnjenje lučno, tip pražnjenja u CCFL je sjaj.

Pražnjenje se održava zbog tzv. katodnog pada potencijala. Glavnina pada potencijala (napona) u pražnjenju događa se u katodnom području. Ioni, prolazeći kroz ovaj otvor s velikom razlikom potencijala, dobivaju visoku kinetičku energiju, dovoljnu da izbace elektrone s katode. Izbačeni elektroni se, zbog iste potencijalne razlike, ubrzavaju natrag u pražnjenje, stvarajući tamo nove parove iona i elektrona. Ioni iz tih parova vraćaju se na katodu, ubrzavaju se padom napona između izboja i katode i ponovno izbacuju elektrone.

Energija električne struje uzrokuje prijelaz žive u žarulji iz tekućeg u plinovito stanje. Pri sudaru elektrona s atomima žive dolazi do oslobađanja energije zbog povratka atoma iz nestabilnog stanja u stabilno. U ovom slučaju dolazi do intenzivnog zračenja u ultraljubičastom području, udio ultraljubičastog zračenja je oko 60% ukupnog zračenja.

Vidljivo svjetlo proizvodi se fosfornim premazom nanesenim na unutarnju površinu stakla. Ultraljubičasti fotoni koje oslobađa živa pobuđuju atome u fosfornom premazu, povećavajući razinu energije elektrona. Kada se elektroni vrate na svoju izvornu razinu energije, atomi u ovojnici proizvode energiju u obliku fotona vidljive svjetlosti. Fosfor je najvažnija komponenta svjetiljke, o njemu ovise karakteristike spektra emisije. CCFL spektar je izrazito neujednačen, sadrži izražene uske vrhove. Čak i upotreba višeslojnog fosfornog premaza (na štetu maksimalne svjetline) ne dopušta vam da "prestignete" CRT monitore u pogledu raspona boja. Stoga je u proizvodnji panela, kako bi se postigla prihvatljiva gama boja, također potrebno precizno odabrati filtere u boji, čije propusne trake moraju odgovarati što je moguće bliže vrhovima spektra emisije žarulja.

Maksimalni raspon boja idealno bi se mogao osigurati kombinacijom monokromatskih izvora primarnih boja i visokokvalitetnih filtara boja. Takozvane laserske LED diode mogu zahtijevati ulogu "kvazi-monokromatskih" izvora svjetlosti, ali tehnologija proizvodnje još ne osigurava isplativost njihove upotrebe u modulima pozadinskog osvjetljenja. Stoga se u ovom trenutku najbolja gama boja može postići modulima pozadinskog osvjetljenja temeljenim na RGB LED paketima (vidi dolje).

Za stvaranje napona od nekoliko stotina volti potrebnih za rad svjetiljke koriste se posebni pretvarači i pretvarači. CCFL svjetlina se može podesiti na dva načina. Prvi je promijeniti struju pražnjenja u svjetiljci. Vrijednost struje pražnjenja je 3-8 mA, a značajan dio svjetiljki ima još uži raspon. Pri nižoj struji, ujednačenost sjaja pati, pri višoj struji životni vijek žarulje značajno se smanjuje. Nedostatak ove metode podešavanja je što vam omogućuje promjenu svjetline u vrlo malom rasponu, dok ju je nemoguće značajno smanjiti. Stoga monitori s ovom prilagodbom, kada rade u uvjetima slabog ambijentalnog osvjetljenja, često ispadnu presvijetli, čak i pri nultoj svjetlini. Kod druge metode generira se modulacija širine impulsa (PWM) napona koji opskrbljuje žarulju (kontrolira se širina, tj. trajanje impulsa; promjenom širine jednog impulsa regulira se prosječna razina napona.). Nedostaci ove metode ponekad se pripisuju pojavi treperenja lampe kada se PWM implementira na niskoj frekvenciji od 200 Hz i niže, ali zapravo je podešavanje pomoću PWM-a najrazumniji pristup, jer vam omogućuje promjenu svjetline preko širok raspon.

Za ravnomjernu raspodjelu svjetlosti svjetiljki koristi se sustav svjetlovoda, difuzora i prizmi. Postoji mnogo opcija za organiziranje distribucije svjetla, jedna od njih prikazana je na slici 12.

Rješenja sa svjetiljkama smještenim na gornjoj i donjoj krajnjoj strani ploče su najčešća; ovaj raspored može značajno smanjiti ukupnu debljinu proizvoda. U modulima od 17 i 19 inča u pravilu se ugrađuju četiri svjetiljke: dvije na gornjoj strani i dvije na dnu. U krajnjem dijelu kućišta takvih ploča postoje posebne tehnološke rupe, tako da nema potrebe za rastavljanjem kućišta za uklanjanje svjetiljki (slika 13-b). Svjetiljke s ovim rasporedom često se kombiniraju u blokove od dva dijela (slika 13-a).

Druga mogućnost je raspored svjetiljki po cijeloj površini stražnje strane modula (Sl. 13-c) ovo se rješenje koristi u panelima s više svjetiljki s osam ili više svjetiljki, kao i pri korištenju U-oblika CCFL-ovi.

Minimalni životni vijek žarulja proizvođača panela sada je obično specificiran od četrdeset do pedeset tisuća sati (životni vijek je definiran kao vrijeme tijekom kojeg se osvjetljenje žarulja smanjuje za 50%).

...na temelju LED dioda

Osim fluorescentnih svjetiljki, kao izvor svjetla mogu se koristiti i svjetleće diode (LED). Moduli pozadinskog osvjetljenja koji se temelje na LED diodama izgrađeni su ili na "bijelim" LED diodama ili na paketima LED dioda primarne boje (RGB-LED).

Najveću paletu boja pružaju RGB-LED paketi. Činjenica je da je "bijela" LED dioda plava LED sa žutim fosfornim premazom ili ultraljubičasta LED s kombinacijom "crvenog", "zelenog" i "plavog" fosfornog premaza. Spektar "bijelih" LED dioda nije lišen svih nedostataka spektra fluorescentnih svjetiljki. Osim toga, za razliku od "bijelih" LED dioda, RGB-LED paket omogućuje brzo podešavanje temperature boje pozadinskog osvjetljenja zasebnom kontrolom intenziteta sjaja svake skupine LED dioda primarnih boja.

Kao rezultat toga postižu se dva cilja:

  • raspon boja je proširen zbog idealnijeg spektra pozadinskog osvjetljenja,
  • mogućnosti kalibracije boja su proširene: standardnoj metodi koja se temelji na tablicama pretvorbe koordinata boja za piksele slike, dodana je mogućnost podešavanja ravnoteže boja pozadinskog osvjetljenja.

Veliki nagib strujno-naponske karakteristike LED dioda ne dopušta glatko podešavanje svjetline zračenja u širokim rasponima. Ali budući da uređaj omogućuje rad u pulsirajućem načinu rada, u praksi se metoda modulacije širine impulsa najčešće koristi za podešavanje svjetline LED dioda (kao i za fluorescentne svjetiljke).

Oleg Medvedev, Maksim Proskurnja

LCD(zaslon s tekućim kristalima) ili LCD(liquid crystal) TV, kako ih popularno nazivaju, je TV s LCD zaslonom i pozadinskim osvjetljenjem lampe. Tekući kristal, znači da je sam displej (monitor) napravljen na bazi tekući kristali

LCD TFT(engleski: Thin Film Transistor) - vrsta zaslona s tekućim kristalima koji koristi aktivnu matricu kontroliranu tankoslojni tranzistori. Pojačalo za svaki subpiksel (element matrice) koristi se za povećanje brzine, kontrasta i jasnoće slike na zaslonu

  • Malo povijesti:

    • Tekući kristali prvi je otkrio austrijski botaničar Reinitzer V 1888 g., ali samo u 1930 -istraživači britanske korporacije Marconi dobili patent za njihovu industrijsku upotrebu, međutim, slabost tehnološke baze nije dopuštala aktivan razvoj ovog područja u to vrijeme.

    Znanstvenici su napravili prvi pravi pomak Fergeson I Williams iz američke korporacije RCA. Jedan od njih stvorio je toplinski senzor na temelju tekućih kristala, koristeći njihov selektivni reflektirajući učinak, drugi je proučavao učinak električnog polja na nematičke kristale. I tako, na kraju 1966 grad, korporacija RCA demonstrirao prototip LCD monitora - digitalni sat. Prvi kalkulator na svijetu - CS10A proizveden je u 1964 korporacija Oštar, odnosno, u listopadu 1975 godine, izbacio prvi kompaktni digitalni sat s LCD zaslonom. Nažalost, nisam uspio pronaći nijednu fotografiju, ali mnogi se još sjećaju ovog sata i kalkulatora

    U drugoj polovici 70-ih započeo je prijelaz s osmosegmentnih LCD indikatora na proizvodnju matrica s adresiranjem (mogućnošću kontrole) svake točke. Dakle, u 1976 godine, tvrtka Oštar izdao je crno-bijeli televizor s dijagonalom zaslona od 5,5 inča, temeljen na LCD matrici rezolucije 160x120 piksela.

    Sljedeća faza u razvoju LCD tehnologije započela je 80-ih godina, kada su se uređaji počeli koristiti STN elementi s povećanim kontrastom. Zatim su zamijenjene višeslojnim strukturama koje uklanjaju pogreške pri reprodukciji slika u boji. Otprilike u isto vrijeme pojavile su se aktivne matrice temeljene na tehnologiji a-Si TFT. Prvi prototip monitora a-Si TFT LCD nastao je u 1982 korporacije Sanyo, Toshiba I Top, pa, u to smo se vrijeme voljeli igrati s ovakvim igračkama s LCD zaslonom

    Sada su LCD zasloni gotovo potpuno zamijenili CRT televizore s tržišta, nudeći kupcu bilo koju veličinu: od prijenosnih i malih "kuhinja" do ogromnih, s dijagonalama većim od jednog metra. Raspon cijena je također vrlo širok i omogućava svakome da odabere televizor prema svojim potrebama i financijskim mogućnostima.

    Strujni sklop LCD televizora mnogo je složeniji nego kod jednostavnih CRT televizora: minijaturni dijelovi, višeslojne ploče, skupe jedinice... Za one koje zanima, televizor s LCD panelom bez stražnjeg poklopca, a ako uklonite posebne zaštitni ekrani, možete vidjeti druge dijelove strujnog kruga, ali bolje je to ne činiti, prepustite to majstorima

  • Dizajn i princip rada:

    • Posao LCD zaslon(LCD) temelji se na fenomenu polarizacija svjetlosnog toka. Poznato je da tzv polaroidni kristali sposobni su prenositi samo onu komponentu svjetlosti čiji vektor elektromagnetske indukcije leži u ravnini paralelnoj s optičkom ravninom polaroida. Za ostatak izlazne svjetlosti, polaroid će biti neproziran. Ovaj efekt se zove polarizacija svjetlosti.

    Poprilično jednostavno, zamislite “svjetlost” u obliku malih okruglih kuglica, ako joj na put stavite rešetku s uzdužnim rezovima (polarizator), tada će nakon nje od “loptica” ostati samo ravne “palačinke” (polarizirana svjetlost). E sad, ako druga mrežica ima iste uzdužne rezove, palačinke će se moći “provući” kroz nju i dalje “svijetliti”, ali ako druga mrežica ima okomite proreze, tada horizontalne lagane “palačinke” neće moći proći kroz njega i "zaglaviti"

    Kada su proučavane tekuće tvari, čije su dugačke molekule osjetljive na elektrostatička i elektromagnetska polja i sposobne polarizirati svjetlost, postalo je moguće kontrolirati polarizaciju. Te su amorfne tvari nazvane tekući kristali

    Strukturno, zaslon se sastoji od LCD matrice(staklena ploča između čijih se slojeva nalaze tekući kristali), izvora svjetlosti za rasvjetu, kontaktni svežanj i uokvirivanje ( kućište), obično plastična, s metalnim okvirom krutosti.

    Svaki piksel LCD matrica sastoji se od sloj molekula između dvoje prozirne elektrode, i dva polarizacijski filteri, čije su ravnine polarizacije (obično) okomite. U nedostatku tekućih kristala, svjetlost koju propušta prvi filtar gotovo je potpuno blokirana od strane drugog.

    Površina elektroda u kontaktu s tekućim kristalima posebno je obrađena kako bi se molekule u početku usmjerile u jednom smjeru. U TN matrici ti su pravci međusobno okomiti, pa se molekule, u nedostatku napetosti, nižu u spiralnu strukturu. Ova struktura lomi svjetlost na takav način da se ravnina njene polarizacije okreće prije drugog filtra i svjetlost prolazi kroz njega bez gubitaka. Osim apsorpcije polovice nepolarizirane svjetlosti od strane prvog filtra, ćelija se može smatrati prozirnom, iako je razina gubitaka znatna.

    Ako se na elektrode primijeni napon, molekule se teže poravnati u smjeru električnog polja, što narušava strukturu vijka. U ovom slučaju, elastične sile se tome suprotstavljaju, a kada se napon isključi, molekule se vraćaju u prvobitni položaj. S dovoljnom jakošću polja gotovo sve molekule postaju paralelne, što dovodi do neprozirne strukture, a stupanj prozirnosti se može kontrolirati promjenom primijenjenog napona.

    Izvor svjetla (pozadinsko osvjetljenje LCD matrice) je fluorescentne svjetiljke s hladnom katodom(tako se zovu jer katoda koja emitira elektrone (negativna elektroda) unutar lampe ne mora biti zagrijana iznad temperature okoline da bi lampa zasvijetlila.) Ovako bi mogla izgledati lampa za LCD TV; na desnoj fotografiji je "sklop lampe u radu" za TV s LCD zaslonom velike dijagonale:

    Same svjetiljke (bijeli svijetli sjaj) nalaze se u posebnim stezaljke za tijelo, iza njih - reflektor, kako bi se smanjili gubici svjetlosnog toka. Kako bi LCD matrica svijetlila ravnomjerno (a ne prugasta, jer su lampe instalirane), postoji difuzor, koji ravnomjerno raspoređuje svjetlosni tok po cijelom području. Nažalost, na ovom mjestu također dolazi do značajnog gubitka "svjetline" svjetiljki.

    Moderne LCD matrice imaju prilično dobar kut gledanja (oko 160 stupnjeva) bez gubitka kvalitete slike (boje, svjetlina), najneugodnije što možete vidjeti na njima je ovo neispravni pikseli, međutim, s obzirom na to da su vrlo male veličine, jedan ili dva takva "izgorjela" piksela neće uvelike ometati gledanje filmova i programa, ali na ekranu monitora to već može biti prilično neugodno

  • Prednosti i nedostatci:

    • U usporedbi s CRT televizorima, LCD paneli imaju izvrsno fokusiranje i jasnoću, nema grešaka u konvergenciji ili kršenja geometrije slike, zaslon nikad ne treperi, lakši su i zauzimaju manje prostora.Nedostaci uključuju slabu (u usporedbi s CRT-om) svjetlinu i kontrast, matrica nije tako izdržljiva kao kineskopski zaslon, skup digitalnih kočnica i grešaka s analognim ili slabim signalom, kao i loša obrada izvornog materijala

    “Srce” svakog monitora s tekućim kristalima je LCD matrica (Liquid Cristall Display). LCD panel je složena višeslojna struktura. Pojednostavljeni dijagram TFT LCD panela u boji prikazan je na sl. 2.

    Princip rada bilo kojeg zaslona s tekućim kristalima temelji se na svojstvu tekućih kristala da mijenjaju (rotiraju) ravninu polarizacije svjetlosti koja prolazi kroz njih proporcionalno naponu koji se na njih primjenjuje. Ako se polarizacijski filtar (polarizator) postavi na put polarizirane svjetlosti koja prolazi kroz tekuće kristale, tada promjenom napona primijenjenog na tekuće kristale možete kontrolirati količinu svjetlosti koju prenosi polarizacijski filtar. Ako je kut između ravnina polarizacije svjetlosti koja prolazi kroz tekuće kristale i svjetlosnog filtra 0 stupnjeva, tada će svjetlost proći kroz polarizator bez gubitka (maksimalna prozirnost), ako je 90 stupnjeva, tada će svjetlosni filtar propuštaju minimalnu količinu svjetlosti (minimalna prozirnost).

    Sl. 1. LCD monitor. Princip rada LCD tehnologije.

    Tako je korištenjem tekućih kristala moguće proizvesti optičke elemente s različitim stupnjem prozirnosti. U ovom slučaju, razina prijenosa svjetlosti takvog elementa ovisi o naponu koji se na njega primjenjuje. Svaki LCD zaslon na monitoru računala, laptopu, tabletu ili TV-u sadrži od nekoliko stotina tisuća do nekoliko milijuna ovih stanica, veličine djelića milimetra. Oni su spojeni u LCD matricu i uz njihovu pomoć možemo formirati sliku na površini ekrana od tekućih kristala.
    Tekući kristali otkriveni su krajem 19. stoljeća. Međutim, prvi zaslonski uređaji temeljeni na njima pojavili su se tek u kasnim 60-im godinama 20. stoljeća. Prvi pokušaji korištenja LCD ekrana u računalima bili su osamdesetih godina prošlog stoljeća. Prvi monitori s tekućim kristalima bili su jednobojni i bili su puno lošiji u kvaliteti slike od zaslona s katodnom cijevi (CRT). Glavni nedostaci prvih generacija LCD monitora bili su:

    • - niske performanse i inercija slike;
    • - "repovi" i "sjene" na slici od elemenata slike;
    • - loša rezolucija slike;
    • - crno-bijela slika ili slika u boji s malom dubinom boje;
    • - i tako dalje.

    Međutim, napredak nije stao i s vremenom su se razvili novi materijali i tehnologije u proizvodnji monitora s tekućim kristalima. Napredak tehnologije mikroelektronike i razvoj novih tvari sa svojstvima tekućih kristala značajno su poboljšali performanse LCD monitora.

    Dizajn i rad TFT LCD matrice.

    Jedno od glavnih postignuća bio je izum tehnologije LCD TFT matrica - matrica tekućih kristala s tankoslojnim tranzistorima (Thin Film Transistors). TFT monitori su dramatično povećali brzinu piksela, povećali dubinu boje slike i uspjeli su se riješiti "repova" i "sjena".
    Struktura panela proizvedenog TFT tehnologijom prikazana je na sl. 2

    sl.2. Dijagram strukture TFT LCD matrice.
    Slika u punoj boji na LCD matrici formirana je od pojedinačnih točaka (piksela), od kojih se svaka obično sastoji od tri elementa (podpiksela) odgovornih za svjetlinu svake od glavnih komponenti boje - obično crvene (R), zelena (G) i plava (B) - RGB. Video sustav monitora kontinuirano skenira sve subpiksele matrice, bilježeći razinu napunjenosti proporcionalnu svjetlini svakog subpiksela u kondenzatore za pohranu. Tranzistori tankog filma (Thin Film Trasistor (TFT) - zapravo, zato se TFT matrica tako zove) povezuju kondenzatore za pohranu podataka na sabirnicu podataka u trenutku kada se informacija zapisuje u dati subpiksel i prebacuju kondenzator za pohranu na očuvanje naboja način za ostatak vremena.
    Napon pohranjen u memorijskom kondenzatoru TFT matrice djeluje na tekuće kristale određenog subpiksela, okrećući ravninu polarizacije svjetlosti koja prolazi kroz njih iz pozadinskog osvjetljenja za kut proporcionalan tom naponu. Prolazeći kroz ćeliju s tekućim kristalima, svjetlost ulazi u matrični svjetlosni filtar, na kojem se za svaki subpiksel formira svjetlosni filtar jedne od osnovnih boja (RGB). Uzorak relativnih položaja točaka različitih boja različit je za svaku vrstu LCD zaslona, ​​ali to je posebna tema. Zatim generirani svjetlosni tok primarnih boja ulazi u vanjski polarizacijski filtar, čija propusnost svjetlosti ovisi o kutu polarizacije svjetlosnog vala koji pada na njega. Polarizacijski filtar proziran je za one svjetlosne valove čija je ravnina polarizacije paralelna s njegovom vlastitom ravninom polarizacije. Kako se taj kut povećava, polarizacijski filter počinje propuštati sve manje svjetlosti, do maksimalnog prigušenja pod kutom od 90 stupnjeva. U idealnom slučaju, polarizacijski filtar ne bi trebao propuštati svjetlost polariziranu ortogonalno na vlastitu ravninu polarizacije, ali u stvarnom životu mali dio svjetlosti ipak prolazi. Stoga svi LCD zasloni imaju nedovoljnu dubinu crne, što je posebno izraženo pri visokim razinama svjetline pozadinskog osvjetljenja.
    Kao rezultat toga, u LCD zaslonu, svjetlosni tok iz nekih subpiksela prolazi kroz polarizacijski filtar bez gubitaka, iz drugih subpiksela je prigušen za određenu količinu, a iz nekih subpiksela je gotovo potpuno apsorbiran. Dakle, podešavanjem razine svake primarne boje u pojedinim subpikselima, moguće je iz njih dobiti piksel bilo koje nijanse boje. I od mnogih piksela u boji stvorite sliku u boji preko cijelog zaslona.
    LCD monitor omogućio je veliki napredak u računalnoj tehnologiji, učinivši ga dostupnim velikom broju ljudi. Štoviše, bez LCD zaslona bilo bi nemoguće stvoriti prijenosna računala kao što su prijenosna i netbook računala, tableti i mobiteli. No je li sve tako ružičasto s upotrebom zaslona s tekućim kristalima?

    Uz dobro dokazanu tehnologiju LCD + TFT (tankoslojni tranzistori), aktivno se promovira OLED + TFT organska tehnologija svjetlećih dioda, odnosno AMOLED - OLED s aktivnom matricom. Glavna razlika između potonjeg je u tome što ulogu polarizatora, LCD sloja i svjetlosnih filtara igraju organske LED diode u tri boje.

    U biti, radi se o molekulama koje su sposobne emitirati svjetlost kada teče električna struja, te ovisno o količini struje koja teče, mijenjati intenzitet boje, slično kao što se događa kod konvencionalnih LED dioda. Uklanjanjem polarizatora i LCD-a s ploče, potencijalno je možemo učiniti tanjom i, što je najvažnije, fleksibilnom!

    Koje vrste dodirnih ploča postoje?
    Budući da se senzori trenutno više koriste kod LCD i OLED zaslona, ​​mislim da bi bilo razumno o njima odmah govoriti.

    Dan je vrlo detaljan opis dodirnih zaslona ili dodirnih ploča (izvor je nekada živio, ali je iz nekog razloga nestao), tako da neću opisivati ​​sve vrste dodirnih ploča, usredotočit ću se samo na dvije glavne: otporne i kapacitivne.

    Počnimo s otpornim senzorom. Sastoji se od 4 glavne komponente: staklene ploče (1), kao nosača cijele dodirne ploče, dvije prozirne polimerne membrane s otpornim premazom (2, 4), sloja mikroizolatora (3) koji odvaja ove membrane, i 4, 5 ili 8 žica, koje su odgovorne za "čitanje" dodira.


    Dijagram uređaja otpornog senzora

    Kada pritisnemo takav senzor određenom silom, membrane dolaze u dodir, električni krug se zatvara, kao što je prikazano na slici ispod, mjeri se otpor koji se zatim pretvara u koordinate:


    Princip izračunavanja koordinata za 4-žilni rezistivni zaslon ()

    Sve je krajnje jednostavno.

    Važno je zapamtiti dvije stvari: a) otporni senzori na mnogim kineskim telefonima nisu visoke kvalitete, to može biti upravo zbog nejednake udaljenosti između membrana ili nekvalitetnih mikroizolatora, odnosno "mozga" telefona ne može adekvatno pretvoriti izmjerene otpore u koordinate; b) takav senzor zahtijeva pritiskanje, guranje jedne membrane na drugu.

    Kapacitivni senzori se donekle razlikuju od otporničkih senzora. Vrijedno je odmah napomenuti da ćemo govoriti samo o projektivno-kapacitivnim senzorima koji se sada koriste u iPhoneu i drugim prijenosnim uređajima.

    Princip rada takvog zaslona osjetljivog na dodir prilično je jednostavan. Mreža elektroda nanesena je na unutarnju stranu zaslona, ​​a izvana je presvučena, na primjer, ITO-om, složenim indij-kositrenim oksidom. Kada dodirnemo staklo, naš prst s takvom elektrodom formira mali kondenzator, a obradna elektronika mjeri kapacitet tog kondenzatora (isporučuje strujni impuls i mjeri napon).

    U skladu s tim, kapacitivni senzor reagira samo na čvrst dodir i samo s vodljivim predmetima, odnosno takav ekran će raditi i svaki drugi put ako ga dodirnete noktom, kao i rukom namočenom u aceton ili dehidriranom. Možda je glavna prednost ovog zaslona osjetljivog na dodir u odnosu na rezistivni mogućnost izrade prilično jake baze - posebno jakog stakla, kao što je Gorilla Glass.


    Shema rada površinskog kapacitivnog senzora ()

    Kako radi E-Ink zaslon?
    Možda je E-Ink puno jednostavniji u usporedbi s LCD-om. Opet imamo posla s aktivnom matricom koja je odgovorna za formiranje slike, ali ovdje nema tragova LCD kristala ili lampica za pozadinsko osvjetljenje, već postoje čunjići s dvije vrste čestica: negativno nabijene crne i pozitivno nabijene bijele. Slika se formira primjenom određene razlike potencijala i preraspodjelom čestica unutar takvih mikrokonusa, što je jasno prikazano na slici ispod:


    Gore je dijagram rada E-Ink zaslona, ​​dolje su prave mikrofotografije takvog radnog zaslona ()

    Ako nekome ovo nije dovoljno, princip rada elektroničkog papira demonstrira ovaj video:

    Osim E-Ink tehnologije, tu je i SiPix tehnologija u kojoj postoji samo jedna vrsta čestica, a sama “ispuna” je crna:


    Shema rada SiPix zaslona ()

    Za one koji se ozbiljno žele upoznati s “magnetskim” elektroničkim papirom neka odu ovdje, bio je jednom izvrstan članak u Prestu.

    Praktični dio

    Kineski telefon u odnosu na korejski pametni telefon (rezistivni senzor)
    Nakon "pažljivog" odvijača rastavljanja preostale ploče i zaslona s kineskog telefona, bio sam vrlo iznenađen kada sam pronašao spominjanje jednog poznatog korejskog proizvođača na matičnoj ploči telefona:


    Samsung i kineski telefon su jedno!

    Ekran sam rastavljao pažljivo i pažljivo - tako da su svi polarizatori ostali netaknuti, pa jednostavno nisam mogao a da se ne igram s njima i radnim velikim bratom predmeta koji se secira i prisjećam se radionice optike:


    Ovako rade 2 polarizirajuća filtra: u jednom položaju svjetlosni tok praktički ne prolazi kroz njih, kada se zakrene za 90 stupnjeva, prolazi u potpunosti

    Imajte na umu da se sva rasvjeta temelji na samo četiri sićušne LED diode (mislim da njihova ukupna snaga nije veća od 1 W).

    Zatim sam dugo tražio senzor, iskreno vjerujući da će to biti prilično debela utičnica. Ispalo je sasvim suprotno. I kod kineskih i kod korejskih telefona senzor se sastoji od nekoliko plastičnih ploča koje su vrlo dobro i čvrsto zalijepljene za staklo vanjske ploče:


    Lijevo je senzor kineskog telefona, desno je senzor korejskog telefona

    Otporni senzor kineskog telefona izrađen je prema shemi "što jednostavnije to bolje", za razliku od skupljeg južnokorejskog kolege. Ako griješim, ispravite me u komentarima, ali lijevo na slici je tipičan 4-pinski senzor, a desno 8-pinski senzor.

    LCD zaslon kineskog telefona
    Budući da je zaslon kineskog telefona još uvijek bio razbijen, a korejski samo malo oštećen, pokušat ću govoriti o LCD-u na primjeru prvog. Ali za sada ga nećemo potpuno razdvojiti, ali pogledajmo pod optičkim mikroskopom:


    Optička mikrofotografija vodoravnih linija LCD zaslona kineskog telefona. Gornja lijeva fotografija ima neku varku našeg vida zbog "pogrešnih" boja: bijela tanka traka je kontakt.

    Jedna žica napaja dvije linije piksela odjednom, a razdvajanje između njih je uređeno pomoću potpuno neobične "električne bube" (slika donja desna). Iza cijelog ovog električnog kruga nalaze se filtarske staze, obojene u odgovarajuće boje: crvena (R), zelena (G) i plava (B).

    Na suprotnom kraju matrice u odnosu na mjesto gdje je spojen kabel, možete pronaći sličnu raščlanjenost boja, brojeve pjesama i iste prekidače (ako netko može pojasniti u komentarima kako ovo funkcionira, bilo bi jako cool!) ):


    Sobe-sobe-sobe...

    Ovako izgleda radni LCD zaslon pod mikroskopom:

    To je sve, sad ovu ljepotu više nećemo vidjeti, zgnječio sam je u doslovnom smislu te riječi, a nakon malo muke jednu takvu mrvicu sam “razdvojio” na dva odvojena stakla koja čine glavni dio zaslona...

    Sada možete pogledati pojedinačne zapise filtera. O tamnim "mrljama" na njima govorit ću malo kasnije:


    Optička mikrofotografija filtara s misterioznim točkama...

    A sada mali metodološki aspekt koji se tiče elektronske mikroskopije. Pruge iste boje, ali pod snopom elektronskog mikroskopa: boja je nestala! Kao što sam rekao ranije (na primjer, u prvom članku), potpuno je "crno-bijelo" za snop elektrona bez obzira na to je li u interakciji s obojenom tvari ili ne.


    Čini se da su iste pruge, ali bez boje...

    Pogledajmo i drugu stranu. Na njemu se nalaze tranzistori:


    U optičkom mikroskopu - u boji...


    I elektronski mikroskop - crno bijela slika!

    To se malo lošije vidi u optičkom mikroskopu, ali SEM vam omogućuje da vidite rubove svakog subpiksela - to je vrlo važno za sljedeći zaključak.

    Dakle, kakva su to čudna tamna područja?! Dugo sam razmišljao, razbijao glavu, čitao mnoge izvore (možda je najdostupniji bio Wiki) i, usput, zbog toga sam odgodio objavu članka u četvrtak, 23. veljače. I to je zaključak do kojeg sam došao (možda sam u krivu - ispravite me!).

    VA ili MVA tehnologija jedna je od najjednostavnijih i mislim da Kinezi nisu smislili ništa novo: svaki subpiksel mora biti crn. Odnosno, svjetlost ne prolazi kroz njega (naveden je primjer radnog i neradnog zaslona), uzimajući u obzir činjenicu da je u "normalnom" stanju (bez vanjskog utjecaja) tekući kristal pogrešno orijentiran i ne daje “potrebne” polarizacije, logično je pretpostaviti da svaki zasebni subpiksel ima svoj LCD film.

    Stoga je cijela ploča sastavljena od jednog mikro-LCD zaslona. Ovdje se organski uklapa napomena o rubu svakog pojedinačnog subpiksela. Za mene je ovo postalo svojevrsno neočekivano otkriće upravo dok sam pripremao članak!

    Zažalio sam što sam razbio displej korejskog telefona: ipak treba nešto pokazati djeci i onima koji dolaze na ekskurziju na naš fakultet. Mislim da nije bilo ništa drugo zanimljivo za vidjeti.

    Nadalje, samozadovoljstva radi, navest ću primjer "organizacije" piksela dva vodeća proizvođača komunikatora: HTC i Apple. iPhone 3 je za bezbolnu operaciju poklonila ljubazna osoba, a HTC Desire HD je zapravo moj:


    Mikrografske fotografije zaslona HTC Desire HD

    Mala napomena o HTC zaslonu: nisam posebno gledao, ali može li ova pruga u sredini gornje dvije mikrofotografije biti dio tog istog kapacitivnog senzora?!


    Mikrofotografije zaslona iPhone 3

    Ako me sjećanje ne vara, onda HTC ima superLCD zaslon, dok iPhone 3 ima običan LCD. Takozvani Retina Display, odnosno LCD kod kojeg oba kontakta za prebacivanje tekućeg kristala leže u istoj ravnini, In-Plane Switching - IPS, već je ugrađen u iPhone 4.

    Nadam se da će uskoro biti objavljen članak na temu usporedbe različitih tehnologija prikaza uz podršku 3DNews. Za sada samo želim primijetiti činjenicu da je HTC zaslon doista neobičan: kontakti na pojedinačnim podpikselima postavljeni su na nestandardan način - nekako na vrhu, za razliku od iPhonea 3.

    I na kraju, u ovom dijelu ću dodati da su dimenzije jednog subpiksela za kineski telefon 50 x 200 mikrometara, HTC 25 x 100 mikrometara, a iPhone 15-20 x 70 mikrometara.

    E-Ink poznatog ukrajinskog proizvođača
    Počnimo, možda, s banalnim stvarima - "pikselima", odnosno stanicama koje su odgovorne za formiranje slike:


    Optička mikrografija aktivne matrice E-Ink zaslona

    Veličina takve ćelije je oko 125 mikrometara. Budući da matricu gledamo kroz staklo na kojem je nanesena, molim vas da obratite pozornost na žuti sloj u "pozadini" - to je pozlaćenje, kojeg ćemo se naknadno morati riješiti.


    Naprijed do proboja!


    Usporedba vodoravnih (lijevo) i okomitih (desno) "unosa"

    Između ostalog, na staklenoj podlozi otkriveno je mnogo zanimljivosti. Na primjer, položajne oznake i kontakti, koji su, očito, namijenjeni testiranju zaslona u proizvodnji:


    Optičke mikrografije oznaka i ispitnih podloga

    Naravno, to se ne događa često i obično je nesretan slučaj, ali ekrani se ponekad pokvare. Na primjer, ova jedva primjetna pukotina, debljine manje od ljudske dlake, može vas zauvijek lišiti užitka čitanja vaše omiljene knjige o Maglovitom Albionu u zagušljivom moskovskom metrou:


    Ako se displeji razbiju, znači nekome treba... Meni, na primjer!

    Usput, evo ga, zlato koje sam spomenuo - glatko područje "dna" ćelije za kvalitetan kontakt s tintom (više o njima u nastavku). Zlato uklanjamo mehanički i evo rezultata:


    Imaš puno hrabrosti. Da vidimo kako izgledaju! (S)

    Ispod tankog zlatnog filma skrivene su kontrolne komponente aktivne matrice, ako se to tako može nazvati.

    Ali najzanimljivija stvar je, naravno, sama "tinta":


    SEM mikrograf tinte na površini aktivne matrice.

    Naravno, teško je pronaći barem jednu uništenu mikrokapsulu da pogledate unutra i vidite "bijele" i "crne" čestice pigmenta:

    SEM mikrograf površine elektronske "tinte"


    Optički mikrograf "tinte"

    Ili ipak ima nešto unutra?!


    Ili uništena kugla ili istrgnuta iz nosivog polimera

    Veličina pojedinačnih kuglica, odnosno nekog analoga subpiksela u E-Inku, može biti samo 20-30 mikrona, što je znatno manje od geometrijskih dimenzija subpiksela u LCD zaslonima. Pod uvjetom da takva kapsula može raditi na pola svoje veličine, slika dobivena na dobrim, kvalitetnim E-Ink zaslonima puno je ugodnija nego na LCD-u.

    I za desert - video o tome kako E-Ink zasloni rade pod mikroskopom.