Segredos dos monitores LCD modernos. Tipos de adaptadores de vídeo Em que consiste a tela LCD?

Existem três opções principais para implementação de placas gráficas:

    Cartões de expansão. Neste caso, presume-se que serão utilizadas placas de expansão separadas com interface PCI Express, AGP ou PCI. Isso garante o mais alto desempenho, grande capacidade de memória e suporte para o maior número de funções.

    Chipset com núcleo gráfico integrado. Estas são as soluções mais acessíveis, mas seu desempenho é muito baixo, especialmente ao executar jogos 3D e outros aplicativos com uso intensivo de gráficos. Isso também fornece resoluções e taxas de atualização mais baixas do que ao usar placas de expansão. Os chipsets integrados mais comuns são encontrados em modelos de laptops econômicos, bem como em alguns de seus modelos intermediários;

    Processador com núcleo gráfico integrado (Informações).

Via de regra, os computadores desktop que utilizam placas-mãe microATX, FlexATX, microBTX, PicoBTX ou MiniITX são equipados com núcleo gráfico integrado ao chipset fabricado pela Intel, VIA Technology, SiS, etc.

Conectores da placa de vídeo

Os adaptadores de vídeo MDA, Hercules, CGA e EGA foram equipados com um conector D-Sub de 9 pinos. Ocasionalmente, um conector coaxial de vídeo composto também estava presente, permitindo que uma imagem em preto e branco fosse enviada para um receptor de televisão ou monitor equipado com uma entrada de vídeo de baixa frequência.

Conector analógico D-Sub

Os adaptadores de vídeo VGA e posteriores normalmente tinham apenas um conector VGA (D-Sub de 15 pinos). Ocasionalmente, as primeiras versões dos adaptadores VGA também tinham um conector da geração anterior (9 pinos) para compatibilidade com monitores mais antigos. A escolha da saída de trabalho foi definida por interruptores na placa adaptadora de vídeo.

DVI é uma interface padrão relativamente nova, mais comumente usada para saída de vídeo digital. A porta DVI vem em duas variedades. DVI-I também inclui sinais analógicos que permitem conectar um monitor VGA por meio de um adaptador D-SUB. DVI-D não permite isso.

Conector DVI (variações: DVI-I e DVI-D)

Recentemente, uma nova interface doméstica tornou-se difundida - Interface Multimídia de Alta Definição. Este padrão fornece transmissão simultânea de informações visuais e de áudio por meio de um único cabo, é projetado para televisão e cinema, mas os usuários de PC também podem usá-lo para emitir dados de vídeo usando um conector HDMI. O HDMI permite transmitir áudio e vídeo protegidos contra cópia em formato digital através de um único cabo; a primeira versão do padrão era baseada em uma largura de banda de 5 Gb/s, e o HDMI 1.3 expandiu esse limite para 10,2 Gb/s.

Conector HDMI

DisplayPort é uma interface de vídeo digital relativamente nova, cuja primeira versão foi adotada pela VESA (Video Electronics Standards Association) na primavera de 2006. Define uma nova interface digital universal, isenta de licenças e royalties, projetada para conectar computadores e monitores, bem como outros equipamentos multimídia.

A Porta Dispay permite conectar até quatro dispositivos, incluindo alto-falantes, hubs USB e outros dispositivos de entrada/saída. Ele suporta até quatro linhas de dados, cada uma das quais pode transmitir 1,62 ou 2,7 gigabits/s. Suporta modos com profundidades de cores de 6 a 16 bits por canal de cor

As portas DVI e HDMI são estágios evolutivos no desenvolvimento do padrão de transmissão de sinal de vídeo, portanto, adaptadores podem ser usados ​​para conectar dispositivos com esses tipos de portas.

A placa de vídeo também pode acomodar entradas e saídas compostas e S-Video.

Conector composto

Conectores S-Video de 4 e 7 pinos

Arroz. 28 – Conjunto de conectores para placa de vídeo Palit GeForce GTS 450 Sonic 1Gb DDR5 128 bits PCI-E (2xDVI, 1 D-Sub, 1 miniHDMI)

É costume distinguir três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. Mas algumas substâncias orgânicas, quando fundidas em uma determinada fase, exibem propriedades inerentes tanto aos cristais quanto aos líquidos. Tendo adquirido a fluidez característica dos líquidos, nesta fase não perdem a ordem das moléculas característica dos cristais sólidos. Esta fase pode muito bem ser chamada de quarto estado de agregação. É verdade que não devemos esquecer que apenas algumas substâncias o possuem e apenas em uma determinada faixa de temperatura.

A orientação espacial das moléculas de cristal líquido na chamada posição de repouso é chamada de ordem do cristal líquido. De acordo com a classificação de Friedel, existem três categorias principais da ordem FA: esmética, nemática e colestérica (Fig. 1).

Os LC esméticos são os mais ordenados e têm estrutura mais próxima dos cristais sólidos comuns. Além da simples orientação mútua das moléculas, elas também possuem sua divisão em planos.

A direção de orientação preferencial dos longos eixos das moléculas em cristais líquidos é indicada por um vetor de comprimento unitário, denominado diretor.

O principal interesse está em materiais de ordem nemática, utilizados em modernos painéis de cristal líquido de todos os tipos (TN, IPS e VA). Na nemática, o estado normal é a posição das moléculas com orientação molecular ordenada ao longo do volume, característica dos cristais, mas com posição caótica de seus centros de gravidade, característica dos líquidos. As moléculas neles são orientadas relativamente paralelas e ao longo do eixo diretor são deslocadas em distâncias diferentes.

Os cristais líquidos com ordem colestérica em estrutura assemelham-se aos nemáticos, divididos em camadas. As moléculas em cada camada subsequente giram em relação à anterior em um pequeno ângulo e o diretor gira suavemente em espiral. Essa natureza em camadas, formada pela atividade óptica das moléculas, é a principal característica da ordem colestérica. Os colestéricos são às vezes chamados de "nemáticos retorcidos".

A fronteira entre as ordens nemática e colestérica é um tanto arbitrária. A ordem colestérica pode ser obtida não apenas a partir de material colestérico em sua forma pura, mas também pela adição de aditivos especiais contendo moléculas quirais (opticamente ativas) ao material nemático. Tais moléculas contêm um átomo de carbono assimétrico e, diferentemente das moléculas nemáticas, são assimétricas em espelho.

A ordem nos cristais líquidos é determinada por forças intermoleculares, que criam a elasticidade do material LC. Sim, aqui podemos falar especificamente sobre propriedades elásticas, embora sua natureza seja diferente das propriedades elásticas dos cristais comuns, uma vez que os cristais líquidos ainda apresentam fluidez. No estado normal (ou fundamental), as moléculas tendem a retornar à sua "posição de repouso", por exemplo, em um material nemático, para uma posição com a mesma orientação diretora.

A elasticidade dos LCs é várias ordens de grandeza inferior à elasticidade dos cristais convencionais e oferece uma oportunidade completamente única de controlar sua posição usando influências externas. Tal influência pode ser, por exemplo, um campo eléctrico.

Agora vamos dar uma olhada mais de perto em como esse campo pode influenciar a orientação das moléculas.

Tomemos uma amostra composta por duas placas de vidro, cujo espaço entre elas é preenchido com um material nemático. A distância entre as placas superior e inferior e, consequentemente, a espessura da camada de cristal líquido é de vários mícrons. Para definir a orientação desejada do diretor das moléculas no material, é utilizado um tratamento especial da superfície do substrato. Para fazer isso, uma fina camada de polímero transparente é aplicada à superfície, após a qual um relevo é dado à superfície por fricção especial (fricção) - os sulcos mais finos em uma direção. Moléculas de cristal alongadas na camada em contato direto com a superfície são orientadas ao longo do relevo. As forças intermoleculares forçam todas as outras moléculas a assumirem a mesma orientação.

O arranjo ordenado das moléculas de cristal líquido determina a anisotropia de algumas de suas propriedades físicas (deixe-me lembrá-lo de que a anisotropia é a dependência das propriedades de um meio da direção no espaço). Os líquidos, com seu arranjo aleatório de moléculas, são isotrópicos. Mas os cristais líquidos já possuem anisotropia, que é uma qualidade importante que lhes permite influenciar as características da luz que os atravessa.

A anisotropia da constante dielétrica é usada para controlar a posição das moléculas. Representa a diferença

Δε = ε || + ε ⊥ onde ε || constante dielétrica na direção paralela ao vetor diretor, ε ⊥ constante dielétrica na direção perpendicular ao vetor diretor. O valor de Δε pode ser positivo ou negativo.

Tomemos uma amostra composta por duas placas de vidro com uma distância de vários mícrons entre as placas, preenchidas com material nemático e seladas. Para definir a orientação desejada do diretor das moléculas no material, é utilizado um tratamento especial da superfície do substrato; para isso, uma fina camada de polímero transparente é aplicada à superfície, após a qual é dado um relevo à superfície por fricção especial - ranhuras finas em uma direção. As moléculas alongadas de cristais na camada em contato direto com a superfície são orientadas ao longo do relevo, e as forças intermoleculares forçam todas as outras moléculas a assumirem a mesma orientação. Se um campo elétrico for criado na amostra, a energia dos cristais líquidos neste campo dependerá da posição das moléculas em relação à direção do campo. Se a posição das moléculas não corresponder à energia mínima, elas girarão no ângulo apropriado. Em um material com constante dielétrica positiva (anisotropia dielétrica positiva), as moléculas tenderão a girar ao longo da direção do campo elétrico, em um material com anisotropia dielétrica negativa - ao longo da direção do campo. O ângulo de rotação dependerá respectivamente da tensão aplicada.

Deixe o material da amostra ter anisotropia dielétrica positiva, a direção do campo elétrico é perpendicular à orientação inicial das moléculas (Fig. 2). Quando a voltagem é aplicada, as moléculas tendem a girar ao longo do campo. Mas eles são inicialmente orientados de acordo com o relevo das superfícies internas da amostra, criado por fricção, e estão conectados a elas por uma adesão bastante significativa. Como consequência, quando a orientação do diretor muda, surgirão torques na direção oposta. Enquanto o campo for suficientemente fraco, as forças elásticas mantêm as moléculas numa posição constante. À medida que a tensão aumenta, a partir de um determinado valor E-c, as forças de orientação do campo elétrico excedem as forças elásticas e a rotação das moléculas começa a ocorrer. Essa reorientação sob a influência do campo é chamada de transição de Fredericks. A transição Fredericks é fundamental para a organização do controle de cristal líquido; nela se baseia o princípio de funcionamento de todos os painéis LCD.

Um mecanismo viável é formado:

  • por um lado, o campo elétrico forçará as moléculas de cristal líquido a girarem no ângulo desejado (dependendo do valor da tensão aplicada);
  • por outro lado, as forças elásticas causadas por ligações intermoleculares tenderão a retornar à orientação original do diretor quando a tensão for liberada.

Se a orientação inicial do diretor e as direções do campo elétrico não forem estritamente perpendiculares, então o valor limite do campo E-c diminui, possibilitando influenciar a posição de moléculas com campo muito menor.

Neste ponto teremos que nos desviar um pouco dos cristais líquidos para explicar os conceitos de “polarização da luz” e “plano de polarização”; sem eles, uma apresentação posterior será impossível.

A luz pode ser representada como uma onda eletromagnética transversal, cujos componentes elétricos e magnéticos oscilam em planos perpendiculares entre si (Fig. 3).

A luz natural (também chamada naturalmente polarizada ou não polarizada) contém oscilações vetoriais E, igualmente provável em todas as direções perpendiculares ao vetor k(Fig. 4).

A luz parcialmente polarizada tem uma direção preferencial de oscilação vetorial E. Para luz parcialmente polarizada no campo de uma onda de luz, a amplitude da projeção E para uma das direções mutuamente perpendiculares é sempre maior do que para a outra. A relação entre essas amplitudes determina o grau de polarização.

Luz linearmente polarizada é aquela que possui uma única direção vetorial E para todas as ondas. O conceito de luz linearmente polarizada é abstrato. Na prática, quando falamos de luz linearmente polarizada, geralmente nos referimos a luz parcialmente polarizada com alto grau de polarização.

O plano em que o vetor está E e vetor de direção da onda k, é chamado de plano de polarização.

Agora vamos voltar ao LCD.

A segunda propriedade física mais importante dos cristais líquidos, depois da anisotropia dielétrica, usada para controlar o fluxo de luz através deles, é a anisotropia óptica. Os cristais líquidos possuem diferentes valores do índice de refração da luz para a direção de propagação paralela e perpendicular ao diretor. Ou seja, a velocidade de propagação do feixe de luz paralelo ou perpendicular ao diretor será diferente, com um coeficiente maior, sabe-se que será menor. Anisotropia óptica ou anisotropia de índice de refração é a diferença entre dois coeficientes:

Δ n= n|| + n⊥ Onde n|| índice de refração do plano de polarização paralelo ao diretor; n⊥ índice de refração do plano de polarização perpendicular ao diretor.

A presença no material de dois significados diferentes para n|| E n⊥ causa o efeito de birrefringência. Quando a luz atinge um material birrefringente, como um nemático, o componente do campo elétrico da onda de luz se divide em dois componentes vetoriais, vibrando no eixo rápido e vibrando no eixo lento. Esses componentes são chamados de raios ordinários e extraordinários, respectivamente. As direções de polarização dos raios ordinários e extraordinários são mutuamente ortogonais. E a presença de eixos “rápidos” e “lentos” no material se deve ao que foi mencionado acima - diferentes índices de refração para raios que se propagam respectivamente paralelos ou perpendiculares à direção do diretor.

A Figura 5 mostra a propagação das ondas ao longo dos eixos “rápido” e “lento”. Deve-se enfatizar que o eixo neste caso não é uma linha reta fixa, mas a direção do plano em que a onda oscila.

Como as velocidades de fase dos feixes ordinários e extraordinários são diferentes, a sua diferença de fase mudará à medida que a onda se propaga. A alteração da diferença de fase desses componentes ortogonais causa uma mudança na direção de polarização da onda de luz. Na figura, para maior clareza, a soma dos componentes ortogonais é representada pelo vetor resultante É. Pode-se ver que à medida que a onda se propaga, a direção do vetor gira É. Assim, a adição de ondas na saída de um material birrefringente produzirá uma onda com direção de polarização alterada em relação à original.

O ângulo de rotação do plano de polarização dependerá da orientação das moléculas no material.

Projeto do painel

Existem várias tecnologias de painel LCD. Para ilustrar o projeto neste caso, o TN é mostrado como o mais comum (Fig. 6).

Todos os painéis de cristal líquido para monitores são transmissivos - a imagem neles é formada pela conversão do fluxo de luz de uma fonte localizada atrás dele. A modulação do fluxo luminoso é realizada devido à atividade óptica dos cristais líquidos (sua capacidade de girar o plano de polarização da luz transmitida). Isso é implementado da seguinte maneira. Ao passar pelo primeiro polarizador, a luz das lâmpadas de retroiluminação torna-se polarizada linearmente. Em seguida, segue através de uma camada de cristais líquidos contidos no espaço entre dois vidros. A posição das moléculas LC em cada célula do painel é regulada pelo campo elétrico criado pela aplicação de voltagem aos eletrodos. A rotação do plano de polarização da luz transmitida depende da posição das moléculas. Assim, ao fornecer às células o valor de tensão necessário, a rotação do plano de polarização é controlada.

Para fornecer tensão ao subpixel, são usadas linhas de dados verticais (linha de dados) e horizontais (linha de portão), que são trilhas metálicas condutoras depositadas no substrato de vidro interno (mais próximo do módulo de luz de fundo). O campo elétrico, como já mencionado, é criado pela tensão nos eletrodos - geral e pixel. A voltagem utilizada é variável, uma vez que o uso de uma voltagem constante causa interação de íons com o material do eletrodo, perturbação do arranjo ordenado das moléculas do material LC e leva à degradação celular. O transistor de filme fino desempenha o papel de uma chave que fecha quando o endereço da célula necessária é selecionado na linha de varredura, permite que o valor da tensão necessária seja “escrito” e abre novamente no final do ciclo de varredura, permitindo o cobrança a ser retida por um determinado período de tempo. O carregamento ocorre ao longo do tempo T= TF/n , Onde TF tempo de exibição do quadro na tela (por exemplo, com uma taxa de atualização de 60 Hz, o tempo de exibição do quadro é 1 s / 60 = 16,7 ms), n número de linhas do painel (por exemplo, 1024 para painéis com resolução física de 1280x1024). Porém, a capacidade inerente do material de cristal líquido não é suficiente para manter a carga no intervalo entre os ciclos de atualização, o que deve levar a uma queda de tensão e, consequentemente, a uma diminuição do contraste. Portanto, além do transistor, cada célula é equipada com um capacitor de armazenamento, que também é carregado quando o transistor é ligado e ajuda a compensar as perdas de tensão antes do início do próximo ciclo de varredura.

Linhas de dados verticais e horizontais, por meio de cabos flexíveis planos colados, são conectadas aos chips de controle do painel - drivers, respectivamente colunares (driver fonte) e linha (driver gate), que processam o sinal digital vindo do controlador e geram uma tensão correspondente aos dados recebidos para cada célula.

Após a camada de cristais líquidos existem filtros coloridos aplicados na superfície interna do painel de vidro e utilizados para formar uma imagem colorida. É utilizada a síntese aditiva usual de três cores: as cores são formadas como resultado da mistura óptica da radiação de três cores básicas (vermelho, verde e azul). Uma célula (pixel) consiste em três elementos separados (subpixels), cada um dos quais está associado a um filtro de cor vermelho, verde ou azul localizado acima dela; combinações de 256 valores de tons possíveis para cada subpixel podem produzir até 16,77 milhões de pixels cores.

A estrutura do painel (linhas de dados metálicas verticais e horizontais, transistores de película fina) e as regiões da fronteira celular onde a orientação molecular é perturbada devem ser escondidas sob um material opaco para evitar efeitos ópticos indesejados. Para isso, é utilizada a chamada matriz preta, que se assemelha a uma malha fina que preenche as lacunas entre os filtros de cores individuais. O material utilizado para a matriz preta é cromo ou resinas pretas.

O papel final na formação da imagem é desempenhado pelo segundo polarizador, frequentemente chamado de analisador. Sua direção de polarização é deslocada em relação à primeira em 90 graus. Para imaginar a finalidade do analisador, você pode removê-lo condicionalmente da superfície do painel conectado. Nesse caso, veremos todos os subpixels iluminados ao máximo, ou seja, um preenchimento branco uniforme da tela, independente da imagem nela exibida. Como a luz se tornou polarizada e o plano de sua polarização é girado por cada célula de maneira diferente, dependendo da voltagem aplicada a ela, nada mudou para nossos olhos ainda. A função do analisador é justamente cortar os componentes de onda necessários, o que permite ver o resultado desejado na saída.

Agora vamos falar sobre como ocorre esse corte dos componentes necessários. Tomemos como exemplo um polarizador com direção de polarização vertical, ou seja, transmitir ondas orientadas em um plano vertical.

A Figura 7 mostra uma onda se propagando em um plano situado em um determinado ângulo em relação à direção vertical de polarização. O vetor do campo elétrico da onda incidente pode ser decomposto em dois componentes perpendiculares entre si: paralelo ao eixo óptico do polarizador e perpendicular a ele. O primeiro componente, paralelo ao eixo óptico, passa, o segundo (perpendicular) é bloqueado.

Portanto, duas posições extremas são óbvias:

  • uma onda que se propaga em um plano estritamente vertical será transmitida sem alterações;
  • uma onda que se propaga em um plano horizontal será bloqueada por não ter componente vertical.

Estas duas posições extremas correspondem à posição totalmente aberta e totalmente fechada da célula. Vamos resumir:

  • Para bloquear o mais completamente possível a luz transmitida por uma célula (subpixel), é necessário que o plano de polarização desta luz seja ortogonal ao plano de transmissão do analisador (sentido de polarização);
  • Para máxima transmissão de luz por uma célula, o plano de sua polarização deve coincidir com a direção da polarização;
  • Ao regular suavemente a tensão fornecida aos eletrodos das células, é possível controlar a posição das moléculas de cristal líquido e, consequentemente, a rotação do plano de polarização da luz transmitida. E assim alterar a quantidade de luz transmitida pela célula.

Como o ângulo de rotação do plano de polarização depende da distância percorrida pela luz na camada de cristal líquido, esta camada deve ter uma espessura estritamente consistente em todo o painel. Para manter uma distância uniforme entre os vidros (com toda a estrutura aplicada sobre eles), são utilizados espaçadores especiais.

A opção mais simples são os chamados espaçadores de esferas. São polímeros transparentes ou esferas de vidro de diâmetro estritamente definido e são aplicadas na estrutura interna do vidro por pulverização. Dessa forma, eles estão localizados de forma caótica em toda a área da célula e sua presença afeta negativamente sua uniformidade, uma vez que o espaçador serve de centro para a área defeituosa e as moléculas são orientadas incorretamente diretamente ao lado dele.

Outra tecnologia também é utilizada: espaçadores de coluna (espaçador de coluna, espaçador fotográfico, espaçador de poste). Tais espaçadores estão localizados com precisão fotográfica sob a matriz preta (Fig. 8). Os benefícios desta tecnologia são óbvios: maior contraste devido à ausência de vazamentos de luz próximos aos espaçadores, controle mais preciso da uniformidade das folgas devido ao arranjo ordenado dos espaçadores, maior rigidez do painel e ausência de ondulações ao pressionar a superfície.

O painel TN, cujo design é mostrado na Fig. 6, é o mais barato de produzir, o que determina seu domínio no mercado de monitores de massa. Além dela, existem diversas outras tecnologias que se diferenciam na localização, configuração e material dos eletrodos, na orientação dos polarizadores, nas misturas de LCD utilizadas, na orientação inicial do diretor no material de cristal líquido, etc. Segundo a orientação inicial do diretor, todas as tecnologias existentes podem ser divididas em dois grupos:

1. Orientação plana

Isto inclui todas as tecnologias IPS (S-IPS, SA-SFT, etc.), bem como FFS (atualmente AFFS), desenvolvidas e promovidas pela Boe HyDis. As moléculas são alinhadas horizontalmente, paralelamente à base dos substratos, na direção especificada pela fricção, sendo os substratos superior e inferior friccionados na mesma direção. Todos os eletrodos, tanto pixel quanto comuns, ficam no mesmo substrato de vidro do painel - o interno, junto com as linhas de dados e transistores. Nas tecnologias IPS, os eletrodos pixel e comuns estão localizados em paralelo, alternando entre si (Fig. 9). As linhas de campo correm horizontalmente, mas em um determinado ângulo em relação à direção de fricção. Portanto, quando uma tensão é aplicada, as moléculas, que neste caso possuem anisotropia dielétrica positiva, tendendo a se alinhar na direção do campo aplicado, giram no mesmo plano por um ângulo dependendo da sua intensidade (campo). No caso do FFS, o eletrodo comum está localizado sob o pixel. Com este design, a tensão aplicada aos eletrodos gera um campo elétrico que possui componentes horizontais e verticais. Se para IPS nos eixos coordenados mostrados na Fig. 9 o campo pode ser caracterizado como E-e, então para FFS os valores correspondentes serão parecidos com E-e E Ez. Este arranjo de linhas de campo permite o uso de materiais LC com anisotropia dielétrica positiva e negativa. A rotação molecular, semelhante ao IPS, ocorre no mesmo plano na direção do componente horizontal do campo, mas devido ao menor número de zonas limite, um número significativamente maior de moléculas é girado, o que permite estreitar a largura da grade da matriz preta e alcançar uma taxa de abertura de painel mais alta.

Uma das principais vantagens das tecnologias com orientação de diretor plano é a mudança extremamente leve de cores da paleta quando o ângulo de visão muda. Essa estabilidade é explicada pela configuração da espiral formada pelas moléculas do material cristal líquido sob a influência do campo, que neste caso possui formato simétrico. A Figura 9 mostra esquematicamente a posição das moléculas LC quando a tensão é aplicada aos eletrodos; é óbvio que o ângulo máximo de rotação é alcançado nas camadas intermediárias. Esta heterogeneidade deve-se ao facto de, como já mencionado, a orientação das moléculas na direcção desejada paralela à base dos substratos ser obtida através do pré-processamento (limpeza) das suas superfícies. Portanto, a mobilidade das moléculas na camada imediatamente adjacente ao substrato é limitada pela topografia do substrato e nas camadas próximas subsequentes por forças intermoleculares. Como resultado, sob a influência do campo, as moléculas formam uma espiral que lembra uma fita com as pontas fixadas em um plano e a parte central girada. Existe o conceito de caminho óptico, que depende do índice de refração do meio em que o feixe se propaga e da mudança de fase resultante na direção em que ele viaja. Os raios de luz que passam através de uma camada de cristais líquidos têm diferentes comprimentos de caminho óptico, dependendo do ângulo de transmissão. A forma simétrica da espiral molecular permite obter para cada nível de cinza um acréscimo exato ao comprimento do caminho óptico em suas metades superior e inferior; a consequência é a quase completa ausência de dependência das tonalidades exibidas nos ângulos de visão. Graças a esta propriedade, os painéis IPS são utilizados na grande maioria dos monitores destinados a trabalhar com gráficos.

Quando uma onda de luz passa, o sentido de rotação do vetor resultante (ver Fig. 5) repete parcialmente a forma da curvatura da espiral formada pelas moléculas. Portanto, a rotação do plano de polarização quando uma onda passa pela primeira parte do material LC ocorre em uma direção e pela segunda na direção oposta. O diferente atraso de fase de um dos componentes da onda, dependendo da tensão aplicada, leva ao fato de que a direção do vetor resultante É na saída da camada de cristal líquido difere da original, o que permite que uma determinada parte do fluxo luminoso passe pelo analisador. Os planos de transmissão de luz do polarizador e do analisador, como em todas as outras tecnologias, são deslocados entre si em um ângulo de 90 graus.

Todas as variações produzidas atualmente (S-IPS, AFFS, SA-SFT) usam um design de célula de 2 domínios. Para tanto, são utilizados eletrodos em formato de zigue-zague, que fazem com que as moléculas girem em duas direções. As versões iniciais, designadas simplesmente “IPS” e “FFS”, sem os prefixos “Super” e “Advanced”, eram monodomínio, portanto apresentavam mudança de cor e ângulos de visão menores (de 140/140 em queda de contraste para 10: 1 para o primeiro IPS).

A orientação planar geralmente inclui orientação de torção (ou orientação torcida). Neste caso, o alinhamento das moléculas ao longo da base dos substratos também é conseguido esfregando as suas superfícies, com a diferença de que as direções de limpeza dos substratos superiores e inferiores são deslocadas uma em relação à outra. Como resultado desse alinhamento no material nemático, o diretor forma uma hélice semelhante à colestérica, para a correta formação da hélice em misturas LC são utilizados aditivos especiais contendo moléculas quirais. A orientação de torção é usada na tecnologia TN (ou TN+Film) mais amplamente utilizada. Não faz sentido descrever e ilustrar o design do TN aqui; isso tem sido feito repetidamente em numerosos materiais sobre tópicos semelhantes; podemos dizer que é bem conhecido.

2. Orientação homeotrópica

MVA e PVA pertencem a este grupo. O diretor é orientado perpendicularmente à base do substrato de vidro; isso é conseguido usando surfactantes no revestimento do substrato. Eletrodos gerais e de pixel estão localizados em substratos opostos, o campo é orientado verticalmente. Aqui, são usados ​​materiais de cristal líquido com anisotropia dielétrica negativa, de modo que a tensão aplicada faz com que as moléculas LC girem contra as linhas de campo. O MVA é caracterizado pela presença de projeções longitudinais microscópicas (saliências) para pré-inclinar as moléculas no topo ou em ambos os substratos, de forma que o alinhamento vertical inicial não seja completo. As moléculas alinhadas ao longo dessas saliências recebem uma leve pré-inclinação, o que permite definir para cada região (domínio) da célula uma determinada direção na qual as moléculas irão girar sob a influência do campo. No PVA não existem tais saliências e na ausência de tensão o diretor é orientado estritamente perpendicular à superfície, e o pixel e os eletrodos comuns são deslocados um em relação ao outro para que o campo criado não seja estritamente vertical, mas contenha um componente inclinado (Fig. 10).

As tecnologias com orientação de diretor homeotrópico também incluem o ASV, desenvolvido pela Sharp. Dentro de um subpixel, existem vários eletrodos de pixel em forma de quadrados com bordas arredondadas. Os princípios básicos são os mesmos: o eletrodo comum está localizado no substrato oposto, as moléculas são orientadas verticalmente na ausência de campo e são utilizados materiais cristalinos líquidos com anisotropia dielétrica negativa. O campo criado possui um componente oblíquo pronunciado e as moléculas, girando contra a direção do campo, criam uma estrutura na qual a direção do diretor se assemelha ao formato de um guarda-chuva centrado no meio do eletrodo do pixel.

Há também uma divisão dos módulos LCD em tipos dependendo do estado das células na ausência de tensão. Normalmente os painéis brancos são aqueles em que, com tensão zero nas células, estão completamente abertos; portanto, a cor branca é reproduzida na tela. Todos os painéis fabricados com tecnologia TN são normalmente brancos. Painéis que bloqueiam a passagem de luz na ausência de tensão são classificados como normalmente pretos (normalmente pretos), todas as demais tecnologias pertencem a este tipo.

Módulo de luz de fundo

...baseado em lâmpadas fluorescentes

Apenas uma pequena parte do fluxo luminoso inicial das lâmpadas de retroiluminação passa pelo corpo do painel (polarizadores, eletrodos, filtros de cores, etc.), não mais que 3%. Portanto, o brilho intrínseco do módulo de retroiluminação deve ser bastante significativo; via de regra, as lâmpadas utilizadas possuem brilho superior a 30.000 cd/m2.

Lâmpadas fluorescentes de cátodo frio CCFL (sem filamentos catódicos) são usadas para iluminação. Uma lâmpada CCFL é um tubo de vidro selado preenchido com um gás inerte com uma pequena mistura de mercúrio (Fig. 11). Neste caso, os cátodos são eletrodos iguais, já que é utilizada corrente alternada para alimentação. Comparados às lâmpadas com cátodo incandescente (quente), os eletrodos CCFL têm uma estrutura diferente e são maiores em tamanho. A temperatura de operação do cátodo é significativamente diferente: 80-150 o C versus aproximadamente 900 o C para lâmpadas com cátodo quente, com temperatura semelhante à da própria lâmpada - 30-75 o C e 40 o C, respectivamente. A tensão de operação do CCFL é 600-900 V, a tensão inicial é 900-1600 V (os números são bastante arbitrários, pois a gama de lâmpadas utilizadas é muito ampla). A formação de luz ocorre durante a ionização do gás, e uma condição necessária para sua ocorrência em uma lâmpada catódica fria é a alta tensão. Portanto, para iniciar tal lâmpada, é necessário aplicar uma tensão significativamente maior do que a tensão operacional aos eletrodos por várias centenas de microssegundos. A alta tensão alternada aplicada causa a ionização do gás e a quebra do espaço entre os eletrodos, e ocorre uma descarga.

A quebra da lacuna de descarga ocorre pelos seguintes motivos. Em condições normais, o gás que enche a lâmpada é um dielétrico. Quando surge um campo elétrico, um pequeno número de íons e elétrons, sempre presentes no volume do gás, começa a se mover. Se uma tensão suficientemente alta for aplicada aos eletrodos, o campo elétrico transmite uma velocidade tão alta aos íons que, quando eles colidem com moléculas neutras, os elétrons são eliminados deles e os íons são formados. Elétrons e íons recém-formados, movendo-se sob a influência do campo, também entram no processo de ionização, o processo assume um caráter de avalanche. Uma vez que os íons começam a receber energia suficiente para eliminar os elétrons ao atingir o cátodo, ocorre uma autodescarga. Ao contrário das lâmpadas de cátodo quente, onde a descarga é arco, o tipo de descarga no CCFL é brilhante.

A descarga é mantida devido à chamada queda de potencial catódico. A maior parte da queda de potencial (tensão) na descarga ocorre na região do cátodo. Os íons, passando por essa lacuna com alta diferença de potencial, adquirem alta energia cinética, suficiente para expulsar os elétrons do cátodo. Os elétrons eliminados, devido à mesma diferença de potencial, são acelerados de volta à descarga, produzindo ali novos pares de íons e elétrons. Os íons desses pares retornam ao cátodo, são acelerados pela queda de tensão entre a descarga e o cátodo e novamente eliminam os elétrons.

A energia da corrente elétrica faz com que o mercúrio na lâmpada faça a transição do estado líquido para o gasoso. Quando os elétrons colidem com os átomos de mercúrio, a energia é liberada devido ao retorno dos átomos de um estado instável para um estado estável. Nesse caso, a radiação intensa ocorre na região ultravioleta, a participação da radiação ultravioleta é de cerca de 60% da radiação total.

A luz visível é produzida por um revestimento de fósforo aplicado na superfície interna do vidro. Os fótons ultravioleta liberados pelo mercúrio excitam os átomos do revestimento de fósforo, aumentando o nível de energia dos elétrons. Quando os elétrons retornam ao seu nível de energia original, os átomos do revestimento produzem energia na forma de fótons de luz visível. O fósforo é o componente mais importante da lâmpada, dele dependem as características do espectro de emissão. O espectro CCFL é extremamente desigual, contendo picos estreitos pronunciados. Mesmo o uso de um revestimento de fósforo multicamadas (em detrimento do brilho máximo) não permite “ultrapassar” os monitores CRT em termos de gama de cores. Portanto, na produção de um painel, para obter uma gama de cores aceitável, também é necessário selecionar com precisão os filtros de cores, cujas bandas passantes devem corresponder o mais próximo possível aos picos do espectro de emissão das lâmpadas.

Idealmente, a gama máxima de cores poderia ser fornecida por uma combinação de fontes monocromáticas de cores primárias e filtros de cores de alta qualidade. Os chamados LEDs laser podem reivindicar o papel de fontes de luz “quase monocromáticas”, mas a tecnologia de produção ainda não garante a rentabilidade da sua utilização em módulos de retroiluminação. Portanto, no momento, a melhor gama de cores pode ser alcançada por módulos de retroiluminação baseados em pacotes de LED RGB (veja abaixo).

Para gerar uma tensão de várias centenas de volts necessária para a operação da lâmpada, são utilizados conversores e inversores especiais. O brilho CCFL pode ser ajustado de duas maneiras. A primeira é alterar a corrente de descarga na lâmpada. O valor da corrente de descarga é de 3 a 8 mA, uma parte significativa das lâmpadas possui um alcance ainda mais estreito. Com uma corrente mais baixa, a uniformidade do brilho é prejudicada; com uma corrente mais alta, a vida útil da lâmpada é significativamente reduzida. A desvantagem deste método de ajuste é que ele permite alterar o brilho em uma faixa muito pequena, embora seja impossível reduzi-lo significativamente. Portanto, monitores com esse ajuste, ao trabalhar em condições de baixa iluminação ambiente, muitas vezes ficam muito brilhantes, mesmo com brilho zero. Com o segundo método, a modulação por largura de pulso (PWM) da tensão que alimenta a lâmpada é gerada (a largura, ou seja, a duração do pulso é controlada; alterando a largura de um único pulso, o nível médio de tensão é regulado). As desvantagens deste método às vezes são atribuídas ao aparecimento de cintilação da lâmpada quando o PWM é implementado em uma frequência baixa de 200 Hz e abaixo, mas na verdade, o ajuste usando PWM é a abordagem mais razoável, pois permite alterar o brilho ao longo uma grande variedade.

Para distribuir uniformemente a luz das lâmpadas, é utilizado um sistema de guias de luz, difusores e prismas. Existem muitas opções para organizar a distribuição de luz, uma delas é mostrada na Fig.

As soluções com lâmpadas localizadas nas extremidades superior e inferior do painel são as mais comuns, esta disposição pode reduzir significativamente a espessura total do produto. Nos módulos de 17 e 19 polegadas, via de regra, são instaladas quatro lâmpadas: duas na parte superior e duas na parte inferior. Existem furos tecnológicos especiais na parte final do invólucro desses painéis, não havendo necessidade de desmontar o invólucro para retirada das lâmpadas (Fig. 13-b). As lâmpadas com esta disposição são frequentemente combinadas em blocos de duas peças (Fig. 13-a).

Outra opção é dispor as lâmpadas em toda a área da parte traseira do módulo (Fig. 13-c). Esta solução é utilizada em painéis multi-lâmpadas com oito ou mais lâmpadas, bem como quando se utilizam painéis em forma de U CCFLs.

A vida útil mínima das lâmpadas dos fabricantes de painéis é agora normalmente especificada entre quarenta e cinquenta mil horas (a vida é definida como o tempo durante o qual a luminosidade das lâmpadas diminui em 50%).

...baseado em LEDs

Além das lâmpadas fluorescentes, os diodos emissores de luz (LEDs) também podem ser usados ​​como fonte de luz. Os módulos de retroiluminação baseados em LED são construídos em LEDs “brancos” ou em pacotes de LEDs de cores primárias (LEDs RGB).

A maior gama de cores é fornecida por pacotes RGB-LED. O fato é que um LED “branco” é um LED azul com revestimento de fósforo amarelo, ou um LED ultravioleta com uma combinação de revestimento de fósforo “vermelho”, “verde” e “azul”. O espectro dos LEDs “brancos” não está isento de todas as desvantagens do espectro das lâmpadas fluorescentes. Além disso, ao contrário dos LEDs “brancos”, o pacote RGB-LED permite ajustar rapidamente a temperatura da cor da luz de fundo controlando separadamente a intensidade do brilho de cada grupo de LEDs de cores primárias.

Como resultado, dois objetivos são alcançados:

  • a gama de cores é expandida devido a um espectro de luz de fundo mais ideal,
  • os recursos de calibração de cores são expandidos: ao método padrão baseado em tabelas de conversão de coordenadas de cores para pixels de imagem, é adicionada a capacidade de ajustar o equilíbrio de cores da luz de fundo.

A grande inclinação da característica corrente-tensão dos LEDs não permite um ajuste suave do brilho da radiação em amplas faixas. Mas como o dispositivo permite a operação em modo pulsado, na prática, o método de modulação por largura de pulso é mais frequentemente usado para ajustar o brilho de LEDs (bem como para lâmpadas fluorescentes).

Oleg Medvedev, Maxim Proskurnya

LCD(Tela de cristal líquido) ou LCD A TV (cristal líquido), como são popularmente chamadas, é uma TV com display LCD e retroiluminação de lâmpada. Cristal líquido, significa que a própria exibição (monitor) é feita com base cristais líquidos

Tela LCD(Inglês: Thin film transistor) - um tipo de display de cristal líquido que usa uma matriz ativa controlada transistores de filme fino. Um amplificador para cada subpixel (elemento da matriz) é usado para aumentar a velocidade, o contraste e a clareza da imagem exibida.

  • Um pouco de história:

    • Cristais líquidos foram descobertos pela primeira vez por um botânico austríaco Reinitzer V 1888 ex., mas apenas em 1930 -pesquisadores de uma empresa britânica Marconi receberam patente para seu uso industrial, porém, a fragilidade da base tecnológica não permitiu o desenvolvimento ativo desta área naquela época.

    Cientistas fizeram a primeira descoberta real Fergeson E Willians de uma empresa americana RCA. Um deles criou um sensor térmico baseado em cristais líquidos, utilizando seu efeito reflexivo seletivo, o outro estudou o efeito de um campo elétrico em cristais nemáticos. E assim, no final 1966 cidade, corporação RCA demonstrou um protótipo de monitor LCD - relógio digital. A primeira calculadora do mundo - CS10A foi produzido em 1964 corporação Afiado, também conhecido como, em outubro 1975 ano, lançou o primeiro relógio digital compacto com display LCD. Infelizmente não consegui encontrar nenhuma foto, mas muitos ainda se lembram deste relógio e calculadora

    Na segunda metade da década de 70, iniciou-se a transição dos indicadores LCD de oito segmentos para a produção de matrizes com endereçamento (capacidade de controle) de cada ponto. Então, em 1976 ano, empresa Afiado lançou uma TV preto e branco com diagonal de tela de 5,5 polegadas, baseada em uma matriz LCD com resolução de 160x120 pixels.

    A próxima etapa no desenvolvimento da tecnologia LCD começou na década de 80, quando os dispositivos começaram a usar Elementos STN com contraste aumentado. Em seguida, foram substituídos por estruturas multicamadas que eliminam erros na reprodução de imagens coloridas. Na mesma época, surgiram matrizes ativas baseadas em tecnologia a-Si TFT. Primeiro protótipo de monitor LCD TFT a-Si foi criado em 1982 corporações Sanyo, Toshiba E Canhão, bem, naquela época adorávamos brincar com brinquedos como esses com display LCD

    Agora os monitores LCD substituíram quase completamente as TVs CRT do mercado, oferecendo ao comprador qualquer tamanho: desde portáteis e pequenas “cozinhas” até enormes, com diagonais de mais de um metro. A faixa de preço também é muito ampla e permite que cada um escolha uma TV de acordo com suas necessidades e capacidade financeira.

    O design do circuito das TVs LCD é muito mais complexo do que o das simples TVs CRT: peças em miniatura, placas multicamadas, unidades caras... Para quem tiver interesse, uma TV com painel LCD sem tampa traseira, e se você retirar especial telas de proteção, você pode ver outras seções do circuito, mas é melhor não fazer isso, deixe isso para os mestres

  • Design e princípio de operação:

    • Trabalho tela de LCD(LCD) é baseado no fenômeno polarização do fluxo de luz. Sabe-se que os chamados cristais polaróides são capazes de transmitir apenas aquele componente de luz cujo vetor de indução eletromagnética se encontra em um plano paralelo ao plano óptico da polaróide. Durante o restante da emissão de luz, a Polaroid ficará opaca. Este efeito é chamado polarização da luz.

    Muito simples, imagine “luz” na forma de bolinhas redondas, se você colocar uma grade com cortes longitudinais (polarizador) em seu caminho, depois dela restarão apenas “panquecas” planas (luz polarizada) das “bolas”. Agora, se a segunda malha tiver os mesmos cortes longitudinais, as panquecas poderão “escorregar” por ela e “brilhar” ainda mais, mas se a segunda malha tiver fendas verticais, então as “panquecas” leves horizontais não conseguirão passar por ele e vai “ficar preso”

    Quando foram estudadas substâncias líquidas, cujas longas moléculas são sensíveis aos campos eletrostáticos e eletromagnéticos e são capazes de polarizar a luz, tornou-se possível controlar a polarização. Essas substâncias amorfas foram chamadas cristais líquidos

    Estruturalmente, o display consiste em Matrizes LCD(uma placa de vidro, entre as camadas das quais estão localizados os cristais líquidos), fontes de luz para iluminação, chicote de contato e enquadramento ( habitação), geralmente de plástico, com uma estrutura metálica de rigidez.

    Todo pixel A matriz LCD consiste em camada de moléculas Entre dois eletrodos transparentes, e dois filtros polarizadores, cujos planos de polarização são (geralmente) perpendiculares. Na ausência de cristais líquidos, a luz transmitida pelo primeiro filtro é quase completamente bloqueada pelo segundo.

    A superfície dos eletrodos em contato com os cristais líquidos é especialmente tratada para orientar inicialmente as moléculas em uma direção. Numa matriz TN, estas direções são mutuamente perpendiculares, de modo que as moléculas, na ausência de tensão, alinham-se numa estrutura helicoidal. Essa estrutura refrata a luz de tal forma que o plano de sua polarização gira na frente do segundo filtro e a luz passa por ele sem perdas. Além da absorção de metade da luz não polarizada pelo primeiro filtro, a célula pode ser considerada transparente, embora o nível de perda seja considerável.

    Se for aplicada tensão aos eletrodos, as moléculas tendem a se alinhar na direção do campo elétrico, o que distorce a estrutura do parafuso. Neste caso, as forças elásticas neutralizam isso e, quando a tensão é desligada, as moléculas retornam à sua posição original. Com uma intensidade de campo suficiente, quase todas as moléculas tornam-se paralelas, o que leva a uma estrutura opaca; o grau de transparência pode ser controlado alterando a tensão aplicada.

    A fonte de luz (luz de fundo da matriz LCD) é lâmpadas fluorescentes de cátodo frio(eles são chamados assim porque o cátodo emissor de elétrons (eletrodo negativo) dentro da lâmpada não precisa ser aquecido acima da temperatura ambiente para que a lâmpada acenda.) Esta é a aparência de uma lâmpada para uma TV LCD; na foto da direita há um “conjunto de lâmpada em operação” para uma TV com tela LCD diagonal grande:

    As próprias lâmpadas (brilho branco brilhante) estão localizadas em locais especiais braçadeiras de corpo, atrás deles - refletor, para reduzir as perdas de fluxo luminoso. Para que a matriz LCD acenda uniformemente (e não listrada, conforme as lâmpadas estão instaladas), existe um difusor, que distribui uniformemente o fluxo luminoso por toda a sua área. Infelizmente, neste local também ocorre uma perda considerável de “brilho” das lâmpadas.

    As matrizes LCD modernas têm um ângulo de visão bastante bom (cerca de 160 graus) sem perda de qualidade de imagem (cores, brilho), a coisa mais desagradável que você pode ver nelas são estas pixels defeituosos, no entanto, como seu tamanho é muito pequeno, um ou dois desses pixels “queimados” não interferirão muito na exibição de filmes e programas, mas na tela de um monitor isso já pode ser bastante desagradável

  • Vantagens e desvantagens:

    • Em comparação com as TVs CRT, os painéis LCD têm excelente foco e clareza, não há erros de convergência ou violações da geometria da imagem, a tela nunca pisca, são mais leves e ocupam menos espaço. As desvantagens incluem brilho e contraste fracos (em comparação com CRT), a matriz não é tão durável quanto uma tela de cinescópio, um conjunto de freios digitais e falhas com sinal analógico ou fraco, bem como processamento deficiente do material de origem

    O “coração” de qualquer monitor de cristal líquido é a matriz LCD (Liquid Cristall Display). O painel LCD é uma estrutura multicamadas complexa. Um diagrama simplificado de um painel LCD TFT colorido é mostrado na Fig.

    O princípio de funcionamento de qualquer tela de cristal líquido é baseado na propriedade dos cristais líquidos de alterar (girar) o plano de polarização da luz que passa por eles em proporção à tensão aplicada a eles. Se um filtro polarizador (polarizador) for colocado no caminho da luz polarizada que passa pelos cristais líquidos, alterando a voltagem aplicada aos cristais líquidos, você poderá controlar a quantidade de luz transmitida pelo filtro polarizador. Se o ângulo entre os planos de polarização da luz que passa pelos cristais líquidos e pelo filtro de luz for 0 graus, então a luz passará pelo polarizador sem perda (transparência máxima), se for 90 graus, então o filtro de luz irá transmitir uma quantidade mínima de luz (transparência mínima).

    Figura 1. Monitor LCD. Princípio de funcionamento da tecnologia LCD.

    Assim, utilizando cristais líquidos, é possível produzir elementos ópticos com grau de transparência variável. Neste caso, o nível de transmissão de luz de tal elemento depende da tensão aplicada a ele. Qualquer tela LCD em um monitor de computador, laptop, tablet ou TV contém de várias centenas de milhares a vários milhões dessas células, com tamanho de frações de milímetro. Eles são combinados em uma matriz LCD e com a ajuda deles podemos formar uma imagem na superfície de uma tela de cristal líquido.
    Os cristais líquidos foram descobertos no final do século XIX. No entanto, os primeiros dispositivos de exibição baseados neles surgiram apenas no final dos anos 60 do século XX. As primeiras tentativas de utilização de telas LCD em computadores foram feitas na década de oitenta do século passado. Os primeiros monitores de cristal líquido eram monocromáticos e muito inferiores em qualidade de imagem aos monitores de tubo de raios catódicos (CRT). As principais desvantagens das primeiras gerações de monitores LCD foram:

    • - baixo desempenho e inércia de imagem;
    • - “caudas” e “sombras” na imagem a partir dos elementos da imagem;
    • - baixa resolução de imagem;
    • - imagem em preto e branco ou colorida com baixa profundidade de cor;
    • - e assim por diante.

    Porém, o progresso não parou e, com o tempo, novos materiais e tecnologias foram desenvolvidos na fabricação de monitores de cristal líquido. Os avanços na tecnologia microeletrônica e o desenvolvimento de novas substâncias com propriedades de cristal líquido melhoraram significativamente o desempenho dos monitores LCD.

    Projeto e operação de matriz TFT LCD.

    Uma das principais conquistas foi a invenção da tecnologia de matriz LCD TFT - matriz de cristal líquido com transistores de filme fino (Thin Film Transistors). Os monitores TFT aumentaram drasticamente a velocidade dos pixels, aumentaram a profundidade das cores da imagem e conseguiram eliminar “caudas” e “sombras”.
    A estrutura do painel fabricado com tecnologia TFT é mostrada na Fig.

    Figura 2. Diagrama da estrutura da matriz TFT LCD.
    Uma imagem colorida em uma matriz LCD é formada por pontos individuais (pixels), cada um dos quais geralmente consiste em três elementos (subpixels) responsáveis ​​​​pelo brilho de cada um dos principais componentes da cor - geralmente vermelho (R), verde (G) e azul (B) - RGB. O sistema de vídeo do monitor varre continuamente todos os subpixels da matriz, registrando um nível de carga proporcional ao brilho de cada subpixel nos capacitores de armazenamento. Transistores de filme fino (Thin Film Trasistor (TFT) - na verdade, é por isso que a matriz TFT é chamada assim) conectam capacitores de armazenamento ao barramento de dados no momento em que as informações são gravadas em um determinado subpixel e alternam o capacitor de armazenamento para carregar conservação modo pelo resto do tempo.
    A tensão armazenada no capacitor de memória da matriz TFT atua sobre os cristais líquidos de um determinado subpixel, girando o plano de polarização da luz que passa por eles vinda da luz de fundo em um ângulo proporcional a essa tensão. Depois de passar por uma célula com cristais líquidos, a luz entra em um filtro de luz matricial, no qual é formado um filtro de luz de uma das cores primárias (RGB) para cada subpixel. O padrão das posições relativas dos pontos de cores diferentes é diferente para cada tipo de painel LCD, mas este é um tópico separado. Além disso, o fluxo luminoso gerado de cores primárias entra em um filtro polarizador externo, cuja transmitância de luz depende do ângulo de polarização da onda de luz incidente sobre ele. Um filtro polarizador é transparente para aquelas ondas de luz cujo plano de polarização é paralelo ao seu próprio plano de polarização. À medida que este ângulo aumenta, o filtro polarizador começa a transmitir cada vez menos luz, até uma atenuação máxima num ângulo de 90 graus. Idealmente, um filtro polarizador não deveria transmitir luz polarizada ortogonalmente ao seu próprio plano de polarização, mas na vida real, uma pequena porção da luz passa através dele. Portanto, todos os monitores LCD apresentam profundidade de preto insuficiente, o que é especialmente pronunciado em altos níveis de brilho da luz de fundo.
    Como resultado, em um display LCD, o fluxo de luz de alguns subpixels passa por um filtro polarizador sem perdas, de outros subpixels é atenuado em uma certa quantidade e de alguns subpixels é quase completamente absorvido. Assim, ajustando o nível de cada cor primária em subpixels individuais, é possível obter deles um pixel de qualquer tonalidade de cor. E a partir de muitos pixels coloridos, crie uma imagem colorida em tela inteira.
    O monitor LCD permitiu um grande avanço na tecnologia informática, tornando-a acessível a um grande número de pessoas. Além disso, sem uma tela LCD seria impossível criar computadores portáteis como laptops e netbooks, tablets e celulares. Mas tudo é tão róseo com o uso de telas de cristal líquido?

    Além da comprovada tecnologia LCD + TFT (transistores de filme fino), há uma tecnologia de diodo orgânico emissor de luz OLED + TFT ativamente promovida, ou seja, AMOLED - OLED de matriz ativa. A principal diferença entre estes últimos é que o papel de polarizador, camada de LCD e filtros de luz é desempenhado por LEDs orgânicos de três cores.

    Essencialmente, são moléculas capazes de emitir luz quando uma corrente elétrica flui e, dependendo da quantidade de corrente que flui, alterar a intensidade da cor, semelhante ao que acontece nos LEDs convencionais. Ao remover os polarizadores e o LCD do painel, podemos torná-lo potencialmente mais fino e, o mais importante, flexível!

    Que tipos de painéis sensíveis ao toque existem?
    Como os sensores são atualmente mais usados ​​com telas LCD e OLED, acho que seria razoável falar sobre eles imediatamente.

    É fornecida uma descrição muito detalhada das telas sensíveis ao toque ou painéis sensíveis ao toque (a fonte já existiu, mas por algum motivo desapareceu), portanto não descreverei todos os tipos de painéis sensíveis ao toque, focarei apenas nos dois principais: resistivos e capacitivos.

    Vamos começar com o sensor resistivo. É composto por 4 componentes principais: um painel de vidro (1), como suporte de todo o painel táctil, duas membranas poliméricas transparentes com revestimento resistivo (2, 4), uma camada de microisoladores (3) separando essas membranas, e 4, 5 ou 8 fios, que são responsáveis ​​pela “leitura” do toque.


    Diagrama do dispositivo sensor resistivo

    Quando pressionamos tal sensor com certa força, as membranas entram em contato, o circuito elétrico é fechado, conforme mostra a figura abaixo, é medida a resistência, que posteriormente é convertida em coordenadas:


    O princípio de cálculo de coordenadas para um display resistivo de 4 fios ()

    Tudo é extremamente simples.

    É importante lembrar duas coisas: a) os sensores resistivos de muitos telefones chineses não são de alta qualidade, isso pode ser devido justamente à distância desigual entre as membranas ou micro-isoladores de baixa qualidade, ou seja, o “cérebro” do telefone não consegue converter adequadamente as resistências medidas em coordenadas; b) tal sensor requer pressão, empurrando uma membrana para outra.

    Os sensores capacitivos são um pouco diferentes dos sensores resistivos. Vale ressaltar desde já que falaremos apenas de sensores projetivo-capacitivos, que hoje são utilizados no iPhone e em outros dispositivos portáteis.

    O princípio de funcionamento dessa tela sensível ao toque é bastante simples. Uma grade de eletrodos é aplicada na parte interna da tela, e a parte externa é revestida, por exemplo, com ITO, um complexo óxido de índio e estanho. Quando tocamos o vidro, nosso dedo forma um pequeno capacitor com esse eletrodo, e a eletrônica de processamento mede a capacitância desse capacitor (fornece um pulso de corrente e mede a tensão).

    Dessa forma, o sensor capacitivo reage apenas a um toque firme e somente com objetos condutores, ou seja, tal tela funcionará alternadamente se tocada por um prego, bem como por uma mão embebida em acetona ou desidratada. Talvez a principal vantagem desta tela sensível ao toque sobre uma tela resistiva seja a capacidade de fazer uma base bastante forte - especialmente vidro forte, como o Gorilla Glass.


    Esquema de operação do sensor capacitivo de superfície()

    Como funciona um display E-Ink?
    Talvez o E-Ink seja muito mais simples comparado ao LCD. Mais uma vez, estamos lidando com uma matriz ativa responsável pela formação da imagem, mas aqui não há vestígios de cristais LCD ou lâmpadas de retroiluminação; em vez disso, existem cones com dois tipos de partículas: pretas com carga negativa e brancas com carga positiva. A imagem é formada aplicando uma certa diferença de potencial e redistribuição de partículas dentro de tais microcones, isso é claramente demonstrado na figura abaixo:


    Acima está um diagrama de como funciona um display E-Ink, abaixo estão microfotografias reais de tal display funcional ()

    Se isso não bastasse para alguém, o princípio de funcionamento do papel eletrônico é demonstrado neste vídeo:

    Além da tecnologia E-Ink, existe a tecnologia SiPix, na qual existe apenas um tipo de partícula, e o próprio “preenchimento” é preto:


    Esquema de operação do display SiPix ()

    Para quem deseja seriamente se familiarizar com o papel eletrônico “magnético”, acesse aqui, já houve um excelente artigo no Prest.

    Parte prática

    Chinaphone vs smartphone coreano (sensor resistivo)
    Depois de uma “cuidadosa” desmontagem com chave de fenda da placa e tela restantes do telefone chinês, fiquei muito surpreso ao encontrar uma menção a um conhecido fabricante coreano na placa-mãe do telefone:


    Samsung e telefone chinês são um!

    Desmontei a tela com cuidado e cuidado - para que todos os polarizadores permanecessem intactos, então simplesmente não pude deixar de brincar com eles e com o irmão mais velho do objeto que está sendo dissecado e lembrar da oficina de óptica:


    É assim que funcionam 2 filtros polarizadores: em uma posição o fluxo luminoso praticamente não passa por eles, quando girado 90 graus passa completamente

    Observe que toda a iluminação é baseada em apenas quatro pequenos LEDs (acho que sua potência total não passa de 1 W).

    Aí procurei por muito tempo um sensor, acreditando sinceramente que seria um soquete bem grosso. Aconteceu exatamente o oposto. Tanto nos telefones chineses quanto nos coreanos, o sensor consiste em várias folhas de plástico, que ficam muito bem e firmemente coladas ao vidro do painel externo:


    À esquerda está o sensor do telefone chinês, à direita está o sensor do telefone coreano

    O sensor resistivo do telefone chinês é feito de acordo com o esquema “quanto mais simples, melhor”, ao contrário do seu homólogo mais caro da Coreia do Sul. Se eu estiver errado, corrija-me nos comentários, mas à esquerda da imagem está um sensor típico de 4 pinos e à direita está um sensor de 8 pinos.

    Visor LCD de telefone chinês
    Como o display do telefone chinês ainda estava quebrado e o coreano apenas levemente danificado, tentarei falar sobre o LCD usando o exemplo do primeiro. Mas por enquanto não vamos quebrar isso completamente, mas vamos olhar em um microscópio óptico:


    Micrografia óptica das linhas horizontais do display LCD de um telefone chinês. A fotografia superior esquerda apresenta algum engano à nossa visão devido às cores “erradas”: a faixa fina branca é o contato.

    Um fio alimenta duas linhas de pixels ao mesmo tempo, e o desacoplamento entre eles é organizado usando um “bug elétrico” completamente incomum (foto inferior direita). Atrás de todo este circuito elétrico existem trilhas de filtro, pintadas nas cores apropriadas: vermelho (R), verde (G) e azul (B).

    Na extremidade oposta da matriz em relação ao local onde o cabo está conectado, você encontra uma divisão de cores semelhante, números de faixa e os mesmos interruptores (se alguém pudesse esclarecer nos comentários como isso funciona, seria muito legal! ):


    Quartos-quartos-quartos...

    Esta é a aparência de um display LCD funcional sob um microscópio:

    Só isso, agora não veremos mais essa beleza, esmaguei no sentido literal da palavra, e depois de sofrer um pouco, “dividi” uma dessas migalhas em dois pedaços de vidro separados, que compõem a parte principal do visor...

    Agora você pode ver as trilhas de filtro individuais. Falarei sobre as “manchas” escuras neles um pouco mais tarde:


    Micrografia óptica de filtros com manchas misteriosas...

    E agora um pequeno aspecto metodológico referente à microscopia eletrônica. As mesmas listras coloridas, mas sob o feixe de um microscópio eletrônico: a cor desapareceu! Como eu disse anteriormente (por exemplo, no primeiro artigo), é completamente “preto e branco” um feixe de elétrons, quer ele interaja com uma substância colorida ou não.


    Parecem ser as mesmas listras, mas sem cor...

    Vamos dar uma olhada no outro lado. Os transistores estão localizados nele:


    Em um microscópio óptico - em cores...


    E um microscópio eletrônico - imagem em preto e branco!

    Isso é visto um pouco pior em um microscópio óptico, mas o SEM permite ver as franjas de cada subpixel - isso é muito importante para a conclusão a seguir.

    Então, o que são essas estranhas áreas escuras?! Pensei muito, quebrei a cabeça, li muitas fontes (talvez a mais acessível tenha sido o Wiki) e, aliás, por isso adiei a divulgação do artigo para quinta-feira, 23 de fevereiro. E foi a esta conclusão que cheguei (talvez eu esteja errado - corrija-me!).

    A tecnologia VA ou MVA é uma das mais simples, e não creio que os chineses tenham inventado nada de novo: cada subpixel deve ser preto. Ou seja, a luz não passa por ele (é dado um exemplo de display funcionando e não funcionando), levando em consideração o fato de que no estado “normal” (sem influência externa) o cristal líquido fica desorientado e não dá Para a polarização “necessária”, é lógico supor que cada subpixel separado tenha seu próprio filme LCD.

    Assim, todo o painel é montado a partir de displays micro-LCD únicos. A observação sobre a borda de cada subpixel individual se encaixa organicamente aqui. Para mim, isso se tornou uma espécie de descoberta inesperada logo no momento em que preparava o artigo!

    Lamentei quebrar o display do telefone coreano: afinal, precisamos mostrar algo para as crianças e para quem vem ao nosso corpo docente para um passeio. Acho que não havia mais nada interessante para ver.

    Além disso, por uma questão de auto-indulgência, darei um exemplo de “organização” de pixels de dois fabricantes líderes de comunicadores: HTC e Apple. O iPhone 3 foi doado para uma operação indolor por uma pessoa gentil, e o HTC Desire HD é na verdade meu:


    Fotomicrografias do display HTC Desire HD

    Uma pequena observação sobre a tela do HTC: não olhei especificamente, mas será que essa faixa no meio das duas microfotos superiores poderia fazer parte do mesmo sensor capacitivo?!


    Microfotografias da tela do iPhone 3

    Se não me falha a memória, então o HTC tem uma tela superLCD, enquanto o iPhone 3 tem um LCD normal. O chamado Retina Display, ou seja, um LCD em que os dois contatos para comutação do cristal líquido ficam no mesmo plano, In-Plane Switching - IPS, já está instalado no iPhone 4.

    Espero que em breve seja publicado um artigo sobre o tema da comparação de diferentes tecnologias de exibição com o apoio do 3DNews. Por enquanto, quero apenas observar o fato de que a tela do HTC é realmente incomum: os contatos em subpixels individuais são colocados de forma não padrão - de alguma forma no topo, ao contrário do iPhone 3.

    E, finalmente, nesta seção, acrescentarei que as dimensões de um subpixel para um telefone chinês são 50 por 200 micrômetros, HTC tem 25 por 100 micrômetros e o iPhone tem 15-20 por 70 micrômetros.

    E-Ink de um famoso fabricante ucraniano
    Comecemos, talvez, pelas coisas banais - “pixels”, ou melhor, pelas células responsáveis ​​​​pela formação da imagem:


    Micrografia óptica da matriz ativa de um display E-Ink

    O tamanho dessa célula é de cerca de 125 micrômetros. Como estamos olhando a matriz através do vidro sobre o qual ela está aplicada, peço que prestem atenção à camada amarela no “fundo” - trata-se do folheamento a ouro, da qual teremos que nos livrar posteriormente.


    Avance para a canhoneira!


    Comparação de “entradas” horizontais (esquerda) e verticais (direita)

    Entre outras coisas, muitas coisas interessantes foram descobertas no substrato de vidro. Por exemplo, marcas de posição e contatos, que aparentemente se destinam a testar o display em produção:


    Micrografias ópticas de marcas e áreas de teste

    É claro que isso não acontece com frequência e geralmente é um acidente, mas às vezes as telas quebram. Por exemplo, essa rachadura quase imperceptível, com menos espessura do que um fio de cabelo humano, pode privá-lo para sempre da alegria de ler seu livro favorito sobre Foggy Albion no abafado metrô de Moscou:


    Se os displays quebrarem, significa que alguém precisa... Eu, por exemplo!

    Aliás, aqui está, o ouro que mencionei - uma área lisa “fundo” da célula para contato de alta qualidade com a tinta (mais sobre eles abaixo). Removemos o ouro mecanicamente e aqui está o resultado:


    Você tem muita coragem. Vamos ver como eles são! (Com)

    Sob uma fina película dourada estão escondidos os componentes de controle da matriz ativa, se é que podemos chamar assim.

    Mas o mais interessante, claro, é a própria “tinta”:


    Micrografia SEM de tinta na superfície da matriz ativa.

    Claro, é difícil encontrar pelo menos uma microcápsula destruída para olhar para dentro e ver partículas de pigmento “brancas” e “pretas”:

    Micrografia SEM da superfície da “tinta” eletrônica


    Micrografia óptica de "tinta"

    Ou ainda há algo dentro?!


    Uma esfera destruída ou arrancada do polímero de suporte

    O tamanho das bolas individuais, ou seja, algum análogo de subpixel em E-Ink, pode ser de apenas 20-30 mícrons, o que é significativamente menor do que as dimensões geométricas dos subpixels em monitores LCD. Desde que tal cápsula possa operar com metade do seu tamanho, a imagem obtida em monitores E-Ink de boa qualidade é muito mais agradável do que em um LCD.

    E para sobremesa - um vídeo sobre como os monitores E-Ink funcionam sob um microscópio.