Secretele monitoarelor LCD moderne. Tipuri de adaptoare video În ce constă ecranul LCD?

Există trei opțiuni principale pentru implementarea plăcilor grafice:

Carduri de expansiune.În acest caz, se presupune că vor fi utilizate plăci de expansiune separate cu o interfață PCI Express, AGP sau PCI. Acest lucru asigură cea mai înaltă performanță, capacitate mare de memorie și suport pentru cel mai mare număr de funcții.

Chipset cu nucleu grafic integrat. Acestea sunt cele mai accesibile soluții, dar performanța lor este foarte scăzută, mai ales atunci când rulați jocuri 3D și alte aplicații cu grafică intensivă. Acest lucru oferă, de asemenea, rezoluții și rate de reîmprospătare mai mici decât atunci când utilizați carduri de expansiune. Cele mai comune chipset-uri integrate se găsesc în modelele de laptopuri bugetare, precum și în unele dintre modelele lor mid-range;

Procesor cu nucleu grafic integrat (Intel).

De regulă, computerele desktop care folosesc plăci de bază microATX, FlexATX, microBTX, PicoBTX sau MiniITX sunt echipate cu un nucleu grafic integrat în chipset-ul fabricat de Intel, VIA Technology, SiS etc.

Conectori pentru plăci video

Adaptoarele video MDA, Hercules, CGA și EGA au fost echipate cu un conector D-Sub cu 9 pini. Ocazional, era prezent și un conector video compozit coaxial, permițând transmiterea unei imagini alb-negru către un receptor de televiziune sau un monitor echipat cu o intrare video de joasă frecvență.

Conector D-Sub analogic

Adaptoarele video VGA și ulterioare aveau de obicei un singur conector VGA (D-Sub cu 15 pini). Ocazional, versiunile timpurii ale adaptoarelor VGA aveau și un conector din generația anterioară (9-pini) pentru compatibilitate cu monitoare mai vechi. Alegerea ieșirii de lucru a fost setată de comutatoarele de pe placa adaptorului video.

DVI este o interfață standard relativ nouă utilizată cel mai frecvent pentru ieșirea video digitală. Portul DVI vine în două variante. DVI-I include, de asemenea, semnale analogice care vă permit să conectați un monitor VGA printr-un adaptor D-SUB. DVI-D nu permite acest lucru.

Conector DVI (varianții: DVI-I și DVI-D)

Recent, s-a răspândit o nouă interfață casnică - High Definition Multimedia Interface. Acest standard oferă transmiterea simultană a informațiilor vizuale și audio printr-un singur cablu, este proiectat pentru televiziune și cinema, dar utilizatorii de computere îl pot folosi și pentru a ieși date video folosind un conector HDMI. HDMI vă permite să transmiteți audio și video protejat la copiere în format digital printr-un singur cablu; prima versiune a standardului s-a bazat pe o lățime de bandă de 5 Gb/s, iar HDMI 1.3 a extins această limită la 10,2 Gb/s.

conector HDMI

DisplayPort este o interfață video digitală relativ nouă, a cărei primă versiune a fost adoptată de VESA (Video Electronics Standards Association) în primăvara anului 2006. Acesta definește o nouă interfață digitală universală, fără licență și fără drepturi de autor, concepută pentru a conecta computere și monitoare, precum și alte echipamente multimedia.

Portul Display vă permite să conectați până la patru dispozitive, inclusiv difuzoare, hub-uri USB și alte dispozitive de intrare/ieșire. Suportă până la patru linii de date, fiecare dintre acestea putând transmite 1,62 sau 2,7 gigabiți/s. Acceptă moduri cu adâncimi de culoare de la 6 la 16 biți pe canal de culoare

Porturile DVI și HDMI sunt etape evolutive în dezvoltarea standardului de transmisie a semnalului video, astfel încât adaptoarele pot fi folosite pentru a conecta dispozitive cu aceste tipuri de porturi.

Placa video poate găzdui, de asemenea, intrări și ieșiri compozite și S-Video.

Conector compozit

Conectori S-Video cu 4 și 7 pini

Orez. 28 – Set de conectori pentru placa video Palit GeForce GTS 450 Sonic 1Gb DDR5 128bit PCI-E (2xDVI, 1 D-Sub, 1 miniHDMI)

Se obișnuiește să se distingă trei stări ale materiei: solidă, lichidă și gazoasă. Dar unele substanțe organice, atunci când sunt topite într-o anumită fază, prezintă proprietăți inerente atât cristalelor, cât și lichidelor. După ce au dobândit fluiditatea caracteristică lichidelor, în această fază nu pierd ordinea moleculelor caracteristică cristalelor solide. Această fază poate fi numită a patra stare de agregare. Adevărat, nu trebuie să uităm că doar unele substanțe o au și doar într-un anumit interval de temperatură.

Orientarea spațială a moleculelor de cristale lichide în așa-numita poziție de repaus se numește ordinea cristalelor lichide. Conform clasificării lui Friedel, există trei categorii principale de ordin FA: smectic, nematic și colesteric (Fig. 1).

LC-urile smectice sunt cele mai ordonate și sunt mai apropiate ca structură de cristalele solide obișnuite. Pe lângă simpla orientare reciprocă a moleculelor, ele au și împărțirea lor în planuri.

Direcția de orientare preferențială a axelor lungi ale moleculelor din cristale lichide este indicată de un vector de unitate de lungime, numit director.

Principalul interes este în materialele cu ordine nematică, acestea fiind utilizate în panourile moderne cu cristale lichide de toate tipurile (TN, IPS și VA). În nematică, starea normală este poziția moleculelor cu o orientare moleculară ordonată pe tot volumul, caracteristică cristalelor, dar cu o poziție haotică a centrelor lor de greutate, caracteristică lichidelor. Moleculele din ele sunt orientate relativ paralel și de-a lungul axei directorului sunt deplasate la distanțe diferite.

Cristalele lichide cu ordine colesterică în structură seamănă cu nematicile, împărțite în straturi. Moleculele din fiecare strat următor sunt rotite în raport cu cel anterior printr-un anumit unghi mic, iar directorul se răsucește ușor într-o spirală. Această natură stratificată, formată prin activitatea optică a moleculelor, este principala caracteristică a ordinii colesterice. Colesteriile sunt uneori numite „nematice răsucite”.

Granița dintre ordinea nematică și cea colesterică este oarecum arbitrară. Ordinea colesterică poate fi obținută nu numai din materialul colesteric în forma sa pură, ci și prin adăugarea de aditivi speciali care conțin molecule chirale (optic active) la materialul nematic. Astfel de molecule conțin un atom de carbon asimetric și, spre deosebire de moleculele nematice, sunt asimetrice în oglindă.

Ordinea cristalelor lichide este determinată de forțele intermoleculare, care creează elasticitatea materialului LC. Da, aici putem vorbi în mod specific despre proprietăți elastice, deși natura lor este diferită de proprietățile elastice ale cristalelor obișnuite, deoarece cristalele lichide au încă fluiditate. În starea normală (sau fundamentală), moleculele tind să revină la „poziția lor de repaus”, de exemplu într-un material nematic într-o poziție cu aceeași orientare director.

Elasticitatea LC-urilor este cu câteva ordine de mărime mai mică decât elasticitatea cristalelor convenționale și oferă o oportunitate complet unică de a-și controla poziția folosind influențe externe. O astfel de influență poate fi, de exemplu, un câmp electric.

Acum să aruncăm o privire mai atentă asupra modului în care acest câmp poate influența orientarea moleculelor.

Să luăm o probă formată din două plăci de sticlă, spațiul dintre care este umplut cu un material nematic. Distanța dintre plăcile superioare și inferioare și, în consecință, grosimea stratului de cristale lichide este de câțiva microni. Pentru a seta orientarea dorită a directorului de molecule din material, se utilizează un tratament special al suprafeței substratului. Pentru a face acest lucru, pe suprafață se aplică un strat subțire de polimer transparent, după care se dă un relief suprafeței prin frecare specială (frecare) - cele mai fine caneluri într-o singură direcție. Moleculele de cristal alungite din stratul în contact direct cu suprafața sunt orientate de-a lungul reliefului. Forțele intermoleculare forțează toate celelalte molecule să ia aceeași orientare.

Dispunerea ordonată a moleculelor de cristale lichide determină anizotropia unora dintre proprietățile lor fizice (permiteți-mi să vă reamintesc că anizotropia este dependența proprietăților unui mediu de direcția în spațiu). Lichidele, cu aranjarea lor aleatorie a moleculelor, sunt izotrope. Dar cristalele lichide au deja anizotropie, care este o calitate importantă care le permite să influențeze caracteristicile luminii care trece prin ele.

Anizotropia constantei dielectrice este utilizată pentru a controla poziția moleculelor. Reprezintă diferența

Δε = ε || + ε ⊥ unde ε || constantă dielectrică în direcția paralelă cu vectorul director, ε ⊥ constantă dielectrică în direcția perpendiculară pe vectorul director. Valoarea lui Δε poate fi fie pozitivă, fie negativă.

Să luăm o probă formată din două plăci de sticlă cu o distanță de câțiva microni între plăci, umplute cu material nematic și sigilate. Pentru a seta orientarea dorită a directorului de molecule din material, se utilizează un tratament special al suprafeței substratului; pentru aceasta, se aplică un strat subțire de polimer transparent pe suprafață, după care se acordă un relief suprafeței. prin frecare specială - caneluri subțiri într-o singură direcție. Moleculele alungite de cristale din stratul în contact direct cu suprafața sunt orientate de-a lungul reliefului, iar forțele intermoleculare forțează toate celelalte molecule să ia aceeași orientare. Dacă în probă este creat un câmp electric, energia cristalelor lichide din acest câmp va depinde de poziția moleculelor față de direcția câmpului. Dacă poziția moleculelor nu corespunde energiei minime, acestea se vor roti prin unghiul corespunzător. Într-un material cu o constantă dielectrică pozitivă (anizotropie dielectrică pozitivă), moleculele vor tinde să se rotească de-a lungul direcției câmpului electric, într-un material cu o anizotropie dielectrică negativă - peste direcția câmpului. Unghiul de rotație va depinde în consecință de tensiunea aplicată.

Fie ca materialul din probă să aibă anizotropie dielectrică pozitivă, direcția câmpului electric este perpendiculară pe orientarea inițială a moleculelor (Fig. 2). Când se aplică tensiune, moleculele vor tinde să se rotească de-a lungul câmpului. Dar ele sunt inițial orientate în funcție de relieful suprafețelor interne ale probei, creată prin frecare, și sunt legate de acestea printr-o aderență destul de semnificativă. În consecință, atunci când orientarea directorului se schimbă, vor apărea cupluri în direcția opusă. Atâta timp cât câmpul este suficient de slab, forțele elastice mențin moleculele într-o poziție constantă. Pe măsură ce tensiunea crește, pornind de la o anumită valoare E c, forțele de orientare ale câmpului electric depășesc forțele elastice, iar rotația moleculelor începe să aibă loc. Această reorientare sub influența câmpului se numește tranziția lui Fredericks. Tranziția Fredericks este fundamentală pentru organizarea controlului cu cristale lichide; principiul de funcționare al tuturor panourilor LCD se bazează pe acesta.

Se formează un mecanism funcțional:

• pe de o parte, câmpul electric va forța moleculele de cristale lichide să se rotească la unghiul dorit (în funcție de valoarea tensiunii aplicate);
• pe de altă parte, forțele elastice cauzate de legăturile intermoleculare vor tinde să revină la orientarea inițială a directorului atunci când stresul este eliberat.

Dacă orientarea inițială a directorului și direcțiile câmpului electric nu sunt strict perpendiculare, atunci valoarea câmpului de prag E c scade, făcând posibilă influențarea poziției moleculelor cu un câmp mult mai mic.

În acest moment, va trebui să ne abatem puțin de la cristalele lichide pentru a explica conceptele de „polarizare a luminii” și „plan de polarizare”; fără ele, o prezentare ulterioară va fi imposibilă.

Lumina poate fi reprezentată ca o undă electromagnetică transversală, ale cărei componente electrice și magnetice oscilează în planuri reciproc perpendiculare (Fig. 3).

Lumina naturală (numită și polarizată natural sau nepolarizată) conține oscilații vectoriale E, la fel de probabil în toate direcțiile perpendiculare pe vector k(Fig. 4).

Lumina parțial polarizată are o direcție preferențială de oscilație vectorială E. Pentru lumina parțial polarizată în câmpul unei unde luminoase, amplitudinea proiecției E pe una dintre direcțiile reciproc perpendiculare este întotdeauna mai mare decât pe cealaltă. Relația dintre aceste amplitudini determină gradul de polarizare.

Lumina polarizată liniar este lumina care are o singură direcție vectorială E pentru toate valurile. Conceptul de lumină polarizată liniar este abstract. În practică, când vorbim despre lumină polarizată liniar, de obicei ne referim la lumină parțial polarizată cu un grad ridicat de polarizare.

Planul în care se află vectorul Eși vectorul direcției undei k, se numește planul de polarizare.

Acum să revenim la LCD.

A doua cea mai importantă proprietate fizică a cristalelor lichide, după anizotropia dielectrică, folosită pentru a controla fluxul de lumină prin ele, este anizotropia optică. Cristalele lichide au valori diferite ale indicelui de refracție al luminii pentru direcția de propagare paralelă și perpendiculară pe director. Adică, viteza de propagare a fasciculului de lumină paralel sau perpendicular pe director va fi diferită; cu un coeficient mai mare, se știe că este mai mică. Anizotropia optică sau anizotropia indicelui de refracție este diferența dintre doi coeficienți:

Δ n= n|| + n⊥ Unde n|| indicele de refracție pentru planul de polarizare paralel cu directorul; n⊥ indicele de refracție pentru planul de polarizare perpendicular pe director.

Prezența în material a două sensuri diferite pt n|| Și n⊥ provoacă efectul birefringenței. Când lumina lovește un material birefringent, cum ar fi o nematică, componenta câmpului electric a undei de lumină se împarte în două componente vectoriale, vibrând pe axa rapidă și vibrând pe axa lentă. Aceste componente sunt numite raze ordinare și, respectiv, extraordinare. Direcțiile de polarizare ale razelor obișnuite și extraordinare sunt reciproc ortogonale. Iar prezența axelor „rapide” și „lente” în material se datorează celor menționate mai sus - diferiți indici de refracție pentru razele care se propagă, respectiv, paralel sau perpendicular pe direcția directorului.

Figura 5 arată propagarea undelor de-a lungul axelor „rapide” și „lente”. Trebuie subliniat că axa în acest caz nu este o linie dreaptă fixă, ci direcția planului în care oscilează unda.

Deoarece vitezele de fază ale fasciculelor obișnuite și extraordinare sunt diferite, diferența lor de fază se va modifica pe măsură ce unda se propagă. Modificarea diferenței de fază a acestor componente ortogonale determină o schimbare a direcției de polarizare a undei luminoase. În figură, pentru claritate, suma componentelor ortogonale este reprezentată de vectorul rezultat E r. Se poate observa că pe măsură ce unda se propagă, direcția vectorului se rotește E r. Astfel, adăugarea undelor la ieșirea unui material birefringent va produce o undă cu direcția de polarizare schimbată față de cea originală.

Unghiul de rotație al planului de polarizare va depinde de orientarea moleculelor din material.

Design panou

Există mai multe tehnologii pentru panouri LCD. Pentru a ilustra designul în acest caz, TN este prezentat ca cel mai comun (Fig. 6).

Toate panourile cu cristale lichide pentru monitoare sunt transmisive - imaginea din ele este formată prin conversia fluxului de lumină dintr-o sursă situată în spatele acesteia. Modularea fluxului luminos se realizează datorită activității optice a cristalelor lichide (capacitatea lor de a roti planul de polarizare a luminii transmise). Acest lucru este implementat după cum urmează. La trecerea prin primul polarizator, lumina de la lămpile de iluminare de fundal devine polarizată liniar. Urmează apoi printr-un strat de cristale lichide conținute în spațiul dintre două pahare. Poziția moleculelor LC în fiecare celulă a panoului este reglată de câmpul electric creat prin aplicarea tensiunii electrozilor. Rotația planului de polarizare a luminii transmise depinde de poziția moleculelor. Astfel, prin alimentarea celulelor cu valoarea de tensiune necesară, se controlează rotația planului de polarizare.

Pentru a furniza tensiune la subpixel, se folosesc linii de date verticale (linie de date) și orizontale (linie de poartă), care sunt piste metalice conductoare depuse pe substratul de sticlă intern (cel mai apropiat de modulul de iluminare de fundal). Câmpul electric, așa cum am menționat deja, este creat de tensiunea de pe electrozi - general și pixel. Tensiunea utilizată este variabilă, deoarece utilizarea unei tensiuni constante determină interacțiunea ionilor cu materialul electrodului, perturbarea aranjamentului ordonat al moleculelor materialului LC și duce la degradarea celulei. Tranzistorul cu peliculă subțire joacă rolul unui comutator care se închide atunci când adresa celulei necesare este selectată pe linia de scanare, permite „scrierea” valorii de tensiune necesare și se deschide din nou la sfârșitul ciclului de scanare, permițând taxa să fie reținută pentru o anumită perioadă de timp. Încărcarea are loc în timp T= T f/n , Unde T f timpul de afișare a cadrelor pe ecran (de exemplu, cu o rată de reîmprospătare de 60 Hz, timpul de afișare a cadrului este de 1 s / 60 = 16,7 ms), n numărul de linii de panou (de exemplu, 1024 pentru panouri cu o rezoluție fizică de 1280x1024). Cu toate acestea, capacitatea inerentă a materialului cu cristale lichide nu este suficientă pentru a menține încărcarea în intervalul dintre ciclurile de reîmprospătare, ceea ce ar trebui să conducă la o scădere a tensiunii și, ca urmare, la o scădere a contrastului. Prin urmare, pe lângă tranzistor, fiecare celulă este echipată cu un condensator de stocare, care este încărcat și atunci când tranzistorul este pornit și ajută la compensarea pierderilor de tensiune înainte de începerea următorului ciclu de scanare.

Liniile de date verticale și orizontale, folosind cabluri flexibile plate lipite, sunt conectate la cipurile de control ale panoului - drivere, respectiv columnare (driver sursă) și rând (driver de poartă), care procesează semnalul digital care vine de la controler și generează o tensiune corespunzătoare datelor primite pentru fiecare celulă.

După stratul de cristale lichide există filtre de culoare aplicate pe suprafața interioară a panoului de sticlă și folosite pentru a forma o imagine color. Se folosește sinteza aditivă obișnuită în trei culori: culorile se formează ca rezultat al amestecării optice a radiațiilor din trei culori de bază (roșu, verde și albastru). O celulă (pixel) constă din trei elemente separate (subpixeli), fiecare dintre acestea fiind asociat cu un filtru de culoare roșu, verde sau albastru situat deasupra acesteia; combinațiile de 256 de valori de ton posibile pentru fiecare subpixel pot produce până la 16,77 milioane de pixeli culorile.

Structura panoului (linii de date metalice verticale și orizontale, tranzistori cu film subțire) și regiunile de margine a celulei în care orientarea moleculară este perturbată trebuie ascunse sub un material opac pentru a evita efectele optice nedorite. Pentru aceasta, se folosește o așa-numită matrice neagră, care seamănă cu o plasă subțire care umple golurile dintre filtrele individuale de culoare. Materialul folosit pentru matricea neagră este rășinile de crom sau negre.

Rolul final în formarea imaginii este jucat de cel de-al doilea polarizator, adesea numit analizor. Direcția sa de polarizare este deplasată față de prima cu 90 de grade. Pentru a vă imagina scopul analizorului, îl puteți îndepărta condiționat de pe suprafața panoului conectat. În acest caz, vom vedea toți subpixelii iluminați maxim, adică o umplere uniformă albă a ecranului, indiferent de imaginea afișată pe acesta. Deoarece lumina s-a polarizat, iar planul de polarizare este rotit de fiecare celulă diferit, în funcție de tensiunea aplicată acesteia, nimic nu s-a schimbat încă pentru ochii noștri. Funcția analizorului este tocmai de a tăia componentele unde necesare, ceea ce vă permite să vedeți rezultatul dorit la ieșire.

Acum să vorbim despre cum are loc această tăiere a componentelor necesare. Să luăm ca exemplu un polarizator cu direcție verticală de polarizare, i.e. transmitând unde orientate într-un plan vertical.

Figura 7 prezintă o undă care se propagă într-un plan situat la un anumit unghi față de direcția verticală de polarizare. Vectorul câmpului electric al undei incidente poate fi descompus în două componente reciproc perpendiculare: paralelă cu axa optică a polarizatorului și perpendiculară pe aceasta. Prima componentă, paralelă cu axa optică, trece, a doua (perpendiculară) este blocată.

Prin urmare, două poziții extreme sunt evidente:

• o undă care se propagă într-un plan strict vertical va fi transmisă fără modificări;
• o undă care se propagă într-un plan orizontal va fi blocată ca neavând componentă verticală.

Aceste două poziții extreme corespund poziției complet deschise și complet închise a celulei. Să rezumăm:

• Pentru a bloca cât mai complet lumina transmisă de către o celulă (subpixel), este necesar ca planul de polarizare al acestei lumini să fie ortogonal cu planul de transmisie al analizorului (direcția de polarizare);
• Pentru transmiterea maximă a luminii de către o celulă, planul de polarizare a acesteia trebuie să coincidă cu direcția de polarizare;
• Prin reglarea lină a tensiunii furnizate electrozilor celulei, este posibil să se controleze poziția moleculelor de cristal lichid și, în consecință, rotația planului de polarizare a luminii transmise. Și astfel modificați cantitatea de lumină transmisă de celulă.

Deoarece unghiul de rotație al planului de polarizare depinde de distanța parcursă de lumină în stratul de cristale lichide, acest strat trebuie să aibă o grosime strict consistentă pe întregul panou. Pentru a menține o distanță uniformă între ochelari (cu întreaga structură aplicată acestora), se folosesc distanțiere speciale.

Cea mai simplă opțiune sunt așa-numitele distanțiere cu bile. Sunt polimeri transparenti sau margele de sticla cu un diametru strict definit si se aplica pe structura interna a sticlei prin pulverizare. În consecință, ele sunt situate haotic pe întreaga zonă a celulei și prezența lor afectează negativ uniformitatea acesteia, deoarece distanțierul servește ca centru pentru zona defectă, iar moleculele sunt orientate incorect direct lângă ea.

Se mai folosește o altă tehnologie: distanțiere de coloane ( distanțiere de coloană, distanțiere foto, distanțiere de post). Astfel de distanțiere sunt amplasate cu precizie fotografică sub matricea neagră (Fig. 8). Beneficiile acestei tehnologii sunt evidente: contrast sporit datorită absenței scurgerilor de lumină în apropierea distanțierilor, control mai precis al uniformității golului datorită aranjarii ordonate a distanțierilor, rigiditate crescută a panoului și absența ondulațiilor la apăsarea pe suprafață.

Panoul TN, al cărui design a fost prezentat în Fig. 6, este cel mai ieftin de produs, ceea ce determină dominația sa pe piața monitoarelor de masă. În plus, există câteva alte tehnologii care diferă în ceea ce privește locația, configurația și materialul electrozilor, orientarea polarizatoarelor, amestecurile LCD utilizate, orientarea inițială a directorului în materialul cu cristale lichide etc. Conform orientării inițiale a directorului, toate tehnologiile existente pot fi împărțite în două grupuri:

1. Orientare plană

Aceasta include toate tehnologiile IPS (S-IPS, SA-SFT etc.), precum și FFS (în prezent AFFS), dezvoltate și promovate de Boe HyDis. Moleculele sunt aliniate orizontal, paralel cu baza substraturilor, în direcția specificată prin frecare, substraturile de sus și de jos fiind frecate în aceeași direcție. Toți electrozii, atât pixeli, cât și comuni, sunt pe același substrat de sticlă al panoului - cel interior, împreună cu liniile de date și tranzistoarele. În tehnologiile IPS, pixelii și electrozii comuni sunt amplasați în paralel, alternând unul cu celălalt (Fig. 9). Liniile de câmp rulează orizontal, dar la un anumit unghi față de direcția de frecare. Prin urmare, atunci când se aplică o tensiune, moleculele, care în acest caz au anizotropie dielectrică pozitivă, având tendința de a se alinia în direcția câmpului aplicat, se rotesc în același plan cu un unghi în funcție de intensitatea acestuia (câmp). În cazul FFS, electrodul comun este situat sub pixelul cu acest design, tensiunea aplicată electrozilor generează un câmp electric care are atât componente orizontale, cât și verticale. Dacă pentru IPS în axele de coordonate prezentate în Fig. 9 câmpul poate fi caracterizat ca E y, apoi pentru FFS valorile corespunzătoare vor arăta ca E yȘi E z. Această aranjare a liniilor de câmp permite utilizarea materialelor LC cu anizotropie dielectrică atât pozitivă, cât și negativă. Rotația moleculară, similară cu IPS, are loc în același plan în direcția componentei câmpului orizontal, dar datorită mai puține zone de limită, se rotește un număr semnificativ mai mare de molecule, ceea ce face posibilă îngustarea lățimii rețelei matricei negre. și obțineți un raport de deschidere a panoului mai mare.

Unul dintre principalele avantaje ale tehnologiilor cu orientare plană a directorului este schimbarea extrem de ușoară a culorii paletei atunci când unghiul de vizualizare se schimbă. Această stabilitate se explică prin configurația spiralei formate de moleculele materialului de cristal lichid sub influența câmpului, care în acest caz are o formă simetrică. Figura 9 prezintă schematic poziția moleculelor LC atunci când electrozilor li se aplică tensiune; este evident că unghiul maxim de rotație este atins în straturile mijlocii. Această eterogenitate se datorează faptului că, așa cum sa menționat deja, orientarea moleculelor în direcția dorită paralelă cu baza substraturilor se obține prin preprocesarea (ștergerea) suprafețelor acestora. Prin urmare, mobilitatea moleculelor din stratul imediat adiacent substratului este limitată de topografia substratului, iar în straturile ulterioare din apropiere de forțele intermoleculare. Drept urmare, sub influența câmpului, moleculele formează o spirală, care amintește de o panglică cu capetele fixate într-un plan și partea centrală rotită. Există conceptul de cale optică, care depinde de indicele de refracție al mediului în care se propagă fasciculul și de defazarea rezultată în direcția în care se deplasează. Razele de lumină care trec printr-un strat de cristale lichide au lungimi de cale optică diferite în funcție de unghiul de transmisie. Forma simetrică a spiralei moleculare face posibilă obținerea pentru fiecare nivel de gri a unei adaosuri exacte la lungimea căii optice în jumătățile sale superioare și inferioare; consecința este absența aproape completă a dependenței nuanțelor afișate de unghiurile de vizualizare. Datorită acestei proprietăți, panourile IPS sunt folosite în marea majoritate a monitoarelor care vizează lucrul cu grafica.

Când trece o undă luminoasă, direcția de rotație a vectorului rezultat (vezi Fig. 5) repetă parțial forma îndoirii spiralei formate de molecule. Prin urmare, rotația planului de polarizare atunci când o undă trece prin prima parte a materialului LC are loc într-o direcție, iar prin a doua în direcția opusă. Decalajul de fază diferit al uneia dintre componentele undei, în funcție de tensiunea aplicată, duce la faptul că direcția vectorului rezultat E r la ieșirea din stratul de cristale lichide diferă de cel inițial, aceasta permite trecerea unei anumite părți a fluxului luminos prin analizor. Planurile de transmitere a luminii ale polarizatorului și analizorului, ca în toate celelalte tehnologii, sunt deplasate unul față de celălalt cu un unghi de 90 de grade.

Toate variantele produse în prezent (S-IPS, AFFS, SA-SFT) folosesc un design de celule cu 2 domenii. În acest scop, se folosesc electrozi în formă de zig-zag, care fac ca moleculele să se rotească în două direcții. Versiunile inițiale, denumite simplu „IPS” și „FFS”, fără prefixele „Super” și „Advanced”, erau monodomeniu, prin urmare aveau o schimbare de culoare și unghiuri de vizualizare mai mici (de la 140/140 în contrast, la 10: 1 pentru primul IPS).

Orientarea plană include de obicei orientarea de răsucire (sau orientarea răsucită). În acest caz, alinierea moleculelor de-a lungul bazei substraturilor se realizează și prin ștergerea suprafețelor acestora, cu diferența că direcțiile de ștergere a substraturilor superioare și inferioare sunt compensate unul față de celălalt. Ca urmare a acestei alinieri în materialul nematic, directorul formează un helix asemănător cu unul colesteric; pentru formarea corectă a helixului, în amestecurile LC se folosesc aditivi speciali care conțin molecule chirale. Orientarea răsucirii este utilizată în cea mai utilizată tehnologie TN (sau TN+Film). Nu are sens să descriem și să ilustrăm designul TN aici; acest lucru a fost făcut în mod repetat în numeroase materiale pe subiecte similare; putem spune că este bine cunoscut.

2. Orientare homeotropă

MVA și PVA aparțin acestui grup. Directorul este orientat perpendicular pe baza substratului de sticlă; acest lucru se realizează prin utilizarea agenților tensioactivi în acoperirea substratului. Electrozii generali și de pixeli sunt amplasați pe substraturi opuse, câmpul este orientat vertical. Aici, sunt utilizate materiale cu cristale lichide cu anizotropie dielectrică negativă, astfel încât tensiunea aplicată face ca moleculele LC să se rotească împotriva liniilor de câmp. MVA se caracterizează prin prezența unor proiecții longitudinale microscopice (proeminență) pentru a pre-înclina moleculele pe partea superioară sau pe ambele substraturi, astfel încât alinierea verticală inițială nu este completă. Moleculele, aliniate de-a lungul acestor proeminențe, primesc o ușoară pre-înclinare, ceea ce face posibilă setarea pentru fiecare regiune (domeniu) a celulei a unei anumite direcții în care moleculele se vor roti sub influența câmpului. În PVA nu există astfel de proeminențe și, în absența tensiunii, directorul este orientat strict perpendicular pe suprafață, iar pixelul și electrozii comuni sunt decalați unul față de celălalt, astfel încât câmpul creat să nu fie strict vertical, ci să conțină o componentă înclinată. (Fig. 10).

Tehnologiile cu orientare director homeotrop includ și ASV, dezvoltat de Sharp. În cadrul unui subpixel, există mai mulți electrozi de pixeli în formă de pătrate cu margini rotunjite. Principiile de bază sunt aceleași: electrodul comun este situat pe substratul opus, moleculele sunt orientate vertical în absența unui câmp și se folosesc materiale cristaline lichide cu anizotropie dielectrică negativă. Câmpul creat are o componentă oblică pronunțată, iar moleculele, întorcându-se împotriva direcției câmpului, creează o structură în care direcția directorului seamănă cu forma unei umbrele centrată în mijlocul electrodului pixelului.

Există, de asemenea, o împărțire a modulelor LCD în tipuri în funcție de starea celulelor în absența tensiunii. În mod normal, panourile albe sunt cele în care, la tensiune zero pe celule, sunt complet deschise; în consecință, culoarea albă este reprodusă pe ecran. Toate panourile realizate folosind tehnologia TN sunt în mod normal albe. Panourile care blochează trecerea luminii în absența tensiunii sunt clasificate ca normal negre (normal negre), toate celelalte tehnologii aparțin acestui tip.

Modul de iluminare de fundal

...pe bază de lămpi fluorescente

Doar o mică parte din fluxul luminos inițial de la lămpile de iluminare de fundal trece prin corpul panoului (polarizatori, electrozi, filtre de culoare etc.), nu mai mult de 3%. Prin urmare, luminozitatea intrinsecă a modulului de iluminare de fundal trebuie să fie destul de semnificativă; de regulă, lămpile folosite au o luminozitate de peste 30.000 cd/m2.

Pentru iluminare se folosesc lămpi fluorescente cu catod rece CCFL (fără filamente catodice). O lampă CCFL este un tub de sticlă etanș umplut cu un gaz inert cu un mic amestec de mercur (Fig. 11). În acest caz, catozii sunt electrozi egali, deoarece curentul alternativ este utilizat pentru alimentarea cu energie. În comparație cu lămpile cu catod incandescent (fierbinte), electrozii CCFL au o structură diferită și au dimensiuni mai mari. Temperatura de funcționare a catodului este semnificativ diferită: 80-150 o C față de aproximativ 900 o C pentru lămpile cu catod fierbinte, cu o temperatură similară a lămpii în sine - 30-75 o C și, respectiv, 40 o C. Tensiunea de funcționare pentru CCFL este de 600-900 V, tensiunea de pornire este de 900-1600 V (numerele sunt destul de arbitrare, deoarece gama de lămpi utilizate este foarte largă). Formarea luminii are loc în timpul ionizării gazului, iar o condiție necesară pentru apariția acesteia într-o lampă cu catod rece este tensiunea ridicată. Prin urmare, pentru a porni o astfel de lampă, este necesar să aplicați electrozilor o tensiune semnificativ mai mare decât tensiunea de funcționare timp de câteva sute de microsecunde. Tensiunea alternativă înaltă aplicată provoacă ionizarea gazului și ruperea spațiului dintre electrozi și are loc o descărcare.

Defalcarea decalajului de descărcare are loc din următoarele motive. În condiții normale, gazul care umple lampa este un dielectric. Când apare un câmp electric, un număr mic de ioni și electroni, mereu prezenți în volumul gazului, încep să se miște. Dacă electrozilor se aplică o tensiune suficient de mare, câmpul electric conferă ionilor o viteză atât de mare încât atunci când se ciocnesc cu molecule neutre, electronii sunt scoși din ei și se formează ionii. Electronii și ionii nou formați, care se mișcă sub influența câmpului, intră și ei în procesul de ionizare, procesul capătă un caracter asemănător unei avalanșe. Odată ce ionii încep să primească suficientă energie pentru a elimina electronii prin lovirea catodului, are loc o auto-descărcare. Spre deosebire de lămpile cu catod fierbinte, unde descărcarea este arc, tipul de descărcare în CCFL este strălucitoare.

Descărcarea este menținută datorită așa-numitei scăderi de potențial catodic. Partea principală a căderii de potențial (tensiune) în descărcare are loc în regiunea catodului. Ionii, care trec prin acest gol cu ​​o diferență mare de potențial, dobândesc energie cinetică mare, suficientă pentru a scoate electronii din catod. Electronii eliminați, din cauza aceleiași diferențe de potențial, sunt accelerați înapoi în descărcare, producând noi perechi de ioni și electroni acolo. Ionii din aceste perechi se întorc la catod, sunt accelerați de căderea de tensiune între descărcare și catod și din nou elimină electronii.

Energia curentului electric face ca mercurul din lampă să treacă de la starea lichidă la starea gazoasă. Când electronii se ciocnesc cu atomii de mercur, energia este eliberată datorită revenirii atomilor dintr-o stare instabilă la una stabilă. În acest caz, radiația intensă are loc în regiunea ultravioletă; ponderea radiației ultraviolete este de aproximativ 60% din radiația totală.

Lumina vizibilă este produsă de un strat de fosfor aplicat pe suprafața interioară a sticlei. Fotonii ultravioleți eliberați de mercur excită atomii din stratul de fosfor, crescând nivelul de energie al electronilor. Când electronii revin la nivelul lor de energie inițial, atomii din acoperire produc energie sub formă de fotoni de lumină vizibilă. Fosforul este cea mai importantă componentă a lămpii; de el depind caracteristicile spectrului de emisie. Spectrul CCFL este extrem de neuniform, conținând vârfuri înguste pronunțate. Chiar și utilizarea unui strat de fosfor multistrat (în detrimentul luminozității maxime) nu vă permite să „depășiți” monitoarele CRT în ceea ce privește gama de culori. Prin urmare, în producția unui panou, pentru a obține o gamă de culori acceptabilă, este, de asemenea, necesară selectarea cu precizie a filtrelor de culoare, ale căror benzi de trecere trebuie să corespundă cât mai aproape cu vârfurile spectrului de emisie al lămpilor.

Gama maximă de culori ar putea fi asigurată în mod ideal printr-o combinație de surse monocromatice de culori primare și filtre de culoare de înaltă calitate. Așa-numitele LED-uri laser pot revendica rolul de surse de lumină „cvasi-monocromatice”, dar tehnologia de producție nu asigură încă profitabilitatea utilizării lor în modulele de iluminare din spate. Prin urmare, în acest moment, cea mai bună gamă de culori poate fi obținută prin modulele de iluminare din spate bazate pe pachete LED RGB (vezi mai jos).

Pentru a genera o tensiune de câteva sute de volți necesară pentru funcționarea lămpii, se folosesc convertoare și invertoare speciale. Luminozitatea CCFL poate fi ajustată în două moduri. Prima este schimbarea curentului de descărcare în lampă. Valoarea curentului de descărcare este de 3-8 mA; o parte semnificativă a lămpilor are o gamă și mai îngustă. La un curent mai mic, uniformitatea strălucirii are de suferit; la un curent mai mare, durata de viață a lămpii este redusă semnificativ. Dezavantajul acestei metode de reglare este că vă permite să schimbați luminozitatea într-un interval foarte mic, în timp ce este imposibil să o reduceți semnificativ. Prin urmare, monitoarele cu această ajustare, atunci când lucrează în condiții de iluminare ambientală scăzută, se dovedesc adesea a fi prea luminoase, chiar și la luminozitate zero. Cu a doua metodă, se generează modularea lățimii impulsului (PWM) a tensiunii care alimentează lămpii (lățimea, adică durata impulsului este controlată; prin modificarea lățimii unui singur impuls, nivelul mediu de tensiune este reglat.). Dezavantajele acestei metode sunt uneori atribuite apariției pâlpâirii lămpii atunci când PWM este implementat la o frecvență joasă de 200 Hz și mai jos, dar, de fapt, ajustarea folosind PWM este cea mai rezonabilă abordare, deoarece vă permite să schimbați luminozitatea. o gamă largă.

Pentru a distribui uniform lumina lămpilor, se folosește un sistem de ghidaje de lumină, difuzoare și prisme. Există multe opțiuni pentru organizarea distribuției luminii, una dintre ele este prezentată în Fig. 12.

Soluțiile cu lămpi situate pe părțile superioare și inferioare ale panoului sunt cele mai comune; acest aranjament poate reduce semnificativ grosimea totală a produsului. În modulele de 17 și 19 inchi, de regulă, sunt instalate patru lămpi: două în partea de sus și două în partea de jos. Există găuri tehnologice speciale în partea de capăt a carcasei unor astfel de panouri, astfel încât nu este nevoie să dezasamblați carcasa pentru a scoate lămpile (Fig. 13-b). Lămpile cu acest aranjament sunt adesea combinate în blocuri din două piese (Fig. 13-a).

O altă opțiune este aranjarea lămpilor pe întreaga zonă a părții din spate a modulului (Fig. 13-c), această soluție este utilizată în panouri cu mai multe lămpi cu opt sau mai multe lămpi, precum și atunci când se utilizează în formă de U CCFL-uri.

Durata minimă de viață a lămpii a producătorilor de panouri este de obicei specificată de la patruzeci la cincizeci de mii de ore (durata de viață este definită ca timpul în care luminozitatea lămpilor scade cu 50%).

...pe baza LED-urilor

Pe lângă lămpile fluorescente, diodele emițătoare de lumină (LED-urile) pot fi folosite și ca sursă de lumină. Modulele de iluminare de fundal bazate pe LED sunt construite fie pe LED-uri „albe”, fie pe pachete de LED-uri de culoare primară (LED-uri RGB).

Cea mai mare gamă de culori este oferită de pachetele RGB-LED. Faptul este că un LED „alb” este un LED albastru cu un strat de fosfor galben sau un LED ultraviolet cu o combinație de acoperire cu fosfor „roșu”, „verde” și „albastru”. Spectrul de LED-uri „albe” nu este lipsit de toate dezavantajele spectrului de lămpi fluorescente. În plus, spre deosebire de LED-urile „albe”, pachetul RGB-LED vă permite să reglați rapid temperatura de culoare a luminii de fundal controlând separat intensitatea strălucirii fiecărui grup de LED-uri de culori primare.

Ca urmare, sunt atinse două obiective:

• gama de culori este extinsă datorită unui spectru de iluminare de fundal mai ideal,
• Capacitățile de calibrare a culorilor sunt extinse: la metoda standard bazată pe tabelele de conversie a coordonatelor de culoare pentru pixelii imaginii, se adaugă capacitatea de a regla echilibrul de culoare al luminii de fundal.

Panta mare a caracteristicii curent-tensiune a LED-urilor nu permite reglarea lină a luminozității radiației pe game largi. Dar, deoarece dispozitivul permite funcționarea într-un mod pulsat, în practică, metoda de modulare a lățimii pulsului este folosită cel mai adesea pentru a regla luminozitatea LED-urilor (precum și pentru lămpile fluorescente).

Oleg Medvedev, Maxim Proskurnya

LCD(Afișaj cu cristale lichide) sau LCD(cu cristale lichide) TV, așa cum sunt numite în mod popular, este un televizor cu afișaj LCD și iluminare din spate a lămpii. Cristal lichid, înseamnă că afișajul (monitorul) în sine este realizat pe bază cristale lichide

LCD TFT(Engleză: tranzistor cu film subțire) - un tip de afișaj cu cristale lichide care utilizează o matrice activă controlată tranzistoare cu peliculă subțire. Un amplificator pentru fiecare subpixel (element de matrice) este utilizat pentru a crește viteza, contrastul și claritatea imaginii afișate.

Puțină istorie:

Cristale lichide au fost descoperite pentru prima dată de un botanist austriac Reinitzer V 1888 g., dar numai în 1930 -cercetători de la o corporație britanică Marconi au primit un brevet pentru utilizarea lor industrială, cu toate acestea, slăbiciunea bazei tehnologice nu a permis dezvoltarea activă a acestei zone la acea vreme.

Oamenii de știință au făcut prima descoperire reală FergesonȘi Williams de la o corporație americană RCA. Unul dintre ei a creat un senzor termic pe baza de cristale lichide, folosind efectul lor de reflexie selectivă, celălalt a studiat efectul unui câmp electric asupra cristalelor nematice. Și așa, la final 1966 oraș, corporație RCA a demonstrat un prototip de monitor LCD - ceas digital. Primul calculator din lume - CS10A a fost produs în 1964 corporație Ascuțit, aka, în octombrie 1975 anul, a lansat primul ceas digital compact cu afișaj LCD. Din păcate, nu am găsit nicio fotografie, dar mulți își amintesc încă acest ceas și calculator

În a doua jumătate a anilor '70, a început tranziția de la indicatorii LCD cu opt segmente la producerea de matrici cu adresare (capacitatea de a controla) fiecare punct. Deci, în 1976 an, firma Ascuțit a lansat un televizor alb-negru cu diagonala ecranului de 5,5 inchi, bazat pe o matrice LCD cu o rezoluție de 160x120 pixeli.

Următoarea etapă în dezvoltarea tehnologiei LCD a început în anii 80, când dispozitivele au început să fie utilizate Elemente STN cu contrast crescut. Apoi au fost înlocuite cu structuri multistrat care elimină erorile la reproducerea imaginilor color. Cam în același timp, au apărut matrice active bazate pe tehnologie a-Si TFT. Primul prototip de monitor a-Si TFT LCD a fost creat în 1982 corporații Sanyo, ToshibaȘi Tun, ei bine, pe vremea aceea ne plăcea să ne jucăm cu jucării ca acestea cu un afișaj LCD

Acum display-urile LCD au înlocuit aproape complet televizoarele CRT de pe piață, oferind cumpărătorului orice dimensiune: de la „bucătărie” portabilă și mică până la cele uriașe, cu diagonale mai mari de un metru. Gama de prețuri este, de asemenea, foarte largă și permite fiecăruia să aleagă un televizor în funcție de nevoile și capacitățile financiare.

Designul de circuit al televizoarelor LCD este mult mai complex decât cel al televizoarelor CRT simple: piese miniaturale, plăci multistrat, unități scumpe... Pentru cei interesați, un televizor cu panou LCD fără capac din spate și dacă scoateți special ecrane de protecție, puteți vedea alte secțiuni ale circuitului, dar este mai bine să nu faceți acest lucru, lăsați-l pe seama maestrului

Proiectare și principiu de funcționare:

Loc de munca Ecran LCD(LCD) se bazează pe fenomen polarizarea fluxului luminos. Se știe că așa-numitul cristale polaroid sunt capabili să transmită doar acea componentă a luminii al cărei vector de inducție electromagnetică se află într-un plan paralel cu planul optic al polaroidului. Pentru restul ieșirii luminii, Polaroidul va fi opac. Acest efect se numește polarizarea luminii.

Pur și simplu, imaginați-vă „lumină” sub formă de bile mici rotunde, dacă puneți în cale o grilă cu tăieturi longitudinale (polarizator), apoi, după aceasta, din „bile” vor rămâne doar „clatite” plate (lumină polarizată). Acum, dacă a doua plasă are aceleași tăieturi longitudinale, clătitele vor putea „aluneca” prin ea și „strălucește” în continuare, dar dacă a doua plasă are fante verticale, atunci „clătitele” ușoare orizontale nu vor putea trece prin el și se va „bloca”

Când au fost studiate substanțele lichide, ale căror molecule lungi sunt sensibile la câmpurile electrostatice și electromagnetice și sunt capabile să polarizeze lumina, a devenit posibil să se controleze polarizarea. Aceste substanțe amorfe au fost numite cristale lichide

Din punct de vedere structural, afișajul este format din Matrice LCD(o placă de sticlă, între straturile căreia se află cristale lichide), surse de lumină pentru iluminat, ham de contactși încadrarea ( locuințe), de obicei din plastic, cu un cadru metalic de rigiditate.

Fiecare pixel Matricea LCD este formată din strat de moleculeîntre doi electrozi transparenti, si doi filtre polarizante, ale căror planuri de polarizare sunt (de obicei) perpendiculare. În absența cristalelor lichide, lumina transmisă de primul filtru este aproape complet blocată de al doilea.

Suprafața electrozilor în contact cu cristalele lichide este tratată special pentru a orienta inițial moleculele într-o singură direcție. Într-o matrice TN, aceste direcții sunt reciproc perpendiculare, astfel încât moleculele, în absența tensiunii, se aliniază într-o structură elicoidală. Această structură refractă lumina în așa fel încât planul de polarizare a acesteia se rotește înainte de al doilea filtru și lumina trece prin el fără pierderi. În afară de absorbția a jumătate din lumina nepolarizată de către primul filtru, celula poate fi considerată transparentă, deși nivelul de pierdere este considerabil.

Dacă electrozilor li se aplică tensiune, moleculele tind să se alinieze în direcția câmpului electric, ceea ce distorsionează structura șurubului. În acest caz, forțele elastice contracarează acest lucru, iar atunci când tensiunea este oprită, moleculele revin la poziția inițială. Cu o intensitate suficientă a câmpului, aproape toate moleculele devin paralele, ceea ce duce la o structură opacă; gradul de transparență poate fi controlat prin modificarea tensiunii aplicate.

Sursa de lumină (iluminarea matricei LCD) este lămpi fluorescente cu catod rece(se numesc astfel deoarece catodul care emite electroni (electrodul negativ) din interiorul lămpii nu trebuie să fie încălzit peste temperatura ambiantă pentru ca lampa să se aprindă.) Iată cum ar putea arăta o lampă pentru un televizor LCD; în fotografia din dreapta există un „ansamblu lampă în funcțiune” pentru un televizor cu un ecran LCD cu diagonală mare:

Lămpile în sine (strălucire albă strălucitoare) sunt amplasate în mod special cleme de corp, în spatele lor - reflector, pentru a reduce pierderile de flux luminos. Pentru ca matricea LCD să se lumineze uniform (și să nu fie în dungi, deoarece lămpile sunt instalate), există o difuzor, care distribuie uniform fluxul luminos pe întreaga sa zonă. Din păcate, în acest loc există și o pierdere considerabilă a „luminozității” lămpilor.

Matricele LCD moderne au un unghi de vizualizare destul de bun (aproximativ 160 de grade) fără pierderea calității imaginii (culori, luminozitate), cel mai neplăcut lucru pe care îl puteți vedea pe ele sunt acestea pixeli defecte, cu toate acestea, având în vedere că dimensiunea lor este foarte mică, unul sau doi astfel de pixeli „arși” nu vor interfera foarte mult cu vizionarea de filme și programe, dar pe un ecran de monitor acest lucru poate fi deja destul de neplăcut

Avantaje și dezavantaje:

În comparație cu televizoarele CRT, panourile LCD au o focalizare și claritate excelente, nu există erori de convergență sau încălcări ale geometriei imaginii, ecranul nu pâlpâie niciodată, sunt mai ușoare și ocupă mai puțin spațiu.Dezavantajele includ luminozitate și contrast slab (comparativ cu CRT), matricea nu este la fel de durabilă ca un ecran de cinescop, un set de frâne digitale și erori cu un semnal analog sau slab, precum și o procesare proastă a materialului sursă

„Inima” oricărui monitor cu cristale lichide este matricea LCD (Liquid Cristall Display). Panoul LCD este o structură complexă cu mai multe straturi. O diagramă simplificată a unui panou LCD TFT color este prezentată în Fig. 2.

Principiul de funcționare al oricărui ecran cu cristale lichide se bazează pe proprietatea cristalelor lichide de a schimba (roti) planul de polarizare a luminii care trece prin ele proporțional cu tensiunea aplicată acestora. Dacă un filtru de polarizare (polarizator) este plasat pe calea luminii polarizate care trece prin cristalele lichide, atunci prin schimbarea tensiunii aplicate cristalelor lichide, puteți controla cantitatea de lumină transmisă de filtrul de polarizare. Dacă unghiul dintre planurile de polarizare a luminii care trece prin cristalele lichide și filtrul de lumină este de 0 grade, atunci lumina va trece prin polarizator fără pierderi (transparență maximă), dacă este de 90 de grade, atunci filtrul de lumină va transmite o cantitate minimă de lumină (transparență minimă).

Fig.1. monitor LCD. Principiul de funcționare al tehnologiei LCD.

Astfel, folosind cristale lichide, este posibil să se producă elemente optice cu un grad variabil de transparență. În acest caz, nivelul de transmisie a luminii a unui astfel de element depinde de tensiunea aplicată acestuia. Orice ecran LCD de pe un monitor de computer, laptop, tabletă sau televizor conține de la câteva sute de mii până la câteva milioane din aceste celule, cu dimensiuni de fracțiuni de milimetru. Ele sunt combinate într-o matrice LCD și cu ajutorul lor putem forma o imagine pe suprafața unui ecran cu cristale lichide.
Cristalele lichide au fost descoperite la sfârșitul secolului al XIX-lea. Cu toate acestea, primele dispozitive de afișare bazate pe acestea au apărut abia la sfârșitul anilor 60 ai secolului XX. Primele încercări de utilizare a ecranelor LCD în computere au fost făcute în anii optzeci ai secolului trecut. Primele monitoare cu cristale lichide au fost monocrome și au fost mult inferioare ca calitate a imaginii față de afișajele cu tub catodic (CRT). Principalele dezavantaje ale primelor generații de monitoare LCD au fost:

• - performanță scăzută și inerție a imaginii;
• - „cozi” și „umbre” în imagine din elementele imaginii;
• - rezoluție slabă a imaginii;
• - imagine alb-negru sau color cu profunzime de culoare redusă;
• - și așa mai departe.

Cu toate acestea, progresul nu a stat pe loc și, de-a lungul timpului, s-au dezvoltat noi materiale și tehnologii în fabricarea monitoarelor cu cristale lichide. Progresele în tehnologia microelectronică și dezvoltarea de noi substanțe cu proprietăți de cristale lichide au îmbunătățit semnificativ performanța monitoarelor LCD.

Proiectarea și funcționarea matricei TFT LCD.

Una dintre principalele realizări a fost inventarea tehnologiei matricei LCD TFT - matrice cu cristale lichide cu tranzistori cu film subțire (Thin Film Transistors). Monitoarele TFT au crescut dramatic viteza pixelilor, au crescut adâncimea culorii imaginii și au reușit să scape de „cozi” și „umbre”.
Structura panoului fabricat folosind tehnologia TFT este prezentată în Fig. 2

Fig.2. Diagrama structurii matricei TFT LCD.
O imagine plină color pe o matrice LCD este formată din puncte individuale (pixeli), fiecare dintre care constă de obicei din trei elemente (subpixeli) responsabile pentru luminozitatea fiecăreia dintre componentele principale ale culorii - de obicei roșu (R), verde (G) și albastru (B) - RGB. Sistemul video al monitorului scanează continuu toți subpixelii matricei, înregistrând un nivel de încărcare proporțional cu luminozitatea fiecărui subpixel în condensatorii de stocare. Tranzistori cu film subțire (Thin Film Trasistor (TFT) - de fapt, de aceea matricea TFT se numește așa) conectează condensatorii de stocare la magistrala de date în momentul în care informațiile sunt scrise într-un anumit subpixel și comută condensatorul de stocare la conservarea încărcării modul pentru restul timpului.
Tensiunea stocată în condensatorul de memorie al matricei TFT acționează asupra cristalelor lichide ale unui subpixel dat, rotind planul de polarizare a luminii care trece prin ele de la lumina de fundal cu un unghi proporțional cu această tensiune. După ce a trecut printr-o celulă cu cristale lichide, lumina intră într-un filtru de lumină matrice, pe care se formează un filtru de lumină de una dintre culorile primare (RGB) pentru fiecare subpixel. Modelul pozițiilor relative ale punctelor de diferite culori este diferit pentru fiecare tip de panou LCD, dar acesta este un subiect separat. În continuare, fluxul de lumină generat de culori primare intră într-un filtru de polarizare extern, a cărui transmisie a luminii depinde de unghiul de polarizare al undei luminoase incidente pe acesta. Un filtru de polarizare este transparent pentru acele unde de lumină al căror plan de polarizare este paralel cu propriul său plan de polarizare. Pe măsură ce acest unghi crește, filtrul de polarizare începe să transmită din ce în ce mai puțină lumină, până la o atenuare maximă la un unghi de 90 de grade. În mod ideal, un filtru de polarizare nu ar trebui să transmită lumină polarizată ortogonal la propriul său plan de polarizare, dar în viața reală, o mică parte a luminii trece prin. Prin urmare, toate afișajele LCD au o adâncime de negru insuficientă, care este deosebit de pronunțată la niveluri ridicate de luminozitate de fundal.
Ca urmare, într-un afișaj LCD, fluxul de lumină de la unii subpixeli trece printr-un filtru polarizant fără pierderi, de la alți subpixeli este atenuat cu o anumită cantitate, iar de la unii subpixeli este aproape complet absorbit. Astfel, prin ajustarea nivelului fiecărei culori primare în subpixeli individuali, este posibil să se obțină de la aceștia un pixel de orice nuanță de culoare. Și din mulți pixeli colorați, creați o imagine color pe tot ecranul.
Monitorul LCD a făcut posibilă realizarea unei descoperiri majore în tehnologia computerelor, făcându-l accesibil unui număr mare de oameni. Mai mult, fără un ecran LCD ar fi imposibil să se creeze computere portabile precum laptopuri și netbook-uri, tablete și telefoane mobile. Dar este totul atât de roz cu utilizarea ecranelor cu cristale lichide?

Pe lângă tehnologia bine dovedită LCD + TFT (tranzistoare cu peliculă subțire), există o tehnologie OLED + TFT cu diode organice emițătoare de lumină promovată activ, adică AMOLED - OLED cu matrice activă. Principala diferență dintre acestea din urmă este că rolul unui polarizator, un strat LCD și filtre de lumină este jucat de LED-uri organice de trei culori.

În esență, acestea sunt molecule care sunt capabile să emită lumină atunci când curge un curent electric și, în funcție de cantitatea de curent care curge, schimbă intensitatea culorii, similar cu ceea ce se întâmplă în LED-urile convenționale. Îndepărtând polarizatoarele și LCD-ul de pe panou, îl putem face mai subțire și, cel mai important, flexibil!

Ce tipuri de panouri tactile există?

Deoarece senzorii sunt folosiți în prezent mai mult cu afișajele LCD și OLED, cred că ar fi rezonabil să vorbim despre ei imediat.

Este dată o descriere foarte detaliată a ecranelor tactile sau a panourilor tactile (sursa a trăit cândva, dar din anumite motive a dispărut), așa că nu voi descrie toate tipurile de panouri tactile, mă voi concentra doar pe cele două principale: rezistive și capacitive.

Să începem cu senzorul rezistiv. Este format din 4 componente principale: un panou de sticlă (1), ca suport al întregului panou tactil, două membrane polimerice transparente cu un strat rezistiv (2, 4), un strat de microizolatori (3) care separă aceste membrane, și 4, 5 sau 8 fire, care sunt responsabile pentru „citirea” atingerii.

Diagrama dispozitivului senzor rezistiv

Când apăsăm un astfel de senzor cu o anumită forță, membranele intră în contact, circuitul electric este închis, așa cum se arată în figura de mai jos, se măsoară rezistența, care este ulterior convertită în coordonate:

Principiul calculării coordonatelor pentru un afișaj rezistiv cu 4 fire ()

Totul este extrem de simplu.

Este important să rețineți două lucruri: a) senzorii rezistivi de pe multe telefoane chinezești nu sunt de înaltă calitate, acest lucru se poate datora tocmai distanței neuniforme dintre membrane sau microizolatorilor de calitate proastă, adică „creierului” al telefonului nu poate converti în mod adecvat rezistențele măsurate în coordonate; b) un astfel de senzor necesită apăsare, împingând o membrană pe alta.

Senzorii capacitivi sunt oarecum diferiți de senzorii rezistivi. Merită menționat imediat că vom vorbi doar despre senzorii proiectiv-capacitivi, care sunt acum utilizați în iPhone și alte dispozitive portabile.

Principiul de funcționare al unui astfel de ecran tactil este destul de simplu. Pe interiorul ecranului este aplicată o rețea de electrozi, iar exteriorul este acoperit, de exemplu, cu ITO, un oxid complex de indiu și staniu. Când atingem sticla, degetul nostru formează un mic condensator cu un astfel de electrod, iar electronica de procesare măsoară capacitatea acestui condensator (furnizează un impuls de curent și măsoară tensiunea).

În consecință, senzorul capacitiv reacționează numai la o atingere fermă și numai cu obiecte conductoare, adică un astfel de ecran va funcționa de fiecare dată dacă este atins de un cui, precum și de o mână înmuiată în acetonă sau deshidratată. Poate că principalul avantaj al acestui touchscreen față de unul rezistiv este capacitatea de a realiza o bază destul de puternică - mai ales sticlă puternică, precum Gorilla Glass.

Schema de funcționare a senzorului capacitiv de suprafață()

Cum funcționează un afișaj E-Ink?

Poate că E-Ink este mult mai simplă în comparație cu LCD-ul. Încă o dată, avem de-a face cu o matrice activă responsabilă de formarea imaginii, dar aici nu există urme de cristale LCD sau lămpi de iluminare din spate; în schimb, există conuri cu două tipuri de particule: negru încărcat negativ și alb încărcat pozitiv. Imaginea este formată prin aplicarea unei anumite diferențe de potențial și redistribuirea particulelor în interiorul unor astfel de microconuri, acest lucru este demonstrat clar în figura de mai jos:

Mai sus este o diagramă a modului în care funcționează un afișaj E-Ink, mai jos sunt microfotografii reale ale unui astfel de afișaj care funcționează ()

Dacă acest lucru nu este suficient pentru cineva, principiul de funcționare a hârtiei electronice este demonstrat în acest videoclip:

Pe lângă tehnologia E-Ink, există tehnologia SiPix, în care există un singur tip de particule, iar „umplerea” în sine este neagră:

Schema de funcționare a afișajului SiPix ()

Pentru cei care doresc serios să se familiarizeze cu hârtia electronică „magnetică”, vă rugăm să mergeți aici, a existat odată un articol excelent în Prest.

Partea practică

Chinaphone vs smartphone coreean (senzor rezistiv)

După o dezasamblare „atentă” cu șurubelniță a plăcii rămase și a afișajului de pe telefonul chinezesc, am fost foarte surprins să găsesc o mențiune a unui producător coreean binecunoscut pe placa de bază a telefonului:

Samsung și telefonul chinezesc sunt una!

Am dezasamblat ecranul cu grijă și cu grijă - astfel încât toate polarizatoarele să rămână intacte, așa că pur și simplu nu m-am putut abține să nu mă joc cu ei și cu fratele mai mare lucrător al obiectului disecat și să-mi amintesc atelierul de optică:

Așa funcționează 2 filtre polarizante: într-o singură poziție fluxul de lumină practic nu trece prin ele, când este rotit la 90 de grade trece complet

Vă rugăm să rețineți că toată iluminarea se bazează pe doar patru LED-uri minuscule (cred că puterea lor totală nu este mai mare de 1 W).

Apoi am căutat mult timp un senzor, crezând sincer că va fi o priză destul de groasă. S-a dovedit exact invers. Atât în ​​telefoanele chinezești, cât și în cele coreene, senzorul este format din mai multe foi de plastic, care sunt foarte bine și strâns lipite de sticla panoului exterior:

În stânga este senzorul telefonului chinezesc, în dreapta este senzorul telefonului coreean

Senzorul rezistiv al telefonului chinezesc este realizat conform schemei „cu cât este mai simplu, cu atât mai bine”, spre deosebire de omologul său mai scump din Coreea de Sud. Daca gresesc, corecteaza-ma in comentarii, dar in stanga in poza este un senzor tipic cu 4 pini, iar in dreapta este un senzor cu 8 pini.

Ecran LCD al telefonului chinezesc

Deoarece display-ul telefonului chinezesc era încă stricat, iar cel coreean a fost doar puțin deteriorat, voi încerca să vorbesc despre LCD folosind exemplul primului. Dar deocamdată nu o vom sparge complet, dar să ne uităm la microscop optic:

Micrografie optică a liniilor orizontale ale afișajului LCD al unui telefon chinezesc. Fotografia din stânga sus are o oarecare înșelăciune asupra vederii noastre din cauza culorilor „greșite”: banda subțire albă este contactul.

Un fir alimentează două linii de pixeli simultan, iar decuplarea dintre ele este aranjată folosind un „bug electric” complet neobișnuit (foto jos din dreapta). În spatele acestui întreg circuit electric se află piste de filtrare, vopsite în culorile corespunzătoare: roșu (R), verde (G) și albastru (B).

La capătul opus al matricei în raport cu locul unde este atașat cablul, puteți găsi o defalcare similară a culorilor, numere de piste și aceleași comutatoare (dacă cineva ar putea clarifica în comentarii cum funcționează, ar fi foarte tare! ):

Camere-camere-camere...

Iată cum arată un afișaj LCD funcțional la microscop:

Asta e tot, acum nu vom mai vedea această frumusețe, am zdrobit-o în sensul literal al cuvântului și, după ce am suferit puțin, am „împărțit” o astfel de firimitură în două bucăți separate de sticlă, care alcătuiesc partea principală. a afișajului...

Acum puteți să vă uitați la pistele de filtrare individuale. Voi vorbi despre „petele” întunecate de pe ele puțin mai târziu:

Micrografie optică a filtrelor cu pete misterioase...

Și acum un mic aspect metodologic referitor la microscopia electronică. Aceleași dungi de culoare, dar sub fasciculul unui microscop electronic: culoarea a dispărut! După cum am spus mai devreme (de exemplu, în primul articol), este complet „alb și negru” pentru un fascicul de electroni, indiferent dacă interacționează cu o substanță colorată sau nu.

Par a fi aceleasi dungi, dar fara culoare...

Să aruncăm o privire la cealaltă parte. Tranzistoarele sunt amplasate pe el:

Într-un microscop optic - în culoare...

Și un microscop electronic - imagine alb-negru!

Acest lucru se vede puțin mai rău la un microscop optic, dar SEM-ul vă permite să vedeți marginile fiecărui subpixel - acest lucru este destul de important pentru următoarea concluzie.

Deci, ce sunt aceste zone întunecate ciudate?! M-am gândit mult timp, mi-am bătut mintea, am citit multe surse (poate cea mai accesibilă a fost Wiki) și, apropo, din acest motiv am amânat joi, 23 februarie, lansarea articolului. Și aceasta este concluzia la care am ajuns (poate că greșesc - corectează-mă!).

Tehnologia VA sau MVA este una dintre cele mai simple și nu cred că chinezii au venit cu ceva nou: fiecare subpixel trebuie să fie negru. Adică, lumina nu trece prin ea (se oferă un exemplu de afișare funcțională și nefuncțională), ținând cont de faptul că în starea „normală” (fără influență externă) cristalul lichid este dezorientat și nu dă polarizarea „necesară”, este logic să presupunem că fiecare subpixel separat are propriul film LCD.

Astfel, întregul panou este asamblat din un singur display micro-LCD. Nota despre marginile fiecărui subpixel individual se potrivește organic aici. Pentru mine, asta a devenit un fel de descoperire neașteptată chiar în momentul în care pregăteam articolul!

Am regretat că am spart afișajul telefonului coreean: până la urmă trebuie să arătăm ceva copiilor și celor care vin la facultate pentru o excursie. Nu cred că mai era nimic interesant de văzut.

Mai mult, de dragul auto-indulgenței, voi da un exemplu de „organizare” a pixelilor de la doi producători de top de comunicatoare: HTC și Apple. iPhone 3 a fost donat pentru o operație nedureroasă de către o persoană amabilă, iar HTC Desire HD este de fapt al meu:

Fotografii ale afișajului HTC Desire HD

O mică notă despre afișajul HTC: nu m-am uitat în mod specific, dar ar putea această dungă din mijlocul primelor două microfotografii să facă parte din același senzor capacitiv?!

Microfotografii ale ecranului iPhone 3

Dacă memoria îmi servește corect, atunci HTC are un afișaj superLCD, în timp ce iPhone 3 are un LCD obișnuit. Așa-numitul Retina Display, adică un LCD în care ambele contacte pentru comutarea cristalelor lichide se află în același plan, In-Plane Switching - IPS, este deja instalat în iPhone 4.

Sper că în curând va fi publicat un articol pe tema comparării diferitelor tehnologii de afișare cu suportul 3DNews. Deocamdată, vreau doar să remarc faptul că display-ul HTC este cu adevărat neobișnuit: contactele de pe subpixeli individuali sunt plasate într-un mod non-standard - cumva deasupra, spre deosebire de iPhone 3.

Și, în final, în această secțiune, voi adăuga că dimensiunile unui subpixel pentru un telefon chinezesc sunt de 50 pe 200 de micrometri, HTC este de 25 pe 100 de micrometri, iar iPhone-ul este de 15-20 pe 70 de micrometri.

E-Ink de la un renumit producător ucrainean

Să începem, poate, cu lucruri banale - „pixeli”, sau mai degrabă celulele care sunt responsabile pentru formarea imaginii:

Micrografie optică a matricei active a unui afișaj E-Ink

Dimensiunea unei astfel de celule este de aproximativ 125 de micrometri. Deoarece privim matricea prin sticla pe care este aplicată, vă rog să acordați atenție stratului galben din „fondul” - aceasta este placarea cu aur, de care va trebui să scăpăm ulterior.

Inainte spre ambrasura!

Comparația „intrarilor” orizontale (stânga) și verticale (dreapta)

Printre altele, pe substratul de sticlă au fost descoperite multe lucruri interesante. De exemplu, marcaje de poziție și contacte, care, aparent, sunt destinate testării afișajului în producție:

Micrografii optice ale semnelor și plăcuțelor de testare

Desigur, acest lucru nu se întâmplă des și este de obicei un accident, dar afișajele se sparg uneori. De exemplu, această crăpătură abia vizibilă, mai mică decât un fir de păr uman, te poate lipsi pentru totdeauna de bucuria de a citi cartea ta preferată despre Foggy Albion în metroul înfundat din Moscova:

Dacă afișajele se sparg, înseamnă că cineva are nevoie de el... Eu, de exemplu!

Apropo, aici este, aurul pe care l-am menționat - o zonă netedă „inferioară” a celulei pentru un contact de înaltă calitate cu cerneala (mai multe despre ele mai jos). Îndepărtăm aurul mecanic și iată rezultatul:

Ai foarte mult curaj. Hai să vedem cum arată! (Cu)

Sub o peliculă subțire de aur sunt ascunse componentele de control ale matricei active, dacă se poate numi așa.

Dar cel mai interesant lucru, desigur, este „cerneala” în sine:

Micrografie SEM de cerneală pe suprafața matricei active.

Desigur, este dificil să găsești cel puțin o microcapsulă distrusă pentru a privi înăuntru și a vedea particulele de pigment „albe” și „negre”:

Micrografie SEM a suprafeței „cernelii” electronice

Micrografie optică a „cerneală”

Sau mai este ceva înăuntru?!

Fie o sferă distrusă, fie smulsă din polimerul de susținere

Dimensiunea bilelor individuale, adică un analog al unui subpixel în E-Ink, poate fi de numai 20-30 de microni, ceea ce este semnificativ mai mic decât dimensiunile geometrice ale subpixelilor din afișajele LCD. Cu condiția ca o astfel de capsulă să poată funcționa la jumătate din dimensiunea ei, imaginea obținută pe afișaje E-Ink bune, de înaltă calitate, este mult mai plăcută decât pe un LCD.

Și pentru desert - un videoclip despre cum funcționează afișajele E-Ink la microscop.