Създаване на течнокристален дисплей

Първият работещ течнокристален дисплей е създаден от Фергасън през 1970 г. Преди това устройствата с течни кристали консумираха твърде много енергия, животът им беше ограничен, а контрастът на изображението беше плачевен. Новият LCD беше представен на обществеността през 1971 г. и тогава получи ентусиазирано одобрение. Течните кристали (Liquid Crystal) са органични вещества, които могат да променят количеството предавана светлина под напрежение. Мониторът с течни кристали се състои от две стъклени или пластмасови пластини, между които има окачване. Кристалите в тази суспензия са разположени успоредно един на друг, като по този начин позволяват на светлината да преминава през панела. При кандидатстване електрически токподредбата на кристалите се променя и те започват да пречат на преминаването на светлината. LCD технологията е широко разпространена в компютрите и прожекционното оборудване. Първите течни кристали се отличаваха със своята нестабилност и бяха малко полезни за масово производство. Истинското развитие на LCD технологията започва с изобретяването от английски учени на стабилен течен кристал - бифенил (Biphenyl). Първо поколение дисплеи с течни кристали могат да се видят в калкулатори, електронни игри и часовници. Съвременните LCD монитори се наричат ​​още плоски панели, активна матрица с двойно сканиране, тънкослойни транзистори. Идеята за LCD мониторите витае повече от 30 години, но изследванията не са довели до приемлив резултат, така че LCD мониторите не са спечелили репутация за добро качество на изображението. Сега те стават популярни - всеки харесва елегантния им външен вид, тънкото тяло, компактността, икономичността (15-30 вата), освен това се смята, че само заможни и сериозни хора могат да си позволят такъв лукс.

Характеристики на LCD мониторите

Видове LCD монитори

Наблюдавайте груповите слоеве

Има два вида LCD монитори: DSTN (двойно сканиране усукани нематични - кристални екрани с двойно сканиране) и TFT (тънкослойни транзистори - на тънкослойни транзистори), наричат ​​се също съответно пасивни и активни матрици. Такива монитори се състоят от следните слоеве: поляризационен филтър, стъклен слой, електрод, контролен слой, течни кристали, друг контролен слой, електрод, стъклен слой и поляризиращ филтър. Ранните компютри са използвали осем-инчови (диагонални) пасивни черно-бели матрици. С преминаването към технологията с активна матрица размерът на екрана нарасна. На практика всички съвременни LCD монитори използват тънкослойни транзисторни панели, които осигуряват ярко, ясно изображение с много по-голям размер.

Резолюция на монитора

Размерът на монитора определя работното пространство, което заема, и, което е важно, цената му. Въпреки добре установената класификация на LCD мониторите в зависимост от размера на диагонала на екрана (15-, 17-, 19-инчов), класификацията по работна разделителна способност е по-правилна. Факт е, че за разлика от базираните на CRT монитори, чиято резолюция може да се променя доста гъвкаво, LCD дисплеите имат фиксиран набор от физически пиксели. Ето защо те са предназначени да работят само с едно разрешение, наречено работещо. Косвено тази разделителна способност също определя размера на диагонала на матрицата, но мониторите с една и съща работна разделителна способност може да имат матрица с различни размери. Например мониторите с диагонал от 15 до 16 инча обикновено имат работна разделителна способност 1024X768, което означава, че този монитор всъщност има 1024 хоризонтални пиксела и 768 вертикални пиксела. Работната разделителна способност на монитора определя размера на иконите и шрифтовете, които ще се показват на екрана. Например, 15-инчов монитор може да има работна разделителна способност както от 1024X768, така и от 1400X1050 пиксела. В последния случай физическите размери на самите пиксели ще бъдат по-малки и тъй като при формирането стандартна иконаи в двата случая се използва един и същ брой пиксели, тогава при резолюция от 1400x1050 пиксела иконата ще бъде по-малка по физически размер. За някои потребители твърде малките размери на икони при висока разделителна способност на монитора може да са неприемливи, така че когато купувате монитор, трябва незабавно да обърнете внимание на работната разделителна способност. Разбира се, мониторът е в състояние да показва изображение в различна разделителна способност от работната. Този режим на работа на монитора се нарича интерполация. В случай на интерполация, качеството на изображението оставя много да се желае. Режимът на интерполация значително влияе върху качеството на изобразяване на екранните шрифтове.

Интерфейс на монитора

LCD мониторите са присъщи цифрови устройстваследователно "родният" интерфейс за тях е цифровият интерфейс DVI, който може да има два вида конвектори: DVI-I, съчетаващ цифрови и аналогов сигнал s и DVI-D, които предават само цифров сигнал. Смята се, че DVI интерфейсът е по-предпочитан за свързване на LCD монитор към компютър, въпреки че е възможно да се свържете и чрез стандартен D-Sub конектор. DVI интерфейсът се поддържа и от факта, че в случай на аналогов интерфейс се получава двойно преобразуване на видеосигнала: първо цифровият сигнал се преобразува в аналогов във видеокартата (DAC преобразуване), което след това се трансформира в цифров електронен блок на самия LCD монитор (ADC преобразуване), в резултат на това рискът от различни изкривявания на сигнала се увеличава. Много съвременни LCD монитори имат както D-Sub, така и DVI конектори, което ви позволява да свържете два монитора към монитора едновременно. системен блок. Можете да намерите и модели с два цифрови конектора. В евтините офис модели има основно само стандартен D-Sub конектор.

Тип LCD матрица

Основният компонент на LCD матрицата са течните кристали. Има три основни типа течни кристали: смектични, нематични и холестерични. Според електрическите свойства всички течни кристали се разделят на две основни групи: първата група включва течни кристали с положителна диелектрична анизотропия, втората - с отрицателна диелектрична анизотропия. Разликата се състои в това как тези молекули реагират на външно електрическо поле. Молекулите с положителна диелектрична анизотропия са ориентирани по силовите линии, а молекулите с отрицателна диелектрична анизотропия са перпендикулярни на силовите линии. Нематичните течни кристали имат положителна диелектрична анизотропия, докато смектичните течни кристали, напротив, имат отрицателна. Друго забележително свойство на LC молекулите е тяхната оптична анизотропия. По-специално, ако ориентацията на молекулите съвпада с посоката на разпространение на плоска поляризирана светлина, тогава молекулите нямат ефект върху равнината на поляризация на светлината. Ако ориентацията на молекулите е перпендикулярна на посоката на разпространение на светлината, тогава равнината на поляризация се завърта така, че да бъде успоредна на посоката на ориентация на молекулите. Диелектричната и оптична анизотропия на LC молекулите позволяват използването им като вид модулатори на светлината, които дават възможност за формиране на необходимото изображение на екрана. Принципът на действие на такъв модулатор е доста прост и се основава на промяна на равнината на поляризация на светлината, преминаваща през LC клетката. LC клетката е разположена между два поляризатора, чиито поляризационни оси са взаимно перпендикулярни. Първият поляризатор отрязва плоско поляризирана радиация от светлината, преминаваща от фоновото осветление. Ако нямаше LC клетка, тогава такава плоскополяризирана светлина би била напълно погълната от втория поляризатор. LC клетка, поставена по пътя на предаваната равнина поляризирана светлина, може да завърти равнината на поляризация на предаваната светлина. В този случай част от светлината преминава през втория поляризатор, тоест клетката става прозрачна (напълно или частично). В зависимост от това как се контролира въртенето на равнината на поляризация в LC клетка, се разграничават няколко типа LC матрици. И така, LC клетка, поставена между два кръстосани поляризатора, дава възможност за модулиране на предаваната радиация, създавайки черно-бели цветни градации. За да получите цветно изображение, е необходимо да използвате три цветни филтъра: червен (R), зелен (G) и син (B), които, когато са инсталирани по пътя на разпространението на бялото, ще ви позволят да получите три основни цвята в правилните пропорции. И така, всеки LCD пиксел се състои от три отделни подпиксела: червен, зелен и син, които са контролируеми LCD клетки и се различават само по използваните филтри, инсталирани между горната стъклена плоча и изходния поляризиращ филтър

Класификация на TFT-LCD дисплеи

Основните технологии в производството на LCD дисплеи: TN + филм, IPS (SFT) и MVA. Тези технологии се различават по геометрията на повърхностите, полимера, контролната плоча и предния електрод. От голямо значение са чистотата и вида на полимера с течнокристални свойства, използвани в специфични разработки.

TN матрица

TN клетъчна структура

Течнокристалната матрица от TN тип (Twisted Nematic) е многослойна структура, състояща се от два поляризиращи филтъра, два прозрачни електрода и две стъклени пластини, между които има нематичен тип течнокристално вещество с положителна диелектрична анизотропия. На повърхността на стъклените плочи се нанасят специални канали, което дава възможност първоначално да се създаде една и съща ориентация на всички течни кристални молекули по протежение на плочата. Жлебовете на двете плочи са взаимно перпендикулярни, така че слоят от течни кристални молекули между плочите променя ориентацията си с 90°. Оказва се, че LC молекулите образуват структура, усукана в спирала (фиг. 3), поради което такива матрици се наричат ​​Twisted Nematic. Стъклените плочи с жлебове са разположени между два поляризиращи филтъра, като оста на поляризация във всеки филтър съвпада с посоката на жлебовете на плочата. В нормално състояние LC клетката е отворена, тъй като течните кристали въртят равнината на поляризация на светлината, преминаваща през тях. Следователно, плоскополяризираното лъчение, образувано след преминаване през първия поляризатор, ще премине и през втория поляризатор, тъй като неговата поляризационна ос ще бъде успоредна на посоката на поляризация на падащото лъчение. Под въздействието на електрическо поле, създадено от прозрачни електроди, молекулите на течнокристалния слой променят своята пространствена ориентация, подреждайки се по посока на силовите линии на полето. В този случай течнокристалният слой губи способността си да върти равнината на поляризация на падащата светлина и системата става оптически непрозрачна, тъй като цялата светлина се абсорбира от изходния поляризационен филтър. В зависимост от приложеното напрежение между управляващите електроди е възможно да се промени ориентацията на молекулите по протежение на полето не напълно, а само частично, тоест да се контролира степента на усукване на LC молекулите. Това от своя страна ви позволява да променяте интензитета на светлината, преминаваща през LCD клетката. По този начин, чрез инсталиране на подсветка зад LCD матрицата и промяна на напрежението между електродите, е възможно да се променя степента на прозрачност на една LCD клетка. TN матриците са най-често срещаните и най-евтини. Те имат определени недостатъци: не много големи ъгли на видимост, нисък контраст и невъзможност да се получи перфектно черно. Въпросът е, че дори когато към клетката се приложи максимално напрежение, е невъзможно напълно да се развият LC молекулите и да се ориентират по силовите линии на полето. Следователно такива матрици остават леко прозрачни дори когато пикселът е напълно изключен. Вторият недостатък е свързан с малки ъгли на видимост. За да го премахнете частично, върху повърхността на монитора се нанася специален дифузиращ филм, който ви позволява да увеличите ъгъла на гледане. Тази технологиябеше наречен TN+Film, което показва наличието на този филм. Да разберете точно какъв тип матрица се използва в монитора не е толкова лесно. Ако обаче на монитора има „счупен“ пиксел, който е възникнал поради повреда на транзистора, управляващ LCD клетката, тогава в TN матриците той винаги ще гори ярко (червен, зелен или син), тъй като за TN матрица отворен пиксел съответства на отсъствието на напрежение в клетката. Можете също да разпознаете TN матрицата, като погледнете черния цвят при максимална яркост - ако е повече сив, отколкото черен, тогава това вероятно е TN матрицата.

IPS матрици

IPS клетъчна структура

IPS мониторите се наричат ​​още Super TFT монитори. Отличителна черта на IPS матриците е, че управляващите електроди са разположени в тях в една и съща равнина от долната страна на LCD клетката. При липса на напрежение между електродите, LC молекулите са успоредни една на друга, на електродите и на посоката на поляризация на долния поляризационен филтър. В това състояние те не влияят на ъгъла на поляризация на предаваната светлина и светлината се абсорбира напълно от изходния поляризационен филтър, тъй като посоките на поляризация на филтрите са перпендикулярни една на друга. Когато напрежението се прилага към управляващите електроди, генерираното електрическо поле завърта LC молекулите на 90°, така че те да са ориентирани по силовите линии на полето. Ако през такава клетка се пропусне светлина, то поради въртенето на равнината на поляризация горният поляризационен филтър ще пропуска светлина без смущения, тоест клетката ще бъде в отворено състояние (фиг. 4). Чрез промяна на напрежението между електродите, LC молекулите могат да бъдат принудени да се въртят под произволен ъгъл, като по този начин се променя прозрачността на клетката. Във всички други отношения IPS клетките са подобни на TN матриците: цветно изображение също се формира чрез използване на три цветни филтъра. IPS матриците имат както предимства, така и недостатъци в сравнение с TN матриците. Предимството е фактът, че в този случайоказва се идеално черно, а не сиво, както в TN-матриците. Друго безспорно предимстводадена технология са с големи ъгли на видимост. Недостатъците на IPS матриците включват по-дълго време за реакция на пикселите, отколкото при TN матриците. Ще се върнем обаче към въпроса за времето за реакция на един пиксел. В заключение отбелязваме, че има различни модификации на IPS матрици (Super IPS, Dual Domain IPS), които подобряват тяхната производителност.

MVA матрици

Домейн структура на MVA клетка

MVA е еволюция на VA технологията, т.е. технология за вертикално молекулярно подравняване. За разлика от TN и IPS матриците, в този случай се използват течни кристали с отрицателна диелектрична анизотропия, които са ориентирани перпендикулярно на посоката на линиите на електрическото поле. При липса на напрежение между плочите на LC клетката, всички течни кристални молекули са ориентирани вертикално и нямат ефект върху равнината на поляризация на предаваната светлина. Тъй като светлината преминава през два кръстосани поляризатора, тя се абсорбира напълно от втория поляризатор и клетката е в затворено състояние, докато за разлика от TN матрицата е възможно да се получи идеален черен цвят. Ако се приложи напрежение към електродите, разположени отгоре и отдолу, молекулите се завъртат на 90°, като се ориентират перпендикулярно на линиите на електрическото поле. Когато плоскополяризираната светлина преминава през такава структура, равнината на поляризация се завърта на 90° и светлината преминава свободно през изходния поляризатор, т.е. LC клетката е в отворено състояние. Предимствата на системите с вертикално подреждане на молекулите са възможността за получаване на перфектен черен цвят (което от своя страна се отразява на възможността за получаване на висококонтрастни изображения) и кратко време за реакция на пиксела. За увеличаване на ъглите на видимост в системи с вертикално подреждане на молекулите се използва многодомейна структура, която води до създаване на матрици от типа MVA. Смисълът на тази технология се крие във факта, че всеки субпиксел е разделен на няколко зони (домейни) с помощта на специални издатини, които леко променят ориентацията на молекулите, принуждавайки ги да се подравнят с повърхността на перваза. Това води до факта, че всеки такъв домейн свети в собствена посока (в рамките на определен солиден ъгъл), а комбинацията от всички посоки разширява ъгъла на видимост на монитора. Предимствата на MVA матриците включват висок контраст (поради възможността за получаване на перфектно черно) и големи ъгли на видимост (до 170°). В момента има няколко разновидности на технологията MVA, като PVA (шаблонно вертикално подравняване) от Samsung, MVA-Premium и др., които допълнително подобряват производителността на MVA матриците.

Яркост

Днес при LCD мониторите максималната яркост, декларирана в техническата документация, е от 250 до 500 cd / m2. И ако яркостта на монитора е достатъчно висока, тогава това задължително е посочено в рекламните брошури и представено като едно от основните предимства на монитора. Това обаче е точно един от клопките. Парадоксът се крие във факта, че е невъзможно да се съсредоточи върху числата, посочени в техническата документация. Това се отнася не само за яркостта, но и за контраста, ъглите на видимост и времето за реакция на пикселите. Те не само, че изобщо не отговарят на действително наблюдаваните стойности, понякога е трудно да се разбере какво изобщо означават тези числа. На първо място, има различни техники за измерване, описани в различни стандарти; съответно измерванията, извършени по различни методи, дават различни резултати и е малко вероятно да успеете да разберете по кой метод и как са извършени измерванията. Ето един прост пример. Измерената яркост зависи от цветовата температура, но когато казват, че яркостта на монитора е 300 cd / m2, възниква въпросът: при каква цветова температура се постига тази максимална яркост? Освен това производителите посочват яркостта не за монитора, а за LCD матрицата, което изобщо не е едно и също нещо. За измерване на яркостта се използват специални референтни сигнали от генератори с точно зададена цветова температура, така че характеристиките на самия монитор като краен продукт може да се различават значително от посочените в техническата документация. Но за потребителя характеристиките на самия монитор, а не на матрицата, са от първостепенно значение. Яркостта е наистина важна характеристика за LCD монитора. Например, при недостатъчна яркост е малко вероятно да можете да играете различни игри или да гледате DVD филми. Освен това ще бъде неудобно да работите зад монитора при дневна светлина (външно осветление). Все пак би било преждевременно да се заключи на тази основа, че монитор с декларирана яркост от 450 cd/m2 е някак по-добър от монитор с яркост от 350 cd/m2. Първо, както вече беше отбелязано, декларираната и действителната яркост не са едно и също нещо, и второ, напълно достатъчно е LCD мониторът да има яркост от 200-250 cd / m2 (но не е декларирана, а действително наблюдавана). Освен това, от голямо значение е и фактът как се регулира яркостта на монитора. От гледна точка на физиката, регулирането на яркостта може да се извърши чрез промяна на яркостта на лампите за подсветка. Това се постига или чрез регулиране на разрядния ток в лампата (в мониторите флуоресцентните лампи със студен катод Флуоресцентни лампи, CCFL се използват като лампи за подсветка), или чрез т. нар. широчинно-импулсна модулация на мощността на лампата. При широчинно-импулсна модулация напрежението към фоновото осветление се подава от импулси с определена продължителност. В резултат на това лампата за осветление не свети постоянно, а само на периодично повтарящи се интервали от време, но поради инерцията на зрението изглежда, че лампата свети постоянно (честотата на повторение на импулса е повече от 200 Hz). Очевидно е, че чрез промяна на ширината на приложените импулси на напрежение е възможно да се регулира средната яркост на светлината на лампата за подсветка. В допълнение към регулирането на яркостта на монитора поради подсветката, понякога тази настройка се извършва от самата матрица. Всъщност към управляващото напрежение на електродите на LC клетката се добавя постоянен компонент. Това позволява на LCD клетката да бъде напълно отворена, но не й позволява да бъде напълно затворена. В този случай, когато яркостта се увеличи, черният цвят престава да бъде черен (матрицата става частично прозрачна дори когато LCD клетката е затворена).

Контраст

Също толкова важна характеристика на LCD монитора е неговият контраст, който се определя като съотношението на яркостта на бял фон към яркостта на черен фон. Теоретично контрастът на монитора трябва да е независим от нивото на яркост, зададено на монитора, тоест при всяко ниво на яркост измереният контраст трябва да има същата стойност. Наистина, яркостта на белия фон е пропорционална на яркостта на подсветката. В идеалния случай съотношението на пропускливост на светлина на LCD клетка в отворено и затворено състояние е характеристика на самата LCD клетка, но на практика това съотношение може да зависи както от зададената цветова температура, така и от зададеното ниво на яркост на монитора. През последните години контрастът на изображението на цифровите монитори се е увеличил значително и сега тази цифра често достига стойност от 500:1. Но дори и тук всичко не е толкова просто. Факт е, че контрастът може да бъде определен не за монитора, а за матрицата. Въпреки това, както показва опитът, ако в паспорта е посочено контрастно съотношение повече от 350:1, това е напълно достатъчно за нормална работа.

Ъгъл на гледане

Максималният ъгъл на гледане (както вертикално, така и хоризонтално) се дефинира като зрителен ъгъл, от който контрастът на изображението в центъра е най-малко 10:1. Някои производители на матрици при определяне на ъгли на видимост използват контраст не 10:1, а 5:1, което също внася известно объркване в техническите спецификации. Формалната дефиниция на ъглите на гледане е доста неясна и, най-важното, не е пряко свързана с правилното възпроизвеждане на цветовете при гледане на изображение под ъгъл. Всъщност за потребителите много по-важно обстоятелство е фактът, че при гледане на изображение под ъгъл спрямо повърхността на монитора се наблюдава не спад в контраста, а изкривявания на цвета. Например, червеното се превръща в жълто, а зеленото се превръща в синьо. Освен това такива изкривявания различни моделипроявяват се по различни начини: за някои те стават забележими вече под лек ъгъл, много по-малък от ъгъла на видимост. Следователно, сравняването на монитори по отношение на ъглите на гледане е основно погрешно. Възможно е да се сравни нещо, но такова сравнение няма практическа стойност.

Време за реакция на пиксела

Типична времева диаграма за включване на пикселите за TN+Film матрица

Типична времева диаграма на изключване на пикселите за TN+Film-matrix

Времето за реакция или времето за реакция на пиксела обикновено се посочва в техническата документация за монитора и се счита за една от най-важните характеристики на монитора (което не е напълно вярно). При LCD мониторите времето за реакция на пиксела, което зависи от вида на матрицата, се измерва в десетки милисекунди (в новите TN + Film матрици времето за реакция на пиксела е 12 ms) и това води до размазване на променящата се картина и може да бъде забележим за окото. Разграничаване на времето за включване и изключване на пиксел. Времето за включване на пиксела се отнася до времето, необходимо за отваряне на LCD клетката, а времето за изключване се отнася до времето, необходимо за затварянето й. Когато говорят за времето за реакция на пиксел, те разбират общото време на включване и изключване на пиксела. Времето за включване на пиксела и времето за изключване може да варира значително. Когато говорят за времето за реакция на пиксела, посочено в техническата документация за монитора, те имат предвид времето за реакция на матрицата, а не на монитора. Освен това времето за реакция на пиксела, посочено в техническата документация, се интерпретира различно от различните производители на матрици. Например, една от опциите за интерпретиране на времето за включване (изключване) на пиксел е, че това е времето за промяна на яркостта на пиксел от 10 до 90% (от 90 до 10%). Досега, когато се говори за измерване на времето за реакция на пиксел, се разбираше, че говорим за превключване между черни и бели цветове. Ако няма въпроси с черния цвят (пикселът е просто затворен), тогава изборът на бял цвят не е очевиден. Как ще се промени времето за реакция на пиксел, ако го измерите при превключване между различни полутонове? Този въпрос е от голямо практическо значение. Факт е, че преминаването от черен фон към бял или обратно е сравнително рядко в реалните приложения. В повечето приложения, като правило, се изпълняват преходи между полутонове. И ако времето за превключване между черни и бели цветове се окаже по-малко от времето за превключване между сивата скала, тогава времето за реакция на пиксела няма да има практическа стойност и е невъзможно да се фокусира върху тази характеристика на монитора. Какъв извод може да се направи от горното? Всичко е много просто: времето за реакция на пиксела, декларирано от производителя, не позволява да се прецени еднозначно динамичните характеристики на монитора. По-правилно е в този смисъл да се говори не за времето на превключване на пиксел между бели и черни цветове, а за средното време на превключване на пиксел между полутонове.

Брой показвани цветове

Всички монитори са RGB устройства по природа, тоест цветът им се получава чрез смесване в различни пропорции на трите основни цвята: червен, зелен и син. По този начин всеки LCD пиксел се състои от три цветни подпиксела. В допълнение към напълно затвореното или напълно отвореното състояние на LC клетката са възможни и междинни състояния, когато LC клетката е частично отворена. Това ви позволява да оформите цветен нюанс и да смесите цветовите нюанси на основните цветове в правилните пропорции. В същото време броят на цветовете, възпроизвеждани от монитора, теоретично зависи от това колко цветови нюанса могат да се образуват във всеки цветен канал. Частичното отваряне на LC клетката се постига чрез прилагане на необходимото ниво на напрежение към управляващите електроди. Следователно, броят на възпроизводимите цветови нюанси във всеки цветен канал зависи от това колко различни нива на напрежение могат да бъдат приложени към LCD клетката. За да се формира произволно ниво на напрежение, ще е необходимо да се използват DAC вериги с голям капацитет, което е изключително скъпо. Ето защо в съвременните LCD монитори най-често се използват 18-битови ЦАП и по-рядко 24-битови. Когато използвате 18-битов ЦАП, всеки цветен канал има 6 бита. Това ви позволява да формирате 64 (26=64) различни нива на напрежение и съответно да получите 64 цветови нюанса в един цветен канал. Като цяло, чрез смесване на цветовите нюанси на различни канали, е възможно да се създадат 262 144 цветови нюанса. При използване на 24-битова матрица (24-битова DAC схема), всеки канал има 8 бита, което дава възможност за формиране на 256 (28 = 256) цветови нюанса във всеки канал, като общо такава матрица възпроизвежда 16 777 216 цветови нюанса. В същото време за много 18-битови матрици в паспорта е посочено, че те възпроизвеждат 16,2 милиона цвята. Какво става тук и възможно ли е? Оказва се, че в 18-битовите матрици, поради всякакви трикове, можете да доближите броя на цветовите нюанси до това, което се възпроизвежда от реални 24-битови матрици. За екстраполация на цветови нюанси в 18-битови матрици се използват две технологии (и техните комбинации): дитеринг (dithering) и FRC (Frame Rate Control). Същността на технологията за дитъринг е, че липсващите цветови нюанси се получават чрез смесване на най-близките цветови нюанси на съседните пиксели. Нека разгледаме един прост пример. Да предположим, че един пиксел може да бъде само в две състояния: отворено и затворено, като затвореното състояние на пиксела образува черно, а отвореното - червено. Ако вместо един пиксел разгледаме група от два пиксела, тогава освен черен и червен, можем да получим и междинен цвят, като по този начин екстраполираме от двуцветен режим към трицветен. В резултат на това, ако първоначално такъв монитор може да генерира шест цвята (по два за всеки канал), то след такова дитеринг той ще възпроизведе вече 27 цвята. Схемата за дитеринг има един съществен недостатък: увеличаването на цветовите нюанси се постига за сметка на намаляване на разделителната способност. Всъщност това увеличава размера на пиксела, което може да повлияе неблагоприятно на изобразяването на детайлите на изображението. Същността на FRC технологията е да манипулира яркостта на отделните субпиксели, като ги включва/изключва. Както в предишния пример, пикселът се счита или черен (изключен), или червен (включен). Всеки субпиксел получава команда да се включи с кадрова честота, тоест при честота на кадрите от 60 Hz, всеки субпиксел получава команда да се включи 60 пъти в секунда. Това позволява да се генерира червеният цвят. Ако принудим пиксела да се включва не 60 пъти в секунда, а само 50 (на всеки 12-ти цикъл изключвайте пиксела, а не го включвайте), в резултат на това яркостта на пиксела ще бъде 83% от максимума, което ще позволи да се образува междинен цветен нюанс на червено. И двата разглеждани метода за екстраполация на цветовете имат своите недостатъци. В първия случай това е възможно трептене на екрана и леко увеличаване на времето за реакция, а във втория - вероятността от загуба на детайли на изображението. Доста трудно е да се разграничи на око 18-битова матрица с цветна екстраполация от истинска 24-битова. В същото време цената на 24-битова матрица е много по-висока.

Принципът на работа на TFT-LCD дисплеите

Общият принцип на образуване на изображение на екрана е добре илюстриран на фиг. 1. Но как да контролирате яркостта на отделните субпиксели? На начинаещите обикновено се обяснява по следния начин: зад всеки субпиксел има течнокристален затвор. В зависимост от приложеното към него напрежение, той предава повече или по-малко светлина от подсветката. И всеки веднага си представя някакви клапи на малки бримки, които се обръщат до желания ъгъл ... нещо подобно:

Всъщност, разбира се, всичко е много по-сложно. На пантите няма клапи от материал. В реална течна кристална матрица светлинният поток се контролира по следния начин:

Светлината от подсветката (минаваме през картината отдолу нагоре) първо преминава през долния поляризационен филтър (бяла засенчена плоча). Сега това вече не е обикновен поток светлина, а поляризиран. Освен това светлината преминава през полупрозрачни контролни електроди (жълти плочи) и по пътя си среща слой от течни кристали. Чрез промяна на поляризацията на управляващото напрежение светлинен потокможе да бъде променен с до 90 градуса (на снимката вляво) или оставен непроменен (на същото място вдясно). Внимание, забавлението започва! След слоя течни кристали се разполагат светлинни филтри и тук всеки субпиксел се боядисва в желания цвят – червен, зелен или син. Ако погледнете екрана с премахнат горният поляризиращ филтър, ще видите милиони светещи субпиксели - и всеки свети с максимална яркост, защото очите ни не могат да различат поляризацията на светлината. С други думи, без горния поляризатор ще видим само равномерно бяло сияние по цялата повърхност на екрана. Но си струва да върнете горния поляризационен филтър на мястото си - и той ще "покаже" всички промени, които течните кристали са направили с поляризацията на светлината. Някои субпиксели ще останат ярко светещи, като левия на фигурата, чиято поляризация е променена с 90 градуса, а някои ще изгаснат, тъй като горният поляризатор е в противофаза спрямо долния и не предава светлина по подразбиране ( тази, която е по подразбиране) поляризация. Има и субпиксели с междинна яркост - поляризацията на светлинния поток, който преминава през тях, се завърта не на 90, а на по-малък брой градуса, например с 30 или 55 градуса.

Предимства и недостатъци

Конвенции: (+) достойнство, (~) приемливо, (-) недостатък
	LCD монитори	CRT монитори
Яркост	(+) от 170 до 250 cd/m2	(~) 80 до 120 cd/m2
Контраст	(~) 200:1 до 400:1	(+) 350:1 до 700:1
Ъгъл на гледане (за разлика от тях)	(~) 110 до 170 градуса	(+) над 150 градуса
Ъгъл на гледане (по цвят)	(-) 50 до 125 градуса	(~) над 120 градуса
Разрешение	(-) Единична разделителна способност с фиксиран размер на пикселите. Optimally може да се използва само в тази резолюция; могат да се използват по-високи или по-ниски разделителни способности в зависимост от поддържаните функции за разширяване или компресиране, но те не са оптимални.	(+) Поддържат се различни резолюции. При всички поддържани разделителни способности мониторът може да се използва оптимално. Ограничението се налага само от приемливостта на честотата на опресняване.
Вертикална честота	(+) Оптимална честота 60 Hz, която е достатъчна за липса на трептене	(~) Само при честоти над 75 Hz няма ясно забележимо трептене
Грешки при съвпадение на цветовете	(+) не	(~) 0,0079 до 0,0118 инча (0,20 - 0,30 мм)
Фокусиране	(+) много добре	(~) справедлив до много добър>
Геометрично/линейно изкривяване	(+) не	(~) възможно
Пиксели, които не работят	(-) до 8	(+) не
Входен сигнал	(+) аналогов или цифров	(~) само аналогов
Мащабиране при различни резолюции	(-) се използват отсъстващи или интерполационни методи, които не изискват големи режийни разходи	(+) много добре
Точност на цветния дисплей	(~) Поддържа се True Color и се симулира необходимата цветова температура	(+) Поддържа се True Color и в същото време на пазара има много устройства за калибриране на цветове, което е безспорен плюс
Гама корекция (настройване на цвета според характеристиките на човешкото зрение)	(~) задоволително	(+) фотореалистично
Еднородност	(~) често изображението е по-ярко в краищата	(~) често изображението е по-ярко в центъра
Чистота на цвета/Качество на цвета	(~) добре	(+) високо
трептене	(+) не	(~) неусетно над 85 Hz
Инерционно време	(-) 20 до 30 ms.	(+) пренебрежително малък
Изобразяване	(+) Изображението се формира от пиксели, чийто брой зависи само от конкретната разделителна способност на LCD панела. Стъпката на пикселите зависи само от размера на самите пиксели, но не и от разстоянието между тях. Всеки пиксел е индивидуално оформен за превъзходен фокус, яснота и дефиниция. Изображението е по-последователно и гладко	(~) Пикселите се образуват от група точки (триади) или ивици. Стъпката на точка или линия зависи от разстоянието между точки или линии от един и същи цвят. В резултат на това остротата и яснотата на изображението са силно зависими от размера на стъпката на точката или линията и от качеството на CRT.
Консумация на енергия и емисии	(+) Практически няма опасно електромагнитно излъчване. Консумацията на енергия е с около 70% по-ниска от стандартните CRT монитори (25W до 40W).	(-) Електромагнитните емисии винаги присъстват, но тяхното ниво зависи от това дали CRT отговаря на някакъв стандарт за безопасност. Консумация на енергия в работно състояние на ниво 60 - 150 вата.
Размери/тегло	(+) плосък дизайн, леко тегло	(-) тежка конструкция, заема много място
Интерфейс на монитора	(+) Цифров интерфейс обаче повечето LCD монитори имат вграден аналогов интерфейс за свързване към най-често срещаните аналогови изходи на видео адаптери	(-) Аналогов интерфейс

литература

• А.В.Петроченков „Хардуер-компютър и периферни устройства“, -106str.ill.
• В. Е. Фигурнов „IBM PC за потребителя“, -67стр.
• “HARD “n” SOFT” (компютърно списание за широк кръг потребители) № 6 2003 г.
• Н. И. Гурин „Работете върху персонален компютър“,-128стр.

Основни параметри на LCD монитори

И така, какво знаем за мониторите с течни кристали? Първо, те се различават по размер и цвят. На второ място - цената. На трето място, те се произвеждат от повече от дузина различни компании. Това, може би, познанията на обикновения компютърен потребител са ограничени. Ще се опитаме да ги разширим.

Най-важните потребителски характеристики на LCD монитор (или LCD монитор) са, както следва: цена, съотношение на екрана, разделителна способност, диагонал, контраст, яркост, време за реакция, ъгъл на гледане, наличност дефектни пиксели, интерфейси, тип матрица, размери, консумация на енергия.

Цена
Относно ценообразуването: като цяло, колкото по-скъп е мониторът, толкова по-добър е той. Има обаче нюанси. Двама производителя могат да създават своите модели на базата на една и съща матрица, но разликата в цената може да достигне повече от хиляда рубли. Всичко заради дизайна, маркетинговата политика на компанията и други фактори.
Освен това всеки допълнителна функцияили възможността за увеличаване на крайната цена на монитора. Освен това тези подобрения не винаги са необходими за потребителя. Много от тях имат достатъчно качество на картината и функционалност на евтини модели, базирани на TN-матрица. Но някои изискват точно възпроизвеждане на цветовете, което може да бъде осигурено само от по-скъпи модели, базирани на IPS- или *VA-матрица.
Цените за най-евтините 18,5-инчови и 19-инчови монитори започват от $100.

Формат на екрана
Вече остарелите CRT монитори имаха стандартно съотношение на страните 4:3 (ширина към височина). Първите LCD монитори също бяха произведени по този начин (плюс беше произведен формат 5:4). Сега вече е трудно да ги намерите в продажба: широкоекранни модели са на рафтовете на магазините - модели със съотношение на страните 16:10, 16:9, 15:9, което е свързано с активното въвеждане на видео в HD формат (16 :9).
Мониторите 4:3 са по-предпочитани за сърфиране в мрежата, работа с текст, публикуване и други програми, където работата се извършва предимно върху вертикални обекти (страници). Но като домашен монитор и средство за забавление (преглед на разнообразно видео съдържание, триизмерни игри), широкоекранният монитор ще бъде най-добрият избор.

Резолюция на екрана
Този параметър показва колко точки (пиксела) са поставени върху видимата част на монитора. Например: 1680x1050 (1680 точки хоризонтално и 1050 точки вертикално). Този параметър се определя въз основа на формата на рамката (броят на точките е кратен на съотношението на страните). В случая е 16:10. Има краен брой такива двойки числа (таблица с разрешения може да бъде намерена онлайн).
В CRT мониторите можете да зададете всяка разделителна способност, която се поддържа от монитора или видеокартата. При LCD мониторите има само една фиксирана разделителна способност, останалите се постигат чрез интерполация. Това влошава качеството на картината. Ето защо, когато избирате между монитори със същата резолюция, е по-добре да изберете по-голям диагонал. Особено ако имате нарушено зрение, което не е необичайно в наше време. Освен това разделителната способност на LCD монитора трябва да се поддържа от вашата графична карта. Проблеми могат да възникнат с остарели видеокарти. В противен случай ще трябва да зададете разделителна способност, която не е местна. И това е ненужно изкривяване на картината.
Купуването на монитор с резолюция 1920x1080 (Full HD) или 2560x1600 изобщо не е необходимо. Тъй като компютърът ви може да изпълнява 3D игри с тази разделителна способност, а Full HD видеоклиповете все още не са много често срещани.

Диагонал на екрана
Тази стойност традиционно се измерва в инчове и показва разстоянието между два противоположни ъгъла. Оптималният диагонал за днес по размер и цена е 20-22 инча. Между другото, със същия размер на диагонала, монитор 4:3 ще има по-голяма повърхност.

Контраст
Тази стойност показва максималното съотношение на яркост между най-светлите и най-тъмните точки. Обикновено се посочва като двойка числа като 1000:1. Колкото по-статичен контраст, толкова по-добре, тъй като ще ви позволи да видите повече нюанси (например вместо черни зони - нюанси на черно в снимки, игри или филми). Моля, имайте предвид, че производителят може да замени информацията за статичен контраст с информация за динамичен контраст, която се изчислява по различен начин и не трябва да се разчита при избора на монитор.

Яркост
Този параметър показва количеството светлина, излъчвано от дисплея. Измерва се в кандела на квадратен метър. Високата стойност на яркостта няма да навреди. В този случай винаги ще бъде възможно да намалите яркостта в зависимост от вашите собствени предпочитания и осветеността на работното място.

Време за реакция
Времето за реакция е минималното време, необходимо на пиксела да промени яркостта си от активна (бяла) до неактивна (черна) и обратно към активна. Времето за реакция е сумата от времето за буфериране и времето за превключване. Последният параметър е посочен в характеристиките. Измерва се в милисекунди (ms). По-малко е по-добре. Дългото време за реакция води до размазани изображения в бързи сцени във филми и игри. В повечето евтини модели, базирани на TN-матрица, времето за реакция не надвишава 10 ms и е напълно достатъчно за удобна работа. Между другото, някои производители са хитри, като измерват времето за преход от един нюанс на сивото в друг и дават тази стойност като време за реакция.

Ъгъл на гледане
Този параметър показва при какъв ъгъл на видимост пада контрастът до определената стойност. В този случай изкривяването става неприемливо за гледане. Уви, всяка компания изчислява ъгъла на видимост по различен начин, така че най-доброто нещо, което трябва да направите, е да погледнете по-отблизо монитора, преди да купите.

Дефектни пиксели
След производството на LCD матрицата, тя може да съдържа дефекти на изображението, които се разделят на мъртви и „горещи“ (зависими) пиксели. Появата на последните зависи от някои фактори: например, те могат да се появят при повишаване на температурата. Можете да опитате да премахнете „горещи“ пиксели с помощта на процедурата „пренаписване“ (повредените пиксели ще бъдат изключени). Едва ли ще успеете да се отървете от пикселите.
Съгласете се, неприятно е да работите на монитор с постоянно горяща зелена или червена точка. Ето защо, когато проверявате монитора в магазин, стартирайте някаква тестова програма, за да определите наличието или отсъствието на дефектни пиксели. Или последователно запълнете екрана с черно, бяло, червено, зелено и синьо и разгледайте по-отблизо. Ако няма мъртви пиксели, не се колебайте да го вземете. За съжаление, те могат да се появят по-късно, но вероятността за това е малка.
Още нещо, което трябва да имате предвид: стандартът ISO 13406-2 установява четири класа на качество за монитори според допустимия брой мъртви пиксели. Следователно продавачът може да откаже замяна на модела, ако броят на мъртвите пиксели не надвишава класа на качество, определен от производителя.

Тип матрица
При производството на дисплеи се използват три основни технологии: TN, IPS и MVA/PVA. Има и други, но нямат такова разпределение. Не се интересуваме от технологични различия, нека преминем към потребителските свойства.
TN+филм. Най-масивните и евтини панели. Те имат добро време за реакция, но лошо ниво на контраст и малък зрителен ъгъл. Също така цветопредаване е куца. Поради това те не се използват в области, където е необходима точна работа с цвета. За домашна употреба - най-добрият вариант.
IPS (SFT). Уважаеми панели. Добър зрителен ъгъл, висок контраст, добро възпроизвеждане на цветовете, но дълго време за реакция. Единствените, които могат да изобразят пълната гама от RGB цветове. В момента се развиват разработки за подобряване на времето за реакция, разширяване на цветовата гама още повече и подобряване на други параметри.
MVA/PVA. Нещо между TN и IPS, както по отношение на разходите, така и по отношение на производителността. Времето за реакция не е много по-лошо от TN, а контрастът, възпроизвеждането на цветовете и ъгълът на видимост са по-добри.

интерфейси
Съвременните монитори могат да бъдат свързани към компютър с помощта на аналогови и цифрови интерфейси. Аналоговият VGA (D-Sub) е остарял, но най-вероятно ще се използва дълго време. Постепенно се заменя с цифров DVI. Могат да се намерят и цифрови интерфейси HDMI и DisplayPort.
По принцип трябва да знаете едно нещо: дали вашата видеокарта има подходящия интерфейс. Например, купихте нов монитор с цифров DVI, но видеокартата има само аналогов. В този случай ще трябва да използвате адаптер.

Размери, дизайн, консумация на енергия
Мониторът трябва да бъде избран не само въз основа на потребителските характеристики, но и външен вид. Но това е индивидуална настройка. Както вече писахме, красивият дизайн увеличава цената на монитора. Можете да игнорирате консумацията на енергия. В почти всички съвременни модели той е доста малък. Паспортът на устройството показва консумацията на енергия: активна (в работа) и пасивна (когато мониторът е изключен, но не е изключен от мрежата).
Още един въпрос: да вземете монитор с гланцово или матово покритие? Гланцът дава по-голям контраст, но повече отблясъци и се замърсява по-бързо.

Недостатъци на LCD мониторите
Въпреки факта, че LCD мониторите имат няколко предимства пред CRT мониторите, има редица недостатъци, които трябва да се отбележат:
1) само една „редовна“ разделителна способност, останалите се получават чрез интерполация със загуба на яснота;
2) цветовата гама и точността на цветовете са по-лоши;
3) сравнително ниско ниво на контраст и дълбочина на черното;
4) времето за реакция при промени в изображението е по-дълго от това на CRT мониторите;
5) проблемът със зависимостта на контраста от ъгъла на гледане все още не е решен;
6) възможното наличие на невъзстановими дефектни пиксели.

Бъдещето на LCD мониторите
LCD мониторите в момента са в разцвета си. Но преди няколко години експертите започнаха да говорят за технология, която някой ден може да ги замени. Най-обещаващи са OLED дисплеите (матрица с органични светодиоди). Масовото им производство обаче все още е изпълнено с трудности и е ограничено от доста висока цена. Освен това технологията на LCD мониторите непрекъснато се подобрява, така че обявяването за предстоящата им кончина е преждевременно.

Типът на матрицата, използвана в LCD монитора, разбира се, е една от най-важните характеристики на мониторите, но не и единствената. В допълнение към вида на матрицата, мониторите се характеризират с работна разделителна способност, максимална яркост и контраст, ъгли на видимост, време за превключване на пикселите, както и други, по-малко значими параметри. Нека разгледаме тези характеристики по-подробно.

Ако традиционните CRT монитори обикновено се характеризират с размер на диагонала на екрана, тогава за LCD мониторите такава класификация не е напълно правилна. По-правилно е LCD мониторите да се класифицират по работна разделителна способност. Факт е, че за разлика от базираните на CRT монитори, чиято резолюция може да се променя доста гъвкаво, LCD дисплеите имат фиксиран набор от физически пиксели. Ето защо те са предназначени да работят само с едно разрешение, наречено работещо. Косвено тази разделителна способност определя и размера на диагонала на матрицата, но мониторите с една и съща работна разделителна способност може да имат матрица с различни размери. Например мониторите с диагонал от 15 до 16 инча обикновено имат работна разделителна способност 1024x768, което от своя страна означава, че този монитор всъщност има 1024 пиксела хоризонтално и 768 пиксела вертикално.

Работната разделителна способност на монитора определя размера на иконите и шрифтовете, които ще се показват на екрана. Например, 15-инчов монитор може да има работна разделителна способност от 1024x768 пиксела или може би 1400x1050 пиксела. В последния случай физическите размери на самите пиксели ще бъдат по-малки и тъй като при формирането на стандартна икона в първия и втория случай се използва същия брой пиксели, то при разделителна способност 1400x1050 пиксела иконата ще да са по-малки във физически размери. Твърде малките размери на икони при висока разделителна способност на монитора може да са неприемливи за някои потребители, така че трябва незабавно да обърнете внимание на работната разделителна способност, когато купувате монитор.

Разбира се, мониторът е в състояние да показва изображение в разделителна способност, различна от работната. Този режим на работа на монитора се нарича интерполация. Имайте предвид, че в случай на интерполация качеството на изображението оставя много да се желае: изображението е хакнато и грубо, а освен това могат да се появят артефакти на мащабиране, като неравности по кръгове. Режимът на интерполация има особено силен ефект върху качеството на изобразяване на екранните шрифтове. Оттук следва изводът: ако, когато купувате монитор, планирате да го използвате за работа с нестандартна разделителна способност, тогава по прост начинпроверка на режима на работа на монитора по време на интерполация е да видите някои текстов документс дребен шрифт. Ще бъде лесно да забележите артефакти на интерполация по контурите на буквите и ако в монитора се използва по-добър алгоритъм за интерполация, буквите ще бъдат по-равномерни, но все пак размазани. Скоростта, с която LCD мониторът мащабира един кадър, също е важен параметър, на който трябва да се обърне внимание, тъй като на електрониката на монитора е необходимо време за интерполиране.

Една от силните страни на LCD монитора е неговата яркост. Тази цифра при дисплеите с течни кристали понякога надвишава тази при CRT базираните монитори с повече от два пъти. За да регулирате яркостта на монитора, променете интензитета на подсветката. Днес при LCD мониторите максималната яркост, декларирана в техническата документация, е от 250 до 300 cd / m2. И ако яркостта на монитора е достатъчно висока, тогава това задължително е посочено в рекламните брошури и представено като едно от основните предимства на монитора.

Яркостта наистина е важна характеристика за LCD монитора. Например, ако яркостта е недостатъчна, ще бъде неудобно да работите зад монитора при дневна светлина (външно осветление). Както показва опитът, напълно достатъчно е LCD мониторът да има яркост от 200-250 cd / m2 - но не е декларирана, а действително наблюдавана.

През последните години контрастът на изображението на цифровите панели се е увеличил значително и сега често тази цифра достига стойност от 1000:1. Този параметър се определя като съотношението между максималната и минималната яркост на бял и черен фон, съответно. Но и тук не всичко е толкова просто. Факт е, че контрастът може да се посочи не за монитора, а за матрицата и освен това има няколко алтернативни метода за измерване на контраста. Въпреки това, както показва опитът, ако в паспорта е посочено контрастно съотношение повече от 350:1, това е напълно достатъчно за нормална работа.

Поради въртенето на LC молекулите във всеки от цветните субпиксели под определен ъгъл е възможно да се получат не само отворените и затворените състояния на LC клетката, но и междинни състояния, които образуват цветния нюанс. Теоретично ъгълът на въртене на LC молекулите може да бъде произволен в диапазона от минимум до максимум. На практика обаче има температурни колебания, които пречат на прецизна настройка на ъгъла на въртене. Освен това, за да се формира произволно ниво на напрежение, ще е необходимо да се използват схеми на DAC с голям капацитет, което е изключително скъпо. Ето защо в съвременните LCD монитори най-често се използват 18-битови ЦАП и по-рядко 24-битови. Когато използвате 18-битов ЦАП, всеки цветен канал има 6 бита. Това дава възможност да се формират 64 (26 = 64) различни нива на напрежение и съответно да се задават 64 различни ориентации на LC молекули, което от своя страна води до образуването на 64 цветови нюанса в един цветен канал. Като цяло, чрез смесване на цветовите нюанси на различни канали, е възможно да се получат 262 K цветови нюанса.

При използване на 24-битова матрица (24-битова DAC схема), всеки канал има 8 бита, което дава възможност за формиране на 256 (28 = 256) цветови нюанса във всеки канал, като общо такава матрица възпроизвежда 16 777 216 цветови нюанса.

В същото време за много 18-битови матрици в паспорта е посочено, че те възпроизвеждат 16,2 милиона цвята. Какво става тук и възможно ли е? Оказва се, че в 18-битови матрици, поради различни трикове, можете да увеличите броя на цветовите нюанси, така че този брой да се доближи до броя на цветовете, възпроизвеждани от реални 24-битови матрици. За екстраполация на цветови нюанси в 18-битови матрици се използват две технологии (и техните комбинации): Dithering (дизеринг) и FRC (Frame Rate Control).

Същността на технологията Dithering се крие във факта, че липсващите цветови нюанси се получават чрез смесване на най-близките цветови нюанси на съседни субпиксели. Нека разгледаме един прост пример. Да предположим, че субпикселът може да бъде само в две състояния: отворен и затворен, като затвореното състояние на субпиксела образува черно, а отвореното състояние - червено. Ако вместо един пиксел разгледаме група от два подпиксела, тогава освен черни и червени цветове, можем да получим и междинен цвят и по този начин да екстраполираме от двуцветен режим към трицветен (фиг. 1). В резултат на това, ако първоначално такъв монитор може да генерира шест цвята (по два за всеки канал), то след такова дитеринг мониторът ще възпроизведе вече 27 цвята.

Фигура 1 - Схема на дитъринг за получаване на цветови нюанси

Ако разгледаме група от не два, а четири субпиксела (2x2), тогава използването на дитъринг ще ни позволи да получим допълнителни три цветови нюанса във всеки канал и мониторът ще премине от 8-цветен към 125-цветен. Съответно, група от 9 субпиксела (3x3) ще ви позволи да получите допълнителни седем цветови нюанса, а мониторът вече ще бъде 729-цветен.

Схемата за дитеринг има един съществен недостатък: увеличаването на цветовите нюанси се постига за сметка на намаляване на разделителната способност. Всъщност това увеличава размера на пиксела, което може да повлияе неблагоприятно на изобразяването на детайлите на изображението.

В допълнение към дитъринг технологията се използва и технологията FRC, която е начин за манипулиране на яркостта на отделните субпиксели чрез включването/изключването им. Както в предишния пример, ще приемем, че субпикселът може да бъде черен (изключен) или червен (включен). Припомнете си, че всеки субпиксел получава команда да се включи с кадрова честота, тоест при честота на кадрите от 60 Hz, всеки субпиксел получава команда да се включи 60 пъти в секунда, което позволява генерирането на червено. Ако обаче субпикселът е принуден да се включва не 60 пъти в секунда, а само 50 (на всеки 12-ти цикъл не включвайте, а изключете субпиксела), тогава в резултат на това яркостта на субпиксела ще бъде 83% от максимума, което ще позволи да се образува междинен цветен нюанс на червено.

И двата разглеждани метода за екстраполация на цветовете имат своите недостатъци. В първия случай това е възможността за загуба на детайли на изображението, а във втория - възможно трептене на екрана и леко увеличаване на времето за реакция.

Трябва обаче да се отбележи, че не винаги е възможно да се разграничи на око 18-битова матрица с цветна екстраполация от истинска 24-битова. В този случай 24-битова матрица ще струва значително повече.

Традиционният проблем на LCD мониторите са ъглите на видимост - ако изображението на CRT практически не страда дори когато се гледа почти успоредно на равнината на екрана, тогава на много LCD матрици дори леко отклонение от перпендикуляра води до забележим спад в контраст и изкривяване на цветовете. Съгласно настоящите стандарти производителите на сензори определят ъгъла на видимост като ъгъл спрямо перпендикуляра на центъра на сензора, под който контрастът на изображението в центъра на сензора пада до 10:1 (фиг. 2).

Фигура 2 - Схема за определяне на ъглите на видимост на LCD матрицата

Въпреки очевидната недвусмисленост на този термин, е необходимо ясно да се разбере какво точно производителят на матрицата (а не на монитора) разбира под ъгъла на гледане. Максималният ъгъл на гледане както вертикално, така и хоризонтално се определя като ъгъл на гледане, от който контрастът на изображението е най-малко 10:1. В същото време не забравяйте, че контрастът на изображението е съотношението на максималната яркост на бял фон към минималната яркост на черен фон. По този начин, по дефиниция, ъглите на гледане не са пряко свързани с точността на цветовете, когато се гледат от ъгъл.

Времето за реакция или времето за реакция на субпиксел също е един от най-важните показатели на монитора. Често тази характеристика се нарича най-слабата точка на LCD мониторите, тъй като за разлика от CRT мониторите, където времето за реакция на пиксела се измерва в микросекунди, при LCD мониторите това време е десетки милисекунди, което в крайна сметка води до замъгляване на променящата се картина и може да бъде забележим за окото. От физическа гледна точка времето за реакция на пиксел се определя от интервала от време, през който се променя пространствената ориентация на молекулите на течните кристали и колкото по-кратко е това време, толкова по-добре.

В този случай е необходимо да се прави разлика между времето за включване и изключване на пиксел. Времето за включване на пиксела се отнася до времето, необходимо за пълното отваряне на LC клетката, а времето за изключване на пиксела се отнася до времето, необходимо за пълно затваряне на LC клетката. Когато говорим за времето за реакция на пиксел, тогава това се разбира като общото време на включване и изключване на пиксела.

Времето на включване на пиксела и времето на изключване могат да се различават значително един от друг. Например, ако разгледаме обикновените матрици TN + Film, тогава процесът на изключване на пиксел се състои в преориентиране на молекулите, перпендикулярни на посоките на поляризация под въздействието на приложено напрежение, а процесът на включване на пиксел е вид релаксация на LC молекулите, тоест процес на преход към тяхното естествено състояние. В този случай е очевидно, че времето за изключване на пиксел ще бъде по-малко от времето за включване.

Фигура 3 показва типични времеви диаграми за включване (фиг. 3a) и изключване (фиг. 3b) на пиксел TN+Film-matrix. В показания пример времето за включване за един пиксел е 20 ms, а времето за изключване е 6 ms. Общото време за реакция на един пиксел е 26 ms.

Когато говорят за времето за реакция на пиксела, посочено в техническата документация за монитора, те имат предвид времето за реакция на матрицата, а не на монитора. Колкото и да е странно, но това не е едно и също нещо, тъй като първият случай не взема предвид цялата електроника, необходима за управление на пикселите на матрицата. Всъщност времето за реакция на матричния пиксел е времето, необходимо за преориентация на молекулите, а времето за реакция на пиксела на монитора е времето между сигнала за включване/изключване и самия факт на включване/изключване. Освен това, говорейки за времето за реакция на пиксела, посочено в техническата документация, трябва да се има предвид, че производителите на матрици могат да тълкуват това време по различни начини.

Фигура 3 - Типични времеви диаграми за включване (а) и изключване (б) на пиксел за TN матрица

И така, една от опциите за интерпретиране на времето за включване/изключване на пиксел е, че това означава времето за промяна на яркостта на сиянието на пиксела от 10 до 90% или от 90 до 10%. В същото време е напълно възможно за монитор с добро време за реакция на пиксели, когато яркостта се промени от 10 до 90%, общото време за реакция на пикселите (когато яркостта се промени от 0 до 100%) ще бъде доста голямо .

Така че, може би е по-правилно да се правят измервания в диапазона на промяна на яркостта от 0 до 100%? Въпреки това, яркостта от 0 до 10% се възприема от човешкото око като абсолютно черна и в този смисъл измерването от нивото на яркост от 10% е от практическо значение. По същия начин, няма смисъл да се измерва промяна в нивото на яркост до 100%, тъй като яркостта от 90 до 100% се възприема като бяла и следователно точно измерването на яркостта до 90% е от практическо значение.

Досега, говорейки за измерване на времето за реакция на пиксел, имахме предвид, че говорим за превключване между черни и бели цветове. Ако няма въпроси с черния цвят (пикселът е просто затворен), тогава изборът на бял цвят не е очевиден. Как ще се промени времето за реакция на пиксел, ако го измерите при превключване между различни полутонове? Този въпрос е от голямо практическо значение. Факт е, че превключването от черен фон на бял фон или обратно, което определя времето за реакция на пиксел, се използва сравнително рядко в реални приложения - пример би било превъртането на черен текст на бял фон. В повечето приложения, като правило, се изпълняват преходи между полутонове. И ако се окаже, че времето за превключване между сив и бял цвят ще бъде по-малко от времето за превключване между сивото, тогава времето за реакция на пиксела просто няма практическа стойност, така че не можете да разчитате на тази характеристика на монитора. Всъщност какъв е смисълът да се определя времето за реакция на пиксела, ако реалното време на превключване между полутонове може да бъде по-дълго и дали изображението ще се замъгли, когато изображението се промени динамично?

Отговорът на този въпрос е доста сложен и зависи от вида на матрицата на монитора. За широко използваните и най-евтини TN + Film матрици всичко е съвсем просто: времето за реакция на пиксела, тоест времето, необходимо за пълно отваряне или затваряне на LCD клетката, се оказва максималното време. Ако цветът е описан чрез градации на R-, G- и B-канали (RGB), тогава времето за преход от черен (0-0-0) към бял (255-255-255) цвят е по-дълго от времето за преход от черно до сиво градация. По същия начин времето за изключване на пиксел (преход от бяло към черно) е по-дълго от времето за преход от бяло към която и да е сива скала.

На фиг. 4 показва графично представяне на времето за превключване между черно и сиво ниво и обратно между сиво и черно. Както можете да видите от графиката, времето за превключване между черно и бяло и обратното определя времето за реакция на пиксел. Ето защо за матриците TN+Film времето за реакция на пиксела се характеризира изцяло с динамичните свойства на монитора.

Фигура 4 - Графика на времето за превключване между черно и сиво

За IPS и MVA матрици всичко не е толкова очевидно. За тези типове сензори времето за преход между цветовите нюанси (сиви скали) може да бъде по-дълго от времето за преход между бяло и черно. В такива матрици познаването на времето за реакция на пиксела (дори ако сте сигурни, че това е рекордно малко време) няма практическо значение и не може да се разглежда като динамична характеристика на монитора. В резултат на това за тези матрици много по-важен параметър е максималното време за преход между нивата на сивата скала, но това време не е посочено в документацията за монитора. Следователно, ако не знаете максималното време за превключване на пикселите за даден тип матрица, тогава най-добрият начин да оцените динамичните характеристики на монитора е да стартирате някакво приложение за динамична игра и да определите размазването на картината на око.

Всички LCD монитори са цифрови по природа, така че цифровият интерфейс DVI се счита за техния роден интерфейс. Интерфейсът може да има два вида конектори: DVI-I, който комбинира цифрови и аналогови сигнали, и DVI-D, който предава само цифров сигнал. Смята се, че DVI интерфейсът е за предпочитане за свързване на LCD монитор към компютър, въпреки че е възможна и връзка чрез стандартен D-Sub конектор. В полза на интерфейса DVI е фактът, че в случай на аналогов интерфейс се извършва двойно преобразуване на видеосигнала: първоначално цифровият сигнал се преобразува в аналогов във видеокартата (DAC преобразуване), а след това аналоговият сигналът се трансформира в цифров електронен блок на самия LCD монитор (ADC преобразуване) и в резултат на такива трансформации рискът от различни изкривявания на сигнала се увеличава. Честно казано, отбелязваме, че на практика изкривявания на сигнала, въведени от двойно преобразуване, не се случват и можете да свържете монитор чрез всеки интерфейс. В този смисъл интерфейсът на монитора е последното нещо, на което си струва да се обърне внимание. Основното е, че съответният конектор е на самата видеокарта.

Много съвременни LCD монитори имат както D-Sub, така и DVI конектори, което често ви позволява да свържете две системни модула към монитора едновременно. Има и модели, които имат два цифрови конектора.

Структурна схема на LCD монитора за изглед на фиг. 5

Фигура 5 - Структурна схема на LCD монитора

Сигналът от видеоадаптера се подава към входа на дисплея чрез аналогов RGB VGA D-sub или цифров DVI интерфейс. В случай на използване на аналогов интерфейс, видеоадаптерът преобразува данните от буфера на кадрите от цифрови в аналогови, а електрониката на LCD монитора от своя страна е принудена да извърши обратното, аналогово-цифрово преобразуване. Очевидно, такова излишно операциите поне не подобряват качеството на изображението, освен това изискват допълнителни разходи за тяхното изпълнение. Следователно, с повсеместното разпространение на LCD дисплеите VGA интерфейс D-sub се заменя с цифров DVI. При някои монитори производителите умишлено не поддържат DVI интерфейса, ограничавайки се само до VGA D-sub, тъй като това изисква използването на специален TMDS приемник от страната на монитора и цената на устройство, което поддържа както аналогови, така и цифрови интерфейси в сравнение с варианта с единствен аналогов вход би бил по-висок.

От RGB A/D преобразуване, мащабиране, обработка и обработка на изходен сигнал LVDS, схемата за обработка на LCD изображения се основава на една, силно интегрирана IC, наречена Display Engine.

LCD матричният блок съдържа управляваща верига, така наречения матричен драйвер, в който са интегрирани изходният приемник за управление на LVDS и драйверите на източника и вратата, преобразувайки видеосигнала в адресиране на специфични пиксели в колони и редове.

LCD матричният блок включва и своята осветителна система, която, с редки изключения, е направена на газоразрядни лампи със студен катод (Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL). Високото напрежение за тях се осигурява от инвертор, разположен в захранването на монитора. Лампите обикновено са разположени отгоре и отдолу, излъчването им е насочено към края на полупрозрачен панел, разположен зад матрицата и действащ като светловод. От това зависи качеството на матирането и хомогенността на материала на този панел важна характеристика, като еднородност на осветеността на матрицата

Адресирането на LCD дисплеи с пасивна матрица по принцип може да се осъществи по същия начин, както при газоразрядните панели. Предният електрод, общ за цялата колона, провежда напрежение. Задният електрод, общ за целия ред, служи като "земя".

Има недостатъци на такива пасивни матрици и те са известни: панелите са много бавни, а картината не е рязка. И има две причини за това. Първият е, че след като адресираме пиксел и завъртим кристала, последният бавно ще се върне в първоначалното си състояние, размазвайки картината. Втората причина се крие в капацитивната връзка между контролните линии. Това свързване води до неточно разпространение на напрежението и леко "разваля" съседните пиксели.

Отбелязаните недостатъци доведоха до развитието на технологията с активна матрица (фиг. 6).

Фигура 6 - Схема на включване на субпиксела на активната LCD матрица

Матрица с резолюция на LCD монитора

Тук към всеки пиксел се добавя транзистор, който действа като превключвател. Ако е отворен (включен), тогава данните могат да бъдат записани в кондензатора за съхранение. Ако транзисторът е затворен (изключен), тогава данните остават в кондензатора, който действа като аналогова памет. Технологията има много предимства. Когато транзисторът е затворен, данните все още са в кондензатора, така че подаването на напрежение към течния кристал няма да спре, докато контролните линии ще адресират друг пиксел. Тоест пикселът няма да се върне в първоначалното си състояние, както се случи в случай на пасивна матрица. В допълнение, времето за запис в кондензатора е много по-малко от времето за завъртане на матрицата, което означава, че можем да анкетираме пикселите на панела по-бързо и да прехвърляме данни към тях.

Тази технология е известна още като "TFT" (тънкослойни транзистори, тънкослойни транзистори). Но днес той стана толкова популярен, че името "LCD" отдавна се превърна в синоним на него. Тоест под LCD имаме предвид дисплей, който използва TFT технология.

Московски държавен институт по електроника и математика

(Технически университет)

отдел:

"Информационни и комуникационни технологии"

Курсова работа

„LCD монитори: вътрешна организация, технологии, перспективи“.

Изпълнено:

Старухина Е.В.

Група: S-35

Москва 2008г
Съдържание

1. Въведение............................................... ................................................. ........................................ 3

2. Течни кристали ................................................ ........................................................ ........................ 3

2.1.Физични свойства на течните кристали .............................................. ................................................... 3

2.2.История на развитието на течните кристали ........................................ ........................................ 4

3.Структура на LCD монитора........................................ ................................................................... .................... 4

3.1.Подпиксел на цветния LCD дисплей ........................................ ........................................................ пет

3.2. Методи на матрично осветяване .................................................. ...................................................... ............... пет

4.Спецификации LCD монитор ................................................. ............................... пет

5. Актуални технологии за производство на LCD матрици ........................................ ............................................ 7

5.1.TN+film (Twisted Nematic + film)......................................... ........................................................ ......... .7

5.2.IPS (превключване в равнина)................................. ........................................................ ........................ 8

5.3.MVA (Многодомейно вертикално подравняване) ........................................ ................................................................ ..... девет

6.Предимства и недостатъци ................................................ .. ................................................ ......... девет

7.Обещаващи технологии за производство на плоски монитори ........................................ ........ 10

8. Преглед на пазара и критерии за избор на LCD монитор ........................................ ................................................. 12

9. Заключение................................................. ................................................................... .................................... 13

10. Списък на литературата ................................................. .. ................................................ ...................четиринадесет

Въведение.

В момента по-голямата част от пазара на монитори е заета от LCD монитори, представени от марки като Samsung, ASUS, NEC, Acer, Philips и др. LCD технологиите се използват и при производството на телевизионни панели, дисплеи за лаптопи, мобилни телефони, плейъри, камери и т.н. Поради своите физически свойства (ще ги разгледаме по-долу), течните кристали ви позволяват да създавате екрани, които съчетават такива качества като висока яснота на изображението, икономична консумация на енергия, малка дебелина на дисплея, висока разделителна способност, но при едновременно широк диапазон от диагонали: от 0,44 инча / 11 милиметра (януари 2008 г., най-малкият екран от производителя на микродисплеи Kopin), до 108 инча / 2,74 метра (най-големият LCD панел, представен на 29 юни 2008 г. от Sharp Microelectronics Europe). Също така предимството на LCD мониторите е липсата на вредно излъчване и трептене, което беше проблем при CRT мониторите.

Но все пак LCD мониторите имат редица недостатъци: наличието на такива характеристики като време за реакция, не винаги задоволителен ъгъл на гледане, недостатъчно дълбоко черно и възможност за дефекти на матрицата (счупени пиксели). Дали LCD панелите са достойни наследници на CRT мониторите и имат ли бъдеще с оглед на бързо развиващата се плазмена технология? Ще трябва да разберем този въпрос, като изучаваме физическата структура на LCD мониторите, техните характеристики и ги сравняваме с тези на конкурентните технологии.

1. Течни кристали.

1.1. Физични свойства на течните кристали.

Течните кристали са вещества, които имат свойства, присъщи както на течностите, така и на кристалите: течливост и анизотропия. Структурно течните кристали са желеподобни течности. Молекулите имат удължена форма и са подредени в целия си обем. Най-характерното свойство на LCs е способността им да променят ориентацията на молекулите под въздействието на електрически полета, което открива широки възможности за тяхното приложение в промишлеността. Според вида на LC те обикновено се разделят на две големи групи: нематици и смектици. От своя страна нематиците се подразделят на подходящи нематични и холестерични течни кристали.

Холестерични течни кристали - образуват се главно от съединения на холестерола и други стероиди. Това са нематични LC, но дългите им оси са завъртени една спрямо друга, така че образуват спирали, които са много чувствителни към температурни промени поради изключително ниската енергия на образуване на тази структура (около 0,01 J/mol). Холестериците са ярко оцветени и най-малката промяна в температурата (до хилядни от градуса) води до промяна в стъпката на спиралата и съответно до промяна в цвета на LC.

LCD дисплеите имат необичайни оптични свойства. Нематиците и смектиците са оптически едноосни кристали. Холестериците, поради тяхната периодична структура, силно отразяват светлината във видимата област на спектъра. Тъй като течната фаза е носител на свойства в нематиците и холестериците, тя лесно се деформира под въздействието на външни влияния и тъй като стъпката на спиралата в холестериците е много чувствителна към температура, следователно отражението на светлината се променя рязко с температурата, което води до промяна в цвета на веществото.

Тези явления се използват широко в различни приложения, като намиране на горещи точки в микросхеми, локализиране на фрактури и тумори при хора, изобразяване в инфрачервени лъчи и др.

1.2. Историята на развитието на течните кристали.

Течните кристали са открити от австрийския ботаник Ф. Райницер през 1888г. Изследвайки кристали от холестерил бензоат и холестерил ацетат, той установи, че веществата имат 2 точки на топене и 2 различни течни състояния – прозрачно и мътно. Въпреки това, свойствата на тези вещества в началото не привлякоха вниманието на учените. Освен това течните кристали разрушиха теорията за трите агрегатни състояния на материята, така че физици и химици дълго времене разпознава течните кристали по принцип. Професорът от Страсбургския университет Ото Леман, в резултат на дългогодишни изследвания, предостави доказателство, но дори и след това течните кристали не намериха приложение.

През 1963 г. американецът Дж. Фъргюсън използва най-важното свойство на течните кристали – да променят цвета си под влияние на температурата – за откриване на топлинни полета, които не се виждат с просто око. След като получава патент за изобретение, интересът към течните кристали се увеличава драстично.

През 1965 г. в САЩ се провежда Първата международна конференция, посветена на течните кристали. През 1968 г. американски учени създават принципно нови индикатори за системите за показване на информация. Принципът на тяхното действие се основава на факта, че молекулите на течните кристали, въртящи се в електрическо поле, отразяват и предават светлината по различни начини. Под въздействието на напрежението, което беше приложено към проводниците, запоени в екрана, върху него се появи изображение, състоящо се от микроскопични точки. И все пак, едва след 1973 г., когато група британски химици, водени от Джордж Грей, синтезира течни кристали от относително евтини и достъпни суровини, тези вещества станаха широко разпространени в различни устройства.

За първи път дисплеите с течни кристали започнаха да се използват в производството на лаптопи поради компактния си размер. В ранните етапи крайните продукти бяха много скъпи, а качеството им беше много ниско. Въпреки това, преди няколко години се появиха първите пълноценни LCD монитори, чиято цена също остана доста висока, но качеството им се подобри значително. И накрая, сега пазарът на LCD монитори се развива бързо. Това се дължи на факта, че технологиите се развиват много активно и освен това конкуренцията между производителите доведе до забележимо намаляване на цените за този видпродукти.

2. Структурата на LCD монитора.

Монитор с течни кристали е устройство, предназначено за показване на графична информация от компютър, камера и др.

Характеристика на дисплеите с течни кристали е, че самите течни кристали не излъчват светлина. Всеки пиксел на LCD монитор се състои от три основни цветни подпиксела (червен, зелен, син). Светлината, преминаваща през клетките, може да бъде естествена - отразена от субстрата (при LCD дисплеи без подсветка). Но по-често се използва изкуствен източник на светлина, в допълнение към независимостта от външното осветление, това също стабилизира свойствата на полученото изображение. Изображението се формира с помощта на отделни елементи, обикновено чрез система за почистване. По този начин пълноценният LCD монитор се състои от електроника, която обработва входния видеосигнал, LCD матрица, модул за подсветка, захранване и корпус. Именно комбинацията от тези компоненти определя свойствата на монитора като цяло, въпреки че някои характеристики са по-важни от други.

2.1. Подпикселен цветен LCD.

Всеки пиксел на LCD дисплей се състои от слой от молекули между два прозрачни електрода и два поляризиращи филтъра, чиито равнини на поляризация са (обикновено) перпендикулярни. При липса на течни кристали, светлината, предавана от първия филтър, е почти напълно блокирана от втория.

Повърхността на електродите в контакт с течни кристали е специално обработена за първоначално ориентиране на молекулите в една посока. В TN матрицата тези посоки са взаимно перпендикулярни, така че молекулите се подреждат в спирална структура при липса на напрежение. Тази структура пречупва светлината по такъв начин, че преди втория филтър нейната равнина на поляризация се върти и светлината преминава през нея без загуба. С изключение на поглъщането на половината от неполяризираната светлина от първия филтър, клетката може да се счита за прозрачна. Ако се приложи напрежение към електродите, молекулите са склонни да се подредят в посока на полето, което изкривява спираловидната структура. В този случай еластичните сили противодействат на това и когато напрежението се изключи, молекулите се връщат в първоначалното си положение. При достатъчна сила на полето почти всички молекули стават успоредни, което води до непрозрачност на структурата. Променяйки напрежението, можете да контролирате степента на прозрачност. Ако се прилага постоянно напрежение за дълго време, структурата на течните кристали може да се разгради поради миграция на йони. За да се реши този проблем, се прилага променлив ток или промяна в полярността на полето при всяко адресиране на клетката (непрозрачността на структурата не зависи от полярността на полето). В цялата матрица е възможно да се контролира всяка от клетките поотделно, но с увеличаване на броя им това става трудно, тъй като броят на необходимите електроди се увеличава. Следователно адресирането по редове и колони се използва почти навсякъде.

Монитор с течни кристали (също течнокристален дисплей, LCD, LCD монитор, английски дисплей с течни кристали, LCD, плосък индикатор) - плосък монитор на базата на течни кристали. LCD мониторите са разработени през 1963 г.

LCD TFT (на английски TFT - тънкослоен транзистор - тънкослоен транзистор)е едно от имената на течнокристален дисплей, който използва активна матрица, задвижвана от тънкослойни транзистори. усилвател TFTза всеки субпиксел се използва за подобряване на скоростта, контраста и яснотата на изображението на дисплея.

Устройство за LCD монитор

Изображението се формира с помощта на отделни елементи, обикновено чрез система за сканиране. Простите устройства (електронни часовници, телефони, плейъри, термометри и др.) могат да имат монохромен или 2-5 цветен дисплей. Многоцветно изображение се формира с помощта на RGB триади. Повечето настолни монитори, базирани на TN - (и някои *VA) матрици, и всички дисплеи на лаптопи използват матрици с 18-битов цвят (6 бита на канал), 24-битовият се емулира с дитерингово трептене.

Подпикселен цветен LCD

Всеки пиксел на LCD дисплей се състои от слой от молекули между два прозрачни електрода и два поляризиращи филтъра, чиито равнини на поляризация са (обикновено) перпендикулярни. При липса на течни кристали, светлината, предавана от първия филтър, е почти напълно блокирана от втория.

Повърхността на електродите в контакт с течни кристали е специално обработена за първоначално ориентиране на молекулите в една посока. В TN матрицата тези посоки са взаимно перпендикулярни, така че молекулите се подреждат в спирална структура при липса на напрежение. Тази структура пречупва светлината по такъв начин, че преди втория филтър нейната равнина на поляризация се върти и светлината преминава през нея без загуба. С изключение на поглъщането на половината от неполяризираната светлина от първия филтър, клетката може да се счита за прозрачна. Ако се приложи напрежение към електродите, молекулите са склонни да се подредят в посока на полето, което изкривява спираловидната структура. В този случай еластичните сили противодействат на това и когато напрежението се изключи, молекулите се връщат в първоначалното си положение. При достатъчна сила на полето почти всички молекули стават успоредни, което води до непрозрачност на структурата. Променяйки напрежението, можете да контролирате степента на прозрачност. Ако се прилага постоянно напрежение за дълго време, структурата на течните кристали може да се разгради поради миграция на йони. За да се реши този проблем, се прилага променлив ток или промяна в полярността на полето при всяко адресиране на клетката (непрозрачността на структурата не зависи от полярността на полето). В цялата матрица е възможно да се контролира всяка от клетките поотделно, но с увеличаване на броя им това става трудно, тъй като броят на необходимите електроди се увеличава. Следователно адресирането по редове и колони се използва почти навсякъде. Светлината, преминаваща през клетките, може да бъде естествена - отразена от субстрата (при LCD дисплеи без подсветка). Но по-често се използва изкуствен източник на светлина, в допълнение към независимостта от външното осветление, това също стабилизира свойствата на полученото изображение. По този начин пълноценният LCD монитор се състои от електроника, която обработва входния видеосигнал, LCD матрица, модул за подсветка, захранване и корпус. Именно комбинацията от тези компоненти определя свойствата на монитора като цяло, въпреки че някои характеристики са по-важни от други.

Спецификации на LCD монитора

Разрешение: Хоризонтални и вертикални размери, изразени в пиксели. За разлика от CRT мониторите, LCD имат една, "родна", физическа разделителна способност, останалите се постигат чрез интерполация.

Размер на точката: Разстоянието между центровете на съседни пиксели. Пряко свързано с физическата разделителна способност.

Съотношение на екрана (формат): Съотношението на ширината към височината, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

Видим диагонал: размерът на самия панел, измерен по диагонал. Площта на дисплея също зависи от формата: монитор 4:3 има по-голяма площ от монитор 16:9 със същия диагонал.

Контраст: Съотношението на яркостта на най-светлата точка към най-тъмната точка. Някои монитори използват адаптивно ниво на подсветка с помощта на допълнителни лампи, като стойността на контраста, дадена за тях (така наречената динамична), не се отнася за статично изображение.

Яркост: Количеството светлина, излъчвано от дисплея, обикновено измерено в кандела на квадратен метър.

Време за реакция: Минималното време, необходимо на пиксел, за да промени яркостта си. Методите за измерване са двусмислени.

Ъгъл на гледане: ъгълът, при който спадът на контраста достига определената стойност, за различни видовематрици и различни производители се разглежда по различен начин и често не може да се сравнява.

Тип матрица: технологията, по която е направен LCD

Входове: (напр. DVI, D-SUB, HDMIи др.).

технология

Основните технологии в производството на LCD дисплеи: TN + филм, IPSИ MVA. Тези технологии се различават по геометрията на повърхностите, полимера, контролната плоча и предния електрод. От голямо значение са чистотата и вида на полимера с течнокристални свойства, използвани в специфични разработки. Време за реакция на LCD монитори, изградени с технология SXRD (силициев X-tal отразяващ дисплей)- силиконова отразяваща течнокристална матрица), намалена до 5 ms. компании Sony, Остъри Philips съвместно разработиха PALC технология (англ. Течен кристал с плазмен адрес- плазмен контрол на течни кристали), който съчетава предимствата LCD(яркост и богатство на цветове, контраст) и плазмени панели (големи ъгли на видимост на хоризонта, H и вертикала, V , висока честота на опресняване). Тези дисплеи използват газоразрядни плазмени клетки като контрол на яркостта, а LCD матрицата се използва за цветно филтриране. PALC технологията ви позволява да адресирате всеки пиксел на дисплея поотделно, което означава ненадмината контролируемост и качество на изображението.

TN+ филм (Twisted Nematic + филм)

Крупен план на TN+ филмматрица на монитора NEC LCD1770NX. На бял фон - стандартен курсор на Windows.

част " филм" в името на технологията означава допълнителен слой, използван за увеличаване на ъгъла на видимост (приблизително от 90° до 150°). В момента префиксът " филм„често се пропуска, наричайки такива матрици просто TN. За съжаление, начин за подобряване на контраста и времето за реакция за TN панелите все още не е намерен, а времето за реакция за този тип матрици в момента е едно от най-добрите, но нивото на контраст не е.

Матрица TN+ филмработи по следния начин: ако не се приложи напрежение към подпикселите, течните кристали (и поляризираната светлина, която предават) се въртят на 90° един спрямо друг в хоризонтална равнина в пространството между двете плочи. И тъй като посоката на поляризация на филтъра върху втората пластина прави ъгъл от 90° с посоката на поляризация на филтъра върху първата пластина, светлината преминава през нея. Ако червеният, зеленият и синият подпиксели са напълно осветени, на екрана ще се образува бяла точка.

IPS (превключване в равнина)

Технологии в- Превключване на равнинатае разработен от Hitachi и NEC и е предназначен да се отърве от недостатъците на TN + филм. Въпреки това, докато IPS успя да постигне ъгъл на гледане от 170°, както и висок контраст и възпроизвеждане на цветовете, времето за реакция остава ниско.

Ако не се приложи напрежение към IPS, течните кристални молекули не се въртят. Вторият филтър винаги се завърта перпендикулярно на първия и през него не преминава светлина. Следователно, черен цвят на дисплея е близо до идеалния. Ако транзисторът се повреди, "счупеният" пиксел за IPS панела няма да е бял, както за TN матрицата, а черен.

Когато се приложи напрежение, молекулите на течните кристали се въртят перпендикулярно на първоначалната си позиция и позволяват на светлината да преминава. AS-IPS - Advanced Super IPS технология (Advanced Super-IPS), също е разработена от Hitachi Corporation през 2002г. Основните подобрения са в нивото на контраста на конвенционалните S-IPS панели, което го доближава до това на S-PVA панелите. AS-IPS се използва и като име за монитори на NEC (напр. NEC LCD20WGX2), базирани на S-IPS технология, разработена от консорциума LG.Philips.

A-TW-IPS - Advanced True White IPS (Advanced True White IPS), разработен от LG.Philips за NEC Corporation. Това е S-IPS панел с TW (True White) цветен филтър, за да направи белите по-реалистични и да разшири цветовата гама. Този тип панел се използва за създаване на професионални монитори за използване във фотолаборатории и/или издателства.

AFFS- Разширено превключване на крайното поле(неофициално име S-IPS Pro). Технологията е допълнително подобрение на IPS, разработена от BOE Hydis през 2003 г. Повишената мощност на електрическото поле направи възможно постигането на още по-големи ъгли на видимост и яркост, както и намаляване на разстоянието между пикселите. Дисплеите, базирани на AFFS, се използват главно в таблетни компютри, върху матрици, произведени от Hitachi Displays.