Creación de una pantalla de cristal líquido

Fergason creó la primera pantalla de cristal líquido en funcionamiento en 1970. Antes de esto, los dispositivos de cristal líquido consumían demasiada energía, su vida útil era limitada y el contraste de la imagen era deplorable. El nuevo LCD se presentó al público en 1971 y luego recibió una aprobación entusiasta. Los cristales líquidos (Liquid Crystal) son sustancias orgánicas que pueden cambiar la cantidad de luz transmitida bajo voltaje. El monitor de cristal líquido consta de dos placas de vidrio o plástico, entre las cuales hay una suspensión. Los cristales de esta suspensión están dispuestos paralelos entre sí, lo que permite que la luz atraviese el panel. Al aplicar corriente eléctrica la disposición de los cristales cambia y comienzan a obstruir el paso de la luz. La tecnología LCD se ha generalizado en computadoras y equipos de proyección. Los primeros cristales líquidos se distinguían por su inestabilidad y eran de poca utilidad para la producción en masa. El verdadero desarrollo de la tecnología LCD comenzó con la invención por parte de científicos ingleses de un cristal líquido estable: bifenilo (bifenilo). Las pantallas de cristal líquido de primera generación se pueden ver en calculadoras, juegos electrónicos y relojes. Los monitores LCD modernos también se denominan paneles planos, matriz activa de escaneo dual, transistores de película delgada. La idea de los monitores LCD ha estado en el aire durante más de 30 años, pero la investigación no ha llevado a un resultado aceptable, por lo que los monitores LCD no se han ganado una reputación de buena calidad de imagen. Ahora se están volviendo populares: a todos les gusta su apariencia elegante, cuerpo delgado, compacidad, economía (15-30 vatios), además, se cree que solo las personas ricas y serias pueden permitirse ese lujo.

Características de los monitores LCD

Tipos de monitores LCD

Capas de grupo de monitores

Hay dos tipos de monitores LCD: DSTN (nemático torcido de doble escaneo - pantallas de cristal con doble escaneo) y TFT (transistor de película delgada - en transistores de película delgada), también llamados matrices pasivas y activas, respectivamente. Dichos monitores constan de las siguientes capas: un filtro polarizador, una capa de vidrio, un electrodo, una capa de control, cristales líquidos, otra capa de control, un electrodo, una capa de vidrio y un filtro polarizador. Las primeras computadoras usaban matrices pasivas en blanco y negro de ocho pulgadas (diagonal). Con la transición a la tecnología de matriz activa, el tamaño de la pantalla ha crecido. Prácticamente todos los monitores LCD modernos utilizan paneles de transistores de película delgada, que proporcionan una imagen clara y brillante de un tamaño mucho mayor.

Resolución del monitor

El tamaño del monitor determina el espacio de trabajo que ocupa y, lo que es más importante, su precio. A pesar de la clasificación bien establecida de los monitores LCD según el tamaño de la pantalla diagonal (15, 17, 19 pulgadas), la clasificación por resolución de trabajo es más correcta. El hecho es que, a diferencia de los monitores basados ​​en CRT, cuya resolución se puede cambiar con bastante flexibilidad, las pantallas LCD tienen un conjunto fijo de píxeles físicos. Por eso están diseñados para funcionar con un solo permiso, llamado Working. Indirectamente, esta resolución también determina el tamaño de la diagonal de la matriz, sin embargo, los monitores con la misma resolución de trabajo pueden tener una matriz de diferentes tamaños. Por ejemplo, los monitores con una diagonal de 15 a 16 pulgadas generalmente tienen una resolución operativa de 1024X768, lo que significa que este monitor en realidad tiene 1024 píxeles en horizontal y 768 píxeles en vertical. La resolución de trabajo del monitor determina el tamaño de los iconos y fuentes que se mostrarán en la pantalla. Por ejemplo, un monitor de 15 pulgadas puede tener una resolución operativa de 1024X768 y 1400X1050 píxeles. En este último caso, las dimensiones físicas de los propios píxeles serán menores, y dado que al formarse icono estándar en ambos casos se utiliza el mismo número de píxeles, entonces a una resolución de 1400x1050 píxeles, el icono será más pequeño en tamaño físico. Para algunos usuarios, los tamaños de íconos demasiado pequeños en una resolución de monitor alta pueden ser inaceptables, por lo que al comprar un monitor, debe prestar atención de inmediato a la resolución de trabajo. Por supuesto, el monitor es capaz de mostrar una imagen en una resolución diferente a la de trabajo. Este modo de funcionamiento del monitor se denomina interpolación. En el caso de la interpolación, la calidad de la imagen deja mucho que desear. El modo de interpolación afecta significativamente la calidad de visualización de las fuentes de pantalla.

interfaz de monitor

Los monitores LCD son inherentemente dispositivos digitales, por lo tanto, la interfaz "nativa" para ellos es la interfaz digital DVI, que puede tener dos tipos de convectores: DVI-I, combinando digital y Señal analoga s y DVI-D, que transmiten solo una señal digital. Se cree que la interfaz DVI es más preferible para conectar un monitor LCD a una computadora, aunque también es posible conectarlo a través de un conector D-Sub estándar. La interfaz DVI también está respaldada por el hecho de que, en el caso de una interfaz analógica, se produce una doble conversión de la señal de video: primero, la señal digital se convierte a analógica en la tarjeta de video (conversión DAC), que luego se transforma en una unidad electrónica digital del propio monitor LCD (conversión ADC), como resultado, aumenta el riesgo de diversas distorsiones de la señal. Muchos monitores LCD modernos tienen conectores D-Sub y DVI, lo que le permite conectar dos monitores al monitor al mismo tiempo. bloque del sistema. También puedes encontrar modelos con dos conectores digitales. En los modelos de oficina económicos, básicamente solo hay un conector D-Sub estándar.

Tipo de matriz LCD

El componente básico de la matriz LCD son los cristales líquidos. Hay tres tipos principales de cristales líquidos: esméctico, nemático y colestérico. De acuerdo con las propiedades eléctricas, todos los cristales líquidos se dividen en dos grupos principales: el primer grupo incluye cristales líquidos con anisotropía dieléctrica positiva, el segundo, con anisotropía dieléctrica negativa. La diferencia radica en cómo estas moléculas responden a un campo eléctrico externo. Las moléculas con anisotropía dieléctrica positiva están orientadas a lo largo de las líneas de campo y las moléculas con anisotropía dieléctrica negativa son perpendiculares a las líneas de campo. Los cristales líquidos nemáticos tienen una anisotropía dieléctrica positiva, mientras que los cristales líquidos esmécticos, por el contrario, la tienen negativa. Otra propiedad notable de las moléculas de LC es su anisotropía óptica. En particular, si la orientación de las moléculas coincide con la dirección de propagación de la luz polarizada plana, entonces las moléculas no tienen efecto sobre el plano de polarización de la luz. Si la orientación de las moléculas es perpendicular a la dirección de propagación de la luz, entonces el plano de polarización gira para que sea paralelo a la dirección de orientación de las moléculas. La anisotropía dieléctrica y óptica de las moléculas de LC permite utilizarlas como una especie de moduladores de luz, lo que permite formar la imagen requerida en la pantalla. El principio de funcionamiento de dicho modulador es bastante simple y se basa en cambiar el plano de polarización de la luz que pasa a través de la celda LC. La celda LC está ubicada entre dos polarizadores, cuyos ejes de polarización son mutuamente perpendiculares. El primer polarizador corta la radiación polarizada plana de la luz que pasa desde la luz de fondo. Si no hubiera una celda LC, entonces dicha luz polarizada plana sería completamente absorbida por el segundo polarizador. Una celda LC colocada en el camino de la luz polarizada del plano transmitido puede rotar el plano de polarización de la luz transmitida. En este caso, parte de la luz pasa por el segundo polarizador, es decir, la célula se vuelve transparente (total o parcialmente). Dependiendo de cómo se controle la rotación del plano de polarización en una celda LC, se distinguen varios tipos de matrices LC. Así, una celda LC colocada entre dos polarizadores cruzados permite modular la radiación transmitida, creando gradaciones de color en blanco y negro. Para obtener una imagen en color, es necesario utilizar tres filtros de color: rojo (R), verde (G) y azul (B), que al estar instalados en la ruta de propagación del blanco, le permitirán obtener tres colores básicos en las proporciones adecuadas. Por lo tanto, cada píxel LCD consta de tres subpíxeles separados: rojo, verde y azul, que son celdas LCD controlables y difieren solo en los filtros utilizados, instalados entre la placa de vidrio superior y el filtro polarizador de salida.

Clasificación de pantallas TFT-LCD

Las principales tecnologías en la fabricación de pantallas LCD: TN+ film, IPS (SFT) y MVA. Estas tecnologías difieren en la geometría de las superficies, polímero, placa de control y electrodo frontal. De gran importancia son la pureza y el tipo de polímero con propiedades de cristal líquido utilizado en desarrollos específicos.

matriz TN

Estructura de la célula TN

Una matriz de cristal líquido de tipo TN (Twisted Nematic) es una estructura multicapa que consta de dos filtros polarizadores, dos electrodos transparentes y dos placas de vidrio, entre las cuales hay una sustancia de cristal líquido de tipo nemático con anisotropía dieléctrica positiva. Se aplican ranuras especiales a la superficie de las placas de vidrio, lo que hace posible crear inicialmente la misma orientación de todas las moléculas de cristal líquido a lo largo de la placa. Las ranuras de ambas placas son mutuamente perpendiculares, por lo que la capa de moléculas de cristal líquido entre las placas cambia su orientación en 90°. Resulta que las moléculas de LC forman una estructura retorcida en espiral (Fig. 3), razón por la cual tales matrices se denominan Twisted Nematic. Las placas de vidrio con ranuras se encuentran entre dos filtros polarizadores y el eje de polarización de cada filtro coincide con la dirección de las ranuras de la placa. En el estado normal, la celda LC está abierta, ya que los cristales líquidos giran el plano de polarización de la luz que los atraviesa. Por lo tanto, la radiación polarizada en el plano formada después de pasar por el primer polarizador también pasará por el segundo polarizador, ya que su eje de polarización será paralelo a la dirección de polarización de la radiación incidente. Bajo la influencia de un campo eléctrico creado por electrodos transparentes, las moléculas de la capa de cristal líquido cambian su orientación espacial, alineándose a lo largo de la dirección de las líneas de fuerza del campo. En este caso, la capa de cristal líquido pierde la capacidad de rotar el plano de polarización de la luz incidente y el sistema se vuelve ópticamente opaco, ya que toda la luz es absorbida por el filtro polarizador de salida. Dependiendo del voltaje aplicado entre los electrodos de control, es posible cambiar la orientación de las moléculas a lo largo del campo no completamente, sino solo parcialmente, es decir, controlar el grado de torsión de las moléculas LC. Esto, a su vez, le permite cambiar la intensidad de la luz que pasa a través de la celda LCD. Por lo tanto, instalando una luz de fondo detrás de la matriz LCD y cambiando el voltaje entre los electrodos, es posible variar el grado de transparencia de una celda LCD. Las matrices TN son las más comunes y económicas. Tienen ciertos inconvenientes: ángulos de visión no muy grandes, bajo contraste y la imposibilidad de conseguir un negro perfecto. El punto es que incluso cuando se aplica el voltaje máximo a la celda, es imposible desenrollar completamente las moléculas de LC y orientarlas a lo largo de las líneas de fuerza del campo. Por lo tanto, dichas matrices permanecen ligeramente transparentes incluso cuando el píxel está completamente apagado. El segundo inconveniente está asociado con ángulos de visión pequeños. Para eliminarlo parcialmente, se aplica una película difusora especial a la superficie del monitor, lo que le permite aumentar el ángulo de visión. esta tecnología fue nombrado TN+Film, indicando la presencia de esta película. Averiguar exactamente qué tipo de matriz se usa en el monitor no es tan fácil. Sin embargo, si hay un píxel "roto" en el monitor, que surgió debido a la falla del transistor que controla la celda LCD, entonces en las matrices TN siempre arderá brillantemente (rojo, verde o azul), ya que para un TN matriz un píxel abierto corresponde a la ausencia de voltaje en la celda. También puede reconocer la matriz TN observando el color negro con el máximo brillo; si es más gris que negro, probablemente sea la matriz TN.

Matrices IPS

estructura celular IPS

Los monitores IPS también se denominan monitores Super TFT. Una característica distintiva de las matrices IPS es que los electrodos de control están ubicados en el mismo plano en la parte inferior de la celda LCD. En ausencia de voltaje entre los electrodos, las moléculas de LC son paralelas entre sí, a los electrodos y a la dirección de polarización del filtro polarizador inferior. En este estado, no afectan el ángulo de polarización de la luz transmitida, y el filtro polarizador de salida absorbe completamente la luz, ya que las direcciones de polarización de los filtros son perpendiculares entre sí. Cuando se aplica voltaje a los electrodos de control, el campo eléctrico generado gira las moléculas de LC 90° para que estén orientadas a lo largo de las líneas de fuerza del campo. Si la luz pasa a través de dicha celda, entonces, debido a la rotación del plano de polarización, el filtro polarizador superior dejará pasar la luz sin interferencia, es decir, la celda estará en estado abierto (Fig. 4). Al variar el voltaje entre los electrodos, las moléculas de LC pueden verse obligadas a girar en cualquier ángulo, cambiando así la transparencia de la celda. En todos los demás aspectos, las celdas IPS son similares a las matrices TN: también se forma una imagen en color mediante el uso de tres filtros de color. Las matrices IPS tienen ventajas y desventajas en comparación con las matrices TN. La ventaja es el hecho de que en este caso resulta perfectamente negro, no gris, como en las matrices TN. Otro ventaja indiscutible tecnología dada son grandes ángulos de visión. Las desventajas de las matrices IPS incluyen un tiempo de respuesta de píxeles más largo que el de las matrices TN. Sin embargo, volveremos a la cuestión del tiempo de reacción de un píxel. En conclusión, notamos que existen varias modificaciones de las matrices IPS (Super IPS, Dual Domain IPS) que mejoran su rendimiento.

Matrices MVA

Estructura de dominio de una celda MVA

MVA es una evolución de la tecnología VA, es decir, tecnología de alineación molecular vertical. A diferencia de las matrices TN e IPS, en este caso se utilizan cristales líquidos con anisotropía dieléctrica negativa, los cuales están orientados perpendicularmente a la dirección de las líneas de campo eléctrico. En ausencia de voltaje entre las placas de la celda LC, todas las moléculas de cristal líquido están orientadas verticalmente y no tienen efecto sobre el plano de polarización de la luz transmitida. Dado que la luz pasa a través de dos polarizadores cruzados, el segundo polarizador la absorbe completamente y la celda se encuentra en un estado cerrado, mientras que, a diferencia de una matriz TN, es posible obtener un color negro perfecto. Si se aplica un voltaje a los electrodos ubicados arriba y abajo, las moléculas giran 90°, orientándose perpendicularmente a las líneas del campo eléctrico. Cuando la luz polarizada plana pasa a través de una estructura de este tipo, el plano de polarización gira 90° y la luz pasa libremente a través del polarizador de salida, es decir, la celda LC está en estado abierto. Las ventajas de los sistemas con ordenación vertical de moléculas son la posibilidad de obtener un color negro perfecto (lo que, a su vez, afecta la posibilidad de obtener imágenes de alto contraste) y un tiempo de respuesta de píxel corto. Para aumentar los ángulos de visión en sistemas con ordenamiento vertical de moléculas, se utiliza una estructura multidominio, lo que conduce a la creación de matrices tipo MVA. El significado de esta tecnología radica en el hecho de que cada subpíxel se divide en varias zonas (dominios) utilizando repisas especiales que cambian ligeramente la orientación de las moléculas, obligándolas a alinearse con la superficie de la repisa. Esto lleva al hecho de que cada uno de esos dominios brilla en su propia dirección (dentro de un cierto ángulo sólido), y la combinación de todas las direcciones amplía el ángulo de visión del monitor. Las ventajas de las matrices MVA incluyen un alto contraste (debido a la posibilidad de obtener un negro perfecto) y grandes ángulos de visión (hasta 170°). Actualmente, existen varias variedades de tecnología MVA, como PVA (Patterned Vertical Alignment) de Samsung, MVA-Premium, etc., que mejoran aún más el rendimiento de las matrices MVA.

Brillo

Hoy en día, en los monitores LCD, el brillo máximo declarado en la documentación técnica es de 250 a 500 cd/m2. Y si el brillo del monitor es lo suficientemente alto, esto necesariamente se indica en los folletos publicitarios y se presenta como una de las principales ventajas del monitor. Sin embargo, este es precisamente uno de los escollos. La paradoja radica en el hecho de que es imposible concentrarse en los números indicados en la documentación técnica. Esto se aplica no solo al brillo, sino también al contraste, los ángulos de visión y el tiempo de respuesta de los píxeles. No solo pueden no corresponder en absoluto a los valores realmente observados, sino que a veces es difícil entender qué significan estos números. En primer lugar, existen diferentes técnicas de medición descritas en diferentes estándares; por lo tanto, las mediciones realizadas con diferentes métodos dan resultados diferentes, y es poco probable que pueda averiguar qué método y cómo se realizaron las mediciones. Aquí hay un ejemplo simple. El brillo medido depende de la temperatura de color, pero cuando dicen que el brillo del monitor es de 300 cd/m2, surge la pregunta: ¿a qué temperatura de color se alcanza este brillo tan máximo? Además, los fabricantes indican el brillo no para el monitor, sino para la matriz LCD, que no es lo mismo. Para medir el brillo, se utilizan señales de referencia especiales de generadores con una temperatura de color ajustada con precisión, por lo que las características del propio monitor como producto final pueden diferir significativamente de las que se indican en la documentación técnica. Pero para el usuario, las características del monitor en sí, y no de la matriz, son de suma importancia. El brillo es una característica muy importante para un monitor LCD. Por ejemplo, con un brillo insuficiente, es poco probable que pueda jugar varios juegos o ver películas en DVD. Además, será incómodo trabajar detrás del monitor en condiciones de luz diurna (iluminación externa). Sin embargo, sería prematuro concluir sobre esta base que un monitor con un brillo declarado de 450 cd/m2 es de alguna manera mejor que un monitor con un brillo de 350 cd/m2. En primer lugar, como ya se señaló, el brillo declarado y real no es lo mismo, y en segundo lugar, es suficiente que el monitor LCD tenga un brillo de 200-250 cd / m2 (pero no declarado, pero realmente observado). Además, el hecho de cómo se ajusta el brillo del monitor no es de poca importancia. Desde el punto de vista de la física, el ajuste del brillo se puede realizar cambiando el brillo de las lámparas de luz de fondo. Esto se logra ya sea ajustando la corriente de descarga en la lámpara (en los monitores, las lámparas fluorescentes con una lámpara fluorescente de cátodo frío, CCFL se utilizan como retroiluminación en los monitores), o debido a la llamada modulación de ancho de pulso del suministro de la lámpara. Con la modulación de ancho de pulso, el voltaje de la retroiluminación se suministra mediante pulsos de cierta duración. Como resultado, la lámpara de iluminación no brilla constantemente, sino solo a intervalos de tiempo que se repiten periódicamente, pero debido a la inercia de la visión, parece que la lámpara está constantemente encendida (la frecuencia de repetición del pulso es superior a 200 Hz). Obviamente, al cambiar el ancho de los pulsos de voltaje aplicados, es posible ajustar el brillo promedio del resplandor de la lámpara de luz de fondo. Además de ajustar el brillo del monitor debido a la retroiluminación, en ocasiones este ajuste lo realiza la propia matriz. De hecho, se agrega un componente constante al voltaje de control en los electrodos de la celda LC. Esto permite que la celda LCD se abra por completo, pero no que se cierre por completo. En este caso, cuando se aumenta el brillo, el color negro deja de ser negro (la matriz se vuelve parcialmente transparente incluso cuando la celda LCD está cerrada).

Contraste

Una característica igualmente importante de un monitor LCD es su relación de contraste, que se define como la relación entre el brillo de un fondo blanco y el brillo de un fondo negro. En teoría, el contraste de un monitor no debería depender del nivel de brillo establecido en el monitor, es decir, en cualquier nivel de brillo, el contraste medido debería tener el mismo valor. De hecho, el brillo del fondo blanco es proporcional al brillo de la luz de fondo. Idealmente, la relación de transmisión de luz de una celda LCD en estado abierto y cerrado es una característica de la propia celda LCD; sin embargo, en la práctica, esta relación puede depender tanto de la temperatura de color establecida como del nivel de brillo establecido del monitor. En los últimos años, el contraste de la imagen en los monitores digitales ha aumentado notablemente, y ahora esta cifra suele alcanzar un valor de 500:1. Pero incluso aquí no todo es tan simple. El hecho es que el contraste se puede especificar no para el monitor, sino para la matriz. Sin embargo, como muestra la experiencia, si en el pasaporte se indica una relación de contraste de más de 350:1, esto es suficiente para el funcionamiento normal.

Ángulo de visión

El ángulo de visión máximo (tanto vertical como horizontalmente) se define como el ángulo de visión desde el cual el contraste de la imagen en el centro es de al menos 10:1. Algunos fabricantes de matrices, al determinar los ángulos de visión, utilizan una relación de contraste no de 10:1, sino de 5:1, lo que también introduce cierta confusión en las especificaciones técnicas. La definición formal de los ángulos de visión es bastante vaga y, lo que es más importante, no está directamente relacionada con la correcta reproducción del color cuando se ve una imagen desde un ángulo. De hecho, para los usuarios, una circunstancia mucho más importante es el hecho de que al ver una imagen en ángulo con respecto a la superficie del monitor, no hay una caída en el contraste, sino distorsiones de color. Por ejemplo, el rojo se vuelve amarillo y el verde se vuelve azul. Además, tales distorsiones diferentes modelos se manifiestan de diferentes maneras: para algunos, ya se notan en un ángulo leve, mucho más pequeño que el ángulo de visión. Por lo tanto, comparar monitores en términos de ángulos de visión es básicamente incorrecto. Es posible comparar algo, pero tal comparación no tiene valor práctico.

Tiempo de respuesta de píxeles

Diagrama de tiempo de encendido de píxeles típico para una matriz TN+Film

Diagrama de tiempo de apagado de píxeles típico para TN+Film-matrix

El tiempo de respuesta, o tiempo de respuesta de píxeles, suele especificarse en la documentación técnica del monitor y se considera una de las características más importantes del monitor (lo que no es del todo cierto). En los monitores LCD, el tiempo de respuesta del píxel, que depende del tipo de matriz, se mide en decenas de milisegundos (en las nuevas matrices TN + Film, el tiempo de respuesta del píxel es de 12 ms), y esto provoca que la imagen cambiante se vea borrosa. y puede ser perceptible a simple vista. Distinga entre el tiempo de encendido y el tiempo de apagado de un píxel. El tiempo de píxel se refiere a la cantidad de tiempo requerida para abrir la celda LCD, y el tiempo de apagado se refiere a la cantidad de tiempo requerida para cerrarla. Cuando hablan del tiempo de reacción de un píxel, entienden el tiempo total de encendido y apagado del píxel. El tiempo que se enciende un píxel y el tiempo que se apaga puede variar significativamente. Cuando hablan del tiempo de respuesta de píxeles indicado en la documentación técnica del monitor, se refieren al tiempo de respuesta de la matriz, no del monitor. Además, el tiempo de respuesta del píxel indicado en la documentación técnica es interpretado de manera diferente por diferentes fabricantes de matrices. Por ejemplo, una de las opciones para interpretar el tiempo de encendido (apagado) de un píxel es que ese es el tiempo para cambiar el brillo de un píxel del 10 al 90% (del 90 al 10%). Hasta ahora, cuando se habla de medir el tiempo de reacción de un píxel, se entiende que hablamos de cambiar entre los colores blanco y negro. Si no hay dudas con el color negro (el píxel simplemente está cerrado), entonces la elección del color blanco no es obvia. ¿Cómo cambiará el tiempo de reacción de un píxel si lo mide al cambiar entre diferentes medios tonos? Esta pregunta es de gran importancia práctica. El hecho es que cambiar de un fondo negro a uno blanco o viceversa es relativamente raro en aplicaciones reales. En la mayoría de las aplicaciones, por regla general, se implementan transiciones entre semitonos. Y si el tiempo de cambio entre los colores blanco y negro resulta ser menor que el tiempo de cambio entre la escala de grises, entonces el tiempo de respuesta del píxel no tendrá ningún valor práctico y será imposible concentrarse en esta característica del monitor. ¿Qué conclusión se puede sacar de lo anterior? Todo es muy simple: el tiempo de respuesta de píxeles declarado por el fabricante no permite juzgar sin ambigüedades las características dinámicas del monitor. Es más correcto en este sentido hablar no del tiempo de cambio de un píxel entre los colores blanco y negro, sino del tiempo medio de cambio de un píxel entre medios tonos.

Número de colores mostrados

Todos los monitores son dispositivos RGB por naturaleza, es decir, su color se obtiene mezclando en varias proporciones los tres colores básicos: rojo, verde y azul. Por lo tanto, cada píxel LCD consta de tres subpíxeles de colores. Además del estado completamente cerrado o completamente abierto de la celda LC, también son posibles estados intermedios cuando la celda LC está parcialmente abierta. Esto le permite formar un tono de color y mezclar los tonos de color de los colores base en las proporciones correctas. Al mismo tiempo, la cantidad de colores reproducidos por el monitor depende teóricamente de cuántos tonos de color se pueden formar en cada canal de color. La apertura parcial de la celda LC se logra aplicando el nivel de voltaje requerido a los electrodos de control. Por lo tanto, la cantidad de tonos de color reproducibles en cada canal de color depende de cuántos niveles de voltaje diferentes se pueden aplicar a la celda LCD. Para formar un nivel de voltaje arbitrario, será necesario usar circuitos DAC con una gran capacidad, lo cual es extremadamente costoso. Por lo tanto, en los monitores LCD modernos, los DAC de 18 bits se usan con mayor frecuencia y menos los de 24 bits. Cuando se utiliza un DAC de 18 bits, cada canal de color tiene 6 bits. Esto le permite formar 64 (26=64) niveles de voltaje diferentes y, en consecuencia, obtener 64 tonos de color en un canal de color. En total, al mezclar los tonos de color de diferentes canales, es posible crear 262 144 tonos de color. Cuando se utiliza una matriz de 24 bits (circuito DAC de 24 bits), cada canal tiene 8 bits, lo que permite formar 256 (28 = 256) tonos de color en cada canal, y en total dicha matriz reproduce 16.777.216 tonos de color. Al mismo tiempo, para muchas matrices de 18 bits, el pasaporte establece que reproducen 16,2 millones de colores. ¿Cuál es el problema aquí y es posible? Resulta que en matrices de 18 bits, debido a todo tipo de trucos, puede acercar la cantidad de tonos de color a lo que reproducen las matrices reales de 24 bits. Para extrapolar tonos de color en matrices de 18 bits, se utilizan dos tecnologías (y sus combinaciones): tramado (dithering) y FRC (Frame Rate Control). La esencia de la tecnología de tramado es que los tonos de color que faltan se obtienen mezclando los tonos de color más cercanos de los píxeles vecinos. Consideremos un ejemplo simple. Suponga que un píxel solo puede estar en dos estados: abierto y cerrado, y el estado cerrado del píxel forma negro y el estado abierto, rojo. Si, en lugar de un píxel, consideramos un grupo de dos píxeles, entonces, además del negro y el rojo, también podemos obtener un color intermedio, extrapolando así de un modo de dos colores a uno de tres colores. Como resultado, si inicialmente un monitor de este tipo pudiera generar seis colores (dos para cada canal), luego de tal interpolación ya reproducirá 27 colores. El esquema de tramado tiene un inconveniente significativo: se logra un aumento en los tonos de color a expensas de una disminución en la resolución. De hecho, esto aumenta el tamaño del píxel, lo que puede afectar negativamente a la representación de los detalles de la imagen. La esencia de la tecnología FRC es manipular el brillo de los subpíxeles individuales encendiéndolos o apagándolos. Como en el ejemplo anterior, se considera que un píxel es negro (apagado) o rojo (encendido). Se ordena a cada subpíxel que se encienda a una velocidad de cuadro, es decir, a una tasa de cuadro de 60 Hz, se le ordena a cada subpíxel que se encienda 60 veces por segundo. Esto permite generar el color rojo. Sin embargo, si obligamos al píxel a encenderse no 60 veces por segundo, sino solo 50 (en cada ciclo 12, no encienda, sino que apague el píxel), entonces, como resultado, el brillo del píxel será 83 % del máximo, lo que permitirá formar un tono de color intermedio de rojo. Ambos métodos considerados de extrapolación de color tienen sus inconvenientes. En el primer caso, se trata de un posible parpadeo de la pantalla y un ligero aumento del tiempo de reacción, y en el segundo, la probabilidad de perder detalles de la imagen. Es bastante difícil distinguir a simple vista una matriz de 18 bits con extrapolación de color de una verdadera de 24 bits. Al mismo tiempo, el costo de una matriz de 24 bits es mucho mayor.

El principio de funcionamiento de las pantallas TFT-LCD.

El principio general de formación de imágenes en la pantalla está bien ilustrado en la Fig. 1. Pero, ¿cómo controlar el brillo de los subpíxeles individuales? Los principiantes suelen explicarse de esta manera: detrás de cada subpíxel hay un obturador de cristal líquido. Dependiendo del voltaje que se le aplique, transmite más o menos luz de la luz de fondo. Y todos imaginan de inmediato algunas aletas en pequeños bucles que giran en el ángulo deseado ... algo como esto:

De hecho, por supuesto, todo es mucho más complicado. No hay solapas de material en las bisagras. En una matriz de cristal líquido real, el flujo luminoso se controla de la siguiente manera:

La luz de la luz de fondo (recorremos la imagen de abajo hacia arriba) primero pasa a través del filtro polarizador inferior (placa sombreada blanca). Ahora bien, esto ya no es un flujo de luz ordinario, sino polarizado. Además, la luz pasa a través de electrodos de control translúcidos (placas amarillas) y encuentra una capa de cristales líquidos en su camino. Al cambiar la polarización del voltaje de control flujo luminoso puede cambiarse hasta 90 grados (en la imagen de la izquierda), o dejarse sin cambios (en el mismo lugar a la derecha). ¡Atención, comienza la diversión! Después de la capa de cristales líquidos, se ubican los filtros de luz y aquí cada subpíxel se pinta en el color deseado: rojo, verde o azul. Si observa la pantalla sin el filtro polarizador superior, verá millones de subpíxeles luminosos, y cada uno brilla con el máximo brillo, porque nuestros ojos no pueden distinguir la polarización de la luz. En otras palabras, sin el polarizador superior, solo veremos un brillo blanco uniforme sobre toda la superficie de la pantalla. Pero vale la pena volver a colocar el filtro polarizador superior, y "mostrará" todos los cambios que los cristales líquidos han hecho con la polarización de la luz. Algunos subpíxeles permanecerán muy brillantes, como el de la izquierda en la figura, cuya polarización se ha cambiado a 90 grados, y algunos se apagarán, porque el polarizador superior está en oposición de fase con el inferior y no transmite luz con el valor predeterminado ( el que está por defecto) polarización. También hay subpíxeles con brillo intermedio: la polarización del flujo de luz que los atravesó no se giró 90, sino un número menor de grados, por ejemplo, 30 o 55 grados.

Pros y contras

Convenciones: (+) dignidad, (~) aceptable, (-) desventaja
	monitores LCD	monitores CRT
Brillo	(+) de 170 a 250 cd/m2	(~) 80 a 120 cd/m2
Contraste	(~) 200:1 a 400:1	(+) 350:1 a 700:1
Ángulo de visión (por contraste)	(~) 110 a 170 grados	(+) más de 150 grados
Ángulo de visión (por color)	(-) 50 a 125 grados	(~) más de 120 grados
Permiso	(-) Resolución única con tamaño de píxel fijo. Óptimamente solo se puede utilizar en esta resolución; se pueden usar resoluciones más altas o más bajas según las funciones de expansión o compresión admitidas, pero no son óptimas.	(+) Se admiten varias resoluciones. En todas las resoluciones admitidas, el monitor se puede utilizar de manera óptima. La limitación viene impuesta únicamente por la aceptabilidad de la frecuencia de actualización.
Frecuencia vertical	(+) Frecuencia óptima 60 Hz, que es suficiente para que no parpadee	(~) Solo a frecuencias superiores a 75 Hz no hay un parpadeo claramente perceptible
Errores de coincidencia de color	(+) no	(~) 0,0079 a 0,0118 pulgadas (0,20 - 0,30 mm)
Enfoque	(+) muy bien	(~) regular a muy bueno>
Distorsión geométrica/lineal	(+) no	(~) posible
Píxeles que no funcionan	(-) hasta 8	(+) no
Señal de entrada	(+) analógico o digital	(~) solo analógico
Escalado a diferentes resoluciones	(-) se utilizan métodos de ausencia o interpolación que no requieren grandes gastos generales	(+) muy bien
Precisión de la pantalla a color	(~) Se admite True Color y se simula la temperatura de color requerida	(+) Se admite True Color y, al mismo tiempo, hay muchos dispositivos de calibración de color en el mercado, lo cual es definitivamente una ventaja.
Corrección gamma (ajuste de color a las características de la visión humana)	(~) satisfactorio	(+) fotorrealista
Uniformidad	(~) a menudo la imagen es más brillante en los bordes	(~) a menudo la imagen es más brillante en el centro
Pureza del color/Calidad del color	(~) bueno	(+) alto
parpadeo	(+) no	(~) imperceptiblemente por encima de 85 Hz
Tiempo de inercia	(-) 20 a 30ms.	(+) despectivamente pequeño
Imágenes	(+) La imagen está formada por píxeles, cuyo número depende únicamente de la resolución específica del panel LCD. El paso de píxeles depende únicamente del tamaño de los píxeles, pero no de la distancia entre ellos. Cada píxel tiene una forma individual para un excelente enfoque, claridad y nitidez. La imagen es más coherente y suave.	(~) Los píxeles están formados por un grupo de puntos (tríadas) o rayas. El tono de un punto o línea depende de la distancia entre puntos o líneas del mismo color. Como resultado, la nitidez y la claridad de la imagen dependen en gran medida del tamaño del punto o paso de línea y de la calidad del CRT.
Consumo de energía y emisiones	(+) Prácticamente sin radiación electromagnética peligrosa. El consumo de energía es aproximadamente un 70 % inferior al de los monitores CRT estándar (25 W a 40 W).	(-) Las emisiones electromagnéticas siempre están presentes, sin embargo su nivel depende de si el CRT cumple con algún estándar de seguridad. Consumo de energía en condiciones de trabajo al nivel de 60 - 150 vatios.
Dimensiones y peso	(+) diseño plano, peso ligero	(-) construcción pesada, ocupa mucho espacio
interfaz de monitor	(+) Interfaz digital, sin embargo, la mayoría de los monitores LCD tienen una interfaz analógica incorporada para conectarse a las salidas analógicas más comunes de los adaptadores de video.	(-) Interfaz analógica

Literatura

• A.V. Petrochenkov “Hardware-informática y periféricos“, -106str.ill.
• V. E. Figurnov “IBM PC para el usuario”, -67p.
• “HARD "n" SOFT” (revista informática para una amplia gama de usuarios) No. 6 2003
• N.I. Gurin “Trabajar en computadora personal“,-128p.

Principales parámetros de los monitores LCD

Entonces, ¿qué sabemos sobre los monitores de cristal líquido? Primero, difieren en tamaño y color. En segundo lugar - el precio. En tercer lugar, son producidos por más de una docena de empresas diferentes. Esto, tal vez, el conocimiento de un usuario de computadora común es limitado. Intentaremos ampliarlos.

Las características de consumo más importantes de un monitor LCD (o monitor LCD) son las siguientes: precio, relación de aspecto de la pantalla, resolución, diagonal, contraste, brillo, tiempo de respuesta, ángulo de visión, presencia de píxeles defectuosos, interfaces, tipo de matriz, dimensiones, el consumo de energía.

Precio
Respecto al precio: en general, cuanto más caro es el monitor, mejor es. Sin embargo, hay matices. Dos fabricantes pueden crear sus modelos basados ​​en la misma matriz, pero la diferencia de precio puede llegar a más de mil rublos. Todo debido al diseño, la política de marketing de la empresa y otros factores.
Además, cada funcion adicional o la posibilidad de aumentar el coste final del monitor. Además, estas mejoras no siempre son necesarias para el usuario. Muchos de ellos tienen suficiente calidad de imagen y funcionalidad de modelos baratos basados ​​en una matriz TN. Pero algunos requieren una reproducción precisa del color, que solo pueden proporcionar modelos más caros basados ​​en matriz IPS o *VA.
Los precios de los monitores más baratos de 18,5 y 19 pulgadas comienzan en $100.

Formato de pantalla
Los monitores CRT ahora obsoletos tenían una relación de aspecto estándar de 4: 3 (ancho a alto). Los primeros monitores LCD también se produjeron así (además se produjo un formato 5:4). Ahora ya es difícil encontrarlos a la venta: los modelos de pantalla ancha están en los estantes de las tiendas, modelos con una relación de aspecto de 16:10, 16:9, 15:9, que está asociada con la introducción activa de video en formato HD (16 :9).
Los monitores 4:3 son más preferibles para navegar por la web, trabajar en texto, publicar y otros programas donde el trabajo se lleva a cabo principalmente en objetos verticales (páginas). Pero como monitor doméstico y medio de entretenimiento (ver una variedad de contenido de video, juegos tridimensionales), un monitor de pantalla ancha será la mejor opción.

Resolución de la pantalla
Este parámetro indica cuántos puntos (píxeles) se colocan en la parte visible del monitor. Por ejemplo: 1680x1050 (1680 puntos en horizontal y 1050 puntos en vertical). Este parámetro se determina en función del formato del cuadro (el número de puntos es un múltiplo de la relación de aspecto). En este caso son las 16:10. Hay un número finito de tales pares de números (se puede encontrar una tabla de permisos en línea).
En los monitores CRT, puede configurar cualquier resolución compatible con el monitor o la tarjeta de video. En los monitores LCD, solo hay una resolución fija, el resto se consigue por interpolación. Esto degrada la calidad de la imagen. Por eso, a la hora de elegir entre monitores con la misma resolución, es mejor elegir una diagonal mayor. Especialmente si tiene problemas de visión, lo cual no es raro en nuestro tiempo. Además, la resolución del monitor LCD debe ser compatible con su tarjeta gráfica. Pueden surgir problemas con tarjetas de video obsoletas. De lo contrario, deberá establecer una resolución no nativa. Y esta es una distorsión innecesaria de la imagen.
No es necesario comprar un monitor con una resolución de 1920x1080 (Full HD) o 2560x1600. Porque su computadora puede ejecutar juegos 3D a esta resolución, y los videos Full HD aún no son muy comunes.

Diagonal de la pantalla
Este valor se mide tradicionalmente en pulgadas y muestra la distancia entre dos esquinas opuestas. La diagonal óptima para hoy en día en términos de tamaño y precio es de 20 a 22 pulgadas. Por cierto, con el mismo tamaño de diagonal, un monitor 4:3 tendrá una superficie más grande.

Contraste
Este valor indica la relación máxima de brillo entre los puntos más claros y más oscuros. Normalmente se especifica como un par de números como 1000:1. Cuanto más contraste estático, mejor, ya que le permitirá ver más sombras (por ejemplo, en lugar de áreas negras, sombras de negro en fotos, juegos o películas). Tenga en cuenta que el fabricante puede reemplazar la información de contraste estático con información de contraste dinámico, que se calcula de manera diferente y no se debe confiar al elegir un monitor.

Brillo
Este parámetro muestra la cantidad de luz emitida por la pantalla. Se mide en candelas por metro cuadrado. Un valor alto de brillo no hará daño. En cuyo caso, siempre puede reducir el brillo según sus propias preferencias y la iluminación del lugar de trabajo.

Tiempo de respuesta
El tiempo de respuesta es el tiempo mínimo que tarda un píxel en cambiar su brillo de activo (blanco) a inactivo (negro) y de nuevo a activo. El tiempo de respuesta es la suma del tiempo de almacenamiento en búfer y el tiempo de conmutación. El último parámetro se indica en las características. Medido en milisegundos (ms). Menos es mejor. Los largos tiempos de respuesta dan como resultado imágenes borrosas en escenas rápidas en películas y juegos. En la mayoría de los modelos económicos basados ​​​​en una matriz TN, el tiempo de respuesta no supera los 10 ms y es suficiente para un trabajo cómodo. Por cierto, algunos fabricantes son astutos, miden el tiempo de transición de un tono de gris a otro y dan este valor como tiempo de respuesta.

Ángulo de visión
Este parámetro indica en qué ángulo de visión el contraste cae al valor especificado. En este caso, la distorsión se vuelve inaceptable para la visualización. Por desgracia, cada compañía calcula el ángulo de visión de manera diferente, por lo que lo mejor que puede hacer es mirar más de cerca el monitor antes de comprarlo.

píxeles defectuosos
Después de la producción de la matriz LCD, puede contener defectos de imagen, que se dividen en píxeles muertos y "calientes" (dependientes). La aparición de estos últimos depende de algunos factores: por ejemplo, pueden aparecer cuando sube la temperatura. Puede intentar eliminar los píxeles "calientes" utilizando el procedimiento "reasignar" (los píxeles dañados se desactivarán). Es poco probable que deshacerse de los píxeles tenga éxito.
De acuerdo, es desagradable trabajar en un monitor con un punto verde o rojo que se quema constantemente. Por lo tanto, cuando inspeccione el monitor en una tienda, ejecute algún programa de prueba para determinar la presencia o ausencia de píxeles defectuosos. O llene alternativamente la pantalla con negro, blanco, rojo, verde y azul y mire más de cerca. Si no hay píxeles muertos, siéntase libre de tomarlo. Desafortunadamente, pueden aparecer más tarde, pero la probabilidad de que esto suceda es baja.
Una cosa más a tener en cuenta: el estándar ISO 13406-2 establece cuatro clases de calidad para monitores según la cantidad permitida de píxeles muertos. Por lo tanto, el vendedor puede negarse a cambiar el modelo si el número de píxeles muertos no supera la clase de calidad determinada por el fabricante.

tipo de matriz
Se utilizan tres tecnologías principales en la producción de pantallas: TN, IPS y MVA/PVA. Hay otros, pero no tienen esa distribución. No nos interesan las diferencias tecnológicas, pasemos a las propiedades de consumo.
TN+película. Los paneles más masivos y baratos. Tienen un buen tiempo de respuesta, pero un pobre nivel de contraste y un pequeño ángulo de visión. También la reproducción del color es coja. Por lo tanto, no se utilizan en áreas donde es necesario un trabajo preciso con el color. Para uso doméstico - la mejor opción.
IPS (SFT). Queridos paneles. Buen ángulo de visión, alto contraste, buena reproducción de color, pero largo tiempo de respuesta. Los únicos que pueden representar la gama completa de colores RGB. Actualmente se están realizando desarrollos para mejorar los tiempos de respuesta, ampliar aún más la gama de colores y mejorar otros parámetros.
MVA/PVA. Algo entre TN e IPS, tanto en coste como en rendimiento. El tiempo de respuesta no es mucho peor que el de TN, y el contraste, la reproducción del color y el ángulo de visión son mejores.

Interfaces
Los monitores modernos se pueden conectar a una computadora mediante interfaces analógicas y digitales. El VGA analógico (D-Sub) está obsoleto, pero lo más probable es que se utilice durante mucho tiempo. Reemplazado gradualmente por DVI digital. También se pueden encontrar interfaces digitales HDMI y DisplayPort.
Básicamente, necesita saber una cosa: si su tarjeta de video tiene la interfaz adecuada. Por ejemplo, compraste un monitor nuevo con DVI digital, pero la tarjeta de video solo tiene analógico. En este caso, tendrás que usar un adaptador.

Dimensiones, diseño, consumo de energía
El monitor debe seleccionarse no solo en función de las características del consumidor, sino también apariencia. Pero este es un escenario individual. Como ya escribimos, un hermoso diseño aumenta el costo del monitor. Puede ignorar el consumo de energía. En casi todos los modelos modernos, es bastante pequeño. El pasaporte del dispositivo indica el consumo de energía: activo (en funcionamiento) y pasivo (cuando el monitor está apagado, pero no desconectado de la red).
Una pregunta más: ¿llevar un monitor con acabado brillante o mate? El brillo da mayor contraste, pero más brillo y se ensucia más rápido.

Contras de los monitores LCD
A pesar de que los monitores LCD tienen varias ventajas sobre los monitores CRT, hay una serie de desventajas que deben tenerse en cuenta:
1) una sola resolución “regular”, el resto se obtienen por interpolación con pérdida de claridad;
2) la gama de colores y la precisión del color son peores;
3) un nivel relativamente bajo de contraste y profundidad de negro;
4) el tiempo de respuesta a los cambios de imagen es mayor que el de los monitores CRT;
5) el problema de la dependencia del contraste del ángulo de visión aún no se ha resuelto;
6) posible presencia Píxeles defectuosos irreparables.

El futuro de los monitores LCD
Los monitores LCD están actualmente en su apogeo. Pero hace unos años, los expertos comenzaron a hablar de una tecnología que algún día podría reemplazarlos. Las más prometedoras son las pantallas OLED (matriz con diodos orgánicos emisores de luz). Sin embargo, su producción en masa todavía está llena de dificultades y está limitada por un precio bastante alto. Además, la tecnología de los monitores LCD mejora constantemente, por lo que el anuncio de su inminente desaparición es prematuro.

El tipo de matriz que se utiliza en un monitor LCD es, por supuesto, una de las características más importantes de los monitores, pero no la única. Además del tipo de matriz, los monitores se caracterizan por la resolución de trabajo, el brillo y el contraste máximos, los ángulos de visión, el tiempo de cambio de píxeles y otros parámetros menos importantes. Consideremos estas características con más detalle.

Si los monitores CRT tradicionales generalmente se caracterizan por el tamaño diagonal de la pantalla, entonces, para los monitores LCD, esta clasificación no es del todo correcta. Es más correcto clasificar los monitores LCD por resolución de trabajo. El hecho es que, a diferencia de los monitores basados ​​en CRT, cuya resolución se puede cambiar con bastante flexibilidad, las pantallas LCD tienen un conjunto fijo de píxeles físicos. Por eso están diseñados para funcionar con un solo permiso, llamado Working. Indirectamente, esta resolución también determina el tamaño de la diagonal de la matriz, sin embargo, los monitores con la misma resolución de trabajo pueden tener una matriz de diferentes tamaños. Por ejemplo, los monitores con una diagonal de 15 a 16 pulgadas generalmente tienen una resolución de trabajo de 1024x768, lo que, a su vez, significa que este monitor en realidad tiene 1024 píxeles en horizontal y 768 píxeles en vertical.

La resolución de trabajo del monitor determina el tamaño de los iconos y fuentes que se mostrarán en la pantalla. Por ejemplo, un monitor de 15 pulgadas puede tener una resolución de trabajo de 1024x768 píxeles, o tal vez 1400x1050 píxeles. En el último caso, las dimensiones físicas de los píxeles en sí serán más pequeñas, y dado que se utiliza la misma cantidad de píxeles en la formación de un icono estándar en el primer y segundo caso, a una resolución de 1400x1050 píxeles, el icono se ser más pequeño en dimensiones físicas. Los tamaños de íconos demasiado pequeños en una resolución de monitor alta pueden ser inaceptables para algunos usuarios, por lo que debe prestar atención de inmediato a la resolución de trabajo al comprar un monitor.

Por supuesto, el monitor es capaz de mostrar una imagen en una resolución distinta a la de trabajo. Este modo de funcionamiento del monitor se denomina interpolación. Tenga en cuenta que, en el caso de la interpolación, la calidad de la imagen deja mucho que desear: la imagen está fragmentada y rugosa y, además, pueden producirse artefactos de escala, como protuberancias en los círculos. El modo de interpolación tiene un efecto particularmente fuerte en la calidad de visualización de las fuentes de pantalla. De ahí la conclusión: si, al comprar un monitor, planea usarlo para trabajar con una resolución no estándar, entonces de una manera sencilla verificar el modo de operación del monitor durante la interpolación es ver algunos Documento de texto en letra pequeña. Será fácil notar artefactos de interpolación a lo largo de los contornos de las letras, y si se usa un mejor algoritmo de interpolación en el monitor, las letras serán más uniformes, pero aún borrosas. La velocidad a la que el monitor LCD escala un solo cuadro también es un parámetro importante al que se debe prestar atención, ya que los componentes electrónicos del monitor tardan en interpolarse.

Uno de los puntos fuertes de un monitor LCD es su brillo. Esta cifra en las pantallas de cristal líquido a veces supera a la de los monitores basados ​​en CRT en más del doble. Para ajustar el brillo del monitor, cambie la intensidad de la luz de fondo. Hoy en día, en los monitores LCD, el brillo máximo declarado en la documentación técnica es de 250 a 300 cd/m2. Y si el brillo del monitor es lo suficientemente alto, esto necesariamente se indica en los folletos publicitarios y se presenta como una de las principales ventajas del monitor.

De hecho, el brillo es una característica importante para un monitor LCD. Por ejemplo, si el brillo es insuficiente, será incómodo trabajar detrás del monitor en condiciones de luz diurna (iluminación externa). Como muestra la experiencia, es suficiente que un monitor LCD tenga un brillo de 200-250 cd / m2, pero no declarado, pero realmente observado.

En los últimos años, el contraste de la imagen en los paneles digitales ha aumentado notablemente, y ahora, a menudo, esta cifra alcanza un valor de 1000:1. Este parámetro se define como la relación entre el brillo máximo y mínimo sobre un fondo blanco y negro, respectivamente. Pero tampoco aquí todo es tan sencillo. El hecho es que el contraste no se puede especificar para el monitor, sino para la matriz y, además, existen varios métodos alternativos para medir el contraste. Sin embargo, como muestra la experiencia, si en el pasaporte se indica una relación de contraste de más de 350:1, esto es suficiente para el funcionamiento normal.

Debido a la rotación de las moléculas de LC en cada uno de los subpíxeles de color en un cierto ángulo, es posible obtener no solo los estados abiertos y cerrados de la celda de LC, sino también estados intermedios que forman el tono de color. Teóricamente, se puede hacer que el ángulo de rotación de las moléculas de LC sea cualquiera en el rango de mínimo a máximo. Sin embargo, en la práctica, existen fluctuaciones de temperatura que impiden un ajuste preciso del ángulo de rotación. Además, para formar un nivel de voltaje arbitrario, será necesario usar circuitos DAC con una gran capacidad, lo cual es extremadamente costoso. Por lo tanto, en los monitores LCD modernos, los DAC de 18 bits se usan con mayor frecuencia y menos los de 24 bits. Cuando se utiliza un DAC de 18 bits, cada canal de color tiene 6 bits. Esto hace posible formar 64 (26 = 64) niveles de voltaje diferentes y, en consecuencia, establecer 64 orientaciones diferentes de moléculas LC, lo que, a su vez, conduce a la formación de 64 tonos de color en un canal de color. En total, al mezclar los tonos de color de diferentes canales, es posible obtener 262 K tonos de color.

Cuando se utiliza una matriz de 24 bits (circuito DAC de 24 bits), cada canal tiene 8 bits, lo que permite formar 256 (28 = 256) tonos de color en cada canal, y en total dicha matriz reproduce 16.777.216 tonos de color.

Al mismo tiempo, para muchas matrices de 18 bits, el pasaporte establece que reproducen 16,2 millones de colores. ¿Cuál es el problema aquí y es posible? Resulta que en matrices de 18 bits, debido a varios trucos, puede aumentar la cantidad de tonos de color para que este número se acerque a la cantidad de colores reproducidos por matrices reales de 24 bits. Para la extrapolación de tonos de color en matrices de 18 bits, se utilizan dos tecnologías (y sus combinaciones): Dithering (dithering) y FRC (Frame Rate Control).

La esencia de la tecnología Dithering radica en el hecho de que los tonos de color que faltan se obtienen mezclando los tonos de color más cercanos de los subpíxeles adyacentes. Consideremos un ejemplo simple. Supongamos que un subpíxel solo puede estar en dos estados: abierto y cerrado, y el estado cerrado del subpíxel forma negro y el estado abierto, rojo. Si en lugar de un píxel consideramos un grupo de dos subpíxeles, entonces, además de los colores negro y rojo, también podemos obtener un color intermedio y, por lo tanto, extrapolar de un modo de dos colores a uno de tres colores (Fig. 1) . Como resultado, si inicialmente un monitor de este tipo pudiera generar seis colores (dos para cada canal), luego de tal interpolación, el monitor ya reproducirá 27 colores.

Figura 1 - Esquema de tramado para obtener tonos de color

Si consideramos un grupo de no dos, sino de cuatro subpíxeles (2x2), entonces el uso de tramado nos permitirá obtener tres tonos de color adicionales en cada canal y el monitor pasará de 8 colores a 125 colores. En consecuencia, un grupo de 9 subpíxeles (3x3) le permitirá obtener siete tonos de color adicionales, y el monitor ya tendrá 729 colores.

El esquema de tramado tiene un inconveniente significativo: se logra un aumento en los tonos de color a expensas de una disminución en la resolución. De hecho, esto aumenta el tamaño del píxel, lo que puede afectar negativamente a la representación de los detalles de la imagen.

Además de la tecnología de tramado, también se utiliza la tecnología FRC, que es una forma de manipular el brillo de los subpíxeles individuales encendiéndolos/apagándolos adicionalmente. Como en el ejemplo anterior, supondremos que el subpíxel puede ser negro (apagado) o rojo (encendido). Recuerde que a cada subpíxel se le ordena que se encienda a una frecuencia de cuadro, es decir, a una frecuencia de cuadro de 60 Hz, a cada subpíxel se le ordena que se encienda 60 veces por segundo, lo que permite generar rojo. Sin embargo, si el subpíxel se ve obligado a encenderse no 60 veces por segundo, sino solo 50 (en cada ciclo 12, el subpíxel no se enciende, sino que se apaga), como resultado, el brillo del subpíxel será 83 % del máximo, lo que permitirá formar un tono de color intermedio de rojo.

Ambos métodos considerados de extrapolación de color tienen sus inconvenientes. En el primer caso, se trata de la posibilidad de perder detalles de la imagen, y en el segundo, de un posible parpadeo de la pantalla y un ligero aumento del tiempo de reacción.

Sin embargo, cabe señalar que no siempre es posible distinguir a simple vista una matriz de 18 bits con extrapolación de color de una matriz de 24 bits real. En este caso, una matriz de 24 bits costará mucho más.

El problema tradicional de los monitores LCD son los ángulos de visión: si la imagen en un CRT prácticamente no sufre incluso cuando se ve casi paralela al plano de la pantalla, en muchas matrices LCD, incluso una ligera desviación de la perpendicular conduce a una caída notable en contraste y distorsión del color. De acuerdo con los estándares actuales, los fabricantes de sensores definen el ángulo de visión como el ángulo relativo a la perpendicular al centro del sensor, cuando se ve bajo el cual el contraste de la imagen en el centro del sensor cae a 10:1 (Fig. 2).

Figura 2 - Esquema para determinar los ángulos de visión de la matriz LCD

A pesar de la aparente falta de ambigüedad de este término, es necesario comprender claramente qué entiende exactamente el fabricante de la matriz (y no el monitor) en el ángulo de visión. El ángulo de visión máximo, tanto vertical como horizontalmente, se define como el ángulo de visión desde el cual el contraste de la imagen es de al menos 10:1. Al mismo tiempo, recuerde que el contraste de la imagen es la relación entre el brillo máximo sobre un fondo blanco y el brillo mínimo sobre un fondo negro. Por lo tanto, por definición, los ángulos de visión no están directamente relacionados con la precisión del color cuando se ven desde un ángulo.

El tiempo de reacción, o tiempo de respuesta, de un subpíxel también es uno de los indicadores más importantes de un monitor. A menudo, esta característica se denomina el punto más débil de los monitores LCD porque, a diferencia de los monitores CRT, en los que el tiempo de respuesta de los píxeles se mide en microsegundos, en los monitores LCD este tiempo es de decenas de milisegundos, lo que en última instancia conduce a que la imagen cambiante se vea borrosa. y puede ser perceptible a simple vista. Desde un punto de vista físico, el tiempo de reacción de un píxel está determinado por el intervalo de tiempo durante el cual cambia la orientación espacial de las moléculas de cristal líquido, y cuanto más corto sea este tiempo, mejor.

En este caso, es necesario distinguir entre los tiempos de encendido y apagado de un píxel. El tiempo de activación del píxel se refiere al tiempo requerido para que la celda LC se abra por completo, y el tiempo de desactivación del píxel se refiere al tiempo requerido para cerrar completamente la celda LC. Cuando se habla del tiempo de reacción de un píxel, se entiende por el tiempo total de encendido y apagado del píxel.

El tiempo que se enciende un píxel y el tiempo que se apaga pueden diferir significativamente entre sí. Por ejemplo, si consideramos matrices comunes TN + Film, entonces el proceso de apagar un píxel consiste en la reorientación de moléculas perpendiculares a las direcciones de polarización bajo la influencia de un voltaje aplicado, y el proceso de encender un píxel es un tipo de relajación de las moléculas de LC, es decir, el proceso de transición a su estado natural. En este caso, es obvio que el tiempo de apagado de un píxel será menor que el tiempo de encendido.

La Figura 3 muestra diagramas de tiempo típicos para encender (Fig. 3a) y apagar (Fig. 3b) un píxel de matriz de película TN+. En el ejemplo que se muestra, el tiempo de encendido de un píxel es de 20 ms y el tiempo de apagado es de 6 ms. El tiempo de reacción total de un píxel es de 26 ms.

Cuando hablan del tiempo de respuesta de píxeles indicado en la documentación técnica del monitor, se refieren al tiempo de respuesta de la matriz, no del monitor. Curiosamente, pero esto no es lo mismo, ya que el primer caso no tiene en cuenta toda la electrónica necesaria para controlar los píxeles de la matriz. De hecho, el tiempo de respuesta del píxel de la matriz es el tiempo necesario para la reorientación de las moléculas, y el tiempo de reacción del píxel del monitor es el tiempo que transcurre entre la señal de encendido/apagado y el propio hecho de encender/apagar. Además, hablando del tiempo de respuesta del píxel indicado en la documentación técnica, hay que tener en cuenta que los fabricantes de matrices pueden interpretar este tiempo de diferentes maneras.

Figura 3 - Diagramas de tiempo típicos para encender (a) y apagar (b) un píxel para una matriz TN

Entonces, una de las opciones para interpretar el tiempo de encendido/apagado de un píxel es que este significa el tiempo para cambiar el brillo del brillo del píxel de 10 a 90% o de 90 a 10%. Al mismo tiempo, es muy posible que para un monitor con un buen tiempo de respuesta de píxeles, cuando el brillo cambia de 10 a 90 %, el tiempo de respuesta total de píxeles (cuando el brillo cambia de 0 a 100 %) sea bastante grande .

Entonces, ¿tal vez sea más correcto hacer mediciones dentro del rango de cambio de brillo de 0 a 100%? Sin embargo, el brillo del 0 al 10 % es percibido por el ojo humano como absolutamente negro y, en este sentido, es la medición a partir del nivel de brillo del 10 % lo que tiene importancia práctica. Del mismo modo, no tiene sentido medir un cambio en el nivel de brillo hasta el 100 %, ya que el brillo del 90 al 100 % se percibe como blanco y, por lo tanto, es precisamente la medición del brillo hasta el 90 % lo que tiene importancia práctica.

Hasta ahora, hablando de medir el tiempo de reacción de un píxel, queríamos decir que estábamos hablando de cambiar entre los colores blanco y negro. Si no hay dudas con el color negro (el píxel simplemente está cerrado), entonces la elección del color blanco no es obvia. ¿Cómo cambiará el tiempo de reacción de un píxel si lo mide al cambiar entre diferentes medios tonos? Esta pregunta es de gran importancia práctica. El hecho es que cambiar de un fondo negro a un fondo blanco o viceversa, que determina el tiempo de reacción de un píxel, se usa relativamente raramente en aplicaciones reales; un ejemplo sería desplazar texto negro sobre un fondo blanco. En la mayoría de las aplicaciones, por regla general, se implementan transiciones entre semitonos. Y si resulta que el tiempo de cambio entre los colores gris y blanco será menor que el tiempo de cambio entre la escala de grises, entonces el tiempo de respuesta del píxel simplemente no tiene valor práctico, por lo que no puede confiar en esta característica del monitor. De hecho, ¿de qué sirve determinar el tiempo de reacción de un píxel, si el tiempo real de cambio entre medios tonos puede ser mayor y si la imagen se vuelve borrosa cuando la imagen cambia dinámicamente?

La respuesta a esta pregunta es bastante complicada y depende del tipo de matriz de monitores. Para las matrices TN + Film más utilizadas y más baratas, todo es bastante simple: el tiempo de respuesta del píxel, es decir, el tiempo que tarda en abrir o cerrar completamente la celda LCD, resulta ser el tiempo máximo. Si el color se describe mediante gradaciones de canales R, G y B (R-G-B), entonces el tiempo de transición del color negro (0-0-0) al blanco (255-255-255) es más largo que el tiempo de transición. de la gradación de negro a gris. De manera similar, el tiempo de apagado de un píxel (transición de blanco a negro) es más largo que el tiempo de transición de blanco a cualquier escala de grises.

En la fig. 4 muestra una representación gráfica del tiempo de cambio entre negro y escala de grises y viceversa entre escala de grises y negro. Como puede ver en el gráfico, es el momento de cambiar entre blanco y negro y viceversa lo que determina el tiempo de reacción de un píxel. Por eso, para las matrices TN+Film, el tiempo de respuesta de los píxeles se caracteriza completamente por las propiedades dinámicas del monitor.

Figura 4 - Gráfico del tiempo de cambio entre negro y escala de grises

Para matrices IPS y MVA, no todo es tan obvio. Para este tipo de sensores, el tiempo de transición entre tonos de color (escala de grises) puede ser más largo que el tiempo de transición entre blanco y negro. En tales matrices, el conocimiento del tiempo de respuesta de los píxeles (incluso si está seguro de que se trata de un tiempo récord bajo) no tiene importancia práctica y no puede considerarse como una característica dinámica del monitor. Como resultado, para estas matrices, mucho más parámetro importante es el tiempo de transición máximo entre niveles de escala de grises, pero este tiempo no se especifica en la documentación del monitor. Por lo tanto, si no conoce el tiempo máximo de cambio de píxel para un determinado tipo de matriz, entonces La mejor manera evaluar las características dinámicas del monitor es lanzar algún tipo de aplicación dinámica de juego y determinar el desenfoque de la imagen a simple vista.

Todos los monitores LCD son digitales por naturaleza, por lo que la interfaz digital DVI se considera su interfaz nativa. La interfaz puede tener dos tipos de conectores: DVI-I, que combina señales digitales y analógicas, y DVI-D, que transmite solo una señal digital. Se cree que la interfaz DVI es preferible para conectar un monitor LCD a una computadora, aunque también es posible la conexión a través de un conector D-Sub estándar. A favor de la interfaz DVI está el hecho de que, en el caso de una interfaz analógica, se realiza una doble conversión de la señal de video: inicialmente, la señal digital se convierte a analógica en la tarjeta de video (conversión DAC), y luego la señal analógica se transformado en una unidad electrónica digital del propio monitor LCD (conversión ADC), y como resultado de tales transformaciones, aumenta el riesgo de diversas distorsiones de la señal. Para ser justos, notamos que en la práctica, las distorsiones de señal introducidas por la doble conversión no ocurren, y puede conectar un monitor a través de cualquier interfaz. En este sentido, la interfaz del monitor es lo último a lo que vale la pena prestarle atención. Lo principal es que el conector correspondiente está en la propia tarjeta de video.

Muchos monitores LCD modernos tienen conectores D-Sub y DVI, lo que a menudo le permite conectar dos unidades del sistema al monitor al mismo tiempo. También hay modelos que tienen dos conectores digitales.

Diagrama estructural del monitor de vista LCD en la Fig. 5

Figura 5 - Diagrama estructural del monitor LCD

La señal del adaptador de video se alimenta a la entrada de la pantalla a través de RGB VGA D-sub analógico o digital. interfaz DVI. En el caso de usar una interfaz analógica, el adaptador de video convierte los datos del búfer de cuadro de digital a analógico, y la electrónica del monitor LCD, por su parte, se ve obligada a realizar la conversión inversa de analógico a digital. Las operaciones al menos no mejoran la calidad de la imagen, es más, pero requieren costos adicionales para su implementación. Por lo tanto, con la ubicuidad de las pantallas LCD, la interfaz VGA D-sub está siendo reemplazada por DVI digital. En algunos monitores, los fabricantes intencionalmente no implementan soporte para la interfaz DVI, limitándose solo a VGA D-sub, ya que esto requiere el uso de un receptor TMDS especial en el lado del monitor y el costo de un dispositivo que admita tanto analógico como digital. interfaces digitales en comparación con la opción con la única entrada analógica sería mayor.

El circuito del bloque de procesamiento de imágenes en la pantalla LCD (desde la conversión analógica a digital de la señal RGB, su escalado, procesamiento y hasta la formación de señales de salida LVDS) se realiza en un solo IC con un alto grado integración llamada Display Engine.

El bloque de matriz LCD contiene un circuito de control, el llamado controlador de matriz, en el que se integran el receptor de salida de control LVDS y los controladores de fuente y puerta, convirtiendo la señal de video en píxeles específicos de dirección en columnas y filas.

El bloque matriz LCD también incluye su sistema de iluminación, que, salvo raras excepciones, se realiza sobre lámparas de descarga de cátodo frío (Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL). El alto voltaje para ellos lo proporciona un inversor ubicado en la fuente de alimentación del monitor. Las lámparas suelen estar ubicadas arriba y abajo, su radiación se dirige al final de un panel translúcido ubicado detrás de la matriz y que actúa como guía de luz. De ello depende la calidad del mateado y la homogeneidad del material de este panel. característica importante, como la uniformidad de la iluminación de la matriz

El direccionamiento de pantallas LCD con una matriz pasiva, en principio, se puede implementar de la misma manera que para los paneles de descarga de gas. El electrodo frontal, común a toda la columna, conduce tensión. El electrodo trasero, común a toda la fila, sirve como "tierra".

Hay inconvenientes en tales matrices pasivas y son conocidos: los paneles son muy lentos y la imagen no es nítida. Y hay dos razones para ello. La primera es que después de que direccionemos un píxel y giremos el cristal, este último volverá lentamente a su estado original, desenfocando la imagen. La segunda razón radica en el acoplamiento capacitivo entre las líneas de control. Este acoplamiento da como resultado una propagación de voltaje imprecisa y "estropea" ligeramente los píxeles vecinos.

Las deficiencias observadas llevaron al desarrollo de la tecnología de matriz activa (Fig. 6).

Figura 6 - Esquema de encendido del subpíxel de la matriz LCD activa

Matriz de resolución del monitor LCD

Aquí, se agrega un transistor a cada píxel, que actúa como un interruptor. Si está abierto (encendido), los datos se pueden escribir en el condensador de almacenamiento. Si el transistor está cerrado (apagado), los datos permanecen en el capacitor, que actúa como una memoria analógica. La tecnología tiene muchos beneficios. Cuando el transistor está cerrado, los datos aún están en el capacitor, por lo que el suministro de voltaje al cristal líquido no se detendrá mientras las líneas de control se dirigirán a otro píxel. Es decir, el píxel no volverá a su estado original, como ocurría en el caso de una matriz pasiva. Además, el tiempo de escritura en el capacitor es mucho más corto que el tiempo de giro del troquel, lo que significa que podemos sondear los píxeles del panel y transferirles datos más rápido.

Esta tecnología también se conoce como "TFT" (transistores de película delgada, transistores de película delgada). Pero hoy se ha vuelto tan popular que el nombre "LCD" se ha convertido en sinónimo de él. Es decir, por LCD nos referimos a una pantalla que utiliza tecnología TFT.

Instituto Estatal de Electrónica y Matemáticas de Moscú

(Universidad Tecnica)

Departamento:

"Tecnologías de la Información y la Comunicación"

trabajo de curso

"Monitores LCD: organización interna, tecnologías, perspectivas".

Realizado:

Starukhina E.V.

Grupo: S-35

Moscú 2008
Contenido

1. Introducción............................................... .................................................. . ........................................ 3

2. Cristales líquidos .............................................. . .................................................. ......................... 3

2.1.Propiedades físicas de los cristales líquidos ........................................... .................................................................... 3

2.2.Historia del desarrollo de cristales líquidos ............................................... ..... ..................................... cuatro

3.Estructura del monitor LCD ........................................... .... ............................................... .................... cuatro

3.1.Subpíxel de la pantalla LCD a color ........................................... ...... ............................................ 5

3.2. Métodos de iluminación matricial .............................................. ............... ................................... ............... 5

4.Especificaciones Monitor LCD ............................................... . ............................... 5

5. Tecnologías actuales para la fabricación de matrices LCD ........................................... ............................................ 7

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

5.2.IPS (Conmutación en el plano) ........................................... ........................................................ ........ ............... ocho

5.3.MVA (Alineación Vertical Multi-Dominio) ........................................... ................ .................................. ..... 9

6.Ventajas y desventajas ............................................... .. .................................................. .......... 9

7.Tecnologías prometedoras para la fabricación de monitores de pantalla plana .................................. ........ 10

8. Descripción general del mercado y criterios de selección de monitores LCD .................................. ............................................... 12

9.Conclusión .................................................. .... ............................................... ... .................................. 13

10. Lista de referencias .............................................. .. .................................................. .................................. catorce

Introducción.

En la actualidad, la mayor parte del mercado de monitores está ocupado por monitores LCD, representados por marcas como Samsung, ASUS, NEC, Acer, Philips, etc. Las tecnologías LCD también se utilizan en la fabricación de paneles de televisión, pantallas de portátiles, teléfonos móviles, reproductores, cámaras, etc. Debido a sus propiedades físicas (las consideraremos a continuación), los cristales líquidos le permiten crear pantallas que combinan cualidades tales como alta claridad de imagen, bajo consumo de energía, pequeño grosor de pantalla, alta resolución, pero al mismo tiempo Al mismo tiempo, una amplia gama de diagonales: desde 0,44 pulgadas/11 milímetros (enero de 2008, la pantalla más pequeña del fabricante de micropantallas Kopin), hasta 108 pulgadas/2,74 metros (el panel LCD más grande, presentado el 29 de junio de 2008 por Sharp Microelectronics Europe). Además, la ventaja de los monitores LCD es la ausencia de radiación dañina y parpadeo, que era un problema con los monitores CRT.

Pero aún así, los monitores LCD tienen una serie de desventajas: la presencia de características tales como el tiempo de respuesta, un ángulo de visión no siempre satisfactorio, un color negro insuficientemente profundo y la posibilidad de defectos de matriz (píxeles rotos). ¿Son los paneles LCD dignos sucesores de los monitores CRT y tienen futuro en vista del rápido desarrollo de la tecnología de plasma? Tendremos que entender este problema estudiando la estructura física de los monitores LCD, sus características y comparándolos con los de las tecnologías de la competencia.

1. Cristales líquidos.

1.1. Propiedades físicas de los cristales líquidos.

Los cristales líquidos son sustancias que tienen propiedades inherentes tanto a los líquidos como a los cristales: fluidez y anisotropía. Estructuralmente, los cristales líquidos son líquidos gelatinosos. Las moléculas tienen forma alargada y están ordenadas en todo su volumen. La propiedad más característica de las LC es su capacidad para cambiar la orientación de las moléculas bajo la influencia de campos eléctricos, lo que abre amplias oportunidades para su aplicación en la industria. Según el tipo de LC, se suelen dividir en dos grandes grupos: nemáticos y esmécticos. A su vez, los nemáticos se subdividen en cristales líquidos propiamente nemáticos y colestéricos.

Cristales líquidos colestéricos: están formados principalmente por compuestos de colesterol y otros esteroides. Estos son LC nemáticos, pero sus ejes largos giran entre sí para que formen espirales que son muy sensibles a los cambios de temperatura debido a la energía de formación extremadamente baja de esta estructura (alrededor de 0,01 J/mol). Los colestéricos son de colores brillantes y el más mínimo cambio de temperatura (hasta milésimas de grado) provoca un cambio en el paso de la hélice y, en consecuencia, un cambio en el color de la LC.

Los LCD tienen propiedades ópticas inusuales. Los nemáticos y los esmécticos son cristales ópticamente uniaxiales. Los colestéricos, debido a su estructura periódica, reflejan fuertemente la luz en la región visible del espectro. Dado que la fase líquida es portadora de propiedades en nemáticos y colestéricos, se deforma fácilmente bajo la influencia de influencias externas, y dado que el paso de la hélice en los colestéricos es muy sensible a la temperatura, por lo tanto, el reflejo de la luz cambia bruscamente con la temperatura, lo que lleva a un cambio en el color de la sustancia.

Estos fenómenos son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones, como encontrar puntos calientes en microcircuitos, localizar fracturas y tumores en humanos, obtener imágenes en rayos infrarrojos, etc.

1.2. La historia del desarrollo de los cristales líquidos.

Los cristales líquidos fueron descubiertos por el botánico austriaco F. Reinitzer en 1888. Al investigar los cristales de benzoato de colesterilo y acetato de colesterilo, descubrió que las sustancias tienen 2 puntos de fusión y 2 estados líquidos diferentes: transparente y turbio. Sin embargo, las propiedades de estas sustancias, al principio, no llamaron la atención de los científicos. Además, los cristales líquidos destruyeron la teoría de los tres estados agregados de la materia, por lo que físicos y químicos por mucho tiempo en principio, no reconocía los cristales líquidos. El profesor de la Universidad de Estrasburgo, Otto Lehmann, como resultado de muchos años de investigación, proporcionó pruebas, pero incluso después de eso, los cristales líquidos no encontraron aplicación.

En 1963, el estadounidense J. Ferguson utilizó la propiedad más importante de los cristales líquidos -cambiar de color bajo la influencia de la temperatura- para detectar campos térmicos que no son visibles a simple vista. Después de que se le concediera una patente para una invención, el interés por los cristales líquidos aumentó drásticamente.

En 1965 se reunió en Estados Unidos la Primera Conferencia Internacional dedicada a los cristales líquidos. En 1968, los científicos estadounidenses crearon indicadores fundamentalmente nuevos para los sistemas de visualización de información. El principio de su funcionamiento se basa en el hecho de que las moléculas de cristales líquidos, girando en un campo eléctrico, reflejan y transmiten la luz de diferentes maneras. Bajo la influencia del voltaje, que se aplicó a los conductores soldados en la pantalla, apareció una imagen que consistía en puntos microscópicos. Y, sin embargo, solo después de 1973, cuando un grupo de químicos ingleses encabezados por George Gray sintetizó cristales líquidos a partir de materias primas relativamente baratas y accesibles, estas sustancias se generalizaron en varios dispositivos.

Por primera vez, las pantallas de cristal líquido comenzaron a usarse en la fabricación de computadoras portátiles debido a su tamaño compacto. En las primeras etapas, los productos finales eran muy caros y su calidad era muy baja. Sin embargo, hace unos años, aparecieron los primeros monitores LCD completos, cuyo costo también se mantuvo bastante alto, pero su calidad mejoró notablemente. Y finalmente, ahora el mercado de monitores LCD se está desarrollando rápidamente. Esto se debe al hecho de que las tecnologías se están desarrollando muy activamente y, además, la competencia entre los fabricantes ha provocado una disminución notable de los precios de esta especie productos

2. La estructura del monitor LCD.

Un monitor de cristal líquido es un dispositivo diseñado para mostrar información gráfica de una computadora, cámara, etc.

Una característica de las pantallas de cristal líquido es que los cristales líquidos por sí mismos no emiten luz. Cada píxel de un monitor LCD se compone de tres subpíxeles de colores primarios (rojo, verde, azul). La luz que pasa a través de las celdas puede ser natural, reflejada desde el sustrato (en pantallas LCD sin retroiluminación). Pero con mayor frecuencia se utiliza una fuente de luz artificial, además de la independencia de la iluminación externa, esto también estabiliza las propiedades de la imagen resultante. La imagen se forma usando elementos individuales, generalmente a través de un sistema de barrido. Por lo tanto, un monitor LCD completo consta de componentes electrónicos que procesan la señal de video de entrada, una matriz LCD, un módulo de retroiluminación, una fuente de alimentación y una carcasa. Es la combinación de estos componentes lo que determina las propiedades del monitor en su conjunto, aunque algunas características son más importantes que otras.

2.1. LCD en color de subpíxeles.

Cada píxel de una pantalla LCD consta de una capa de moléculas entre dos electrodos transparentes y dos filtros polarizadores cuyos planos de polarización son (generalmente) perpendiculares. En ausencia de cristales líquidos, la luz transmitida por el primer filtro es bloqueada casi por completo por el segundo.

La superficie de los electrodos en contacto con los cristales líquidos está especialmente tratada para la orientación inicial de las moléculas en una dirección. En la matriz TN, estas direcciones son mutuamente perpendiculares, por lo que las moléculas se alinean en una estructura helicoidal en ausencia de tensión. Esta estructura refracta la luz de tal forma que ante el segundo filtro gira su plano de polarización, y la luz lo atraviesa sin pérdidas. Excepto por la absorción de la mitad de la luz no polarizada por el primer filtro, la celda puede considerarse transparente. Si se aplica un voltaje a los electrodos, las moléculas tienden a alinearse en la dirección del campo, lo que distorsiona la estructura helicoidal. En este caso, las fuerzas elásticas contrarrestan esto, y cuando se corta el voltaje, las moléculas vuelven a posición inicial. Con una intensidad de campo suficiente, casi todas las moléculas se vuelven paralelas, lo que conduce a la opacidad de la estructura. Al variar el voltaje, puede controlar el grado de transparencia. Si se aplica un voltaje constante durante mucho tiempo, la estructura de cristal líquido puede degradarse debido a la migración de iones. Para solucionar este problema se aplica una corriente alterna, o un cambio de polaridad del campo con cada direccionamiento de la celda (la opacidad de la estructura no depende de la polaridad del campo). En toda la matriz, es posible controlar cada una de las celdas individualmente, pero a medida que aumenta su número, esto se vuelve difícil, ya que aumenta el número de electrodos requeridos. Por lo tanto, el direccionamiento por filas y columnas se usa en casi todas partes.

Monitor de cristal líquido (también pantalla de cristal líquido, LCD, monitor LCD, pantalla de cristal líquido en inglés, LCD, indicador plano): un monitor plano basado en cristales líquidos. Los monitores LCD se desarrollaron en 1963.

LCD TFT (TFT inglés - transistor de película delgada - transistor de película delgada) es uno de los nombres de una pantalla de cristal líquido que utiliza una matriz activa, impulsada por transistores de película delgada. Amplificador TFT para cada subpíxel se utiliza para mejorar la velocidad, el contraste y la claridad de la imagen de la pantalla.

dispositivo de monitor LCD

La imagen se forma utilizando elementos individuales, generalmente a través de un sistema de escaneo. Los dispositivos simples (relojes electrónicos, teléfonos, reproductores, termómetros, etc.) pueden tener una pantalla monocromática o de 2 a 5 colores. Se forma una imagen multicolor utilizando tríadas RGB. La mayoría de los monitores de escritorio basados ​​en matrices TN - (y algunos *VA), y todas las pantallas de portátiles utilizan matrices con color de 18 bits (6 bits por canal), 24 bits se emulan con parpadeo difuminado.

LCD en color de subpíxeles

Cada píxel de una pantalla LCD consta de una capa de moléculas entre dos electrodos transparentes y dos filtros polarizadores cuyos planos de polarización son (generalmente) perpendiculares. En ausencia de cristales líquidos, la luz transmitida por el primer filtro es bloqueada casi por completo por el segundo.

La superficie de los electrodos en contacto con los cristales líquidos está especialmente tratada para la orientación inicial de las moléculas en una dirección. En la matriz TN, estas direcciones son mutuamente perpendiculares, por lo que las moléculas se alinean en una estructura helicoidal en ausencia de tensión. Esta estructura refracta la luz de tal forma que ante el segundo filtro gira su plano de polarización, y la luz lo atraviesa sin pérdidas. Excepto por la absorción de la mitad de la luz no polarizada por el primer filtro, la celda puede considerarse transparente. Si se aplica un voltaje a los electrodos, las moléculas tienden a alinearse en la dirección del campo, lo que distorsiona la estructura helicoidal. En este caso, las fuerzas elásticas contrarrestan esto, y cuando se apaga el voltaje, las moléculas vuelven a su posición original. Con una intensidad de campo suficiente, casi todas las moléculas se vuelven paralelas, lo que conduce a la opacidad de la estructura. Al variar el voltaje, puede controlar el grado de transparencia. Si se aplica un voltaje constante durante mucho tiempo, la estructura de cristal líquido puede degradarse debido a la migración de iones. Para solucionar este problema se aplica una corriente alterna, o un cambio de polaridad del campo con cada direccionamiento de la celda (la opacidad de la estructura no depende de la polaridad del campo). En toda la matriz, es posible controlar cada una de las celdas individualmente, pero al aumentar su número, esto se vuelve difícil, ya que aumenta el número de electrodos requeridos. Por lo tanto, el direccionamiento por filas y columnas se usa en casi todas partes. La luz que pasa a través de las celdas puede ser natural, reflejada desde el sustrato (en pantallas LCD sin retroiluminación). Pero con mayor frecuencia se utiliza una fuente de luz artificial, además de la independencia de la iluminación externa, esto también estabiliza las propiedades de la imagen resultante. Por lo tanto, un monitor LCD completo consta de componentes electrónicos que procesan la señal de video de entrada, una matriz LCD, un módulo de retroiluminación, una fuente de alimentación y una carcasa. Es la combinación de estos componentes lo que determina las propiedades del monitor en su conjunto, aunque algunas características son más importantes que otras.

Especificaciones del monitor LCD

Permiso: Dimensiones horizontales y verticales expresadas en píxeles. A diferencia de los monitores CRT, los LCD tienen una resolución física "nativa", el resto se logra por interpolación.

Tamaño de punto: La distancia entre los centros de píxeles adyacentes. Directamente relacionado con la resolución física.

Relación de aspecto de la pantalla (formato): La relación de ancho a alto, por ejemplo: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

Diagonal visible: el tamaño del panel mismo, medido en diagonal. El área de visualización también depende del formato: un monitor 4:3 tiene un área mayor que un monitor 16:9 con la misma diagonal.

Contraste: La relación entre el brillo del punto más claro y el punto más oscuro. Algunos monitores usan un nivel de retroiluminación adaptativo usando lámparas adicionales, la cifra de contraste dada para ellos (llamada dinámica) no se aplica a una imagen estática.

Brillo: La cantidad de luz emitida por la pantalla, normalmente medida en candelas por metro cuadrado.

Tiempo de respuesta: El tiempo mínimo que tarda un píxel en cambiar su brillo. Los métodos de medición son ambiguos.

Ángulo de visión: el ángulo en el que la caída de contraste alcanza el valor especificado, por diferentes tipos Las matrices y los diferentes fabricantes se consideran de manera diferente y, a menudo, no se pueden comparar.

tipo de matriz: la tecnología con la que se fabrica la pantalla LCD

Entradas: (ex. DVI, D-SUB, HDMI etc.).

Tecnología

Las principales tecnologías en la fabricación de pantallas LCD: TN + película, IPS y MVA. Estas tecnologías difieren en la geometría de las superficies, polímero, placa de control y electrodo frontal. De gran importancia son la pureza y el tipo de polímero con propiedades de cristal líquido utilizado en desarrollos específicos. Tiempo de respuesta de monitores LCD construidos con tecnología SXRD (pantalla reflectante de silicio X-tal)- matriz de cristal líquido reflectante de silicio), reducida a 5 ms. empresas sony, Agudo y Philips desarrollaron conjuntamente la tecnología PALC (Ing. Cristal líquido con dirección de plasma- control de plasma de cristales líquidos), que combina las ventajas LCD(brillo y riqueza de colores, contraste) y paneles de plasma (grandes ángulos de visión en el horizonte, H, y vertical, V, alta frecuencia de actualización). Estas pantallas usan celdas de plasma de descarga de gas como control de brillo y una matriz LCD se usa para filtrar el color. La tecnología PALC le permite abordar cada píxel de la pantalla individualmente, lo que significa controlabilidad y calidad de imagen insuperables.

TN+ película (Twisted Nematic + película)

Primer plano de TN+ película matriz de monitores NEC LCD1770NX. Sobre un fondo blanco: un cursor estándar de Windows.

Parte " película" en el nombre de la tecnología significa una capa adicional utilizada para aumentar el ángulo de visión (aproximadamente de 90 ° a 150 °). Actualmente, el prefijo " película"a menudo se omite, llamando a tales matrices simplemente TN. Desafortunadamente, aún no se ha encontrado una manera de mejorar el contraste y el tiempo de respuesta para los paneles TN, y el tiempo de respuesta para este tipo de matriz es actualmente uno de los mejores, pero el el nivel de contraste no lo es.

Matriz TN+ película funciona así: si no se aplica tensión a los subpíxeles, los cristales líquidos (y la luz polarizada que transmiten) giran 90° entre sí en un plano horizontal en el espacio entre las dos placas. Y como la dirección de polarización del filtro de la segunda placa forma un ángulo de 90° con la dirección de polarización del filtro de la primera placa, la luz lo atraviesa. Si los subpíxeles rojo, verde y azul están completamente iluminados, se formará un punto blanco en la pantalla.

IPS (conmutación en el plano)

Tecnología en- Cambio de plano fue desarrollado por Hitachi y NEC y estaba destinado a eliminar las deficiencias de TN + película. Sin embargo, aunque IPS pudo lograr un ángulo de visión de 170°, así como un alto contraste y reproducción de color, el tiempo de respuesta se mantuvo bajo.

Si no se aplica tensión al IPS, las moléculas de cristal líquido no giran. El segundo filtro siempre gira perpendicularmente al primero y no pasa luz a través de él. Por lo tanto, la visualización del color negro es casi ideal. Si el transistor falla, el píxel "roto" para el panel IPS no será blanco, como para la matriz TN, sino negro.

Cuando se aplica un voltaje, las moléculas de cristal líquido giran perpendicularmente a su posición inicial y permiten el paso de la luz.AS-IPS: la tecnología Advanced Super IPS (Advanced Super-IPS), también fue desarrollada por Hitachi Corporation en 2002. Las principales mejoras estuvieron en el nivel de contraste de los paneles S-IPS convencionales, acercándolo al de los paneles S-PVA. AS-IPS también se utiliza como nombre para los monitores NEC (p. ej., NEC LCD20WGX2) basados ​​en la tecnología S-IPS desarrollada por el consorcio LG.Philips.

A-TW-IPS: Advanced True White IPS (Advanced True White IPS), desarrollado por LG.Philips para NEC Corporation. Se trata de un panel S-IPS con filtro de color TW (True White) para hacer los blancos más realistas y ampliar la gama cromática. Este tipo de panel se utiliza para crear monitores profesionales para su uso en laboratorios fotográficos y/o editoriales.

AFFS- Conmutación avanzada de campo marginal(nombre no oficial S-IPS Pro). La tecnología es una mejora adicional de IPS, desarrollada por BOE Hydis en 2003. El aumento de la potencia del campo eléctrico hizo posible lograr ángulos de visión y brillo aún mayores, así como reducir la distancia entre píxeles. Las pantallas basadas en AFFS se utilizan principalmente en tabletas, en matrices fabricadas por Hitachi Displays.