Crearea unui afișaj cu cristale lichide

Primul afișaj cu cristale lichide funcțional a fost creat de Fergason în 1970. Înainte de aceasta, dispozitivele cu cristale lichide consumau prea multă energie, viața lor era limitată, iar contrastul imaginii era deplorabil. Noul LCD a fost prezentat publicului în 1971 și apoi a primit aprobarea entuziastă. Cristalele lichide (cristalele lichide) sunt substanțe organice care pot modifica cantitatea de lumină transmisă sub tensiune. Monitorul cu cristale lichide este format din două plăci de sticlă sau plastic, între care se află o suspensie. Cristalele din această suspensie sunt aranjate paralel între ele, permițând astfel luminii să treacă prin panou. La aplicare curent electric aranjamentul cristalelor se schimbă, iar acestea încep să împiedice trecerea luminii. Tehnologia LCD a devenit larg răspândită în calculatoare și echipamente de proiecție. Primele cristale lichide s-au remarcat prin instabilitatea lor și au fost de puțin folos pentru producția de masă. Dezvoltarea reală a tehnologiei LCD a început odată cu inventarea de către oamenii de știință englezi a unui cristal lichid stabil - bifenil (Biphenyl). Ecranele cu cristale lichide de prima generație pot fi văzute în calculatoare, jocuri electronice și ceasuri. Monitoarele LCD moderne mai sunt numite și panouri plate, matrice activă cu scanare duală, tranzistori cu film subțire. Ideea monitoarelor LCD este în aer de mai bine de 30 de ani, dar cercetările nu au dus la un rezultat acceptabil, așa că monitoarele LCD nu și-au câștigat reputația de calitate bună a imaginii. Acum devin populare - tuturor le place aspectul lor elegant, corpul subțire, compactitatea, economia (15-30 wați), în plus, se crede că doar oamenii bogați și serioși își pot permite un astfel de lux.

Caracteristicile monitoarelor LCD

Tipuri de monitoare LCD

Monitorizați straturile de grup

Există două tipuri de monitoare LCD: DSTN (dual-scan twisted nematic - ecrane de cristal cu scanare dublă) și TFT (thin film tranzistor - thin film tranzistori), ele mai sunt numite și matrici pasive și, respectiv, active. Astfel de monitoare constau din următoarele straturi: un filtru polarizant, un strat de sticlă, un electrod, un strat de control, cristale lichide, un alt strat de control, un electrod, un strat de sticlă și un filtru polarizant. Primele calculatoare utilizau matrici pasive alb-negru de opt inchi (diagonale). Odată cu trecerea la tehnologia cu matrice activă, dimensiunea ecranului a crescut. Practic, toate monitoarele LCD moderne folosesc panouri cu tranzistori cu peliculă subțire, care oferă o imagine luminoasă și clară de o dimensiune mult mai mare.

Rezoluția monitorului

Dimensiunea monitorului determină spațiul de lucru pe care îl ocupă și, cel mai important, prețul acestuia. În ciuda clasificării bine stabilite a monitoarelor LCD în funcție de dimensiunea ecranului în diagonală (15-, 17-, 19-inch), clasificarea după rezoluția de lucru este mai corectă. Cert este că, spre deosebire de monitoarele bazate pe CRT, a căror rezoluție poate fi modificată destul de flexibil, afișajele LCD au un set fix de pixeli fizici. De aceea sunt concepute să funcționeze cu o singură permisiune, numită lucru. Indirect, această rezoluție determină și dimensiunea diagonalei matricei, totuși, monitoarele cu aceeași rezoluție de lucru pot avea o matrice de dimensiuni diferite. De exemplu, monitoarele cu o diagonală de 15 până la 16 inci au în general o rezoluție de funcționare de 1024X768, ceea ce înseamnă că acest monitor are de fapt 1024 pixeli orizontali și 768 pixeli verticali. Rezoluția de lucru a monitorului determină dimensiunea pictogramelor și fonturilor care vor fi afișate pe ecran. De exemplu, un monitor de 15 inchi poate avea o rezoluție de funcționare atât de 1024X768, cât și de 1400X1050 pixeli. În acest din urmă caz, dimensiunile fizice ale pixelilor înșiși vor fi mai mici și de la formare pictograma standard in ambele cazuri se foloseste acelasi numar de pixeli, apoi la o rezolutie de 1400x1050 pixeli pictograma va fi mai mica ca dimensiune fizica. Pentru unii utilizatori, dimensiuni prea mici de pictograme la o rezoluție mare a monitorului pot fi inacceptabile, așa că atunci când cumpărați un monitor, ar trebui să acordați imediat atenție rezoluției de lucru. Desigur, monitorul este capabil să afișeze o imagine la o rezoluție diferită de cea de lucru. Acest mod de funcționare a monitorului se numește interpolare. În cazul interpolării, calitatea imaginii lasă de dorit. Modul de interpolare afectează semnificativ calitatea afișării fonturilor de pe ecran.

Interfața monitorului

Monitoarele LCD sunt în mod inerent dispozitive digitale, prin urmare, interfața „nativă” pentru aceștia este interfața digitală DVI, care poate avea două tipuri de convectoare: DVI-I, combinând digital și semnal analog s și DVI-D, care transmit doar un semnal digital. Se crede că interfața DVI este mai de preferat pentru conectarea unui monitor LCD la un computer, deși este posibil să se conecteze și printr-un conector D-Sub standard. Interfața DVI este susținută și de faptul că în cazul unei interfețe analogice are loc o dublă conversie a semnalului video: mai întâi, semnalul digital este convertit în analogic în placa video (conversie DAC), care este apoi transformat în o unitate electronică digitală a monitorului LCD în sine (conversie ADC), ca urmare, crește riscul diferitelor distorsiuni ale semnalului. Multe monitoare LCD moderne au atât conectori D-Sub, cât și conectori DVI, ceea ce vă permite să conectați două monitoare la monitor în același timp. bloc de sistem. Puteți găsi și modele cu doi conectori digitali. În modelele de birou ieftine, există practic doar un conector D-Sub standard.

Tip matrice LCD

Componenta de bază a matricei LCD sunt cristalele lichide. Există trei tipuri principale de cristale lichide: smectice, nematice și colesterice. Conform proprietăților electrice, toate cristalele lichide sunt împărțite în două grupe principale: primul grup include cristalele lichide cu anizotropie dielectrică pozitivă, al doilea - cu anizotropie dielectrică negativă. Diferența constă în modul în care aceste molecule răspund la un câmp electric extern. Moleculele cu anizotropie dielectrică pozitivă sunt orientate de-a lungul liniilor de câmp, iar moleculele cu anizotropie dielectrică negativă sunt perpendiculare pe liniile de câmp. Cristalele lichide nematice au o anizotropie dielectrică pozitivă, în timp ce cristalele lichide smectice, dimpotrivă, au una negativă. O altă proprietate remarcabilă a moleculelor LC este anizotropia lor optică. În special, dacă orientarea moleculelor coincide cu direcția de propagare a luminii polarizate plane, atunci moleculele nu au niciun efect asupra planului de polarizare al luminii. Dacă orientarea moleculelor este perpendiculară pe direcția de propagare a luminii, atunci planul de polarizare este rotit astfel încât să fie paralel cu direcția de orientare a moleculelor. Anizotropia dielectrică și optică a moleculelor LC face posibilă utilizarea lor ca un fel de modulatori de lumină, care fac posibilă formarea imaginii necesare pe ecran. Principiul de funcționare al unui astfel de modulator este destul de simplu și se bazează pe schimbarea planului de polarizare a luminii care trece prin celula LC. Celula LC este situată între două polarizatoare, ale căror axe de polarizare sunt reciproc perpendiculare. Primul polarizator reduce radiația polarizată plană de la lumina care trece de la lumina de fundal. Dacă nu ar exista o celulă LC, atunci o astfel de lumină polarizată plană ar fi complet absorbită de cel de-al doilea polarizator. O celulă LC plasată în calea luminii polarizate în planul transmis poate roti planul de polarizare al luminii transmise. În acest caz, o parte din lumină trece prin al doilea polarizator, adică celula devine transparentă (complet sau parțial). În funcție de modul în care este controlată rotația planului de polarizare într-o celulă LC, se disting mai multe tipuri de matrice LC. Deci, o celulă LC plasată între două polarizatoare încrucișate face posibilă modularea radiației transmise, creând gradații de culoare alb-negru. Pentru a obține o imagine color, este necesar să folosiți trei filtre de culoare: roșu (R), verde (G) și albastru (B), care, fiind instalate în calea propagării albului, vă vor permite să obțineți trei culori de bază în proporțiile potrivite. Deci, fiecare pixel LCD este format din trei sub-pixeli separati: roșu, verde și albastru, care sunt celule LCD controlabile și diferă doar prin filtrele utilizate, instalate între placa de sticlă superioară și filtrul de polarizare de ieșire.

Clasificarea ecranelor TFT-LCD

Principalele tehnologii în fabricarea display-urilor LCD: TN + film, IPS (SFT) și MVA. Aceste tehnologii diferă în geometria suprafețelor, a polimerului, a plăcii de control și a electrodului frontal. De mare importanță sunt puritatea și tipul de polimer cu proprietăți de cristal lichid utilizat în dezvoltări specifice.

matricea TN

Structura celulei TN

O matrice de cristale lichide de tip TN (Twisted Nematic) este o structură multistrat formată din două filtre polarizante, doi electrozi transparenți și două plăci de sticlă, între care se află o substanță de cristal lichid de tip nematic cu anizotropie dielectrică pozitivă. Pe suprafața plăcilor de sticlă sunt aplicate caneluri speciale, ceea ce face posibilă crearea inițială a aceleiași orientări a tuturor moleculelor de cristal lichid de-a lungul plăcii. Canelurile de pe ambele plăci sunt reciproc perpendiculare, astfel încât stratul de molecule de cristal lichid dintre plăci își schimbă orientarea cu 90°. Se dovedește că moleculele LC formează o structură răsucită într-o spirală (Fig. 3), motiv pentru care astfel de matrici sunt numite Twisted Nematic. Plăcile de sticlă cu caneluri sunt situate între două filtre polarizante, iar axa de polarizare din fiecare filtru coincide cu direcția canelurilor de pe placă. În stare normală, celula LC este deschisă, deoarece cristalele lichide rotesc planul de polarizare al luminii care trece prin ele. Prin urmare, radiația polarizată plană formată după trecerea prin primul polarizator va trece și prin cel de-al doilea polarizator, deoarece axa sa de polarizare va fi paralelă cu direcția de polarizare a radiației incidente. Sub influența unui câmp electric creat de electrozi transparenți, moleculele stratului de cristale lichide își schimbă orientarea spațială, aliniindu-se de-a lungul direcției liniilor de forță a câmpului. În acest caz, stratul de cristale lichide își pierde capacitatea de a roti planul de polarizare al luminii incidente, iar sistemul devine optic optic, deoarece toată lumina este absorbită de filtrul de polarizare de ieșire. În funcție de tensiunea aplicată între electrozii de control, este posibil să se schimbe orientarea moleculelor de-a lungul câmpului nu complet, ci doar parțial, adică să se controleze gradul de răsucire al moleculelor LC. Acest lucru, la rândul său, vă permite să modificați intensitatea luminii care trece prin celula LCD. Astfel, prin instalarea unei lumini de fundal în spatele matricei LCD și schimbarea tensiunii dintre electrozi, este posibil să se varieze gradul de transparență al unei celule LCD. Matricele TN sunt cele mai comune și mai ieftine. Au anumite dezavantaje: unghiuri de vizualizare nu foarte mari, contrast scăzut și incapacitatea de a obține un negru perfect. Ideea este că, chiar și atunci când tensiunea maximă este aplicată celulei, este imposibil să desfășurați complet moleculele LC și să le orientați de-a lungul liniilor de forță ale câmpului. Prin urmare, astfel de matrici rămân ușor transparente chiar și atunci când pixelul este complet oprit. Al doilea dezavantaj este asociat cu unghiuri mici de vizualizare. Pentru a o elimina parțial, pe suprafața monitorului este aplicată o peliculă specială de difuzie, care vă permite să măriți unghiul de vizualizare. Această tehnologie a fost numit TN+Film, indicând prezența acestui film. A afla exact ce tip de matrice este utilizat pe monitor nu este atât de ușor. Cu toate acestea, dacă există un pixel „rupt” pe monitor, care a apărut din cauza defecțiunii tranzistorului care controlează celula LCD, atunci în matricele TN va arde întotdeauna puternic (roșu, verde sau albastru), deoarece pentru un TN matrice un pixel deschis corespunde absenței tensiunii pe celulă. De asemenea, puteți recunoaște matricea TN uitându-vă la culoarea neagră la luminozitate maximă - dacă este mai mult gri decât negru, atunci aceasta este probabil matricea TN.

Matrice IPS

Structura celulei IPS

Monitoarele IPS sunt numite și monitoare Super TFT. O caracteristică distinctivă a matricelor IPS este că electrozii de control sunt amplasați în ele în același plan, pe partea inferioară a celulei LCD. În absența tensiunii între electrozi, moleculele LC sunt paralele între ele, cu electrozi și cu direcția de polarizare a filtrului de polarizare inferior. În această stare, ele nu afectează unghiul de polarizare al luminii transmise, iar lumina este complet absorbită de filtrul de polarizare de ieșire, deoarece direcțiile de polarizare ale filtrelor sunt perpendiculare între ele. Când se aplică tensiune electrozilor de control, câmpul electric generat rotește moleculele LC cu 90°, astfel încât acestea să fie orientate de-a lungul liniilor de forță ale câmpului. Dacă lumina trece printr-o astfel de celulă, atunci din cauza rotației planului de polarizare, filtrul de polarizare superior va trece lumina fără interferențe, adică celula va fi în stare deschisă (Fig. 4). Variind tensiunea dintre electrozi, este posibil să forțați moleculele LC să se rotească prin orice unghi, modificând astfel transparența celulei. În toate celelalte privințe, celulele IPS sunt similare cu matricele TN: o imagine color este, de asemenea, formată prin utilizarea a trei filtre de culoare. Matricele IPS au atât avantaje, cât și dezavantaje în comparație cu matricele TN. Avantajul este faptul că în acest caz se dovedește perfect negru, nu gri, ca în matricele TN. Alte avantaj incontestabil tehnologia dată sunt unghiuri mari de vizualizare. Dezavantajele matricelor IPS includ un timp de răspuns mai lung al pixelilor decât pentru matricele TN. Cu toate acestea, vom reveni la problema timpului de reacție al unui pixel. În concluzie, observăm că există diverse modificări ale matricelor IPS (Super IPS, Dual Domain IPS) care le îmbunătățesc performanța.

Matrice MVA

Structura domeniului unei celule MVA

MVA este o evoluție a tehnologiei VA, adică tehnologia de aliniere moleculară verticală. Spre deosebire de matricele TN și IPS, în acest caz, se folosesc cristale lichide cu anizotropie dielectrică negativă, care sunt orientate perpendicular pe direcția liniilor câmpului electric. În absența tensiunii între plăcile celulei LC, toate moleculele de cristale lichide sunt orientate vertical și nu au niciun efect asupra planului de polarizare al luminii transmise. Deoarece lumina trece prin două polarizatoare încrucișate, este complet absorbită de cel de-al doilea polarizator și celula este în stare închisă, în timp ce, spre deosebire de o matrice TN, este posibil să se obțină o culoare neagră perfectă. Dacă se aplică o tensiune electrozilor aflați deasupra și dedesubt, moleculele se rotesc cu 90°, orientându-se perpendicular pe liniile câmpului electric. Când lumina polarizată în plan trece printr-o astfel de structură, planul de polarizare se rotește cu 90° și lumina trece liber prin polarizatorul de ieșire, adică celula LC este în stare deschisă. Avantajele sistemelor cu ordonarea verticală a moleculelor sunt posibilitatea de a obține o culoare neagră perfectă (care, la rândul său, afectează posibilitatea de a obține imagini cu contrast ridicat) și un timp de răspuns scurt al pixelilor. Pentru a crește unghiurile de vizualizare în sistemele cu ordonare verticală a moleculelor, se folosește o structură multidomeniu, care duce la crearea de matrici de tip MVA. Semnificația acestei tehnologii constă în faptul că fiecare subpixel este împărțit în mai multe zone (domenii) folosind margini speciale care modifică ușor orientarea moleculelor, obligându-le să se alinieze cu suprafața marginii. Acest lucru duce la faptul că fiecare astfel de domeniu strălucește în propria sa direcție (într-un anumit unghi solid), iar combinația tuturor direcțiilor extinde unghiul de vizualizare al monitorului. Avantajele matricelor MVA includ contrast ridicat (datorită posibilității de a obține un negru perfect) și unghiuri mari de vizualizare (până la 170°). În prezent, există mai multe varietăți de tehnologie MVA, cum ar fi PVA (Patterned Vertical Alignment) de la Samsung, MVA-Premium etc., care îmbunătățesc și mai mult performanța matricelor MVA.

Luminozitate

Astăzi, la monitoarele LCD, luminozitatea maximă declarată în documentația tehnică este de la 250 la 500 cd/m2. Și dacă luminozitatea monitorului este suficient de mare, atunci acest lucru este neapărat indicat în broșurile de publicitate și prezentat ca unul dintre principalele avantaje ale monitorului. Cu toate acestea, acesta este tocmai unul dintre capcane. Paradoxul constă în faptul că este imposibil să se concentreze asupra numerelor indicate în documentația tehnică. Acest lucru se aplică nu numai luminozității, ci și contrastului, unghiurilor de vizualizare și timpului de răspuns al pixelilor. Nu numai că nu pot corespunde deloc cu valorile observate efectiv, dar uneori este dificil de înțeles ce înseamnă aceste numere. În primul rând, există diferite tehnici de măsurare descrise în diferite standarde; în consecință, măsurătorile efectuate prin metode diferite dau rezultate diferite și este puțin probabil să puteți afla prin ce metodă și cum au fost efectuate măsurătorile. Iată un exemplu simplu. Luminozitatea măsurată depinde de temperatura culorii, dar când se spune că luminozitatea monitorului este de 300 cd/m2, se pune întrebarea: la ce temperatură de culoare se atinge această luminozitate foarte maximă? Mai mult, producătorii indică luminozitatea nu pentru monitor, ci pentru matricea LCD, ceea ce nu este deloc același lucru. Pentru a măsura luminozitatea, se folosesc semnale speciale de referință de la generatoare cu o temperatură de culoare setată cu precizie, astfel încât caracteristicile monitorului în sine ca produs final pot diferi semnificativ de cele menționate în documentația tehnică. Dar pentru utilizator, caracteristicile monitorului în sine, și nu matricea, sunt de o importanță capitală. Luminozitatea este o caracteristică cu adevărat importantă pentru un monitor LCD. De exemplu, cu luminozitate insuficientă, este puțin probabil să puteți juca diverse jocuri sau să vizionați filme pe DVD. În plus, va fi incomod să lucrați în spatele monitorului în condiții de lumină naturală (iluminare externă). Cu toate acestea, ar fi prematur să se concluzioneze pe această bază că un monitor cu o luminozitate declarată de 450 cd/m2 este cumva mai bun decât un monitor cu o luminozitate de 350 cd/m2. În primul rând, după cum sa menționat deja, luminozitatea declarată și cea reală nu sunt același lucru și, în al doilea rând, este suficient ca monitorul LCD să aibă o luminozitate de 200-250 cd/m2 (dar nu declarată, dar efectiv observată). În plus, faptul că luminozitatea monitorului este reglată nu are o importanță mică. Din punct de vedere al fizicii, reglarea luminozității se poate face prin schimbarea luminozității lămpilor de iluminare de fundal. Acest lucru se realizează fie prin reglarea curentului de descărcare în lampă (în monitoare, lămpile fluorescente cu o lampă fluorescentă cu catod rece, CCFL sunt folosite ca lămpi de iluminare de fundal), fie prin așa-numita modulare a lățimii impulsului a puterii lămpii. Cu modularea lățimii impulsului, tensiunea la lumina de fundal este furnizată de impulsuri de o anumită durată. Ca urmare, lampa de iluminare nu strălucește constant, ci doar la intervale de timp care se repetă periodic, dar din cauza inerției vederii, se pare că lampa este aprinsă în mod constant (rata de repetare a pulsului este mai mare de 200 Hz). Evident, prin modificarea lățimii impulsurilor de tensiune aplicate, este posibilă reglarea luminozității medii a strălucirii lămpii de iluminare de fundal. Pe lângă reglarea luminozității monitorului datorită luminii de fundal, uneori această ajustare este efectuată de matrice în sine. De fapt, la electrozii celulei LCD se adaugă o componentă constantă la tensiunea de control. Acest lucru permite deschiderea completă a celulei LCD, dar nu permite să fie complet închisă. În acest caz, atunci când luminozitatea crește, culoarea neagră încetează să mai fie neagră (matricea devine parțial transparentă chiar și atunci când celula LCD este închisă).

Contrast

O caracteristică la fel de importantă a unui monitor LCD este raportul de contrast, care este definit ca raportul dintre luminozitatea unui fundal alb și luminozitatea unui fundal negru. Teoretic, contrastul unui monitor ar trebui să fie independent de nivelul de luminozitate setat pe monitor, adică la orice nivel de luminozitate, contrastul măsurat ar trebui să aibă aceeași valoare. Într-adevăr, luminozitatea fundalului alb este proporțională cu luminozitatea luminii de fundal. În mod ideal, raportul de transmisie a luminii a unei celule LCD în starea deschisă și închisă este o caracteristică a celulei LCD în sine, totuși, în practică, acest raport poate depinde atât de temperatura de culoare setată, cât și de nivelul de luminozitate setat al monitorului. În ultimii ani, contrastul imaginii pe monitoarele digitale a crescut considerabil, iar acum această cifră ajunge adesea la o valoare de 500:1. Dar nici aici totul nu este atât de simplu. Cert este că contrastul poate fi specificat nu pentru monitor, ci pentru matrice. Cu toate acestea, după cum arată experiența, dacă în pașaport este indicat un raport de contrast mai mare de 350:1, atunci acesta este suficient pentru funcționarea normală.

Unghi de vedere

Unghiul maxim de vizualizare (atât pe verticală, cât și pe orizontală) este definit ca unghiul de vizualizare de la care contrastul imaginii în centru este de cel puțin 10:1. Unii producători de matrice, atunci când determină unghiurile de vizualizare, folosesc un raport de contrast nu de 10:1, ci de 5:1, ceea ce introduce și o oarecare confuzie în specificațiile tehnice. Definiția formală a unghiurilor de vizualizare este destul de vagă și, cel mai important, nu este direct legată de reproducerea corectă a culorii atunci când vizualizați o imagine într-un unghi. De fapt, pentru utilizatori, o circumstanță mult mai importantă este faptul că la vizualizarea unei imagini în unghi față de suprafața monitorului, nu există o scădere a contrastului, ci distorsiuni de culoare. De exemplu, roșul devine galben și verdele se transformă în albastru. Mai mult, astfel de distorsiuni diferite modele se manifestă în moduri diferite: pentru unii, devin vizibile deja la un unghi ușor, mult mai mic decât unghiul de vizualizare. Prin urmare, compararea monitoarelor în ceea ce privește unghiurile de vizualizare este practic greșită. Este posibil să compari ceva, dar o astfel de comparație nu are valoare practică.

Timp de răspuns în pixeli

Diagrama de timp tipică a pornirii pixelilor pentru o matrice TN+Film

Diagrama de timp tipică a opririi pixelilor pentru TN+Film-matrix

Timpul de răspuns, sau timpul de răspuns al pixelilor, este de obicei specificat în documentația tehnică pentru monitor și este considerat una dintre cele mai importante caracteristici ale monitorului (ceea ce nu este în întregime adevărat). La monitoarele LCD, timpul de răspuns al pixelilor, care depinde de tipul de matrice, este măsurat în zeci de milisecunde (în noile matrice TN + Film, timpul de răspuns al pixelilor este de 12 ms), iar acest lucru duce la estomparea imaginii în schimbare. și poate fi vizibilă pentru ochi. Distingeți timpul de pornire și timpul de oprire al unui pixel. Timpul de activare a pixelului se referă la timpul necesar pentru deschiderea celulei LCD, iar timpul de oprire se referă la timpul necesar pentru închiderea acesteia. Când vorbesc despre timpul de reacție al unui pixel, ei înțeleg timpul total de pornire și oprire a pixelului. Timpul în care un pixel este pornit și timpul în care este oprit pot varia semnificativ. Când vorbesc despre timpul de răspuns al pixelilor indicat în documentația tehnică pentru monitor, se referă la timpul de răspuns al matricei, nu al monitorului. În plus, timpul de răspuns al pixelilor indicat în documentația tehnică este interpretat diferit de către diferiți producători de matrice. De exemplu, una dintre opțiunile de interpretare a timpului de pornire (oprire) a unui pixel este că acesta este timpul pentru modificarea luminozității unui pixel de la 10 la 90% (de la 90 la 10%). Până acum, când vorbim despre măsurarea timpului de reacție al unui pixel, se înțelege că vorbim despre comutarea între culorile alb și negru. Dacă nu există întrebări cu culoarea neagră (pixelul este pur și simplu închis), atunci alegerea culorii albe nu este evidentă. Cum se va schimba timpul de reacție al unui pixel dacă îl măsurați când comutați între diferite semitonuri? Această întrebare este de mare importanță practică. Cert este că trecerea de la un fundal negru la unul alb sau invers este relativ rară în aplicațiile reale. În majoritatea aplicațiilor, de regulă, sunt implementate tranziții între semitonuri. Și dacă timpul de comutare între culorile alb și negru se dovedește a fi mai mic decât timpul de comutare între tonuri de gri, atunci timpul de răspuns al pixelilor nu va avea nicio valoare practică și este imposibil să se concentreze asupra acestei caracteristici a monitorului. Ce concluzie se poate trage din cele de mai sus? Totul este foarte simplu: timpul de răspuns al pixelilor declarat de producător nu permite să se judece fără ambiguitate caracteristicile dinamice ale monitorului. Este mai corect în acest sens să vorbim nu despre timpul comutării unui pixel între culorile alb și negru, ci despre timpul mediu de comutare a unui pixel între semitonuri.

Numărul de culori afișate

Toate monitoarele sunt dispozitive RGB prin natura lor, adică culoarea lor se obține prin amestecarea în diverse proporții a celor trei culori de bază: roșu, verde și albastru. Astfel, fiecare pixel LCD este format din trei sub-pixeli colorați. În plus față de starea complet închisă sau complet deschisă a celulei LC, sunt posibile și stări intermediare atunci când celula LC este parțial deschisă. Acest lucru vă permite să formați o nuanță de culoare și să amestecați nuanțele de culoare ale culorilor de bază în proporțiile potrivite. În acest caz, numărul de culori reproduse de monitor depinde teoretic de câte nuanțe de culoare pot fi formate în fiecare canal de culoare. Deschiderea parțială a celulei LC se realizează prin aplicarea nivelului de tensiune necesar la electrozii de control. Prin urmare, numărul de nuanțe de culoare reproductibile din fiecare canal de culoare depinde de câte niveluri de tensiune diferite pot fi aplicate celulei LCD. Pentru a forma un nivel de tensiune arbitrar, va fi necesar să folosiți circuite DAC cu o capacitate mare, ceea ce este extrem de costisitor. Prin urmare, în monitoarele LCD moderne, DAC-urile pe 18 biți sunt cele mai des folosite și mai rar - cele pe 24 de biți. Când utilizați un DAC pe 18 biți, există 6 biți pe canal de culoare. Acest lucru vă permite să formați 64 (26=64) niveluri de tensiune diferite și, în consecință, să obțineți 64 de nuanțe de culoare într-un canal de culoare. În total, prin amestecarea nuanțelor de culoare ale diferitelor canale, este posibil să se creeze 262.144 de nuanțe de culoare. Când se utilizează o matrice de 24 de biți (circuit DAC de 24 de biți), fiecare canal are 8 biți, ceea ce face posibilă formarea a 256 (28 = 256) nuanțe de culoare în fiecare canal, iar în total o astfel de matrice reproduce 16.777.216 de nuanțe de culoare. În același timp, pentru multe matrice de 18 biți, pașaportul indică faptul că acestea reproduc 16,2 milioane de culori. Care este problema aici și este posibil? Se dovedește că în matricele de 18 biți, datorită a tot felul de trucuri, puteți aduce numărul de nuanțe de culoare mai aproape de ceea ce este reprodus de matricele reale de 24 de biți. Pentru extrapolarea nuanțelor de culoare în matrice de 18 biți, sunt utilizate două tehnologii (și combinațiile acestora): dithering (dithering) și FRC (Frame Rate Control). Esența tehnologiei de dithering este că nuanțele de culoare lipsă sunt obținute prin amestecarea celor mai apropiate nuanțe de culoare ale pixelilor vecini. Să luăm în considerare un exemplu simplu. Să presupunem că un pixel poate fi doar în două stări: deschis și închis, iar starea închisă a pixelului formează negru, iar starea deschisă - roșu. Dacă în loc de un pixel luăm în considerare un grup de doi pixeli, atunci, pe lângă negru și roșu, putem obține și o culoare intermediară, extrapolând astfel de la un mod cu două culori la unul cu trei culori. Ca rezultat, dacă inițial un astfel de monitor ar putea genera șase culori (două pentru fiecare canal), atunci după o astfel de dithering va reproduce deja 27 de culori. Schema de dithering are un dezavantaj semnificativ: o creștere a nuanțelor de culoare se realizează în detrimentul unei scăderi a rezoluției. De fapt, acest lucru crește dimensiunea pixelilor, ceea ce poate afecta negativ redarea detaliilor imaginii. Esența tehnologiei FRC este de a manipula luminozitatea subpixelilor individuali, pornind/dezactivându-le. Ca și în exemplul anterior, un pixel este considerat fie negru (dezactivat), fie roșu (activat). Fiecare sub-pixel este comandat să se pornească la o rată de cadre, adică la o rată de cadre de 60 Hz, fiecărui sub-pixel i se comandă să se pornească de 60 de ori pe secundă. Acest lucru permite generarea culorii roșii. Dacă, totuși, forțăm pixelul să pornească nu de 60 de ori pe secundă, ci doar de 50 (la fiecare al 12-lea ciclu, opriți pixelul, nu porniți-l), atunci ca rezultat luminozitatea pixelului va fi de 83% din maxim, ceea ce va permite formarea unei nuanțe de culoare intermediară de roșu. Ambele metode considerate de extrapolare a culorilor au dezavantajele lor. În primul caz, aceasta este o posibilă pâlpâire a ecranului și o ușoară creștere a timpului de reacție, iar în al doilea, probabilitatea de a pierde detaliile imaginii. Este destul de dificil să distingem ochi o matrice de 18 biți cu extrapolare de culoare de una adevărată de 24 de biți. În același timp, costul unei matrice pe 24 de biți este mult mai mare.

Principiul de funcționare a afișajelor TFT-LCD

Principiul general al formării imaginii pe ecran este bine ilustrat în Fig. 1. Dar cum să controlezi luminozitatea subpixelilor individuali? Începătorii sunt de obicei explicați astfel: în spatele fiecărui subpixel există un obturator cu cristale lichide. În funcție de tensiunea aplicată acestuia, acesta transmite mai mult sau mai puțină lumină din fundal. Și toată lumea își imaginează imediat niște clapete pe bucle mici care se întorc în unghiul dorit... ceva de genul acesta:

De fapt, desigur, totul este mult mai complicat. Nu există clapete de material pe balamale. Într-o matrice de cristale lichide reale, fluxul luminos este controlat cam așa:

Lumina de la lumina de fundal (parcurgem poza de jos în sus) trece în primul rând prin filtrul de polarizare inferior (placă umbrită albă). Acum acesta nu mai este un flux de lumină obișnuit, ci polarizat. În plus, lumina trece prin electrozii de control translucizi (plăci galbene) și întâlnește un strat de cristale lichide pe drum. Prin modificarea polarizării tensiunii de control flux luminos poate fi schimbat cu până la 90 de grade (în imaginea din stânga) sau lăsat neschimbat (în același loc în dreapta). Atenție, începe distracția! După stratul de cristale lichide sunt amplasate filtre de lumină și aici fiecare subpixel este vopsit în culoarea dorită - roșu, verde sau albastru. Dacă te uiți la ecran cu filtrul de polarizare de sus scos, vei vedea milioane de sub-pixeli luminoși - și fiecare strălucește cu luminozitate maximă, deoarece ochii noștri nu pot distinge polarizarea luminii. Cu alte cuvinte, fără polarizatorul superior, vom vedea doar o strălucire albă uniformă pe întreaga suprafață a ecranului. Dar merită să puneți filtrul de polarizare superior la loc - și va „arăta” toate schimbările pe care cristalele lichide le-au făcut cu polarizarea luminii. Unii subpixeli vor rămâne strălucitori, precum cel din stânga din figură, a cărui polarizare a fost schimbată cu 90 de grade, iar unii se vor stinge, deoarece polarizatorul superior este în antifază față de cel inferior și nu transmite lumină cu implicit ( cea care este implicit) polarizare. Există și subpixeli cu luminozitate intermediară - polarizarea fluxului de lumină care a trecut prin ei a fost rotită nu cu 90, ci cu un număr mai mic de grade, de exemplu, cu 30 sau 55 de grade.

Argumente pro şi contra

Convenții: (+) demnitate, (~) acceptabil, (-) dezavantaj
	Monitoare LCD	Monitoare CRT
Luminozitate	(+) de la 170 la 250 cd/m2	(~) 80 până la 120 cd/m2
Contrast	(~) 200:1 până la 400:1	(+) 350:1 până la 700:1
Unghiul de vizualizare (prin contrast)	(~) 110 până la 170 de grade	(+) peste 150 de grade
Unghiul de vizualizare (după culoare)	(-) 50 până la 125 de grade	(~) peste 120 de grade
Permisiune	(-) Rezoluție unică cu dimensiune fixă ​​a pixelilor. În mod optim, poate fi utilizat numai în această rezoluție; pot fi utilizate rezoluții mai mari sau mai mici, în funcție de funcțiile de extindere sau compresie acceptate, dar acestea nu sunt optime.	(+) Sunt acceptate diferite rezoluții. La toate rezoluțiile acceptate, monitorul poate fi utilizat optim. Limitarea este impusă doar de acceptabilitatea ratei de reîmprospătare.
Frecvența verticală	(+) Frecvența optimă 60 Hz, care este suficientă pentru nicio pâlpâire	(~) Numai la frecvențe de peste 75 Hz nu există nicio pâlpâire clar vizibilă
Erori de potrivire a culorilor	(+) nr	(~) 0,0079 până la 0,0118 inchi (0,20 - 0,30 mm)
Concentrarea	(+) foarte bine	(~) corect spre foarte bun>
Distorsiuni geometrice/liniare	(+) nr	(~) posibil
Pixeli care nu funcționează	(-) până la 8	(+) nr
Semnal de intrare	(+) analogic sau digital	(~) numai analogic
Scalare la diferite rezoluții	(-) sunt utilizate metode de interpolare lipsă sau cu supraîncărcare redusă	(+) foarte bine
Precizia afișajului color	(~) True Color este acceptată și temperatura de culoare dorită este simulată	(+) True Color este acceptat și, în același timp, există o mulțime de dispozitive de calibrare a culorii pe piață, ceea ce este un plus sigur
Corecție gamma (ajustarea culorii la caracteristicile vederii umane)	(~) satisfăcător	(+) fotorealist
Uniformitate	(~) adesea imaginea este mai luminoasă la margini	(~) adesea imaginea este mai luminoasă în centru
Puritatea culorii/Calitatea culorii	(~) bun	(+) ridicat
pâlpâie	(+) nr	(~) imperceptibil peste 85 Hz
Timp de inerție	(-) 20 până la 30 ms.	(+) disprețuitor de mic
Imagistica	(+) Imaginea este formată din pixeli, al căror număr depinde doar de rezoluția specifică a panoului LCD. Pasul pixelilor depinde doar de dimensiunea pixelilor înșiși, dar nu și de distanța dintre ei. Fiecare pixel este modelat individual pentru focalizare, claritate și definiție superbe. Imaginea este mai coerentă și mai netedă	(~) Pixelii sunt formați dintr-un grup de puncte (triade) sau dungi. Pasul unui punct sau a unei linii depinde de distanța dintre puncte sau linii de aceeași culoare. Ca rezultat, claritatea și claritatea imaginii depind în mare măsură de dimensiunea pasului punctului sau liniei și de calitatea CRT.
Consumul de energie și emisiile	(+) Practic nu există radiații electromagnetice periculoase. Consumul de energie este cu aproximativ 70% mai mic decât monitoarele CRT standard (25W până la 40W).	(-) Emisiile electromagnetice sunt întotdeauna prezente, cu toate acestea nivelul lor depinde dacă CRT respectă vreun standard de siguranță. Consum de energie în stare de funcționare la nivelul de 60 - 150 wați.
Dimensiuni/greutate	(+) design plat, greutate redusă	(-) construcție grea, ocupă mult spațiu
Interfața monitorului	(+) Interfață digitală, totuși, majoritatea monitoarelor LCD au o interfață analogică încorporată pentru conectarea la cele mai comune ieșiri analogice ale adaptoarelor video	(-) Interfață analogică

Literatură

• A.V. Petrochenkov „Hardware-calculator și periferice“, -106str.ill.
• V.E. Figurnov „PC IBM pentru utilizator”, -67p.
• „HARD „n” SOFT“ (revista de computer pentru o gamă largă de utilizatori) Nr. 6 2003
• N.I. Gurin „Lucrează pe calculator personal„,-128p.

Parametrii principali ai monitoarelor LCD

Deci, ce știm despre monitoarele cu cristale lichide? În primul rând, diferă în mărime și culoare. În al doilea rând - prețul. În al treilea rând, sunt produse de mai mult de o duzină de companii diferite. Aceasta, probabil, cunoștințele unui utilizator obișnuit de computer sunt limitate. Vom încerca să le extindem.

Cele mai importante caracteristici de consum ale unui monitor LCD (sau monitor LCD) sunt următoarele: preț, raport aspect ecran, rezoluție, diagonală, contrast, luminozitate, timp de răspuns, unghi de vizualizare, disponibilitate pixeli defecte, interfețe, tip matrice, dimensiuni, consum de energie.

Preț
În ceea ce privește prețul: în general, cu cât monitorul este mai scump, cu atât este mai bun. Cu toate acestea, există nuanțe. Doi producători își pot crea modelele pe baza aceleiași matrice, dar diferența de preț poate ajunge la mai mult de o mie de ruble. Toate din cauza designului, politicii de marketing a companiei și a altor factori.
În plus, fiecare functie suplimentara sau posibilitatea de a crește costul final al monitorului. În plus, aceste îmbunătățiri nu sunt întotdeauna necesare pentru utilizator. Multe dintre ele au suficientă calitate a imaginii și funcționalitatea modelelor ieftine bazate pe o matrice TN. Dar unele necesită o reproducere precisă a culorilor, care poate fi asigurată doar de modele mai scumpe bazate pe matrice IPS sau *VA.
Prețurile pentru cele mai ieftine monitoare de 18,5 inchi și 19 inchi încep de la 100 USD.

Format ecran
Monitoarele CRT acum învechite aveau un raport de aspect standard de 4:3 (lățime față de înălțime). Primele monitoare LCD au fost și ele produse astfel (plus a fost produs un format 5:4). Acum este deja dificil să le găsești la vânzare: modelele cu ecran lat sunt pe rafturile magazinelor - modele cu un raport de aspect de 16:10, 16:9, 15:9, care este asociat cu introducerea activă a videoclipurilor în format HD (16 :9).
Monitoarele 4:3 sunt mai de preferat pentru navigarea pe web, lucrul în text, publicare și alte programe în care munca se desfășoară în principal pe obiecte verticale (pagini). Dar ca monitor de acasă și mijloc de divertisment (vizionarea unei varietăți de conținut video, jocuri tridimensionale), un monitor cu ecran lat va fi cea mai bună alegere.

Rezolutia ecranului
Acest parametru indică câți puncte (pixeli) sunt plasați pe partea vizibilă a monitorului. De exemplu: 1680x1050 (1680 de puncte pe orizontală și 1050 de puncte pe verticală). Acest parametru este determinat pe baza formatului cadrului (numărul de puncte este un multiplu al raportului de aspect). În acest caz, este ora 16:10. Există un număr finit de astfel de perechi de numere (un tabel de permisiuni poate fi găsit online).
În monitoarele CRT, puteți seta orice rezoluție care este acceptată de monitor sau placa video. În monitoarele LCD există o singură rezoluție fixă, restul se realizează prin interpolare. Acest lucru degradează calitatea imaginii. Prin urmare, atunci când alegeți între monitoare cu aceeași rezoluție, este mai bine să alegeți o diagonală mai mare. Mai ales dacă aveți vedere afectată, ceea ce nu este neobișnuit în vremea noastră. De asemenea, rezoluția monitorului LCD trebuie să fie acceptată de placa dvs. grafică. Pot apărea probleme cu plăcile video învechite. În caz contrar, va trebui să setați o rezoluție non-nativă. Și aceasta este o denaturare inutilă a imaginii.
Cumpărarea unui monitor cu o rezoluție de 1920x1080 (Full HD) sau 2560x1600 nu este deloc necesară. Pentru că computerul tău poate rula jocuri 3D la această rezoluție, iar videoclipurile Full HD nu sunt încă foarte frecvente.

Diagonala ecranului
Această valoare este măsurată în mod tradițional în inci și arată distanța dintre două colțuri opuse. Diagonala optimă pentru astăzi în ceea ce privește dimensiunea și prețul este de 20-22 inci. Apropo, cu aceeași dimensiune a diagonalei, un monitor 4:3 va avea o suprafață mai mare.

Contrast
Această valoare indică raportul maxim de luminozitate dintre punctele cele mai deschise și cele mai întunecate. De obicei specificat ca o pereche de numere, cum ar fi 1000:1. Cu cât contrastul este mai static, cu atât mai bine, deoarece vă va permite să vedeți mai multe nuanțe (de exemplu, în loc de zone negre - nuanțe de negru în fotografii, jocuri sau filme). Vă rugăm să rețineți că producătorul poate înlocui informațiile de contrast statice cu informații de contrast dinamic, care sunt calculate diferit și nu trebuie să se bazeze atunci când alegeți un monitor.

Luminozitate
Acest parametru arată cantitatea de lumină emisă de afișaj. Se măsoară în candela pe metru pătrat. O valoare ridicată a luminozității nu va strica. În acest caz, puteți reduce oricând luminozitatea în funcție de propriile preferințe și de iluminarea locului de muncă.

Timp de raspuns
Timpul de răspuns este timpul minim necesar unui pixel pentru a-și schimba luminozitatea de la activ (alb) la inactiv (negru) și înapoi la activ. Timpul de răspuns este suma timpului de tamponare și a timpului de comutare. Ultimul parametru este indicat în caracteristici. Măsurată în milisecunde (ms). Mai puțin este mai bine. Timpii de răspuns lungi au ca rezultat imagini neclare în scenele rapide din filme și jocuri. În majoritatea modelelor ieftine bazate pe o matrice TN, timpul de răspuns nu depășește 10 ms și este suficient pentru o muncă confortabilă. Apropo, unii producători sunt vicleni, măsurând timpul de tranziție de la o nuanță de gri la alta și dând această valoare ca timp de răspuns.

Unghi de vedere
Acest parametru indică în ce unghi de vizualizare contrastul scade la valoarea specificată. În acest caz, distorsiunea devine inacceptabilă pentru vizionare. Din păcate, fiecare companie calculează unghiul de vizualizare diferit, așa că cel mai bun lucru de făcut este să aruncați o privire mai atentă la monitor înainte de a cumpăra.

Pixeli defecte
După producerea matricei LCD, aceasta poate conține defecte de imagine, care sunt împărțite în pixeli morți și „fierbinți” (dependenți). Aspectul acestora din urmă depinde de unii factori: de exemplu, pot apărea atunci când temperatura crește. Puteți încerca să eliminați pixelii „fierbinți” utilizând procedura „remapării” (pixelii deteriorați vor fi dezactivați). Este puțin probabil să reușești să scapi de pixeli.
De acord, este neplăcut să lucrezi pe un monitor cu un punct verde sau roșu care arde constant. Prin urmare, atunci când inspectați monitorul într-un magazin, rulați un program de testare pentru a determina prezența sau absența pixelilor defecte. Sau umpleți alternativ ecranul cu negru, alb, roșu, verde și albastru și aruncați o privire mai atentă. Dacă nu există pixeli morți, nu ezitați să-l luați. Din păcate, acestea pot apărea mai târziu, dar probabilitatea ca acest lucru este scăzută.
Încă un lucru de care trebuie să fii conștient: standardul ISO 13406-2 stabilește patru clase de calitate pentru monitoare în funcție de numărul admisibil de pixeli morți. Prin urmare, vânzătorul poate refuza să schimbe modelul dacă numărul de pixeli morți nu depășește clasa de calitate determinată de producător.

Tipul matricei
În producția de afișaje sunt utilizate trei tehnologii principale: TN, IPS și MVA/PVA. Mai sunt și altele, dar nu au o asemenea distribuție. Nu ne interesează diferențele tehnologice, să trecem la proprietățile de consum.
TN+film. Cele mai masive și ieftine panouri. Au un timp de răspuns bun, dar un nivel slab de contrast și un unghi mic de vizualizare. De asemenea, redarea culorii este slabă. Prin urmare, ele nu sunt utilizate în zonele în care este necesară o muncă precisă cu culoarea. Pentru uz casnic - cea mai bună opțiune.
IPS (SFT). Dragi panouri. Unghi de vizualizare bun, contrast ridicat, reproducere bună a culorilor, dar timp de răspuns lung. Singurele care pot reda întreaga gamă de culori RGB. În prezent sunt în curs de dezvoltare pentru a îmbunătăți timpii de răspuns, a extinde și mai mult gama de culori și a îmbunătăți alți parametri.
MVA/PVA. Ceva între TN și IPS, atât din punct de vedere al costului, cât și al performanței. Timpul de răspuns nu este cu mult mai rău decât TN, iar contrastul, reproducerea culorilor și unghiul de vizualizare sunt mai bune.

Interfețe
Monitoarele moderne pot fi conectate la un computer folosind interfețe analogice și digitale. VGA analogic (D-Sub) este învechit, dar cel mai probabil va fi folosit mult timp. Treptat înlocuit cu DVI digital. De asemenea, pot fi găsite interfețe digitale HDMI și DisplayPort.
Practic, trebuie să știi un lucru: dacă placa video are interfața adecvată. De exemplu, ați cumpărat un monitor nou cu DVI digital, dar placa video are doar analog. În acest caz, va trebui să utilizați un adaptor.

Dimensiuni, design, consum de energie
Monitorul trebuie selectat nu numai în funcție de caracteristicile consumatorului, ci și aspect. Dar aceasta este o setare individuală. După cum am scris deja, un design frumos crește costul monitorului. Puteți ignora consumul de energie. În aproape toate modelele moderne, este destul de mic. Pașaportul dispozitivului indică consumul de energie: activ (în funcțiune) și pasiv (când monitorul este oprit, dar nu este deconectat de la rețea).
Încă o întrebare: să iei un monitor cu finisaj lucios sau mat? Luciul oferă un contrast mai mare, dar mai multă strălucire și se murdărește mai repede.

Dezavantajele monitoarelor LCD
În ciuda faptului că monitoarele LCD au mai multe avantaje față de monitoarele CRT, există o serie de dezavantaje care trebuie remarcate:
1) o singură rezoluție „regulată”, restul se obțin prin interpolare cu pierdere de claritate;
2) gama de culori și acuratețea culorilor sunt mai slabe;
3) un nivel relativ scăzut de contrast și adâncime a negrului;
4) timpul de răspuns la modificările imaginii este mai mare decât cel al monitoarelor CRT;
5) problema dependenței contrastului de unghiul de vizualizare nu a fost încă rezolvată;
6) prezența posibilă a pixelilor defecte irecuperabile.

Viitorul monitoarelor LCD
Monitoarele LCD sunt în prezent în perioada lor de glorie. Dar acum câțiva ani, experții au început să vorbească despre o tehnologie care le-ar putea înlocui cândva. Cele mai promițătoare sunt afișajele OLED (matrice cu diode emițătoare de lumină organice). Cu toate acestea, producția lor în masă este încă plină de dificultăți și este limitată de un preț destul de ridicat. În plus, tehnologia monitorului LCD se îmbunătățește constant, așa că anunțul dispariției lor iminente este prematur.

Tipul de matrice utilizat într-un monitor LCD este, desigur, una dintre cele mai importante caracteristici ale monitoarelor, dar nu singura. Pe lângă tipul de matrice, monitoarele se caracterizează prin rezoluție de lucru, luminozitate și contrast maxim, unghiuri de vizualizare, timp de comutare a pixelilor, precum și alți parametri, mai puțin semnificativi. Să luăm în considerare aceste caracteristici mai detaliat.

Dacă monitoarele CRT tradiționale sunt de obicei caracterizate de dimensiunea diagonală a ecranului, atunci pentru monitoarele LCD o astfel de clasificare nu este în întregime corectă. Este mai corect să clasificați monitoarele LCD după rezoluția de lucru. Cert este că, spre deosebire de monitoarele bazate pe CRT, a căror rezoluție poate fi modificată destul de flexibil, afișajele LCD au un set fix de pixeli fizici. De aceea sunt concepute să funcționeze cu o singură permisiune, numită lucru. Indirect, această rezoluție determină și dimensiunea diagonalei matricei, totuși, monitoarele cu aceeași rezoluție de lucru pot avea o matrice de dimensiuni diferite. De exemplu, monitoarele cu o diagonală de 15 până la 16 inci au în general o rezoluție de funcționare de 1024x768, ceea ce, la rândul său, înseamnă că acest monitor are de fapt 1024 pixeli pe orizontală și 768 pixeli pe verticală.

Rezoluția de lucru a monitorului determină dimensiunea pictogramelor și fonturilor care vor fi afișate pe ecran. De exemplu, un monitor de 15 inchi poate avea o rezoluție de lucru de 1024x768 pixeli sau poate 1400x1050 pixeli. În acest din urmă caz, dimensiunile fizice ale pixelilor înșiși vor fi mai mici și, deoarece același număr de pixeli este utilizat în formarea unei pictograme standard în primul și al doilea caz, apoi la o rezoluție de 1400x1050 pixeli, pictograma va să fie mai mici în dimensiuni fizice. Dimensiunile prea mici ale pictogramelor la o rezoluție mare a monitorului pot fi inacceptabile pentru unii utilizatori, așa că ar trebui să acordați imediat atenție rezoluției de lucru atunci când cumpărați un monitor.

Desigur, monitorul este capabil să afișeze o imagine într-o altă rezoluție decât cea de lucru. Acest mod de funcționare a monitorului se numește interpolare. Rețineți că, în cazul interpolării, calitatea imaginii lasă mult de dorit: imaginea este piratată și aspră și, în plus, pot apărea artefacte de scalare, cum ar fi denivelări pe cercuri. Modul de interpolare are un efect deosebit de puternic asupra calității afișajului fonturilor de pe ecran. De aici concluzia: dacă, atunci când cumpărați un monitor, plănuiți să îl utilizați pentru a funcționa la o rezoluție non-standard, atunci într-un mod simplu verificarea modului de funcționare a monitorului în timpul interpolării înseamnă a vizualiza unele document text cu litere mici. Va fi ușor de observat artefacte de interpolare de-a lungul contururilor literelor, iar dacă pe monitor se folosește un algoritm de interpolare mai bun, literele vor fi mai uniforme, dar încă neclare. Viteza cu care monitorul LCD scala un singur cadru este, de asemenea, un parametru important la care trebuie să acordați atenție, deoarece electronica monitorului necesită timp pentru a se interpola.

Unul dintre punctele forte ale unui monitor LCD este luminozitatea acestuia. Acest indicator al afișajelor cu cristale lichide îl depășește uneori pe cel din monitoarele bazate pe CRT de mai mult de două ori. Pentru a regla luminozitatea monitorului, modificați intensitatea luminii de fundal. Astăzi, la monitoarele LCD, luminozitatea maximă declarată în documentația tehnică este de la 250 la 300 cd/m2. Și dacă luminozitatea monitorului este suficient de mare, atunci acest lucru este neapărat indicat în broșurile de publicitate și prezentat ca unul dintre principalele avantaje ale monitorului.

Luminozitatea este într-adevăr o caracteristică importantă pentru un monitor LCD. De exemplu, dacă luminozitatea este insuficientă, va fi incomod să lucrați în spatele monitorului în condiții de lumină naturală (iluminare externă). După cum arată experiența, este suficient ca un monitor LCD să aibă o luminozitate de 200-250 cd/m2 - dar nu declarată, dar efectiv observată.

În ultimii ani, contrastul imaginii de pe panourile digitale a crescut considerabil, iar acum de multe ori această cifră ajunge la o valoare de 1000:1. Acest parametru este definit ca raportul dintre luminozitatea maximă și minimă pe un fundal alb și respectiv negru. Dar nici aici nu totul este atât de simplu. Cert este că contrastul poate fi indicat nu pentru monitor, ci pentru matrice și, în plus, există mai multe metode alternative de măsurare a contrastului. Cu toate acestea, după cum arată experiența, dacă în pașaport este indicat un raport de contrast mai mare de 350:1, atunci acesta este suficient pentru funcționarea normală.

Datorită rotației moleculelor LC în fiecare dintre subpixelii de culoare printr-un anumit unghi, este posibil să se obțină nu numai stările deschise și închise ale celulei LC, ci și stări intermediare care formează nuanța de culoare. Teoretic, unghiul de rotație al moleculelor LC poate fi realizat în orice interval de la minim la maxim. Cu toate acestea, în practică există fluctuații de temperatură care împiedică setarea exactă a unghiului de rotație. În plus, pentru a forma un nivel de tensiune arbitrar, va fi necesar să se utilizeze circuite DAC cu o capacitate mare, ceea ce este extrem de costisitor. Prin urmare, în monitoarele LCD moderne, DAC-urile pe 18 biți sunt cele mai des folosite și mai rar - cele pe 24 de biți. Când utilizați un DAC pe 18 biți, există 6 biți pe canal de culoare. Acest lucru face posibilă formarea a 64 (26 = 64) niveluri de tensiune diferite și, în consecință, stabilirea a 64 de orientări diferite ale moleculelor LC, ceea ce, la rândul său, duce la formarea a 64 de nuanțe de culoare într-un canal de culoare. In total, prin amestecarea nuantelor de culoare ale diferitelor canale, se pot obtine 262 K nuante de culoare.

Când se utilizează o matrice de 24 de biți (circuit DAC de 24 de biți), fiecare canal are 8 biți, ceea ce face posibilă formarea a 256 (28 = 256) nuanțe de culoare în fiecare canal, iar în total o astfel de matrice reproduce 16.777.216 de nuanțe de culoare.

În același timp, pentru multe matrice de 18 biți, pașaportul indică faptul că acestea reproduc 16,2 milioane de culori. Care este problema aici și este posibil? Se dovedește că în matricele de 18 biți, datorită diverselor trucuri, puteți crește numărul de nuanțe de culoare astfel încât acest număr să se apropie de numărul de culori reproduse de matricele reale de 24 de biți. Pentru extrapolarea nuanțelor de culoare în matrice de 18 biți, sunt utilizate două tehnologii (și combinațiile acestora): Dithering (dithering) și FRC (Frame Rate Control).

Esența tehnologiei Dithering constă în faptul că nuanțele de culoare lipsă sunt obținute prin amestecarea celor mai apropiate nuanțe de culoare ale subpixelilor adiacenți. Să luăm în considerare un exemplu simplu. Să presupunem că un subpixel poate fi doar în două stări: deschis și închis, iar starea închisă a subpixelului formează negru, iar starea deschisă - roșu. Dacă, în loc de un pixel, luăm în considerare un grup de doi subpixeli, atunci, pe lângă culorile negru și roșu, putem obține și o culoare intermediară și, prin urmare, putem extrapola de la un mod cu două culori la unul cu trei culori (Fig. 1). Ca rezultat, dacă inițial un astfel de monitor ar putea genera șase culori (două pentru fiecare canal), atunci după o astfel de dithering, monitorul va reproduce deja 27 de culori.

Figura 1 - Schema de dithering pentru obținerea nuanțelor de culoare

Dacă luăm în considerare un grup de nu doi, ci patru subpixeli (2x2), atunci utilizarea dithering-ului ne va permite să obținem încă trei nuanțe de culoare în fiecare canal, iar monitorul va trece de la 8 culori la 125 de culori. În consecință, un grup de 9 subpixeli (3x3) vă va permite să obțineți încă șapte nuanțe de culoare, iar monitorul va avea deja 729 de culori.

Schema de dithering are un dezavantaj semnificativ: o creștere a nuanțelor de culoare se realizează în detrimentul unei scăderi a rezoluției. De fapt, acest lucru crește dimensiunea pixelilor, ceea ce poate afecta negativ redarea detaliilor imaginii.

Pe lângă tehnologia de dithering, este folosită și tehnologia FRC, care este o modalitate de a manipula luminozitatea subpixelilor individuali, pornindu-le/dezactivând. Ca și în exemplul anterior, vom presupune că subpixelul poate fi fie negru (dezactivat), fie roșu (activat). Amintiți-vă că fiecare sub-pixel este comandat să se pornească la o rată de cadre, adică la o rată de cadre de 60 Hz, fiecărui sub-pixel i se comandă să se pornească de 60 de ori pe secundă, ceea ce permite generarea roșului. Dacă, totuși, subpixelul este forțat să pornească nu de 60 de ori pe secundă, ci doar de 50 (la fiecare al 12-lea ciclu, nu porniți, ci opriți subpixelul), atunci, ca urmare, luminozitatea subpixelului va fi 83% din maxim, ceea ce va permite formarea unei nuanțe de culoare intermediară de roșu.

Ambele metode considerate de extrapolare a culorilor au dezavantajele lor. În primul caz, aceasta este posibilitatea pierderii detaliilor imaginii, iar în al doilea, o posibilă pâlpâire a ecranului și o ușoară creștere a timpului de reacție.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că nu este întotdeauna posibil să distingem ochi o matrice de 18 biți cu extrapolare a culorii de una adevărată de 24 de biți. În acest caz, o matrice pe 24 de biți va costa mult mai mult.

Problema tradițională a monitoarelor LCD este unghiurile de vizualizare - dacă imaginea de pe un CRT practic nu suferă chiar și atunci când este privită aproape paralel cu planul ecranului, atunci pe multe matrice LCD chiar și o ușoară abatere de la perpendiculară duce la o scădere vizibilă a contrast și distorsiuni de culoare. Conform standardelor actuale, producătorii de senzori definesc unghiul de vizualizare ca fiind unghiul relativ la perpendiculara pe centrul senzorului, atunci când este privit sub care contrastul imaginii din centrul senzorului scade la 10:1 (Fig. 2).

Figura 2 - Schema de determinare a unghiurilor de vizualizare ale matricei LCD

În ciuda aparentei lipsă de ambiguitate a acestui termen, este necesar să înțelegem clar ce înțelege exact producătorul matricei (și nu monitorul) la unghiul de vizualizare. Unghiul maxim de vizualizare atât pe verticală, cât și pe orizontală este definit ca unghiul de vizualizare de la care contrastul imaginii este de cel puțin 10:1. În același timp, rețineți că contrastul imaginii este raportul dintre luminozitatea maximă pe un fundal alb și luminozitatea minimă pe un fundal negru. Astfel, prin definiție, unghiurile de vizualizare nu sunt direct legate de acuratețea culorii atunci când sunt privite dintr-un unghi.

Timpul de reacție, sau timpul de răspuns, al unui subpixel este, de asemenea, unul dintre cei mai importanți indicatori ai unui monitor. Adesea, această caracteristică este numită cel mai slab punct al monitoarelor LCD, deoarece, spre deosebire de monitoarele CRT, unde timpul de răspuns al pixelilor este măsurat în microsecunde, la monitoarele LCD acest timp este de zeci de milisecunde, ceea ce duce în cele din urmă la estomparea imaginii în schimbare. și poate fi vizibilă pentru ochi. Din punct de vedere fizic, timpul de reacție al unui pixel este determinat de intervalul de timp în care se modifică orientarea spațială a moleculelor de cristal lichid și cu cât acest timp este mai scurt, cu atât mai bine.

În acest caz, este necesar să se facă distincția între timpii de pornire și de oprire ai unui pixel. Timpul de activare a pixelului se referă la timpul necesar pentru ca celula LC să se deschidă complet, iar timpul de oprire a pixelului se referă la timpul necesar pentru a închide complet celula LC. Când vorbim despre timpul de reacție al unui pixel, atunci acesta este înțeles ca timpul total de pornire și oprire a pixelului.

Momentul în care un pixel este pornit și timpul în care este oprit pot diferi semnificativ unul de celălalt. De exemplu, dacă luăm în considerare matricele comune TN + Film, atunci procesul de oprire a unui pixel constă în reorientarea moleculelor perpendiculare pe direcțiile de polarizare sub influența unei tensiuni aplicate, iar procesul de pornire a unui pixel este un fel de relaxare a moleculelor LC, adică procesul de tranziție la starea lor naturală. În acest caz, este evident că timpul de oprire al unui pixel va fi mai mic decât timpul de pornire.

Figura 3 prezintă diagrame de timp tipice pentru pornirea (Fig. 3a) și oprirea (Fig. 3b) a unui pixel TN+Film-matrix. În exemplul prezentat, timpul de pornire pentru un pixel este de 20 ms, iar timpul de oprire este de 6 ms. Timpul total de reacție al unui pixel este de 26 ms.

Când vorbesc despre timpul de răspuns al pixelilor indicat în documentația tehnică pentru monitor, se referă la timpul de răspuns al matricei, nu al monitorului. Destul de ciudat, dar acesta nu este același lucru, deoarece primul caz nu ia în considerare toată electronica necesară pentru a controla pixelii matricei. De fapt, timpul de reacție al pixelului matricei este timpul necesar pentru reorientarea moleculelor, iar timpul de reacție al pixelului monitorului este timpul dintre semnalul de pornire/oprire și chiar faptul de a porni/opri. În plus, vorbind despre timpul de răspuns al pixelilor indicat în documentația tehnică, trebuie avut în vedere faptul că producătorii de matrice pot interpreta acest timp în moduri diferite.

Figura 3 - Diagrame de timp tipice pentru pornirea (a) și oprirea (b) a unui pixel pentru o matrice TN

Deci, una dintre opțiunile de interpretare a timpului de pornire/oprire a unui pixel este că aceasta înseamnă timpul pentru modificarea luminozității strălucirii pixelului de la 10 la 90% sau de la 90 la 10%. În același timp, este foarte posibil ca pentru un monitor cu un timp de răspuns bun al pixelilor, când luminozitatea se schimbă de la 10 la 90%, timpul total de răspuns al pixelilor (când luminozitatea se schimbă de la 0 la 100%) să fie destul de mare .

Deci, poate că este mai corect să faceți măsurători în intervalul de modificare a luminozității de la 0 la 100%? Cu toate acestea, luminozitatea de la 0 la 10% este percepută de ochiul uman ca fiind absolut neagră, iar în acest sens, măsurarea de la nivelul de luminozitate de 10% este cea care are importanță practică. În mod similar, nu are sens să se măsoare o modificare a nivelului de luminozitate de până la 100%, deoarece luminozitatea de la 90 la 100% este percepută ca fiind albă și, prin urmare, este tocmai măsurarea luminozității de până la 90% cea care are importanță practică.

Până acum, vorbind despre măsurarea timpului de reacție al unui pixel, am vrut să spunem că vorbim despre comutarea între culorile alb și negru. Dacă nu există întrebări cu culoarea neagră (pixelul este pur și simplu închis), atunci alegerea culorii albe nu este evidentă. Cum se va schimba timpul de reacție al unui pixel dacă îl măsurați când comutați între diferite semitonuri? Această întrebare este de mare importanță practică. Faptul este că trecerea de la un fundal negru la un fundal alb sau invers, care determină timpul de reacție al unui pixel, este folosită relativ rar în aplicațiile reale - un exemplu ar fi derularea textului negru pe un fundal alb. În majoritatea aplicațiilor, de regulă, sunt implementate tranziții între semitonuri. Și dacă se dovedește că timpul de comutare între culorile gri și alb va fi mai mic decât timpul de comutare între tonuri de gri, atunci timpul de răspuns al pixelilor pur și simplu nu are valoare practică, așa că nu te poți baza pe această caracteristică a monitorului. Într-adevăr, ce rost are să determinăm timpul de reacție al unui pixel, dacă timpul real de comutare între semitonuri poate fi mai lung și dacă imaginea se va estompa când imaginea se schimbă dinamic?

Răspunsul la această întrebare este destul de complicat și depinde de tipul matricei monitorului. Pentru cele mai utilizate și mai ieftine matrice TN + Film, totul este destul de simplu: timpul de răspuns al pixelilor, adică timpul necesar pentru deschiderea sau închiderea completă a celulei LCD, se dovedește a fi timpul maxim. Dacă culoarea este descrisă prin gradații ale canalelor R, G și B (R-G-B), atunci timpul de tranziție de la culoarea neagră (0-0-0) la culoarea albă (255-255-255) este mai mare decât timpul de tranziție de la negru la gri. În mod similar, timpul de oprire al unui pixel (tranziția de la alb la negru) este mai lung decât timpul de tranziție de la alb la orice ton de gri.

Pe fig. 4 prezintă o reprezentare grafică a timpului de comutare între negru și tonuri de gri și invers între tonuri de gri și negru. După cum puteți vedea din grafic, timpul de comutare între alb și negru și invers este cel care determină timpul de reacție al unui pixel. De aceea, pentru matricele TN+Film, timpul de răspuns al pixelilor este pe deplin caracterizat de proprietățile dinamice ale monitorului.

Figura 4 - Graficul timpului de comutare între negru și tonuri de gri

Pentru matricele IPS și MVA, totul nu este atât de evident. Pentru aceste tipuri de senzori, timpul de tranziție între nuanțele de culoare (scale de gri) poate fi mai lung decât timpul de tranziție între alb și negru. În astfel de matrice, cunoașterea timpului de răspuns al pixelilor (chiar dacă sunteți sigur că acesta este un timp record) nu are importanță practică și nu poate fi considerată o caracteristică dinamică a monitorului. Ca urmare, pentru aceste matrice, un parametru mult mai important este timpul maxim de tranziție între nivelurile de gri, dar acest timp nu este indicat în documentația pentru monitor. Prin urmare, dacă nu cunoașteți timpul maxim de comutare a pixelilor pentru un anumit tip de matrice, atunci cea mai bună modalitate de a evalua caracteristicile dinamice ale monitorului este să rulați o aplicație de joc dinamică și să determinați imaginea neclară cu ochii.

Toate monitoarele LCD sunt digitale prin natura lor, astfel încât interfața digitală DVI este considerată a fi interfața lor nativă. Interfața poate avea două tipuri de conectori: DVI-I, care combină semnalele digitale și analogice și DVI-D, care transmite doar un semnal digital. Se crede că interfața DVI este de preferat pentru conectarea unui monitor LCD la un computer, deși este posibilă și conectarea prin intermediul unui conector D-Sub standard. În favoarea interfeței DVI este faptul că, în cazul unei interfețe analogice, se realizează o dublă conversie a semnalului video: inițial, semnalul digital este convertit în analogic în placa video (conversie DAC), iar apoi analogic. semnalul este transformat într-o unitate electronică digitală a monitorului LCD însuși (conversie ADC) și, ca urmare a unor astfel de transformări, crește riscul diferitelor distorsiuni ale semnalului. În mod corect, observăm că, în practică, distorsiunile semnalului introduse prin dubla conversie nu apar și puteți conecta un monitor prin orice interfață. În acest sens, interfața monitorului este ultimul lucru la care merită să fii atent. Principalul lucru este că conectorul corespunzător se află pe placa video în sine.

Multe monitoare LCD moderne au atât conectori D-Sub, cât și conectori DVI, ceea ce vă permite adesea să conectați două unități de sistem la monitor în același timp. Există și modele care au doi conectori digitali.

Diagrama structurală a monitorului LCD din Fig. 5

Figura 5 - Schema structurală a monitorului LCD

Semnalul de la adaptorul video este transmis la intrarea de afișare prin intermediul interfeței D-sub analog RGB VGA sau digital DVI. În cazul utilizării unei interfețe analogice, adaptorul video convertește datele cadru tampon din digital în analog, iar electronica monitorului LCD, la rândul său, este forțată să efectueze conversia inversă, analog-digitală. Evident, o astfel de redundantă operațiunile cel puțin nu îmbunătățesc calitatea imaginii, mai mult, dar necesită costuri suplimentare pentru implementarea lor. Prin urmare, cu ubicuitatea ecranelor LCD interfata VGA D-sub este înlocuit cu DVI digital. La unele monitoare, producătorii nu acceptă în mod deliberat interfața DVI, limitându-se doar la VGA D-sub, deoarece acest lucru necesită utilizarea unui receptor TMDS special pe partea monitorului și costul unui dispozitiv care acceptă atât interfețe analogice, cât și digitale. comparativ cu opțiunea cu singura intrare analogică ar fi mai mare.

De la conversia RGB A/D, scalare, procesare și procesarea semnalului de ieșire LVDS, circuitele de procesare a imaginii LCD se bazează pe un singur IC foarte integrat numit Display Engine.

Blocul de matrice LCD conține un circuit de control, așa-numitul driver de matrice, în care sunt integrate receptorul de ieșire de control LVDS și driverele de sursă și poartă, transformând semnalul video în pixeli specifici de adresare în coloane și rânduri.

Blocul matricei LCD include și sistemul său de iluminare, care, cu rare excepții, este realizat pe lămpi cu descărcare cu catod rece (Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL). Tensiunea ridicată pentru acestea este asigurată de un invertor situat în sursa de alimentare a monitorului. Lămpile sunt de obicei situate deasupra și dedesubt, radiația lor este direcționată către capătul unui panou translucid situat în spatele matricei și acționând ca un ghid de lumină. Calitatea matei și omogenitatea materialului acestui panou depinde de aceasta caracteristică importantă, ca uniformitatea iluminării matricei

Adresarea display-urilor LCD cu o matrice pasivă, în principiu, poate fi implementată în același mod ca și pentru panourile cu descărcare în gaz. Electrodul frontal, comun întregii coloane, conduce tensiunea. Electrodul din spate, comun întregului rând, servește drept „împământare”.

Există dezavantaje ale unor astfel de matrici pasive și sunt cunoscute: panourile sunt foarte lente, iar imaginea nu este clară. Și există două motive pentru asta. Primul este că după ce ne adresăm unui pixel și rotim cristalul, acesta din urmă va reveni încet la starea inițială, estompând imaginea. Al doilea motiv constă în cuplarea capacitivă dintre liniile de control. Această cuplare are ca rezultat propagarea inexactă a tensiunii și ușor „strica” pixelii vecini.

Deficiențele observate au condus la dezvoltarea tehnologiei cu matrice activă (Fig. 6).

Figura 6 - Schema de pornire a subpixelului matricei LCD active

Matrice de rezoluție a monitorului LCD

Aici, un tranzistor este adăugat la fiecare pixel, acționând ca un comutator. Dacă este deschis (pornit), atunci datele pot fi scrise pe condensatorul de stocare. Dacă tranzistorul este închis (oprit), atunci datele rămân în condensator, care acționează ca o memorie analogică. Tehnologia are multe beneficii. Când tranzistorul este închis, datele sunt încă în condensator, astfel încât alimentarea cu tensiune a cristalului lichid nu se va opri în timp ce liniile de control se vor adresa unui alt pixel. Adică pixelul nu va reveni la starea inițială, așa cum sa întâmplat în cazul unei matrice pasive. În plus, timpul de scriere pe condensator este mult mai scurt decât timpul de întoarcere a matriței, ceea ce înseamnă că putem interoga pixelii panoului și le putem transfera datele mai rapid.

Această tehnologie este cunoscută și sub numele de „TFT” (tranzistori cu film subțire, tranzistori cu film subțire). Dar astăzi a devenit atât de popular încât numele „LCD” a devenit de mult sinonim cu acesta. Adică prin LCD înțelegem un afișaj care folosește tehnologia TFT.

Institutul de Stat de Electronică și Matematică din Moscova

(Universitate tehnica)

Departament:

„Tehnologiile informației și comunicațiilor”

Lucru de curs

„Monitoare LCD: organizare internă, tehnologii, perspective”.

Efectuat:

Starukhina E.V.

Grupa: S-35

Moscova 2008
Conţinut

1. Introducere............................................... ................................................. . ........................................ 3

2.Cristale lichide ............................................. . ................................................. ......................... 3

2.1.Proprietățile fizice ale cristalelor lichide ........................................... ................................................... 3

2.2.Istoria dezvoltării cristalelor lichide ......................................... ..... ................................. patru

3.Structura monitorului LCD............................................. .... ................................................. ... ................. patru

3.1.Subpixelul afișajului color LCD ........................................ ...................................................... 5

3.2. Metode de iluminare a matricei .................................................. ................................................... .............. 5

4.Specificații Monitor LCD ................................................ . ............................... 5

5. Tehnologii actuale pentru fabricarea matricelor LCD ................................................ ............ ......................... 7

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

5.2.IPS (Comutare în plan)......................................... ........................................................ ........ ............... opt

5.3.MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) ........................................ .................................................. ..... 9

6.Avantaje și dezavantaje ................................................ .. ................................................ ........... 9

7.Tehnologii promițătoare pentru fabricarea monitoarelor cu ecran plat .................................. ........ 10

8. Prezentare generală a pieței și criterii de selecție pentru monitorul LCD .................................. ................................................ 12

9.Concluzie................................................... .... ................................................. .................................... 13

10. Lista referințelor ............................................. .. ................................................ . ................. paisprezece

Introducere.

În prezent, cea mai mare parte a pieței de monitoare este ocupată de monitoare LCD, reprezentate de mărci precum Samsung, ASUS, NEC, Acer, Philips etc. Tehnologiile LCD sunt folosite și la fabricarea panourilor de televiziune, a afișajelor pentru laptop, telefoane mobile, playere, camere, etc. Datorită proprietăților lor fizice (le vom lua în considerare mai jos), cristalele lichide vă permit să creați ecrane care îmbină calități precum claritatea ridicată a imaginii, consumul economic de energie, grosimea mică a afișajului, rezoluția ridicată, dar la în același timp gamă largă de diagonale: de la 0,44 inchi / 11 milimetri (ianuarie 2008, cel mai mic ecran de la producătorul de microdisplay Kopin), până la 108 inchi / 2,74 metri (cel mai mare panou LCD, introdus la 29 iunie 2008 de Sharp Microelectronics Europe). De asemenea, avantajul monitoarelor LCD este absența radiațiilor dăunătoare și a pâlpâirii, ceea ce a reprezentat o problemă cu monitoarele CRT.

Dar totuși, monitoarele LCD au o serie de dezavantaje: prezența unor caracteristici precum timpul de răspuns, nu întotdeauna un unghi de vizualizare satisfăcător, negrurile insuficient de adânci și posibilitatea apariției defectelor de matrice (pixeli sparți). Sunt panourile LCD demne succesoare ale monitoarelor CRT și au ele un viitor, având în vedere tehnologia cu plasmă care se dezvoltă rapid? Va trebui să înțelegem această problemă studiind structura fizică a monitoarelor LCD, caracteristicile acestora și comparându-le cu cele ale tehnologiilor concurente.

1. Cristale lichide.

1.1. Proprietățile fizice ale cristalelor lichide.

Cristalele lichide sunt substanțe care au proprietăți inerente atât lichidelor, cât și cristalelor: fluiditate și anizotropie. Din punct de vedere structural, cristalele lichide sunt lichide asemănătoare jeleului. Moleculele au o formă alungită și sunt ordonate în volumul lor. Cea mai caracteristică proprietate a LC-urilor este capacitatea lor de a schimba orientarea moleculelor sub influența câmpurilor electrice, ceea ce deschide oportunități largi pentru aplicarea lor în industrie. În funcție de tipul de LC, acestea sunt de obicei împărțite în două grupuri mari: nematici și smectici. La rândul lor, nematicele sunt subdivizate în cristale lichide nematice și colesterice.

Cristale lichide colesterice - sunt formate în principal din compuși ai colesterolului și alți steroizi. Acestea sunt LC-uri nematice, dar axele lor lungi sunt rotite unele față de altele, astfel încât formează spirale care sunt foarte sensibile la schimbările de temperatură datorită energiei de formare extrem de scăzute a acestei structuri (aproximativ 0,01 J/mol). Colesteriile sunt viu colorate și cea mai mică modificare a temperaturii (până la miimi de grad) duce la o modificare a pasului helixului și, în consecință, la o schimbare a culorii LC.

LCD-urile au proprietăți optice neobișnuite. Nematicile și smecticile sunt cristale optic uniaxiale. Colesteriile, datorită structurii lor periodice, reflectă puternic lumina în regiunea vizibilă a spectrului. Deoarece faza lichidă este purtătoarea de proprietăți în nematică și colesteric, este ușor deformată sub influența influențelor externe și, deoarece pasul helixului în colesteric este foarte sensibil la temperatură, prin urmare, reflectarea luminii se modifică brusc cu temperatura, ceea ce duce la o schimbare a culorii substanței.

Aceste fenomene sunt utilizate pe scară largă în diverse aplicații, precum găsirea punctelor fierbinți în microcircuite, localizarea fracturilor și tumorilor la om, imagistica în raze infraroșii etc.

1.2. Istoria dezvoltării cristalelor lichide.

Cristalele lichide au fost descoperite de botanistul austriac F. Reinitzer în 1888. Investigand cristalele de benzoat de colesteril si acetat de colesteril, el a descoperit ca substantele au 2 puncte de topire si 2 stari lichide diferite - transparente si tulburi. Cu toate acestea, proprietățile acestor substanțe, la început, nu au atras atenția oamenilor de știință. Mai mult decât atât, cristalele lichide au distrus teoria a trei stări agregate ale materiei, astfel încât fizicienii și chimiștii pentru mult timp nu a recunoscut în principiu cristalele lichide. Profesorul de la Universitatea din Strasbourg Otto Lehmann, ca urmare a multor ani de cercetare, a oferit dovada, dar nici după aceea, cristalele lichide nu și-au găsit aplicație.

În 1963, americanul J. Ferguson a folosit cea mai importantă proprietate a cristalelor lichide - de a schimba culoarea sub influența temperaturii - pentru a detecta câmpurile termice care nu sunt vizibile cu ochiul liber. După ce i s-a acordat un brevet pentru o invenție, interesul pentru cristalele lichide a crescut dramatic.

În 1965 s-a întâlnit în SUA Prima Conferință Internațională dedicată cristalelor lichide. În 1968, oamenii de știință americani au creat indicatori fundamental noi pentru sistemele de afișare a informațiilor. Principiul funcționării lor se bazează pe faptul că moleculele de cristale lichide, care se rotesc într-un câmp electric, reflectă și transmit lumina în moduri diferite. Sub influența tensiunii, care a fost aplicată conductorilor lipiți în ecran, a apărut o imagine pe acesta, constând din puncte microscopice. Și totuși, abia după 1973, când un grup de chimiști britanici condus de George Gray a sintetizat cristale lichide din materii prime relativ ieftine și accesibile, aceste substanțe au devenit larg răspândite în diverse dispozitive.

Pentru prima dată, display-urile cu cristale lichide au început să fie folosite la fabricarea laptop-urilor datorită dimensiunii lor compacte. În primele etape, produsele finale erau foarte scumpe, iar calitatea lor era foarte scăzută. Totuși, în urmă cu câțiva ani, au apărut primele monitoare LCD cu drepturi depline, al căror cost a rămas și el destul de mare, dar calitatea lor s-a îmbunătățit considerabil. Și, în sfârșit, acum piața monitoarelor LCD se dezvoltă rapid. Acest lucru se datorează faptului că tehnologiile se dezvoltă foarte activ și, în plus, concurența dintre producători a dus la o scădere vizibilă a prețurilor pentru această specie produse.

2. Structura monitorului LCD.

Un monitor cu cristale lichide este un dispozitiv conceput pentru a afișa informații grafice de la un computer, cameră, etc.

O caracteristică a afișajelor cu cristale lichide este că cristalele lichide în sine nu emit lumină. Fiecare pixel al unui monitor LCD este format din trei sub-pixeli de culoare primară (roșu, verde, albastru). Lumina care trece prin celule poate fi naturală - reflectată de substrat (în afișajele LCD fără lumină de fundal). Dar mai des se folosește o sursă de lumină artificială, pe lângă independența față de iluminatul extern, aceasta stabilizează și proprietățile imaginii rezultate. Imaginea se formează folosind elemente individuale, de obicei printr-un sistem de măturare. Astfel, un monitor LCD cu drepturi depline este format din electronice care procesează semnalul video de intrare, o matrice LCD, un modul de iluminare de fundal, o sursă de alimentare și o carcasă. Combinația acestor componente este cea care determină proprietățile monitorului în ansamblu, deși unele caracteristici sunt mai importante decât altele.

2.1. LCD color sub pixeli.

Fiecare pixel al unui afișaj LCD este format dintr-un strat de molecule între doi electrozi transparenți și două filtre polarizante ale căror planuri de polarizare sunt (de obicei) perpendiculare. În absența cristalelor lichide, lumina transmisă de primul filtru este aproape complet blocată de al doilea.

Suprafața electrozilor în contact cu cristalele lichide este tratată special pentru orientarea inițială a moleculelor într-o singură direcție. În matricea TN, aceste direcții sunt reciproc perpendiculare, astfel încât moleculele se aliniază într-o structură elicoidală în absența stresului. Această structură refractă lumina în așa fel încât înainte de al doilea filtru planul său de polarizare se rotește, iar lumina trece prin ea fără pierderi. Cu excepția absorbției a jumătate din lumina nepolarizată de către primul filtru, celula poate fi considerată transparentă. Dacă se aplică o tensiune electrozilor, moleculele tind să se alinieze în direcția câmpului, ceea ce distorsionează structura elicoidală. În acest caz, forțele elastice contracarează acest lucru, iar atunci când tensiunea este oprită, moleculele revin la poziția inițială. La o intensitate suficientă a câmpului, aproape toate moleculele devin paralele, ceea ce duce la opacitatea structurii. Variând tensiunea, puteți controla gradul de transparență. Dacă se aplică o tensiune constantă pentru o perioadă lungă de timp, structura cristalelor lichide se poate degrada din cauza migrării ionilor. Pentru a rezolva această problemă, se aplică un curent alternativ, sau o modificare a polarității câmpului cu fiecare adresare a celulei (opacitatea structurii nu depinde de polaritatea câmpului). În întreaga matrice, este posibil să se controleze fiecare dintre celule în mod individual, dar pe măsură ce numărul lor crește, acest lucru devine dificil, pe măsură ce numărul de electrozi necesari crește. Prin urmare, adresarea pe rânduri și coloane este folosită aproape peste tot.

Monitor cu cristale lichide (de asemenea, afișaj cu cristale lichide, LCD, monitor LCD, afișaj cu cristale lichide englezești, LCD, indicator plat) - un monitor plat bazat pe cristale lichide. Monitoarele LCD au fost dezvoltate în 1963.

LCD TFT (în engleză TFT - thin film tranzistor - thin film tranzistor) este unul dintre denumirile pentru un afișaj cu cristale lichide care utilizează o matrice activă, condusă de tranzistori cu film subțire. Amplificator TFT pentru fiecare subpixel este utilizat pentru a îmbunătăți viteza, contrastul și claritatea imaginii afișate.

Dispozitiv cu monitor LCD

Imaginea este formată folosind elemente individuale, de obicei printr-un sistem de scanare. Dispozitivele simple (ceasuri electronice, telefoane, playere, termometre etc.) pot avea un display monocrom sau 2-5 culori. O imagine multicoloră este formată folosind triade RGB. Majoritatea monitoarelor desktop bazate pe matrice TN - (și unele *VA ), și toate afișajele laptopurilor folosesc matrice cu culoare pe 18 biți (6 biți pe canal), 24 biți este emulat cu pâlpâire ditherată.

LCD color sub pixeli

Fiecare pixel al unui afișaj LCD este format dintr-un strat de molecule între doi electrozi transparenți și două filtre polarizante ale căror planuri de polarizare sunt (de obicei) perpendiculare. În absența cristalelor lichide, lumina transmisă de primul filtru este aproape complet blocată de al doilea.

Suprafața electrozilor în contact cu cristalele lichide este tratată special pentru orientarea inițială a moleculelor într-o singură direcție. În matricea TN, aceste direcții sunt reciproc perpendiculare, astfel încât moleculele se aliniază într-o structură elicoidală în absența stresului. Această structură refractă lumina în așa fel încât înainte de al doilea filtru planul său de polarizare se rotește, iar lumina trece prin ea fără pierderi. Cu excepția absorbției a jumătate din lumina nepolarizată de către primul filtru, celula poate fi considerată transparentă. Dacă se aplică o tensiune electrozilor, moleculele tind să se alinieze în direcția câmpului, ceea ce distorsionează structura elicoidală. În acest caz, forțele elastice contracarează acest lucru, iar atunci când tensiunea este oprită, moleculele revin la poziția inițială. La o intensitate suficientă a câmpului, aproape toate moleculele devin paralele, ceea ce duce la opacitatea structurii. Variând tensiunea, puteți controla gradul de transparență. Dacă se aplică o tensiune constantă pentru o perioadă lungă de timp, structura cristalelor lichide se poate degrada din cauza migrării ionilor. Pentru a rezolva această problemă, se aplică un curent alternativ, sau o modificare a polarității câmpului cu fiecare adresare a celulei (opacitatea structurii nu depinde de polaritatea câmpului). În întreaga matrice, este posibil să se controleze fiecare dintre celule în mod individual, dar odată cu creșterea numărului lor, acest lucru devine dificil, deoarece numărul de electrozi necesari crește. Prin urmare, adresarea pe rânduri și coloane este folosită aproape peste tot. Lumina care trece prin celule poate fi naturală - reflectată de substrat (în afișajele LCD fără lumină de fundal). Dar mai des se folosește o sursă de lumină artificială, pe lângă independența față de iluminatul extern, aceasta stabilizează și proprietățile imaginii rezultate. Astfel, un monitor LCD cu drepturi depline este format din electronice care procesează semnalul video de intrare, o matrice LCD, un modul de iluminare de fundal, o sursă de alimentare și o carcasă. Combinația acestor componente este cea care determină proprietățile monitorului în ansamblu, deși unele caracteristici sunt mai importante decât altele.

Specificații monitor LCD

Permisiune: Dimensiuni orizontale și verticale exprimate în pixeli. Spre deosebire de monitoarele CRT, LCD-urile au o rezoluție fizică, „nativă”, restul se realizează prin interpolare.

Dimensiunea punctului: Distanța dintre centrele pixelilor adiacenți. Direct legat de rezoluția fizică.

Raportul de aspect al ecranului (format): Raportul dintre lățime și înălțime, de exemplu: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

Diagonala vizibila: dimensiunea panoului în sine, măsurată în diagonală. Zona de afișare depinde și de format: un monitor 4:3 are o suprafață mai mare decât un monitor 16:9 cu aceeași diagonală.

Contrast: Raportul dintre luminozitatea punctului cel mai luminos și cel mai întunecat. Unele monitoare folosesc un nivel adaptiv de iluminare de fundal folosind lămpi suplimentare, cifra de contrast dată pentru ele (așa-numita dinamică) nu se aplică unei imagini statice.

Luminozitate: Cantitatea de lumină emisă de afișaj, de obicei măsurată în candela pe metru pătrat.

Timp de raspuns: Timpul minim necesar unui pixel pentru a-și schimba luminozitatea. Metodele de măsurare sunt ambigue.

Unghi de vedere: unghiul la care scăderea contrastului atinge valoarea specificată, pt tipuri diferite matricele și producătorii diferiți sunt considerate diferit și adesea nu pot fi comparate.

Tipul matricei: tehnologia prin care este realizat LCD-ul

Intrări: (ex. DVI, D-SUB, HDMI etc.).

Tehnologie

Principalele tehnologii în fabricarea display-urilor LCD: TN + film, IPSși MVA. Aceste tehnologii diferă în geometria suprafețelor, a polimerului, a plăcii de control și a electrodului frontal. De mare importanță sunt puritatea și tipul de polimer cu proprietăți de cristal lichid utilizat în dezvoltări specifice. Timpul de răspuns al monitoarelor LCD construite cu tehnologie SXRD (Afișaj reflectorizant silicon X-tal)- matrice cu cristale lichide reflectorizante din silicon), redusă la 5 ms. companii Sony, Ascuțitși Philips au dezvoltat împreună tehnologia PALC (ing. Cristal lichid adresat cu plasmă- controlul cu plasmă a cristalelor lichide), care combină avantajele LCD(luminozitate și bogăție de culori, contrast) și panouri cu plasmă (unghiuri mari de vizualizare la orizont, H și verticală, V, rată de reîmprospătare mare). Aceste afișaje folosesc celule cu plasmă cu descărcare în gaz ca control al luminozității, iar o matrice LCD este utilizată pentru filtrarea culorilor. Tehnologia PALC vă permite să abordați fiecare pixel de afișare în mod individual, ceea ce înseamnă o controlabilitate și o calitate a imaginii de neegalat.

TN+ film (Twisted Nematic + film)

Prim-plan cu TN+ film matrice de monitor NEC LCD1770NX. Pe un fundal alb - un cursor standard Windows.

Partea " film„ în numele tehnologiei înseamnă un strat suplimentar folosit pentru a mări unghiul de vizualizare (aproximativ de la 90 ° la 150 °). În prezent, prefixul „ film„deseori omis, numind astfel de matrici pur și simplu TN. Din păcate, o modalitate de a îmbunătăți contrastul și timpul de răspuns pentru panourile TN nu a fost încă găsită, iar timpul de răspuns pentru acest tip de matrice este în prezent unul dintre cele mai bune, dar nivelul de contrast nu este.

Matrice TN+ film funcționează astfel: dacă nu se aplică nicio tensiune sub-pixelilor, cristalele lichide (și lumina polarizată pe care o transmit) se rotesc cu 90° unele față de altele într-un plan orizontal în spațiul dintre cele două plăci. Și deoarece direcția de polarizare a filtrului de pe a doua placă face un unghi de 90° cu direcția de polarizare a filtrului de pe prima placă, lumina trece prin ea. Dacă subpixelii roșu, verde și albastru sunt complet iluminați, pe ecran se va forma un punct alb.

IPS (Comutare în plan)

Tehnologie în- Comutarea avionului a fost dezvoltat de Hitachi și NEC și a fost destinat să scape de deficiențele TN + film. Cu toate acestea, în timp ce IPS a reușit să obțină un unghi de vizualizare de 170°, precum și un contrast ridicat și o reproducere a culorilor, timpul de răspuns a rămas slab.

Dacă nu se aplică nicio tensiune la IPS, moleculele de cristale lichide nu se rotesc. Al doilea filtru este întotdeauna rotit perpendicular pe primul și nicio lumină nu trece prin el. Prin urmare, afișarea culorii negre este aproape de ideală. Dacă tranzistorul eșuează, pixelul „rupt” pentru panoul IPS nu va fi alb, ca la matricea TN, ci negru.

Când se aplică o tensiune, moleculele de cristal lichid se rotesc perpendicular pe poziția lor inițială și permit luminii să treacă.AS-IPS - Tehnologia Advanced Super IPS (Advanced Super-IPS), a fost, de asemenea, dezvoltată de Hitachi Corporation în 2002. Principalele îmbunătățiri au fost în nivelul de contrast al panourilor S-IPS convenționale, apropiindu-l de cel al panourilor S-PVA. AS-IPS este, de asemenea, folosit ca denumire pentru monitoarele NEC (ex. NEC LCD20WGX2) bazate pe tehnologia S-IPS dezvoltată de consorțiul LG.Philips.

A-TW-IPS - Advanced True White IPS (Advanced True White IPS), dezvoltat de LG.Philips pentru NEC Corporation. Este un panou S-IPS cu un filtru de culoare TW (True White) pentru a face alburile mai realiste și pentru a extinde gama de culori. Acest tip de panou este folosit pentru a crea monitoare profesionale pentru utilizare în laboratoarele foto și/sau edituri.

AFFS- Comutare avansată a câmpurilor marginale(nume neoficial S-IPS Pro). Tehnologia este o îmbunătățire suplimentară a IPS, dezvoltată de BOE Hydis în 2003. Puterea crescută a câmpului electric a făcut posibilă obținerea de unghiuri de vizualizare și luminozitate și mai mari, precum și reducerea distanței dintre pixeli. Ecranele bazate pe AFFS sunt utilizate în principal în tablete PC-uri, pe matrice fabricate de Hitachi Displays.