рис.2
Министерство образования Российской Федерации
Российский химико-технологический университет
им. Д. И. Менделеева
Новомосковский институт
Факультет: Промышленная энергетика
Кафедра: Промышленная теплоэнергетика
Реферат
Тема: “ЖК мониторы”
Студент: Белаш А. Н.
Шифр: 100700
Группа: ПТЭ-02
Преподаватель: Гольцев Ю. Т.
Новомосковск 2004 г.
Содержание
1. Введение ………………………………………………………………………………..3
2. Идеальный плоский дисплей ……………………………………………..3
3. Принцип действия TFT-LCD дисплеев……………………………………6
4. Классификация TFT-LCD дисплеев……………………………………….8
5. Углы обзора TFT-LCD дисплеев …………………………………………10
6. Яркость ЖК-монитора ……………………………………………………..10
7. Плюсы TFT-LCD мониторов ……………………………………..……….11
8. Минусы TFT-LCD мониторов……………………………………….……11
9. Альтернатива TFT-LCD мониторов…………………………………….…12
10. Заключение........................................................................………………….12
11. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………13
1. Введение
Cуществование жидких кристаллов было установлено очень давно, почти столетие тому назад, а именно в 1888 году.
Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, был австрийский ученый-ботаник Рейнитцер. Исследуя новое синтезированное им вещество холестерилбензоат, он обнаружил, что при температуре 145° С кристаллы этого вещества плавятся, образуя мутную сильно рассеивающую свет жидкость. При продолжении нагрева по достижении температуры 179°С жидкость просветляется, т. е. начинает вести себя в оптическом отношении, как обычная жидкость, например вода. Неожиданные свойства холе-стерилбензоат обнаруживал в мутной фазе Рассматривая эту фазу под поляризационным микроскопом, Рейнитцер обнаружил, что она обладает двупреломлением. Это означает, что показатель преломления света, т. е скорость света е этой фазе, зависит от поляризации.
Жидкий кристалл – это специфическое агрегатное состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо оговориться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном. Оказывается, некоторые органические вещества, обладающие сложными молекулами, кроме трех названных состояний, могут образовывать четвертое агрегатное состояние — жидкокристаллическое. Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза, отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость. Чем же жидкий кристалл отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это — упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести.
2.Идеальный плоский дисплейАбсолютно идеальный прибор для отображения визуальной информации пока не придуман. Пока самым подходящим средством для показа статических и движущихся картинок считается плоский прямоугольник диагональю дюймов около двадцати, расположенный в полуметре от глаз сидящего человека. Картинка на этом прямоугольнике (будем называть его экраном) формируется из миллиона-двух дискретных точек (будем называть их пикселями). Классические пропорции сторон экрана – 4:3, то есть высота картинки составляет 0.75 от ширины. Чаще всего сейчас распространены разрешения от 1024 х 768 до 1600 х 1200 пикселей.
А сейчас вы увидите, как должны выглядеть пиксели у идеального плоского дисплея. Для этого возьмём какую-нибудь картинку и увеличим её раз в десять:
рис.2
Хотя нет, лучше раз в сорок:
рис.2
Если бы идеальный плоский дисплей существовал и мы посмотрели на него в лупу с сорокакратным увеличением, то увидели бы именно это: квадратные пиксели разного цвета, из которых состоит изображение. Впрочем, сделать пиксели такими идеальными, чтобы у них совсем не было границ, очень трудно, а может даже и невозможно.
рис.3
Каждый пиксель идеального плоского дисплея должен представлять из себя маленький квадратик, способный принимать любой цвет – хоть красный, хоть синий, хоть белый - по команде управляющей схемы. Однако, дисплеев с такими пикселями пока не существует.
рис.4
Именно так формируется изображение практически на всех существующих типах дисплеев: жидкокристаллических, ЭЛТ и плазменных (разве что форма и порядок расположения субпикселей могут слегка различаться). Каждый субпиксель отвечает за свой первичный цвет – красный, зелёный или синий (Red, Green, Blue - RGB). Если зажечь все субпиксели на максимум, то получается белый цвет, если зелёный и синий субпиксели приглушить, а красный оставить гореть ярко – получается красный цвет, ну и так далее. Расстояния между центрами пикселей достаточно малы (от 0.2 до 0.3 мм – в зависимости от конкретной модели монитора), а уж субпиксели и вовсе микроскопические, поэтому издали мы не видим всей этой разноцветной мешанины и три ярко горящих субпикселя воспринимаем как одну белую точку. Итак, будь жидкокристаллический монитор хоть чемпионом по цветопередаче, контрастности, скорости реакции и т. д. – ему далеко до идеала. Хотя бы потому, что картинка на нём формируется так, как показано на рис. 4, а не так, как на рис.2. Из-за того, что субпиксели разнесены в пространстве, возможны неприятные артефакты, например цветные окантовки у чёрных букв на белом фоне. Белый фон не выглядит идеально однородным из-за того, что субпиксели и пиксели разделены чёрной сеткой (BM – Black Matrix – она нужна для того, чтобы соседние субпиксели не засвечивались друг от друга). Но ничего не поделаешь – ведь идеальный дисплей, пусть даже и плоский, изобретут ещё не скоро.
3.Принцип действия TFT-LCD дисплеев
Общий принцип формирования изображения на экране хорошо иллюстрирует рис. 4. А вот как управлять яркостью отдельных субпикселей? Новичкам обычно объясняют так: за каждым субпикселем стоит жидкокристаллическая заслонка. В зависимости от приложенного к ней напряжения она пропускает больше или меньше света от задней лампы подсветки. И все сразу представляют себе некие заслонки на маленьких петельках, которые поворачиваются на нужный угол... примерно так:
рис.5
На самом деле, конечно, всё гораздо сложнее. Нет никаких материальных заслонок на петлях. В реальной жидкокристаллической матрице световой поток управляется примерно так:
рис.6
Свет от лампы подсветки (идём по картинке снизу вверх) первым делом проходит сквозь нижний поляризующий фильтр (белая заштрихованная пластина). Теперь это уже не обычный поток света, а поляризованный. Дальше свет проходит через полупрозрачные управляющие электроды (жёлтые пластинки) и встречает на своём пути слой жидких кристаллов. Изменением управляющего напряжения поляризацию светового потока можно менять на величину до 90 градусов (на картинке слева), или оставлять неизменной (там же справа). Внимание, начинается самое интересное! После слоя жидких кристаллов расположены светофильтры и тут каждый субпиксель окрашивается в нужный цвет – красный, зелёный или синий. Если посмотреть на экран, убрав верхний поляризующий фильтр – мы увидим миллионы светящихся субпикселей – и каждый светится с максимальной яркостью, ведь наши глаза не умеют различать поляризацию света. Иными словами, без верхнего поляризатора мы увидим просто равномерное белое свечение по всей поверхности экрана.
Но стоит поставить верхний поляризующий фильтр на место – и он «проявит» все изменения, которые произвели с поляризацией света жидкие кристаллы. Некоторые субпиксели так и останутся ярко светящимися, как левый на рисунке, у которого поляризация была изменена на 90 градусов, а некоторые погаснут, ведь верхний поляризатор стоит в противофазе нижнему и не пропускает света с дефолтной (той, что по умолчанию) поляризацией. Есть и субпиксели с промежуточной яркостью – поляризация потока света, прошедшего через них, была развёрнута не на 90, а на меньшее число градусов, например, на 30 или 55 градусов.
Делаем выводы:
1) Яркость каждого субпикселя может меняться плавно, аналоговыми методами. Ведь мы можем завернуть поляризацию потока света на любой угол в промежутке от 0 до 90 градусов – это определяется управляющим напряжением, приложенным к ячейке. Аналоговая природа регулировки – несомненный плюс. ЖК-матрица представляет из себя толстенький слоёный бутерброд, а скорее даже сэндвич. Теперь понятно, почему у ЖК-мониторов проблемы с углами обзора. Даже удивительно, как производители достигают углов обзора 120-160 градусов.Ведь если смотреть под острым углом к поверхности, то и слой поляризатора, и Black Matrix заглушают и искажают свет от конкретного субпикселя. Да и угол поляризации светового потока у конкретного субпикселя получается не совсем таким, как при строго перпендикулярном взгляде на матрицу.
2) Каждый субпиксель матрицы обслуживается своим персональным регулятором – тонкоплёночным транзистором (Thin Film Transistor – TFT). Здесь нет строчной развёртки, как в ЭЛТ, и это очень хорошо. Каждый субпиксель экрана светится с нужной яркостью до тех пор, пока от управляющей схемы (видеокарты) не придёт команда сменить цвет точки. Поэтому мерцания на экране нет при любой частоте кадровой развёртки – хоть при 60 герцах.
3) Однако, в том, что у каждого субпикселя есть персональный регулятор, кроется и минус: если какой-то управляющий транзистор сгорит – прощай полноценный пиксель и здравствуй «битая точка».
4) Поскольку в роли «заслонок» выступают вполне реальные жидкие кристаллы с присущей им вязкостью и отнюдь не мгновенной реакцией на управляющий импульс, смена яркости субпикселей происходит не мгновенно. Пока молекула жидкого кристалла закрутится на нужный угол, пока раскрутится обратно... Именно в фундаментальных свойствах материи, а именно – в характеристиках жидких кристаллов – кроется одна из главных проблем TFT-LCD. Это ограниченная скорость реакции и, как следствие, проблемы с качественным отображением быстро меняющихся динамических сюжетов (скроллинг текста, быстрые 3D-Action-игры с высокими FPS и т. п.).
4.Классификация TFT-LCD дисплеевПокупая ЖК-монитор, в технических характеристиках вы скорее всего увидите одну из трёх аббревиатур: TN+Film, IPS или MVA. Это названия самых распространённых на сегодня технологий изготовления TFT-LCD. Рассмотрим их по очереди.
1) TN+FilmСамая первая технология, по которой делаются активные ЖК-мониторы. Она отработана до предела, поэтому себестоимость матриц получается наиболее низкой. Практически все 15-дюймовые и очень многие 17-дюймовые мониторы сделаны именно по этой технологии. Аббревиатура TN+Film расшифровывается как Twisted Nematic + Film, что можно перевести как «скрученное состояние жидкого кристалла + плёнка». Под плёнкой подразумевается дополнительное внешнее покрытие экрана, расширяющее угол обзора.В обычном состоянии, при отсутствии управляющего напряжения, жидкие кристаллы в TN+Film находятся в скрученной фазе и субпиксель ярко горит (как в левой части рис. 6). Чем больше приложенное к ячейке напряжение – тем больше распрямляются молекулы жидких кристаллов. При максимальном управляющем напряжении субпиксель будет затемнён до предела. Из принципа работы TN+Film сразу же вытекают два самых больших недостатка этой технологии. Во-первых, если откажет управляющий транзистор, мы вынуждены будем постоянно созерцать ярко горящий субпиксель. А найти матрицу совсем без «мёртвых» точек достаточно трудно, ведь по существующим сейчас нормам наличие даже пяти битых пикселей не считается неисправностью и такой монитор вам не поменяют. Второй недостаток: из-за того, что даже при максимальном приложенном напряжении молекулы жидкого кристалла могут не раскрутиться до конца, чёрный цвет получается не идеальным, а скорее тёмно-тёмно-серым. Есть и третий недостаток: угол обзора, несмотря на специальную плёнку-покрытие редко превышает 140-150 градусов, а это маловато по сегодняшним меркам. Жаль, что эти врождённые недостатки обойти очень трудно или вовсе невозможно. Ведь в остальном TN+Film-матрицы обладают неплохими характеристиками: это и приличная скорость реакции (25-40 мс), и привлекательная цена...
2) IPSIn-Plane Switching – это технология, разработанная Hitachi и NEC. Отличительная особенность состоит в том, что оба управляющих полупрозрачных электрода расположены в одной плоскости – только на нижней стороне ЖК-ячейки. Жидкие кристаллы располагаются иначе, чем в случае с TN+Film: в расслабленном состоянии они не пропускают свет и субпиксель получается затемнённым. Чем больше управляющее напряжение – тем больше кристаллы закручивают поляризацию светового пучка и тем ярче горит субпиксель. За счёт другой конструкции IPS-матрицы имеют больший, чем у TN+Film, угол обзора. Чёрный цвет получается действительно чёрным, а не тёмно-серым. Кстати, именно поэтому панели IPS имеют хорошую контрастность. Ну и битые пиксели не так заметны, ведь если управляющий TFT у какого-нибудь субпикселя сгорит, мы получим тёмную точку на экране. Это плюсы, и их действительно немало, чтобы оправдать повышенную цену данных панелей. И быть бы технологии IPS самой лучшей, если бы не один значительный недостаток: большое время реакции (до 50 мс). Даже при скроллинге текста возможны шлейфы-тянучки за буквами...Впрочем, производители не сдаются: усовершенствованные технологии наподобие Super IPS или Dual Domain IPS позволяют достичь более быстрой скорости реакции ячеек и увеличить обзорность чуть ли не до предельных 180 градусов.
3) MVAЗапатентованная Fujitsu технология называется Multi-Domain Vertical Alignment. Молекулы жидких кристаллов ориентированы в вертикальном направлении (Vertical Alignment) и при отсутствии управляющего напряжения не меняют поляризации светового потока. Таким образом, битые субпиксели, как и в случае с IPS, превращаются в тёмные точки, что является несомненным плюсом. В связи с особенностями конструкции (длинные, вертикально ориентированные цепочки кристаллов), при изменении угла обзора может сильно меняться светоотдача субпикселя (а следовательно – цвет результирующего пикселя). Поэтому каждый субпиксель разделён на несколько зон (Multi-Domain), каждая из которых оптимизирована для наилучшей светоотдачи в своём секторе обзора. Таким оригинальным образом была решена проблема сильно ограниченных углов обзора в исходной технологии VA.MVA-матрицы обладают всеми плюсами технологии IPS (глубокий чёрный цвет фона, тёмный цвет битых пикселей, широкие углы обзора), но при этом имеют лучшую скорость реакции. Правда, не обошлось без ложки дёгтя: переключения между крайними положениями яркости субпикселя происходят быстро, но переход молекул кристаллов в промежуточное состояние длится дольше. Поэтому пиксели MVA-матрицы быстро меняют цвет с белого на чёрный (например, прокрутка текста будет выглядеть хорошо, без шлейфов), но начинают пасовать там, где сменяющие друг друга кадры имеют много плавных цветовых переходов (возможно смазывание картинки при быстрых перемещениях в динамичных играх, а также при просмотре видео).
Существуют некоторые разновидности данной технологии, например PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung, однако общий принцип функционирования остаётся неизменным, а в тонкости нам углубляться нет смысла.В общем-то, даже несмотря на небольшие минусы, MVA – это лучшая технология на сегодня. Ярко выраженных недостатков у этих матриц нет, а с мелкими вполне можно мириться. Главное препятствие на пути повсеместного внедрения технологии MVA – высокая цена. 17-дюймовый ЖК монитор с MVA-матрицей может стоить больше 850 долларов, а 15-дюймовый – в районе 600...
5.Углы обзора TFT-LCD дисплеевЕсли вы видите в спецификациях ЖК-монитора угол обзора 160 градусов (из 180 возможных) – не спешите радоваться, 160 градусов – очень неплохой показатель. Но что он показывает? Для панелей TFT-LCD углом обзора считается сектор, в пределах которого контрастность меняется не более, чем в 10 раз от максимальной. Проще говоря: если у вашего монитора угол обзора 160 градусов, это значит, что при взгляде со стороны, когда вы отклонились на 80 градусов от перпендикулярной оси монитора (160/2=80), контрастность будет составлять 10% от той, какая наблюдается при перпендикулярном взгляде на экран.Таким образом, цифры углов обзора не должны вводить вас в заблуждение. Даже если вы сидите перед самым лучшим и дорогим TFT-LCD, стоит вам сдвинуться на двадцать-тридцать сантиметров в сторону, как цвета заметно «уплывут» и упадёт контрастность. А на границах хвалёных углов обзора вы увидите вообще чёрт знает что (если уж контрастность упала в 10 раз, то с цветопередачей будет полный кошмар). Пока жидкокристаллическим мониторам очень далеко в этом плане до кинескопов. На хороший ЭЛТ-монитор можно посмотреть под очень острым углом (те же 10 градусов к плоскости экрана) и контрастность изменится не сильно. Максимум раза в два-три, но уж никак не в десять. А цветопередача, скорее всего, и вовсе не исказится.
6.Яркость ЖК-монитораЯркость ЖК-монитора также не должна сбивать вас с толку. Действительно, TFT-LCD чаще всего заметно ярче ЭЛТ-мониторов, иногда в 2 раза. Но нужно ли это на практике? Скорее всего, большая яркость пригодится вам только в том случае, когда вы работаете в офисе с большими окнами и солнечный свет падает прямо на экран. Но, сидя перед компьютером вечером или ночью, вы будете только проклинать эту яркость: экран будет нещадно слепить глаза. Поверьте, это очень неприятно, и вам придётся убавлять яркость до минимума.Гораздо более полезным параметром является контрастность, а она у ЭЛТ-мониторов заметно выше: до 700:1 у самых лучших моделей против 400:1 или 500:1 у самых навороченных TFT-LCD.
7.Плюсы TFT-LCD мониторов Разумеется, плюсов у TFT-LCD по сравнению с ЭЛТ очень много. Это:- намного меньшие габариты- заметно меньшее энергопотребление- несколько меньший уровень вредных электромагнитных излучений- меньшая чувствительность к магнитным полям- идеальная геометрия изображения- почти идеальная чёткость элементов изображения- отсутствие необходимости подстраивать изображение и выбирать конкретный экземпляр монитора (все экземпляры одной модели практически одинаковы, в отличие по-разному настроенных ЭЛТ)
8.Минусы TFT-LCD мониторов Недостатков у TFT-мониторов немного, но они существенны.Во-первых, цена, на 15" TFT-монитор выше, чем у 17" CRT, почти в два раза, а у 17" TFT по сравнению с 19" CRT более чем в 2,5 раза. Большинство пользователей сегодня устраивает размер обычного CRT-монитора 15" с видимой частью не более 13,8", а TFT-монитор с размером экрана 14,5" дороже, чем недорогой 15-дюймовый CRT-монитор, почти в 3 раза.Во-вторых, в процессе изготовления TFT-панелей практически невозможно избежать наличия «бракованных» или «пробитых» пикселей. Что это такое? Производитель не считает браком наличие 5-ти - 8-ми (у разных производителей по-разному) пикселей, у которых одна из ЖК-ячеек (какой-либо цвет) не работает, и вы видите более яркую или менее темную точку на экране. Иногда не работает весь пиксель (его еще называют «пробитым»), т.е. вся триада, и тогда белая точка на темном экране горит всегда и портит всю картинку. Бывают случаи, когда в начале эксплуатации после нескольких часов работы бракованные пиксели появляются, но производитель не считает это браком. Пожалуй, самым большим недостатком можно считать фиксированное рабочее разрешение TFT-монитора. Что это значит? В TFT-мониторе установлено определенное количество транзисторов под определенное разрешение, и хотя допускается переход на более низкое разрешение (на более высокое он перейти по-настоящему не может, т.к. все пиксели на TFT-панелях имеют фиксированный размер, в CRT-мониторах же размер пикселя в каких-то пределах может меняться, для перехода на более высокое разрешение в TFT-мониторах используется так называемая ZOOM-технология, это когда вы видите только часть экрана, но, якобы, с большим разрешением), это разрешение может формироваться даже не «ровным» количеством пикселей и картинка выглядит несколько «угловато». На новых TFT-мониторах этот недостаток удается решить (несколько «сгладить» картинку) при помощи программных средств. Среди мелких недостатков, которые могут быть или не быть, это более менее равномерная освещенность всей TFT-панели. Неравномерная освещенность матрицы приводит к тому, что некоторые части экрана будут как-бы не в фокусе (напоминает эффект расфокусировки у CRT-мониторов). Недаром настройку подсветки матрицы у производителей TFT-мониторов иногда сравнивают с настройкой фокусировки трубки у производителей CRT-мониторов. Некоторые считают этот процесс творческим, а не техническим.9.Альтернатива TFT-LCD мониторов
Да, есть. Но пока только теоретическая. Если учёные смогут создать новые материалы (типа светоизлучающего пластика), которые смогут принимать любой цвет по команде управляющей схемы – участь ЖК-дисплеев будет предрешена. Но пока ЖК остаётся наиболее привлекательной, отработанной и перспективной технологией при производстве дисплеев с персональным управлением каждого пикселя.
10.Заключение
ЭЛТ-мониторы ещё в течение нескольких лет будут оставаться хорошим выбором для точной работы с цветом, хардкорных геймеров и желающих сэкономить покупателей, но век этой технологии подходит к концу. Всё дело в больших габаритах и архаичной концепции формирования изображения методом строчной развёртки. В наш век экспоненциального роста качественных характеристик компьютерной техники невозможно опираться на древнюю конструкцию, основой которой является аналоговая электронная лампа огромных размеров (кинескоп). Прошли времена, когда компьютерная техника была доступна малому проценту энтузиастов, которые могли позволить себе долго выбирать подходящий ЭЛТ-монитор, а потом долго настраивать его для получения качественного изображения.Сейчас всё труднее найти хороший ЭЛТ-монитор, с идеально отъюстированной ОС, с кинескопом нового поколения. Характеристики ЭЛТ-трубок, по большому счёту, не улучшаются вот уже два-три года – производители не хотят вкладывать инвестиции в морально устаревшую технологию. Рынок дисплеев уже сделал свой выбор в пользу компактных цифровых матриц с персональным управлением каждого пикселя и технология TFT-LCD находится на переднем крае этого направления.
11.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1) А.В.Петроченков “Hardware—компьютер и периферия “, -106стр.ил.
2) В.Э.Фигурнов “IBM PC для пользователя “, -67стр.
3) “HARD 'n' SOFT “ (компьютерный журнал для широкого круга пользователей) №6 2003г.
4) В.М.Гасов “Технические средства ввода-вывода графической информации “ ( серия в семи книгах “Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ “под редакцией В.Н.Четверикова ), кн.5,-73стр.
5) Н.И.Гурин “Работа на персональном компьютере “,-128стр.
6) С.Чандрасекар "Жидкие кристаллы",-153стр.
7) “Компьютер пресс” (компьютерный журнал), -126стр.
www.referatmix.ru
Министерство образования Российской Федерации
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
Новомосковский институт
Факультет: Промышленная энергетика
Кафедра: Промышленная теплоэнергетика
Реферат
Тема: “ЖК мониторы”
Студент:
Белаш А. Н.
Шифр:
100700
Группа:
ПТЭ-02
Преподаватель:
Гольцев Ю. Т.
Новомосковск 2004 г.
Содержание1. Введение ………………………………………………………………………………..32. Идеальный плоский дисплей ……………………………………………..33. Принцип действия TFT-LCD дисплеев……………………………………64. Классификация TFT-LCD дисплеев……………………………………….85. Углы обзора TFT-LCD дисплеев …………………………………………106. Яркость ЖК-монитора ……………………………………………………..107. Плюсы TFT-LCD мониторов ……………………………………..……….118. Минусы TFT-LCD мониторов……………………………………….……119. Альтернатива TFT-LCD мониторов…………………………………….…1210.
Заключение................................................................
........………………….1211. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………13
1. Введение
Cуществование жидких кристаллов было установлено очень давно, почти столетие тому назад, а именно в 1888 году.
Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, был австрийский ученый-ботаникРейнитцер. Исследуя новое синтезированное им вещество холестерилбензоат, он обнаружил, что при температуре 145° С кристаллы этого вещества плавятся, образуя мутную сильно рассеивающую свет жидкость. При продолжении нагрева по достижении температуры 179°С жидкость просветляется, т. е. начинает вести себя в оптическом отношении, как обычная жидкость, например вода.Неожиданные свойства холе-стерилбензоат обнаруживал в мутной фазеРассматривая эту фазу под поляризационным микроскопом, Рейнитцер обнаружил, что она обладает двупреломлением. Это означает, что показатель преломления света, т. е скорость света е этой фазе, зависит от поляризации.
Жидкий кристалл – это специфическое агрегатное состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо оговориться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном. Оказывается, некоторые органические вещества, обладающие сложными молекулами, кроме трех названных состояний, могут образовывать четвертое агрегатное состояние — жидкокристаллическое. Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза, отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость. Чем же жидкий кристалл отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это — упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести.
2.Идеальный плоский дисплей
Абсолютно идеальный прибор для отображения визуальной информации пока не придуман. Пока самым подходящим средством для показа статических и движущихся картинок считается плоский прямоугольник диагональю дюймов около двадцати, расположенный в полуметре от глаз сидящего человека. Картинка на этом прямоугольнике (будем называть его экраном) формируется из миллиона- двух дискретных точек (будем называть их пикселями). Классические пропорции сторон экрана – 4:3, то есть высота картинки составляет 0.75 от ширины.Чаще всего сейчас распространены разрешения от 1024 х 768 до 1600 х 1200 пикселей.
А сейчас вы увидите, как должны выглядеть пиксели у идеального плоского дисплея. Для этого возьмём какую-нибудь картинку и увеличим её раз в десять:
[pic]
рис.2
Хотя нет, лучше раз в сорок:
[pic]
рис.2
Если бы идеальный плоский дисплей существовал и мы посмотрели на него в лупу с сорокакратным увеличением, то увидели бы именно это: квадратные пиксели разного цвета, из которых состоит изображение. Впрочем, сделать пиксели такими идеальными, чтобы у них совсем не было границ, очень трудно, а может даже и невозможно.
[pic]
рис.3
Каждый пиксель идеального плоского дисплея должен представлять из себя маленький квадратик, способный принимать любой цвет – хоть красный, хоть синий, хоть белый - по команде управляющей схемы. Однако, дисплеев с такими пикселями пока не существует.
[pic]
рис.4
Именно так формируется изображение практически на всех существующих типах дисплеев: жидкокристаллических, ЭЛТ и плазменных (разве что форма и порядок расположения субпикселей могут слегка различаться). Каждый субпиксель отвечает за свой первичный цвет – красный, зелёный или синий (Red, Green,Blue - RGB). Если зажечь все субпиксели на максимум, то получается белый цвет, если зелёный и синий субпиксели приглушить, а красный оставить гореть ярко – получается красный цвет, ну и так далее. Расстояния между центрами пикселей достаточно малы (от 0.2 до 0.3 мм – в зависимости от конкретной модели монитора), а уж субпиксели и вовсе микроскопические, поэтому издали мы не видим всей этой разноцветной мешанины и три ярко горящих субпикселя воспринимаем как одну белую точку.
Итак, будь жидкокристаллический монитор хоть чемпионом по цветопередаче, контрастности, скорости реакции и т. д. – ему далеко до идеала. Хотя бы потому, что картинка на нём формируется так, как показано на рис. 4, а не так, как на рис.2. Из-за того, что субпиксели разнесены в пространстве, возможны неприятные артефакты, например цветные окантовки у чёрных букв на белом фоне. Белый фон не выглядит идеально однородным из-за того, что субпиксели и пиксели разделены чёрной сеткой (BM – Black Matrix – она нужна для того, чтобы соседние субпиксели не засвечивались друг от друга). Но ничего не поделаешь – ведь идеальный дисплей, пусть даже и плоский, изобретут ещё не скоро.
3.Принцип действия TFT-LCD дисплеев
Общий принцип формирования изображения на экране хорошо иллюстрирует рис.4. А вот как управлять яркостью отдельных субпикселей? Новичкам обычно объясняют так: за каждым субпикселем стоит жидкокристаллическая заслонка. В зависимости от приложенного к ней напряжения она пропускает больше или меньше света от задней лампы подсветки. И все сразу представляют себе некие заслонки на маленьких петельках, которые поворачиваются на нужный угол... примерно так:
[pic]
рис.5
На самом деле, конечно, всё гораздо сложнее. Нет никаких материальных заслонок на петлях. В реальной жидкокристаллической матрице световой поток управляется примерно так:
[pic]
рис.6
Свет от лампы подсветки (идём по картинке снизу вверх) первым делом проходит сквозь нижний поляризующий фильтр (белая заштрихованная пластина).Теперь это уже не обычный поток света, а поляризованный. Дальше свет проходит через полупрозрачные управляющие электроды (жёлтые пластинки) и встречает на своём пути слой жидких кристаллов. Изменением управляющего напряжения поляризацию светового потока можно менять на величину до 90 градусов (на картинке слева), или оставлять неизменной (там же справа).Внимание, начинается самое интересное! После слоя жидких кристаллов расположены светофильтры и тут каждый субпиксель окрашивается в нужный цвет– красный, зелёный или синий. Если посмотреть на экран, убрав верхний поляризующий фильтр – мы увидим миллионы светящихся субпикселей – и каждый светится с максимальной яркостью, ведь наши глаза не умеют различать поляризацию света. Иными словами, без верхнего поляризатора мы увидим просто равномерное белое свечение по всей поверхности экрана.
Но стоит поставить верхний поляризующий фильтр на место – и он «проявит» все изменения, которые произвели с поляризацией света жидкие кристаллы.Некоторые субпиксели так и останутся ярко светящимися, как левый на рисунке, у которого поляризация была изменена на 90 градусов, а некоторые погаснут, ведь верхний поляризатор стоит в противофазе нижнему и не пропускает света с дефолтной (той, что по умолчанию) поляризацией. Есть и субпиксели с промежуточной яркостью – поляризация потока света, прошедшего через них, была развёрнута не на 90, а на меньшее число градусов, например, на 30 или 55 градусов.
Делаем выводы:
1) Яркость каждого субпикселя может меняться плавно, аналоговыми методами. Ведь мы можем завернуть поляризацию потока света на любой угол в промежутке от 0 до 90 градусов – это определяется управляющим напряжением, приложенным к ячейке. Аналоговая природа регулировки – несомненный плюс. ЖК-матрица представляет из себя толстенький слоёный бутерброд, а скорее даже сэндвич. Теперь понятно, почему у ЖК- мониторов проблемы с углами обзора. Даже удивительно, как производители достигают углов обзора 120-160 градусов.Ведь если смотреть под острым углом к поверхности, то и слой поляризатора, и
Black Matrix заглушают и искажают свет от конкретного субпикселя. Да и угол поляризации светового потока у конкретного субпикселя получается не совсем таким, как при строго перпендикулярном взгляде на матрицу.
2) Каждый субпиксель матрицы обслуживается своим персональным регулятором
– тонкоплёночным транзистором (Thin Film Transistor – TFT). Здесь нет строчной развёртки, как в ЭЛТ, и это очень хорошо. Каждый субпиксель экрана светится с нужной яркостью до тех пор, пока от управляющей схемы (видеокарты) не придёт команда сменить цвет точки. Поэтому мерцания на экране нет при любой частоте кадровой развёртки – хоть при
60 герцах.
3) Однако, в том, что у каждого субпикселя есть персональный регулятор, кроется и минус: если какой-то управляющий транзистор сгорит – прощай полноценный пиксель и здравствуй «битая точка».
4) Поскольку в роли «заслонок» выступают вполне реальные жидкие кристаллы с присущей им вязкостью и отнюдь не мгновенной реакцией на управляющий импульс, смена яркости субпикселей происходит не мгновенно. Пока молекула жидкого кристалла закрутится на нужный угол, пока раскрутится обратно... Именно в фундаментальных свойствах материи, а именно – в характеристиках жидких кристаллов – кроется одна из главных проблем
TFT-LCD. Это ограниченная скорость реакции и, как следствие, проблемы с качественным отображением быстро меняющихся динамических сюжетов
(скроллинг текста, быстрые 3D-Action-игры с высокими FPS и т. п.).4.Классификация TFT-LCD дисплеев
Покупая ЖК-монитор, в технических характеристиках вы скорее всего увидите одну из трёх аббревиатур: TN+Film, IPS или MVA. Это названия самых распространённых на сегодня технологий изготовления TFT-LCD. Рассмотрим их по очереди.
1) TN+Film
Самая первая технология, по которой делаются активные ЖК-мониторы. Она отработана до предела, поэтому себестоимость матриц получается наиболее низкой. Практически все 15-дюймовые и очень многие 17-дюймовые мониторы сделаны именно по этой технологии. Аббревиатура TN+Film расшифровывается как Twisted Nematic + Film, что можно перевести как «скрученное состояние жидкого кристалла + плёнка». Под плёнкой подразумевается дополнительное внешнее покрытие экрана, расширяющее угол обзора.
В обычном состоянии, при отсутствии управляющего напряжения, жидкие кристаллы в TN+Film находятся в скрученной фазе и субпиксель ярко горит(как в левой части рис. 6). Чем больше приложенное к ячейке напряжение – тем больше распрямляются молекулы жидких кристаллов. При максимальном управляющем напряжении субпиксель будет затемнён до предела. Из принципа работы TN+Film сразу же вытекают два самых больших недостатка этой технологии. Во-первых, если откажет управляющий транзистор, мы вынуждены будем постоянно созерцать ярко горящий субпиксель. А найти матрицу совсем без «мёртвых» точек достаточно трудно, ведь по существующим сейчас нормам наличие даже пяти битых пикселей не считается неисправностью и такой монитор вам не поменяют. Второй недостаток: из-за того, что даже при максимальном приложенном напряжении молекулы жидкого кристалла могут не раскрутиться до конца, чёрный цвет получается не идеальным, а скорее тёмно- тёмно-серым. Есть и третий недостаток: угол обзора, несмотря на специальную плёнку-покрытие редко превышает 140-150 градусов, а это маловато по сегодняшним меркам. Жаль, что эти врождённые недостатки обойти очень трудно или вовсе невозможно. Ведь в остальном TN+Film-матрицы обладают неплохими характеристиками: это и приличная скорость реакции (25-40 мс), и привлекательная цена...
2) IPS
In-Plane Switching – это технология, разработанная Hitachi и NEC.Отличительная особенность состоит в том, что оба управляющих полупрозрачных электрода расположены в одной плоскости – только на нижней стороне ЖК- ячейки. Жидкие кристаллы располагаются иначе, чем в случае с TN+Film: в расслабленном состоянии они не пропускают свет и субпиксель получается затемнённым. Чем больше управляющее напряжение – тем больше кристаллы закручивают поляризацию светового пучка и тем ярче горит субпиксель. За счёт другой конструкции IPS-матрицы имеют больший, чем у TN+Film, угол обзора. Чёрный цвет получается действительно чёрным, а не тёмно-серым.Кстати, именно поэтому панели IPS имеют хорошую контрастность. Ну и битые пиксели не так заметны, ведь если управляющий TFT у какого-нибудь субпикселя сгорит, мы получим тёмную точку на экране. Это плюсы, и их действительно немало, чтобы оправдать повышенную цену данных панелей. И быть бы технологии IPS самой лучшей, если бы не один значительный недостаток: большое время реакции (до 50 мс). Даже при скроллинге текста возможны шлейфы-тянучки за буквами...
Впрочем, производители не сдаются: усовершенствованные технологии наподобиеSuper IPS или Dual Domain IPS позволяют достичь более быстрой скорости реакции ячеек и увеличить обзорность чуть ли не до предельных 180 градусов.
3) MVA
Запатентованная Fujitsu технология называется Multi-Domain VerticalAlignment. Молекулы жидких кристаллов ориентированы в вертикальном направлении (Vertical Alignment) и при отсутствии управляющего напряжения не меняют поляризации светового потока. Таким образом, битые субпиксели, как и в случае с IPS, превращаются в тёмные точки, что является несомненным плюсом. В связи с особенностями конструкции (длинные, вертикально ориентированные цепочки кристаллов), при изменении угла обзора может сильно меняться светоотдача субпикселя (а следовательно – цвет результирующего пикселя). Поэтому каждый субпиксель разделён на несколько зон (Multi-Domain), каждая из которых оптимизирована для наилучшей светоотдачи в своём секторе обзора. Таким оригинальным образом была решена проблема сильно ограниченных углов обзора в исходной технологии VA.
MVA-матрицы обладают всеми плюсами технологии IPS (глубокий чёрный цвет фона, тёмный цвет битых пикселей, широкие углы обзора), но при этом имеют лучшую скорость реакции. Правда, не обошлось без ложки дёгтя: переключения между крайними положениями яркости субпикселя происходят быстро, но переход молекул кристаллов в промежуточное состояние длится дольше. Поэтому пикселиMVA-матрицы быстро меняют цвет с белого на чёрный (например, прокрутка текста будет выглядеть хорошо, без шлейфов), но начинают пасовать там, где сменяющие друг друга кадры имеют много плавных цветовых переходов (возможно смазывание картинки при быстрых перемещениях в динамичных играх, а также при просмотре видео).
Существуют некоторые разновидности данной технологии, например PVA(Patterned Vertical Alignment) от Samsung, однако общий принцип функционирования остаётся неизменным, а в тонкости нам углубляться нет смысла.
В общем-то, даже несмотря на небольшие минусы, MVA – это лучшая технология на сегодня. Ярко выраженных недостатков у этих матриц нет, а с мелкими вполне можно мириться. Главное препятствие на пути повсеместного внедрения технологии MVA – высокая цена. 17-дюймовый ЖК монитор с MVA-матрицей может стоить больше 850 долларов, а 15-дюймовый – в районе 600...
5.Углы обзора TFT-LCD дисплеев
Если вы видите в спецификациях ЖК-монитора угол обзора 160 градусов (из 180 возможных) – не спешите радоваться, 160 градусов – очень неплохой показатель. Но что он показывает?
Для панелей TFT-LCD углом обзора считается сектор, в пределах которого контрастность меняется не более, чем в 10 раз от максимальной. Проще говоря: если у вашего монитора угол обзора 160 градусов, это значит, что при взгляде со стороны, когда вы отклонились на 80 градусов от перпендикулярной оси монитора (160/2=80), контрастность будет составлять10% от той, какая наблюдается при перпендикулярном взгляде на экран.
Таким образом, цифры углов обзора не должны вводить вас в заблуждение. Даже если вы сидите перед самым лучшим и дорогим TFT-LCD, стоит вам сдвинуться на двадцать-тридцать сантиметров в сторону, как цвета заметно «уплывут» и упадёт контрастность. А на границах хвалёных углов обзора вы увидите вообще чёрт знает что (если уж контрастность упала в 10 раз, то с цветопередачей будет полный кошмар). Пока жидкокристаллическим мониторам очень далеко в этом плане до кинескопов. На хороший ЭЛТ-монитор можно посмотреть под очень острым углом (те же 10 градусов к плоскости экрана) и контрастность изменится не сильно. Максимум раза в два-три, но уж никак не в десять. А цветопередача, скорее всего, и вовсе не исказится.
6.Яркость ЖК-монитора
Яркость ЖК-монитора также не должна сбивать вас с толку. Действительно, TFT-LCD чаще всего заметно ярче ЭЛТ-мониторов, иногда в 2 раза. Но нужно ли это на практике? Скорее всего, большая яркость пригодится вам только в том случае, когда вы работаете в офисе с большими окнами и солнечный свет падает прямо на экран. Но, сидя перед компьютером вечером или ночью, вы будете только проклинать эту яркость: экран будет нещадно слепить глаза.Поверьте, это очень неприятно, и вам придётся убавлять яркость до минимума.
Гораздо более полезным параметром является контрастность, а она у ЭЛТ- мониторов заметно выше: до 700:1 у самых лучших моделей против 400:1 или500:1 у самых навороченных TFT-LCD.
7.Плюсы TFT-LCD мониторов
Разумеется, плюсов у TFT-LCD по сравнению с ЭЛТ очень много. Это:
- намного меньшие габариты
- заметно меньшее энергопотребление
- несколько меньший уровень вредных электромагнитных излучений
- меньшая чувствительность к магнитным полям
- идеальная геометрия изображения
- почти идеальная чёткость элементов изображения
- отсутствие необходимости подстраивать изображение и выбирать конкретный экземпляр монитора (все экземпляры одной модели практически одинаковы, в отличие по-разному настроенных ЭЛТ)
8.Минусы TFT-LCD мониторов
Недостатков у TFT-мониторов немного, но они существенны.
Во-первых, цена, на 15" TFT-монитор выше, чем у 17" CRT, почти в два раза, а у 17" TFT по сравнению с 19" CRT более чем в 2,5 раза. Большинство пользователей сегодня устраивает размер обычного CRT-монитора 15" с видимой частью не более 13,8", а TFT-монитор с размером экрана 14,5" дороже, чем недорогой 15-дюймовый CRT-монитор, почти в 3 раза.
Во-вторых, в процессе изготовления TFT-панелей практически невозможно избежать наличия «бракованных» или «пробитых» пикселей. Что это такое?Производитель не считает браком наличие 5-ти - 8-ми (у разных производителей по-разному) пикселей, у которых одна из ЖК-ячеек (какой-либо цвет) не работает, и вы видите более яркую или менее темную точку на экране. Иногда не работает весь пиксель (его еще называют «пробитым»), т.е. вся триада, и тогда белая точка на темном экране горит всегда и портит всю картинку. Бывают случаи, когда в начале эксплуатации после нескольких часов работы бракованные пиксели появляются, но производитель не считает это браком.
Пожалуй, самым большим недостатком можно считать фиксированное рабочее разрешение TFT-монитора. Что это значит? В TFT-мониторе установлено определенное количество транзисторов под определенное разрешение, и хотя допускается переход на более низкое разрешение (на более высокое он перейти по-настоящему не может, т.к. все пиксели на TFT-панелях имеют фиксированный размер, в CRT-мониторах же размер пикселя в каких-то пределах может меняться, для перехода на более высокое разрешение в TFT-мониторах используется так называемая ZOOM-технология, это когда вы видите только часть экрана, но, якобы, с большим разрешением), это разрешение может формироваться даже не «ровным» количеством пикселей и картинка выглядит несколько «угловато». На новых TFT-мониторах этот недостаток удается решить(несколько «сгладить» картинку) при помощи программных средств.
Среди мелких недостатков, которые могут быть или не быть, это более менее равномерная освещенность всей TFT-панели. Неравномерная освещенность матрицы приводит к тому, что некоторые части экрана будут как-бы не в фокусе (напоминает эффект расфокусировки у CRT-мониторов). Недаром настройку подсветки матрицы у производителей TFT-мониторов иногда сравнивают с настройкой фокусировки трубки у производителей CRT-мониторов.Некоторые считают этот процесс творческим, а не техническим.
9.Альтернатива TFT-LCD мониторов
Да, есть. Но пока только теоретическая. Если учёные смогут создать новые материалы (типа светоизлучающего пластика), которые смогут принимать любой цвет по команде управляющей схемы – участь ЖК-дисплеев будет предрешена. Но пока ЖК остаётся наиболее привлекательной, отработанной и перспективной технологией при производстве дисплеев с персональным управлением каждого пикселя.
10.ЗаключениеЭЛТ-мониторы ещё в течение нескольких лет будут оставаться хорошим выбором для точной работы с цветом, хардкорных геймеров и желающих сэкономить покупателей, но век этой технологии подходит к концу. Всё дело в больших габаритах и архаичной концепции формирования изображения методом строчной развёртки. В наш век экспоненциального роста качественных характеристик компьютерной техники невозможно опираться на древнюю конструкцию, основой которой является аналоговая электронная лампа огромных размеров (кинескоп).Прошли времена, когда компьютерная техника была доступна малому проценту энтузиастов, которые могли позволить себе долго выбирать подходящий ЭЛТ- монитор, а потом долго настраивать его для получения качественного изображения.
Сейчас всё труднее найти хороший ЭЛТ-монитор, с идеально отъюстированнойОС, с кинескопом нового поколения. Характеристики ЭЛТ-трубок, по большому счёту, не улучшаются вот уже два-три года – производители не хотят вкладывать инвестиции в морально устаревшую технологию. Рынок дисплеев уже сделал свой выбор в пользу компактных цифровых матриц с персональным управлением каждого пикселя и технология TFT-LCD находится на переднем крае этого направления.
11.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1) А.В.Петроченков “Hardware—компьютер и периферия “, -106стр.ил.
2) В.Э.Фигурнов “IBM PC для пользователя “, -67стр.
3) “HARD 'n' SOFT “ (компьютерный журнал для широкого круга пользователей)№6 2003г.
4) В.М.Гасов “Технические средства ввода-вывода графической информации “ ( серия в семи книгах “Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ “под редакцией В.Н.Четверикова ), кн.5,-73стр.
5) Н.И.Гурин “Работа на персональном компьютере “,-128стр.
6) С.Чандрасекар "Жидкие кристаллы",-153стр.
7) “Компьютер пресс” (компьютерный журнал), -126стр.
www.neuch.ru
Министерство образования Российской Федерации
Российский химико-технологический университет
им. Д. И. Менделеева
Новомосковский институт
Факультет: Промышленная энергетика
Кафедра: Промышленная теплоэнергетика
Реферат
Тема: “ЖК мониторы”
Студент: Белаш А. Н.
Шифр: 100700
Группа: ПТЭ-02
Преподаватель: Гольцев Ю. Т.
Новомосковск 2004 г.
Содержание
1.Введение ………………………………………………………………………………..3
2.Идеальный плоский дисплей ……………………………………………..3
3.Принцип действия TFT-LCD дисплеев……………………………………6
4.Классификация TFT-LCD дисплеев……………………………………….8
5.Углы обзора TFT-LCD дисплеев …………………………………………10
6.Яркость ЖК-монитора ……………………………………………………..10
7.Плюсы TFT-LCD мониторов ……………………………………..……….11
8.Минусы TFT-LCD мониторов……………………………………….……11
9.Альтернатива TFT-LCD мониторов…………………………………….…12
10.Заключение........................................................................………………….12
11.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………13
1. Введение
Cуществование жидких кристаллов было установлено очень давно, почти столетие тому назад, а именно в 1888 году.
Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, был австрийский ученый-ботаникРейнитцер.Исследуя новое синтезированное им веществохолестерилбензоат,он обнаружил, что при температуре 145° С кристаллы этого вещества плавятся, образуя мутную сильно рассеивающую свет жидкость. При продолжении нагрева по достижении температуры 179°С жидкость просветляется, т.е.начинает вести себя в оптическом отношении, как обычная жидкость, например вода. Неожиданные свойства холе-стерилбензоатобнаруживал в мутной фазе Рассматривая эту фазу под поляризационным микроскопом, Рейнитцер обнаружил, что она обладает двупреломлением. Это означает, что показатель преломления света, т. е скорость света е этой фазе, зависитот поляризации.
Жидкий кристалл– это специфическое агрегатное состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо оговориться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном. Оказывается, некоторые органические вещества, обладающие сложными молекулами, кроме трех названных состояний, могут образовывать четвертое агрегатное состояние — жидкокристаллическое. Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза, отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость. Чем же жидкий кристалл отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобнообычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это — упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести.
2.Идеальный плоский дисплейАбсолютно идеальный прибор для отображения визуальной информации пока не придуман. Пока самым подходящим средством для показа статических и движущихся картинок считается плоский прямоугольник диагональю дюймов около двадцати, расположенный в полуметре от глаз сидящего человека. Картинка на этом прямоугольнике (будем называть его экраном) формируется из миллиона-двух дискретных точек (будем называть их пикселями). Классические пропорции сторон экрана – 4:3, то есть высота картинки составляет 0.75 от ширины. Чаще всего сейчас распространены разрешения от 1024 х 768 до 1600 х 1200 пикселей.
А сейчас вы увидите, как должны выглядеть пиксели у идеального плоского дисплея. Для этого возьмём какую-нибудь картинку и увеличим её раз в десять:
рис.2
Хотя нет, лучше раз в сорок:
рис.2
Если бы идеальный плоский дисплей существовал и мы посмотрели на него в лупу с сорокакратным увеличением, то увидели бы именно это: квадратные пиксели разного цвета, из которых состоит изображение. Впрочем, сделать пиксели такими идеальными, чтобы у них совсем не было границ, очень трудно, а может даже и невозможно.
рис.3
Каждый пиксель идеального плоского дисплея должен представлять из себя маленький квадратик, способный принимать любой цвет – хоть красный, хоть синий, хоть белый - по команде управляющей схемы. Однако, дисплеев с такими пикселями пока не существует.
рис.4
Именно так формируется изображение практически на всех существующих типах дисплеев: жидкокристаллических, ЭЛТ и плазменных (разве что форма и порядок расположения субпикселей могут слегка различаться). Каждый субпиксель отвечает за свой первичный цвет – красный, зелёный или синий (Red, Green, Blue - RGB). Если зажечь все субпиксели на максимум, то получается белый цвет, если зелёный и синий субпиксели приглушить, а красный оставить гореть ярко – получается красный цвет, ну и так далее. Расстояния между центрами пикселей достаточно малы (от 0.2 до 0.3 мм – в зависимости от конкретной модели монитора), а уж субпиксели и вовсе микроскопические, поэтому издали мы не видим всей этой разноцветной мешанины и три ярко горящих субпикселя воспринимаем как одну белую точку.Итак, будь жидкокристаллический монитор хоть чемпионом по цветопередаче, контрастности, скорости реакции и т. д. – ему далеко до идеала. Хотя бы потому, что картинка на нём формируется так, как показано на рис. 4, а не так, как на рис.2. Из-за того, что субпиксели разнесены в пространстве, возможны неприятные артефакты, например цветные окантовки у чёрных букв на белом фоне. Белый фон не выглядит идеально однородным из-за того, что субпиксели и пиксели разделены чёрной сеткой (BM – Black Matrix – она нужна для того, чтобы соседние субпиксели не засвечивались друг от друга). Но ничего не поделаешь – ведь идеальный дисплей, пусть даже и плоский, изобретут ещё не скоро.
3.Принцип действия TFT-LCD дисплеев
Общий принцип формирования изображения на экране хорошо иллюстрирует рис. 4. А вот как управлять яркостью отдельных субпикселей? Новичкам обычно объясняют так: за каждым субпикселем стоит жидкокристаллическая заслонка. В зависимости от приложенного к ней напряжения она пропускает больше или меньше света от задней лампы подсветки. И все сразу представляют себе некие заслонки на маленьких петельках, которые поворачиваются на нужный угол... примерно так:
рис.5
На самом деле, конечно, всё гораздо сложнее. Нет никаких материальных заслонок на петлях. В реальной жидкокристаллической матрице световой поток управляется примерно так:
рис.6
Свет от лампы подсветки (идём по картинке снизу вверх) первым делом проходит сквозь нижний поляризующий фильтр (белая заштрихованная пластина). Теперь это уже не обычный поток света, а поляризованный. Дальше свет проходит через полупрозрачные управляющие электроды (жёлтые пластинки) и встречает на своём пути слой жидких кристаллов. Изменением управляющего напряжения поляризацию светового потока можно менять на величину до 90 градусов (на картинке слева), или оставлять неизменной (там же справа). Внимание, начинается самое интересное! После слоя жидких кристаллов расположены светофильтры и тут каждый субпиксель окрашивается в нужный цвет – красный, зелёный или синий. Если посмотреть на экран, убрав верхний поляризующий фильтр – мы увидим миллионы светящихся субпикселей – и каждый светится с максимальной яркостью, ведь наши глаза не умеют различать поляризацию света. Иными словами, без верхнего поляризатора мы увидим просто равномерное белое свечение по всей поверхности экрана.
Но стоит поставить верхний поляризующий фильтр на место – и он «проявит» все изменения, которые произвели с поляризацией света жидкие кристаллы. Некоторые субпиксели так и останутся ярко светящимися, как левый на рисунке, у которого поляризация была изменена на 90 градусов, а некоторые погаснут, ведь верхний поляризатор стоит в противофазе нижнему и не пропускает света с дефолтной (той, что по умолчанию) поляризацией. Есть и субпиксели с промежуточной яркостью – поляризация потока света, прошедшего через них, была развёрнута не на 90, а на меньшее число градусов, например, на 30 или 55 градусов.
Делаем выводы:
1) Яркость каждого субпикселя может меняться плавно, аналоговыми методами. Ведь мы можем завернуть поляризацию потока света на любой угол в промежутке от 0 до 90 градусов – это определяется управляющим напряжением, приложенным к ячейке. Аналоговая природа регулировки – несомненный плюс. ЖК-матрица представляет из себя толстенький слоёный бутерброд, а скорее даже сэндвич. Теперь понятно, почему у ЖК-мониторов проблемы с углами обзора. Даже удивительно, как производители достигают углов обзора 120-160 градусов.Ведь если смотреть под острым углом к поверхности, то и слой поляризатора, и Black Matrix заглушают и искажают свет от конкретного субпикселя. Да и угол поляризации светового потока у конкретного субпикселя получается не совсем таким, как при строго перпендикулярном взгляде на матрицу.
2) Каждый субпиксель матрицы обслуживается своим персональным регулятором – тонкоплёночным транзистором (Thin Film Transistor – TFT). Здесь нет строчной развёртки, как в ЭЛТ, и это очень хорошо. Каждый субпиксель экрана светится с нужной яркостью до тех пор, пока от управляющей схемы (видеокарты) не придёт команда сменить цвет точки. Поэтому мерцания на экране нет при любой частоте кадровой развёртки – хоть при 60 герцах.
3) Однако, в том, что у каждого субпикселя есть персональный регулятор, кроется и минус: если какой-то управляющий транзистор сгорит – прощай полноценный пиксель и здравствуй «битая точка».
4) Поскольку в роли «заслонок» выступают вполне реальные жидкие кристаллы с присущей им вязкостью и отнюдь не мгновенной реакцией на управляющий импульс, смена яркости субпикселей происходит не мгновенно. Пока молекула жидкого кристалла закрутится на нужный угол, пока раскрутится обратно... Именно в фундаментальных свойствах материи, а именно – в характеристиках жидких кристаллов – кроется одна из главных проблем TFT-LCD. Это ограниченная скорость реакции и, как следствие, проблемы с качественным отображением быстро меняющихся динамических сюжетов (скроллинг текста, быстрые 3D-Action-игры с высокими FPS и т. п.).
4.Классификация TFT-LCD дисплеевПокупая ЖК-монитор, в технических характеристиках вы скорее всего увидите одну из трёх аббревиатур: TN+Film, IPS или MVA. Это названия самых распространённых на сегодня технологий изготовления TFT-LCD. Рассмотрим их по очереди.
1) TN+FilmСамая первая технология, по которой делаются активные ЖК-мониторы. Она отработана до предела, поэтому себестоимость матриц получается наиболее низкой. Практически все 15-дюймовые и очень многие 17-дюймовые мониторы сделаны именно по этой технологии. Аббревиатура TN+Film расшифровывается как Twisted Nematic + Film, что можно перевести как «скрученное состояние жидкого кристалла + плёнка». Под плёнкой подразумевается дополнительное внешнее покрытие экрана, расширяющее угол обзора.В обычном состоянии, при отсутствии управляющего напряжения, жидкие кристаллы в TN+Film находятся в скрученной фазе и субпиксель ярко горит (как в левой части рис. 6). Чем больше приложенное к ячейке напряжение – тем больше распрямляются молекулы жидких кристаллов. При максимальном управляющем напряжении субпиксель будет затемнён до предела. Из принципа работы TN+Film сразу же вытекают два самых больших недостатка этой технологии. Во-первых, если откажет управляющий транзистор, мы вынуждены будем постоянно созерцать ярко горящий субпиксель. А найти матрицу совсем без «мёртвых» точек достаточно трудно, ведь по существующим сейчас нормам наличие даже пяти битых пикселей не считается неисправностью и такой монитор вам не поменяют. Второй недостаток: из-за того, что даже при максимальном приложенном напряжении молекулы жидкого кристалла могут не раскрутиться до конца, чёрный цвет получается не идеальным, а скорее тёмно-тёмно-серым. Есть и третий недостаток: угол обзора, несмотря на специальную плёнку-покрытие редко превышает 140-150 градусов, а это маловато по сегодняшним меркам. Жаль, что эти врождённые недостатки обойти очень трудно или вовсе невозможно. Ведь в остальном TN+Film-матрицы обладают неплохими характеристиками: это и приличная скорость реакции (25-40 мс), и привлекательная цена...
2) IPSIn-Plane Switching – это технология, разработанная Hitachi и NEC. Отличительная особенность состоит в том, что оба управляющих полупрозрачных электрода расположены в одной плоскости – только на нижней стороне ЖК-ячейки. Жидкие кристаллы располагаются иначе, чем в случае с TN+Film: в расслабленном состоянии они не пропускают свет и субпиксель получается затемнённым. Чем больше управляющее напряжение – тем больше кристаллы закручивают поляризацию светового пучка и тем ярче горит субпиксель. За счёт другой конструкции IPS-матрицы имеют больший, чем у TN+Film, угол обзора. Чёрный цвет получается действительно чёрным, а не тёмно-серым. Кстати, именно поэтому панели IPS имеют хорошую контрастность. Ну и битые пиксели не так заметны, ведь если управляющий TFT у какого-нибудь субпикселя сгорит, мы получим тёмную точку на экране. Это плюсы, и их действительно немало, чтобы оправдать повышенную цену данных панелей. И быть бы технологии IPS самой лучшей, если бы не один значительный недостаток: большое время реакции (до 50 мс). Даже при скроллинге текста возможны шлейфы-тянучки за буквами...Впрочем, производители не сдаются: усовершенствованные технологии наподобие Super IPS или Dual Domain IPS позволяют достичь более быстрой скорости реакции ячеек и увеличить обзорность чуть ли не до предельных 180 градусов.
3)MVAЗапатентованная Fujitsu технология называется Multi-Domain Vertical Alignment. Молекулы жидких кристаллов ориентированы в вертикальном направлении (Vertical Alignment) и при отсутствии управляющего напряжения не меняют поляризации светового потока. Таким образом, битые субпиксели, как и в случае с IPS, превращаются в тёмные точки, что является несомненным плюсом. В связи с особенностями конструкции (длинные, вертикально ориентированные цепочки кристаллов), при изменении угла обзора может сильно меняться светоотдача субпикселя (а следовательно – цвет результирующего пикселя). Поэтому каждый субпиксель разделён на несколько зон (Multi-Domain), каждая из которых оптимизирована для наилучшей светоотдачи в своём секторе обзора. Таким оригинальным образом была решена проблема сильно ограниченных углов обзора в исходной технологии VA.MVA-матрицы обладают всеми плюсами технологии IPS (глубокий чёрный цвет фона, тёмный цвет битых пикселей, широкие углы обзора), но при этом имеют лучшую скорость реакции. Правда, не обошлось без ложки дёгтя: переключения между крайними положениями яркости субпикселя происходят быстро, но переход молекул кристаллов в промежуточное состояние длится дольше. Поэтому пиксели MVA-матрицы быстро меняют цвет с белого на чёрный (например, прокрутка текста будет выглядеть хорошо, без шлейфов), но начинают пасовать там, где сменяющие друг друга кадры имеют много плавных цветовых переходов (возможно смазывание картинки при быстрых перемещениях в динамичных играх, а также при просмотре видео).
Существуют некоторые разновидности данной технологии, например PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung, однако общий принцип функционирования остаётся неизменным, а в тонкости нам углубляться нет смысла.В общем-то, даже несмотря на небольшие минусы, MVA – это лучшая технология на сегодня. Ярко выраженных недостатков у этих матриц нет, а с мелкими вполне можно мириться. Главное препятствие на пути повсеместного внедрения технологии MVA – высокая цена. 17-дюймовый ЖК монитор с MVA-матрицей может стоить больше 850 долларов, а 15-дюймовый – в районе 600...
5.Углы обзора TFT-LCD дисплеевЕсли вы видите в спецификациях ЖК-монитора угол обзора 160 градусов (из 180 возможных) – не спешите радоваться, 160 градусов – очень неплохой показатель. Но что он показывает?Для панелей TFT-LCD углом обзора считается сектор, в пределах которого контрастность меняется не более, чем в 10 раз от максимальной. Проще говоря: если у вашего монитора угол обзора 160 градусов, это значит, что при взгляде со стороны, когда вы отклонились на 80 градусов от перпендикулярной оси монитора (160/2=80), контрастность будет составлять 10% от той, какая наблюдается при перпендикулярном взгляде на экран.Таким образом, цифры углов обзора не должны вводить вас в заблуждение. Даже если вы сидите перед самым лучшим и дорогим TFT-LCD, стоит вам сдвинуться на двадцать-тридцать сантиметров в сторону, как цвета заметно «уплывут» и упадёт контрастность. А на границах хвалёных углов обзора вы увидите вообще чёрт знает что (если уж контрастность упала в 10 раз, то с цветопередачей будет полный кошмар). Пока жидкокристаллическим мониторам очень далеко в этом плане до кинескопов. На хороший ЭЛТ-монитор можно посмотреть под очень острым углом (те же 10 градусов к плоскости экрана) и контрастность изменится не сильно. Максимум раза в два-три, но уж никак не в десять. А цветопередача, скорее всего, и вовсе не исказится.
6.Яркость ЖК-монитораЯркость ЖК-монитора также не должна сбивать вас с толку. Действительно, TFT-LCD чаще всего заметно ярче ЭЛТ-мониторов, иногда в 2 раза. Но нужно ли это на практике? Скорее всего, большая яркость пригодится вам только в том случае, когда вы работаете в офисе с большими окнами и солнечный свет падает прямо на экран. Но, сидя перед компьютером вечером или ночью, вы будете только проклинать эту яркость: экран будет нещадно слепить глаза. Поверьте, это очень неприятно, и вам придётся убавлять яркость до минимума.Гораздо более полезным параметром является контрастность, а она у ЭЛТ-мониторов заметно выше: до 700:1 у самых лучших моделей против 400:1 или 500:1 у самых навороченных TFT-LCD.
7.Плюсы TFT-LCD мониторовРазумеется, плюсов у TFT-LCD по сравнению с ЭЛТ очень много. Это:- намного меньшие габариты- заметно меньшее энергопотребление- несколько меньший уровень вредных электромагнитных излучений- меньшая чувствительность к магнитным полям- идеальная геометрия изображения- почти идеальная чёткость элементов изображения- отсутствие необходимости подстраивать изображение и выбирать конкретный экземпляр монитора (все экземпляры одной модели практически одинаковы, в отличие по-разному настроенных ЭЛТ)
8.МинусыTFT-LCD мониторовНедостатков у TFT-мониторов немного, но они существенны.Во-первых, цена, на 15" TFT-монитор выше, чем у 17" CRT, почти в два раза, а у 17" TFT по сравнению с 19" CRT более чем в 2,5 раза. Большинство пользователей сегодня устраивает размер обычного CRT-монитора 15" с видимой частью не более 13,8", а TFT-монитор с размером экрана 14,5" дороже, чем недорогой 15-дюймовый CRT-монитор, почти в 3 раза.Во-вторых, в процессе изготовления TFT-панелей практически невозможно избежать наличия «бракованных» или «пробитых» пикселей. Что это такое? Производитель не считает браком наличие 5-ти - 8-ми (у разных производителей по-разному) пикселей, у которых одна из ЖК-ячеек (какой-либо цвет) не работает, и вы видите более яркую или менее темную точку на экране. Иногда не работает весь пиксель (его еще называют «пробитым»), т.е. вся триада, и тогда белая точка на темном экране горит всегда и портит всю картинку. Бывают случаи, когда в начале эксплуатации после нескольких часов работы бракованные пиксели появляются, но производитель не считает это браком.Пожалуй, самым большим недостатком можно считать фиксированное рабочее разрешение TFT-монитора. Что это значит? В TFT-мониторе установлено определенное количество транзисторов под определенное разрешение, и хотя допускается переход на более низкое разрешение (на более высокое он перейти по-настоящему не может, т.к. все пиксели на TFT-панелях имеют фиксированный размер, в CRT-мониторах же размер пикселя в каких-то пределах может меняться, для перехода на более высокое разрешение в TFT-мониторах используется так называемая ZOOM-технология, это когда вы видите только часть экрана, но, якобы, с большим разрешением), это разрешение может формироваться даже не «ровным» количеством пикселей и картинка выглядит несколько «угловато». На новых TFT-мониторах этот недостаток удается решить (несколько «сгладить» картинку) при помощи программных средств.Среди мелких недостатков, которые могут быть или не быть, это более менее равномерная освещенность всей TFT-панели. Неравномерная освещенность матрицы приводит к тому, что некоторые части экрана будут как-бы не в фокусе (напоминает эффект расфокусировки у CRT-мониторов). Недаром настройку подсветки матрицы у производителей TFT-мониторов иногда сравнивают с настройкой фокусировки трубки у производителей CRT-мониторов. Некоторые считают этот процесс творческим, а не техническим.
9.Альтернатива TFT-LCD мониторов
Да, есть. Но пока только теоретическая. Если учёные смогут создать новые материалы (типа светоизлучающего пластика), которые смогут принимать любой цвет по команде управляющей схемы – участь ЖК-дисплеев будет предрешена. Но пока ЖК остаётся наиболее привлекательной, отработанной и перспективной технологией при производстве дисплеев с персональным управлением каждого пикселя.
10.Заключение
ЭЛТ-мониторы ещё в течение нескольких лет будут оставаться хорошим выбором для точной работы с цветом, хардкорных геймеров и желающих сэкономить покупателей, но век этой технологии подходит к концу. Всё дело в больших габаритах и архаичной концепции формирования изображения методом строчной развёртки. В наш век экспоненциального роста качественных характеристик компьютерной техники невозможно опираться на древнюю конструкцию, основой которой является аналоговая электронная лампа огромных размеров (кинескоп). Прошли времена, когда компьютерная техника была доступна малому проценту энтузиастов, которые могли позволить себе долго выбирать подходящий ЭЛТ-монитор, а потом долго настраивать его для получения качественного изображения.Сейчас всё труднее найти хороший ЭЛТ-монитор, с идеально отъюстированной ОС, с кинескопом нового поколения. Характеристики ЭЛТ-трубок, по большому счёту, не улучшаются вот уже два-три года – производители не хотят вкладывать инвестиции в морально устаревшую технологию. Рынок дисплеев уже сделал свой выбор в пользу компактных цифровых матриц с персональным управлением каждого пикселя и технология TFT-LCD находится на переднем крае этого направления.
11.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1) А.В.Петроченков “Hardware—компьютер и периферия “, -106стр.ил.
2) В.Э.Фигурнов “IBM PC для пользователя “, -67стр.
3) “HARD 'n' SOFT “ (компьютерный журнал для широкого круга пользователей) №6 2003г.
4) В.М.Гасов “Технические средства ввода-вывода графической информации “ ( серия в семи книгах “Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ “под редакцией В.Н.Четверикова ), кн.5,-73стр.
5) Н.И.Гурин “Работа на персональном компьютере “,-128стр.
6) С.Чандрасекар "Жидкие кристаллы",-153стр.
7) “Компьютер пресс” (компьютерный журнал), -126стр.
superbotanik.net
Реферат на тему:
Жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей, ЖКД, англ. Liquid crystal display, LCD), также Жидкокристаллический монитор (ЖК-монитор) — плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также монитор на основе такого дисплея.
LCD TFT (англ. Thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель для каждого субпикселя применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.
Жидкокристаллические дисплеи были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA (Принстон, штат Нью-Джерси).
Часы с ЖК-дисплеем
Дисплей на жидких кристаллах используется для отображения графической информации в компьютерных мониторах (также и в ноутбуках), телевизорах, телефонах, цифровых фотоаппаратах, * электронных книгах, навигаторах, также — электронных переводчиках, калькуляторах, часах и тп. (реже, в них в основном используются ЖКИ), а также во многих других электронных устройствах.
Изображение в нём формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы с дисплеем (электронные часы, телефоны, плееры, термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей. Многоцветное изображение формируется с помощью RGB-триад.
На 2008 год в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, а также во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом (6 бит на каждый RGB-канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом.
Важнейшие характеристики ЖК-дисплеев:
Субпиксел цветного ЖК-дисплея
Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.
Каждый пиксель ЖК-матрицы состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.
Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.
Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).
Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.
Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения.
Таким образом, полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из высокоточной электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS (SFT) и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода. Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, применённый в конкретных разработках.
Время отклика ЖК мониторов, сконструированных по технологии SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display — кремниевая отражающая жидкокристаллическая матрица), уменьшено до 5 мс.
Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal — плазменное управление жидкими кристаллами), которая соединила в себе преимущества ЖК- (яркость и сочность цветов, контрастность) и плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту и вертикали, высокую скорость обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает наилучшую управляемость и качество изображения.
Макрофотография TN+film матрицы монитора NEC LCD1770NX. На белом фоне — стандартный курсор Windows
TN + film — самая простая технология. Часть film в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно — от 90° до 150°). В настоящее время приставку film часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности — нет.
Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселям не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.
К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.
Недостатки: худшая цветопередача, наименьшие углы обзора.
Технология In-Plane Switching (Super Fine TFT) была разработана компаниями Hitachi и NEC. Эти компании пользуются этими двумя разными названиями одной технологии - NEC technologies ltd. использует SFT, а Hitachi - IPS. Технология предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Хоть с помощью IPS и удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.
На настоящий момент[когда?] матрицы, изготовленные по технологии IPS (SFT), — единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB — 24 бита, по 8 бит на канал. Старые TN-матрицы имеют 6-бит на канал, как и часть MVA.
Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение чёрного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а чёрным.
При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.
IPS в настоящее время вытеснено технологией S-IPS (Super-IPS, Hitachi 1998 год), которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика. Но, несмотря на то, что цветность S-IPS панелей приблизилась к обычным мониторам ЭЛТ, контрастность всё равно остаётся слабым местом. S-IPS активно используется в панелях размером от 20". LG.Philips, Dell, NEC, Samsung, Chimei остаются единственными производителями панелей по данной технологии [1].
AS-IPS (Advanced Super IPS — расширенная супер-IPS) — также была разработана корпорацией Hitachi в 2002 году. В основном улучшения касались уровня контрастности обычных панелей S-IPS, приблизив его к контрастности S-PVA панелей. AS-IPS также используется в качестве названия для мониторов корпорации NEC (например, NEC LCD20WGX2) созданных по технологии S-IPS, разработанной консорциумом LG.Philips.
A-TW-IPS (Advanced True White IPS — расширенная IPS с настоящим белым) — разработана LG.Philips для корпорации NEC. Представляет собой S-IPS панель с цветовым фильтром TW (True White — «настоящий белый») для придания белому цвету большей реалистичности и расширению цветового диапазона. Этот тип панелей используется при создании профессиональных мониторов для использования в фотолабораториях и/или издательствах.
AFFS (Advanced Fringe Field Switching, неофициальное название S-IPS Pro). Технология является дальнейшим улучшением IPS, разработана компанией BOE Hydis в 2003 году. Усиленная мощность электрического поля позволила добиться ещё больших углов обзора и яркости, а также уменьшить межпиксельное расстояние. Дисплеи на основе AFFS в основном применяются в планшетных ПК, на матрицах производства Hitachi Displays.
Новые разновидности IPS и их особенности Некоторое время назад лишь немногие посвященные понимали, в чем заключается отличие между панелями производства LG.Display типов H-IPS и S-IPS – остальным пользователям было достаточно уже того, что оба варианта этой технологии обеспечивали на порядок более высокое качество изображения, чем TN+film. Тем не менее специалисты знали, что разница – в структуре жидкокристаллической ячейки, и на базе этой информации основывали свои предпочтения. С 2009 г. производитель изменил принципы обозначения, и теперь выпускаемые IPS-панели классифицируются по другим характеристикам. Так, матрицы p-IPS наиболее совершенные (но и самые дорогие), обладают расширенным цветовым охватом (>102%) и 10-битовой разрядностью. А e-IPS, как мы уже писали, символизируют собой попытку LG.Display продвинуть IPS-технологию на массовый рынок – цветовой охват здесь традиционный, разрядность 8 бит. При этом по структуре ЖК-ячеек и p-IPS, и e-IPS принадлежат к подвиду H-IPS, а S-IPS будет постепенно исключаться из производственного цикла.
| Super Fine TFT | SFT | 1996 | Широкие углы обзора, глубокий черный цвет | Большиство панелей также поддерживают реалистичную цветопередачу (8-бит на канал). При улучшении цветопередачи яркость немного ниже стала . |
| Advanced SFT | A-SFT | 1998 | Лучшее время отклика | Технология эволюционировала до A-SFT (Advanced SFT, Nec Technologies Ltd. в 1998), значительно уменьшив время отклика. |
| Super-Advanced SFT | SA-SFT | 2002 | Высокая прозрачность | SA-SFT, разработанная Nec Technologies Ltd. в 2002, позволила улучшить прозрачность в 1,4 раза по сравнению с A-SFT. |
| Ultra-Advanced SFT | UA-SFT | 2004 | Высокая прозрачностьЦветопередачаВысокая контрастность | Позволила достичь в 1,2 раза большей прозрачности по сравнению с SA-SFT, 70% охвата цветового диапазона NTSC и увеличения контрастности. |
| Super TFT | IPS | 1996 | Широкие углы обзора | 100/100Базовый уровень | Большиство панелей также поддерживают реалистичную цветопередачу (8-бит на канал). Эти улучшения появились ценой более медленного времени отклика, изначально около 50 мс. IPS панели также были очень дороги. |
| Super-IPS | S-IPS | 1998 | Отсутствует цветовой сдвиг | 100/137 | IPS был вытеснен S-IPS (Super-IPS, Hitachi Ltd. в 1998),которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика |
| Advanced Super-IPS | AS-IPS | 2002 | Высокая прозрачность | 130/250 | AS-IPS, также разработанный Hitachi Ltd. в 2002, улучшая, главным образом, контрастность традиционных S-IPS панелей до уровня, при котором они стали вторыми после некоторых S-PVA. |
| IPS-Provectus | IPS-Pro | 2004 | Высокая контрастность | 137/313 | Технология панелей IPS Alpha с более широкой цветовой гаммой и контрастностью, сравнимой с контрастностью PVA и ASV дисплеев без углового свечения. |
| IPS alpha | IPS-Pro | 2008 | Высокая контрастность | Следующее поколение IPS-Pro | |
| IPS alpha next gen | IPS-Pro | 2010 | Высокая контрастность | Hitachi передает технологию Panasonic |
| Super-IPS | S-IPS | 2001 | LG Display остается одним из главных производителей панелей, основанных на технологии Hitachi Super-IPS. |
| Advanced Super-IPS | AS-IPS | 2005 | Улучшена контрастность с расширенной цветовой гаммой. |
| Horizontal IPS | H-IPS | 2007 | Достигнута еще большая контрастность и визуальная более однородная поверхность экрана. Также дополнительно появилась технология Advanced True White — «улучшенный настоящий белый» на основе поляризационно плёнки NEC, для достижения более натурального отображения белого цвета. Используется в профессиональной работе с графикой. |
| Enhanced IPS | E-IPS | 2009 | Имеет более широкую апертуру для увеличения светопроницаемости при полностью открытых пикселях, что позволяет использовать более дешевые в производстве лампы подсветки, с более низким энергопотреблением. Улучшен диагональный угол обзора, время отклика уменьшено до 5 мс. |
| Professional IPS | P-IPS | 2010 | Обеспечивает 1.07 млрд. цветов (30-битная глубина цвета). Больше возможных ориентаций для субпикселя (1024 против 256) и лучшая глубина true colour цветопередачи. |
Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским свойствам. MVA (Multi-domain Vertical Alignment). Эта технология разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160° (на современных моделях мониторов до 176—178°), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.
MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки.
Достоинствами технологии MVA являются глубокий чёрный цвет и отсутствие как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля.
Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения.
Аналогами MVA являются технологии:
Искажение цветности и контрастности изображения на ЖК-мониторе с малым углом обзора матрицы при взгляде под большим углом к нормали
Макрофотография типичной ЖК-матрицы. В центре можно увидеть два дефектных субпикселя (зелёный и синий).
В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малый размер и вес в сравнении с ЭЛТ. У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ, нет видимого мерцания, дефектов фокусировки лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в зависимости от модели, настроек и выводимого изображения может как совпадать с потреблением ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров, так и быть существенно – до пяти[4] раз – ниже. Энергопотребление ЖК-мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight — задний свет) ЖК-матрицы. Во многих мониторах 2007 года для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более герц.
С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:
Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED-дисплеи (матрица с органическими светодиодами). С другой стороны, эта технология встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.
Категории: Устройства отображения информации, Мониторы.
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.wreferat.baza-referat.ru
Министерство образования Российской Федерации
Российский химико-технологический университет
им. Д. И. Менделеева
Новомосковский институт
Факультет: Промышленная энергетика
Кафедра: Промышленная теплоэнергетика
Реферат
Тема: “ЖК мониторы”
Студент: Белаш А. Н.
Шифр: 100700
Группа: ПТЭ-02
Преподаватель: Гольцев Ю. Т.
Новомосковск 2004 г.
Содержание
1. Введение ………………………………………………………………………………..3
2. Идеальный плоский дисплей ……………………………………………..3
3. Принцип действия TFT-LCD дисплеев……………………………………6
4. Классификация TFT-LCD дисплеев……………………………………….8
5. Углы обзора TFT-LCD дисплеев …………………………………………10
6. Яркость ЖК-монитора ……………………………………………………..10
7. Плюсы TFT-LCD мониторов ……………………………………..……….11
8. Минусы TFT-LCD мониторов……………………………………….……11
9. Альтернатива TFT-LCD мониторов…………………………………….…12
10. Заключение........................................................................………………….12
11. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………13
1. Введение
Cуществование жидких кристаллов было установлено очень давно, почти столетие тому назад, а именно в 1888 году.
Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, был австрийский ученый-ботаник Рейнитцер. Исследуя новое синтезированное им вещество холестерилбензоат, он обнаружил, что при температуре 145° С кристаллы этого вещества плавятся, образуя мутную сильно рассеивающую свет жидкость. При продолжении нагрева по достижении температуры 179°С жидкость просветляется, т. е. начинает вести себя в оптическом отношении, как обычная жидкость, например вода. Неожиданные свойства холе-стерилбензоат обнаруживал в мутной фазе Рассматривая эту фазу под поляризационным микроскопом, Рейнитцер обнаружил, что она обладает двупреломлением. Это означает, что показатель преломления света, т. е скорость света е этой фазе, зависит от поляризации.
Жидкий кристалл – это специфическое агрегатное состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо оговориться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном. Оказывается, некоторые органические вещества, обладающие сложными молекулами, кроме трех названных состояний, могут образовывать четвертое агрегатное состояние — жидкокристаллическое. Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза, отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость. Чем же жидкий кристалл отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это — упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести.
2.Идеальный плоский дисплейАбсолютно идеальный прибор для отображения визуальной информации пока не придуман. Пока самым подходящим средством для показа статических и движущихся картинок считается плоский прямоугольник диагональю дюймов около двадцати, расположенный в полуметре от глаз сидящего человека. Картинка на этом прямоугольнике (будем называть его экраном) формируется из миллиона-двух дискретных точек (будем называть их пикселями). Классические пропорции сторон экрана – 4:3, то есть высота картинки составляет 0.75 от ширины. Чаще всего сейчас распространены разрешения от 1024 х 768 до 1600 х 1200 пикселей.
А сейчас вы увидите, как должны выглядеть пиксели у идеального плоского дисплея. Для этого возьмём какую-нибудь картинку и увеличим её раз в десять:
рис.2
Хотя нет, лучше раз в сорок:
рис.2
Если бы идеальный плоский дисплей существовал и мы посмотрели на него в лупу с сорокакратным увеличением, то увидели бы именно это: квадратные пиксели разного цвета, из которых состоит изображение. Впрочем, сделать пиксели такими идеальными, чтобы у них совсем не было границ, очень трудно, а может даже и невозможно.
рис.3
Каждый пиксель идеального плоского дисплея должен представлять из себя маленький квадратик, способный принимать любой цвет – хоть красный, хоть синий, хоть белый - по команде управляющей схемы. Однако, дисплеев с такими пикселями пока не существует.
рис.4
Именно так формируется изображение практически на всех существующих типах дисплеев: жидкокристаллических, ЭЛТ и плазменных (разве что форма и порядок расположения субпикселей могут слегка различаться). Каждый субпиксель отвечает за свой первичный цвет – красный, зелёный или синий (Red, Green, Blue - RGB). Если зажечь все субпиксели на максимум, то получается белый цвет, если зелёный и синий субпиксели приглушить, а красный оставить гореть ярко – получается красный цвет, ну и так далее. Расстояния между центрами пикселей достаточно малы (от 0.2 до 0.3 мм – в зависимости от конкретной модели монитора), а уж субпиксели и вовсе микроскопические, поэтому издали мы не видим всей этой разноцветной мешанины и три ярко горящих субпикселя воспринимаем как одну белую точку. Итак, будь жидкокристаллический монитор хоть чемпионом по цветопередаче, контрастности, скорости реакции и т. д. – ему далеко до идеала. Хотя бы потому, что картинка на нём формируется так, как показано на рис. 4, а не так, как на рис.2. Из-за того, что субпиксели разнесены в пространстве, возможны неприятные артефакты, например цветные окантовки у чёрных букв на белом фоне. Белый фон не выглядит идеально однородным из-за того, что субпиксели и пиксели разделены чёрной сеткой (BM – Black Matrix – она нужна для того, чтобы соседние субпиксели не засвечивались друг от друга). Но ничего не поделаешь – ведь идеальный дисплей, пусть даже и плоский, изобретут ещё не скоро.
3.Принцип действия TFT-LCD дисплеев
Общий принцип формирования изображения на экране хорошо иллюстрирует рис. 4. А вот как управлять яркостью отдельных субпикселей? Новичкам обычно объясняют так: за каждым субпикселем стоит жидкокристаллическая заслонка. В зависимости от приложенного к ней напряжения она пропускает больше или меньше света от задней лампы подсветки. И все сразу представляют себе некие заслонки на маленьких петельках, которые поворачиваются на нужный угол... примерно так:
рис.5
На самом деле, конечно, всё гораздо сложнее. Нет никаких материальных заслонок на петлях. В реальной жидкокристаллической матрице световой поток управляется примерно так:
рис.6
Свет от лампы подсветки (идём по картинке снизу вверх) первым делом проходит сквозь нижний поляризующий фильтр (белая заштрихованная пластина). Теперь это уже не обычный поток света, а поляризованный. Дальше свет проходит через полупрозрачные управляющие электроды (жёлтые пластинки) и встречает на своём пути слой жидких кристаллов. Изменением управляющего напряжения поляризацию светового потока можно менять на величину до 90 градусов (на картинке слева), или оставлять неизменной (там же справа). Внимание, начинается самое интересное! После слоя жидких кристаллов расположены светофильтры и тут каждый субпиксель окрашивается в нужный цвет – красный, зелёный или синий. Если посмотреть на экран, убрав верхний поляризующий фильтр – мы увидим миллионы светящихся субпикселей – и каждый светится с максимальной яркостью, ведь наши глаза не умеют различать поляризацию света. Иными словами, без верхнего поляризатора мы увидим просто равномерное белое свечение по всей поверхности экрана.
Но стоит поставить верхний поляризующий фильтр на место – и он «проявит» все изменения, которые произвели с поляризацией света жидкие кристаллы. Некоторые субпиксели так и останутся ярко светящимися, как левый на рисунке, у которого поляризация была изменена на 90 градусов, а некоторые погаснут, ведь верхний поляризатор стоит в противофазе нижнему и не пропускает света с дефолтной (той, что по умолчанию) поляризацией. Есть и субпиксели с промежуточной яркостью – поляризация потока света, прошедшего через них, была развёрнута не на 90, а на меньшее число градусов, например, на 30 или 55 градусов.
Делаем выводы:1) Яркость каждого субпикселя может меняться плавно, аналоговыми методами. Ведь мы можем завернуть поляризацию потока света на любой угол в промежутке от 0 до 90 градусов – это определяется управляющим напряжением, приложенным к ячейке. Аналоговая природа регулировки – несомненный плюс. ЖК-матрица представляет из себя толстенький слоёный бутерброд, а скорее даже сэндвич. Теперь понятно, почему у ЖК-мониторов проблемы с углами обзора. Даже удивительно, как производители достигают углов обзора 120-160 градусов.Ведь если смотреть под острым углом к поверхности, то и слой поляризатора, и Black Matrix заглушают и искажают свет от конкретного субпикселя. Да и угол поляризации светового потока у конкретного субпикселя получается не совсем таким, как при строго перпендикулярном взгляде на матрицу.
2) Каждый субпиксель матрицы обслуживается своим персональным регулятором – тонкоплёночным транзистором (Thin Film Transistor – TFT). Здесь нет строчной развёртки, как в ЭЛТ, и это очень хорошо. Каждый субпиксель экрана светится с нужной яркостью до тех пор, пока от управляющей схемы (видеокарты) не придёт команда сменить цвет точки. Поэтому мерцания на экране нет при любой частоте кадровой развёртки – хоть при 60 герцах.
3) Однако, в том, что у каждого субпикселя есть персональный регулятор, кроется и минус: если какой-то управляющий транзистор сгорит – прощай полноценный пиксель и здравствуй «битая точка».
4) Поскольку в роли «заслонок» выступают вполне реальные жидкие кристаллы с присущей им вязкостью и отнюдь не мгновенной реакцией на управляющий импульс, смена яркости субпикселей происходит не мгновенно. Пока молекула жидкого кристалла закрутится на нужный угол, пока раскрутится обратно... Именно в фундаментальных свойствах материи, а именно – в характеристиках жидких кристаллов – кроется одна из главных проблем TFT-LCD. Это ограниченная скорость реакции и, как следствие, проблемы с качественным отображением быстро меняющихся динамических сюжетов (скроллинг текста, быстрые 3D-Action-игры с высокими FPS и т. п.).
4.Классификация TFT-LCD дисплеевПокупая ЖК-монитор, в технических характеристиках вы скорее всего увидите одну из трёх аббревиатур: TN+Film, IPS или MVA. Это названия самых распространённых на сегодня технологий изготовления TFT-LCD. Рассмотрим их по очереди.
1) TN+FilmСамая первая технология, по которой делаются активные ЖК-мониторы. Она отработана до предела, поэтому себестоимость матриц получается наиболее низкой. Практически все 15-дюймовые и очень многие 17-дюймовые мониторы сделаны именно по этой технологии. Аббревиатура TN+Film расшифровывается как Twisted Nematic + Film, что можно перевести как «скрученное состояние жидкого кристалла + плёнка». Под плёнкой подразумевается дополнительное внешнее покрытие экрана, расширяющее угол обзора.В обычном состоянии, при отсутствии управляющего напряжения, жидкие кристаллы в TN+Film находятся в скрученной фазе и субпиксель ярко горит (как в левой части рис. 6). Чем больше приложенное к ячейке напряжение – тем больше распрямляются молекулы жидких кристаллов. При максимальном управляющем напряжении субпиксель будет затемнён до предела. Из принципа работы TN+Film сразу же вытекают два самых больших недостатка этой технологии. Во-первых, если откажет управляющий транзистор, мы вынуждены будем постоянно созерцать ярко горящий субпиксель. А найти матрицу совсем без «мёртвых» точек достаточно трудно, ведь по существующим сейчас нормам наличие даже пяти битых пикселей не считается неисправностью и такой монитор вам не поменяют. Второй недостаток: из-за того, что даже при максимальном приложенном напряжении молекулы жидкого кристалла могут не раскрутиться до конца, чёрный цвет получается не идеальным, а скорее тёмно-тёмно-серым. Есть и третий недостаток: угол обзора, несмотря на специальную плёнку-покрытие редко превышает 140-150 градусов, а это маловато по сегодняшним меркам. Жаль, что эти врождённые недостатки обойти очень трудно или вовсе невозможно. Ведь в остальном TN+Film-матрицы обладают неплохими характеристиками: это и приличная скорость реакции (25-40 мс), и привлекательная цена...
2) IPSIn-Plane Switching – это технология, разработанная Hitachi и NEC. Отличительная особенность состоит в том, что оба управляющих полупрозрачных электрода расположены в одной плоскости – только на нижней стороне ЖК-ячейки. Жидкие кристаллы располагаются иначе, чем в случае с TN+Film: в расслабленном состоянии они не пропускают свет и субпиксель получается затемнённым. Чем больше управляющее напряжение – тем больше кристаллы закручивают поляризацию светового пучка и тем ярче горит субпиксель. За счёт другой конструкции IPS-матрицы имеют больший, чем у TN+Film, угол обзора. Чёрный цвет получается действительно чёрным, а не тёмно-серым. Кстати, именно поэтому панели IPS имеют хорошую контрастность. Ну и битые пиксели не так заметны, ведь если управляющий TFT у какого-нибудь субпикселя сгорит, мы получим тёмную точку на экране. Это плюсы, и их действительно немало, чтобы оправдать повышенную цену данных панелей. И быть бы технологии IPS самой лучшей, если бы не один значительный недостаток: большое время реакции (до 50 мс). Даже при скроллинге текста возможны шлейфы-тянучки за буквами...Впрочем, производители не сдаются: усовершенствованные технологии наподобие Super IPS или Dual Domain IPS позволяют достичь более быстрой скорости реакции ячеек и увеличить обзорность чуть ли не до предельных 180 градусов.
3) MVAЗапатентованная Fujitsu технология называется Multi-Domain Vertical Alignment. Молекулы жидких кристаллов ориентированы в вертикальном направлении (Vertical Alignment) и при отсутствии управляющего напряжения не меняют поляризации светового потока. Таким образом, битые субпиксели, как и в случае с IPS, превращаются в тёмные точки, что является несомненным плюсом. В связи с особенностями конструкции (длинные, вертикально ориентированные цепочки кристаллов), при изменении угла обзора может сильно меняться светоотдача субпикселя (а следовательно – цвет результирующего пикселя). Поэтому каждый субпиксель разделён на несколько зон (Multi-Domain), каждая из которых оптимизирована для наилучшей светоотдачи в своём секторе обзора. Таким оригинальным образом была решена проблема сильно ограниченных углов обзора в исходной технологии VA.MVA-матрицы обладают всеми плюсами технологии IPS (глубокий чёрный цвет фона, тёмный цвет битых пикселей, широкие углы обзора), но при этом имеют лучшую скорость реакции. Правда, не обошлось без ложки дёгтя: переключения между крайними положениями яркости субпикселя происходят быстро, но переход молекул кристаллов в промежуточное состояние длится дольше. Поэтому пиксели MVA-матрицы быстро меняют цвет с белого на чёрный (например, прокрутка текста будет выглядеть хорошо, без шлейфов), но начинают пасовать там, где сменяющие друг друга кадры имеют много плавных цветовых переходов (возможно смазывание картинки при быстрых перемещениях в динамичных играх, а также при просмотре видео).
Существуют некоторые разновидности данной технологии, например PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung, однако общий принцип функционирования остаётся неизменным, а в тонкости нам углубляться нет смысла.В общем-то, даже несмотря на небольшие минусы, MVA – это лучшая технология на сегодня. Ярко выраженных недостатков у этих матриц нет, а с мелкими вполне можно мириться. Главное препятствие на пути повсеместного внедрения технологии MVA – высокая цена. 17-дюймовый ЖК монитор с MVA-матрицей может стоить больше 850 долларов, а 15-дюймовый – в районе 600...
5.Углы обзора TFT-LCD дисплеевЕсли вы видите в спецификациях ЖК-монитора угол обзора 160 градусов (из 180 возможных) – не спешите радоваться, 160 градусов – очень неплохой показатель. Но что он показывает? Для панелей TFT-LCD углом обзора считается сектор, в пределах которого контрастность меняется не более, чем в 10 раз от максимальной. Проще говоря: если у вашего монитора угол обзора 160 градусов, это значит, что при взгляде со стороны, когда вы отклонились на 80 градусов от перпендикулярной оси монитора (160/2=80), контрастность будет составлять 10% от той, какая наблюдается при перпендикулярном взгляде на экран.Таким образом, цифры углов обзора не должны вводить вас в заблуждение. Даже если вы сидите перед самым лучшим и дорогим TFT-LCD, стоит вам сдвинуться на двадцать-тридцать сантиметров в сторону, как цвета заметно «уплывут» и упадёт контрастность. А на границах хвалёных углов обзора вы увидите вообще чёрт знает что (если уж контрастность упала в 10 раз, то с цветопередачей будет полный кошмар). Пока жидкокристаллическим мониторам очень далеко в этом плане до кинескопов. На хороший ЭЛТ-монитор можно посмотреть под очень острым углом (те же 10 градусов к плоскости экрана) и контрастность изменится не сильно. Максимум раза в два-три, но уж никак не в десять. А цветопередача, скорее всего, и вовсе не исказится.
www.coolreferat.com
