Принцип работы ЖК монитора

Жидкокристаллический дисплей (ЖКД) представляет собой тонкое плоское устройство отображения, составленное из некоторого числа цветных или монохромных пикселей, расположенных перед источником света или зеркалом.

Жидкокристаллический дисплей (ЖКД) представляет собой тонкое плоское устройство отображения, составленное из некоторого числа цветных или монохромных пикселей, расположенных перед источником света или зеркалом.

В чем преимущество ЖК-монитора? Его высоко ценят инженеры, потому что он потребляет незначительное количество электроэнергии, что делает его пригодным для использования в электронных устройствах, питающихся от батареек. Кроме того, он может иметь практически любую форму и размеры, мало нагревается и не выделяет вредного электромагнитного излучения.

«Сердцем» любого жидкокристаллического монитора является LCD-матрица (Liquid Cristall Display). ЖК-панель представляет из себя сложную многослойную структуру. Упрощенная схема цветной TFT LCD-панели представлена на Рис.2.

Устройство и работа TFT LCD матрицы.

Одними из главных достижений стало изобретение технологии LCD TFT-матрицы – жидкокристаллической матрицы с тонкопленочными транзисторами (Thin Film Transistors). У TFT-мониторов кардинально возросло быстродействие пикселей, выросла цветовая глубина изображения и удалось избавиться от «хвостов» и «теней».
Структура панели, изготовленной по TFT технологии, приведена на Рис.2

Структура ЖК-панели

Понравился материал? Поделитесь им в соцсетях:

Учитывая это, разработчики оснастили дисплеи достаточным количеством электродов, которые создают разные электромагнитные поля в отдельных частях экрана (в каждом пикселе). Благодаря такому решению они достигли возможности, в условиях правильного управления потенциалами этих электродов, воспроизводить на экране дисплея буквы, и даже сложные разноцветные картинки. Эти электроды могут обладать любой формой и располагаются в прозрачном пластике.

3. Частота обновления экрана ЖК монитора

4.1. Требуемая частота монитора для просмотра 3D

Для использования активных и поляризационных 3D очков используются LCD матрицы, имеющие частоту обновления экрана 120 Гц. Это необходимо для того, чтобы разделить изображения для каждого глаза, при этом частота для каждого глаза должна составлять не менее 60 Гц. Мониторы с частотой 120 Гц можно использовать и для обычных 2D фильмов или для игр. При этом плавность движений заметно лучше, нежели в мониторах с частотой 60 Гц.

Помимо этого, в таких мониторах используются специальные лампы или LED (светодиоды) подсветка, имеющая еще более высокую частоту мерцания, которая составляет около 480 Гц. Это в свою очередь существенно уменьшает нагрузку на органы зрения.

В современных мониторах можно встретить два метода реализации подсветки матрицы:

• LED – светодиодная подсветка;
• Люминесцентные лампы.

Все крупные производители переходят на использование LED подсветки, так как она имеет значительные преимущества перед люминесцентными лампами. Они ярче, компактнее, экономичнее и позволяют достичь более равномерного распределения света.

Благодаря использованию новейших технологий ЖК-мониторы абсолютно не уступают своим прямым конкурентам – плазменным панелям, а в некоторых случаях даже превосходят их.

Рисунок 1. Конструкция ЖК-дисплея.

Сейчас технологии плоскопанельных и жидкокристаллических мониторов являются наиболее перспективными. Хотя в настоящее время на долю ЖК-мониторов приходится лишь около 10% продаж во всем мире, этот сектор рынка является наиболее быстрорастущим (65% в год).

Принцип работы

Экраны LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.

Рисунок 1. Конструкция ЖК-дисплея.

Рисунок 2. Плоскость поляризации.

Рисунок 3. Плоскость поляризации.

Рисунок 4. Поляризация светового луча.

Технологии STN, DSTN, TFT, S-TFT

STN — сокращение от Super Twisted Nematic. Технология STN позволяет увеличить торсионный угол (угол кручения) ориентации кристаллов внутри LCD с 90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора.

Рисунок 5. Конструкция ЖК-матрицы.

С помощью этих трех базовых цветов экран способен отображать до 17 млн. различных оттенков цветов. Такая глубина цвета достигается различным количеством света, проходящего через каждый пиксель. 17 миллионов возможных сочетаний — 17 млн. возможных цветов.

Главное отличие ЭЛТ от ЖК мониторов

В основе работы ЭЛТ монитора лежит специальная стеклянная трубка, внутри которой вакуум. Так же, внутри стеклянной колбы находятся электронные пушки, испускающие поток заряженных частиц (электронов).

Эти электроны заставляют светиться точки люминофора, которым тонким слоем изнутри покрыта передняя стенка электронно-лучевой трубки. То есть энергия электронов превращается в свет, вот эти самые светящиеся точки и формируют изображение.

Принцип работы ЖК монитора совершенно иной. Здесь уже нет никаких трубок, а изображение формируется совершенно другим способом. Жидкокристаллические дисплеи уже имеют в своем названии указание на то, с помощью чего создается изображение на экране. Да да, именно жидкие кристаллы, которые были открыты еще в 1888 году, играют ключевую роль в формировании картинки.

Устройство LCD монитора больше напоминает слоеный пирог, каждый слой имеет свое назначение. Итак, можно выделить несколько слоев, из которых и состоит наш монитор.

В жидкокристаллической матрице каждый кристалл отвечает за определенную точку в изображении на экране. Когда монитор работает, свет от системы подсветки проходит через слой жидких кристаллов и зритель видит некую «мозаику» из пикселей, окрашенных в разные цвета. Каждый пиксель состоит из трех субпикселей, красного, зеленого и синего.

С помощью этих трех базовых цветов экран способен отображать до 17 млн. различных оттенков цветов. Такая глубина цвета достигается различным количеством света, проходящего через каждый пиксель. 17 миллионов возможных сочетаний — 17 млн. возможных цветов.

Даже видео имеется, где крупным планом показана структура пикселей LCD монитора.

Любой свет, как известно, имеет направление, поскольку это еще и электромагнитная волна, она еще имеет поляризацию. Луч может быть вертикальным, горизонтальным, иметь любой промежуточный угол.

Очень важно, учитывая, что первый фильтр пропускает только вертикально направленные лучи. Излучение проходит сквозь каждый субпиксель и достигает второго поляризационного фильтра, который пропускает только горизонтальные лучи. Иначе говоря, не весь свет, излученный системой подсветки способен дойти до пользователя.

Кристаллы изменяют поляризацию световой волны, чтобы она прошла через второй фильтр. Вообще, жидкие кристаллы — крайне интересная субстанция. Их молекулы действительно ведут себя, как молекулы жидкого вещества, находясь в постоянном движении. Но как и положено кристаллам, их ориентация остается неизменной.

Ориентация кристаллов меняется только под воздействием электрического поля. Когда это происходит, субстанция начинает изменяться. Возможно выборочное изменение ориентации вплоть до субпикселя. То есть кристаллы играют роль крошечных оптических линз, которые меняют поляризацию световых волн.

Итак, жидкие кристаллы контролируют поляризацию, а значит и интенсивность света, проходящего через второй фильтр. Секрет устройства ЖК монитора заключается в том, что не каждый луч сможет добраться до зрителя, а интенсивность свечения каждого пикселя задается углом поворота (поляризацией) жидких кристаллов.

Диапазон температур при хранении

Вначале, конечно же, стоит определиться, что же за панель предлагается к рассмотрению, ведь ее разрешающая способность, размер, цветовые характеристики и т.п. могут значительно изменять конструктив самой панели. Основные характеристики и особенности ЖК-панели представлены в виде таблицы – табл.1.

Таблица 1.

Активная матрица TFT

432 х 324 мм (21.3 дюйма – диагональ), толщина – 26 мм

Тонкопленочный транзистор на аморфном кремнии ( a — Si )

Количество отображаемых цветов

16.7 миллионов (8 бит на каждый цвет)

Количество точек (разрешение)

Типовое время отклика

Максимальное время отклика

Угол обзора по вертикали или горизонтали

Угол обзора во всех направлениях

Тип задней подсветки

Встроенные лампы типа CCFT – две тройных лампы (всего шесть)

Тип используемого приемника LVDS

Вертикальные полосы R , G , B

Диапазон рабочих температур

Диапазон температур при хранении

ЖК-дисплеи можно найти практически везде — в электронном калькуляторе, принтере или даже автомобиле. Как работает ЖК-дисплей, узнаем в этой статье.

Разбираемся в устройстве и работе жидкокристаллического дисплея: все хитросплетения оптики и геометрии в трех несложных картинках.

ЖК-дисплеи можно найти практически везде — в электронном калькуляторе, принтере или даже автомобиле. Как работает ЖК-дисплей, узнаем в этой статье.

Аббревиатура «ЖК-дисплей» расшифровывается как «жидкокристаллический дисплей» (англ. Liquid Crystal Display, LCD). ЖК-дисплей, как ясно из названия, основан на технологии жидких кристаллов.

LCD, или жидкокристаллический дисплей – экран, который работает на основе жидких кристаллов. А основной принцип работы заключается в самих жидких кристаллах. Также они имеют свойство поворачивать плоскость поляризации проходящего через них света.

Далее в статье мы опишем как работает LCD дисплей и его основные преимущества.

Принцип работы ЖК дисплея

Экраны LCD (Liquid Crystal Display), или жидкокристаллические мониторы, сделаны из вещества под названием цианофенил. Оно находится в жидком состоянии, но обладает свойствами, которые присущи кристаллическим телам. Цианофенил – это жидкость, обладающая азинотропией свойств, связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.

Жидкие кристаллы – это смесь определенных веществ, которая обладает свойствами как жидкостей, так и кристаллов. Хотя как жидкость она текучая и может заполнить собой все пространство, в которое помещена. А как кристалл она состоит из молекул, которые располагаются в четком структурированном порядке.

Жидкие кристаллы, которые используются в дисплеях, состоят из стержнеобразных молекул. Обычно они расположенных параллельно друг другу. Как следствие, благодаря поступающему напряжения, жидкие кристаллы могут менять свое положение в пространстве.

Поляризационная пленка.

Она пропускает через себя световые колебания определенной ориентации. В результате вертикально ориентированные световые колебания проходят через первую пластинку, а через вторую – горизонтальные.

Что происходит дальше? Субпиксель подсвечивается, свет проходит через первую пластинку и становится вертикально ориентированным.

Далее есть три варианта развития событий:

На ЖК-дисплеях установлено обычно от миллиона пикселей. А субпикселей, соответственно, в три раза больше. Именно поэтому мы можем видеть различные оттенки и полутона. Потому чем больше пикселей, тем приятнее и естественные будет выглядеть картинка на вашем LCD-мониторе.

Иногда возникает необходимость разобраться, как работает жидкокристаллический монитор. Такие устройства отличаются своей функциональностью и принципом работы от других моделей экранов.

Контроль качества ЖК мониторов

Все жидкокристаллические экраны тестируется по стандартам ТСО. Все испытания ведутся на расстоянии 30 см от передней части монитора и вокруг него в радиусе 50 см. Также они проверяются и по другим параметрам, а именно: удобство его использования, его воздействие на экологию окружающей среды, излучение магнитного и электрического поля, уровень пожаробезопасности, способность энергосбережения. Также все ЖК мониторы проходят проверку на содержание тяжелых металлов.

• Насколько удобен экран в использовании;
• Как дисплей воздействует на окружающую среду;
• Какой уровень излучения у экрана (магнитного и электрического);
• Какой уровень пожаробезопасности;
• Какова степень энегосбереения и т.д.

Принцип работы LCD дисплея

Управление поляризацией стало возможным за счет смены расположения длинных жидкокристаллических молекул в зависимости от электрического магнитного поля. Смена формы и расположения циенофенилов осуществляется в зависимости от того, с какой силой воздействует на них электромагнитное поле. Происходит смена углов преломления света и поляризация.

Это основные свойства, раскрывающие вопрос о том, как работает LCD монитор. Смена силы электромагнитного поля молекул жидких заставляет молекулы жидких кристаллов менять свое положение, в результате чего и формируется изображение.

9 Стандарты безопасности мониторов Стандарты, разработанные The Swedish Confederation of Professional Employees (Шведская Конфедерация Профессиональных Коллективов Рабочих) – ТСО: TCO92, TCO95, TCO99. MPRII был разработан SWEDAC (The Swedish Board for Technical Accreditation) и определяет максимально допустимые величины излучения магнитного и электрического полей, а также методы их измерения. Стандарты ТСО жестче, чем MPRII.

1 ЖК-мониторы Принцип действия и свойства

2 ЖК — мониторы или LCD — Liquid Crystal Display (жидко- кристаллический дисплей) TFT Thin Film Transistors (тонко- пленочный транзистор)

3 Принцип действия Принцип действия основан на прохождении поляризованного света через кристалл, который может поворачивать плоскость поляризации света на некоторый угол.

4 Устройство ЖК — монитора

6 Параметры ЖК — мониторов размер экрана по диагонали — приводимое значение видимая область; собственное разрешение ЖК панели — в этом режиме обеспечивается наилучшее качество изображения; собственное разрешение размер элемента изображения (шаг точки); количество цветов, воспроизводимых ЖК – мониторами; уровень яркости и контрастности; угол обзора: о по вертикали, о по горизонтали ; время реакции (отклика) пикселов — лучшие активные матрицы обеспечивают время реакции 15 мс.

7 Достоинство ЖК — мониторов малые габариты и масса; отсутствие излучения; принципиальная возможность создавать ЖК – мониторы любого размера и формы; можно использовать в ноутбуках.

8 Недостатки ЖК — мониторов достаточно высокая цена; недостаточная яркость экрана; относительная ненадежность при эксплуатации;

9 Стандарты безопасности мониторов Стандарты, разработанные The Swedish Confederation of Professional Employees (Шведская Конфедерация Профессиональных Коллективов Рабочих) – ТСО: TCO92, TCO95, TCO99. MPRII был разработан SWEDAC (The Swedish Board for Technical Accreditation) и определяет максимально допустимые величины излучения магнитного и электрического полей, а также методы их измерения. Стандарты ТСО жестче, чем MPRII.

10 Собственное разрешение ЖК — мониторов Размер диагонали, дюйм Разрешение, пикселов x (15,1)1024 x x (18,1)1280 x x 1200