LCD, LED и OLED: что выбрать и в чём разница дисплеев, мониторов и телевизоров. LCD-телевизор. Основные характеристики, функции и выбор LCD-телевизора. Виды освещения в LED экранах

Многие любой современный телевизор с плоским экраном называют «плазма», ошибаясь в 9 случаях из 10. Газорязрядные технологии, на основе которых работает плазменные TV, встречается редко у простых людей. При всех своих достоинствах, это дорогое решение. Чаще приобретаются модели, построенные с применением жидкокристаллических модулей. Они стоят на порядок меньше, не уступая при этом по большинству параметрам

Именно о ЖК-мониторах и пойдет речь ниже. Они бывают двух разновидностей: LCD и LED. Разница в техническом исполнении не столь существенна, чем кажется на первый взгляд.

Раскроем этот вопрос подробнее.

Почему нельзя сравнивать

На самом деле сопоставить LED и LCD невозможно. Поскольку первая аббревиатура означает разновидность группы устройств, обозначенной второй. Это то же самое, что спросить: что лучше – автомобиль или BMW.

Тем не менее именно так привыкли разделять ЖК-мониторы граждане. Поэтому далее, говоря «LED» будем иметь в виду эту технологию, а к «LCD» отнесем все остальные модели жидкокристаллических устройств.

Строение ЖК дисплеев

Углубленно вдаваться в принцип действия жидкокристаллического оборудования не имеет смысла: неподготовленному читателю сложно будет сориентироваться во всех тонкостях. В рамках статьи достаточно лишь кратко упомянуть о устройстве жидкокристаллической панели.

Упрощая, ЖК-матрица это две прозрачные пластины, разбитые на мельчайшие ячейки. Каждая из таких капсул заполняется особым веществом – жидким кристаллом. Внутренняя часть закрывается цветовыми RGB-фильтрами: красными, синими или зелеными. Каждый пиксель экрана включает три ячейки с вставками разных цветов.

Жидкокристаллическая субстанция обладает удивительным свойством. Если через нее пропустить электрический ток, она становится светопроницаема, в обычном состоянии оставаясь непрозрачной. Таким образом, если осветить сборку изнутри, то можно выстроить комбинацию разноцветных точек, в совокупности представляющих изображение.

Чем же отличается LED от LCD? Только в способе реализации подсветки .

LCD технология

Обычная подсветка LCD – это простая люминесцентная лампа холодного света, установленная в корпусе монитора перед дисплеем.

Такое освещение позволяет создать палитру разных цветов. Энергопотребление при электролюминесцентной подсветке сравнительно невысоко, но для ее работы требуется источник переменного тока высокой частоты. Преобразователи для функционирования источника света потребляют в среднем 25 Ватт в час.

Долговечность LCD (уменьшение яркости вдвое от начальной) составляет примерно 5 тысяч часов, на что влияет установленная интенсивность свечения.

LED технология

Такая подсветка сделана из группы ярких светодиодов. Для моделей с небольшим размером матрицы, устанавливают ленты с встроенными излучателями только с одной стороны (чаще всего сбоку). В широкоформатные устройства светодиоды устанавливают по всей площади дисплея.

Техническое функционирование LED может быть обеспечено от источника напряжения 5В без использования преобразователей. Такое решение потребляет минимум энергии и может быть использовано в компактных портативных устройствах.

Для регулировки яркости свечения применяют широтно-импульсные модуляторы.

Какой тип монитора выбрать?

LED или LCD: что лучше? Однозначно, светодиодное освещение ЖК-матриц предпочтительнее. Полупроводники выигрывают по многим критериям. Перечислим основные из них.

1. Малое энергопотребление . Светодиодам не нужны дополнительные преобразователи для питания. Токоограничитель – единственный компонент схемы, расходующий энергию. Потребление подсветки даже на экранах с диагональю 46+ см никогда не превышает 10 Ватт, для стандартных бытовых моделей – 3-5 Ватт.
2. Долговечность . Срок службы LED составляет 50 тысяч часов. При этом, замена светодиодных полос простая и дешевая процедура, ремонт происходит быстро и не предполагает серьезных затрат.
3. Габариты . Миниатюрность полупроводниковых приборов позволяет сделать монитор с действительно «плоским» дисплеем. В ряде устройств (например, ноутбуках) – это незаменимое решение.
4. Качество цветопередачи . Отличие LED от LCD заключается и в том, что в случае с светодиодами возможно распределить подсветку равномерно по периметру экрана. Это улучает контрастность и повышает насыщенность изображения. Кроме того, изменяя яркость свечения отдельных участков дисплея, решается задача локального затемнения.

Мониторы и дисплеи, оснащенные светодиодной подсветкой, немного дороже, но эта разница не столь существенна. Выбор такой марки – это отличный компромисс между ценой и характеристиками. Эффективный, с яркой «живой» картинкой, эргономичный и безотказный: основные качества «правильного» TV.

Технология LCD уходит в прошлое, многие производители уже прекратили серийный выпуск устройств с люминесцентными лампами. Будущее за полупроводниковыми излучателями.

Помнится, когда-то плазменные телевизоры занимали преобладающую долю рынка. Было даже модным говорить «плазма» и хвастаться ее наличием: «Я купил плазму », «У меня дома стоит большая плазма » и т.п. Сейчас это уже прошлый век. Технологии меняются во всех сферах – когда-то и Nokia выпускала лучшие мобильные телефоны. А сейчас понятие «мобильный телефон» практически изжито сенсорными смартфонами.

Пик популярности плазмы также со временем начал затмевать, а именно тогда, когда появилась более выгодная альтернатива – ЖК-панель. С распространением последней расходы на производство плазмы стали относительно убыточными. Кроме того, ключевую роль сыграла неутихающая тенденция делать технику компактнее, тоньше, легче, практичнее. С плазмой все эти манипуляции сложно реализовать. Поэтому сейчас преобладающую долю рынка отхватывают производители ЖК-телевизоров.

Заголовок этой статьи: «Какая разница между LCD и LED?». Но тема ее не столько об отличиях, сколько о выяснении правильности постановки данного вопроса. Чтобы выяснить это, рассмотрим для начала, что такое LCD и что такое LED.

Кто до сих пор не знал – LCD и есть та самая ЖК-панель. Например, газоразрядный дисплей (чем и является плазма) основан на люминофоре, который создает световое излучение в сопровождении ультрафиолетовых лучей. В свою очередь, ЖК-дисплей формирует изображение за счет жидких кристаллов наряду со светофильтрами и поляризованным светом. В отличие от ЖК, плазма не требует подсветки, поскольку каждая ее ячейка представляет собой отдельный источник света. В случае с жидкокристаллическими дисплеями изображение попросту не сформируется без подсветки, от которой проходит поляризованный свет.

Различают два типа подсветок LCD-панелей :

• CCFL – флуоресцентная лампа с холодным катодом;
• LED – светоизлучающие диоды.

Вот мы и выяснили. LED – это не тип дисплея, это один из типов подсветок ЖК-дисплея . Поэтому постановка вопроса: «Что лучше – LCD или LED?», очевидно, неправильная. В статьях, посвящённых теме отличия LED и LCD, идёт сравнение подсветок CCFL и LED, а не LCD и LED. Вот и всё.

Так в чем отличие LED от LCD? …точнее, от CCFL?

Если подойти к ближайшему прохожему с вопросом, знает ли он, что такое CCFL или холодный катод, то наверняка он либо переспросит, либо его ответ будет отрицательным. Оно и неудивительно, ведь сейчас ЖК-дисплей с холодным катодом практически и не встретишь. К преимуществам CCFL-подсветки можно отнести, пожалуй, только равномерность подсвечивания. В остальном она проигрывает LED-подсветке: CCFL не позволяет изготовлять тонкие панели и плюс ко всему является менее экономичной в плане энергопотребления.

Понятия «LED» или «светодиоды» нередко используются в обиходе, особенно среди пользователей смартфонов. Ко всему прочему, широкого распространения приобрели светодиодные лампочки, известные энергосберегающими свойствами.

Глупо ставить на весы CCFL и LED – любой производитель телевизоров, а также смартфонов, планшетов и прочей «экранной» техники отдаст предпочтение светодиодной подсветке. Кто откажется производить тонкие панели, на которые нынче спрос? Зачем предлагать потребителю телевизор с менее качественным изображением? И наконец, кто выберет телевизор с высоким энергопотреблением? Светодиоды не только меньше расходуют энергии, но и вдобавок обеспечивают более высокую максимальную яркость.

Пожалуй, теперь вопрос относительно того, какой телевизор лучше купить – LED или LCD CCFL, отпадает. Даже если бы вы и хотели купить телевизор с холодным катодом, то пришлось бы изрядно постараться, чтобы его найти. И при этом остаться довольным покупкой.

Типы LED-подсветки

Различают два типа:

• Edge;

Edge-LED подсветка предусматривает размещение диодов по периметру, то есть по краям матрицы (Edge с англ. «край»), в связи с чем ее еще называют краевой. Находясь по краю матрицы, свет диодов, попадая на диффузор, рассеивается по всей площади. Из-за краевого расположения источников света подсветка получается неравномерной. Кроме того, Edge-LED не позволяет добиться насыщенного черного цвета. Но зато значительно уменьшено энергопотребление. А вместе с ним и расход тепла.

RGB-LED предусматривает расположение диодов по всей матрице. Следовательно, получаем более равномерную подсветку и вдобавок еще и цветную, в то время как Edge – белая. В основе RGB лежат диоды красного, зеленого и синего цвета. Особенность этого вида подсветки заключается в способности отключаться (позволяет получить абсолютно чёрный цвет) и, наоборот, светиться определенным цветом (делает изображение ярким и насыщенным).

Edge – более экономный вариант, поэтому находится в спросе среди потребителей. Эстеты же выбирают RGB-LED – здесь и цветопередача лучше, и подсветка равномернее. В принципе, в обоих случаях потребитель выигрывает – любая LED-подсветка однозначно проявит себя лучше по сравнению с электролюминесцентными лампами.

Помимо этого, есть еще технология WRGB , которую разработала LG . В основе WRGB лежат четырехцветные пиксели – вместе с зеленым, красным и синим идет еще и белый субпиксель. Следовательно, изображение выглядит реалистичнее, поскольку матрице удаётся отобразить больше многообразных оттенков.

Есть ли у LCD LED конкуренты?

Мы выяснили, какая разница между телевизорами LED и LCD CCFL и в чём первые превосходят вторых. Но является ли LCD LED лучшим решением на рынке? Если заглянем в каталог, то увидим, что практически весь ассортимент забит именно ЖК-телевизорами со светодиодной подсветкой:

Исходя из рисунка, второй по распространенности тип – OLED. Да, по сравнению с ЖК, телевизоров с OLED-панелью значительно меньше. Причиной этого послужил факт новшества в сфере телевизоров. К новому, как правило, относятся с осторожностью и ясно почему: не так много людей успело испробовать инновацию, поэтому не до конца понятно, что это и с чем её едят. К тому же стоимость далеко неутешительная:

Преимущества OLED

Подобно плазме, каждая ячейка OLED-панели представляет собой отдельный источник света, поэтому нет необходимости в подсветке. Положительным следствием этого, а также отсутствия поворачивающихся молекул, стали высокий контраст и низкое время отклика (как и в случае с плазмой). Из-за подсветки LCD не может похвастать идеальным черным цветом – свет просачивается и оттенок становится больше серым и порой даже фиолетовым. OLED же, напротив, обеспечивает жгучий черный цвет, что говорит о высокой контрастности органических панелей.

Если сопоставить OLED с Edge-LED LCD (подсветка матрицы по периметру, а не по всей площади), то в плане равномерности подсвечивания опять выигрывают органические светодиоды. Если весь экран затмить чёрным цветом, местами будут виднеться более светлые участки, что особенно заметно в темное время суток. OLED-телевизоры этой проблемы лишены.

Еще одно преимущество органических светодиодов – широкие углы обзора . В каком бы ракурсе вы ни посмотрели на телевизор, цветопередача и уровень яркости сохранятся. Впрочем, у LCD LED телевизоров тоже есть, чем ответить – например, матрицей IPS, характеризующейся углами обзора до 178 градусов. Но идеальной её также не назовешь, поскольку до сих находится в спросе другая ЖК-матрица – TN+film. В её случае углы просмотра с натяжкой можно назвать широкими, но зато по сравнению с IPS у TN+film лучшее время отклика – буквально мгновенное.

Примечание:
К сожалению, данный документ не закончен, но, на мой взгляд, даже в таком виде он уже может быть полезен.

Ниже представлена обобщенная модель классификации дисплеев, использующих жидкие кристаллы в качестве оптического модулятора:

• :
  • сегментный индикатор,
  • многослойный индикатор,
  • графический точечно-матричный дисплей.
• :
  • прямая адресация (Direct Driving),
  • мультиплексирование (Multiplex Driving):
    • пассивная адресация ячеек ЖК-панели PMLCD (Passive Matrix LCD),
    • активная адресация ячеек ЖК-панели AMLCD (Active Matrix LCD).
• (или порядок ЖК):
  • смектический порядок (смектики),
  • нематический порядок (нематики),
  • холестерический порядок (холестерики).
• :
  • дисперсия (Scattering)
• :
  • цветные светофильтры (Color filters)
  • электрически управляемое двулучепреломление ECB (Electrically Controlled Birefringence)
• :
  • покадровая инверсия полярности
  • чересстрочная инверсия полярности
  • инверсия с чередованием пикселей (субпикселей)
• :
  • использование тонкопленочного диода TFD (Thin Film Diode) по технологии MIM (Metal-Insulator-Metal),
  • использование тонкопленочного транзистора TFT (Thin Film Transistor), при производстве которого применяются три различных подхода:
    • аморфный кремний a-Si (Amorphous Silicon),
    • поликристалический кремений p-Si (Poly-Silicon),
    • низкотемпературный поликристаллический кремний LTPS (Low Temperature Poly-Silicon).
• :
  • используется второй пассивный слой ЖК (Double Cell),
  • используется полимерная пленка ОCF (Optical Compensator Film).
• :
  • межкадровое управление (Frame Rate Control), способ получения промежуточного цветового тона за счет применения схемы кадрового чередования основных цветов:
    • FRC — обеспечивает формирование 16.2 млн. оттенков с помощью 6-битных ячеек, способных отобразить 262 144 базовых оттенка.
    • Hi-FRC — обеспечивает формирование 16.7 млн. оттенков с помощью 6-битных ячеек, а также более 1000 млн. оттенков с помощью 8-битных ячеек.
  • внутрикадровое пространственное (spatial) смешение (dithering) полутонов.
• :
  • работа на просвет (Transmissive) за счет использования устройства задней подсветки BLU (Back Light Unit),
  • отражение падающего света (Reflective) окружаещего освещения, или устройства фронтальной подсветки (Front Light Unit),
  • комбинированный подход (Transflective).
• :
  • люминисцентная лампа с холодным катодом ССFL (Cold Cathode Fluorescent Tube),
  • светодиоды LED (Light Emission Device).
• Протоколы цифровых интерфейсов подключения ЖК-панелей:
  • LVDS,
  • TMDS.

Исторически выделяются следующие технологические подходы к производству ЖК-панелей:

• Twisted Nematic (TN) — пассивные ЖК-ячейки, использующие эффект скручивания ЖК (в нематической фазе),
• High TN (HTN) — пассивные ЖК-ячейки с сильно скрученной ориентацией ЖК-молекул
• Super TN (STN) — пассивные ЖК-ячейки с сильно скрученной ориентацией ЖК-молекул (еще больший угол поворота директора)
• Electronically Controlled Birefrigence STN (ECB) или Vertical Aligned Nematic (VAN) — пассивные ЖК-ячейки, использующие усиленный эффект двойного лучепреломления (двулучепреломления) для получения нескольких оттенков цвета
• Color STN (CSTN) — STN-ячейки с цветными фильтрами
• Double STN (DSTN) — композит из двух разнонаправленно-скрученных STN-ячеек
• Dual Scan DSTN — STN-панель с двумя незамисимыми полями управления
• Active Matrix TN (AM TN) — активные ЖК-ячейки с твист-ориентацией, управляемые либо тонкопленочным тразистором Thin Film Transistor (TN TFT), либо диодом Thin Film Diode (TN TFD)
• High Performance Array (HPA) — STN-панель
• Vertical Alighnment (VA) — активные ЖК-ячейки с гомеотропной ориентацией директора
• In-Plane Switching (IPS), Fringe-Field Switching (FFS) — активные ЖК-ячейки с планарной ориентацией директора
• ASV — монодоменные VA-ячейки с осевой симметрией (Advanced Super View)
• MVA, A-MVA, S-MVA, Prem. MVA — двухдоменные VA-ячейки (Multi-domain VA, Advanced MVA, Super MVA, Premium MVA)
• PVA, S-PVA — двух-, четырех-доменные VA-ячейки (Patterned VA, Super PVA)
• S-IPS, DD-IPS, SA-SFT, A-FFS, A-TW IPS, UA-SFT, PLS — двухдоменные IPS-ячейки (Super IPS, Dual Domain IPS, Super Advanced Super-Fine-TFT, Advanced FFS, Advanced True White IPS, Ultra Advanced SFT, Plane to Line Switching)

1. Регулярность формы элементов изображения

В качестве самого простого типа диспелея может выступать сегментный индикатор, в котором конструктивно заложено отображение определенных геометрических знаков. Для визуализации знаков разной формы на одном и том же индикаторе есть несколько способов:

• сегментный индикатор
  • небходимо преобразовать формы требуемых знаков так, чтобы знаки приобрели наибольшее количество совпадающих по форме и положению элементов (без нарушения читаемости), а затем разложить их форму на неперсекающиеся сегменты;
• многослойный индикатор
  • при конструктивной возможности построения многослойного индикатора.

«Вершиной» сегментного индикатора является графическая точечно-матричная панель, которая позволяет в дискретном «матричном» виде приблизить отображение произвольной графической формы. Графическая панель представляет собой совокупность ячеек на плоскости, отвечающих за отображение отдельных дискретных элементов изображения.

2. Методы адресации ЖК-панели (Drive Method)

2.1. Прямая адресация или мультиплексирование адресных линий (Direct driving vs multiplex driving)

Чем меньше удельный размер дискретных элементов изображения (ячеек) по отношению к линейным размерам дисплея, тем выше детализация изображения. Но с ростом количества ячеек расчтет и количество линий управления. Например для цифрового семисегментного (плюс знак точки) индикатора для формирования трехзначных чисел нужно 3 x 8 = 24 входных управляющих линии.

Самый распространенный способ сокращения количества линий управления основан на мультиплексировании управляющего сигнала. Данный метод позволяет для M × N сегментов индикатора использовать не M × N управляющих линий (или пар линий), а всего лишь M + N линий. В случае если M = N = 1000, возникает кардинальная экономия в 1000 х 1000 − (1000 + 1000) = 998 000 управляющих линий.

Здесь нужно отметить, следующее. В отличие от прямой адресации, метод мультиплексирования не позволяет контроллеру (управляющему устройству) поддерживать непрерывную связь с управляемым элементом. Таким образом, в один момент времени контроллер получает возможность управления меньшим числом элементов. Отсюда следует, что по сути контроллер использует не параллельный интерфейс, а параллельно-последовательный (или чисто последовательный), в котором управляющие импульсы к разным элементам управления чередуются во времени. То есть в этом случае существенное влияние на качество изображения начинают влиять такие параметры, как время опроса одного элемента, время автономной работы одного элемента, частота опроса всех элементов (например, частота регенерации кадра) и т. п.

Очевидно, что данный метод позволяет сократить число линий управления от индикатора к контроллеру. Но, с другой стороны, мультиплексирование не применимо для таких типов элементов управления, разрыв управляющей связи с которыми неприемлем и приводит к деградации функциональности.

К счастью, человеческий глаз обладает инерционностью восприятия (этот факт, например, обеспечил саму возможность передачи телевизионного изображения последовательным способом по одной линии связи). Подбирая подходящую частоту опроса элементов индикатора, можно обеспечить вывод устойчивого изображения даже при очень малом времени автономной работы отдельных элементов индикатора.

2.2. Пассивные ЖК-панели PMLCD (Passive Matrix LCD)

Управление ячейками пассивных ЖК-панелей основано на базовом принципе мультиплексирования адресных линий, поэтому контрастность изображения сильно зависит от времени восстановления ЖК-ячейки и от чувствительности к перекрестным помехам.

2.3. Активные ЖК-панели AMLCD (Active Matrix LCD)

3. Простраственная ориентация молекул ЖК (или порядок ЖК)

3.1. Смектический порядок (смектики)

Одним из представителей дисплеев со смектическим порядком ЖК-молекул является ферроэлектрический ЖК-дисплей — FLCD (Ferroelectric Liquid Crystal Display). В отличие от наиболее распространенных дисплеев на основе нематиков ферроэлектрический ЖК-дисплей имеет ряд интересных свойств:

• бистабильность (эффект «памяти»),
• высокая скорость реакции на управляющий импульс (малое время отклика).

Свойство бистабильности подразумевает наличие двух возможных устойчивых положений ориентации директора ЖК-молекул. Это значит, что в результате управляющего воздействия хиральные смектики принимают одну из двух стабильных пространственных ориентаций. При этом после прекращения управляющего импульа ЖК-молекулы сохраняют стабильное заданное направление. Это позволяет кардинально снизить энергозатраты при выводе статического изображения.

3.2. Нематический порядок (нематики)

3.3. Холестерический порядок (холестерики)

4.Режим светопропускания

• светопропускание (Transmission Mode), при котором различают несколько способов ориентации директора в ячейке (Mode)
  • «твист»-ориентация TN (Twisted Nematic),
  • гомеотропная ориентация VA (Vertical Alignment),
  • планарная ориентация IPS (In-Plane Switching).
• светопоглощение (Absorption Mode):
• избирательное отражение (Selective Reflection)
• дисперсия (Scattering)

4.1. Светопропускание

4.1.1. Гомеотропная ориентация VA (Vertical Alignment)

Super PVA (S-PVA)

Advanced Super View (ASV)

Линейка ЖК-панелей ASV разработана Sharp по технологии Continuous Pinwheel Alignment (CPA), основанной на гомеотропной ориентации директора в ЖК-ячейке с осевой симметрией.

4.2. Светопоглощение (Absorption Mode)

ЖК-дисплеи, использующие эффект светопоглощения делятся на следующие группы:

• тип «гость-хозяин» («guest host», GH),
• тип «гость-хозяин» с измененяемой фазой (Phase Change GH, PCGH) или дисплеи Уайта и Тейлора (White and Taylor type GH),
• тип «» (Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC),

4.3. Избирательное отражение (Selective Reflection)

4.4. Дисперсия (Scattering)

В дисплеях PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) ЖК нематического типа смешаны с полимерами. В свободном состоянии ячейка выглядит светлой, так как падающий свет равомерно рассеивается вследствие разных показателей рефракции составляющих ячейку полимеров и ЖК. После подачи управляющего напряжения нематики меняют показатель преломления света, сравниваясь по этой характеристике с дисперсированными частичками полимеров. Это приводит к тому, что падающий свет свободно достигает и поглощается задней матовой стенкой дисплея, и ячейка становится темной.

5. Методы формирования цветовых оттенков изображения (Color Image)

5.1. Цветные светофильтры (Color filters)

ЖК-ячейка по сути является оптическим модулятором, то есть изменяет величину пропускаемого светового потока пропорционально поданному к ячейке управляющему напряжению. Но для создания цветного изображения необходимо не только иметь возможность управления яркостью пикселей, но и их цветом. Одно из возможных относительно недорогих решений этой задачи заключается в том, чтобы использовать цветовые фильтры. Как известно, в аддитивной цветовой модели используются три основных цвета: красный, зеленый, синий. Поэтому один полноцветный пиксель ЖК-дисплея состоит из трех ЖК-ячеек, покрытых соответствующими цветовыми фильтрами. В качестве материалов для светофильтров используют органические пигменты, красители и окислы металлов. Недостатком данного подхода является низкий оптический КПД, так как ЖК-панель пропускает всего несколько процентов падающего или проходящего насквозь света.

5.2. Электрически управляемое двулучепреломление ECB (Electrically Controlled Birefringence)

Из недостатков следует отметить высокую чувствительность к высоким и низким температурам, а также малое количество формируемых тонов. Широкого применения технология ECB не получила.

6.1. Покадровая инверсия полярности

Изменение полярности всех пикселей при отрисовке каждого кадра является наиболее простым в реализации. Основной недостаток этого метода — изображение начинает мерцать с частотой, равной половине частоты кадровой регенерации. То есть если дисплей отображает видеосигнал с кадровой частотой 60 Гц, то мерцание изображения будет раздражать наблюдателя, так как мерцание на частоте 30 Гц заметно почти каждому человеку. Важно, что если бы не было необходимости менять полярность управляющего напряжения ячеек, то воспроизводимое избражение было бы одинаково стабильно, не зависимо от кадровой частоты входного сигнала. Именно переход управляющего напряжения через «ноль» в противоложный знак и приводит к тому, что пиксель кратковренно изменяет свой цвет.

6.2. Чересстрочная инверсия полярности

Объединение четных и нечетных строк ЖК-панели в две группы, изменяющие полярность в противоположных направлениях, позволяет слегка уменьшить эффект мерцания изображения.

6.3. Инверсия с чередованием пикселей (субпикселей)

Чередование полярности соседних пикслеей или субпикселей в противофазе дает наиболее качественный результат. Изображение получается максимально стабильным, а инверсия полярности при этом может проявиться только на специально синтезированных изображениях.

7. Методы управления ячейками активных ЖК-панелей (Drive Mode)

Тонкопленочный диод TFD (Thin Film Diode)

Технология MIM (Metal-Insulator-Metal) производства TFD-панелей позволяет использовать основу из некаленого стекла, которое на порядок дешевле, так как для изготовления тонкопленочных диодов достаточно температуры около 300 о C. К недостаткам TFD-панелей относится температурная нестабильность, а также высокая чуствительность к неоднородностям толщины ЖК-слоя, выраженная в неравномерности отображения серого поля.

Тонкопленочный транзистор TFT (Thin Film Transistor)

Аморфный кремний a-Si (Amorphous Silicon)

Поликристалический кремний p-Si (Poly-Silicon)

Процесс изготовления тонкопленочного транзистора из поликристаллического кремния состоит из меньшего количества операций и позволяет создавать ЖК-панели с более высоким разрешением, по сравнению с формированием транзисторов из аморфного кремния. Но необходимость использования более высоких температур существенно удорожает производство панелей больших диагоналей из-за более высоких требований к термостойкости стекляной основы.

Низкотемпературный поликристаллический кремний LTPS (Low Temperature Poly-Silicon)

8. Способы компенсации низкого контраста и малых углов обзора (Low Contrast & Viewing Angles Compensation)

используется второй пассивный слой ЖК (Double Cell)

используется полимерная пленка ОCF (Optical Compensator Film)

9. Метод увеличения количества отображаемых полутонов (Color Range Expanding)

При малом угловом размере элемента изображения невооруженный человеческий глаз не способен точно определить цвет этого элемента. В связи с этим восприятие изображения, насыщенного мелкими контрастными деталями, будет почти одинаковым как при просмотре его в исходном виде, так и после небольшого уменьшения количества промежуточных полутонов за счет снижения разрядности представления цифровых координат.

Но при просмотре изображений ясного неба, туманов, полированных поверхностей и т. п. наблюдатель сразу обнаружит «пропажу» полутонов в случае, если количество отображаемых оттенков не будет превышать 300 тысяч. Плавные переходы полутонов будут «расчерчены» визуально отчетливыми границами перехода от одного тона к соседнему, так как занимаемая одним цветовым тоном площадь будет достаточна, чтобы глаз наблюдателя адаптировался и зафиксировал границу цветового перехода.

Именно для этой крайней ситуации применяется метод увеличения отображаемых полутонов на ЖК-дисплеях, управляющая электроника которых не позволяет управлять ЖК-ячейками с достаточной точностью для отображения более 300 тыс. оттенков. Среди таких устройств наиболее распространены дисплей с 6-битным представлением цветовых координат. Ячейки таких ЖК-дисплеев аппаратно могут отображать не более 262 тысяч отттенков ((2 6) 3 = 262 144), поэтому в этом случае зачастую применяются методы как межкадрового (Frame Rate Control), так и внутрикадрового (Spatial Dithering) цветового смешения для получения промежуточных полутонов.

9.1. FRC

Межкадровое чередование основных цветовых тонов (Frame Rate Control) формирует у наблюдателя ощущение восприятия промежуточного цветового оттенка:

Color average = (Color n + Color n + 1) / 2

Таким образом, благодаря парному чередованию можно сформировать восприятие N " = N + N − 1 = 2N − 1 оттенков. Очевидно, что при увеличении периода кадровой серии, например, до 4 кадров количество различимых цветовых оттенков вырастет примерно 4 раза:

N " = N + 3(N − 1) = 4N − 3

Если предложенную схему применить для ЖК-панели с 6-битными контроллерами, то глубина представления цвета при N = 2 6 = 64 (по каждому каналу) вырастет до 16,2 млн. оттенков:

N " = (4 × 64 − 3) 3 = 16 194 277 .

9.2. Hi-FRC

По мере разработки более скоростных TN TFT ЖК-панелей был предложен метод высокочастотного межкадрового чередования Hi-FRC. В дисплеях с Hi-FRC длина кадровой серии увеличена до 8 кадров, что расширило потенциальную глубину представления цвета до 129 млн. оттенков.

N " = (8 × 64 − 7) 3 = 505 3 = 128 787 625 .

Поскольку на практике большинство видеоинтерфейсов работает с 24-битной глубиной цвета, контроллеры Hi-FRC «отбрасывают» младшие биты и округляют расчетное значение воспринимаего цветового тона, «вписывая» его в диапазон 16,7 млн. воспроизводимых цветов.

9.3. Внутрикадровое пространственное (spatial) смешение (dithering) полутонов

Данный метод основан на том, что при малом угловом размере элемента изображения невооруженный человеческий глаз не способен точно определить цвет этого элемента. В связи с этим восприятие изображения, насыщенного мелкими контрастными деталями, будет почти одинаковым как при просмотре его в исходном виде, так и после небольшого уменьшения количества промежуточных полутонов за счет снижения разрядности представления цифровых координат. Таким образом, области изображения, насыщенные мелкими деталями, выводятся без обработки. Но для областей с плавными тоновыми переходами различимых пространственных размеров выполняет преобразование по шаблонам.

Рассмотрим одну из самых простых схем смешения 2×2. Для формирования более точного восприятия областей изображения с плавными переходами через промежуточные тона выполняется квантование данных областей на группы размером 2×2 пикселя. После вычисления среднего значения цвета в каждой группе выбирается подходящий шаблон комбинирования цветов. Данная схема позволяет расширить количество ращличимых цветовых оттенков почти в 4 раза:

N " = 4N + 1 .

Таким образом, схема смешения 2×2 для 6-битных ЖК-панелей позволяет увеличить количество воспринимаемых наблюдателем оттенков до 16,97 млн.

N " = (4 × 64 + 1) 3 = 16 974 593 .

10. Метод подсветки

10.1. Отражение падающего света (Reflective) окружаещего освещения, или устройства фронтальной подсветки (Front Light Unit)

Наиболее распространенными среди отражающих ЖК-дисплеев являются модели, построенные на базе TN, STN, GH (guest host), PCGH (phase changed guest host) или PDLC (polymer dispersed liquid crystal) ЖК-панелей. ЖК-панели, использующие для подсветки свет окружающего освещения, обладают намного более узким цветовым диапазоном и уровнем контрастности. Такие панели используются в основном в таких условиях, при которых устройство принудительной подсветки не может по мощности своего светового потока конкурировать с яркостью внешнего освещения.

При разработке качественного отражающего ЖК-дисплея производителям приходится решать сложные задачи. Во-первых, падающий свет перед тем, как достигнуть наблюдателя, проходит дважды через все рабочие слои ЖК-панели: поляризаторы, рассеиватели, светофильтры и сам слой ЖК. Это сильно снижает уровень контраста выводимого изображения. Во-вторых, наличие рассеивателя для обеспечения равномерной яркости по всему полю изображения приводит к появлению смешения цветов. Поэтому производители стремятся по возможности уменьшить суммарную толщину рабочих слоев ЖК-панели, работающей на просвет.

На иллюстрациях выше показано, что применение для TN TFT панели диффузного отражающего слоя (рис. 10.1.3) вместо рассеивающего и отражающего слоев позволяет повисить качество изображения.

10.2. Работа на просвет (Transmissive) за счет использования устройства задней подсветки BLU (Back Light Unit)

ЖК-панели с устройством задней подсветки нашли широчайшее применение в настольных мониторах и дисплеях портативных компьютеров. ЖК-ячейки трансмиссионных дисплеев работают на просвет, то есть световой поток, формируемый устройством задней подсветки, проходит через ячейки в направлении от задней стенки к передней в сторону наблюдателя. При этом сам источник света устройства задней подсветки не обязательно находится позади ЖК-ячеек. Световой поток может достигать ячейки по световодам от источника, располагающегося как непосредственно сзади дисплея, так и, например, сбоку, за пределами рабочей области ЖК-панели.

10.3. Комбинированный подход (Transflective)

Для устройств, рассчитанных на применение, как в закрытых помещениях, так и на открытом пространстве, комбинированный подход является оптимальным решением. Трансфлективные дисплеи обладают чуть меньшей контрастностью, углами обзора и цветовым диапазоном, но при этом не теряют информативности даже при наличии мощного окружающего освещения (например, солнечный свет).

11. Источники света для устройств подсветки

Подсветка на базе люминесцентной лампы с холодным катодом CCFL (Cold Cathode Fluorescent Tube)

Применение люминесцентной лампы с холодным катодом широко распространено во многих устройствах, оснащенных ЖК-панелями. Люминесцентные лампы обладают хорошим запасом по сроку службы, достаточно экономичны (высокая яркость и низкое энергопотребление).

Подсветка на базе светодиодов LED (Light Emission Device)

Светодиоды устойчивы к вибрациям, обладают большим сроком службы, нетребовательны к схеме питания. Существенным недостатком светодиодов является недостаточный КПД, что тормозит их широкое применение в портативных устройствах. В последнее время были разработаны достаточно эффективные «белые» светодиоды, ставшие пионерами в устройствах задней подсветки некоторых моделей портативных компьютеров (ноутбуков и коммуникаторов).

Список литературы:

• П. де Жен. Физика жидких кристаллов . — М.: Мир, 1977.
• Seung-Woo Lee, Sang-Soo Kim. A Novel Dithering Algorithm A Novel Dithering Algorithm for High Color Depth and for High Color Depth and High Color Performance: Hi High Color Performance: Hi-FRC — SID 2004.
• Creating a Neo-Outdoor Work Style. Low-Temperature Polysilicon TFT Reflective Color LCD . — Techno World.

Максим Проскурня

Для многих жидкокристаллические дисплеи (LCD) ассоциируются, прежде всего, с плоскими мониторами, "крутыми" телевизорами, ноутбуками, видеокамерами и сотовыми телефонами. Некоторые добавят сюда КПК, электронные игры, банковские автоматы. Но существует еще множество областей, где необходимы дисплеи с высокой яркостью, прочной конструкцией, работающие в широком диапазоне температур.

Плоские дисплеи нашли применение там, где критичными параметрами являются минимальные энергопотребление, вес и габариты. Машиностроение, автомобильная промышленность, железнодорожный транспорт, морские буровые установки, горное оборудование, наружные торговые точки, авиационная электроника, морской флот, специальные транспортные средства, системы безопасности, медицинское оборудование, вооружение - вот далеко не полный перечень применений жидкокристаллических дисплеев.

Постоянное развитие технологий в этой области позволило снизить стоимость производства LCD до такого уровня, при котором произошел качественный переход: дорогая экзотика стала обыденным явлением. Важным фактором быстрого распространения ЖК-дисплеев в промышленности стала и простота применения.

В этой статье рассматриваются основные параметры различные типов жидкокристаллических дисплеев, что позволит сделать осознанный и правильный выбор LCD для каждого конкретного применения (метод "побольше и подешевше" практически всегда оказывается слишком дорогим).

Все многообразие ЖК-дисплеев можно разделить на несколько типов в зависимости от технологии производства, конструкции, оптических и электрических характеристик.

Технология

В настоящее время при производстве LCD применяются две технологии (рис.1): пассивная матрица (PMLCD-STN) и активная матрица (AMLCD).

Технологии MIM-LCD и Diode-LCD не получили широкого распространения и поэтому не будем на них тратить время.

Рис. 1. Виды технологий жидкокристаллических дисплеев

STN (Super Twisted Nematic)- матрица, состоящая из ЖК-элементов с изменяемой прозрачностью.

TFT (Thin Film Transistor)- активная матрица, в которой каждый пиксел управляется отдельным транзистором.

По сравнению с пассивной матрицей, TFT LCD имеет более высокую контрастность, насыщенность, меньшее время переключения (нет "хвостов" у движущихся объектов).

Управление яркостью в жидкокристаллическом дисплее основано на поляризации света (курс общей физики): свет поляризуется, проходя через поляризационный фильтр (с определенным углом поляризации). При этом наблюдатель видит только снижение яркости света (почти в 2 раза). Если за этим фильтром поставить еще один такой фильтр, то свет будет полностью поглощаться (угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу поляризации первого) или полностью проходить (углы поляризации совпадают). При плавном изменении угла поляризации второго фильтра интенсивность проходящего света будет также плавно изменяться.

Принцип действия и "бутербродная" структура всех TFT LCD примерно одинакова (рис. 2). Свет от лампы подсветки (неоновая или светодиоды) проходит через первый поляризатор и попадает в слой жидких кристаллов, управляемых тонкопленочным транзистором (TFT). Транзистор создает электрическое поле, которое формирует ориентацию жидких кристаллов. Пройдя такую структуру, свет меняет свою поляризацию и будет - или полностью поглощен вторым поляризационным фильтром (черный экран), или не будет поглощаться (белый), или поглощение будет частичным (цвета спектра). Цвет изображения определяют цветовые фильтры (аналогично электронно-лучевым трубкам, каждый пиксел матрицы состоит из трех субпикселов - красного, зеленого и голубого).

Рис. 2. Структура TFT LCD

Пиксел TFT

Цветные фильтры для красного, зелёного и синего цветов интегрированы в стеклянную основу и расположены близко друг к другу. Это может быть вертикальная полоса, мозаичная структура или дельта-структура (рис. 3). Каждый пиксел (точка) состоит из трёх ячеек указанных цветов (субпикселей). Это означает, что при разрешении m x n активная матрица содержит 3m x n транзисторов и субпикселов. Шаг пиксела (с тремя субпикселами) для 15.1" TFT ЖК-дисплея (1024 x 768 точек) составляет примерно 0.30 мм, а для 18.1" (1280 x 1024 точки)- 0.28 мм. TFT LCD имеют физическое ограничение, которое определяется максимальной площадью экрана. Не ждите разрешения 1280 x 1024 при диагонали 15" и шаге точки 0.297 мм.

Рис. 3. Структура цветного фильтра

На близком расстоянии точки явственно различимы, но это не беда: при формировании цвета используется свойство человеческого глаза смешивать цвета при угле зрения менее 0,03°. На расстоянии 40 см от ЖК-дисплея при шаге между субпикселами 0,1 мм угол зрения составит 0,014° (цвет каждого субпиксела различит только человек с орлиным зрением).

Типы ЖК-дисплеев

TN (Twist Nematic) TFT или TN+Film TFT - первая технология, появившаяся на рынке ЖК-дисплеев, основное достоинство которой& - дешевизна. Недостатки: черный цвет больше похож на темно-серый, что приводит к низкой контрастности изображения, "мертвые" пиксели (при выходе из строя транзистора) очень яркие и заметные.

IPS (In-Pane Switching) (Hitachi) или Super Fine TFT (NEC, 1995 год). Характеризуется наибольшим углом обзора и высокой точностью цветопередачи. Угол обзора расширен до 170°, остальные функции - как у TN+Film (время отклика порядка 25мс), практически идеальный черный цвет. Преимущества: хорошая контрастность, "мертвый" пиксель - черный.

Super IPS (Hitachi), Advansed SFT (производитель - NEC). Достоинства: яркое контрастное изображение, искажения цвета почти незаметны, увеличены углы обзора (до 170° по вертикали и по горизонтали) и обеспечена исключительная четкость.

UA-IPS (Ultra Advanced IPS), UA-SFT (Ultra Advanced SFT) (NEC). Время реакции достаточно для обеспечения минимальных искажений цвета при просмотре экрана под разными углами, повышенная прозрачность панели и расширение цветовой гаммы при достаточно высоком уровне яркости.

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) (Fujitsu).Основное преимущество - наименьшее время реакции и высокая контрастность. Главный недостаток - высокая стоимость.

PVA (Patterned Vertical Alignment) (Samsung). Микроструктурное вертикальное размещение ЖК.

Конструкция

Конструкция жидкокристаллического дисплея определяется расположением слоев в "бутерброде" (включая и светопроводящий слой) и имеет наибольшее значение для качества изображения на экране (в любых условиях: от темного помещения до работы при солнечном свете). В настоящее время используются три основных типа цветных LCD:

• пропускающий (transmissive), предназначенный в основном для оборудования, работающего в помещении;
• отражающий (reflective) применяется в калькуляторах и часах;
• проекционный (projection) используется в ЖК-проекторах.

Компромиссной разновидностью пропускающего типа дисплея для работы, как в помещении, так и при внешнем освещении, является полупрозрачный (transflective) тип конструкции.

Пропускающий тип дисплея (transmissive) . В этом типе конструкции свет поступает сквозь жидкокристаллическую панель с задней стороны (подсветка) (рис. 4).По этой технологии сделаны большинство ЖК-дисплеев, используемых в ноутбуках и карманных компьютерах. Transmissive LCD имеет высокое качество изображения в помещении и низкое (черный экран) при солнечном свете, т.к. отраженные от поверхности экрана солнечные лучи полностью подавляют свет, излучаемый подсветкой. Эта проблема решается (в настоящее время) двумя способами: увеличением яркости задней подсветки и уменьшением количества отраженного солнечного света.

Рис. 4. Конструкция жидкокристаллического дисплея пропускающего типа

Для работы при дневном освещении в тени необходима лампа подсветки, обеспечивающая 500 кд/м2, при прямом солнечном свете - 1000 кд/м 2 . Яркости в 300 кд/м 2 можно добиться путем предельного увеличения яркости одной лампы CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) или добавлением второй лампы, расположенной напротив. Модели жидкокристаллических дисплеев с повышенной яркостью используют от 8 до 16 ламп. Однако увеличение яркости подсветки увеличивает расход энергии батарей (одна лампа подсветки потребляет около 30% энергии, используемой устройством). Следовательно, экраны с повышенной яркостью можно использовать только при наличии внешнего источника питания.

Уменьшение количества отраженного света достигается нанесением антиотражающего покрытия на один или несколько слоев дисплея, заменой стандартного поляризационного слоя на минимально отражающий, добавлением пленок, повышающих яркость и, таким образом, увеличивающих эффективность источника света. В ЖК-дисплеях Fujitsu преобразователь заполняется жидкостью с коэффициентом рефракции, равным коэффициенту рефракции сенсорной панели, что значительно сокращает количество отраженного света (но сильно сказывается на стоимости).

Полупрозрачный тип дисплея (transflective) похож на пропускающий, но у него между слоем жидких кристаллов и подсветкой имеется т. н. частично отражающий слой (рис.5). Он может быть или частично серебряным, или полностью зеркальным со множеством маленьких отверстий. Когда такой экран используется в помещении, он работает аналогично transmissive LCD, в котором часть освещения поглощается отражающим слоем. При дневном освещении солнечный свет отражается от зеркального слоя и освещает слой ЖК, при этом свет проходит жидкие кристаллы дважды (внутрь, а затем наружу). Как следствие, качество изображения при дневном освещении ниже, чем при искусственном освещении в помещении, когда свет проходит LCD один раз.

Рис. 5. Конструкция жидкокристаллического дисплея полупрозрачного типа

Баланс между качеством изображения в помещении и при дневном освещении достигается подбором характеристик пропускающего и отражающего слоев.

Отражающий тип дисплея (reflective) имеет полностью отражающий зеркальный слой. Все освещение (солнечный свет или свет передней подсветки) (рис. 6), проходит сквозь ЖКИ, отражается от зеркального слоя и снова проходит сквозь ЖКИ. В этом случае качество изображения у дисплеев отражающего типа ниже, чем у полупропускающего (так как в обоих случаях используются сходные технологии). В помещении передняя подсветка не так эффективна, как задняя, и, соответственно, качество изображения - ниже.

Рис. 6. Конструкция жидкокристаллического дисплея отражающего типа

Основные параметры жидкокристаллических панелей

Разрешение. Цифровая панель, число пикселей в которой строго соответствует номинальному разрешению, должна корректно и быстро масштабировать изображение. Простой способ проверки качества масштабирования - изменение разрешения (на экране текст, написанный мелким шрифтом). По контурам букв легко заметить качество интерполяции. Качественный алгоритм дает ровные, но немного размытые буквы, тогда как быстрая целочисленная интерполяция обязательно вносит искажения. Быстродействие - второй параметр разрешения (для масштабирования одного кадра требуется время на интерполяцию).

Мертвые пиксели. На плоской панели могут не работать несколько пикселей (они всегда одного цвета), которые появляются в процессе производства и восстановлению не подлежат.

Стандарт ISO 13406-2 определяет предельные значения количества дефектных пикселов на миллион. В соответствии с таблицей ЖК-панели делятся на 4 класса.

Таблица 1

Тип 1 - постоянно светящиеся пиксели (белый); Тип 2 - "мертвые" пиксели (черный); Тип 3 - дефектные красные, синие и зеленые субпиксели.

Угол обзора. Максимальный угол обзора определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения уменьшается в 10 раз. Но в первую очередь при изменении угла обзора от 90(видны искажения цвета. Поэтому, чем больше угол обзора, тем лучше. Различают горизонтальный и вертикальный угол обзора, рекомендуемые минимальные значения - 140 и 120 градусов соответственно (наилучшие углы обзора даёт технология MVA).

Время отклика (инерционность)- время, за которое транзистор успевает изменить пространственную ориентацию молекул жидких кристаллов (чем меньше, тем лучше). Для того чтобы быстро движущиеся объекты не казались смазанными, достаточно времени отклика 25 мс. Этот параметр состоит из двух величин: времени на включение пикселя (come-up time) и времени на выключение (come-down time). Время отклика (точнее, время выключения как наибольшее время, за которое отдельный пиксель максимально изменяет свою яркость) определяет частоту обновления изображения на экране

FPS = 1 с/время отклика.

Яркость - преимущество ЖК-дисплея, которая в среднем в два раза выше показателей ЭЛТ: с увеличением интенсивности лампы подсветки сразу возрастает яркость, а в ЭЛТ необходимо усиливать поток электронов, что приведёт к значительному усложнению её конструкции и повысит электромагнитное излучение. Рекомендуемое значение яркости - не менее 200 кд/м 2 .

Контрастность определяется как соотношение между максимальной и минимальной яркостью. Основная проблема заключается в сложности получения точки чёрного цвета, т.к. лампа подсветки включена постоянно и для получения тёмных тонов используется эффект поляризации. Чёрный цвет зависит от качества перекрытия светового потока подсветки.

ЖК-дисплеи как сенсоры. Снижение стоимости и появление моделей LCD, работающих в жестких условиях эксплуатации, позволило совместить в одном лице (в лице жидкокристаллического дисплея) средство вывода визуальной информации и средство ввода информации (клавиатура). Задача построения такой системы упрощается использованием контроллера последовательного интерфейса, который подключается, с одной стороны, к ЖК-дисплею, а с другой - непосредственно к последовательному порту (СОМ1 - СОМ4) (рис.7). Для управления, декодирования сигналов и подавления "дребезга" (если так можно назвать определение прикосновения) применяется PIC-контроллер (например, IF190 фирмы Data Display), обеспечивающий высокое быстродействие и точность определения точки прикосновения.

Рис. 7. Блок-схема TFT LCD на примере NL6448BC-26-01 дисплея фирмы NEC

Завершим на этом теоретические изыскания и перейдем к реалиям сегодняшнего дня, а точнее - к тому, что имеется сейчас на рынке жидкокристаллических дисплеев. Среди всех изготовителей TFT LCD рассмотрим продукцию NEC, Sharp, Siemens и Samsung. Выбор этих фирм обусловлен

1. лидерством на рынке ЖК-дисплеев и технологий производства TFT LCD;
2. доступностью продукции на рынке стран СНГ.

Компания NEC Corporation выпускает жидкокристаллические дисплеи (20% рынка) практически с момента их появления и предлагает не только широкий выбор, но и различные варианты исполнения: стандартный (Standard), специальный (Special) и особый (Specific). Стандартный вариант - компьютеры, офисное оборудование, домашняя электроника, коммуникационные системы и т.п. Специальное исполнение применяется на транспорте (любом: наземном и морском), системах управления движением, системах безопасности, медицинском оборудовании (не связанном с системами жизнеобеспечения). Для систем вооружений, авиации, космического оборудования, систем управления ядерными реакторами, систем жизнеобеспечения и других аналогичных предназначен особый вариант исполнения (понятно, что стоит это недешево).

Перечень выпускаемых ЖК-панелей для промышленного применения (инвертер для лампы подсветки поставляется отдельно) приведен в таблице 2, а блок-схема (на примере 10-дюймового дисплея NL6448BC26-01)- на рис. 8.

Рис. 8. Внешний вид дисплея

Таблица 2. Модели ЖК-панелей фирмы NEC

Модель	Размер по диагонали, дюйм	Количество пикселей	Число цветов	Описание
NL8060BC31-17	12,1	800x600	262144	Высокая яркость (350кд/м 2)
NL8060BC31-20	12,1	800x600	262144	Широкий угол обзора
NL10276BC20-04	10,4	1024x768	262144	-
NL8060BC26-17	10,4	800x600	262144	-
NL6448AC33-18A	10,4	640x480	262144	Встроенный инвертор
NL6448AC33-29	10,4	640x480	262144	Высокая яркость, широкий угол обзора, встроенный инвертор
NL6448BC33-46	10,4	640x480	262144	Высокая яркость, широкий угол обзора
NL6448CC33-30W	10,4	640x480	262144	Без подсветки
NL6448BC26-01	8,4	640x480	262144	Высокая яркость (450 кд/м 2)
NL6448BC20-08	6,5	640x480	262144	-
NL10276BC12-02	6,3	1024x768	16, 19M	-
NL3224AC35-01	5,5	320x240	Full color
NL3224AC35-06	5,5	320x240	Full color	Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор, тонкий
NL3224AC35-10	5,5	320x240	Full color	Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор
NL3224AC35-13	5,5	320x240	Full color	Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор
NL3224AC35-20	5,5	320x240	262, 144	Высокая яркость (400 кд/м 2)

Сыграла значительную роль в развитии LCD-технологий. Компания Sharp и сейчас находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. В 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы с разрешением 160х120 пикселов. Краткий перечень продукции - в таблице 3.

Таблица 3. Модели ЖК-панелей фирмы Sharp

Выпускает жидкокристаллические дисплеи с активной матрицей на низкотемпературных поликремниевых тонкопленочных транзисторах. Основные характеристики дисплеев с диагональю 10,5" и 15" приведены в таблице 4. Обратите внимание на диапазон рабочих температур и стойкость к ударам.

Таблица 4. Основные характеристики ЖК-дисплеев фирмы Siemens

Примечания:

I - встроенный инвертор l - в соответствии с требованиями стандарта MIL-STD810

Фирма выпускает жидкокристаллические дисплеи под торговой маркой "Wiseview™". Начав с выпуска 2-дюймовой TFT панели для поддержки Интернета и анимации в мобильных телефонах, Samsung теперь производит гамму дисплеев от 1,8" до 10,4" в сегменте малых и средних TFT LCD, причем некоторые модели предназначены для работы при естественном освещении (таблица 5).

Таблица 5. Основные характеристики ЖК-дисплеев Samsung малых и средних размеров

Примечания:

LED - светодиодная; CCFL - флуоресцентная лампа с холодным катодом;

В дисплеях используется технология PVA.

Выводы.

В настоящее время выбор модели жидкокристаллического дисплея определяется требованиями конкретного применения и в значительно меньшей степени - стоимостью LCD.

Простые приборы, которые имеют такое оснащение, могут работать либо с черно-белым изображением, либо с 2-5 цветами. На данный момент описываемые экраны используются для отображения графической или текстовой информации. Их устанавливают в компьютеры, ноутбуки, телевизоры, телефоны, фотоаппараты, планшеты. Большинство электронных устройств на данный момент работает именно с таким экраном. Одной из популярных разновидностей такой техники является жидкокристаллический дисплей с активной матрицей.

История

Впервые жидкие кристаллы были открыты в 1888 году. Сделал это австриец Рейнитцер. В 1927 году русский физик Фредерикс открыл переход, который был назван в его честь. На данный момент он широко используется при создании жидкокристаллических дисплеев. В 1970 году компания RCA представила первый экран подобного типа. Его сразу стали применять в часах, калькуляторах и других приборах.

Чуть позже был создан матричный дисплей, который работал с черно-белым изображением. Цветной жидкокристаллический экран появился в 1987 году. Его создатель - компания Sharp. Диагональ этого прибора составляла 3 дюйма. Отзывы о LCD-экране такого типа были положительными.

Устройство

Рассматривая LCD-экраны, необходимо упомянуть о конструкции технологии.

Состоит данное устройство из ЖК-матрицы, источников света, которые обеспечивают непосредственно саму подсветку. Имеется пластиковый корпус, обрамленный металлической рамкой. Она необходима для придания жесткости. Также используются контактные жгуты, которые являются проводами.

ЖК-пиксели состоят из двух электродов прозрачного типа. Между ними размещается слой молекул, а также имеется два поляризационных фильтра. Их плоскости перпендикулярны. Следует отметить один нюанс. Он заключается в том, что если бы жидких кристаллов между вышеуказанными фильтрами не существовало, то свет, проходящий через один из них, блокировался бы сразу же вторым.

Поверхность электродов, которая соприкасается с жидкими кристаллами, покрыта специальной оболочкой. За счет этого молекулы движутся в одном направлении. Как уже было сказано выше, в основном они располагаются перпендикулярно. При отсутствии напряжения все молекулы имеют винтовую структуру. За счет этого свет преломляется и проходит через второй фильтр без потерь. Теперь любой человек должен понимать что это - LCD с точки зрения физики.

Преимущества

Если сравнивать с электронно-лучевыми приборами, то жидкокристаллический дисплей здесь выигрывает. Он имеет небольшие размеры и массу. ЖК-устройства не мерцают, у них нет проблем с фокусировкой, а также со сведением лучей, не появляются помехи, которые возникают от магнитных полей, нет никаких проблем с геометрией картинки и ее четкостью. Можно прикрепить дисплей LCD на кронштейнах к стене. Сделать это очень просто. При этом картинка не потеряет своих качеств.

Сколько потребляет ЖК-монитор, полностью зависит от настроек изображения, модели самого прибора, а также от характеристик подачи сигнала. Поэтому этот показатель может как совпадать с потреблением тех же лучевых устройств и плазменных экранов, так и быть гораздо ниже. На данный момент известно, что трата электроэнергии ЖК-мониторов будет определяться мощностью установленных ламп, которые обеспечивают подсветку.

Необходимо также сказать о малогабаритных дисплеях LCD. Что это, чем они отличаются? Большая часть таких приборов не имеет подсветки. Эти экраны используются в калькуляторах, часах. Такие устройства отличаются совершенно низким энергопотреблением, поэтому они могут работать до нескольких лет автономно.

Недостатки

Однако эти приборы имеют и минусы. К сожалению, много недостатков являются трудноустранимыми.

Если сравнивать с электронно-лучевой техникой, то четкое изображение на ЖК-дисплее можно получить лишь при штатном разрешении. Чтобы добиться хорошей характеристики других картинок, придется использовать интерполяцию.

ЖК-мониторы имеют средний контраст, а также плохую глубину черного цвета. Если захочется увеличить первый показатель, то нужно сделать больше яркость, что не всегда обеспечивает комфортный просмотр. Эта проблема заметна в устройствах LCD от Sony.

Скорость смены кадров у ЖК-дисплеев намного меньше, если сравнивать с плазменными экранами или электронно-лучевыми. На данный момент разработана технология Overdrive, однако она не решает проблемы скорости.

С углами обзора также имеются некоторые нюансы. Они полностью зависят от контрастности. У электронно-лучевой техники такой неприятности нет. ЖК-мониторы не защищены от механических повреждений, матрица не покрыта стеклом, поэтому при сильном нажатии можно деформировать кристаллы.

Подсветка

Поясняя, что это такое - LCD, следует сказать и об этой характеристике. Сами кристаллы не светятся. Поэтому для того чтобы изображение стало видимым, необходимо иметь источник света. Он может быть внешним или внутренним.

В качестве первого следует использовать солнечные лучи. Во втором варианте применяется искусственный источник.

Как правило, лампы со встроенной подсветкой устанавливаются сзади всех слоев жидких кристаллов, за счет чего они просвечиваются насквозь. Также встречается боковая подсветка, которая используется в часах. В телевизорах LCD (что это - ответ выше) такой тип конструкции не применяется.

Что касается внешнего освещения, то, как правило, черно-белые дисплеи часов и мобильных телефонов работают при наличии такого источника. Позади слоя с пикселями находится специальная матовая отражающая поверхность. Она позволяет отбивать солнечный свет или же излучение от ламп. Благодаря этому можно использовать такие устройства в темноте, так как производители встраивают боковую подсветку.

Дополнительная информацция

Есть дисплеи, в которых объединены внешний источник и дополнительно встроенные лампы. Ранее в некоторых часах, где был установлен ЖК-экран монохромного типа, использовалась специальная лампа накаливания небольшого размера. Однако из-за того что она потребляет слишком много энергии, такое решение не является выгодным. Подобные устройства уже не используются в телевизорах, так как они выделяют большое количество тепла. Из-за этого жидкие кристаллы разрушаются и перегорают.

В начале 2010 года стали распространенными LCD-телевизоры (что это такое, мы рассмотрели выше), которые имели Такие дисплеи не стоит путать с действительно настоящими LED-экранами, где каждый пиксель светится самостоятельно, являясь светодиодом.