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.
Как правило, LCD-телевизор приобретают по двум причинам: стремление разместить максимально большой экран на минимальной площади или же как компромисс между плазменной панелью, на которую жалко денег, и обычным, кинескопным телевизором, который по тем или иным причинам перестал удовлетворять потребности покупателя. В первом случае – никаких проблем: сегодня действительно нет более компактных телевизоров, чем LCD. Такой поместится и на небольшом комоде, и в тесной кухне и даже на стене. А вот как недорогую альтернативу плазме такой телевизор нужно выбирать, учитывая ряд оговорок. Во-первых, по качеству цветопередачи большинство LCD -телевизоров пока уступают не только плазменным панелям, но и традиционным телевизорам: у них менее естественная картинка и ниже уровень цветовых переходов. Кроме того, яркость и насыщенность цветов сильно зависит от угла просмотра, поэтому комфортно смотреть любимые передачи с друзьями, разместившись по периметру комнаты, получится далеко не всегда. Конечно же исключением из вышеперечисленных правил являются . Они еще менее габаритны, а также имеют лучшие цветовые и другие характеристики изображения.
Зато даже самые простые LCD-телевизоры напрочь лишены главных недостатков ЭЛТ: мерцания экрана, большого размера и веса, проблем со сведением лучей, геометрических искажений и вредного электромагнитного излучения. Что важнее – решать каждому конкретному покупателю, однако, если выбор сделан в пользу LCD-технологии, перед тем как идти в магазин не лишним будет ознакомиться с основными отличиями, характеристиками и особенностями таких телевизоров.
Основные характеристики LCD-телевизора
При выборе LCD-телевизора, или просто LCD TV, необходимо обратить внимание на следующие параметры:
Яркость
Одним из самых важных параметров LCD-телевизора является его яркость. От нее зависит, настолько комфортным будет просмотр телевизора в освещенном помещении – в солнечный день, при ярком электрическом свете и т.д. – то есть, в значительной части случаев. Минимальное значение яркости сегодня составляет 350-400 кд/кв.м и позволяет смотреть телевизор в освещенном помещении с более или менее приемлемым качеством. Правда, при попадании на экран прямых солнечных лучей такой дисплей «слепнет», поэтому если вы планируете разместить телевизор вблизи источника света (например, напротив окна), стоит выбрать более яркую модель. Тем более, что цена LCD-телевизора от его яркости зависит несущественно, поскольку последняя колеблется для моделей одинаковой диагонали в маленьком диапазоне: например, среди 15 дюймовых моделей ее значение лежит в пределах 400-500 кд/кв. м, в сегменте 26 и 32 дюймовых телевизорах – 450-600 кд/кв. м и т.д. Самые яркие матрицы на сегодняшний день – в моделях LG и Philips.
Углы обзора
Второй ключевой характеристикой любого LCD-телевизора является угол обзора. Чем он больше – тем комфортнее вам будет смотреть его из любых точек помещения. У продвинутых современных моделей угол обзора достигает 160-170 градусов по вертикали и горизонтали, то есть фактически снимает эту проблему – такой телевизор можно смело ставить (или вешать), где угодно. 15-дюймовый LCD телевизор Sharp LC-15SH1E с углами обзора по вертикали и горизонтали 170 градусов стоит заметно дороже обладающего такой же диагональю и всеми остальными параметрами (и даже чуть большей яркостью) LCD телевизор LG RZ-с углами 160 и 130 градусов по вертикали и горизонтали. С ростом диагонали эта разница станет еще существеннее.
Возможности подключения
Третий важный момент, про который часто забывают при покупке LCD -телевизора – это возможности его подключения к различным устройствам, в первую очередь к DVD-проигрывателям. Производители, как правило, оснащают LCD -телевизоры стандартными для ТВ/видеотехники разъемами стандартов RGB: SCART, «Компонентный», S-Video. Полезно перед покупкой прочитать документацию к устройствам, с которыми вы планируете «подружить» ваш новый телевизор, и убедиться в наличии одноименных интерфейсов для соединения.
Слово о пикселях
Еще один параметр — количество неработающих пикселей. Это пиксели, которые постоянно включены в каком-то одном состоянии и не меняют свой цвет в зависимости от сигнала. Разные производители допускают различное количество неработающих пикселей на экране, о чем пишут в инструкциях по использованию товара. Например, в инструкции может быть написано «если на панели вы обнаружили не более четырех неработающих пикселей, то панель считается полностью работоспособной». В , как правило, вообще не допускается наличие неработающих пикселей, так как на монитор мы смотрим с гораздо более близкого расстояния, чем на телевизор, и сразу можем разглядеть этот «мусор». Тем не менее, уже несколько таких точек на телевизоре будут обращать на себя внимание, поэтому перед покупкой нужно обязательно проверить их наличие.
Время отклика матрицы
Помимо перечисленных выше параметров, в характеристики почти каждого LCD-телевизора указано еще и время отклика матрицы. Для того, чтобы понять, что эта характеристика обозначает, сделаем небольшой технический экскурс. Любой LCD-экран – это экран просветного типа, который подсвечивается с обратной стороны лампой белого цвета, а ячейки основных цветов (RGB – красный, зеленый, синий), расположенные на трех панелях соответствующих цветов, пропускают или не пропускают через себя свет в зависимости от приложенного напряжения. Именно поэтому происходит определенное запаздывание картинки, особенно заметное при просмотре быстродвижущихся объектов. Степень этого запаздывания и характеризует время отклика, соответственно, чем оно меньше – тем лучше. В современных моделях этот показатель обычно лежит в диапазоне от 8 мс (1мс — одна тысячная секунды) до 16 мс и зависит от типа и размера матрицы. Кроме того, различные производители измеряют этот показатель по-разному (обычно в выгодную им сторону), поэтому действительно важен он лишь при выборе между разными моделями одной марки. В остальных случаях его следует учитывать, но проверять на практике – например, в магазине посмотреть, как показывают динамические сцены понравившейся вам модели. И вполне возможно, что телевизор с большим временем отклика (по документам) может работать качественнее, чем тот, у которого заявлено меньшее время. Рекордсменом по времени отклика является компания Philips – у некоторых ее моделей он составляет всего 6 мс. Например, у 32-дюймового LCD телевизор Philips 32PF9966/10.
Разрешение экрана
Другим, не менее важным, но и не менее спорным показателем является разрешение. Дело в том, что лучшая картинка получается тогда, когда физическое разрешение матрицы равно разрешению входного сигнала. По этой причине для просмотра DVD (а более качественный сигнал пока найти сложно) идеально подходит разрешение 720×576, но телевизоров с такой матрицей на рынке пока нет. Для просмотра же телепередач на телевизорах с соотношением сторон 4:3 и небольшой диагонали (до 26 дюймов) вполне хватит и разрешения 640×480 точек.
На больших же диагоналях (после 32") идет «заточка» даже не под DVD, а под телевидение высокой четкости (HDTV), которое уже становится эталоном видеоизображения во всем мире. Подходящее для такого сигнала разрешение -1920×1080 (Full HD), но такие телевизоры стоят немалых денег. Поэтому так же, как и время отклика, разрешение следует учитывать, но не делать его определяющим критерием при выборе. Кроме того, по этому показателю имеет смысл сравнивать лишь телевизоры с одинаковой диагональю.
Это же справедливо и относительно контрастности – если еще пару лет назад она была одной из самых важных характеристик LCD -панелей, то сегодня технологии позволяют делать ее достаточной даже на недорогих панелях и почувствовать разницу между матрицами с этим показателем, равным, например 500:1 и 600:1 может не каждый человек и не на каждом телевизоре. Физический смысл этого показателя таков: если телевизор имеет контрастность 600:1, то это значит, что самые темные участки изображения отличаются по яркости от самых светлых в 600 раз. Правда, фирмы, указывая этот параметр, не указывают, как они измерили эту контрастность, а ведь в темном или в светлом помещении мы получим разный результат.
Ресурс лампы
Также нужно обратить внимание и на время работы лампы. Для большинства современных ЖК-телевизоров почти на максимальной яркости оно составляет 60 000 часов (этого хватит примерно на 16 лет при просмотре телевизора по 10 часов в день), хотя на рынке есть аппараты и с меньшим временем работы лампы. Для сравнения: у плазменных телевизоров яркость за то же время уменьшается гораздо сильнее, а для кинескопных телевизоров (здесь, правда, выгорает люминофор) порог – 15 000-20 000 часов, потом качество заметно ухудшается. Резюмируя, можно посоветовать перед покупкой LCD-телевизора задавать себе вопросы в следующем порядке: как показывает, как выглядит, кто производитель, какие у модели технические параметры.
Перед тем как приобрести новый телевизор, многие покупатели задаются вопросом: какая из технологий лучше. Чаще всего выбирать приходится между ставшим уже классическим LCD телевизором, который также называют ЖК, и телевизором LED. Однако перед тем как решать, какой из них лучше, необходимо узнать, что же каждый из них представляет.
LCD телевизор, или как у нас его называют, ЖК, обладает монитором, созданным из жидких кристаллов и обладающей задней флюоресцентной подсветкой, для которой используется лампа с холодным катодом.
LED телевизор имеет в своем составе полупроводники, которые сами являются источниками излучения, при подаче на них напряжения. В качестве подсветки используются светодиоды, которые могут располагаться по бокам дисплея или сзади него по периметру.
Что собой представляют ЖК телевизоры
LCD монитор представляет собой две прозрачные пластины с электродами, между которыми располагаются жидкие кристаллы. Изменения и передача изображения происходит тогда, когда на электроды подается электрический ток. Такая технология сама не способна излучать свет, поэтому нуждается в дополнительной задней подсветке экрана.
В качестве такой подсветки зачастую используется флюоресцентная лампа, обладающая холодным катодом. Состоит она из электронно-лучевых горизонтальных трубок, которые размещаются вдоль монитора.
Технология LED телевизоров
LED телевизоры отличаются от ЖК вариантов только подсветкой, само же устройство экрана не отличается. У таких моделей телевизоров при этом существует два вида подсветки:
- Боковая (Edge). При таком виде подсветки светодиоды располагаются сбоку от экрана, а свет от них направлен в торец панели. Это наиболее дешевая технология. Равномерное освещение экрана в данном случае обеспечивают рассеиватели, а компенсация световых потерь происходит благодаря установленным отражателям.
- Задняя (Direct) подсветка. При этом светодиоды располагаются с задней стороны стекла по всей его площади. Для равномерного освещения и компенсации потерь в данной технологии также обеспечивают компенсаторы и рассеиватели. Считается, что данный тип подсветки намного лучше, чем боковой.
Благодаря второму типу подсветки каждый диод, при подаче на него напряжения, начинает светиться определенным цветом и создает необходимый оттенок пикселя, соответствующий изображению на экране. Благодаря этому контрастность и яркость изображения становится намного лучше, чем могут передать стандартные LCD телевизоры.
Благодаря использованию светодиодов, телевизоры типа ЛЕД отличаются меньшей толщиной, чем ЖК модели с электронно-лучевыми трубками, предназначенными для подсветки. При этом модели с боковой подсветкой тоньше, чем с задней, хоть и немного хуже передают контрастность и глубину черного.
Виды освещения в LED экранах
Также подсветка в таких телевизорах делится на разноцветную и белую. Белая подсветка по своим характеристикам напоминает подсветку в классических LCD мониторах. Для ее создания используется синий источник света, которые покрывается серой, в результате чего получается белый цвет. Располагаются такие источники света по бокам экрана. Благодаря такому освещению экран будет особенно хорошо передавать зеленый оттенок. Однако в некоторых старых моделях телевизоров с белой подсветкой, зеленого может оказаться слишком много.
Разноцветная подсветка располагается сзади экрана и способна намного лучше передавать цвета и оттенки, так как для ее создания используются диоды красного, зеленого и синего цвета. При таком типе подсветки проблем с большим количеством зеленого цвета не возникнет.
Чем LED телевизор лучше LCD
У LED телевизоров, по сравнению с ЖК моделями, есть целый ряд преимуществ. Разберемся с каждым из них по отдельности.
| Точность передачи цветов и их оттенков | Все дисплеи типа ЛЕД, по сравнению с LCD экранами, обладают максимально точной передачей оттенков и цветов. Это достигается благодаря использованию светодиодов RGB. Они способны воспроизводить наиболее яркие и насыщенные цвета |
| Уровень черного цвета и контрастность изображения | В ЖК телевизорах для создания черного цвета жидкие кристаллы просто блокируют прохождения света. Однако небольшое количество света через них все равно проникает, поэтому достигнуть при помощи такой технологии особенной глубины черного цвета или контрастности сложно. Световые диоды при этом могут либо вообще не получать напряжения, а соответственно и не светиться, или излучать совсем слабый свет. Благодаря этому контрастность, как и насыщенность черного цвета в них лучше. |
| Энергоэффективность | Светодиоды могут светиться совсем слабо, при этом они будут использовать небольшое количество энергии. В LCD телевизорах уровень напряжения всегда один и тот, же, поэтому LED телевизоры потребляют меньше электроэнергии и сокращают количество его потребления. |
| Угол обзора | Этот параметр зависит от многих технологий, но в первую очередь от переднего стекла монитора. Современные модели LED и LCD телевизоров способны достигать как вертикального, так и горизонтального угла обзора в 180 градусов. Но старые ЖК телевизоры обладали углом обзора всего в 45 градусов, а вот у LED моделей угол обзора был лучше и начался со 160 |
| Долговечность | Люминесцентные лампы имеют меньший срок годности, чем обычные светодиоды, а значит, LED экран прослужит вам намного дольше. |
| Экологичность | По сравнению в ЖК моделями такие телевизоры практически не наносят никакого вреда окружающей среде, так как не содержат в себе ртути, которая присутствует в обычных лампах подсветки. |
| Толщина корпуса | Так как диоды занимают намного меньше места, чем люминесцентные лампы, появляется возможность создавать более тонкие и компактные модели телевизоров. |
| Большое количество дополнительных возможностей | В современных моделях ЛЕД телевизоров имеется огромное количество различных интерфейсов и разъемов, благодаря которым к ним можно подключать любое цифровое устройство, игровую консоль или даже компьютер. Кроме того, такие телевизоры поддерживают огромное количество аудио, видео и фото форматов, могут обладать функцией Smart TV, а также 3D. |
LCD мониторы стараются догнать LED устройства, и у них это пока что получилось только в размерах диагонали и быстроте отклика. Единственное их существенное преимущество – небольшая цена. Однако с каждым годом стоимость LED моделей также начинает подать, а значит, в скором времени и в этом параметре они тоже сравняются.
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
- лидерством на рынке ЖК-дисплеев и технологий производства TFT LCD;
- 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.
Рассказывающая об отличиях IPS и TN матриц в рамках советов при покупке монитора или ноутбука. Пришло время поговорить о всех современных технологиях производства дисплеев , с которыми мы можем столкнуться и иметь представление о видах матриц в устройствах нашего поколения. Не путайте с LED, EDGE LED, Direct LED — это типы подсветки экранов и к технологии создания дисплеев имеют косвенное отношение.
Наверное, каждый может вспомнить свой монитор с электронно-лучевой трубкой, которым пользовался ранее. Правда и до сих пор встречаются пользователи и поклонники ЭЛТ технологии. В настоящее время экраны увеличились в диагонали, поменялись технологии изготовления дисплеев, стало все больше разновидностей в характеристиках матриц, обозначающихся аббревиатурами TN, TN-Film, IPS, Amoled и т.д.
Информация в данной статье поможет выбрать себе монитор, смартфон, планшет и другую различного рода технику. Помимо этого, позволит осветить технологии создания дисплеев, а также типы и особенности их матриц.
Пару слов о жидкокристаллических дисплеях
LCD (Liquid Crystal Display — жидкокристаллический дисплей) — это дисплей, изготовленный на основе жидких кристаллов, которые меняют свое расположение при подаче на них напряжения. Если вы близко подойдете к такому дисплею и внимательно присмотритесь к нему, то заметите, что он состоит из маленьких точек – пикселей (жидких кристаллов). В свою очередь каждый пиксель состоит из красного, синего и зеленого субпикселей. При подаче напряжения субпиксели выстраиваются в определенном порядке и пропускают через себя свет, таким образом формируя пиксель определенного цвета. Множество таких пикселей формируют изображение на экране монитора или другого устройства.
Первые мониторы массового производства оснащались матрицами TN — обладающими самой простой конструкцией, но которые нельзя назвать самым качественным типом матрицы. Хотя и среди данного типа матриц имеются весьма качественные экземпляры. Данная технология основана на том, что при отсутствии напряжения субпиксели пропускают через себя свет, формируя на экране белую точку. При подаче напряжения на субпиксели, они выстраиваются в определенном порядке, образуя собой пиксель заданного цвета.
Недостатки TN матрицы
- По той причине, что стандартный цвет пикселя, при отсутствии напряжения, белый, данный тип матриц обладает не самой лучшей цветопередачей. Цвета отображаются более тускло и блекло, а черный цвет выглядит скорее темно-серым.
- Еще одним главным недостатком TN матрицы являются малые углы обзора. Частично с данной проблемой попытались справиться улучшением технологии TN до TN+Film, с помощью дополнительного слоя, нанесенного на экран. Углы обзора стали больше, но все равно оставались далеки от идеала.
В настоящий момент TN+Film матрицы полностью заменили TN.
Достоинства TN матрицы
- малое время отклика
- относительно недорогая себестоимость.
Делая выводы, можно утверждать, что при необходимости в недорогом мониторе для офисной работы или серфинга в интернете, мониторы с TN+Film матрицами подойдут наилучшим образом.
Главное отличие технологии IPS матриц от TN — перпендикулярное расположение субпикселей при отсутствии напряжения, которые образуют черную точку. То есть, в состоянии спокойствия экран остается черным.
Преимущества IPS матриц
- лучшая цветопередача относительно экранов с TN матрицами: вы имеете яркие и сочные цвета на экране, а черный цвет остается действительно черным. Соответственно, при подаче напряжения пиксели меняют свой цвет. Учитывая эту особенность, владельцам смартфонов и планшетов с IPS-экранами можно посоветовать использовать темные цветовые схемы и обои на рабочем столе, тогда смартфон от аккумулятора будет работать немного дольше.
- большие углы обзора. В большинстве экранов они составляют 178°. Для мониторов, а особенно для мобильных устройств (смартфонов и планшетов) эта особенность является важной при выборе пользователем гаджета.
Недостатки IPS матриц
- большое время отклика экрана. Это влияет на отображение в динамических картинках, таких как игры и фильмы. В современных IPS панелях с временем отклика дела обстоят получше.
- большая стоимость по сравнению с TN.
Подводя итоги, телефоны и планшеты лучше выбирать с IPS-матрицами, и тогда от использования устройства пользователь будет получать огромное эстетическое удовольствие. Матрица для монитора не является столь критичной, современные .
AMOLED-экраны
Последние модели смартфонов оснащают AMOLED-дисплеями. Данная технология создания матриц основана на активных светодиодах, которые начинают светиться и отображать цвет при подаче на них напряжения.
Давайте рассмотрим особенности Amoled матрицы :
- Цветопередача . Насыщенность и контрастность таких экранов выше требуемого. Цвета отображаются настолько ярко, что у некоторых пользователей могут уставать глаза при продолжительной работе со своим смартфоном. Зато черный цвет отображается еще более черным, чем даже в IPS-матрицах.
- Энергопотребление дисплея . Так же как и в IPS, отображение черного цвета требует меньше энергии, чем отображение определенного цвета, и тем более белого. Но разница в энергопотреблении между отображением черного и белого цвета в AMOLED-экранах намного больше. Для отображения белого цвета необходимо в несколько раз больше энергии, чем для отображения черного.
- «Память картинки» . При продолжительном выводе статического изображения могут оставаться следы на экране, а это в свою очередь сказывается на качестве отображения информации.
Также из-за своей довольно высокой стоимости AMOLED-экраны пока используются только в смартфонах. Мониторы, построенные на такой технологии, стоят неоправданно дорого.
VA (Vertical Alignment) — данную технологию, разработанную Fujitsu, можно рассматривать как компромисс между TN и IPS матрицами. В матрицах VA кристаллы в выключенном состоянии расположены перпендикулярно плоскости экрана. Соответственно черный цвет обеспечивается максимально чистый и глубокий, но при повороте матрицы относительно направления взгляда, кристаллы будут видны не одинаково. Для решения проблемы применяется мультидоменная структура. Технология Multi-Domain Vertical Alignment (MVA) предусматривает выступы на обкладках, которые определяют направление поворота кристаллов. Если два поддомена поворачивается в противоположных направлениях, то при взгляде сбоку один из них будет темнее, а другой светлее, таким образом для человеческого глаза отклонения взаимно компенсируются. В матрицах PVA, разработанных Samsung нет выступов, и в выключенном состоянии кристаллы строго вертикальны. Для того, чтобы кристаллы соседних субдоменов поворачивались в противоположных направлениях, нижние электроды сдвинуты относительно верхних.
Для уменьшения времени отклика в матрицах Premium MVA и S-PVA применяется система динамического повышения напряжения для отдельных участков матрицы, которую обычно называют Overdrive. Цветопередача матриц PMVA и SPVA почти так же хороша как и у IPS, время отклика немного уступает TN, углы обзора максимально широкие, черный цвет наилучший, яркость и контраст максимально возможные среди всех существующих технологий. Однако даже при небольшом отклонении направления взгляда от перпендикуляра, даже на 5–10 градусов можно заметить искажения в полутонах. Для большинства это останется незамеченным, но профессиональные фотографы продолжают за это недолюбливать технологии VA.
MVA и PVA матрицы обладают отличной контрастностью и углами обзора, но вот с временем отклика дела обстоят похуже – оно растет при уменьшении разницы между конечным и начальным состояниями пиксела. Ранние модели таких мониторов были почти непригодны для динамичных игр, а сейчас они показывают результаты близкие к TN матрицам. Цветопередача *VA матриц, конечно, уступает IPS-матрицам, но остается на высоком уровне. Тем не менее, благодаря высокой контрастности, эти мониторы будут отличным выбором для работы с текстом и фотографией, с чертежной графикой, а также в качестве домашних мониторов.
В заключении могу сказать, что выбор всегда за вами…
