Вопрос 4. Преимущества жидкокристаллических мониторов.
Итак попробуем с различных точек зрения сравнить мониторы с дисплеем на жидких кристаллах и с обычной лучевой трубкой.
Для начала, стоит обратить внимание на тот факт, что по конструкции монитор с лучевой трубкой отличается от плоского почти так же, как телега от лунохода. Поэтому, несмотря на то, что оба они выполняют одинаковую функцию, — визуализацию работы компьютера, — факторы возможного негативного влияния на здоровье пользователя будут разными.
Габариты
Первое и главное преимущество ЖК-мониторов перед мониторами с лучевой трубкой — это их размеры. Утонченные формы ЖК-дисплеев, в прямом и переносном смысле, дают их владельцам ощущение свободы на рабочем столе и к тому же отлично вписываются в интерьер офиса. Рабочее место, оборудованное таким монитором, более эргономично, т. е. удобно и оптимально подходит для сохранения работоспособности и здоровья человека. Разнообразие же дизайна позволяет выбрать монитор, за которым будет приятно работать.
Электромагнитное излучение
ЖК-мониторы сконструированы таким образом, что не содержат ни одного источника электромагнитных полей и абсолютно не греются. Поэтому, с точки зрения излучения, они абсолютно безопасны для здоровья человека. Интенсивность же испарения частиц пластмассы корпуса при комнатной температуре настолько низкая, что не ощущается никаких запахов. И это тоже является бесспорным плюсом. Мониторы с электронно-лучевой трубкой довольно громоздкие, занимают много места. Электронно-лучевая трубка, расположенная возле задней стенки монитора, является достаточно мощным источником первичного электромагнитного излучения, пагубно влияющим на здоровье человека. Экран же является источником вторичного излучения, уровень которого значительно ниже. К тому же стекло экрана защищено специальным покрытием, нейтрализующим излучение. Именно этот параметр жестко контролировался организациями по гигиене труда при испытаниях новых моделей мониторов. Существует европейский стандарт допустимого уровня излучения — ТС099. Мониторы, удовлетворяющие этому стандарту, имели соответствующую наклейку.
Поэтому влияние излучения на человека, сидящего перед экраном, значительно меньше, чем на человека, рабочее место которого расположено вблизи задней стенки монитора (а ведь нередко рабочие места обустроены именно так). Но опасность заключена не в уровне излучения, он достаточно низкий, если сравнивать, скажем, с электродвигателем, а в том, что время воздействия излучения на человека очень велико, так как пользователь проводит перед монитором несколько часов каждый рабочий день.
Чем же опасно электромагнитное излучение? Из школьного курса физики мы знаем, что электрические и магнитные поля взаимодействуют с заряженными частицами. Казалось бы, какое отношение имеет человек к заряженным частицам? Но если вспомнить, что по нервам человека проходят электрические импульсы в виде отрицательно заряженных частиц… Электромагнитное излучение может влиять и влияет на нервную систему человека, управляющую всеми другими системами. Под воздействием электрических и магнитных полей у человека могут возникать неприятные ощущения в виде слабости, головной боли и головокружения. При длительном воздействии — могут развиться хронические заболевания.
С наличием электронно-лучевой трубки связан и другой недостаток монитора с лучевой трубкой — верхняя часть задней крышки довольно сильно нагревается. Если наклониться к ней поближе — чувствуется характерный запах пластмассы. Это означает, что с поверхности корпуса испаряются молекулы пластика, из которого он сделан. О токсичности такого испарения сложно судить. Ни в литературе, ни в интернете, ни в документации на монитор нет информации, свидетельствующей о том, что кто-либо вообще анализировал степень токсичности этих испарений. Но если предположить, что пластик корпуса нетоксичен, то запах и сам по себе достаточно неприятен.
Итак, по первым двум параметрам обычные мониторы с лучевой трубкой явно уступают жидкокристаллическим. Но давайте разберемся в главном. Очень хорошо, если вместо огромного ящика на столе стоит изящный плоский экран. Но обеспечит ли он качественное изображение, не будут ли уставать глаза при работе с ним?
Как известно, зрение достаточно инерционно, то есть медленно реагирует на изменение изображения. Под зрением будем понимать всю последовательность действий органов человека — начиная со считывания изображения сетчаткой глаза до распознавания изображения мозгом. Увидел — значит, мозг воспринял.
Именно
на том, что от момента считывания
изображения сетчаткой глаза до восприятия
мозгом проходит некоторое время, и
основан принцип действия мониторов и
В обычном мониторе изображение возникает на экране при засвечивании специального вещества (люминофора), нанесенного с внутренней стороны экрана, под действием пучков заряженных частиц, вылетающих из электроннолучевой трубки. В цветных мониторах таких пучков три, они соответственно засвечивают красный, зеленый и синий цвета с разной интенсивностью, и таким образом формируются несколько миллионов цветов и оттенков.
Слой люминофора состоит из отдельных микроскопических элементов, так называемых точек. ЖК-мониторы с электронно-лучевой трубкой устроены так, что эти точки ничтожно малы, и чтобы различить их, нужно очень внимательно присмотреться. Такие малые размеры светящихся точек создают четкое изображение, которое глаз воспринимает как цельное даже при небольших расстояниях до плоскости экрана.
Кроме того, ЖК-мониторы имеют высокую частоту кадров — до 130 кадров в секунду при разрешении экрана 1024 на 768 точек (иногда и больше).
Таким образом, можно сделать вывод, что изображение на обычном мониторе с лучевой трубкой близко к естественному, и глаз воспринимает его легко и без лишнего напряжения. Достоинством мониторов с электронно-лучевой трубкой является также возможность регулирования яркости и контрастности изображения в широких пределах.
Принцип действия плоских жидкокристаллических мониторов иной. Жидкие кристаллы в обычном состоянии непрозрачны, но если на них подать управляющий сигнал, то они становятся прозрачными. Под матрицей (набором), собранной из последовательно чередующихся красного, зеленого и синего жидких кристаллов, расположена подсветка, подающая на матрицу управляющий сигнал. Таким образом, формируется изображение.
Технология производства матриц жидких кристаллов такова, что размеры отдельных элементов все еще остаются достаточно большими. Поэтому при работе с ЖК-монитором заметно, что изображение состоит из отдельных точек. Это заставляет глаз и мозг прилагать больше усилий для того, чтобы воспринять изображение, чем при работе с обычным монитором. Из-за сравнительно больших размеров точек цветопередача у ЖК-мониторов несколько хуже, чем у обычных. Оттенки цветов формируются за счет комбинирования интенсивности прохождения света через жидкие кристаллы, отвечающие за красный, зеленый и синий цвета. Так как точек, формирующих изображение на экране, значительно меньше, чем у обычного монитора, то и комбинаций цветов тоже меньше. Поэтому при работе с некоторыми ЖК-мониторами цвета кажутся не совсем естественными.
К недостаткам жидкокристаллических мониторов следовало бы отнести и неравномерность подсветки. Поэтому яркость изображения неравномерна, чаще всего по краям экрана она больше, да и контрастность изображения, а также диапазон ее регулирования несколько хуже, чем у мониторов с лучевой трубкой. Главное, нужно понимать, что перечисленные выше недостатки ЖК-мониторов присущи не каким-то определенным моделям, а пока еще являются общими для всех. И полностью устранить эти недостатки невозможно из-за несовершенства их устройства и технологии изготовления.
Принцип работы и устройство LCD монитора
LCD мониторы уже никого не удивляют. Они стали частью повседневной жизни каждого человека, ведь в наше время компьютер есть в каждом доме без исключения, будь то персональный настольный компьютер, ноутбук или планшетный ПК. Во всех этих устройствах используется LCD-дисплей, который отображает всю информацию поступающую.
0.1. Принцип работы LCD монитора
Такое распространение LCD мониторы получили благодаря множеству бесспорных преимуществ. Главное преимущество заключается в том, что при работе за LCD монитором меньше устают глаза. Это объясняется тем, что частота мерцания таких мониторов существенно выше частоты ЭЛТ-экранов, и выше частоты, которая могла бы воздействовать на органы зрения. Но для того, чтобы полностью оценить все достоинства LCD мониторов стоит разобрать принцип их работы.
0.2. Принцип работы LCD монитора
Принцип работы LCD монитора основывается на использовании специального вещества, которое называется цианофил. Это вещество находится в жидком состоянии, но при этом имеет оптические свойства, которые присущи кристаллическим телам, что объясняет более известное название вещества – жидкие кристаллы. Помимо этого молекулы жидких кристаллов способны менять свое положение при воздействии электромагнитного поля. Изменяя положение, молекулы меняют свои оптические свойства, пропуская только определенный спектр излучения. Для остальных лучей молекулы не прозрачны. Этот эффект называется поляризацией. Именно на поляризации и основана вся работа LCD-дисплея.
Таким образом, изменяя силу воздействующего на жидкие кристаллы электромагнитного поля, появляется возможность управлять поляризацией света. Это в свою очередь позволяет экрану отображать определенный цвет.
0.3. Устройство LCD монитора
LCD дисплей – это целый массив мельчайших сегментов, которые называются пикселями. Современные технологии позволяют управлять каждым из пикселей в отдельности, что позволяет отображать нужную информацию на экране.
Сам дисплей монитора имеет несколько слоев. Главная роль принадлежит двум специальным панелям, изготовленным из свободного от натрия, и абсолютно чистого стеклянного вещества. Это вещество носит название – субстрат (также его называют подложкой). Именно между этими панелями и располагается тончайший слой жидких кристаллов.
На панелях имеются специальные бороздки, которые задают молекулам жидких кристаллов ориентацию в свободном состоянии. Эти бороздки располагаются параллельно между собой на одной панели, но перпендикулярны бороздкам, расположенным на другой панели. Такое решение обеспечивает одинаковую ориентацию всех молекул кристаллов в каждой ячейке.
В момент появления электромагнитного поля, жидкие кристаллы меняют свое положение, частично выстраиваясь вертикально вдоль этого поля. При этом угол поворота поляризации света становится отличным от 90˚, что позволяет лучам света свободно проходить через цианофилы.
Так как поворот плоскости поляризации света абсолютно незаметен невооруженным глазом, появилась необходимость в добавлении еще двух слоев, которые играют роль поляризационных фильтров. Они способны пропускать только тот спектр излучения, ось поляризации которого соответствует установленному значению. В момент прохождения лучи света будут ослаблены в зависимости от угла между плоскостями поляризации и поляризатора. Таким образом, если напряжение отсутствует, то ячейка будет прозрачной, так как первый поляризатор в этом случае пропускает только тот спектр излучения, который соответствует поляризации.
Управляя жидкими кристаллами при помощи изменение напряжения, можно управлять плоскостями поляризации. Выстраиваясь в соответствии с электромагнитным полем, жидкие кристаллы поворачиваются, и вместе с ними поворачивается вектор поляризации. В зависимости от напряжения, на момент прохождения света через второй поляризатор вектор поляризации может быть повернут так, чтобы лучи света проходили через него свободно либо поглощались (частично или полностью).
Для управления каждой ячейкой в отдельности используется достаточное количество электродов. Именно они создают требуемое напряжение в нужных областях жидкокристаллической матрицы. С их помощью мы можем увидеть на экране буквы или цифры, и даже цветные изображения. Современные технологии позволили создать электроды мельчайших размеров, благодаря чему их практически невозможно разглядеть невооруженным взглядом.
0.4. Подсветка матрицы
Конечно же, для получения изображения LCD-дисплеи нуждаются в источнике искусственного света. В первых LCD мониторах использовались специальные люминесцентные лампы. В зависимости от особенностей конструкции молекулы жидких кристаллов могут работать на отражение либо на прохождение света. На качество изображения это совершенно не влияет. Стоит отметить, что люминесцентная подсветка не позволяла достичь максимально равномерного распределения света в силу больших размеров ламп и недостаточно яркого света. Для решения этой проблемы современные производители используют новый тип подсветки – LED.
Данная подсветка основывается на светодиодном освещении. Такой источник гораздо ярче и компактнее. Кроме этого, для достижения максимально равномерного распределения света используется задняя подсветка матрицы. Это позволило достичь повышения качества изображения.
На данный момент производители мониторов все чаще отдают предпочтение именно LED подсветке. Помимо подсветки LCD мониторы для компьютера могут иметь различные матрицы. Именно от типа матрицы и ее технологий зависит цветопередача, четкость изображения и частота обновления экрана.
1. Типы матриц LCD мониторов
Наибольшим распространением пользуются два типа матриц:
Оба варианта имеют достаточно высокие показатели качества изображение и хорошую цветопередачу. Но, как и любая другая технология обе эти матрицы имеют свои преимущества и недостатки. Выбор той или иной матрицы зависит от ваших требований и предпочтений. Однако стоит отметить, что наибольшими перспективами обладают именно IPS матрицы. Ведь неспроста именно их предпочитают большинство мировых производителей.
1.1. IPS матрицы
Данный тип матриц позволяет пользователям видеть максимально естественные цвета, наиболее глубокий черный цвет и отличную цветопередачу в целом. Такие мониторы подойдут для тех, кто занимается обработкой фотографий. Однако главным недостатком первых IPS матриц было довольно длительное время отклика. В силу определенных особенностей технологии, которые позволили достичь высоких показателей в качестве изображения, скорость отклика было существенно снижена.
Однако разработчики быстро исправили этот недостаток, выпустив новые версии матрицы. Последняя матрица имеет название P-IPS (Professiona IPS). Она лишена всех недостатков первой IPS матрицы. Ее время отклика практически не уступает TN+Film, но этой разницы совершенно невозможно различить невооруженным глазом. Именно поэтому большинство производителей отдают предпочтение именно IPS матрицам.
1.2. TN+Film матрицы
Первая матрица имела название TN. Такая технология позволила создать дисплей, который отличался хорошим временем отклика. Жидкокристаллический монитор с TN матрицей имел хорошее изображение, однако из-за некоторых особенностей технологии сложно было достичь высокого разрешения и глубины цвета.
В результате разработок в мир вышла новая улучшенная TN+Film матрица, отличающаяся отличным качеством изображения и высочайшей точностью. Современные технологии позволили достичь отличной цветопередачи, хотя если сравнить IPS матрицу с TN+Film, то белый цвет будет естественнее на IPS, да и черный цвет более глубокий именно у IPS.
Однако эти различия настолько малы, что в момент эксплуатации монитора вы их просто не будете замечать. Хотя, конечно, факт остается фактом – большинство производителей цифровой техники (смартфоны, планшеты, мониторы и телевизоры) все же отдают предпочтение именно IPS матрицам.
2. Преимущества LCD мониторов
Единственным и прямым конкурентом LCD-экранов являются плазменные панели. Однако современные LCD матрицы достигли такого высокого уровня во всех параметрах, что не только способны составить последним достойную конкуренцию, но и превзойти их в некоторых аспектах.
Если раньше плазменные панели имели самые большие углы обзором, то современные LCD мониторы абсолютно им не уступают, но при этом они являются более долговечными. Срок службы LCD монитора или телевизора превосходит срок эксплуатации плазмы как минимум в два раза.
Кроме этого, LCD мониторы более практичны и имеют более низкую стоимость. При этом они предоставляют не менее высокое качество. Благодаря новейшим разработкам, жидкокристаллические мониторы имеют весьма высокое разрешение, а также высокую частоту обновления экрана, что позволяет воспроизводить 3D фильмы. Высокая плотность пикселей и электродов, позволили достичь высочайшей четкости изображения. Каждый пиксель в таких мониторах имеет по три субпикселя, которые управляются в отдельности. Это позволило достичь повышения количества отображаемых цветов, что крайне положительно сказалось на естественности цветопередачи.
Напоследок стоит отметить, что наибольший комфорт при работе за компьютером достигается, именно работая с LCD монитором. Это объясняется тем, что такие мониторы не имеют мерцания, которые пагубно сказывается на органах зрения. Частота мерцания в таких мониторах равна частоте мерцания света от используемого освещения. Если это LED подсветка, то частота выше, нежели у люминесцентных ламп. Однако в любом случае эта частота гораздо выше той частоты, которая способна воздействовать на глаза пользователя.
3. Как работает LCD-дисплей: Видео
Преимущества жидкокристаллических мониторов
LCD мониторы уже никого не удивляют. Они стали частью повседневной жизни каждого человека, ведь в наше время компьютер есть в каждом доме без исключения, будь то персональный настольный компьютер, ноутбук или планшетный ПК. Во всех этих устройствах используется LCD-дисплей, который отображает всю информацию поступающую.
0.1. Принцип работы LCD монитора
Такое распространение LCD мониторы получили благодаря множеству бесспорных преимуществ. Главное преимущество заключается в том, что при работе за LCD монитором меньше устают глаза. Это объясняется тем, что частота мерцания таких мониторов существенно выше частоты ЭЛТ-экранов, и выше частоты, которая могла бы воздействовать на органы зрения. Но для того, чтобы полностью оценить все достоинства LCD мониторов стоит разобрать принцип их работы.
0.2. Принцип работы LCD монитора
Принцип работы LCD монитора основывается на использовании специального вещества, которое называется цианофил. Это вещество находится в жидком состоянии, но при этом имеет оптические свойства, которые присущи кристаллическим телам, что объясняет более известное название вещества – жидкие кристаллы. Помимо этого молекулы жидких кристаллов способны менять свое положение при воздействии электромагнитного поля. Изменяя положение, молекулы меняют свои оптические свойства, пропуская только определенный спектр излучения. Для остальных лучей молекулы не прозрачны. Этот эффект называется поляризацией. Именно на поляризации и основана вся работа LCD-дисплея.
Таким образом, изменяя силу воздействующего на жидкие кристаллы электромагнитного поля, появляется возможность управлять поляризацией света. Это в свою очередь позволяет экрану отображать определенный цвет.
0.3. Устройство LCD монитора
LCD дисплей – это целый массив мельчайших сегментов, которые называются пикселями. Современные технологии позволяют управлять каждым из пикселей в отдельности, что позволяет отображать нужную информацию на экране.
Сам дисплей монитора имеет несколько слоев. Главная роль принадлежит двум специальным панелям, изготовленным из свободного от натрия, и абсолютно чистого стеклянного вещества. Это вещество носит название – субстрат (также его называют подложкой). Именно между этими панелями и располагается тончайший слой жидких кристаллов.
На панелях имеются специальные бороздки, которые задают молекулам жидких кристаллов ориентацию в свободном состоянии. Эти бороздки располагаются параллельно между собой на одной панели, но перпендикулярны бороздкам, расположенным на другой панели. Такое решение обеспечивает одинаковую ориентацию всех молекул кристаллов в каждой ячейке.
В момент появления электромагнитного поля, жидкие кристаллы меняют свое положение, частично выстраиваясь вертикально вдоль этого поля. При этом угол поворота поляризации света становится отличным от 90˚, что позволяет лучам света свободно проходить через цианофилы.
Так как поворот плоскости поляризации света абсолютно незаметен невооруженным глазом, появилась необходимость в добавлении еще двух слоев, которые играют роль поляризационных фильтров. Они способны пропускать только тот спектр излучения, ось поляризации которого соответствует установленному значению. В момент прохождения лучи света будут ослаблены в зависимости от угла между плоскостями поляризации и поляризатора. Таким образом, если напряжение отсутствует, то ячейка будет прозрачной, так как первый поляризатор в этом случае пропускает только тот спектр излучения, который соответствует поляризации.
Управляя жидкими кристаллами при помощи изменение напряжения, можно управлять плоскостями поляризации. Выстраиваясь в соответствии с электромагнитным полем, жидкие кристаллы поворачиваются, и вместе с ними поворачивается вектор поляризации. В зависимости от напряжения, на момент прохождения света через второй поляризатор вектор поляризации может быть повернут так, чтобы лучи света проходили через него свободно либо поглощались (частично или полностью).
Для управления каждой ячейкой в отдельности используется достаточное количество электродов. Именно они создают требуемое напряжение в нужных областях жидкокристаллической матрицы. С их помощью мы можем увидеть на экране буквы или цифры, и даже цветные изображения. Современные технологии позволили создать электроды мельчайших размеров, благодаря чему их практически невозможно разглядеть невооруженным взглядом.
0.4. Подсветка матрицы
Конечно же, для получения изображения LCD-дисплеи нуждаются в источнике искусственного света. В первых LCD мониторах использовались специальные люминесцентные лампы. В зависимости от особенностей конструкции молекулы жидких кристаллов могут работать на отражение либо на прохождение света. На качество изображения это совершенно не влияет. Стоит отметить, что люминесцентная подсветка не позволяла достичь максимально равномерного распределения света в силу больших размеров ламп и недостаточно яркого света. Для решения этой проблемы современные производители используют новый тип подсветки – LED.
Данная подсветка основывается на светодиодном освещении. Такой источник гораздо ярче и компактнее. Кроме этого, для достижения максимально равномерного распределения света используется задняя подсветка матрицы. Это позволило достичь повышения качества изображения.
На данный момент производители мониторов все чаще отдают предпочтение именно LED подсветке. Помимо подсветки LCD мониторы для компьютера могут иметь различные матрицы. Именно от типа матрицы и ее технологий зависит цветопередача, четкость изображения и частота обновления экрана.
1. Типы матриц LCD мониторов
Наибольшим распространением пользуются два типа матриц:
Оба варианта имеют достаточно высокие показатели качества изображение и хорошую цветопередачу. Но, как и любая другая технология обе эти матрицы имеют свои преимущества и недостатки. Выбор той или иной матрицы зависит от ваших требований и предпочтений. Однако стоит отметить, что наибольшими перспективами обладают именно IPS матрицы. Ведь неспроста именно их предпочитают большинство мировых производителей.
1.1. IPS матрицы
Данный тип матриц позволяет пользователям видеть максимально естественные цвета, наиболее глубокий черный цвет и отличную цветопередачу в целом. Такие мониторы подойдут для тех, кто занимается обработкой фотографий. Однако главным недостатком первых IPS матриц было довольно длительное время отклика. В силу определенных особенностей технологии, которые позволили достичь высоких показателей в качестве изображения, скорость отклика было существенно снижена.
Однако разработчики быстро исправили этот недостаток, выпустив новые версии матрицы. Последняя матрица имеет название P-IPS (Professiona IPS). Она лишена всех недостатков первой IPS матрицы. Ее время отклика практически не уступает TN+Film, но этой разницы совершенно невозможно различить невооруженным глазом. Именно поэтому большинство производителей отдают предпочтение именно IPS матрицам.
1.2. TN+Film матрицы
Первая матрица имела название TN. Такая технология позволила создать дисплей, который отличался хорошим временем отклика. Жидкокристаллический монитор с TN матрицей имел хорошее изображение, однако из-за некоторых особенностей технологии сложно было достичь высокого разрешения и глубины цвета.
В результате разработок в мир вышла новая улучшенная TN+Film матрица, отличающаяся отличным качеством изображения и высочайшей точностью. Современные технологии позволили достичь отличной цветопередачи, хотя если сравнить IPS матрицу с TN+Film, то белый цвет будет естественнее на IPS, да и черный цвет более глубокий именно у IPS.
Однако эти различия настолько малы, что в момент эксплуатации монитора вы их просто не будете замечать. Хотя, конечно, факт остается фактом – большинство производителей цифровой техники (смартфоны, планшеты, мониторы и телевизоры) все же отдают предпочтение именно IPS матрицам.
2. Преимущества LCD мониторов
Единственным и прямым конкурентом LCD-экранов являются плазменные панели. Однако современные LCD матрицы достигли такого высокого уровня во всех параметрах, что не только способны составить последним достойную конкуренцию, но и превзойти их в некоторых аспектах.
Если раньше плазменные панели имели самые большие углы обзором, то современные LCD мониторы абсолютно им не уступают, но при этом они являются более долговечными. Срок службы LCD монитора или телевизора превосходит срок эксплуатации плазмы как минимум в два раза.
Кроме этого, LCD мониторы более практичны и имеют более низкую стоимость. При этом они предоставляют не менее высокое качество. Благодаря новейшим разработкам, жидкокристаллические мониторы имеют весьма высокое разрешение, а также высокую частоту обновления экрана, что позволяет воспроизводить 3D фильмы. Высокая плотность пикселей и электродов, позволили достичь высочайшей четкости изображения. Каждый пиксель в таких мониторах имеет по три субпикселя, которые управляются в отдельности. Это позволило достичь повышения количества отображаемых цветов, что крайне положительно сказалось на естественности цветопередачи.
Напоследок стоит отметить, что наибольший комфорт при работе за компьютером достигается, именно работая с LCD монитором. Это объясняется тем, что такие мониторы не имеют мерцания, которые пагубно сказывается на органах зрения. Частота мерцания в таких мониторах равна частоте мерцания света от используемого освещения. Если это LED подсветка, то частота выше, нежели у люминесцентных ламп. Однако в любом случае эта частота гораздо выше той частоты, которая способна воздействовать на глаза пользователя.
3. Как работает LCD-дисплей: Видео
Преимущества жидкокристаллических мониторов
LCD мониторы уже никого не удивляют. Они стали частью повседневной жизни каждого человека, ведь в наше время компьютер есть в каждом доме без исключения, будь то персональный настольный компьютер, ноутбук или планшетный ПК. Во всех этих устройствах используется LCD-дисплей, который отображает всю информацию поступающую.
0.1. Принцип работы LCD монитора
Такое распространение LCD мониторы получили благодаря множеству бесспорных преимуществ. Главное преимущество заключается в том, что при работе за LCD монитором меньше устают глаза. Это объясняется тем, что частота мерцания таких мониторов существенно выше частоты ЭЛТ-экранов, и выше частоты, которая могла бы воздействовать на органы зрения. Но для того, чтобы полностью оценить все достоинства LCD мониторов стоит разобрать принцип их работы.
0.2. Принцип работы LCD монитора
Принцип работы LCD монитора основывается на использовании специального вещества, которое называется цианофил. Это вещество находится в жидком состоянии, но при этом имеет оптические свойства, которые присущи кристаллическим телам, что объясняет более известное название вещества – жидкие кристаллы. Помимо этого молекулы жидких кристаллов способны менять свое положение при воздействии электромагнитного поля. Изменяя положение, молекулы меняют свои оптические свойства, пропуская только определенный спектр излучения. Для остальных лучей молекулы не прозрачны. Этот эффект называется поляризацией. Именно на поляризации и основана вся работа LCD-дисплея.
Таким образом, изменяя силу воздействующего на жидкие кристаллы электромагнитного поля, появляется возможность управлять поляризацией света. Это в свою очередь позволяет экрану отображать определенный цвет.
0.3. Устройство LCD монитора
LCD дисплей – это целый массив мельчайших сегментов, которые называются пикселями. Современные технологии позволяют управлять каждым из пикселей в отдельности, что позволяет отображать нужную информацию на экране.
Сам дисплей монитора имеет несколько слоев. Главная роль принадлежит двум специальным панелям, изготовленным из свободного от натрия, и абсолютно чистого стеклянного вещества. Это вещество носит название – субстрат (также его называют подложкой). Именно между этими панелями и располагается тончайший слой жидких кристаллов.
На панелях имеются специальные бороздки, которые задают молекулам жидких кристаллов ориентацию в свободном состоянии. Эти бороздки располагаются параллельно между собой на одной панели, но перпендикулярны бороздкам, расположенным на другой панели. Такое решение обеспечивает одинаковую ориентацию всех молекул кристаллов в каждой ячейке.
В момент появления электромагнитного поля, жидкие кристаллы меняют свое положение, частично выстраиваясь вертикально вдоль этого поля. При этом угол поворота поляризации света становится отличным от 90˚, что позволяет лучам света свободно проходить через цианофилы.
Так как поворот плоскости поляризации света абсолютно незаметен невооруженным глазом, появилась необходимость в добавлении еще двух слоев, которые играют роль поляризационных фильтров. Они способны пропускать только тот спектр излучения, ось поляризации которого соответствует установленному значению. В момент прохождения лучи света будут ослаблены в зависимости от угла между плоскостями поляризации и поляризатора. Таким образом, если напряжение отсутствует, то ячейка будет прозрачной, так как первый поляризатор в этом случае пропускает только тот спектр излучения, который соответствует поляризации.
Управляя жидкими кристаллами при помощи изменение напряжения, можно управлять плоскостями поляризации. Выстраиваясь в соответствии с электромагнитным полем, жидкие кристаллы поворачиваются, и вместе с ними поворачивается вектор поляризации. В зависимости от напряжения, на момент прохождения света через второй поляризатор вектор поляризации может быть повернут так, чтобы лучи света проходили через него свободно либо поглощались (частично или полностью).
Для управления каждой ячейкой в отдельности используется достаточное количество электродов. Именно они создают требуемое напряжение в нужных областях жидкокристаллической матрицы. С их помощью мы можем увидеть на экране буквы или цифры, и даже цветные изображения. Современные технологии позволили создать электроды мельчайших размеров, благодаря чему их практически невозможно разглядеть невооруженным взглядом.
0.4. Подсветка матрицы
Конечно же, для получения изображения LCD-дисплеи нуждаются в источнике искусственного света. В первых LCD мониторах использовались специальные люминесцентные лампы. В зависимости от особенностей конструкции молекулы жидких кристаллов могут работать на отражение либо на прохождение света. На качество изображения это совершенно не влияет. Стоит отметить, что люминесцентная подсветка не позволяла достичь максимально равномерного распределения света в силу больших размеров ламп и недостаточно яркого света. Для решения этой проблемы современные производители используют новый тип подсветки – LED.
Данная подсветка основывается на светодиодном освещении. Такой источник гораздо ярче и компактнее. Кроме этого, для достижения максимально равномерного распределения света используется задняя подсветка матрицы. Это позволило достичь повышения качества изображения.
На данный момент производители мониторов все чаще отдают предпочтение именно LED подсветке. Помимо подсветки LCD мониторы для компьютера могут иметь различные матрицы. Именно от типа матрицы и ее технологий зависит цветопередача, четкость изображения и частота обновления экрана.
1. Типы матриц LCD мониторов
Наибольшим распространением пользуются два типа матриц:
Оба варианта имеют достаточно высокие показатели качества изображение и хорошую цветопередачу. Но, как и любая другая технология обе эти матрицы имеют свои преимущества и недостатки. Выбор той или иной матрицы зависит от ваших требований и предпочтений. Однако стоит отметить, что наибольшими перспективами обладают именно IPS матрицы. Ведь неспроста именно их предпочитают большинство мировых производителей.
1.1. IPS матрицы
Данный тип матриц позволяет пользователям видеть максимально естественные цвета, наиболее глубокий черный цвет и отличную цветопередачу в целом. Такие мониторы подойдут для тех, кто занимается обработкой фотографий. Однако главным недостатком первых IPS матриц было довольно длительное время отклика. В силу определенных особенностей технологии, которые позволили достичь высоких показателей в качестве изображения, скорость отклика было существенно снижена.
Однако разработчики быстро исправили этот недостаток, выпустив новые версии матрицы. Последняя матрица имеет название P-IPS (Professiona IPS). Она лишена всех недостатков первой IPS матрицы. Ее время отклика практически не уступает TN+Film, но этой разницы совершенно невозможно различить невооруженным глазом. Именно поэтому большинство производителей отдают предпочтение именно IPS матрицам.
1.2. TN+Film матрицы
Первая матрица имела название TN. Такая технология позволила создать дисплей, который отличался хорошим временем отклика. Жидкокристаллический монитор с TN матрицей имел хорошее изображение, однако из-за некоторых особенностей технологии сложно было достичь высокого разрешения и глубины цвета.
В результате разработок в мир вышла новая улучшенная TN+Film матрица, отличающаяся отличным качеством изображения и высочайшей точностью. Современные технологии позволили достичь отличной цветопередачи, хотя если сравнить IPS матрицу с TN+Film, то белый цвет будет естественнее на IPS, да и черный цвет более глубокий именно у IPS.
Однако эти различия настолько малы, что в момент эксплуатации монитора вы их просто не будете замечать. Хотя, конечно, факт остается фактом – большинство производителей цифровой техники (смартфоны, планшеты, мониторы и телевизоры) все же отдают предпочтение именно IPS матрицам.
2. Преимущества LCD мониторов
Единственным и прямым конкурентом LCD-экранов являются плазменные панели. Однако современные LCD матрицы достигли такого высокого уровня во всех параметрах, что не только способны составить последним достойную конкуренцию, но и превзойти их в некоторых аспектах.
Если раньше плазменные панели имели самые большие углы обзором, то современные LCD мониторы абсолютно им не уступают, но при этом они являются более долговечными. Срок службы LCD монитора или телевизора превосходит срок эксплуатации плазмы как минимум в два раза.
Кроме этого, LCD мониторы более практичны и имеют более низкую стоимость. При этом они предоставляют не менее высокое качество. Благодаря новейшим разработкам, жидкокристаллические мониторы имеют весьма высокое разрешение, а также высокую частоту обновления экрана, что позволяет воспроизводить 3D фильмы. Высокая плотность пикселей и электродов, позволили достичь высочайшей четкости изображения. Каждый пиксель в таких мониторах имеет по три субпикселя, которые управляются в отдельности. Это позволило достичь повышения количества отображаемых цветов, что крайне положительно сказалось на естественности цветопередачи.
Напоследок стоит отметить, что наибольший комфорт при работе за компьютером достигается, именно работая с LCD монитором. Это объясняется тем, что такие мониторы не имеют мерцания, которые пагубно сказывается на органах зрения. Частота мерцания в таких мониторах равна частоте мерцания света от используемого освещения. Если это LED подсветка, то частота выше, нежели у люминесцентных ламп. Однако в любом случае эта частота гораздо выше той частоты, которая способна воздействовать на глаза пользователя.
3. Как работает LCD-дисплей: Видео
принцип работы, устройство, особенности ухода, диагностика, ремонт, преимущества и недостатки
Жидкокристаллический дисплей (ЖКД) представляет собой тонкое плоское устройство отображения, составленное из некоторого числа цветных или монохромных пикселей, расположенных перед источником света или зеркалом.
В чем преимущество ЖК-монитора? Его высоко ценят инженеры, потому что он потребляет незначительное количество электроэнергии, что делает его пригодным для использования в электронных устройствах, питающихся от батареек. Кроме того, он может иметь практически любую форму и размеры, мало нагревается и не выделяет вредного электромагнитного излучения.
Также он является одной из причин успеха портативных компьютеров – иначе они бы не были такими компактными. Некоторые из ранних моделей переносных ПК включали небольшой ЭЛТ-монитор и были довольно громоздкими. Впоследствии ЖК-дисплеи стали использоваться не только в ноутбуках, но и в телевизорах высокой четкости. Поскольку со временем технология и производство становятся более дешевыми, стоимость мониторов с плоским экраном или HD-телевизоров продолжала снижаться. В конечном итоге ЖК-панели полностью заменили традиционные электронно-лучевые трубки, так же, как транзисторы сменили вакуумные лампы.
Принцип работы ЖК-монитора
Пиксели дисплея состоят из ЖК-молекул, выстроенных между прозрачными электродами, а также из пары поляризационных фильтров с перпендикулярными друг другу осями полярностей. В отсутствие жидкого кристалла свет, проходя через один поляризатор, блокируется другим.
Поверхность электродов, контактирующих с веществом, находящимся в ЖК-фазе, обработана так, чтобы молекулы выстраивались в определенном направлении. Как правило, они покрываются тонким слоем полимера, направленного в одну сторону методом протирания его тканью (жидкие кристаллы выстраиваются в том же направлении).
Принцип работы ЖК-монитора следующий. До наложения электрического поля ЖК-молекулы выстроены согласно направлению выравнивания поверхностей. В наиболее распространенном типе ЖК-экрана – крученном нематическом – направления выстраивания поверхностей электродов перпендикулярны, благодаря чему молекулы образуют спиралевидную структуру, т. е. скручиваются. Так как свойством жидких кристаллов является разная скорость движения света с разной поляризацией, луч, который проходит через один поляризационный фильтр, вращается ЖК-спиралью так, что может пройти сквозь второй. При этом половина света поглощается в первом поляризаторе, но в остальном вся сборка прозрачна.
Когда на электроды подается напряжение, начинает действовать крутящий момент, который выравнивает молекулы скрученного нематического кристалла вдоль электрического поля и выпрямляет спиралевидную структуру. Этому препятствуют упругие силы, так как молекулы на поверхностях не свободны. Вращение поляризации уменьшается, и пиксель выглядит серым. Но благодаря свойству жидких кристаллов выравниваться при достаточно высокой разности потенциалов, проходящий сквозь них свет не вращается. В результате направление поляризации становится перпендикулярным второму фильтру, он полностью блокируется, и пиксель выглядит черным. Изменение напряжения между электродами по обе стороны ЖК-слоя каждого элемента изображения регулирует количество проходящего света и, соответственно, его яркость.
Скрученные нематические жидкие кристаллы помещаются между скрещенными поляризационными фильтрами для того, чтобы свет был максимально ярким без расхода электроэнергии, а получаемое при подаче напряжения затемнение — являлось равномерным. Возможен случай использования параллельных поляризационных фильтров. При этом темные и яркие состояния изменяются на противоположные. Однако в такой конфигурации черный не будет равномерным.
Вещество жидкого кристалла и выравнивающий слой содержат ионные соединения. Если длительное время действует электрическое поле определенной полярности, ионный материал притягивается поверхностями, ухудшая характеристики ЖК-монитора. Избежать этого можно, применяя либо переменный ток, либо изменяя полярность электрического поля во время обращения к устройству (реакция ЖК-слоя не зависит от полярности).
Мультиплексорный экран
Когда дисплей составлен из большого числа пикселей, управлять каждым из них напрямую невозможно, поскольку всем им понадобятся независимые электроды. Вместо этого монитор мультиплексируется. При этом электроды группируются и соединяются (как правило, по столбцам), и каждая группа питается отдельно. С другой стороны ячейки электроды также сгруппированы (как правило, по рядам) и подключены отдельно. Группы создаются таким образом, чтобы каждый пиксель обладал уникальной комбинацией источника и приемника. Электроника или программное обеспечение, управляющее ею, последовательно включает группы и управляет ими.
Важными факторами, которые следует учитывать при оценке ЖКД, являются разрешение, видимый размер, время отклика (скорость синхронизации), тип матрицы (пассивный или активный), угол обзора, поддержка цвета, коэффициент яркости и контрастности монитора, соотношение сторон и входные порты (например, DVI или VGA).
Цветные экраны
В цветных ЖК-дисплеях каждый отдельный пиксель делится на три ячейки или субпикселя, которые с помощью дополнительных фильтров (пигментных и металл-оксидных) окрашены в красный, синий и зеленый цвета. Каждым субпикселем можно управлять независимо, чтобы получить тысячи или миллионы возможных цветов. В старых ЭЛТ используется аналогичный метод.
В зависимости от использования монитора, цветовые компоненты могут размещаться в различных пиксельных геометриях. Если программное обеспечение знает, какой тип геометрии используется на данном дисплее, это может быть использовано для увеличения видимого разрешения посредством субпиксельной визуализации. Этот метод особенно полезен для сглаживания текста.
Пассивная матрица
Устройство ЖК-мониторов с небольшим количеством сегментов, например, используемых в карманных калькуляторах и цифровых часах, предусматривает для каждого элемента один электрический контакт. Внешняя выделенная схема обеспечивает электрический заряд, необходимый для управления каждым сегментом. При большом количестве экранных элементов такая структура становится слишком громоздкой.
Малые монохромные дисплеи, используемые, например, в старых ноутбуках, имеют структуру пассивной матрицы, в которой используется технология суперскрученных нематических элементов (STN) или двухслойная STN (DSTN), которая корректирует проблему смещения цвета. Каждая строка или столбец имеют одну электрическую цепь. Адресация каждого пикселя производится поочередно по адресу строки и столбца. Такой тип дисплея называют пассивной матрицей, поскольку состояние каждой ячейки должно сохраняться без электрического заряда. С ростом числа элементов (а также строк и столбцов) отображение становится все более сложным. Дисплеи с пассивной матрицей характеризуются слишком медленным откликом и плохой контрастностью.
Активные матричные технологии
В цветных экранах высокого разрешения, которыми оборудуются современные телевизоры и мониторы, применяется активная матрица. В ней к цветным и поляризационным фильтрам добавлен слой тонкопленочных транзисторов (TFT). При этом каждый пиксель управляется своим собственным выделенным полупроводниковым элементом. Транзистор обеспечивает доступ в каждом столбце только к одному пикселю. При активации строки к ней подключаются все столбцы, и на них подается напряжение. Затем строка деактивируется, и активируется следующая. При обновлении дисплея последовательно активируются все строки. Активно-матричные экраны значительно четче и ярче пассивных того же размера, и обычно отличаются более быстрым откликом, который обеспечивает гораздо лучшее качество изображения.
Скрученный нематик (TN)
TN-экраны содержат ЖК-элементы, которые для регулирования количества пропускаемого света в разной степени скручиваются и раскручиваются. Если напряжение на электроды ЖК-ячейки TN-матрицы не подается, то луч поляризуется таким образом, что может пройти сквозь нее. Жидкие кристаллы скручиваются пропорционально приложенной разнице потенциалов до 90°, изменяют поляризацию и блокируют подсветку. При подаче напряжения определенного уровня можно добиться практически любого оттенка серого.
3LCD-технология
Представляет собой систему видеопроекции, в которой для создания изображения используются 3 микродисплейные панели. В 1995 г. благодаря компактности и высокому качеству технология начала применяться многими производителями фронтальных проекторов, а с 2002 г. – и в проекционных телевизорах. Активная матрица обеспечивает отличную цветопередачу, высокую яркость и четкое изображение, а использование высокотемпературного поликремния позволяет получить большую глубину черного.
IPS-технология
Аббревиатура IPS расшифровывается как «плоскостное переключение». Принцип работы ЖК-монитора данного типа основан на выравнивании жидкокристаллических ячеек в горизонтальной плоскости. Метод заключается в том, что электрическое поле проходит через оба конца кристалла, но требует двух транзисторов на каждый пиксель вместо одного, как в стандартном TFT-экране. Следствием этого является большая блокировка участка дисплея, что требует более яркой подсветки, которая расходует больше энергии. Это накладывает ограничения в использовании данного вида ЖК-монитора в ноутбуках.
Экраны нулевой мощности
Зенитальные элементы с двумя устойчивыми состояниями (ZBD), разработанные компанией QinetiQ, способны сохранять свою ориентацию без внешнего электрического поля. Принцип работы ЖК-монитора данного типа основан на том, что кристаллы могут находиться в одном из двух положений – «черном» или «белом». Питание требуется лишь для изменения состояния ЖК-элемента на противоположное. Созданные на основе данной технологии экраны производит компания ZBD Displays. Она предлагает как черно-белые, так и цветные ZBD-дисплеи.
Французская компания Nemoptic разработала еще одну технологию, не требующую питания для сохранения изображения. Похожие на бумагу ЖК-экраны производятся на Тайване с июля 2003 года. Данная технология ориентирована на такие маломощные мобильные устройства, как переносные компьютеры и электронные книги. ЖКД с нулевой мощностью потребления составляют конкуренцию электронной бумаге.
Компания Kent Displays тоже разработала экран с нулевым энергопотреблением, в котором используются стабилизированные полимерные жидкие кристаллы ChLCD. Основным недостатком этой технологии является невысокая частота обновления, которая еще больше замедляется при низких температурах.
Контроль качества
ЖК-экраны могут иметь дефектные транзисторы, результатом чего являются постоянно открытые или закрытые участки, на которых пиксели остаются либо ярко освещенными, либо черными. Если в случае интегральных схем это бы означало брак, то дисплеи с несколькими неработающими точками, как правило, используются. Это невозможно запретить по экономическим соображениям, поскольку ЖК-панели значительно больше микросхем. Для определения максимально допустимого числа дефектных пикселей производители используют разные стандарты. Например, в ноутбуках ThinkPad для панели разрешением 2048 х 1536 оно равно 16. Из них яркими могут быть 15 пикселей, а темными – 16.
Дефект ЖК-экрана более вероятен, чем для большинства микросхем. Например, 12” SVGA-дисплей может иметь 8 дефектов, а 6” пластина – только 3. Вместе с тем из 137 штампов приемлемыми будут 134 при практически нулевом браке ЖКД. Стандарты качества сегодня намного выше, чем раньше, благодаря жесткой конкуренции между производителями и улучшенному контролю. SVGA-экран с 4 дефектными пикселями теперь считается дефектным, и клиенты имеют возможность обменять его на новый.
100% гарантия
Ряд производителей, особенно южнокорейских, поскольку там находятся одни из крупнейших фабрик по производству ЖК-панелей (например, LG), сегодня гарантируют отсутствие неисправных пикселей и производят замену экрана даже с единственным дефектом. Даже если такая гарантия не предоставляется, важно расположение дефектных участков. Экраны с несколькими неисправными ячейками могут быть непригодны, если они расположены рядом друг c другом. Кроме того, производители могут произвести замену панели в том случае, если дефект расположен в центре дисплея.
Диагностика и ремонт мониторов
Ниже приведены наиболее часто встречающиеся неисправности и методы их устранения.
Индикатор питания горит постоянно, но изображение отсутствует. Вероятна поломка подсветки или ее инвертора. Простейший способ диагностики ЖК-монитора – включить воспроизведение видео и направить яркий луч либо почти параллельно экрану, либо перпендикулярно. Это позволит увидеть изображение даже без подсветки. Ремонт монитора заключается в замене лампы подсветки или, скорее всего, ее инвертора.
Индикатор питания мигает. В этом случае необходимо проверить, поступает ли в дисплей сигнал – вероятно повреждение кабеля либо разъема. Если все в порядке, то основную причину неисправности для конкретной марки монитора следует поискать в интернете. Например, для Dell 1702FP – это выход из строя некоторых конденсаторов. Простейший выход в этом случае – заменить все емкости. Также можно шунтировать неисправный конденсатор заведомо исправным.
Индикатор питания не загорается. Вероятная причина – поломка блока питания монитора. Можно попробовать его заменить, купив новый или воспользовавшись запчастями от старого дисплея. Другая возможная причина – КЗ конденсатора (его легко найти визуально) и перегорание предохранителя. В этом случае их следует заменить.
Вертикальные или горизонтальные линии. Если монитор работает, но имеет линии, простирающиеся на всю ширину или высоту экрана или раздваивание изображения по вертикали или горизонтали, то вероятным виновником является транзистор или соединение дисплея. Если один из сотен разъемов неисправен или закорочен, то это сказывается на всем ряду пикселей. Для ноутбуков иногда достаточно сжать проблемный участок и проблема уйдет на годы. Для дисплея ПК потребуется снять заднюю панель, чтобы добраться до неисправного соединения и приложить к нему давление.
Особенности ухода
Иногда качество изображения можно восстановить с помощью простой салфетки для ЖК-мониторов. Она устранит пыль, пятна от еды, отпечатки пальцев, следы насекомых, грязь и разводы.
Лучше использовать профессиональные средства, такие как чистящие спреи и пены-аэрозоли, но их можно заменить разведенным в равных пропорциях изопропиловым спиртом или уксусом.
Не следует использовать средства на основе спирта, аммиака или ацетона, поскольку они способны нанести вред экрану, особенно антибликовому покрытию.
Чистящее средство следует наносить на салфетку, а не на загрязнение.
Протирая дисплей, нельзя применять силу.
Нельзя включать монитор до полного его высыхания.
Недостатки
ЖК-технология по-прежнему отличается некоторыми недостатками в сравнении с другими подходами:
- Если электро-лучевые трубки могут работать с разным разрешением, не привнося искажений, ЖКД обеспечивают четкость только в случае их «родного разрешения». При попытке установить неподдерживаемые параметры экрана, изображение масштабируется, становится размытым или «блочным».
- ЖК-панели обеспечивают более низкую контрастность, чем плазменные или светодиодные. Причиной этого является то, что свет часто проникает через поляризационный фильтр и вместо черного цвета отображается серый. Однако при ярком внешнем освещении контрастность ЖКД может превышать данный показатель некоторых других дисплеев по причине большей максимальной яркости.
- ЖК-экраны отличаются большим временем отклика, чем плазменные аналоги, создавая видимые ореолы при быстром движении изображения, хотя этот показатель по мере развития технологии постоянно улучшается и в современных ЖК-панелях практически незаметен. Большинство TN- и IPS-дисплеев имеют время отклика 5–8 мс.
- Овердрайв, применяемый в некоторых панелях, приводит к тому, что на участках изменяющегося изображения возникают артефакты в виде повышенного шума или ореолов. Причиной этого побочного эффекта является стремление пикселей достичь предполагаемой яркости (или напряжения, которое требуется для прохождения нужного количества света), после чего они возвращаются к целевому уровню, обеспечивая лучшее время отклика.
- ЖК-дисплеи отличаются ограниченными углами обзора, из-за чего одновременно смотреть на экран может меньшее число зрителей. При достижении предельного угла контрастность и цветопередача ухудшаются. Но некоторые производители используют этот эффект, предлагая намеренно ограниченный обзор ЖК-монитора с целью обеспечения большей конфиденциальности, например, при пользовании ноутбуком в общественных местах. Кроме того, это позволяет создать для одного наблюдателя 2 различных изображения, создавая стереоскопический эффект.
- Некоторые старые ЖК-мониторы могут вызвать мигрени и проблемами со зрением по причине мерцания ламп подсветки, работающих с частотой сети 50 Гц. В современных экранах это устранено с переходом на питание высокочастотным током.
- ЖК-дисплеи иногда страдают от выгорания. По мере развития технологии данная проблема снижается, поскольку появляются новые методы ее устранения. Иногда экран можно восстановить путем длительного отображения белого изображения.
- Некоторые ЖКД не способны работать в режиме низкого разрешения (например, 320 х 200). Но это связано со схемой управления, а не особенностями ЖК-монитора.
- Плоские дисплеи очень уязвимы. Но их легкий вес снижает вероятность повреждения, а некоторые модели защищены стеклом.
Жидкокристаллический монитор — это… Что такое Жидкокристаллический монитор?
Жидкокристаллический монитор (также Жидкокристаллический дисплей, ЖКД, ЖК-монитор, англ. liquid crystal display, LCD, плоский индикатор) — плоский монитор на основе жидких кристаллов.
LCD TFT (англ. TFT — thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — одно из названий жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель TFT для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.
Назначение ЖК-монитора
Жидкокристаллический монитор предназначен для отображения графической информации с компьютера, TV-приёмника, цифрового фотоаппарата, электронного переводчика, калькулятора и пр.
Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы (электронные часы, телефоны, плееры, термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей. Многоцветное изображение формируется с помощью 2008) в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, а также во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом(6 бит на канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом.
Устройство ЖК-монитора
Субпиксел цветного ЖК-дисплея
Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света — ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение — молекулы стремятся выстроиться в направлении поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени — жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток, или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки(в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
Технические характеристики ЖК-монитора
Важнейшие характеристики ЖК-мониторов:
- Разрешение: Горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселах. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно, «родное», физическое разрешение, остальные достигаются интерполяцией.
Фрагмент матрицы ЖК монитора (0,78х0,78 мм), увеличеный в 46 раз.
- Размер точки: расстояние между центрами соседних пикселов. Непосредственно связан с физическим разрешением.
- Видимая диагональ: размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.
- Контрастность: отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведенная для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.
- Яркость: количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.
- Время отклика: минимальное время, необходимое пикселу для изменения своей яркости. Методы измерения неоднозначны.
- Угол обзора: угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению.
- Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.
- Входы: (напр, DVI, HDMI и пр.).
Технологии
Часы с ЖКИ-дисплеем
Жидкокристаллические мониторы были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA, Принстон, штат Нью-Джерси.
Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода. Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.
Время отклика ЖК мониторов, сконструированных по технологии SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display — кремниевая отражающая жидкокристаллическая матрица), уменьшено до 5 мс. Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal — плазменное управление жидкими кристаллами), которая соединила в себе преимущества LCD (яркость и сочность цветов, контрастность) и плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту, H, и вертикали, V, высокую скорость обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения.
TN+film (Twisted Nematic + film)
Макрофотография TN+film матрицы монитора NEC LCD1770NX. На белом фоне — стандартный курсор Windows
Часть «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно — от 90° до 150°). В настоящее время приставку «film» часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности — нет.
TN + film — самая простая технология.
Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселам не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.
К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.
IPS (In-Plane Switching)
Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Однако, хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.
На настоящий момент матрицы, изготовленные по технологии IPS единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB — 24 бита, по 8 бит на канал. TN-матрицы почти всегда имеют 6-бит, как и часть MVA.
Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение черного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.
При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.
IPS в настоящее время вытеснено технологией S-IPS (Super-IPS, Hitachi 1998 год), которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика. Но, несмотря на то, что цветность S-IPS панелей приблизилась к обычным мониторам CRT, контрастность все равно остаётся слабым местом. S-IPS активно используется в панелях размером от 20″, LG.Philips, NEC остаются единственными производителями панелей по данной технологии.
Макрофотография S-IPS матрицы монитора NEC 20 WGX2 Pro. Стандартный курсор Windows на оранжевом фоне
AS-IPS — технология Advanced Super IPS (Расширенная Супер-IPS), также была разработана корпорацией Hitachi в 2002 году. В основном улучшения касались уровня контрастности обычных панелей S-IPS, приблизив его к контрастности S-PVA панелей. AS-IPS также используется в качестве названия для мониторов корпорации LG.Philips.
A-TW-IPS — Advanced True White IPS (Расширенная IPS с настоящим белым), разработано LG.Philips для корпорации
AFFS — Advanced Fringe Field Switching (неофициальное название S-IPS Pro). Технология является дальнейшим улучшением IPS, разработана компанией BOE Hydis в 2003 году. Усиленная мощность электрического поля позволила добиться ещё больших углов обзора и яркости, а также уменьшить межпиксельное расстояние. Дисплеи на основе AFFS в основном применяются в планшетных ПК, на матрицах производства Hitachi Displays.
*VA (Vertical Alignment)
MVA — Multi-domain Vertical Alignment. Эта технология разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160°(на современных моделях мониторов до 176—178 градусов), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.
MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки.
Достоинствами технологии MVA являются глубокий черный цвет и отсутствие, как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля.
Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения, большее время отклика.
Аналогами MVA являются технологии:
- PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung.
- Super PVA от Samsung.
- Super MVA от CMO.
Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским качествам.
Преимущества и недостатки
Искажение изображения на ЖК-мониторе при большом угле обзора
Макрофотография типичной жк-матрицы. В центре можно увидеть два дефектных субпикселя (зелёный и синий).
В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малый размер и вес в сравнении с ЭЛТ. У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ, нет видимого мерцания, дефектов фокусировки и сведения лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в 2-4 раза меньше, чем у ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров. Энергопотребление ЖК мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight — задний свет) ЖК-матрицы. Во многих современных (2007) мониторах для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более Герц. Светодиодная подсветка в основном используется в небольших дисплеях, хотя в последние годы она все шире применяется в ноутбуках и даже в настольных мониторах. Несмотря на технические трудности её реализации, она имеет и очевидные преимущества перед флуоресцентными лампами, например более широкий спектр излучения, а значит, и цветовой охват.
С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:
- В отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320×200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах.
- Цветовой охват и точность цветопередачи ниже, чем у плазменных панелей и ЭЛТ соответственно. На многих мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах).
- Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.
- Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки).
- Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев. Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.
- Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
- Массово производимые ЖК-мониторы более уязвимы, чем ЭЛТ. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей.
- Вопреки расхожему мнению пикселы ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения.
Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED-дисплеи. С другой стороны, эта технология встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.
См. также
Ссылки
Литература
- Артамонов О. Параметры современных ЖК-мониторов
- С. П. Мирошниченко, П. В. Серба. Устройство ЖКИ. Лекция 1
- Мухин И. А. Как выбрать ЖК-монитор?. «Компьютер-бизнес-маркет», № 4 (292), январь 2005, стр. 284—291.
- Мухин И. А. Развитие жидкокристаллических мониторов. «BROADCASTING Телевидение и радиовещение»: 1 часть — № 2(46) март 2005, с.55-56; 2 часть — № 4(48) июнь-июль 2005, с.71-73.
- Мухин И. А. Современные плоскопанельные отображающие устройства.»BROADCASTING Телевидение и радиовещение»: № 1(37), январь-февраль 2004, с.43-47.
- Мухин И. А., Украинский О. В. Способы улучшения качества телевизионного изображения, воспроизводимого жидкокристаллическими панелями. Материалы доклада на научно-технической конференции «Современное телевидение», Москва, март 2006.
Wikimedia Foundation. 2010.
|
