Как работи течнокристален дисплей. IPS екран - какво е това и какви са предимствата на технологията

Принцип на действие

Екраните на LCD мониторите (Liquid Crystal Display, течнокристални монитори) са направени от вещество (цианофенил), което е в течно състояние, но в същото време има някои свойства, присъщи на кристалните тела. Всъщност това са течности с анизотропия на свойствата (по-специално оптичните свойства), свързани с подредеността в ориентацията на молекулите. Колкото и да е странно, течните кристали са почти десет години по-стари от CRT, първото описание на тези вещества е направено през 1888 г. Въпреки това, дълго време никой не знаеше как да ги приложи на практика: има такива вещества и всичко, и никой освен физици и химици, те не бяха интересни. И така, материалите с течни кристали са открити през 1888 г. от австрийския учен Ф. Реницер, но едва през 1930 г. изследователи от британската корпорация Marconi получават патент за тяхното индустриално приложение. В края на 1966 г. RCA Corporation демонстрира прототип на LCD монитор - цифров часовник. Sharp Corporation изигра значителна роля в развитието на LCD технологията.

Работата на LCD се основава на феномена на поляризация на светлинния поток. Известно е, че така наречените поляроидни кристали са способни да предават само тази компонента на светлината, чийто вектор на електромагнитна индукция лежи в равнина, успоредна на оптичната равнина на поляроида. За останалата част от светлинния поток полароидът ще бъде непрозрачен. По този начин поляроидът, така да се каже, "пресява" светлината, този ефект се нарича поляризация на светлината. Когато бяха изследвани течни вещества, чиито дълги молекули са чувствителни към електростатични и електромагнитни полета и са способни да поляризират светлината, стана възможно да се контролира поляризацията. Тези аморфни вещества, поради сходството им с кристалните вещества по електрооптични свойства, както и способността да приемат формата на съд, бяха наречени течни кристали.

Екранът на LCD монитора е масив от малки сегменти (наречени пиксели), които могат да бъдат манипулирани, за да показват информация. LCD мониторът има няколко слоя, където ключовата роля се играе от два панела, направени от несъдържащ натрий и много чист стъклен материал, наречен субстрат или субстрат, които всъщност съдържат тънък слой от течни кристали между тях [вижте фиг. ориз. 2.1].

Панелите имат жлебове, които насочват кристалите, придавайки им специална ориентация. Стриите са подредени така, че да са успоредни на всеки панел, но перпендикулярни между два панела. Надлъжните бразди се получават чрез поставяне на тънки филми от прозрачна пластмаса върху стъклената повърхност, която след това се обработва по специален начин. В контакт с жлебовете молекулите в течните кристали са ориентирани по един и същи начин във всички клетки. Молекулите на една от разновидностите на течните кристали (нематици) при липса на напрежение завъртат вектора на електрическото (и магнитното) поле в светлинна вълна под някакъв ъгъл в равнина, перпендикулярна на оста на разпространение на лъча. Прилагането на жлебове върху стъклената повърхност позволява да се осигури еднакъв ъгъл на въртене на поляризационната равнина за всички клетки. Двата панела са много близо един до друг. Течнокристалният панел се осветява от източник на светлина (в зависимост от това къде се намира, течнокристалните панели работят чрез отразяване или предаване на светлина).

П Равнината на поляризация на светлинния лъч се завърта на 90° при преминаване през един панел [виж фиг. ориз. 2.2]. Когато се появи електрическо поле, молекулите на течните кристали частично се подреждат вертикално по протежение на полето, ъгълът на въртене на равнината на поляризация на светлината става различен от 90 градуса и светлината преминава през течни кристали безпрепятствено [виж фиг. ориз. 2.3].

Въртенето на равнината на поляризация на светлинния лъч е незабележимо за окото, така че се наложи добавянето на два други слоя към стъклените панели, които са поляризационни филтри. Тези филтри пропускат само тази компонента на светлинния лъч, за която поляризационната ос съответства на зададената. Следователно, когато преминава през поляризатора, светлинният лъч ще бъде отслабен в зависимост от ъгъла между неговата равнина на поляризация и оста на поляризатора. При липса на напрежение клетката е прозрачна, тъй като първият поляризатор пропуска само светлина със съответния поляризационен вектор. Благодарение на течните кристали векторът на поляризация на светлината се върти и докато лъчът премине към втория поляризатор, той вече е завъртян, така че да премине през втория поляризатор без проблеми [виж фиг. Фигура 2.4a].

При наличие на електрическо поле завъртането на поляризационния вектор става под по-малък ъгъл, поради което вторият поляризатор става само частично прозрачен за радиация. Ако потенциалната разлика е такава, че въртенето на равнината на поляризация в течните кристали изобщо не се случва, тогава светлинният лъч ще бъде напълно погълнат от втория поляризатор и екранът, когато е осветен отзад, ще изглежда черен от отпред (осветителните лъчи се абсорбират напълно в екрана) [вижте фиг. Фигура 2.4b]. Ако поставите голям брой електроди, които създават различни електрически полета на отделни места на екрана (клетка), тогава ще бъде възможно, с правилното управление на потенциалите на тези електроди, да показвате букви и други елементи на изображението на екрана . Електродите са поставени в прозрачна пластмаса и могат да бъдат във всякаква форма. Технологичните иновации направиха възможно ограничаването на техния размер до размера на малка точка, съответно на една и съща площ на екрана можете да поставите Повече ▼електроди, което увеличава разделителната способност на LCD монитора и ни позволява да показваме дори сложни изображения в цвят. За да се покаже цветно изображение, мониторът трябва да бъде осветен отзад, така че светлината да идва от задната страна на LCD дисплея. Това е необходимо, за да може да се наблюдава изображение с добро качество, дори ако средата не е ярка. Цветът се получава чрез използване на три филтъра, които извличат три основни компонента от излъчването на източник на бяла светлина. Чрез комбиниране на трите основни цвята за всяка точка или пиксел на екрана е възможно да се възпроизведе всеки цвят.

Всъщност в случая с цвета има няколко възможности: можете да направите няколко филтъра един след друг (води до малка част от предаваното лъчение), можете да използвате свойството на течнокристална клетка - когато силата на електрическото поле се промени , ъгълът на въртене на равнината на поляризация на радиацията се променя различно за светлинни компоненти с различна дължина на вълната. Тази функция може да се използва за отразяване (или абсорбиране) на радиация с дадена дължина на вълната (проблемът е необходимостта от точна и бърза промяна на напрежението). Кой механизъм се използва зависи от конкретния производител. Първият метод е по-прост, вторият по-ефективен.

Едно от първите опасения беше необходимостта от стандарт за определяне на качеството на дисплея при високи разделителни способности. Първата стъпка към целта беше да се увеличи ъгълът на въртене на равнината на поляризация на светлината в кристалите от 90° на 270° с помощта на STN технология.

Предимства и недостатъци на LCD мониторите

Сред предимствата на TFT може да се отбележи отличното фокусиране, липсата на геометрични изкривявания и грешки при съвпадение на цветовете. Освен това те никога не трептят на екрана, т.к. тези дисплеи не използват електронен лъч, който рисува отляво надясно всяка линия на екрана. Когато в CRT този лъч се пренесе от долния десен в горния ляв ъгъл, изображението изгасва за момент (обратен лъч). Напротив, пикселите на TFT дисплея никога не изгасват, те просто непрекъснато променят интензитета на блясъка си. Таблица 1.1 показва всички основни разлики в производителността за различни видовепоказва:

Таблица 1.1. Сравнителна характеристика CRT и LCD монитори.

Легенда: ( + ) достойнство, ( ~ ) е допустимо, ( - ) недостатък

	LCD монитори	CRT монитори
Яркост	(+ ) от 170 до 250 Cd/m2	(~ ) от 80 до 120 Cd/m2
Контраст	(~ ) от 200:1 до 400:1	(+ ) от 350:1 до 700:1
Ъгъл на гледане(за разлика)	(~ ) от 110 до 170 градуса	(+ ) над 150 градуса
Ъгъл на гледане(по цвят)	(- ) от 50 до 125 градуса	(~ ) над 120 градуса
разрешение	(- ) Една резолюция с фиксиран размер на пикселите. Оптимално може да се използва само в тази резолюция; могат да се използват по-високи или по-ниски разделителни способности в зависимост от поддържаните функции за разширяване или компресиране, но те не са оптимални.	(+ ) Поддържат се различни разделителни способности. При всички поддържани разделителни способности мониторът може да се използва оптимално. Ограничението се налага само от приемливостта на честотата на опресняване.
Вертикална честота	(+ ) Оптималната честота е 60 Hz, което е достатъчно за липса на трептене	(~ ) Само при честоти над 75 Hz няма ясно видимо трептене
Грешки при съпоставяне на цветовете	(+ ) Не	(~ ) 0,0079 до 0,0118 инча (0,20 - 0,30 mm)
Фокусиране	(+ ) много добре	(~ ) сравнително до много добро>
Геометрично/линейно изкривяване	(+ ) Не	(~ ) са възможни
Мъртви пиксели	(- ) до 8	(+ ) Не
Входен сигнал	(+ ) аналогови или цифрови	(~ ) само аналогови
Мащабиране при различни резолюции	(- ) липсва или се използват методи на интерполация, които не изискват големи режийни разходи	(+ ) много добре
Точност на цветния дисплей	(~ ) Поддържа се True Color и желаната цветова температура се симулира	(+ ) Поддържа се True Color и в същото време на пазара има много устройства за калибриране на цветовете, което е определено предимство
Гама корекция(настройка на цвета спрямо характеристиките на човешкото зрение)	(~ ) задоволително	(+ ) фотореалистичен
Еднородност	(~ ) често изображението е по-ярко по краищата	(~ ) често изображението е по-ярко в центъра
Чистота на цвета/Качество на цвета	(~ ) добре	(+ ) Високо
трептене	(+ ) Не	(~ ) неусетно над 85 Hz
Инерционно време	(- ) от 20 до 30 ms.	(+ ) е пренебрежимо малък
Изобразяване	(+ ) Изображението се формира от пиксели, чийто брой зависи само от конкретната резолюция на LCD панела. Стъпката на пикселите зависи само от размера на самите пиксели, но не и от разстоянието между тях. Всеки пиксел е индивидуално оформен за превъзходен фокус, яснота и яснота. Изображението е по-кохерентно и гладко	(~ ) Пикселите се образуват от група точки (триади) или ивици. Стъпката на точка или линия зависи от разстоянието между точките или линиите от един и същи цвят. В резултат на това остротата и яснотата на изображението силно зависят от размера на стъпката на точката или линията и от качеството на CRT.
Консумация на енергия и емисии	(+ ) На практика няма опасно електромагнитно излъчване. Консумацията на енергия е около 70% по-ниска от стандартните CRT монитори (25W до 40W).	(- ) Електромагнитни излъчвания винаги има, но нивото им зависи от това дали CRT отговаря на стандартите за безопасност. Консумация на енергия в работно състояние на ниво от 60 - 150 вата.
Размери/тегло	(+ ) плосък дизайн, леко тегло	(- ) тежка конструкция, заема много място
Интерфейс на монитора	(+ ) Цифров интерфейс, но повечето LCD монитори имат вграден аналогов интерфейс за свързване към най-често срещаните аналогови изходи на видео адаптери	(- ) Аналогов интерфейс

От таблица 1.1 следва, че по-нататъшното развитие на LCD мониторите ще бъде свързано с увеличаване на яснотата и яркостта на изображението, увеличаване на ъгъла на гледане и намаляване на дебелината на екрана. Така например вече има обещаващи разработки на LCD монитори, направени по технология, използваща поликристален силиций. Това прави възможно по-специално създаването на много тънки устройства, тъй като след това контролните чипове се поставят директно върху стъкления субстрат на дисплея. В допълнение, новата технология осигурява висока разделителна способност на сравнително малък екран (1024x768 пиксела на 10,4-инчов екран).

STN, DSTN, TFT

STN е съкращение от „Super Twisted Nematic". Технологията STN увеличава ъгъла на усукване (ъгъл на усукване) на ориентацията на кристалите вътре в LCD дисплея от 90° до 270°, което осигурява по-добър контраст на изображението, когато мониторът е увеличен. Често STN клетките се използват по двойки. Този дизайн се нарича DSTN (Double Super Twisted Nematic), при който една двуслойна DSTN клетка се състои от 2 STN клетки, чиито молекули се въртят в противоположни посоки по време на работа. Светлината, преминавайки през такава структура в "заключено" състояние, губи по-голямата част от енергията си. Контрастът и разделителната способност на DSTN са доста високи, така че стана възможно да се направи цветен дисплей, в който има три LCD клетки и три основни цветни оптични филтъра на пиксел. Цветните дисплеи не могат да работят от отразена светлина, така че лампата за подсветка е техният задължителен атрибут. За да се намалят размерите, лампата е разположена отстрани, а срещу нея е огледало [виж фиг. ориз. 2.5], така че повечето LCD монитори са по-ярки в центъра, отколкото в краищата (това не се отнася за настолните LCD монитори).

T STN клетките се използват и в режим TSTN (Triple Super Twisted Nematic), където се добавят два тънки слоя полимерен филм, за да се подобри възпроизвеждането на цветовете на цветните дисплеи или да се осигури добро качество на монохромните монитори. Терминът пасивна матрица идва от разделянето на монитора на точки, всяка от които, благодарение на електродите, може да зададе ориентацията на равнината на поляризация на лъча, независимо от другите, така че в резултат на това всеки такъв елемент може да бъде индивидуален осветен за създаване на изображение. Матрицата се нарича пасивна, тъй като технологията за създаване на LCD дисплеи, която беше описана по-горе, не може да осигури бърза промяна на информацията на екрана. Изображението се формира ред по ред чрез последователно подаване на управляващо напрежение към отделните клетки, което ги прави прозрачни. Поради доста големия електрически капацитет на клетките, напрежението в тях не може да се промени достатъчно бързо, така че актуализацията на картината е бавна. Такъв дисплей има много недостатъци по отношение на качеството, защото изображението не се показва гладко и трепти на екрана. Ниската скорост на промяна на прозрачността на кристалите не позволява правилното показване на движещи се изображения.

За решаване на част гореописаните проблемиизползват се специални технологии.За да се подобри качеството на динамичното изображение, беше предложено да се увеличи броят на управляващите електроди. Тоест, цялата матрица е разделена на няколко независими подматрици (Dual Scan DSTN - две независими полета на сканирането на изображението), всяка от които съдържа по-малък брой пиксели, така че тяхното последователно управление отнема по-малко време. В резултат на това инерционното време на LC може да бъде намалено. Също така по-добри резултати по отношение на стабилност, качество, разделителна способност, гладкост и яркост на изображението могат да бъдат постигнати при използване на екрани с активна матрица, които обаче са по-скъпи.

Активната матрица използва отделни усилващи елементи за всяка клетка на екрана, които компенсират ефекта на капацитета на клетките и значително намаляват времето за промяна на тяхната прозрачност. Активната матрица има много предимства пред пасивната матрица. Например по-добра яркост и възможност за гледане на екрана дори с отклонение до 45 ° или повече (т.е. при зрителен ъгъл от 120 ° -140 °) без компромис с качеството на изображението, което е невъзможно в случай на пасивна матрица, която ви позволява да виждате висококачествено изображение само пред екрана. Имайте предвид, че скъпите модели LCD монитори с активна матрица осигуряват ъгъл на гледане от 160 ° [вижте фиг. 2.6] и има всички основания да се смята, че технологията ще продължи да се подобрява в бъдеще. Активната матрица може да показва движещи се изображения без видимо трептене, тъй като времето за реакция на дисплея с активна матрица е около 50 ms срещу 300 ms за пасивната матрица, освен това контрастът на мониторите с активна матрица е по-висок от този на CRT мониторите. Трябва да се отбележи, че яркостта на отделен екранен елемент остава непроменена през целия интервал от време между актуализациите на изображението и не представлява кратък светлинен импулс, излъчван от фосфорния елемент на CRT монитора веднага след преминаването на електронния лъч върху този елемент. Ето защо за LCD мониторите е достатъчна вертикална честота от 60 Hz.

Е Функционалните възможности на LCD мониторите с активна матрица са почти същите като тези на дисплеите с пасивна матрица. Разликата е в масива от електроди, който задвижва течнокристалните клетки на дисплея. В случай на пасивна матрица, различни електроди получават електрически зарядцикличен метод при актуализиране на дисплея ред по ред и в резултат на разреждането на капацитетите на елементите изображението изчезва, тъй като кристалите се връщат към първоначалната си конфигурация. В случай на активна матрица към всеки електрод се добавя транзистор за съхранение, който може да съхранява цифрова информация (двоични стойности от 0 или 1) и в резултат на това изображението се съхранява до получаване на друг сигнал.

Тънкослоен транзистор (TFT), т.е. тънкослойният транзистор е контролни елементи, който контролира всеки пиксел на екрана. Тънкослойният транзистор наистина е много тънък, дебелината му е 0,1 - 0,01 микрона. Технологията за създаване на TFT е много сложна и е трудно да се постигне приемлив процент добри продукти поради факта, че броят на използваните транзистори е много голям. Имайте предвид, че монитор, който може да показва изображение с резолюция 800x600 пиксела в SVGA режим и само с три цвята, има 1 440 000 отделни транзистора. Производителите определят стандарти за ограничено количествотранзистори, които може да не работят в LCD дисплея. Базираният на TFT пиксел е подреден по следния начин: три цветни филтъра (червен, зелен и син) са интегрирани един след друг в стъклена плоча. Всеки пиксел е комбинация от три цветни клетки или под-пикселни елементи [вижте фиг. ориз. 2.7]. Това означава например, че дисплей с разделителна способност 1280x1024 има точно 3840x1024 транзистори и подпикселни елементи. Размерът на точката (пиксела) за 15,1" TFT дисплей (1024x768) е приблизително 0,0188" (или 0,30 mm), а за 18,1" TFT дисплей е приблизително 0,011" (или 0,28 mm).

TFT имат редица предимства пред CRT мониторите, включително намалена консумация на енергия и разсейване на топлината, плосък екран и липса на следа от движещи се обекти.

Взето от http://monitors.narod.ru

Ще разгледаме устройството на LCD модула на 19-инчов монитор, използвайки примера на LCD модул с TN + Film матрица от известния тайвански производител HannStar. Тези модули са използвани в монитори под търговските марки на Acer, LG, HP и други.

Под защитния метален капак са контролите на матрицата, разположени на същата платка.

през конектора, обозначен с CN1, платката за управление на матрицата получава диференциални сигнални сигнали с ниско напрежение LVDS и захранващото напрежение е + 5V

контролерът е отговорен за обработката на LVDS сигналите от скалера на платката за управление на матрицата

контролерът генерира сигнали, които чрез декодери, слети в контурите, управляват полеви транзистори TFT (Thin film transistor) на субпикселите на матрицата

на следващото изображение можете да видите как са разположени субпикселите на матрицата, редувайки се ред R-G-B(червено-зелено-синьо)

течните кристали на всеки субпиксел се управляват от отделен полеви транзистор, тоест в матрица с резолюция 1280x1024 има 1280x1024 = 13010720 пиксела, а всеки пиксел от своя страна се състои от три субпиксела, така че броят на транзисторите в матрица с резолюция 1280x1024 е 3932160.

Без да навлизаме в детайлите на поляризацията на светлинния поток, по опростен начин можете да си представите като цяло как работи LCD матрицата по следния начин: ако приложите напрежение към субпикселния транзистор, тогава субпикселът НЯМА да предава светлина, ако не прилагайте напрежение, субпикселът ще предава светлина. Ако и трите RGB субпиксела пропускат светлина, тогава ще видим бяла точка (пиксел) на екрана, ако и трите RGB субпиксела НЕ пропускат светлина, тогава ще видим черна точка на екрана. В зависимост от интензитета на светлинния поток (т.е. от ъгъла на въртене на течните кристали в субпиксела), преминаващ през три RGB филтъра на един пиксел, можем да получим точка от всякакъв цвят

преобразувателят, направен на интегралната схема U200, е отговорен за формирането на необходимите захранващи напрежения на TFT матрицата

ако премахнете металната рамка и отделите LCD матрицата от рефлектора / световода, ще откриете, че матрицата е почти прозрачна

Помислете за дизайна на световода/дифузора. пластмасова рамка фиксира три филма (два разсейващи и един поляризиращ между тях) върху повърхността на световода, който е правоъгълна плоча от плексиглас с дебелина ~ 10 mm

под световода има подложка от бяла пластмаса с дебелина 0,5 мм

от страната на световода, обърната към бялата пластмасова подложка, е нанесен специален модел, за да се образува равномерно осветяване във всички точки на дисплея

крайната част на "пая" дифузьор/оптично влакно е метална основа, в тази основа има крепежни елементи, с помощта на които целият LCD модул се фиксира в корпуса на монитора

високоволтови газоразрядни CCFL (флуоресцентни лампи със студен катод) лампи са разположени в две, хоризонтално над и под светлинния водач

рефлекторът е с няколко милиметра по-дълъг от по-голямата страна на световодната плоча, служи и като контейнер, благодарение на който лампите се фиксират над и под световода

благодарение на специалния модел на светлинния водач, светлината на лампите се разпространява равномерно по цялата площ на екрана. има други дизайни на дифузьор без тежка светловодна плоча и с лампи, разположени хоризонтално отгоре надолу с една стъпка зад LCD матрицата. има дизайни на дифузьор / световод (подсветка), използващи повече лампи, например 6, 8, 12

важно!

Този материал е само за информационни цели. Ако нямате достатъчно опит във възстановяването на LCD устройства, не разглобявайте монитора си, в резултат на неправилни действия можете да повредите LCD модула

Прието е да се разграничават три агрегатни състояния на материята твърдо, течно и газообразно. Но някои органични вещества са способни, когато се стопят в определена фаза, да проявяват свойства, присъщи както на кристалите, така и на течностите. Докато придобиват течливостта, характерна за течностите, в тази фаза те не губят подредеността на молекулите, характерна за твърдите кристали. Тази фаза може да се нарече четвърто състояние на агрегация. Вярно е, че не трябва да забравяме, че го имат само определени вещества и само в определен температурен диапазон.

Пространствената ориентация на LC молекулите в така нареченото състояние на покой се нарича ред на течните кристали. Според класификацията на Friedel има три основни категории порядък на FA: смектичен, нематичен и холестеричен (фиг. 1).

Smectic LC са най-подредените и са по-близки по структура до конвенционалните твърди кристали. Те, в допълнение към простата взаимна ориентация на молекулите, също имат своето разделение на равнини.

Посоката на преобладаващата ориентация на дългите оси на молекулите в течните кристали се обозначава с вектор с единична дължина, наречен директор.

Материалите с нематичен ред са от първостепенно значение и се използват в съвременни течнокристални панели от всички видове (TN, IPS и VA). В нематиката нормалното състояние е положението на молекулите с ориентация на молекулите, подредени по целия обем, което е характерно за кристалите, но с хаотичното разположение на техните центрове на тежест, което е характерно за течностите. Молекулите в тях са ориентирани относително успоредно и изместени по оста на директора на различни разстояния.

Течните кристали с холестеричен ред в структурата приличат на нематици, разбити на слоеве. Молекулите във всеки следващ слой се завъртат спрямо предишния под някакъв малък ъгъл и директорът плавно се извива в спирала. Тази слоеста природа, образувана от оптичната активност на молекулите, е основната характеристика на холестеричния ред. Холестериците понякога се наричат ​​"усукани нематици".

Границата между нематичния и холестеричния ред е донякъде произволна. Холестеричният ред може да се получи не само от чист холестеричен материал, но и чрез добавяне на специални добавки, съдържащи хирални (оптически активни) молекули към нематичен материал. Такива молекули съдържат асиметричен въглероден атом и, за разлика от нематичните молекули, са огледално асиметрични.

Редът в течните кристали се определя от междумолекулните сили, които създават еластичността на LC материала. Да, тук можем да говорим за еластични свойства, въпреки че тяхната природа е различна от еластичните свойства на обикновените кристали, тъй като течните кристали все още имат течливост. В нормално (или основно) състояние, молекулите се стремят да се върнат в своята "позиция на покой", например в нематичен материал, в позиция със същата ориентация на директора.

Еластичността на течните кристали е с няколко порядъка по-ниска от тази на конвенционалните кристали и предоставя напълно уникална възможност за контролиране на тяхното положение с помощта на външни влияния. Такова влияние може да бъде например електрическо поле.

Сега повече за това как това поле може да повлияе на ориентацията на молекулите.

Нека вземем проба, състояща се от две стъклени пластини, пространството между които е запълнено с нематичен материал. Разстоянието между горната и долната плоча и съответно дебелината на течнокристалния слой е няколко микрона. За да се зададе желаната ориентация на директора на молекулите в материала, се използва специална повърхностна обработка на субстратите. За да направите това, върху повърхността се нанася тънък слой прозрачен полимер, след което се придава релеф на повърхността чрез специално триене - най-тънките бразди в една посока. Удължените кристални молекули в слоя в пряк контакт с повърхността са ориентирани по протежение на релефа. Междумолекулните сили карат всички други молекули да приемат същата ориентация.

Подреденото разположение на молекулите на течните кристали определя анизотропията на някои от техните физични свойства (нека ви напомня, че анизотропията е зависимостта на свойствата на средата от посоката в пространството). Течностите, с тяхното произволно подреждане на молекулите, са изотропни. Но течните кристали вече имат анизотропия, което е важно качество, което ви позволява да повлияете на характеристиките на светлината, преминаваща през тях.

Анизотропията на диелектричната проницаемост се използва за контролиране на позицията на молекулите. Представлява разликата

Δε = ε || + ε ⊥ където ε || диелектрична проницаемост в посока, успоредна на директорния вектор, ε ⊥ диелектрична проницаемост в посока, перпендикулярна на директорния вектор. Стойността на Δε може да бъде както положителна, така и отрицателна.

Вземете проба, състояща се от две стъклени пластини с разстояние от няколко микрона между пластините, напълнени с нематичен материал и запечатани. За да се зададе желаната ориентация на директора на молекулите в материала, се използва специална обработка на повърхността на субстратите, за това върху повърхността се нанася тънък слой от прозрачен полимер, след което се придава релеф на повърхността чрез специално триене на повърхността - най-фините бразди в една посока. Удължените молекули на кристалите в слоя, който е в пряк контакт с повърхността, са ориентирани по протежение на релефа, междумолекулните сили принуждават всички останали молекули да заемат същата ориентация. Ако в пробата се създаде електрическо поле, енергията на течните кристали в това поле ще зависи от позицията на молекулите спрямо посоката на полето. Ако позицията на молекулите не съответства на минималната енергия, те ще се завъртят на съответния ъгъл. В материал с положителна диелектрична константа (положителна диелектрична анизотропия) молекулите ще се стремят да се въртят по посока на електрическото поле, в материал с отрицателна диелектрична анизотропия те ще са склонни да се въртят напречно на посоката на полето. Ъгълът на въртене, съответно, ще зависи от приложеното напрежение.

Нека материалът в пробата има положителна диелектрична анизотропия, посоката на електрическото поле е перпендикулярна на първоначалната ориентация на молекулите (фиг. 2). Когато се приложи напрежение, молекулите ще се стремят да се въртят покрай полето. Но те първоначално са ориентирани по протежение на релефа на вътрешните повърхности на пробата, създадени чрез триене, и са свързани с тях чрез доста значителна адхезия. В резултат на това, когато ориентацията на директора се промени, ще възникнат обратни въртящи моменти. Докато полето е достатъчно слабо, еластичните сили поддържат молекулите в същата позиция. Тъй като напрежението се увеличава, започвайки от определена стойност Ек, ориентационните сили на електрическото поле надвишават еластичните сили и започва да се извършва въртенето на молекулите. Тази преориентация под въздействието на полето се нарича преход на Фридерикс. Преходът на Freedericksz е основен за организацията на управлението на течни кристали и принципът на работа на всички LCD панели се основава на него.

Създава се работещ механизъм:

• от една страна, електрическото поле ще принуди молекулите на течните кристали да се въртят до желания ъгъл (в зависимост от стойността на приложеното напрежение);
• от друга страна, еластичните сили, причинени от междумолекулни връзки, ще се стремят да върнат първоначалната ориентация на директора, когато напрежението бъде освободено.

Ако първоначалната ориентация на директора и посоките на електрическото поле не са строго перпендикулярни, тогава праговата стойност на полето Екнамалява, което прави възможно да се повлияе на позицията на молекулите с много по-малко поле.

В този момент ще е необходимо да се отклоним малко от течните кристали, за да обясним понятията "поляризация на светлината" и "равнина на поляризация" без тях, по-нататъшното представяне ще бъде невъзможно.

Светлината може да бъде представена като напречна електромагнитна вълна, чиито електрически и магнитни компоненти осцилират във взаимно перпендикулярни равнини (фиг. 3).

Естествената светлина (наричана още естествено поляризирана или неполяризирана светлина) съдържа трептения във вектора д, еднакво вероятни във всички посоки, перпендикулярни на вектора к(фиг. 4).

Частично поляризираната светлина има преобладаваща посока на трептене на вектора д. За частично поляризирана светлина в полето на светлинна вълна амплитудата на проекцията E върху една от взаимно перпендикулярните посоки винаги е по-голяма, отколкото върху другата. Съотношението между тези амплитуди определя степента на поляризация.

Линейно поляризираната светлина е светлина, която има едно векторно направление дза всички вълни. Концепцията за линейно поляризирана светлина е абстрактна. На практика, когато се говори за линейно поляризирана светлина, обикновено се има предвид частично поляризирана светлина с висока степенполяризация.

Равнината, в която лежи векторът ди вектор на посоката на вълната к, се нарича равнина на поляризация.

Сега обратно към LCD.

Второто по важност физическо свойство на течните кристали след диелектричната анизотропия, което се използва за управление на светлинния поток през тях, е оптичната анизотропия. Течните кристали имат различни стойности на индекса на пречупване на светлината за посоката на разпространение, успоредна и перпендикулярна на директора. Тоест скоростта на разпространение на светлинния лъч успоредно или перпендикулярно на директора ще бъде различна с по-висок коефициент, както е известно, той ще бъде по-нисък. Оптичната анизотропия или анизотропията на индекса на пречупване е разликата между два коефициента:

Δ н= н|| + н⊥ Където н|| показател на пречупване за поляризационната равнина, успоредна на директора; н⊥ е индексът на пречупване за поляризационната равнина, перпендикулярна на директора.

Наличието в материала на две различни стойности за н|| И н⊥ предизвиква ефект на двойно пречупване. Когато светлината удари двупречупващ материал, който е нематик, компонентът на електрическото поле на светлинната вълна се разделя на два векторни компонента - вибриращи по "бързата" ос и вибриращи по "бавната" ос. Тези компоненти се наричат ​​съответно обикновени и необикновени лъчи. Посоките на поляризация на обикновения и необичайния лъч са взаимно ортогонални. А наличието на "бързи" и "бавни" оси в материала се дължи на казаното по-горе - различни показатели на пречупване за лъчи, разпространяващи се съответно успоредно или перпендикулярно на посоката на директора.

Фигура 5 показва разпространението на вълните по "бързата" и "бавната" ос. Трябва да се подчертае, че оста в този случай не е фиксирана права линия, а посоката на равнината, в която вълната осцилира.

Тъй като фазовите скорости на обикновените и извънредните лъчи са различни, тяхната фазова разлика ще се променя с разпространението на вълната. Промяната във фазовата разлика на тези ортогонални компоненти предизвиква промяна в посоката на поляризацията на светлинната вълна. На фигурата, за по-голяма яснота, сумата от ортогоналните компоненти е представена от резултантния вектор Ер. Вижда се, че докато вълната се разпространява, посоката на вектора се върти Ер. По този начин добавянето на вълни на изхода на двупречупващ материал ще даде вълна с промяна в посоката на поляризацията спрямо първоначалната посока.

Ъгълът на въртене на равнината на поляризация ще зависи от ориентацията на молекулите в материала.

Панелна конструкция

Има няколко технологии за LCD панели. За да илюстрира дизайна в този случай, TN е даден като най-често срещан (фиг. 6).

Всички LCD панели за монитори са трансмисионни, изображението в тях се формира чрез преобразуване на светлинния поток от източник, разположен отзад. Модулацията на светлинния поток се осъществява благодарение на оптичната активност на течните кристали (способността им да въртят равнината на поляризация на предаваната светлина). Това се изпълнява по следния начин. При преминаване през първия поляризатор светлината от лампите за подсветка става линейно поляризирана. След това следва през слой от течни кристали, затворен в пространството между две стъкла. Позицията на LC молекулите във всяка клетка на панела се контролира от електрическото поле, създадено чрез прилагане на напрежение към електродите. Въртенето на равнината на поляризация на пропуснатата светлина зависи от позицията на молекулите. По този начин, чрез прилагане на необходимата стойност на напрежението към клетките, се контролира въртенето на поляризационната равнина.

За подаване на напрежение към субпиксела се използват вертикални (линия за данни) и хоризонтални (линия на врата) линии за данни, които са метални проводими пътеки, отложени върху вътрешната (най-близка до модула за задно осветяване) стъклена подложка. Електрическото поле, както вече беше споменато, се създава от напрежението на електродите общ и пиксел. Напрежението е променливо, тъй като използването на постоянно напрежение предизвиква взаимодействие на йони с електродния материал, нарушаване на подреждането на молекулите на LC материала и води до разграждане на клетката. TFT играе ролята на превключвател, който се затваря, когато се избере адресът на желаната клетка на линията за сканиране, позволява ви да „запишете“ желаната стойност на напрежението и в края на цикъла на сканиране се отваря отново, което ви позволява да съхранявате такса за определен период от време. Зареждането става с течение на времето T= T f/н , Където T fвреме за извеждане на кадър на екрана (например при честота на опресняване от 60 Hz, времето за извеждане на кадър е 1 s / 60 = 16,7 ms), нброй редове на панела (например 1024 за панели с физическа разделителна способност 1280x1024). Въпреки това, собственият капацитет на течнокристалния материал не е достатъчен, за да поддържа заряда между циклите на опресняване, което би трябвало да доведе до спад на напрежението и, следователно, намаляване на контраста. Следователно, в допълнение към транзистора, всяка клетка е оборудвана с кондензатор за съхранение, който също се зарежда при отваряне на транзистора и помага да се компенсират загубите на напрежение преди началото на следващия цикъл на сканиране.

Вертикалните и хоризонталните линии за данни се свързват към контролните чипове на панела с помощта на залепени плоски гъвкави кабели, съответно колона (източен драйвер) и линия (драйвер на гейта), които обработват входа от контролера цифров сигнали формират напрежението, съответстващо на получените данни за всяка клетка.

След слоя от течни кристали има цветни филтри, нанесени върху вътрешната повърхност на стъклото на панела и служещи за формиране на цветна картина. Използва се обичайният трицветен адитивен синтез: цветовете се образуват в резултат на оптично смесване на излъчванията на три основни цвята (червен, зелен и син). Една клетка (пиксел) се състои от три отделни елемента (субпиксели), всеки от които е свързан с червен, зелен или син цветен филтър, разположен над него, с комбинации от 256 възможни стойности на тонове за всеки субпиксел, можете да получите до 16,77 милиона пикселни цвята.

Структурата на панела (метални вертикални и хоризонтални линии за данни, тънкослойни транзистори) и граничните зони на клетките, където ориентацията на молекулите е нарушена, трябва да бъдат скрити под непрозрачен материал, за да се избегнат нежелани оптични ефекти. За това се използва така наречената черна матрица, която прилича на тънка решетка, която запълва празнините между отделните цветни филтри. Като материал за черната матрица се използват хромирани или черни смоли.

Последната роля във формирането на картината играе вторият поляризатор, често наричан анализатор. Неговата посока на поляризация е изместена спрямо първата с 90 градуса. За да представите предназначението на анализатора, можете условно да го премахнете от повърхността на свързания панел. В този случай ще видим всички субпиксели възможно най-осветени, тоест равномерно бяло запълване на екрана, независимо от изображението, което се показва на него. От факта, че светлината е станала поляризирана и равнината на нейната поляризация се върти от всяка клетка по различен начин, в зависимост от приложеното към нея напрежение, досега нищо не се е променило за очите ни. Функцията на анализатора е точно да отреже необходимите вълнови компоненти, което ви позволява да видите желания резултат на изхода.

Сега за това как се случва това изрязване на необходимите компоненти. Да вземем за пример поляризатор с вертикална посока на поляризация, т.е. предаване на вълни, ориентирани във вертикална равнина.

Фигура 7 показва вълна, разпространяваща се в равнина, разположена под някакъв ъгъл спрямо вертикалната посока на поляризацията. Векторът на електрическото поле на падащата вълна може да се разложи на две взаимно перпендикулярни компоненти: успоредна на оптичната ос на поляризатора и перпендикулярна на нея. Първият компонент, успореден на оптичната ос, преминава, вторият (перпендикулярен) е блокиран.

Оттук очевидни са две крайни позиции:

• вълна, разпространяваща се в строго вертикална равнина, ще се предава непроменена;
• вълна, разпространяваща се в хоризонтална равнина, ще бъде блокирана като без вертикална компонента.

Тези две крайни позиции съответстват на напълно отворено и напълно затворено положение на клетката. Да обобщим:

• За най-пълно блокиране на предаваната светлина от клетка (субпиксел) се изисква равнината на поляризация на тази светлина да бъде ортогонална на равнината на предаване на анализатора (посоката на поляризацията);
• За максимално предаване на светлина от клетка, нейната равнина на поляризация трябва да съвпада с посоката на поляризацията;
• Чрез плавно регулиране на напрежението, приложено към електродите на клетката, е възможно да се контролира позицията на течнокристалните молекули и, като следствие, въртенето на равнината на поляризация на предаваната светлина. И по този начин променя количеството светлина, предавано от клетката.

Тъй като ъгълът на въртене на поляризационната равнина зависи от разстоянието, изминато от светлината в течнокристалния слой, този слой трябва да има строго еднаква дебелина по целия панел. За да се поддържа равномерно разстояние между стъклата (с цялата структура, нанесена върху тях), се използват специални дистанционери.

Най-простият вариант са така наречените сачмени дистанционери (топчести дистанционери). Те представляват прозрачни полимерни или стъклени перли със строго определен диаметър и се нанасят върху вътрешната структура на стъклото чрез пръскане. Съответно, те са разположени произволно по цялата площ на клетката и присъствието им се отразява негативно на нейната еднородност, тъй като спейсерът служи като център за дефектния участък и молекулите са неправилно ориентирани директно в близост до него.

Използва се и друга технология - колонни дистанционери (колона дистанционер, фото дистанционер, пост дистанционер). Такива разделители са разположени с фотографска точност под черната матрица (фиг. 8). Предимствата на тази технология са очевидни: повишен контраст поради липсата на изтичане на светлина в близост до дистанционните елементи, по-прецизен контрол на равномерността на междините поради правилното подреждане на дистанционните елементи, повишена твърдост на панела и липса на вълни при натискане върху повърхността.

Панелът TN, чийто дизайн е показан на фиг. 6, е най-евтиният за производство, което определя неговото господство на пазара на масови монитори. В допълнение към нея има няколко други технологии, които се различават по местоположението, конфигурацията и материала на електродите, ориентацията на поляризаторите, използваните LC лекарства, първоначалната ориентация на директора в течнокристалния материал и т.н. Според първоначалната ориентация на директора всички съществуващи технологии могат да бъдат разделени на две групи:

1. Планарна ориентация

Това включва всички IPS технологии (S-IPS, SA-SFT и др.), както и FFS (понастоящем AFFS), разработени и рекламирани от Boe HyDis. Молекулите са подредени хоризонтално, успоредно на основата на субстратите, в посоката, определена от триене, горните и долните субстрати се трият в същата посока. Всички електроди, както пикселни, така и обикновени, са върху една и съща стъклена подложка от вътрешната страна на панела, заедно с линиите за данни и транзисторите. При IPS технологиите пикселните и общите електроди са разположени успоредно, редувайки се един с друг (фиг. 9). Силовите линии на полето преминават хоризонтално, но под известен ъгъл спрямо посоката на триене. Следователно, когато се приложи напрежение, молекулите, които в този случай имат положителна диелектрична анизотропия, се стремят да се подредят в посоката на приложеното поле, да се въртят в една и съща равнина под ъгъл, който зависи от неговия (полев) интензитет. В случая на FFS общият електрод е разположен под пикселния.При този дизайн напрежението, приложено към електродите, образува електрическо поле, което има както хоризонтални, така и вертикални компоненти. Ако за IPS в координатните оси, показани на фиг. 9, полето може да се характеризира като E y, тогава за FFS съответните стойности ще изглеждат така E yИ Ез. Това разположение на линиите на полето позволява използването на LC материали както с положителна, така и с отрицателна диелектрична анизотропия. Въртенето на молекулите, подобно на IPS, се извършва в същата равнина по посока на хоризонталната компонента на полето, но поради по-малкия брой гранични зони се върти значително по-голям брой молекули, което позволява стесняване на ширина на черната матрична решетка и постигане на по-висок коефициент на отвор на панела.

Едно от основните предимства на технологиите с планарна ориентация на режисьора е изключително лекото изместване на цвета (изместване на цвета) на палитрата при промяна на ъгъла на гледане. Тази стабилност се дължи на конфигурацията на спиралата, образувана от молекулите на течнокристалния материал под действието на полето, която в този случай има симетрична форма. Фигура 9 схематично показва позицията на молекулите на LC при подаване на напрежение към електродите; очевидно е, че максималният ъгъл на въртене се постига в средните слоеве. Тази нехомогенност се дължи на факта, че, както вече беше споменато, ориентацията на молекулите в желаната посока, успоредна на основата на субстратите, се получава чрез предварителна обработка (триене) на техните повърхности. Следователно подвижността на молекулите в слоя непосредствено до субстрата е ограничена от релефа на субстрата, а в следващите съседни слоеве от междумолекулните сили. В резултат на това под въздействието на полето молекулите образуват спирала, наподобяваща формата на лента с краища, фиксирани в една равнина, а централната част обърната. Съществува концепция за оптичен път, който зависи от индекса на пречупване на средата, в която се разпространява лъчът, и полученото фазово навлизане по неговата посока. Светлинните лъчи, преминаващи през течнокристалния слой, имат различна дължина на оптичния път в зависимост от ъгъла на преминаване. Симетричната форма на спиралата на молекулите позволява да се получи за всяко ниво на сивото точно събиране на дължината на оптичния път в горната и долната му половина, резултатът е почти пълната липса на зависимост на показаните нюанси от ъглите на видимост. Благодарение на това свойство IPS панелите се използват в по-голямата част от графично ориентираните монитори.

По време на преминаването на светлинна вълна посоката на въртене на получения вектор (виж фиг. 5) частично повтаря формата на извивката на спиралата, образувана от молекулите. Следователно въртенето на равнината на поляризация по време на преминаването на вълната през първата част от LC материала се извършва в една посока, а през втората - в обратна посока. Различно, в зависимост от приложеното напрежение, фазово забавяне на един от компонентите на вълната води до факта, че посоката на резултантния вектор Ерна изхода от течнокристалния слой се различава от първоначалния, това позволява определена част от светлинния поток да премине през анализатора. Светлопропускливите равнини на поляризатора и анализатора, както при всички други технологии, са изместени една спрямо друга под ъгъл от 90 градуса.

Всички произвеждани в момента варианти (S-IPS, AFFS, SA-SFT) използват дизайн на клетки с 2 домейна. За това се използват зигзагообразни електроди, които карат молекулите да се въртят в две посоки. Първоначалните версии, обозначени просто като "IPS" и "FFS", без префиксите "Super" и "Advanced", бяха с един домейн, следователно имаха промяна на цвета и по-малки ъгли на видимост (от 140/140 при спад на контраста до 10:1 за първия IPS).

Усуканата ориентация (или усуканата ориентация) също обикновено се включва в равнинната ориентация. Подреждането на молекулите по основата на субстратите в този случай също се постига чрез триене на техните повърхности, с тази разлика, че посоките на триене на горните и долните субстрати се изместват една спрямо друга. В резултат на това подреждане в нематичния материал директорът образува спирала, наподобяваща холестерична; за правилното формиране на спиралата в LC смеси се използват специални добавки, съдържащи хирални молекули. Ориентацията на усукване се използва в най-широко използваната TN (или TN+Film) технология. Тук няма смисъл да описваме и илюстрираме конструкцията на TN, това е правено многократно в много материали на подобна тематика и можем да кажем, че е добре известно.

2. Хомеотропна ориентация

MVA и PVA принадлежат към тази група. Директорът е ориентиран перпендикулярно на основата на стъкления субстрат, това се постига чрез използване на повърхностно активни вещества в покритието на субстрата. Общите и пикселните електроди са разположени на противоположни субстрати, полето е ориентирано вертикално. Тук се използват материали с течни кристали с отрицателна диелектрична анизотропия, така че приложеното напрежение кара молекулите на течните кристали да се обърнат срещу линиите на полето. MVA се отличава с наличието на микроскопични надлъжни издатини (изпъкналост) за предварителното накланяне на молекулите върху горната или двете подложки, така че първоначалното вертикално подравняване не е пълно. Молекулите, подравнявайки се с тези издатини, получават лек предварителен наклон, което позволява да се зададе определена посока за всеки регион (домен) на клетката, в който молекулите ще се въртят под въздействието на полето. В PVA няма такива издатини и при липса на напрежение режисьорът е ориентиран строго перпендикулярно на повърхността, а пикселът и общият електрод са изместени един спрямо друг, така че генерираното поле не е строго вертикално, а съдържа наклонен компонент (фиг. 10).

Технологиите с ориентация на хомеотропния директор включват и ASV, разработен от Sharp. В рамките на субпиксела има няколко пикселни електрода под формата на квадрати със заоблени ръбове. Основните принципи са същите: общият електрод е разположен на противоположния субстрат, молекулите са ориентирани вертикално при липса на поле и се използват течнокристални материали с отрицателна диелектрична анизотропия. Генерираното поле има ясно изразен наклонен компонент, а молекулите, обръщайки се срещу посоката на полето, създават структура, в която посоката на директора прилича на формата на чадър, центриран в средата на пикселния електрод.

Съществува и разделение на LCD модулите по типове в зависимост от състоянието на клетките при липса на напрежение. Обикновено бели (обикновено бели) панели се наричат, при които при нулево напрежение на клетките те са напълно отворени, съответно на екрана се възпроизвежда бял цвят. Обикновено бели са всички панели, направени по TN технология. Панелите, които блокират преминаването на светлина при липса на напрежение, обикновено са черни (обикновено черни), всички други технологии принадлежат към този тип.

модул за подсветка

...базирани на флуоресцентни лампи

През тялото на панела (поляризатори, електроди, цветни филтри и др.) преминава само малка част от първоначалния светлинен поток от подсветката, не повече от 3%. Следователно, собствената яркост на модула за подсветка трябва да бъде доста значителна - като правило използваните лампи имат яркост над 30 000 cd/m 2 .

За осветяване се използват флуоресцентни лампи със студен катод CCFL (без катодни нишки). Лампата CCFL е запечатана стъклена тръба, пълна с инертен газ с малко количество живак (фиг. 11). Катодите в този случай са равни електроди, тъй като за захранване се използва променлив ток. В сравнение с лампите с нажежаем (горещ) катод, CCFL електродите имат различна структура и са по-големи. Работната температура на катода се различава значително: 80-150 o C срещу приблизително 900 o C за лампите с горещ катод, докато температурата на самата лампа е близка съответно до 30-75 o C и 40 o C. Работното напрежение за CCFL е 600-900 V, началното напрежение е 900-1600 V (цифрите са доста произволни, тъй като гамата от използвани лампи е много широка). Светлината се получава чрез йонизация на газ и необходимо условиевъзникването му в лампа със студен катод е високо напрежение. Следователно, за да стартирате такава лампа, е необходимо да приложите напрежение към електродите за няколкостотин микросекунди, което е много по-високо от работното напрежение. Приложеното високо променливо напрежение предизвиква йонизация на газа и прекъсване на междината между електродите, възниква разряд.

Разрушаването на разрядната междина възниква поради следните причини. При нормални условия газът, който пълни лампата, е диелектрик. Когато се появи електрическо поле, малък брой йони и електрони, винаги присъстващи в обема на газа, започват да се движат. Ако към електродите се приложи достатъчно високо напрежение, електрическото поле придава такава висока скорост на йоните, че когато се сблъскат с неутрални молекули, електроните се избиват от тях и се образуват йони. В процеса на йонизация влизат и новообразуваните електрони и йони, движещи се под въздействието на полето, като процесът придобива лавинообразен характер. След като йоните започнат да получават достатъчно енергия, за да избият електрони чрез удряне на катода, възниква саморазреждане. За разлика от лампите с горещ катод, където разрядът е дъгов, типът разряд в CCFL е светещ.

Разрядът се поддържа от така наречения катоден потенциален спад. Основната част от потенциалния спад (напрежение) в разряда пада върху прикатодната област. Йоните, преминаващи през тази празнина с голяма потенциална разлика, придобиват голяма кинетична енергия, достатъчна да избият електрони от катода. Изхвърлените електрони, поради същата потенциална разлика, се ускоряват обратно в разряда, произвеждайки там нови двойки йони и електрони. Йоните от тези двойки се връщат към катода, ускоряват се от спада на напрежението между разряда и катода и отново избиват електрони.

Енергията на електрическия ток предизвиква прехода на живака в лампата от течно състояние в газообразно състояние. Когато електрони се сблъскат с атоми на живак, се освобождава енергия, причинена от връщането на атомите от нестабилно състояние в стабилно. В този случай се получава интензивно лъчение в ултравиолетовата област, делът на ултравиолетовото е около 60% от общото лъчение.

Видимата светлина се произвежда от фосфорно покритие, нанесено върху вътрешната повърхност на стъклото. Ултравиолетовите фотони, освободени от живака, възбуждат атомите във фосфорното покритие, повишавайки енергийното ниво на електроните. Когато електроните се върнат към първоначалното си енергийно ниво, атомите в покритието произвеждат енергия под формата на фотони на видимата светлина. Фосфорът е съществен компонентлампи, характеристиките на радиационния спектър зависят от това. Спектърът на CCFL е изключително неравномерен, с ясно изразени тесни пикове. Дори използването на многослойно фосфорно покритие (в ущърб на максималната яркост) не ви позволява да „изпреварите“ кинескопните монитори по отношение на цветовата гама. Следователно, за да се постигне приемлива цветова гама, при производството на панел е необходимо също така точно да се изберат цветни филтри, чиито ленти на пропускане трябва да съответстват възможно най-много на пиковете на емисионния спектър на лампите.

В идеалния случай комбинация от монохроматични източници на основни цветове и висококачествени цветни филтри може да осигури максимална цветова гама. Така наречените лазерни светодиоди могат да претендират за ролята на "квази-монохроматични" източници на светлина, но технологията на производство все още не гарантира рентабилността на използването им в модули за подсветка. Следователно, на този моментНай-добрата цветова гама може да бъде постигната с модули за подсветка, базирани на RGB LED пакети (вижте по-долу).

За генериране на напрежение от няколкостотин волта, необходимо за работата на лампите, се използват специални преобразуватели - инвертори. CCFL настройката на яркостта се извършва по два начина. Първият е да промените разрядния ток в лампата. Стойността на тока в разряда е 3-8 mA, значителна част от лампите имат още по-тесен обхват. При по-нисък ток равномерността на светенето страда, при по-висок животът на лампата значително намалява. Недостатъкът на този метод на настройка е, че ви позволява да променяте яркостта в много малък диапазон, невъзможно е значително да я намалите. Следователно мониторите с тази настройка, когато работят в условия на слаба околна светлина, често се оказват прекалено ярки дори при нулева яркост. При втория метод се генерира широчинно-импулсна модулация (PWM) на напрежението, захранващо лампите (широчината се контролира, т.е. продължителността на импулса, чрез промяна на ширината на единичен импулс се регулира средното ниво на напрежение.) . Недостатъците на този метод понякога се приписват на появата на мигащи лампи при внедряване на PWM при ниска честота от 200 Hz и по-ниска, всъщност управлението на PWM е най-разумният подход, тъй като ви позволява да променяте яркостта в широк диапазон .

За равномерно разпределение на светлината на лампите се използва система от световоди, дифузори и призми. Има много опции за организиране на разпределението на светлината, една от тях е показана на фиг. 12.

Решенията с подреждането на лампите в горната и долната крайна страна на панела са най-често срещаните, като такова разположение може значително да намали общата дебелина на продукта. 17" и 19" модулите обикновено имат четири лампи, две отгоре и две отдолу. В крайната част на тялото на такива панели има специални технологични отвори, така че не се изисква разглобяване на тялото за отстраняване на лампите (фиг. 13-b). Лампите с това разположение често се комбинират в блокове от две (фиг. 13-а).

Друг вариант е разположението на лампите по цялата площ на обратната страна на модула (фиг. 13-c) това решение се използва в многолампови панели с осем или повече лампи, както и при използване на U- оформени CCFL.

Минималният живот на лампата в момента обикновено се цитира от производителите на панели като между четиридесет и петдесет хиляди часа (животът се определя като времето, необходимо на една лампа да загуби 50% осветеност).

...на базата на светодиоди

Освен луминесцентни лампи като източник на светлина могат да се използват и светодиоди (LED). Базираните на LED модули за задно осветяване са изградени или върху „бели“ светодиоди, или върху пакети от светодиоди с основен цвят (RGB-LED).

Пакетите RGB-LED осигуряват най-голямата цветова гама. Факт е, че "белият" светодиод е син светодиод с жълто фосфорно покритие или ултравиолетов светодиод с комбинация от "червено", "зелено" и "синьо" фосфорно покритие. Спектърът на "белите" светодиоди не е лишен от всички недостатъци на спектъра на флуоресцентните лампи. Освен това, за разлика от "белите" светодиоди, пакетът RGB-LED ви позволява да регулирате цветовата температура на подсветката онлайн, като отделно контролирате интензитета на светене на всяка група светодиоди от основните цветове.

В резултат на това се постигат две цели:

• разширява цветовата гама поради по-идеален спектър на задно осветяване,
• възможностите за калибриране на цветовете се разширяват: към стандартния метод, базиран на таблиците за преобразуване на цветовите координати за пикселите на изображението, се добавя възможността за коригиране на цветовия баланс на фоновото осветление.

голяма стръмност волт-амперна характеристикаСветодиодите не ви позволяват плавно да регулирате яркостта на излъчването в широк диапазон. Но тъй като устройството позволява работа в импулсен режим, на практика методът на широчинно-импулсната модулация най-често се използва за регулиране на яркостта на светодиодите (както при флуоресцентни лампи).

Олег Медведев, Максим Проскурня

В днешно време технологиите не стоят неподвижни, те се развиват бързо, благодарение на което в света навлизат все повече и повече нови, невероятни и високотехнологични устройства. Това важи и за технологиите за производство на LCD монитори, които в момента са най-разпространени и с най-големи перспективи. Но какво е устройството на LCD монитора и какви са неговите предимства? Това е, което ще бъде обсъдено в тази публикация.

1. Какво е LCD монитор

Като начало си струва да разберете какво е LCD монитор. За да направите това, трябва да разберете какво е LCD дисплей. Както вероятно вече се досещате, LCD е вид съкращение, пълното име има следната форма - Liquid Crystal Display. Преведено на руски това означава дисплей с течни кристали. Така става ясно, че LCD и LCD са едно и също.

Тази технология се основава на използването на специални течни кристални молекули, които имат уникални свойства. Такива монитори имат редица неоспорими предимства. За да ги разберете, струва си да анализирате по-подробно принципа на работа на LCD мониторите.

2. Устройството на LCD монитора и принципа на неговата работа

Както бе споменато по-горе, за производството на LCD дисплей се използват специални вещества, наречени цианофенили. Те са в течно състояние, но в същото време имат уникални свойства, които са присъщи на кристалните тела. Всъщност това е течност, която има анизотропия на свойствата, по-специално оптичните. Тези свойства са свързани с подредеността в ориентацията на молекулите.

Принципът на действие на течнокристалните монитори се основава на поляризационните свойства на кристалните молекули. Тези молекули са способни да предават само този компонент на светлината, чийто вектор на електромагнитна индукция е разположен в паралелната оптична равнина на поляроида (кристална молекула). Кристалите не пропускат други светлинни спектри. С други думи, цианофенилите са светлинни филтри, които пропускат само определен светлинен спектър – един от основните цветове. Този ефект се нарича поляризация на светлината.

Поради факта, че дългите молекули на течните кристали променят местоположението си в зависимост от електрическото магнитно поле, стана възможно да се контролира поляризацията. Тоест, в зависимост от силата на електромагнитното поле, действащо върху циенофенилите, те променят местоположението и формата си, като по този начин променят ъглите на пречупване на светлината и променят поляризацията си. Благодарение на комбинацията от електрооптични свойства на кристалите и способността да приемат формата на съд, такива молекули се наричат ​​течни кристали.

Именно на тези свойства се основава принципът на работа на LCD монитора. Поради промяната в силата на електромагнитното поле, молекулите на течните кристали променят своето положение. Така се формира образ.

2.1. LCD матрица

Матрицата на LCD мониторите е масив, състоящ се от много малки сегменти, които се наричат ​​пиксели. Всеки от тези пиксели може да се контролира отделно, благодарение на което се появява определена картина. Матрицата на LCD монитора се състои от няколко слоя. Ключова роля имат двата панела, които са изработени от безнатриев и абсолютно чист стъклен материал. Този материал се нарича субстрат (или в хората - субстрат). Именно между тези два слоя се намира най-тънкият слой течни кристали.

В допълнение, панелите имат специални канали, които контролират кристалите, като им дават желаната ориентация (позиция). Тези жлебове са успоредни един на друг на панела и перпендикулярни на разположението на жлебовете на другия панел. Тоест на единия панел са хоризонтални, а на другия вертикални. Ако погледнете екрана през лупа, можете да видите най-тънките ивици (вертикално и хоризонтално). Те образуват малки квадратчета - това са пиксели. Те също са кръгли по форма, но по-голямата част са квадратни.

Осветяването на течнокристални панели може да се реализира по два начина:

• Отражение на светлината;
• Преминаването на светлината.

В този случай равнината на поляризация на светлинните потоци може да се завърти на 90˚ в момента на преминаване през един панел.

В случай на електрическо поле, кристалните молекули частично се подреждат вертикално по протежение на това поле. В този случай ъгълът на въртене на равнината на поляризация на светлинните потоци се променя и става различен от 90˚. Това позволява на светлината да преминава през молекулите безпрепятствено.

Подобно въртене на самолета е абсолютно невъзможно да се забележи с просто око. Поради това имаше нужда от добавяне на два други слоя към стъклените панели, които играят ролята на поляризационни филтри. Те пропускат само такива спектри от светлинни лъчи, чиято поляризационна ос съответства на зададената стойност. С други думи, поради допълнителните панели, когато светлината преминава през поляризатора, тя ще бъде отслабена. Интензитетът на светлината зависи от ъгъла между поляризационната равнина (допълнителни панели) и оста на поляризатора (основни стъклени панели).

Ако няма напрежение, тогава клетката ще бъде абсолютно прозрачна, тъй като първият поляризатор е само светлината, която има съответната посока на поляризация. Посоката на поляризацията се задава от молекулите на течните кристали и докато светлината достигне втория поляризатор, тя вече ще бъде завъртяна, за да премине през него без затруднения.

В случай на действие на електрическо поле, завъртането на поляризационния вектор се извършва с по-малък ъгъл. Това от своя страна прави втория поляризатор частично прозрачен за светлинните потоци. Ако направим така, че въртенето на равнината на поляризация в молекулите на течните кристали да отсъства напълно, тогава светлината ще бъде напълно абсорбирана от втория поляризатор. С други думи, при осветяване на задната част на дисплея, предната част ще стане напълно черна.

2.2. Контрол на поляризацията в LCD монитори с помощта на електроди

Като се има предвид това, разработчиците са оборудвали дисплеите с достатъчен брой електроди, които създават различни електромагнитни полета в отделни части на екрана (във всеки пиксел). Благодарение на това решение те са постигнали способността, при условия на подходящ контрол на потенциалите на тези електроди, да възпроизвеждат букви на екрана на дисплея и дори сложни многоцветни картини. Тези електроди могат да имат всякаква форма и са разположени в прозрачна пластмаса.

Благодарение на съвременните иновации в технологиите, електродите са много малки - практически не се виждат с просто око. Благодарение на това, достатъчно голям брой електроди могат да бъдат поставени върху относително малка площ на дисплея, което прави възможно увеличаването на разделителната способност на LCD дисплея. Това от своя страна ви позволява да подобрите качеството на показваната картина и да възпроизведете дори най-сложните картини.

2.3. Получаване на цветно изображение

Принципът на работа на течнокристалните монитори се крие в доста сложни процеси. Въпреки това, благодарение на това, потребителят получава висококачествено изображение на своя монитор. За да покаже цветна картина, LCD се нуждае от подсветка, за да позволи светлината да идва от задната страна на екрана. Това позволява на потребителите да гледат възможно най-високото качество на изображението, дори в тъмна среда.

Принципът на работа на LCD мониторите за показване на цветна картина се основава на използването на същите три основни цвята:

• Син;
• зелено;
• Червен.

За да се получат тези спектри, се използват три филтъра за филтриране на останалите спектри на видимото лъчение. Чрез комбиниране на тези цветове за всеки пиксел (клетка) е възможно да се покаже пълноценна цветна картина.

Към днешна дата има два начина за получаване на цветно изображение:

• Използване на множество филтри, поставени един зад друг. Това води до малка част от предаваната светлина.
• Използване на свойствата на течнокристалните молекули. За да отразите (или погълнете) радиация с желаната дължина, можете да промените силата на напрежението на електромагнитното поле, което влияе върху подреждането на молекулите на течните кристали, като по този начин филтрирате радиацията.

Всеки производител избира своя собствена опция за получаване на цветно изображение. Струва си да се отбележи, че първият метод е по-прост, но вторият е по-ефективен. Също така си струва да се отбележи, че за да се подобри качеството на изображението в съвременните LCD дисплеи, които имат висока разделителна способност на екрана, се използва STN технология, която ви позволява да завъртите равнината на поляризация на светлината в кристалите с 270˚. Разработени са и други видове матрици като TFT и IPS.

Той е TFT и IPS матрициса най-широко използваните в наши дни.

TFT означава Thin Film Transistor. С други думи, това е тънкослоен транзистор, който управлява пиксел. Дебелината на такъв транзистор е 0,1-0,01 микрона. Благодарение на тази технология стана възможно да се постигне още по-високо качество на изображението чрез контролиране на всеки пиксел.

IPS технологията е най-новата разработка за постигане на най-високо качество на изображението. Осигурява максимални ъгли на видимост, но има по-дълго време за реакция. Тоест реагира по-бавно на промените в напрежението. Разликата във времето между 5 ms и 14 ms обаче абсолютно не се вижда.

Сега знаете как работи LCD мониторът. Това обаче не е всичко. Има такова нещо като честота на опресняване на екрана.

3. Честота на опресняване на LCD екрана

Честотата на опресняване на екрана е характеристика, която показва броя на възможни промениизображения в секунда - броят кадри в секунда. Този индикатор се измерва в Hz. Скоростта на опресняване на екрана влияе върху качеството на изображението, по-специално върху плавността на движенията. Максималната видима честотна граница е 120 Hz. Няма да можем да видим честотата над тази граница, така че няма смисъл да я увеличаваме. Въпреки това, за да може мониторът да работи на такава честота, е необходима мощна видеокарта, която може да достави същите 120 Hz с резерв.

В допълнение, честотата на опресняване на екрана засяга органите на зрението и дори психиката. Този ефект се изразява преди всичко върху умората на очите. При ниска честота на трептене очите бързо се уморяват и започват да болят. В допълнение, гърчове могат да бъдат причинени при хора с тенденция към епилепсия. Съвременните LCD монитори обаче използват специални лампи за подсветка на матрицата, които са с честота над 150 Hz, като посочената честота на опресняване влияе повече на скоростта на смяна на картината, но не и на трептенето на дисплея. Следователно LCD мониторите имат най-малко влияние върху органите на зрението и човешкото тяло.

4. Как работи LCD: Видео

4.1. Необходима честота на монитора за 3D гледане

За използване на активни и поляризирани 3D очила се използват LCD матрици с честота на опресняване на екрана 120 Hz. Това е необходимо, за да се разделят изображенията за всяко око, като честотата за всяко око трябва да бъде поне 60 Hz. Монитори с честота 120 Hz могат да се използват и за обикновени 2D филми или игри. В същото време плавността на движенията е значително по-добра, отколкото при мониторите с честота 60 Hz.

Освен това такива монитори използват специални лампи или LED (светодиоди) подсветка, която има още повече висока честотатрептене, което е около 480 Hz. Това от своя страна значително намалява натоварването на органите на зрението.

В съвременните монитори можете да намерите два метода за внедряване на матрично задно осветяване:

• LED - LED подсветка;
• Луминесцентни лампи.

Всички големи производители преминават към употреба LED подсветка, тъй като има значителни предимства пред луминесцентни лампи. Те са по-светли, по-компактни, по-икономични и постигат по-равномерно разпределение на светлината.

Чрез използването най-новите технологии LCD мониторите абсолютно не отстъпват на преките си конкуренти - плазмените панели, а в някои случаи дори ги надминават.

От поредицата Поглед отвътре си говорихме за ежедневни неща, но въпреки изобилието от материали, получени в тази насока през изминалия месец, да се върнем към темите, свързани с IT.

Специално за Деня на защитника на отечеството LCD и E-Ink дисплеи лежаха на подготвителната маса, която по един или друг начин получих в малко очукана форма.

Как Антон хвърли телефона в стената, както и резултатите от щателен анализ на дисплеите, прочетете под разреза.

Предговор

Имало едно време живял Антон Городецки.
Жена му го напусна, той не беше тъжен по детски ...

Така започва известната песен на групата Umaturman. Същата история започва с изследването на дисплеите. След първата публикация на Хабре, мой приятел, завършил студент на FNM MGU, дойде при мен и каза: „Тук счупих мобилния си телефон, искаш ли да го срежеш?“ Бях изненадан, защото този човек винаги носеше със себе си китайски телефон, който смятах за практически неразрушим. Пристигайки у дома един ден, Антон по навик хвърли телефона в килера, но очевидно, без да пресмята нещо, удари ръба на рафта с дисплея.

Осъзнавайки нелепите си загуби от загубата на мобилния си телефон и с оглед на общото лошо настроение този ден, той постъпи като истински джентълмен, захвърляйки отново и отново безжизненото тяло на телефона в бетонната стена. Когато останките стигнаха до мен, половината от китайския телефон просто липсваше, дисплеят беше покрит с малка паяжина от пукнатини.
Трябваше да го отложа до по-добри времена (както тогава вярвах, докато някой не направи същото с iPhone или друг чувствителен на допир смартфон) и да започна да работя върху HDD и CD, след това електрически крушки, флашки и т.н.

След време съседът ми носи спукан E-Ink дисплей. Приятелят му се счупи тънко стъклов прословутия четец със сериен номер 601, докато играеше еърсофт, изглежда, и даде четеца почти на безценица за ремонт и възстановяване.

Това вече беше по-интересно, двете технологии могат да се сравняват една с друга, опитайте се да различите RGB субпиксели и микрокапсули, в които плуват заредени частици. Но се надявах да получа смартфон с капацитивен сензор, за да го сравня едновременно с резистивния сензор на китайския телефон.

И така Василий (научен колега в една от лабораториите на факултета), след като дойде в ChemFak от Черноголовка и видя какво всъщност правя с електронен микроскоп, каза, че е готов да дари телефон от известен корейски производител с леко очукан дисплей за разглобяване и рязане с надпис „За науката нищо не е жалко“.

Въпреки всички уверения, че сензорът е капацитивен, той се оказа резистивен, макар и с по-усъвършенстван дизайн от сензорния панел на китайския телефон. Важен детайл беше получен от този телефон, който чака да бъде нарязан - матрица за фото / видео камера ...

Част теоретична

Как работи LCD дисплей?

Всички използваме плоски телевизори, монитори, телефони, смартфони от толкова време, че вече сме забравили, че веднъж добър монитортежеше 10-15 килограма (все още имаме един такъв мастодонт и най-важното - работи правилно!).

Всичко това стана възможно благодарение на откритията от преди един век (течните кристали са открити през 1888 г.) и развитието на технологиите през последните 30-40 години (1968 г. - устройство за показване на информация с помощта на LCD, 1970 г. - общата достъпност на течността кристали). Много за течните кристали и LCD мониторите може да се намери в Wiki.

И така, почти всеки LCD монитор се състои от следните основни части: активна матрица, която е набор от транзистори, които формират изображение, слой от течни кристали с филтри, които или пропускат светлина, или не, и система за задно осветяване, която днес се опитва за преобразуване в светодиоди. Въпреки че на моя „стар“ Asus G2S, дисплеят с отлично качество е осветен от флуоресцентни лампи.

Как работи всичко? Светлината, идваща от източник (LED или лампа) през специална прозрачна вълноводна пластина, се разпръсква по такъв начин, че цялата матрица има еднаква осветеност по цялата си площ. След това фотоните преминават през поляризационен филтър, който позволява преминаването само на вълни с дадена поляризация. След това, прониквайки през стъклената подложка, върху която е разположена активната матрица от тънкослойни транзистори, светлината навлиза в молекулата на течния кристал.

Тази молекула получава „команда” от подлежащия транзистор под какъв ъгъл да завърти поляризацията на светлинната вълна, така че след преминаване през друг поляризационен филтър да зададе интензитета на светене на отделен субпиксел. Слой от светлинни филтри (червен, зелен или син) отговаря за оцветяването на субпиксела. Когато се смесят, вълните от три невидими за човешкото око субпиксела образуват пиксел от изображението с даден цвят и интензитет.

а) Схематично устройство на LCD дисплея, б) подробно устройство на течнокристалния филм.

Много ясно, струва ми се, това е демонстрирано във видеото на Sharp:

В допълнение към утвърдената LCD + TFT технология (тънкослойни транзистори - тънкослойни транзистори), има активно популяризирана OLED + TFT органична светодиодна технология, тоест AMOLED - OLED с активна матрица. Основната разлика на последния е, че органичните светодиоди от три цвята играят ролята на поляризатор, LCD слой и светлинни филтри.

Всъщност това са молекули, способни да излъчват светлина при протичане на електрически ток и в зависимост от количеството на протичащия ток, да променят интензитета на цвета, точно както се случва в конвенционалните светодиоди. Като премахнем поляризаторите и LCD от панела, потенциално можем да го направим по-тънък и най-важното - гъвкав!

Какво представляват сензорните панели?

Тъй като в момента сензорите се използват повече с LCD и OLED дисплеи, мисля, че би било разумно да говорим за тях веднага.

Много Подробно описаниедадени са сензорни екрани или сензорни панели (източникът някога е живял, но по някаква причина е изчезнал), така че няма да описвам всички видове сензорни панели, ще се съсредоточа само върху две основни: резистивни и капацитивни.

Да започнем с резистивен сензор. Състои се от 4 основни компонента: стъклен панел (1), като носител на цялото сензорен панел, две прозрачни полимерни мембрани с резистивно покритие (2, 4), слой от микроизолатори (3), разделящи тези мембрани, и 4, 5 или 8 проводника, които отговарят за „разчитането“ на докосването.

Схема на резистивното сензорно устройство

Когато натиснем такъв сензор с определена сила, мембраните влизат в контакт, електрическа веригазатваря, както е показано на фигурата по-долу, се измерва съпротивлението, което впоследствие се преобразува в координати:

Принципът на изчисляване на координатите за 4-жилен резистивен дисплей ()

Всичко е изключително просто.

Важно е да запомните две неща: а) резистивните сензори на много китайски телефони са еднакви високо качество, това може да се дължи именно на неравномерното разстояние между мембраните или нискокачествени микроизолатори, тоест „мозъкът“ на телефона не може адекватно да преобразува измерените съпротивления в координати; б) такъв сензор изисква точно натискане, натискане на една мембрана към друга.

Капацитивните сензори са малко по-различни от резистивните. Струва си да споменем веднага, че ще говорим само за проекционно-капацитивни сензори, които сега се използват в iPhone и други. преносими устройства.

Принципът на работа на такъв сензорен екран е доста прост. От вътрешната страна на екрана е нанесена решетка от електроди, а външната страна е покрита например с ITO - сложен индий-калаен оксид. Когато докоснем стъклото, пръстът ни образува малък кондензатор с такъв електрод, а обработващата електроника измерва капацитета на този кондензатор (подава токов импулс и измерва напрежението).

Съответно, капацитивният сензор реагира само на плътно докосване и само на проводими предмети, тоест от докосване с нокът такъв екран ще работи всеки друг път, както и от ръка, напоена с ацетон или дехидратирана. Може би основното предимство на този сензорен екран пред резистивен е възможността да се направи доста здрава основа - особено силно стъкло, като Gorilla Glass.

Схема на работа на повърхностно-капацитивен сензор ()

Как работи E-Ink дисплей?

Може би E-Ink е много по-опростен от LCD. Отново имаме работа с активна матрица, отговорна за формирането на изображението, но няма LCD кристали и подсветки, вместо тях има конуси с два вида частици: отрицателно заредени черни и положително заредени бели. Изображението се формира чрез прилагане на определена потенциална разлика и преразпределяне на частици вътре в такива микроконуси, това е ясно показано на фигурата по-долу:

По-горе е диаграма на работата на E-Ink дисплей, по-долу са реални микроснимки на такъв работещ дисплей ()

Ако това не е достатъчно за някого, тогава принципът на работа на електронната хартия е демонстриран в това видео:

В допълнение към технологията E-Ink има технологията SiPix, при която има само един вид частици, а самият "пълнеж" е черен:

Схема на работа на дисплея SiPix ()

За тези, които сериозно искат да се запознаят с "магнитната" електронна хартия, моля, отидете тук, имаше една отлична статия в Prest.

Част практична

Китайски телефон срещу корейски смартфон (резистивен сензор)

След „чисто“ разглобяване с отвертка на дъската и дисплея, останали от китайския телефон, бях много изненадан да открия споменаване на един известен корейски производител на дънна платкателефон:

Самсунг и китайски телефон са едно!

Екранът беше разглобен внимателно и точно - така че всички поляризатори останаха непокътнати, така че просто нямаше как да не си поиграя с тях и с работещия голям брат на разчленения обект и да си припомня семинара по оптика:

Ето как работят 2 поляризационни филтъра: в едно положение светлинният поток практически не преминава през тях, когато се завърти на 90 градуса, той напълно преминава

Моля, обърнете внимание, че цялата подсветка се основава само на четири малки светодиода (мисля, че общата им мощност е не повече от 1 W).

След това дълго време търсих датчик, искрено вярвайки, че ще бъде доста дебел цокъл. Оказа се точно обратното. Както при китайските, така и при корейските телефони сензорът се състои от няколко листа пластмаса, които са много качествени и плътно залепени за стъклото на външния панел:

Отляво е китайски сензор за телефон, отдясно е корейски телефон

Резистивен сензор китайски телефоннаправен по схемата "колкото по-просто, толкова по-добре", за разлика от по-скъпия си колега от Южна Кореа. Ако греша, поправете ме в коментарите, но отляво на снимката е типичен 4-пинов сензор, а отдясно е 8-пинов сензор.

LCD дисплей за китайски телефон

Тъй като дисплеят на китайския телефон все още беше счупен, а корейският беше само леко повреден, ще се опитам да говоря за LCD, като използвам примера на първия. Но засега няма да го разбиваме напълно, а нека погледнем под оптичен микроскоп:

Оптична микроснимка хоризонтални линии LCD дисплей на китайски телефон. Горната лява снимка има някаква измама на нашето виждане поради "грешните" цветове: бяла тънка лента е контактът.

Една жица захранва две линии от пиксели наведнъж, а разделянето между тях е организирано с помощта на напълно необичаен „електрически бъг“ (долната дясна снимка). За всичко това електрическа веригаима пътеки-светлинни филтри, боядисани в съответните цветове: червено (R), зелено (G) и синьо (B).

От противоположния край на матрицата по отношение на точката на закрепване на кабела можете да намерите подобна цветова разбивка, номера на песни и всички същите превключватели (ако някой просвети в коментарите как работи това, би било много готино!):

Стаи-стаи-стаи…

Ето как изглежда работещ LCD дисплей под микроскоп:

Това е всичко, сега вече няма да видим тази красота, натроших я в буквалния смисъл на думата и след малко мъчение „разделих“ една такава троха на две отделни парчета стъкло, от които основната част на дисплея състои се ...

Сега можете да разгледате отделните следи на филтрите. Ще говоря за тъмните "петна" по тях малко по-късно:

Оптична микроснимка на светлинни филтри с мистериозни петна...

А сега малък методологичен аспект относно електронната микроскопия. Същите цветни ивици, но сега под лъча на електронен микроскоп: цветът е изчезнал! Както казах по-рано (например в първата статия), за електронния лъч е напълно „черно и бяло“ независимо дали взаимодейства с цветно вещество или не.

Изглежда, че са същите ивици, но без цвят ...

Нека да разгледаме обратна страна. В него има транзистори.

В оптичен микроскоп - цветен ...

И електронен микроскоп- черно-бяло изображение!

В оптичен микроскоп това може да се види малко по-зле, но SEM ви позволява да видите ръба на всеки субпиксел - това е доста важно за следното заключение.

И така, какви са тези странни тъмни области?! Дълго мислих, разбивах мозъка си, прочетох много източници (може би Wiki се оказа най-достъпният) и, между другото, поради тази причина забавих пускането на статията в четвъртък, 23 февруари. . И това е изводът, до който стигнах (може и да греша - поправете ме!).

В технологията VA или MVA това е едно от най-простите и не мисля, че китайците са измислили нещо ново: всеки субпиксел трябва да е черен. Тоест, през него не преминава светлина (даден е пример за работещ и неработещ дисплей), като се има предвид, че в „нормално“ състояние (без прилагане на външни въздействия) течният кристал е неправилно ориентиран и не дава „нужната“ поляризация, логично е да се предположи, че всеки отделен субпиксел има свой собствен филм с LCD.

Така целият панел е сглобен от единични микро-LCD дисплеи. Тук органично се вписва забележката за кантирането на всеки отделен субпиксел. За мен това беше в известен смисъл неочаквано откритие точно в процеса на подготовка на статията!

Съжалявам, че счупих дисплея на корейския телефон: все пак трябва да покажем нещо на децата и тези, които идват в нашия факултет на екскурзия. Не мисля, че има какво друго интересно да се види.

Освен това, за да се поглезя, ще дам пример за "организацията" на пикселите в двама водещи производители на комуникатори: HTC и Apple. iPhone 3 беше дарен за безболезнена операция от мил човек и HTC Desire HD всъщност мое:

Микрографии на дисплея на HTC Desire HD

Малка забележка за дисплея на HTC: не го търсих специално, но не може ли тази лента в средата на горните две микроснимки да е част от този много капацитивен сензор?!

Микрографии дисплей на iPhone 3

Ако не ме лъже паметта, тогава HTC има superLCD дисплей, а iPhone 3 има обикновен LCD. Така нареченият Retina Display, тоест LCD, в който и двата контакта за превключване на течния кристал лежат в една и съща равнина, In-Plane Switching - IPS, вече е инсталиран в iPhone 4.

Надявам се, че скоро ще бъде публикувана статия с подкрепата на 3DNews по темата за сравнение на различни технологии за показване. Междувременно искам да отбележа факта, че дисплеят на HTC е наистина необичаен: контактите на отделните субпиксели се правят по нестандартен начин - някак отгоре, за разлика от iPhone 3.

И накрая, в този раздел ще добавя, че размерите на един субпиксел за китайския телефон са 50 на 200 микрометра, HTC - 25 на 100 микрометра, а iPhone - 15-20 на 70 микрометра.

E-Ink от известен украински производител

Нека започнем, може би, с банални неща - "пиксели", или по-скоро клетките, които са отговорни за формирането на изображението:

Оптична микроснимка на E-Ink дисплей с активна матрица

Размерът на такава клетка е около 125 микрометра. Тъй като гледаме матрицата през стъклото, върху което е нанесена, ви моля да обърнете внимание на жълтия слой на „фона“ - това е златно покритие, от което по-късно ще трябва да се отървем.

Напред към амбразурата!

Сравнение на хоризонтални (вляво) и вертикални (вдясно) "входове"

Освен всичко друго, много интересни неща бяха открити върху стъклената подложка. Например позиционни маркировки и контакти, които очевидно са предназначени за тестване на дисплея в производството:

Оптични микроснимки на етикети и тест подложки

Разбира се, това не се случва често и обикновено е инцидент, но дисплеите понякога се чупят. Например, тази едва забележима пукнатина с дебелина по-малка от човешки косъм може завинаги да ви лиши от радостта да четете любимата си книга за мъгливия Албион в задушното московско метро:

Ако дисплеите се счупят, значи някой има нужда ... На мен например!

Между другото, ето го златото, което споменах - гладка платформа "отдолу" на клетката за висококачествен контакт с мастило (за тях по-долу). Златото се отстранява механично и ето резултата:

Виждате "имам много смелост. Нека" как изглеждат! (със)

Под тънък златист филм са скрити управляващите компоненти на активната матрица, ако можете да го наречете така.

Но най-интересното, разбира се, е самото „мастило“:

SEM микроснимка на мастило върху повърхността на активната матрица.

Разбира се, трудно е да се намери поне една разрушена микрокапсула, за да се погледне вътре и да се видят "белите" и "черните" пигментни частици:

SEM микроснимка на повърхността на електронно "мастило"

Оптична микроснимка на "мастило"

Или има нещо вътре?

Или разрушена сфера, или откъсната от носещ полимер

Размерът на отделните топки, т.е. някакъв аналог на субпиксел в E-Ink, може да бъде само 20-30 микрона, което е много по-малко от геометричните размери на субпикселите в LCD дисплеите. При условие, че такава капсула може да работи на половината от размера си, тогава изображението, получено на добри, висококачествени E-Ink дисплеи, е много по-приятно, отколкото на LCD.

И за десерт - видео как работят E-Ink дисплеите под микроскоп.