Πώς λειτουργεί μια οθόνη υγρών κρυστάλλων. Οθόνη IPS - τι είναι και ποια είναι τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας

Αρχή λειτουργίας

Οι οθόνες των οθονών LCD (Liquid Crystal Display, οθόνες υγρών κρυστάλλων) είναι κατασκευασμένες από μια ουσία (κυανοφαινύλιο), η οποία βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, αλλά ταυτόχρονα έχει κάποιες ιδιότητες εγγενείς στα κρυσταλλικά σώματα. Στην πραγματικότητα, πρόκειται για υγρά με ανισοτροπία ιδιοτήτων (ιδίως οπτικές ιδιότητες) που σχετίζονται με την τάξη στον προσανατολισμό των μορίων. Παραδόξως, αλλά οι υγροί κρύσταλλοι είναι σχεδόν δέκα χρόνια παλαιότεροι από τους CRT, η πρώτη περιγραφή αυτών των ουσιών έγινε το 1888. Ωστόσο, για πολύ καιρό κανείς δεν ήξερε πώς να τις κάνει πράξη: υπάρχουν τέτοιες ουσίες και τα πάντα, και κανένας εκτός από φυσικούς και χημικούς, δεν ήταν ενδιαφέροντες. Έτσι, τα υλικά υγρών κρυστάλλων ανακαλύφθηκαν το 1888 από τον Αυστριακό επιστήμονα F. Renitzer, αλλά μόνο το 1930, ερευνητές από τη βρετανική εταιρεία Marconi έλαβαν δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη βιομηχανική τους εφαρμογή. Στα τέλη του 1966, η RCA Corporation παρουσίασε μια πρωτότυπη οθόνη LCD - ένα ψηφιακό ρολόι. Η Sharp Corporation διαδραμάτισε σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της τεχνολογίας LCD.

Η λειτουργία LCD βασίζεται στο φαινόμενο της πόλωσης φωτεινής ροής. Είναι γνωστό ότι οι λεγόμενοι πολαροειδείς κρύσταλλοι είναι ικανοί να μεταδώσουν μόνο εκείνο το συστατικό του φωτός του οποίου το διάνυσμα ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής βρίσκεται σε ένα επίπεδο παράλληλο με το οπτικό επίπεδο του πολαροειδούς. Για την υπόλοιπη έξοδο φωτός, το polaroid θα είναι αδιαφανές. Έτσι, το polaroid, όπως ήταν, «κοσκινίζει» το φως, αυτό το φαινόμενο ονομάζεται πόλωση του φωτός. Όταν μελετήθηκαν υγρές ουσίες, τα μακρά μόρια των οποίων είναι ευαίσθητα στα ηλεκτροστατικά και ηλεκτρομαγνητικά πεδία και είναι ικανά να πολώνουν το φως, κατέστη δυνατός ο έλεγχος της πόλωσης. Αυτές οι άμορφες ουσίες, λόγω της ομοιότητάς τους με τις κρυσταλλικές ουσίες στις ηλεκτροοπτικές ιδιότητες, καθώς και της ικανότητας να παίρνουν το σχήμα αγγείου, ονομάστηκαν υγροί κρύσταλλοι.

Η οθόνη μιας οθόνης LCD είναι μια σειρά μικρών τμημάτων (που ονομάζονται εικονοστοιχεία) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εμφάνιση πληροφοριών. Η οθόνη LCD έχει πολλά στρώματα, όπου τον βασικό ρόλο παίζουν δύο πάνελ κατασκευασμένα από ένα γυάλινο υλικό χωρίς νάτριο και πολύ καθαρό που ονομάζεται υπόστρωμα ή υπόστρωμα, τα οποία στην πραγματικότητα περιέχουν ένα λεπτό στρώμα υγρών κρυστάλλων μεταξύ τους [βλ. ρύζι. 2.1].

Τα πάνελ έχουν αυλακώσεις που οδηγούν τους κρυστάλλους, δίνοντάς τους έναν ιδιαίτερο προσανατολισμό. Οι ραβδώσεις είναι διατεταγμένες έτσι ώστε να είναι παράλληλες σε κάθε πλαίσιο αλλά κάθετες μεταξύ δύο φύλλων. Οι διαμήκεις αυλακώσεις λαμβάνονται με την τοποθέτηση λεπτών μεμβρανών από διαφανές πλαστικό στη γυάλινη επιφάνεια, το οποίο στη συνέχεια επεξεργάζεται με ειδικό τρόπο. Σε επαφή με τις αυλακώσεις, τα μόρια των υγρών κρυστάλλων προσανατολίζονται με τον ίδιο τρόπο σε όλα τα κύτταρα. Τα μόρια μιας από τις ποικιλίες υγρών κρυστάλλων (νηματική) απουσία τάσης περιστρέφουν το διάνυσμα ηλεκτρικού (και μαγνητικού) πεδίου σε ένα κύμα φωτός κατά κάποια γωνία σε ένα επίπεδο κάθετο στον άξονα διάδοσης της δέσμης. Η εφαρμογή αυλακώσεων στη γυάλινη επιφάνεια καθιστά δυνατή τη διασφάλιση της ίδιας γωνίας περιστροφής του επιπέδου πόλωσης για όλα τα κύτταρα. Τα δύο πάνελ είναι πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Το πάνελ υγρών κρυστάλλων φωτίζεται από μια πηγή φωτός (ανάλογα με το πού βρίσκεται, τα πάνελ υγρών κρυστάλλων λειτουργούν με ανάκλαση ή μετάδοση φωτός).

Π Το επίπεδο πόλωσης της δέσμης φωτός περιστρέφεται κατά 90° όταν διέρχεται από ένα πλαίσιο [βλ. ρύζι. 2.2]. Όταν εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο, τα μόρια υγρών κρυστάλλων ευθυγραμμίζονται μερικώς κατακόρυφα κατά μήκος του πεδίου, η γωνία περιστροφής του επιπέδου πόλωσης φωτός γίνεται διαφορετική από 90 μοίρες και το φως διέρχεται από υγρούς κρυστάλλους χωρίς εμπόδια [βλ. ρύζι. 2.3].

Η περιστροφή του επιπέδου πόλωσης της δέσμης φωτός είναι ανεπαίσθητη στο μάτι, γι' αυτό κατέστη αναγκαία η προσθήκη δύο άλλων στρωμάτων στα γυάλινα πάνελ, τα οποία είναι φίλτρα πόλωσης. Αυτά τα φίλτρα περνούν μόνο εκείνο το στοιχείο της δέσμης φωτός, για το οποίο ο άξονας πόλωσης αντιστοιχεί στον καθορισμένο. Επομένως, όταν διέρχεται από τον πολωτή, η δέσμη φωτός θα εξασθενεί ανάλογα με τη γωνία μεταξύ του επιπέδου πόλωσής του και του άξονα του πολωτή. Ελλείψει τάσης, το στοιχείο είναι διαφανές, αφού ο πρώτος πολωτής μεταδίδει μόνο φως με το αντίστοιχο διάνυσμα πόλωσης. Χάρη στους υγρούς κρυστάλλους, το διάνυσμα πόλωσης φωτός περιστρέφεται και μέχρι τη στιγμή που η δέσμη περνά στον δεύτερο πολωτή, έχει ήδη περιστραφεί έτσι ώστε να περνάει από τον δεύτερο πολωτή χωρίς προβλήματα [βλ. Εικόνα 2.4α].

Παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, η περιστροφή του διανύσματος πόλωσης λαμβάνει χώρα μέσω μιας μικρότερης γωνίας, επομένως ο δεύτερος πολωτής γίνεται μόνο μερικώς διαφανής στην ακτινοβολία. Εάν η διαφορά δυναμικού είναι τέτοια που η περιστροφή του επιπέδου πόλωσης στους υγρούς κρυστάλλους δεν συμβαίνει καθόλου, τότε η δέσμη φωτός θα απορροφηθεί πλήρως από τον δεύτερο πολωτή και η οθόνη, όταν φωτίζεται από πίσω, θα φαίνεται μαύρη από το μπροστά (οι ακτίνες φωτισμού απορροφώνται πλήρως στην οθόνη) [βλ. Εικ. 2.4β]. Εάν τοποθετήσετε μεγάλο αριθμό ηλεκτροδίων που δημιουργούν διαφορετικά ηλεκτρικά πεδία σε ξεχωριστά σημεία της οθόνης (κελί), τότε θα είναι δυνατό, με τον σωστό έλεγχο των δυνατοτήτων αυτών των ηλεκτροδίων, να εμφανιστούν γράμματα και άλλα στοιχεία εικόνας στην οθόνη . Τα ηλεκτρόδια τοποθετούνται σε διαφανές πλαστικό και μπορούν να έχουν οποιοδήποτε σχήμα. Οι τεχνολογικές καινοτομίες κατέστησαν δυνατό τον περιορισμό του μεγέθους τους στο μέγεθος μιας μικρής κουκκίδας, αντίστοιχα, στην ίδια περιοχή οθόνης, που μπορείτε να τοποθετήσετε περισσότεροηλεκτρόδια, τα οποία αυξάνουν την ανάλυση της οθόνης LCD και μας επιτρέπουν να προβάλλουμε έγχρωμες ακόμη και πολύπλοκες εικόνες. Για να εμφανίσετε μια έγχρωμη εικόνα, η οθόνη πρέπει να φωτίζεται με οπίσθιο φωτισμό, έτσι ώστε το φως να προέρχεται από το πίσω μέρος της οθόνης LCD. Αυτό είναι απαραίτητο για να μπορεί να παρατηρηθεί μια καλή ποιότητα εικόνας ακόμα κι αν το περιβάλλον δεν είναι φωτεινό. Το χρώμα λαμβάνεται με τη χρήση τριών φίλτρων που εξάγουν τρία κύρια συστατικά από την εκπομπή μιας πηγής λευκού φωτός. Συνδυάζοντας τα τρία βασικά χρώματα για κάθε σημείο ή pixel στην οθόνη, είναι δυνατή η αναπαραγωγή οποιουδήποτε χρώματος.

Στην πραγματικότητα, στην περίπτωση του χρώματος, υπάρχουν πολλές δυνατότητες: μπορείτε να φτιάξετε πολλά φίλτρα το ένα μετά το άλλο (οδηγεί σε ένα μικρό κλάσμα εκπεμπόμενης ακτινοβολίας), μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ιδιότητα μιας κυψέλης υγρών κρυστάλλων - όταν αλλάζει η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου , η γωνία περιστροφής του επιπέδου πόλωσης ακτινοβολίας αλλάζει διαφορετικά για ελαφριά συστατικά με διαφορετικό μήκος κύματος. Αυτή η δυνατότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάκλαση (ή την απορρόφηση) της ακτινοβολίας ενός δεδομένου μήκους κύματος (το πρόβλημα είναι η ανάγκη ακριβούς και γρήγορης αλλαγής της τάσης). Ποιος μηχανισμός χρησιμοποιείται εξαρτάται από τον συγκεκριμένο κατασκευαστή. Η πρώτη μέθοδος είναι απλούστερη, η δεύτερη πιο αποτελεσματική.

Μία από τις πρώτες ανησυχίες ήταν η ανάγκη για ένα πρότυπο για τον καθορισμό της ποιότητας οθόνης σε υψηλές αναλύσεις. Το πρώτο βήμα προς τον στόχο ήταν να αυξηθεί η γωνία περιστροφής του επιπέδου πόλωσης του φωτός στους κρυστάλλους από 90° σε 270° χρησιμοποιώντας την τεχνολογία STN.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των οθονών LCD

Μεταξύ των πλεονεκτημάτων του TFT, μπορεί κανείς να σημειώσει εξαιρετική εστίαση, απουσία γεωμετρικών παραμορφώσεων και σφαλμάτων αντιστοίχισης χρωμάτων. Επιπλέον, δεν τρεμοπαίζουν ποτέ την οθόνη, γιατί. Αυτές οι οθόνες δεν χρησιμοποιούν δέσμη ηλεκτρονίων που τραβάει από αριστερά προς τα δεξιά κάθε γραμμή στην οθόνη. Όταν σε ένα CRT αυτή η δέσμη μεταφέρεται από την κάτω δεξιά στην επάνω αριστερή γωνία, η εικόνα σβήνει για μια στιγμή (αντίστροφη δέσμη). Αντίθετα, τα εικονοστοιχεία οθόνης TFT δεν σβήνουν ποτέ, απλώς αλλάζουν συνεχώς την ένταση της λάμψης τους. Ο Πίνακας 1.1 δείχνει όλες τις σημαντικές διαφορές απόδοσης για ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙοθόνες:

Πίνακας 1.1. Συγκριτικά χαρακτηριστικάΟθόνες CRT και LCD.

Θρύλος: ( + ) αξιοπρέπεια, ( ~ ) είναι αποδεκτό, ( - ) ελάττωμα

	Οθόνες LCD	Οθόνες CRT
Λάμψη	(+ ) από 170 έως 250 Cd/m2	(~ ) από 80 έως 120 Cd/m2
Αντίθεση	(~ ) από 200:1 έως 400:1	(+ ) από 350:1 έως 700:1
Οπτική γωνία(σε αντίθεση)	(~ ) από 110 έως 170 μοίρες	(+ ) πάνω από 150 μοίρες
Οπτική γωνία(κατά χρώμα)	(- ) από 50 έως 125 μοίρες	(~ ) πάνω από 120 μοίρες
Αδεια	(- ) Μία ανάλυση με σταθερό μέγεθος pixel. Το Optimally μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε αυτήν την ανάλυση. μπορούν να χρησιμοποιηθούν υψηλότερες ή χαμηλότερες αναλύσεις ανάλογα με τις υποστηριζόμενες λειτουργίες επέκτασης ή συμπίεσης, αλλά αυτές δεν είναι βέλτιστες.	(+ ) Υποστηρίζονται διάφορες αναλύσεις. Σε όλες τις υποστηριζόμενες αναλύσεις, η οθόνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί βέλτιστα. Ο περιορισμός επιβάλλεται μόνο από την αποδοχή του ρυθμού ανανέωσης.
Κάθετη συχνότητα	(+ ) Η βέλτιστη συχνότητα είναι 60 Hz, η οποία είναι αρκετή για να μην τρεμοπαίζει	(~ ) Μόνο σε συχνότητες πάνω από 75 Hz δεν υπάρχει καθαρά ορατό τρεμόπαιγμα
Σφάλματα αντιστοίχισης χρώματος	(+ ) Οχι	(~ ) 0,0079 έως 0,0118 ίντσες (0,20 - 0,30 mm)
Εστίαση	(+ ) πολύ καλά	(~ ) δίκαιο έως πολύ καλό>
Γεωμετρική/γραμμική παραμόρφωση	(+ ) Οχι	(~ ) είναι δυνατά
Νεκρά pixel	(- ) έως 8	(+ ) Οχι
Σήμα εισόδου	(+ ) αναλογικό ή ψηφιακό	(~ ) μόνο αναλογικό
Κλιμάκωση σε διαφορετικές αναλύσεις	(- ) απουσιάζει ή χρησιμοποιούνται μέθοδοι παρεμβολής που δεν απαιτούν μεγάλα γενικά έξοδα	(+ ) πολύ καλά
Ακρίβεια έγχρωμης απεικόνισης	(~ ) Υποστηρίζεται True Color και προσομοιώνεται η επιθυμητή θερμοκρασία χρώματος	(+ ) Υποστηρίζεται το True Color και ταυτόχρονα υπάρχουν πολλές συσκευές βαθμονόμησης χρώματος στην αγορά, κάτι που είναι σίγουρα πλεονέκτημα
Διόρθωση γάμμα(προσαρμογή χρώματος στα χαρακτηριστικά της ανθρώπινης όρασης)	(~ ) ικανοποιητική	(+ ) φωτορεαλιστικό
Ομοιομορφία	(~ ) συχνά η εικόνα είναι πιο φωτεινή στις άκρες	(~ ) συχνά η εικόνα είναι πιο φωτεινή στο κέντρο
Καθαρότητα χρώματος/Ποιότητα χρώματος	(~ ) Καλός	(+ ) υψηλός
είδος σκολοπάκος	(+ ) Οχι	(~ ) ανεπαίσθητα πάνω από 85 Hz
Χρόνος αδράνειας	(- ) από 20 έως 30 ms.	(+ ) είναι αμελητέα μικρό
Απεικόνιση	(+ ) Η εικόνα σχηματίζεται από pixel, ο αριθμός των οποίων εξαρτάται μόνο από τη συγκεκριμένη ανάλυση της οθόνης LCD. Το βήμα των pixel εξαρτάται μόνο από το μέγεθος των ίδιων των pixel, αλλά όχι από την απόσταση μεταξύ τους. Κάθε pixel έχει ξεχωριστό σχήμα για εξαιρετική εστίαση, ευκρίνεια και ευκρίνεια. Η εικόνα είναι πιο συνεκτική και ομαλή	(~ ) Τα εικονοστοιχεία σχηματίζονται από μια ομάδα κουκκίδων (τριάδες) ή λωρίδες. Το βήμα μιας κουκκίδας ή μιας γραμμής εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ κουκκίδων ή γραμμών του ίδιου χρώματος. Ως αποτέλεσμα, η ευκρίνεια και η καθαρότητα της εικόνας εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος της κουκκίδας ή του τόνου της γραμμής και από την ποιότητα του CRT.
Κατανάλωση ενέργειας και εκπομπές ρύπων	(+ ) Ουσιαστικά δεν υπάρχει επικίνδυνη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η κατανάλωση ενέργειας είναι περίπου 70% χαμηλότερη από τις τυπικές οθόνες CRT (25W έως 40W).	(- ) Οι ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές είναι πάντα παρούσες, αλλά το επίπεδό τους εξαρτάται από το εάν ο CRT συμμορφώνεται με κάποιο πρότυπο ασφαλείας. Κατανάλωση ενέργειας σε κατάσταση λειτουργίας στα επίπεδα 60 - 150 watt.
Διαστάσεις/βάρος	(+ ) επίπεδη σχεδίαση, ελαφρύ	(- ) βαριά κατασκευή, πιάνει πολύ χώρο
Διεπαφή οθόνης	(+ ) Ψηφιακή διεπαφή, ωστόσο, οι περισσότερες οθόνες LCD διαθέτουν ενσωματωμένη αναλογική διεπαφή για σύνδεση με τις πιο κοινές αναλογικές εξόδους προσαρμογέων βίντεο	(- ) Αναλογική διεπαφή

Από τον Πίνακα 1.1 προκύπτει ότι η περαιτέρω ανάπτυξη των οθονών LCD θα σχετίζεται με αύξηση της καθαρότητας και φωτεινότητας της εικόνας, αύξηση της γωνίας θέασης και μείωση του πάχους της οθόνης. Έτσι, για παράδειγμα, υπάρχουν ήδη πολλά υποσχόμενες εξελίξεις οθονών LCD που κατασκευάζονται σύμφωνα με την τεχνολογία που χρησιμοποιούν πολυκρυσταλλικό πυρίτιο. Αυτό καθιστά δυνατή, ειδικότερα, τη δημιουργία πολύ λεπτών συσκευών, καθώς τα τσιπ ελέγχου τοποθετούνται στη συνέχεια απευθείας στο γυάλινο υπόστρωμα της οθόνης. Επιπλέον, η νέα τεχνολογία παρέχει υψηλή ανάλυση σε σχετικά μικρή οθόνη (1024x768 pixels σε οθόνη 10,4 ιντσών).

STN, DSTN, TFT

Το STN είναι μια συντομογραφία του "Super Twisted Nematic". Η τεχνολογία STN αυξάνει τη γωνία στρέψης (γωνία στρέψης) του προσανατολισμού των κρυστάλλων μέσα στην οθόνη LCD από 90° σε 270°, γεγονός που παρέχει καλύτερη αντίθεση εικόνας όταν η οθόνη μεγεθύνεται. Συχνά τα κύτταρα STN χρησιμοποιούνται σε ζεύγη. Αυτό το σχέδιο ονομάζεται DSTN (Double Super Twisted Nematic), στο οποίο ένα κύτταρο DSTN δύο επιπέδων αποτελείται από 2 κύτταρα STN, τα μόρια των οποίων περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις κατά τη λειτουργία. Το φως, περνώντας μέσα από μια τέτοια δομή σε «κλειδωμένη» κατάσταση, χάνει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς του. Η αντίθεση και η ανάλυση του DSTN είναι αρκετά υψηλή, έτσι κατέστη δυνατή η δημιουργία μιας έγχρωμης οθόνης, στην οποία υπάρχουν τρεις κυψέλες LCD και τρία κύρια έγχρωμα οπτικά φίλτρα ανά pixel. Οι έγχρωμες οθόνες δεν μπορούν να λειτουργούν από το ανακλώμενο φως, επομένως μια λάμπα οπίσθιου φωτισμού είναι η υποχρεωτική τους ιδιότητα. Για να μειωθούν οι διαστάσεις, η λάμπα βρίσκεται στο πλάι, και απέναντι είναι ένας καθρέφτης [βλ. ρύζι. 2.5], επομένως οι περισσότερες οθόνες LCD είναι πιο φωτεινές στο κέντρο παρά στις άκρες (αυτό δεν ισχύει για επιτραπέζιες οθόνες LCD).

Τ Οι κυψέλες STN χρησιμοποιούνται επίσης στη λειτουργία TSTN (Triple Super Twisted Nematic), όπου προστίθενται δύο λεπτές στρώσεις πολυμερούς φιλμ για τη βελτίωση της αναπαραγωγής χρώματος των έγχρωμων οθονών ή για τη διασφάλιση καλής ποιότητας μονόχρωμων οθονών. Ο όρος παθητικός πίνακας προέρχεται από τη διαίρεση της οθόνης σε κουκκίδες, καθεμία από τις οποίες, χάρη στα ηλεκτρόδια, μπορεί να ορίσει τον προσανατολισμό του επιπέδου πόλωσης της δέσμης, ανεξάρτητα από τις άλλες, έτσι ώστε κάθε τέτοιο στοιχείο να μπορεί να είναι ξεχωριστά. φωτίζεται για να δημιουργήσει μια εικόνα. Η μήτρα ονομάζεται παθητική επειδή η τεχνολογία για τη δημιουργία οθονών LCD, η οποία περιγράφηκε παραπάνω, δεν μπορεί να προσφέρει γρήγορη αλλαγή των πληροφοριών στην οθόνη. Η εικόνα σχηματίζεται γραμμή προς γραμμή τροφοδοτώντας διαδοχικά μια τάση ελέγχου σε μεμονωμένες κυψέλες, καθιστώντας τα διαφανή. Λόγω της σχετικά μεγάλης ηλεκτρικής χωρητικότητας των κυψελών, η τάση σε αυτές δεν μπορεί να αλλάξει αρκετά γρήγορα, επομένως η ενημέρωση της εικόνας είναι αργή. Μια τέτοια οθόνη έχει πολλά μειονεκτήματα όσον αφορά την ποιότητα επειδή η εικόνα δεν εμφανίζεται ομαλά και τρέμουλο στην οθόνη. Ο χαμηλός ρυθμός αλλαγής στη διαφάνεια των κρυστάλλων δεν επιτρέπει τη σωστή εμφάνιση κινούμενων εικόνων.

Για να λύσετε μέρος προβλήματα που περιγράφονται παραπάνωχρησιμοποιούνται ειδικές τεχνολογίες Για τη βελτίωση της ποιότητας της δυναμικής εικόνας, προτάθηκε η αύξηση του αριθμού των ηλεκτροδίων ελέγχου. Δηλαδή, ολόκληρη η μήτρα χωρίζεται σε πολλές ανεξάρτητες υπομήτρες (Dual Scan DSTN - δύο ανεξάρτητα πεδία σάρωσης εικόνας), καθένα από τα οποία περιέχει μικρότερο αριθμό pixel, επομένως ο διαδοχικός έλεγχος τους απαιτεί λιγότερο χρόνο. Ως αποτέλεσμα, ο χρόνος αδράνειας LC μπορεί να μειωθεί. Επίσης, καλύτερα αποτελέσματα όσον αφορά τη σταθερότητα, την ποιότητα, την ανάλυση, την ομαλότητα και τη φωτεινότητα της εικόνας μπορούν να επιτευχθούν με τη χρήση ενεργών οθονών matrix, οι οποίες ωστόσο είναι πιο ακριβές.

Η ενεργή μήτρα χρησιμοποιεί ξεχωριστά ενισχυτικά στοιχεία για κάθε κελί της οθόνης, τα οποία αντισταθμίζουν την επίδραση της χωρητικότητας της κυψέλης και μειώνουν σημαντικά τον χρόνο που απαιτείται για την αλλαγή της διαφάνειάς τους. Ένας ενεργός πίνακας έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με έναν παθητικό πίνακα. Για παράδειγμα, καλύτερη φωτεινότητα και δυνατότητα προβολής της οθόνης ακόμη και με απόκλιση έως και 45 ° ή μεγαλύτερη (δηλαδή σε γωνία θέασης 120 ° -140 °) χωρίς να διακυβεύεται η ποιότητα της εικόνας, κάτι που είναι αδύνατο στην περίπτωση παθητική μήτρα, η οποία σας επιτρέπει να βλέπετε μια εικόνα υψηλής ποιότητας μόνο μπροστά από την οθόνη. Σημειώστε ότι τα ακριβά μοντέλα οθονών LCD με ενεργή μήτρα παρέχουν γωνία θέασης 160 ° [βλ. 2.6], και υπάρχει κάθε λόγος να πιστεύουμε ότι η τεχνολογία θα συνεχίσει να βελτιώνεται στο μέλλον. Ο ενεργός πίνακας μπορεί να εμφανίζει κινούμενες εικόνες χωρίς ορατό jitter, καθώς ο χρόνος απόκρισης της οθόνης ενεργού πίνακα είναι περίπου 50 ms έναντι 300 ms για τον παθητικό πίνακα, επιπλέον, η αντίθεση των οθονών ενεργού πίνακα είναι υψηλότερη από εκείνη των οθονών CRT. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η φωτεινότητα ενός μεμονωμένου στοιχείου οθόνης παραμένει αμετάβλητη σε όλο το χρονικό διάστημα μεταξύ των ενημερώσεων εικόνας και δεν αντιπροσωπεύει έναν σύντομο παλμό φωτός που εκπέμπεται από το στοιχείο φωσφόρου της οθόνης CRT αμέσως μετά τη διέλευση της δέσμης ηλεκτρονίων πάνω από αυτό το στοιχείο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο για οθόνες LCD αρκεί μια κατακόρυφη συχνότητα 60 Hz.

φά Οι λειτουργικές δυνατότητες των οθονών LCD ενεργού matrix είναι σχεδόν οι ίδιες με εκείνες των οθονών παθητικής μήτρας. Η διαφορά έγκειται στη διάταξη ηλεκτροδίων που οδηγεί τα κύτταρα υγρών κρυστάλλων της οθόνης. Στην περίπτωση μιας παθητικής μήτρας, λαμβάνουν διαφορετικά ηλεκτρόδια ηλεκτρικό φορτίοκυκλική μέθοδος κατά την ενημέρωση της οθόνης γραμμή προς γραμμή και ως αποτέλεσμα της εκφόρτισης των χωρητικοτήτων των στοιχείων, η εικόνα εξαφανίζεται, καθώς οι κρύσταλλοι επιστρέφουν στην αρχική τους διαμόρφωση. Στην περίπτωση μιας ενεργής μήτρας, προστίθεται ένα τρανζίστορ αποθήκευσης σε κάθε ηλεκτρόδιο, το οποίο μπορεί να αποθηκεύσει ψηφιακές πληροφορίες (δυαδικές τιμές 0 ή 1) και ως αποτέλεσμα, η εικόνα αποθηκεύεται μέχρι να ληφθεί άλλο σήμα.

Thin Film Transistor (TFT), δηλ. τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης είναι στοιχεία ελέγχου, το οποίο ελέγχει κάθε pixel στην οθόνη. Το τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης είναι πραγματικά πολύ λεπτό, το πάχος του είναι 0,1 - 0,01 μικρά. Η τεχνολογία για τη δημιουργία TFT είναι πολύ περίπλοκη και είναι δύσκολο να επιτευχθεί ένα αποδεκτό ποσοστό καλών προϊόντων λόγω του γεγονότος ότι ο αριθμός των τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται είναι πολύ μεγάλος. Σημειώστε ότι μια οθόνη που μπορεί να εμφανίσει μια εικόνα σε ανάλυση 800x600 pixel σε λειτουργία SVGA και με τρία μόνο χρώματα έχει 1.440.000 μεμονωμένα τρανζίστορ. Οι κατασκευαστές θέτουν πρότυπα για οριακή ποσότητατρανζίστορ που ενδέχεται να μην λειτουργούν στην οθόνη LCD. Το εικονοστοιχείο που βασίζεται σε TFT είναι διατεταγμένο ως εξής: τρία έγχρωμα φίλτρα (κόκκινο, πράσινο και μπλε) είναι ενσωματωμένα το ένα μετά το άλλο σε μια γυάλινη πλάκα. Κάθε εικονοστοιχείο είναι ένας συνδυασμός τριών έγχρωμων κελιών ή στοιχείων υπο-εικονοστοιχείων [βλ. ρύζι. 2.7]. Αυτό σημαίνει, για παράδειγμα, ότι μια οθόνη που έχει ανάλυση 1280x1024 έχει ακριβώς 3840x1024 τρανζίστορ και στοιχεία sub-pixel. Το μέγεθος κουκκίδας (pixel) για οθόνη TFT 15,1" (1024x768) είναι περίπου 0,0188" (ή 0,30 mm) και για οθόνη TFT 18,1" είναι περίπου 0,011" (ή 0,28 mm).

Τα TFT έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα σε σχέση με τις οθόνες CRT, όπως μειωμένη κατανάλωση ενέργειας και απαγωγή θερμότητας, επίπεδη οθόνη και χωρίς ίχνη κινούμενων αντικειμένων.

Παρμένο από http://monitors.narod.ru

Θα εξετάσουμε τη συσκευή μονάδας LCD μιας οθόνης 19 ιντσών χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας μονάδας LCD με μήτρα TN + Film από τον γνωστό Ταϊβανέζο κατασκευαστή HannStar. Αυτές οι μονάδες χρησιμοποιήθηκαν σε οθόνες με τα εμπορικά σήματα των Acer, LG, HP και άλλων.

Κάτω από το προστατευτικό μεταλλικό κάλυμμα βρίσκονται τα χειριστήρια της μήτρας που βρίσκονται στην ίδια πλακέτα.

μέσω του συνδετήρα με την ένδειξη CN1, η πλακέτα ελέγχου μήτρας λαμβάνει σήματα διαφορικής σηματοδότησης χαμηλής τάσης LVDS και η τάση τροφοδοσίας είναι + 5V

ο ελεγκτής είναι υπεύθυνος για την επεξεργασία των σημάτων LVDS από το scaler στον πίνακα ελέγχου matrix

ο ελεγκτής παράγει σήματα που, μέσω των αποκωδικοποιητών που είναι συγχωνευμένοι στους βρόχους, ελέγχουν τα τρανζίστορ πεδίου TFT (Thin film transistor) των υποπίξελ της μήτρας

στην παρακάτω εικόνα, μπορείτε να δείτε πώς βρίσκονται τα υποπίξελ του πίνακα, εναλλάξ μέσα παραγγελία R-G-B(κόκκινο-πράσινο-μπλε)

οι υγροί κρύσταλλοι κάθε υποεικονοστοιχείου ελέγχονται από ένα ξεχωριστό τρανζίστορ πεδίου, δηλαδή, σε μια μήτρα με ανάλυση 1280x1024 υπάρχουν 1280x1024 = 13010720 εικονοστοιχεία και κάθε εικονοστοιχείο με τη σειρά του αποτελείται από τρία υποπίξελ, επομένως ο αριθμός των τρανζίστορ σε μια μήτρα με ανάλυση 1280x1024 είναι 3092

Χωρίς να υπεισέλθουμε στις λεπτομέρειες της πόλωσης της ροής φωτός, με απλοποιημένο τρόπο, μπορείτε να φανταστείτε γενικά πώς λειτουργεί η μήτρα LCD ως εξής: εάν εφαρμόσετε τάση στο τρανζίστορ subpixel, τότε το υποεικονοστοιχείο ΔΕΝ θα μεταδώσει φως, εάν μην εφαρμόζετε τάση, το υποπίξελ θα μεταδώσει φως. Εάν και τα τρία υποπίξελ RGB εκπέμπουν φως, τότε θα δούμε μια λευκή κουκκίδα (pixel) στην οθόνη, αν και τα τρία υποπίξελ RGB ΔΕΝ μεταδίδουν φως, τότε θα δούμε μια μαύρη κουκκίδα στην οθόνη. Ανάλογα με την ένταση της φωτεινής ροής (δηλαδή, τη γωνία περιστροφής των υγρών κρυστάλλων στο υποπίξελ) που διέρχεται από τρία φίλτρα RGB του ενός εικονοστοιχείου, μπορούμε να πάρουμε μια κουκκίδα οποιουδήποτε χρώματος

ο μετατροπέας που κατασκευάζεται στο ολοκληρωμένο κύκλωμα U200 είναι υπεύθυνος για το σχηματισμό των απαραίτητων τάσεων τροφοδοσίας του πίνακα TFT

εάν αφαιρέσετε το μεταλλικό πλαίσιο και διαχωρίσετε τη μήτρα LCD από τον ανακλαστήρα / οδηγό φωτός, θα διαπιστώσετε ότι η μήτρα είναι σχεδόν διαφανής

Εξετάστε τη σχεδίαση του οδηγού/διαχύτη φωτός. ένα πλαστικό πλαίσιο στερεώνει τρεις μεμβράνες (δύο διασκορπισμένες και μία πολωτική μεταξύ τους) στην επιφάνεια του οδηγού φωτός, που είναι μια ορθογώνια πλάκα από plexiglass πάχους ~ 10 mm

κάτω από τον οδηγό φωτός υπάρχει ένα υπόστρωμα από λευκό πλαστικό, πάχους 0,5 mm

στην πλευρά του οδηγού φωτός που βλέπει προς το λευκό πλαστικό υπόστρωμα, εφαρμόζεται ένα ειδικό σχέδιο για να σχηματίσει ομοιόμορφο φωτισμό σε όλα τα σημεία της οθόνης

το τελευταίο μέρος της "πίτας" διαχύτη/οπτικής ίνας είναι μια μεταλλική βάση, σε αυτή τη βάση υπάρχουν συνδετήρες, με τη βοήθεια των οποίων στερεώνεται ολόκληρη η μονάδα LCD στη θήκη της οθόνης

Οι λαμπτήρες εκκένωσης αερίου υψηλής τάσης CCFL (λαμπτήρες φθορισμού ψυχρής καθόδου) βρίσκονται σε δύο, οριζόντια πάνω και κάτω από τον οδηγό φωτός

ο ανακλαστήρας είναι μερικά χιλιοστά μακρύτερος από τη μεγαλύτερη πλευρά της πλάκας οδηγού φωτός, χρησιμεύει επίσης ως δοχείο, χάρη στο οποίο οι λαμπτήρες στερεώνονται πάνω και κάτω από τον οδηγό φωτός

χάρη στο ειδικό σχέδιο του οδηγού φωτός, το φως των λαμπτήρων απλώνεται ομοιόμορφα σε ολόκληρη την περιοχή της οθόνης. Υπάρχουν και άλλα σχέδια διαχυτών χωρίς βαριά ελαφριά πλάκα καθοδήγησης και με λαμπτήρες διατεταγμένους οριζόντια από πάνω προς τα κάτω με ένα μόνο βήμα πίσω από τη μήτρα LCD. υπάρχουν σχέδια διαχυτών / οδηγών φωτός (οπίσθιου φωτισμού) που χρησιμοποιούν περισσότερους λαμπτήρες, για παράδειγμα 6, 8, 12

Σπουδαίος!

Αυτό το υλικό είναι μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς. Εάν δεν έχετε αρκετή εμπειρία στην αποκατάσταση συσκευών LCD, μην αποσυναρμολογήσετε την οθόνη σας, ως αποτέλεσμα λανθασμένων ενεργειών, μπορεί να προκληθεί ζημιά στη μονάδα LCD

Συνηθίζεται να διακρίνουμε τρεις αθροιστικές καταστάσεις της ύλης στερεά, υγρή και αέρια. Ωστόσο, ορισμένες οργανικές ουσίες είναι ικανές, όταν τήκονται σε μια ορισμένη φάση, να παρουσιάζουν ιδιότητες εγγενείς τόσο στους κρυστάλλους όσο και στα υγρά. Ενώ αποκτούν το χαρακτηριστικό ρευστότητας των υγρών, σε αυτή τη φάση δεν χάνουν την τάξη των μορίων που είναι χαρακτηριστικές των στερεών κρυστάλλων. Αυτή η φάση μπορεί να ονομαστεί τέταρτη κατάσταση συνάθροισης. Είναι αλήθεια ότι δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι μόνο ορισμένες ουσίες το έχουν και μόνο σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας.

Ο χωρικός προσανατολισμός των μορίων LC στη λεγόμενη θέση ηρεμίας ονομάζεται τάξη υγρών κρυστάλλων. Σύμφωνα με την ταξινόμηση του Friedel, υπάρχουν τρεις κύριες κατηγορίες τάξης FA: σμηκτική, νηματική και χοληστερική (Εικ. 1).

Τα Smectic LC είναι τα πιο διατεταγμένα και είναι πιο κοντά στη δομή με τους συμβατικούς στερεούς κρυστάλλους. Αυτά, εκτός από τον απλό αμοιβαίο προσανατολισμό των μορίων, έχουν και τη διαίρεση τους σε επίπεδα.

Η κατεύθυνση του κυρίαρχου προσανατολισμού των μακρών αξόνων των μορίων στους υγρούς κρυστάλλους συμβολίζεται με ένα διάνυσμα μοναδιαίου μήκους, που ονομάζεται διευθυντής.

Τα υλικά με νηματική τάξη έχουν πρωταρχικό ενδιαφέρον και χρησιμοποιούνται σε σύγχρονα πάνελ υγρών κρυστάλλων όλων των τύπων (TN, IPS και VA). Στα νηματικά, η κανονική κατάσταση είναι η θέση των μορίων με τον προσανατολισμό των μορίων σε ολόκληρο τον όγκο, που είναι χαρακτηριστικό των κρυστάλλων, αλλά με τη χαοτική θέση των κέντρων βάρους τους, που είναι χαρακτηριστική των υγρών. Τα μόρια σε αυτά είναι προσανατολισμένα σχετικά παράλληλα και μετατοπίζονται κατά μήκος του κατευθυντικού άξονα κατά διαφορετικές αποστάσεις.

Οι υγροί κρύσταλλοι με χοληστερική σειρά στη δομή μοιάζουν με νηματικούς σπασμένους σε στρώματα. Τα μόρια σε κάθε επόμενο στρώμα περιστρέφονται σε σχέση με το προηγούμενο κατά κάποια μικρή γωνία και ο διευθυντής στρίβει ομαλά σε μια σπείρα. Αυτή η πολυεπίπεδη φύση, που σχηματίζεται από την οπτική δραστηριότητα των μορίων, είναι το κύριο χαρακτηριστικό της χοληστερικής τάξης. Τα χοληστερικά αναφέρονται μερικές φορές ως «στριμμένα νηματικά».

Το όριο μεταξύ της νηματικής και της χοληστερικής τάξης είναι κάπως αυθαίρετο. Η χοληστερική τάξη μπορεί να ληφθεί όχι μόνο από ένα καθαρό χοληστερικό υλικό, αλλά και με την προσθήκη ειδικών πρόσθετων που περιέχουν χειρόμορφα (οπτικά ενεργά) μόρια σε ένα νηματικό υλικό. Τέτοια μόρια περιέχουν ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα και, σε αντίθεση με τα νηματικά μόρια, είναι κατοπτρικά ασύμμετρα.

Η σειρά στους υγρούς κρυστάλλους καθορίζεται από τις διαμοριακές δυνάμεις που δημιουργούν την ελαστικότητα του υλικού LC. Ναι, εδώ μπορούμε να μιλήσουμε για ελαστικές ιδιότητες, αν και η φύση τους είναι διαφορετική από τις ελαστικές ιδιότητες των συνηθισμένων κρυστάλλων, αφού οι υγροί κρύσταλλοι εξακολουθούν να έχουν ρευστότητα. Στην κανονική (ή βασική) κατάσταση, τα μόρια τείνουν να επιστρέψουν στη «θέση ηρεμίας» τους, για παράδειγμα, σε ένα νηματικό υλικό, σε μια θέση με τον ίδιο προσανατολισμό του διευθυντή.

Η ελαστικότητα των υγρών κρυστάλλων είναι αρκετές τάξεις μεγέθους χαμηλότερη από αυτή των συμβατικών κρυστάλλων και παρέχει μια εντελώς μοναδική ευκαιρία για τον έλεγχο της θέσης τους με τη βοήθεια εξωτερικών επιρροών. Μια τέτοια επιρροή μπορεί να είναι, για παράδειγμα, ένα ηλεκτρικό πεδίο.

Τώρα περισσότερα για το πώς αυτό το πεδίο μπορεί να επηρεάσει τον προσανατολισμό των μορίων.

Ας πάρουμε ένα δείγμα που αποτελείται από δύο γυάλινες πλάκες, ο χώρος μεταξύ των οποίων είναι γεμάτος με ένα νηματικό υλικό. Η απόσταση μεταξύ των άνω και κάτω πλακών και, κατά συνέπεια, το πάχος του στρώματος υγρών κρυστάλλων είναι αρκετά μικρά. Για να ρυθμιστεί ο επιθυμητός προσανατολισμός του διευθυντή των μορίων στο υλικό, χρησιμοποιείται ειδική επιφανειακή επεξεργασία των υποστρωμάτων. Για να γίνει αυτό, εφαρμόζεται ένα λεπτό στρώμα διαφανούς πολυμερούς στην επιφάνεια, μετά το οποίο δίνεται μια ανακούφιση στην επιφάνεια με ένα ειδικό τρίψιμο - τις λεπτότερες αυλακώσεις προς μία κατεύθυνση. Τα επιμήκη κρυσταλλικά μόρια στο στρώμα που έρχονται σε άμεση επαφή με την επιφάνεια προσανατολίζονται κατά μήκος του ανάγλυφου. Οι διαμοριακές δυνάμεις αναγκάζουν όλα τα άλλα μόρια να λάβουν τον ίδιο προσανατολισμό.

Η διατεταγμένη διάταξη των μορίων υγρών κρυστάλλων καθορίζει την ανισοτροπία ορισμένων από τις φυσικές τους ιδιότητες (να σας υπενθυμίσω ότι η ανισοτροπία είναι η εξάρτηση των ιδιοτήτων ενός μέσου από την κατεύθυνση στο διάστημα). Τα υγρά, με την τυχαία διάταξη των μορίων τους, είναι ισότροπα. Αλλά οι υγροί κρύσταλλοι έχουν ήδη ανισοτροπία, η οποία είναι μια σημαντική ποιότητα που σας επιτρέπει να επηρεάσετε τα χαρακτηριστικά του φωτός που διέρχεται από αυτούς.

Η ανισοτροπία της διαπερατότητας χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της θέσης των μορίων. Αντιπροσωπεύει τη διαφορά

Δε = ε || + ε ⊥ όπου ε || διαπερατότητα στην κατεύθυνση παράλληλη προς το διάνυσμα σκηνοθέτη, ε ⊥ διαπερατότητα στην κατεύθυνση κάθετη προς το διάνυσμα κατευθυντή. Η τιμή του Δε μπορεί να είναι θετική και αρνητική.

Πάρτε ένα δείγμα που αποτελείται από δύο γυάλινες πλάκες με απόσταση μερικών μικρών μεταξύ των πλακών, γεμάτες με νηματικό υλικό και σφραγισμένες. Για να ρυθμίσετε τον επιθυμητό προσανατολισμό του διευθυντή των μορίων στο υλικό, χρησιμοποιείται μια ειδική επεξεργασία της επιφάνειας των υποστρωμάτων, γι 'αυτό εφαρμόζεται ένα λεπτό στρώμα ενός διαφανούς πολυμερούς στην επιφάνεια, μετά το οποίο δίνεται μια ανακούφιση στην επιφάνεια με ένα ειδικό τρίψιμο της επιφάνειας - τις καλύτερες αυλακώσεις προς μία κατεύθυνση. Τα επιμήκη μόρια των κρυστάλλων στο στρώμα που έρχονται σε άμεση επαφή με την επιφάνεια προσανατολίζονται κατά μήκος του ανάγλυφου, οι διαμοριακές δυνάμεις αναγκάζουν όλα τα άλλα μόρια να λάβουν τον ίδιο προσανατολισμό. Εάν δημιουργηθεί ηλεκτρικό πεδίο στο δείγμα, η ενέργεια των υγρών κρυστάλλων σε αυτό το πεδίο θα εξαρτηθεί από τη θέση των μορίων σε σχέση με την κατεύθυνση του πεδίου. Αν η θέση των μορίων δεν αντιστοιχεί στην ελάχιστη ενέργεια, θα περιστρέφονται κατά την αντίστοιχη γωνία. Σε ένα υλικό με θετική διηλεκτρική σταθερά (θετική διηλεκτρική ανισοτροπία), τα μόρια θα τείνουν να περιστρέφονται κατά την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου, σε ένα υλικό με αρνητική διηλεκτρική ανισοτροπία, θα τείνουν να περιστρέφονται κατά την κατεύθυνση του πεδίου. Η γωνία περιστροφής, αντίστοιχα, θα εξαρτηθεί από την εφαρμοζόμενη τάση.

Αφήστε το υλικό στο δείγμα να έχει θετική διηλεκτρική ανισοτροπία, η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου είναι κάθετη στον αρχικό προσανατολισμό των μορίων (Εικ. 2). Όταν εφαρμόζεται μια τάση, τα μόρια θα τείνουν να περιστρέφονται κατά μήκος του πεδίου. Αλλά αρχικά προσανατολίζονται κατά μήκος του ανάγλυφου των εσωτερικών επιφανειών του δείγματος, που δημιουργούνται με τρίψιμο, και συνδέονται με αυτές με μια αρκετά σημαντική πρόσφυση. Κατά συνέπεια, όταν αλλάξει ο προσανατολισμός του σκηνοθέτη, θα εμφανιστούν αντίστροφες ροπές. Όσο το πεδίο είναι αρκετά ασθενές, οι ελαστικές δυνάμεις διατηρούν τα μόρια στην ίδια θέση. Καθώς η τάση αυξάνεται, ξεκινώντας από μια συγκεκριμένη τιμή Ec, οι δυνάμεις προσανατολισμού του ηλεκτρικού πεδίου υπερβαίνουν τις ελαστικές δυνάμεις και αρχίζει να συμβαίνει η περιστροφή των μορίων. Αυτός ο επαναπροσανατολισμός υπό την επίδραση του πεδίου ονομάζεται μετάβαση Freedericksz. Η μετάβαση Freedericksz είναι θεμελιώδης για την οργάνωση του ελέγχου υγρών κρυστάλλων και σε αυτήν βασίζεται η αρχή λειτουργίας όλων των πάνελ LCD.

Δημιουργείται ένας λειτουργικός μηχανισμός:

• Από τη μία πλευρά, το ηλεκτρικό πεδίο θα αναγκάσει τα μόρια των υγρών κρυστάλλων να περιστραφούν στην επιθυμητή γωνία (ανάλογα με την τιμή της εφαρμοζόμενης τάσης).
• Από την άλλη πλευρά, οι ελαστικές δυνάμεις που προκαλούνται από τους διαμοριακούς δεσμούς θα τείνουν να επαναφέρουν τον αρχικό προσανατολισμό του διευθυντή όταν απελευθερωθεί η τάση.

Εάν ο αρχικός προσανατολισμός του διευθυντή και οι κατευθύνσεις του ηλεκτρικού πεδίου δεν είναι αυστηρά κάθετοι, τότε η τιμή κατωφλίου του πεδίου Ecμειώνεται, καθιστώντας δυνατή την επίδραση της θέσης των μορίων με πολύ μικρότερο πεδίο.

Σε αυτό το σημείο, θα χρειαστεί να απομακρυνθούμε λίγο από τους υγρούς κρυστάλλους για να εξηγήσουμε τις έννοιες της «πόλωσης φωτός» και του «επίπεδου πόλωσης» χωρίς αυτούς, η περαιτέρω παρουσίαση θα είναι αδύνατη.

Το φως μπορεί να αναπαρασταθεί ως εγκάρσιο ηλεκτρομαγνητικό κύμα, τα ηλεκτρικά και μαγνητικά συστατικά των οποίων ταλαντώνονται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα (Εικ. 3).

Το φυσικό φως (ονομάζεται επίσης φυσικά πολωμένο ή μη πολωμένο φως) περιέχει ταλαντώσεις στο διάνυσμα μι, εξίσου πιθανό σε όλες τις κατευθύνσεις κάθετες στο διάνυσμα κ(Εικ. 4).

Το μερικώς πολωμένο φως έχει μια κυρίαρχη κατεύθυνση ταλάντωσης του διανύσματος μι. Για μερικώς πολωμένο φως στο πεδίο ενός φωτεινού κύματος, το πλάτος της προβολής Ε σε μία από τις αμοιβαία κάθετες κατευθύνσεις είναι πάντα μεγαλύτερο από την άλλη. Η αναλογία μεταξύ αυτών των πλατών καθορίζει τον βαθμό πόλωσης.

Το γραμμικά πολωμένο φως είναι το φως που έχει μια ενιαία διανυσματική κατεύθυνση μιγια όλα τα κύματα. Η έννοια του γραμμικά πολωμένου φωτός είναι αφηρημένη. Στην πράξη, όταν μιλάμε για γραμμικά πολωμένο φως, εννοούμε συνήθως μερικώς πολωμένο φως με υψηλό βαθμόπόλωση.

Το επίπεδο στο οποίο βρίσκεται το διάνυσμα μικαι διάνυσμα κατεύθυνσης κύματος κ, ονομάζεται επίπεδο πόλωσης.

Τώρα πίσω στην οθόνη LCD.

Η δεύτερη πιο σημαντική φυσική ιδιότητα των υγρών κρυστάλλων μετά τη διηλεκτρική ανισοτροπία, η οποία χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της φωτεινής ροής μέσω αυτών, είναι η οπτική ανισοτροπία. Οι υγροί κρύσταλλοι έχουν διαφορετικές τιμές του δείκτη διάθλασης του φωτός για την κατεύθυνση διάδοσης παράλληλη και κάθετη στη διεύθυνση. Δηλαδή, η ταχύτητα διάδοσης της φωτεινής δέσμης παράλληλα ή κάθετα στον κατευθυντή θα είναι διαφορετική με μεγαλύτερο συντελεστή, όπως είναι γνωστό, θα είναι μικρότερος. Η οπτική ανισοτροπία ή η ανισοτροπία του δείκτη διάθλασης είναι η διαφορά μεταξύ δύο συντελεστών:

Δ n= n|| + n⊥ Οπου n|| δείκτης διάθλασης για το επίπεδο πόλωσης παράλληλο προς το σκηνικό. n⊥ είναι ο δείκτης διάθλασης για το επίπεδο πόλωσης που είναι κάθετο στη διεύθυνση.

Η παρουσία στο υλικό δύο διαφορετικών τιμών για n|| Και n⊥ προκαλεί ένα φαινόμενο διπλής διάθλασης. Όταν το φως προσπίπτει σε ένα διπλοδιαθλαστικό υλικό, το οποίο είναι νηματικό, η συνιστώσα του ηλεκτρικού πεδίου του φωτεινού κύματος χωρίζεται σε δύο διανυσματικά συστατικά - δονείται στον «γρήγορο» άξονα και δονείται στον «αργό» άξονα. Αυτά τα συστατικά ονομάζονται συνηθισμένες και έκτακτες ακτίνες, αντίστοιχα. Οι κατευθύνσεις πόλωσης των συνηθισμένων και ασυνήθιστων ακτίνων είναι αμοιβαία ορθογώνιες. Και η παρουσία «γρήγορων» και «αργών» αξόνων στο υλικό οφείλεται σε αυτό που ειπώθηκε παραπάνω - διαφορετικοί δείκτες διάθλασης για ακτίνες που διαδίδονται αντίστοιχα παράλληλα ή κάθετα προς την κατεύθυνση του σκηνοθέτη.

Το σχήμα 5 δείχνει τη διάδοση των κυμάτων κατά μήκος του "γρήγορου" και του "αργού" άξονα. Πρέπει να τονιστεί ότι ο άξονας σε αυτή την περίπτωση δεν είναι μια σταθερή ευθεία γραμμή, αλλά η κατεύθυνση του επιπέδου στο οποίο ταλαντώνεται το κύμα.

Επειδή οι ταχύτητες φάσης της συνηθισμένης και της έκτακτης δέσμης είναι διαφορετικές, η διαφορά φάσης τους θα αλλάξει καθώς διαδίδεται το κύμα. Μια αλλαγή στη διαφορά φάσης αυτών των ορθογώνιων συνιστωσών προκαλεί αλλαγή στην κατεύθυνση της πόλωσης του κύματος φωτός. Στο σχήμα, για λόγους σαφήνειας, το άθροισμα των ορθογώνιων συνιστωσών αντιπροσωπεύεται από το διάνυσμα που προκύπτει Ερ. Μπορεί να φανεί ότι καθώς το κύμα διαδίδεται, η κατεύθυνση του διανύσματος περιστρέφεται Ερ. Έτσι, η προσθήκη κυμάτων στην έξοδο ενός διπλοδιαθλαστικού υλικού θα δώσει ένα κύμα με αλλαγή στην κατεύθυνση της πόλωσης σε σχέση με την αρχική κατεύθυνση.

Η γωνία περιστροφής του επιπέδου πόλωσης θα εξαρτηθεί από τον προσανατολισμό των μορίων στο υλικό.

Κατασκευή πάνελ

Υπάρχουν πολλές τεχνολογίες πάνελ LCD. Για την απεικόνιση του σχεδίου σε αυτήν την περίπτωση, το TN δίνεται ως το πιο κοινό (Εικ. 6).

Όλα τα πάνελ LCD για οθόνες είναι μεταδοτικά και η εικόνα σε αυτά σχηματίζεται με τη μετατροπή της ροής φωτός από μια πηγή που βρίσκεται πίσω. Η διαμόρφωση της φωτεινής ροής πραγματοποιείται λόγω της οπτικής δραστηριότητας των υγρών κρυστάλλων (την ικανότητά τους να περιστρέφουν το επίπεδο πόλωσης του μεταδιδόμενου φωτός). Αυτό υλοποιείται ως εξής. Όταν διέρχεται από τον πρώτο πολωτή, το φως από τους λαμπτήρες οπίσθιου φωτισμού γίνεται γραμμικά πολωμένο. Στη συνέχεια ακολουθεί ένα στρώμα υγρών κρυστάλλων που περικλείεται στο χώρο μεταξύ δύο ποτηριών. Η θέση των μορίων LC σε κάθε στοιχείο του πίνακα ελέγχεται από το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται με την εφαρμογή τάσης στα ηλεκτρόδια. Η περιστροφή του επιπέδου πόλωσης του εκπεμπόμενου φωτός εξαρτάται από τη θέση των μορίων. Έτσι, εφαρμόζοντας την απαιτούμενη τιμή τάσης στις κυψέλες, ελέγχεται η περιστροφή του επιπέδου πόλωσης.

Για την παροχή τάσης στο υποεικονοστοιχείο, χρησιμοποιούνται κατακόρυφες (γραμμή δεδομένων) και οριζόντιες (γραμμή πύλης) γραμμές δεδομένων, οι οποίες είναι μεταλλικές αγώγιμες γραμμές που εναποτίθενται στο εσωτερικό (πλησιέστερα στη μονάδα οπίσθιου φωτισμού) γυάλινο υπόστρωμα. Το ηλεκτρικό πεδίο, όπως ήδη αναφέρθηκε, δημιουργείται από την τάση στα κοινά ηλεκτρόδια και στο pixel. Η τάση είναι εναλλασσόμενη, αφού η χρήση σταθερής τάσης προκαλεί την αλληλεπίδραση ιόντων με το υλικό του ηλεκτροδίου, διαταραχή της διάταξης των μορίων του υλικού LC και οδηγεί σε υποβάθμιση του κυττάρου. Το TFT παίζει το ρόλο ενός διακόπτη που κλείνει όταν επιλεγεί η διεύθυνση του επιθυμητού κελιού στη γραμμή σάρωσης, σας επιτρέπει να "γράψετε" την επιθυμητή τιμή τάσης και στο τέλος του κύκλου σάρωσης ανοίγει ξανά, επιτρέποντάς σας να αποθηκεύσετε χρέωση για ορισμένο χρονικό διάστημα. Η φόρτιση πραγματοποιείται με την πάροδο του χρόνου Τ= T f/n , Οπου T fχρόνος εξόδου καρέ στην οθόνη (για παράδειγμα, με ρυθμό ανανέωσης 60 Hz, ο χρόνος εξόδου καρέ είναι 1 s / 60 = 16,7 ms), nαριθμός σειρών πίνακα (για παράδειγμα, 1024 για πίνακες με φυσική ανάλυση 1280x1024). Ωστόσο, η αυτο-χωρητικότητα του υλικού υγρών κρυστάλλων δεν είναι επαρκής για τη διατήρηση της φόρτισης μεταξύ των κύκλων ανανέωσης, η οποία θα πρέπει να οδηγήσει σε πτώση τάσης και, κατά συνέπεια, μείωση της αντίθεσης. Επομένως, εκτός από το τρανζίστορ, κάθε στοιχείο είναι εξοπλισμένο με έναν πυκνωτή αποθήκευσης, ο οποίος φορτίζεται επίσης όταν ανοίγει το τρανζίστορ και βοηθά στην αντιστάθμιση των απωλειών τάσης πριν ξεκινήσει ο επόμενος κύκλος σάρωσης.

Οι κάθετες και οριζόντιες γραμμές δεδομένων συνδέονται με τα τσιπ ελέγχου του πίνακα με τη βοήθεια κολλημένων επίπεδων εύκαμπτων καλωδίων, αντίστοιχα, στήλης (πρόγραμμα οδήγησης πηγής) και γραμμής (οδηγός πύλης), τα οποία επεξεργάζονται την είσοδο από τον ελεγκτή ψηφιακό σήμακαι σχηματίζουν την τάση που αντιστοιχεί στα δεδομένα που λαμβάνονται για κάθε στοιχείο.

Μετά το στρώμα των υγρών κρυστάλλων, υπάρχουν φίλτρα χρώματος που εναποτίθενται στην εσωτερική επιφάνεια του γυαλιού του πάνελ και χρησιμεύουν για να σχηματίσουν μια έγχρωμη εικόνα. Χρησιμοποιείται η συνήθης σύνθεση τριών χρωμάτων προσθέτων: τα χρώματα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της οπτικής ανάμειξης των ακτινοβολιών τριών βασικών χρωμάτων (κόκκινο, πράσινο και μπλε). Ένα κελί (pixel) αποτελείται από τρία ξεχωριστά στοιχεία (subpixel), καθένα από τα οποία σχετίζεται με ένα κόκκινο, πράσινο ή μπλε φίλτρο χρώματος που βρίσκεται πάνω από αυτό, με συνδυασμούς 256 δυνατών τιμών τόνου για κάθε subpixel, μπορείτε να λάβετε έως 16,77 εκατομμύρια χρώματα pixel.

Η δομή του πίνακα (μεταλλικές κατακόρυφες και οριζόντιες γραμμές δεδομένων, τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης) και οι οριακές περιοχές των κυψελών όπου διαταράσσεται ο προσανατολισμός των μορίων πρέπει να κρύβονται κάτω από ένα αδιαφανές υλικό για να αποφευχθούν ανεπιθύμητα οπτικά φαινόμενα. Για αυτό, χρησιμοποιείται η λεγόμενη μαύρη μήτρα, η οποία μοιάζει με ένα λεπτό πλέγμα που γεμίζει τα κενά μεταξύ των μεμονωμένων φίλτρων χρώματος. Ως υλικό για τη μαύρη μήτρα χρησιμοποιούνται ρητίνες χρωμίου ή μαύρες.

Τον τελικό ρόλο στο σχηματισμό της εικόνας παίζει ο δεύτερος πολωτής, που συχνά ονομάζεται αναλυτής. Η κατεύθυνση της πόλωσής του μετατοπίζεται σε σχέση με την πρώτη κατά 90 μοίρες. Για να αντιπροσωπεύσετε το σκοπό του αναλυτή, μπορείτε να τον αφαιρέσετε υπό όρους από την επιφάνεια του συνδεδεμένου πίνακα. Σε αυτήν την περίπτωση, θα δούμε όλα τα υποπίξελ όσο το δυνατόν πιο φωτισμένα, δηλαδή ένα ομοιόμορφο λευκό γέμισμα της οθόνης, ανεξάρτητα από την εικόνα που εμφανίζεται σε αυτήν. Από το γεγονός ότι το φως έχει πολωθεί και το επίπεδο πόλωσής του περιστρέφεται από κάθε στοιχείο με διαφορετικό τρόπο, ανάλογα με την τάση που εφαρμόζεται σε αυτό, τίποτα δεν έχει αλλάξει για τα μάτια μας μέχρι στιγμής. Η λειτουργία του αναλυτή είναι ακριβώς να αποκόψει τα απαραίτητα στοιχεία κυμάτων, γεγονός που σας επιτρέπει να δείτε το επιθυμητό αποτέλεσμα στην έξοδο.

Τώρα σχετικά με το πώς συμβαίνει αυτό το απόκομμα των απαραίτητων εξαρτημάτων. Πάρτε για παράδειγμα έναν πολωτή με κατεύθυνση κάθετης πόλωσης, δηλ. εκπέμποντας κύματα προσανατολισμένα σε κατακόρυφο επίπεδο.

Το σχήμα 7 δείχνει ένα κύμα που διαδίδεται σε ένα επίπεδο που βρίσκεται σε κάποια γωνία σε σχέση με την κατακόρυφη διεύθυνση της πόλωσης. Το διάνυσμα ηλεκτρικού πεδίου του προσπίπτοντος κύματος μπορεί να αποσυντεθεί σε δύο αμοιβαία κάθετες συνιστώσες: παράλληλη προς τον οπτικό άξονα του πολωτή και κάθετη σε αυτόν. Το πρώτο εξάρτημα, παράλληλα με τον οπτικό άξονα, περνά, το δεύτερο (κάθετο) μπλοκάρεται.

Από αυτό, δύο ακραίες θέσεις είναι προφανείς:

• ένα κύμα που διαδίδεται σε αυστηρά κατακόρυφο επίπεδο θα μεταδοθεί αμετάβλητο.
• ένα κύμα που διαδίδεται σε οριζόντιο επίπεδο θα μπλοκαριστεί επειδή δεν έχει κατακόρυφο στοιχείο.

Αυτές οι δύο ακραίες θέσεις αντιστοιχούν στην πλήρως ανοιχτή και πλήρως κλειστή θέση του κελιού. Να συνοψίσουμε:

• Για την πληρέστερη δέσμευση του μεταδιδόμενου φωτός από μια κυψέλη (υποπίξελ), απαιτείται το επίπεδο πόλωσης αυτού του φωτός να είναι ορθογώνιο προς το επίπεδο μετάδοσης του αναλυτή (την κατεύθυνση της πόλωσης).
• Για μέγιστη μετάδοση φωτός από ένα στοιχείο, το επίπεδο πόλωσής του πρέπει να συμπίπτει με την κατεύθυνση της πόλωσης.
• Με την ομαλή προσαρμογή της τάσης που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια της κυψέλης, είναι δυνατός ο έλεγχος της θέσης των μορίων υγρών κρυστάλλων και, κατά συνέπεια, η περιστροφή του επιπέδου πόλωσης του μεταδιδόμενου φωτός. Και έτσι αλλάξτε την ποσότητα του φωτός που μεταδίδεται από το κύτταρο.

Δεδομένου ότι η γωνία περιστροφής του επιπέδου πόλωσης εξαρτάται από την απόσταση που διανύει το φως στο στρώμα υγρών κρυστάλλων, αυτό το στρώμα πρέπει να έχει ένα αυστηρά σταθερό πάχος σε ολόκληρο το πλαίσιο. Για να διατηρηθεί η ομοιομορφία της απόστασης μεταξύ των υαλοπινάκων (με όλη τη δομή που εφαρμόζεται σε αυτά), χρησιμοποιούνται ειδικοί αποστάτες.

Η απλούστερη επιλογή είναι τα λεγόμενα ball spacers (ball spacers). Είναι διαφανείς πολυμερείς ή γυάλινες χάντρες αυστηρά καθορισμένης διαμέτρου και εφαρμόζονται στην εσωτερική δομή του γυαλιού με ψεκασμό. Αντίστοιχα, εντοπίζονται τυχαία σε ολόκληρη την περιοχή του κυττάρου και η παρουσία τους επηρεάζει αρνητικά την ομοιομορφία του, καθώς ο διαχωριστής χρησιμεύει ως το κέντρο για την ελαττωματική περιοχή και τα μόρια είναι λανθασμένα προσανατολισμένα απευθείας κοντά του.

Χρησιμοποιείται επίσης μια άλλη τεχνολογία - αποστάτες τύπου στήλης (αποστάτης στήλης, διαχωριστής φωτογραφίας, διαχωριστής θέσης). Τέτοιοι αποστάτες βρίσκονται με φωτογραφική ακρίβεια κάτω από τη μαύρη μήτρα (Εικ. 8). Τα πλεονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας είναι προφανή: αυξημένη αντίθεση λόγω απουσίας διαρροών φωτός κοντά στους αποστάτες, ακριβέστερος έλεγχος της ομοιομορφίας του διακένου λόγω της εύρυθμης διάταξης των αποστατών, αυξημένη ακαμψία του πίνακα και απουσία κυματισμών κατά την πίεση στην επιφάνεια.

Ο πίνακας TN, ο σχεδιασμός του οποίου φαίνεται στο Σχ. 6, είναι ο φθηνότερος στην κατασκευή, γεγονός που καθορίζει την κυριαρχία του στην αγορά μαζικής παρακολούθησης. Εκτός από αυτό, υπάρχουν πολλές άλλες τεχνολογίες που διαφέρουν ως προς τη θέση, τη διαμόρφωση και το υλικό των ηλεκτροδίων, τον προσανατολισμό των πολωτών, τα φάρμακα LC που χρησιμοποιούνται, τον αρχικό προσανατολισμό του διευθυντή στο υλικό υγρών κρυστάλλων κ.λπ. Σύμφωνα με τον αρχικό προσανατολισμό του διευθυντή, όλες οι υπάρχουσες τεχνολογίες μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες:

1. Επίπεδος προσανατολισμός

Αυτό περιλαμβάνει όλες τις τεχνολογίες IPS (S-IPS, SA-SFT, κ.λπ.) καθώς και το FFS (επί του παρόντος AFFS) που αναπτύχθηκε και προωθείται από την Boe HyDis. Τα μόρια ευθυγραμμίζονται οριζόντια, παράλληλα με τη βάση των υποστρωμάτων, προς την κατεύθυνση που καθορίζεται με το τρίψιμο, το επάνω και το κάτω υπόστρωμα τρίβονται προς την ίδια κατεύθυνση. Όλα τα ηλεκτρόδια, τόσο τα εικονοστοιχεία όσο και τα κοινά, βρίσκονται στο ίδιο γυάλινο υπόστρωμα του εσωτερικού του πίνακα, μαζί με γραμμές δεδομένων και τρανζίστορ. Στις τεχνολογίες IPS, τα εικονοστοιχεία και τα κοινά ηλεκτρόδια βρίσκονται παράλληλα, εναλλάσσοντας μεταξύ τους (Εικ. 9). Οι γραμμές δύναμης πεδίου τρέχουν οριζόντια, αλλά σε κάποια γωνία σε σχέση με την κατεύθυνση τριβής. Επομένως, όταν εφαρμόζεται τάση, τα μόρια, τα οποία στην περίπτωση αυτή έχουν θετική διηλεκτρική ανισοτροπία, τείνουν να ευθυγραμμίζονται προς την κατεύθυνση του εφαρμοζόμενου πεδίου, να περιστρέφονται στο ίδιο επίπεδο κατά γωνία που εξαρτάται από την έντασή του (πεδίου). Στην περίπτωση του FFS, το κοινό ηλεκτρόδιο βρίσκεται κάτω από το pixel one. Με αυτόν τον σχεδιασμό, η τάση που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια σχηματίζει ένα ηλεκτρικό πεδίο που έχει τόσο οριζόντια όσο και κατακόρυφα στοιχεία. Αν για IPS στους άξονες συντεταγμένων που φαίνονται στο Σχ. 9 το πεδίο μπορεί να χαρακτηριστεί ως E y, τότε για το FFS οι αντίστοιχες τιμές θα μοιάζουν E yΚαι Ez. Αυτή η διάταξη των γραμμών πεδίου επιτρέπει τη χρήση υλικών LC με θετική και αρνητική διηλεκτρική ανισοτροπία. Η περιστροφή των μορίων, παρόμοια με το IPS, συμβαίνει στο ίδιο επίπεδο προς την κατεύθυνση της οριζόντιας συνιστώσας του πεδίου, αλλά λόγω του μικρότερου αριθμού των οριακών ζωνών, ένας σημαντικά μεγαλύτερος αριθμός μορίων περιστρέφεται, γεγονός που καθιστά δυνατό τον περιορισμό του πλάτος του πλέγματος μαύρης μήτρας και επιτύχετε υψηλότερο λόγο διαφράγματος πάνελ.

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των τεχνολογιών με επίπεδο προσανατολισμό του σκηνοθέτη είναι η εξαιρετικά μικρή χρωματική μετατόπιση (χρωματική μετατόπιση) της παλέτας κατά την αλλαγή της γωνίας θέασης. Αυτή η σταθερότητα οφείλεται στη διαμόρφωση της έλικας που σχηματίζεται από τα μόρια του υγρού κρυσταλλικού υλικού υπό τη δράση του πεδίου, το οποίο στην περίπτωση αυτή έχει συμμετρικό σχήμα. Το σχήμα 9 δείχνει σχηματικά τη θέση των μορίων LC όταν εφαρμόζεται τάση στα ηλεκτρόδια· είναι προφανές ότι η μέγιστη γωνία περιστροφής επιτυγχάνεται στα μεσαία στρώματα. Αυτή η ανομοιογένεια οφείλεται στο γεγονός ότι, όπως ήδη αναφέρθηκε, ο προσανατολισμός των μορίων στην επιθυμητή κατεύθυνση παράλληλη προς τη βάση των υποστρωμάτων επιτεύχθηκε με προεπεξεργασία (τρίψιμο) των επιφανειών τους. Επομένως, η κινητικότητα των μορίων στη στιβάδα που βρίσκεται ακριβώς δίπλα στο υπόστρωμα περιορίζεται από το ανάγλυφο του υποστρώματος και στις επόμενες γειτονικές στιβάδες από τις διαμοριακές δυνάμεις. Ως αποτέλεσμα, υπό την επίδραση του πεδίου, τα μόρια σχηματίζουν μια σπείρα που μοιάζει με το σχήμα μιας κορδέλας με τα άκρα στερεωμένα σε ένα επίπεδο και το κεντρικό τμήμα γυρισμένο. Υπάρχει μια ιδέα μιας οπτικής διαδρομής που εξαρτάται από τον δείκτη διάθλασης του μέσου στο οποίο διαδίδεται η δέσμη και την προκύπτουσα διείσδυση φάσης κατά την κατεύθυνσή της. Οι ακτίνες φωτός που διέρχονται από το στρώμα υγρών κρυστάλλων έχουν διαφορετικά μήκη οπτικής διαδρομής ανάλογα με τη γωνία διέλευσης. Το συμμετρικό σχήμα της έλικας των μορίων καθιστά δυνατό να ληφθεί για κάθε επίπεδο γκρι μια ακριβή προσθήκη του μήκους της οπτικής διαδρομής στο άνω και κάτω μισό του, το αποτέλεσμα είναι η σχεδόν πλήρης απουσία εξάρτησης των εμφανιζόμενων αποχρώσεων από τις γωνίες θέασης. Λόγω αυτής της ιδιότητας, τα πάνελ IPS χρησιμοποιούνται στη συντριπτική πλειοψηφία των οθονών με προσανατολισμό γραφικών.

Κατά τη διέλευση ενός φωτεινού κύματος, η φορά περιστροφής του προκύπτοντος φορέα (βλ. Εικ. 5) επαναλαμβάνει εν μέρει το σχήμα της κάμψης της έλικας που σχηματίζεται από τα μόρια. Επομένως, η περιστροφή του επιπέδου πόλωσης κατά τη διέλευση του κύματος μέσω του πρώτου μέρους του υλικού LC συμβαίνει προς μία κατεύθυνση και μέσω του δεύτερου, προς την αντίθετη κατεύθυνση. Διαφορετική, ανάλογα με την εφαρμοζόμενη τάση, καθυστέρηση φάσης ενός από τα στοιχεία του κύματος οδηγεί στο γεγονός ότι η κατεύθυνση του προκύπτοντος διανύσματος Ερστην έξοδο από το στρώμα υγρών κρυστάλλων διαφέρει από το αρχικό, αυτό επιτρέπει σε ένα ορισμένο μέρος της ροής φωτός να περάσει μέσα από τον αναλυτή. Τα επίπεδα εκπομπής φωτός του πολωτή και του αναλυτή, όπως και σε όλες τις άλλες τεχνολογίες, μετατοπίζονται μεταξύ τους κατά γωνία 90 μοιρών.

Όλες οι παραλλαγές που παράγονται αυτήν τη στιγμή (S-IPS, AFFS, SA-SFT) χρησιμοποιούν σχεδιασμό κελιών 2 τομέων. Για αυτό, χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια σε σχήμα ζιγκ-ζαγκ, τα οποία προκαλούν την περιστροφή των μορίων προς δύο κατευθύνσεις. Οι αρχικές εκδόσεις, που ονομάστηκαν απλώς "IPS" και "FFS", χωρίς τα προθέματα "Super" και "Advanced", ήταν μονοτομείς, επομένως είχαν χρωματική μετατόπιση και μικρότερες γωνίες θέασης (από 140/140 σε αντίθεση με πτώση σε 10: 1 για το πρώτο IPS ).

Ο προσανατολισμός συστροφής (ή στριμμένος προσανατολισμός) περιλαμβάνεται επίσης συνήθως στον επίπεδο προσανατολισμό. Η ευθυγράμμιση των μορίων κατά μήκος της βάσης των υποστρωμάτων σε αυτή την περίπτωση επιτυγχάνεται επίσης με τρίψιμο των επιφανειών τους, με τη διαφορά ότι οι κατευθύνσεις τριβής του άνω και του κάτω υποστρώματος μετατοπίζονται μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα αυτής της ευθυγράμμισης στο νηματικό υλικό, ο διευθυντής σχηματίζει μια έλικα που μοιάζει με χοληστερική· για τον σωστό σχηματισμό της έλικας σε μείγματα LC, χρησιμοποιούνται ειδικά πρόσθετα που περιέχουν χειρόμορφα μόρια. Ο προσανατολισμός περιστροφής χρησιμοποιείται στην πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία TN (ή TN+Film). Δεν έχει νόημα να περιγράψουμε και να επεξηγήσουμε την κατασκευή του TN εδώ· αυτό έχει γίνει επανειλημμένα σε πολλά υλικά για παρόμοια θέματα, μπορούμε να πούμε ότι είναι πολύ γνωστό.

2. Ομοιοτροπικός προσανατολισμός

Οι MVA και PVA ανήκουν σε αυτήν την ομάδα. Ο κατευθυντήρας είναι προσανατολισμένος κάθετα στη βάση του γυάλινου υποστρώματος, αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση επιφανειοδραστικών στην επικάλυψη του υποστρώματος. Τα κοινά ηλεκτρόδια και τα ηλεκτρόδια pixel βρίσκονται σε αντίθετα υποστρώματα, το πεδίο είναι προσανατολισμένο κατακόρυφα. Εδώ χρησιμοποιούνται υλικά υγρών κρυστάλλων με αρνητική διηλεκτρική ανισοτροπία, επομένως η εφαρμοζόμενη τάση αναγκάζει τα μόρια υγρών κρυστάλλων να στραφούν ενάντια στις γραμμές πεδίου. Το MVA διακρίνεται από την παρουσία μικροσκοπικών διαμήκων προεξοχών (προεξοχή) για την κλίση των μορίων στην κορυφή ή και στα δύο υποστρώματα, επομένως η αρχική κατακόρυφη ευθυγράμμιση δεν είναι πλήρης. Τα μόρια, που ευθυγραμμίζονται με αυτές τις προεξοχές, λαμβάνουν μια μικρή κλίση, η οποία καθιστά δυνατό τον καθορισμό μιας συγκεκριμένης κατεύθυνσης για κάθε περιοχή (τομέα) του κυττάρου, στην οποία τα μόρια θα περιστρέφονται υπό την επίδραση του πεδίου. Στο PVA, δεν υπάρχουν τέτοιες προεξοχές και, ελλείψει τάσης, ο διευθυντής προσανατολίζεται αυστηρά κάθετα στην επιφάνεια και τα εικονοστοιχεία και τα κοινά ηλεκτρόδια μετατοπίζονται μεταξύ τους, έτσι ώστε το παραγόμενο πεδίο να μην είναι αυστηρά κατακόρυφο, αλλά να περιέχει ένα κεκλιμένο εξάρτημα (Εικ. 10).

Οι τεχνολογίες με ομοιοτροπικό προσανατολισμό διευθυντή περιλαμβάνουν επίσης ASV που αναπτύχθηκε από την Sharp. Μέσα στο υποπίξελ, υπάρχουν πολλά ηλεκτρόδια εικονοστοιχείων με τη μορφή τετραγώνων με στρογγυλεμένες άκρες. Οι βασικές αρχές είναι οι ίδιες: το κοινό ηλεκτρόδιο βρίσκεται στο αντίθετο υπόστρωμα, τα μόρια προσανατολίζονται κατακόρυφα απουσία πεδίου και χρησιμοποιούνται υγρά κρύσταλλα με αρνητική διηλεκτρική ανισοτροπία. Το παραγόμενο πεδίο έχει ένα έντονο λοξό συστατικό και τα μόρια, στρέφοντας ενάντια στην κατεύθυνση του πεδίου, δημιουργούν μια δομή στην οποία η κατεύθυνση του κατευθυντή μοιάζει με το σχήμα μιας ομπρέλας που βρίσκεται στο κέντρο του ηλεκτροδίου εικονοστοιχείου.

Υπάρχει επίσης μια διαίρεση των μονάδων LCD σε τύπους ανάλογα με την κατάσταση των κυψελών απουσία τάσης. Ονομάζονται κανονικά λευκά (κανονικά λευκά) πάνελ, στα οποία, σε μηδενική τάση στις κυψέλες, είναι εντελώς ανοιχτά, αντίστοιχα, το λευκό χρώμα αναπαράγεται στην οθόνη. Συνήθως λευκά είναι όλα τα πάνελ που κατασκευάζονται με τεχνολογία TN. Τα πάνελ που εμποδίζουν τη διέλευση του φωτός απουσία τάσης είναι συνήθως μαύρα (κανονικά μαύρα), όλες οι άλλες τεχνολογίες ανήκουν σε αυτόν τον τύπο.

μονάδα οπίσθιου φωτισμού

...με βάση λαμπτήρες φθορισμού

Μέσα από το σώμα του πίνακα (πολωτές, ηλεκτρόδια, φίλτρα χρώματος κ.λπ.), περνά μόνο ένα μικρό μέρος της αρχικής ροής φωτός από τον οπίσθιο φωτισμό, όχι περισσότερο από 3%. Επομένως, η εγγενής φωτεινότητα της μονάδας οπίσθιου φωτισμού πρέπει να είναι αρκετά σημαντική - κατά κανόνα, οι λαμπτήρες που χρησιμοποιούνται έχουν φωτεινότητα άνω των 30.000 cd/m 2 .

Για φωτισμό χρησιμοποιούνται λαμπτήρες φθορισμού ψυχρής καθόδου CCFL (χωρίς νήματα καθόδου). Η λυχνία CCFL είναι ένας σφραγισμένος γυάλινος σωλήνας γεμάτος με αδρανές αέριο με μικρή ποσότητα υδραργύρου (Εικ. 11). Οι κάθοδοι σε αυτή την περίπτωση είναι ίσα ηλεκτρόδια, αφού χρησιμοποιείται εναλλασσόμενο ρεύμα για τροφοδοσία. Σε σύγκριση με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως (καυτού) καθόδου, τα ηλεκτρόδια CCFL έχουν διαφορετική δομή και είναι μεγαλύτερα. Η θερμοκρασία λειτουργίας της καθόδου διαφέρει σημαντικά: 80-150 o C έναντι περίπου 900 o C για τους λαμπτήρες θερμής καθόδου, ενώ η θερμοκρασία του ίδιου του λαμπτήρα είναι κοντά στους 30-75 o C και 40 o C, αντίστοιχα. Η τάση λειτουργίας για το CCFL είναι 600-900 V, η τάση εκκίνησης είναι 900-1600 V (οι αριθμοί είναι μάλλον αυθαίρετοι, καθώς το εύρος των λαμπτήρων που χρησιμοποιούνται είναι πολύ ευρύ). Το φως παράγεται από τον ιονισμό ενός αερίου και απαραίτητη προϋπόθεσηη εμφάνισή του σε λυχνία ψυχρής καθόδου είναι υψηλής τάσης. Επομένως, για να ξεκινήσει ένας τέτοιος λαμπτήρας, απαιτείται η εφαρμογή τάσης στα ηλεκτρόδια για αρκετές εκατοντάδες μικροδευτερόλεπτα, η οποία είναι πολύ υψηλότερη από την τάση λειτουργίας. Η εφαρμοζόμενη υψηλή εναλλασσόμενη τάση προκαλεί ιονισμό αερίου και διάσπαση του διακένου μεταξύ των ηλεκτροδίων, εμφανίζεται εκκένωση.

Η διάσπαση του διακένου εκφόρτισης συμβαίνει για τους ακόλουθους λόγους. Υπό κανονικές συνθήκες, το αέριο που γεμίζει τη λάμπα είναι διηλεκτρικό. Όταν εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο, ένας μικρός αριθμός ιόντων και ηλεκτρονίων, που υπάρχουν πάντα στον όγκο του αερίου, αρχίζει να κινείται. Εάν εφαρμοστεί μια αρκετά υψηλή τάση στα ηλεκτρόδια, το ηλεκτρικό πεδίο προσδίδει τόσο υψηλή ταχύτητα στα ιόντα που όταν συγκρούονται με ουδέτερα μόρια, τα ηλεκτρόνια εξέρχονται από αυτά και σχηματίζονται ιόντα. Τα νεοσχηματισμένα ηλεκτρόνια και ιόντα, που κινούνται υπό την επίδραση του πεδίου, μπαίνουν επίσης στη διαδικασία ιονισμού, η διαδικασία παίρνει έναν χαρακτήρα χιονοστιβάδας. Αφού τα ιόντα αρχίσουν να λαμβάνουν αρκετή ενέργεια για να εξουδετερώσουν τα ηλεκτρόνια χτυπώντας την κάθοδο, εμφανίζεται μια αυτοεκφόρτιση. Σε αντίθεση με τους λαμπτήρες θερμής καθόδου, όπου η εκκένωση είναι τόξο, ο τύπος εκκένωσης στο CCFL είναι λαμπερός.

Η εκκένωση διατηρείται από τη λεγόμενη πτώση δυναμικού καθόδου. Το κύριο μέρος της πτώσης δυναμικού (τάσης) στην εκκένωση πέφτει στην περιοχή κοντά στην κάθοδο. Τα ιόντα, που διατρέχουν αυτό το κενό με μεγάλη διαφορά δυναμικού, αποκτούν μεγάλη κινητική ενέργεια επαρκή για να εκτινάξουν τα ηλεκτρόνια έξω από την κάθοδο. Τα εκτοξευόμενα ηλεκτρόνια, λόγω της ίδιας διαφοράς δυναμικού, επιταχύνονται πίσω στην εκκένωση, παράγοντας νέα ζεύγη ιόντων και ηλεκτρονίων εκεί. Τα ιόντα από αυτά τα ζεύγη επιστρέφουν στην κάθοδο, επιταχύνονται από την πτώση τάσης μεταξύ της εκφόρτισης και της καθόδου και εκτοξεύουν ξανά τα ηλεκτρόνια.

Η ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος προκαλεί τη μετάβαση του υδραργύρου στη λάμπα από υγρή σε αέρια κατάσταση. Όταν τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με άτομα υδραργύρου, απελευθερώνεται ενέργεια, που προκαλείται από την επιστροφή των ατόμων από μια ασταθή κατάσταση σε μια σταθερή. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται έντονη ακτινοβολία στην υπεριώδη περιοχή, το μερίδιο της υπεριώδους είναι περίπου το 60% της συνολικής ακτινοβολίας.

Το ορατό φως παράγεται από μια επίστρωση φωσφόρου που εναποτίθεται στην εσωτερική επιφάνεια του γυαλιού. Τα υπεριώδη φωτόνια που απελευθερώνονται από τον υδράργυρο διεγείρουν τα άτομα στην επικάλυψη φωσφόρου, αυξάνοντας το επίπεδο ενέργειας των ηλεκτρονίων. Όταν τα ηλεκτρόνια επιστρέψουν στο αρχικό ενεργειακό τους επίπεδο, τα άτομα στην επικάλυψη παράγουν ενέργεια με τη μορφή φωτονίων ορατού φωτός. Ο φώσφορος είναι βασικό συστατικόλαμπτήρες, τα χαρακτηριστικά του φάσματος ακτινοβολίας εξαρτώνται από αυτό. Το φάσμα CCFL είναι εξαιρετικά ανομοιόμορφο, με έντονες στενές κορυφές. Ακόμη και η χρήση πολυστρωματικής επίστρωσης φωσφόρου (σε βάρος της μέγιστης φωτεινότητας) δεν σας επιτρέπει να «προσπεράσετε» τις οθόνες κινεσκόπιου όσον αφορά τη χρωματική γκάμα. Επομένως, για να επιτευχθεί μια αποδεκτή χρωματική γκάμα, κατά την κατασκευή ενός πίνακα, είναι επίσης απαραίτητο να επιλέγονται με ακρίβεια φίλτρα χρώματος, οι ζώνες διέλευσης των οποίων πρέπει να αντιστοιχούν όσο το δυνατόν περισσότερο στις κορυφές του φάσματος εκπομπής των λαμπτήρων.

Στην ιδανική περίπτωση, ένας συνδυασμός μονοχρωματικών πηγών βασικών χρωμάτων και φίλτρων χρωμάτων υψηλής ποιότητας θα μπορούσε να προσφέρει τη μέγιστη χρωματική γκάμα. Τα λεγόμενα laser LED μπορούν να διεκδικήσουν το ρόλο των «οιονεί μονοχρωματικών» πηγών φωτός, αλλά η τεχνολογία παραγωγής δεν διασφαλίζει ακόμη την κερδοφορία της χρήσης τους σε μονάδες οπίσθιου φωτισμού. Επομένως, στις αυτή τη στιγμήΗ καλύτερη χρωματική γκάμα μπορεί να επιτευχθεί με μονάδες οπίσθιου φωτισμού που βασίζονται σε πακέτα RGB LED (δείτε παρακάτω).

Για τη δημιουργία τάσης αρκετών εκατοντάδων βολτ, απαραίτητη για τη λειτουργία των λαμπτήρων, χρησιμοποιούνται ειδικοί μετατροπείς - μετατροπείς. Η ρύθμιση φωτεινότητας CCFL πραγματοποιείται με δύο τρόπους. Το πρώτο είναι να αλλάξετε το ρεύμα εκφόρτισης στη λάμπα. Η τιμή του ρεύματος στην εκκένωση είναι 3-8 mA, ένα σημαντικό μέρος των λαμπτήρων έχει ακόμη στενότερο εύρος. Σε χαμηλότερο ρεύμα, η ομοιομορφία της λάμψης υποφέρει, σε υψηλότερη, η διάρκεια ζωής της λάμπας μειώνεται σημαντικά. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου προσαρμογής είναι ότι σας επιτρέπει να αλλάξετε τη φωτεινότητα σε πολύ μικρό εύρος, είναι αδύνατο να τη μειώσετε σημαντικά. Επομένως, οι οθόνες με αυτήν τη ρύθμιση, όταν εργάζονται σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού περιβάλλοντος, συχνά αποδεικνύονται υπερβολικά φωτεινές ακόμα και σε μηδενική φωτεινότητα. Στη δεύτερη μέθοδο, δημιουργείται διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM) της τάσης που τροφοδοτεί τους λαμπτήρες (το πλάτος ελέγχεται, δηλαδή η διάρκεια του παλμού, αλλάζοντας το πλάτος ενός μόνο παλμού, ρυθμίζεται το μέσο επίπεδο τάσης). . Τα μειονεκτήματα αυτής της μεθόδου αποδίδονται μερικές φορές στην εμφάνιση λαμπτήρων που τρεμοπαίζουν κατά την εφαρμογή PWM σε χαμηλή συχνότητα 200 Hz και κάτω, στην πραγματικότητα, ο έλεγχος PWM είναι η πιο λογική προσέγγιση, καθώς σας επιτρέπει να αλλάξετε τη φωτεινότητα σε ένα ευρύ φάσμα .

Για την ομοιόμορφη κατανομή του φωτός των λαμπτήρων, χρησιμοποιείται ένα σύστημα οδηγών φωτός, διαχυτών και πρισμάτων. Υπάρχουν πολλές επιλογές για την οργάνωση της κατανομής του φωτός, μία από αυτές φαίνεται στο Σχ. 12.

Οι λύσεις με τη διάταξη των λαμπτήρων στις άνω και κάτω ακραίες πλευρές του πίνακα είναι οι πιο συνηθισμένες, μια τέτοια διάταξη μπορεί να μειώσει σημαντικά το συνολικό πάχος του προϊόντος. Οι μονάδες 17" και 19" έχουν συνήθως τέσσερις λάμπες, δύο στο επάνω μέρος και δύο στο κάτω μέρος. Υπάρχουν ειδικές τεχνολογικές οπές στο ακραίο τμήμα του σώματος τέτοιων πάνελ, επομένως δεν απαιτείται η αποσυναρμολόγηση του σώματος για την αφαίρεση των λαμπτήρων (Εικ. 13-β). Οι λαμπτήρες με αυτή τη διάταξη συχνά συνδυάζονται σε μπλοκ των δύο (Εικ. 13-α).

Μια άλλη επιλογή είναι η θέση των λαμπτήρων σε ολόκληρη την περιοχή της πίσω πλευράς της μονάδας (Εικ. 13-γ) αυτή η λύση χρησιμοποιείται σε πάνελ πολλαπλών λαμπτήρων με οκτώ ή περισσότερους λαμπτήρες, καθώς και όταν χρησιμοποιείται U- διαμορφωμένα CCFL.

Η ελάχιστη διάρκεια ζωής της λάμπας αναφέρεται συνήθως από τους κατασκευαστές πάνελ μεταξύ σαράντα και πενήντα χιλιάδων ωρών (η διάρκεια ζωής ορίζεται ως ο χρόνος που χρειάζεται για να χάσει μια λάμπα 50% φωτεινότητα).

...βασισμένο σε LED

Εκτός από τους λαμπτήρες φθορισμού, οι δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως πηγή φωτός. Οι μονάδες οπίσθιου φωτισμού που βασίζονται σε LED είναι χτισμένες είτε σε "λευκά" LED είτε σε πακέτα βασικών έγχρωμων LED (RGB-LED).

Τα πακέτα RGB-LED παρέχουν τη μεγαλύτερη χρωματική γκάμα. Το γεγονός είναι ότι το "λευκό" LED είναι ένα μπλε LED με κίτρινη επίστρωση φωσφόρου ή ένα υπεριώδες LED με συνδυασμό επικάλυψης "κόκκινου", "πράσινου" και "μπλε" φωσφόρου. Το φάσμα των "λευκών" LED δεν είναι απαλλαγμένο από όλες τις αδυναμίες του φάσματος των λαμπτήρων φθορισμού. Επιπλέον, σε αντίθεση με τα "λευκά" LED, το πακέτο RGB-LED σάς επιτρέπει να ρυθμίζετε τη θερμοκρασία χρώματος του οπίσθιου φωτισμού on-line ελέγχοντας χωριστά την ένταση της λάμψης κάθε ομάδας LED των βασικών χρωμάτων.

Ως αποτέλεσμα, επιτυγχάνονται δύο στόχοι:

• επεκτείνει τη χρωματική γκάμα χάρη στο πιο ιδανικό φάσμα οπίσθιου φωτισμού,
• επεκτείνονται οι δυνατότητες βαθμονόμησης χρώματος: στην τυπική μέθοδο που βασίζεται στους πίνακες μετατροπής των χρωματικών συντεταγμένων για pixel εικόνας, προστίθεται η δυνατότητα διόρθωσης της ισορροπίας χρωμάτων του οπίσθιου φωτισμού.

μεγάλη κλίση χαρακτηριστικό βολτ-αμπέρΤα LED δεν σας επιτρέπουν να προσαρμόσετε ομαλά τη φωτεινότητα της ακτινοβολίας σε μεγάλο εύρος. Αλλά επειδή η συσκευή επιτρέπει τη λειτουργία σε παλμική λειτουργία, στην πράξη, η μέθοδος διαμόρφωσης πλάτους παλμού χρησιμοποιείται συχνότερα για τη ρύθμιση της φωτεινότητας των LED (όπως για τους λαμπτήρες φθορισμού).

Oleg Medvedev, Maxim Proskurnya

Στις μέρες μας, οι τεχνολογίες δεν στέκονται ακίνητες, αναπτύσσονται ταχύτατα, χάρη στις οποίες όλο και περισσότερες νέες, εκπληκτικές και υψηλής τεχνολογίας συσκευές εισέρχονται στον κόσμο. Αυτό ισχύει και για τις τεχνολογίες κατασκευής οθονών LCD, οι οποίες είναι σήμερα οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες και έχουν τις μεγαλύτερες προοπτικές. Ποια είναι όμως η συσκευή της οθόνης LCD και ποια τα πλεονεκτήματά της; Αυτό θα συζητηθεί σε αυτή τη δημοσίευση.

1. Τι είναι μια οθόνη LCD

Αρχικά, αξίζει να καταλάβετε τι είναι μια οθόνη LCD. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να καταλάβετε τι είναι μια οθόνη LCD. Όπως πιθανώς ήδη μαντέψατε, η LCD είναι ένα είδος συντομογραφίας, το πλήρες όνομα έχει την ακόλουθη μορφή - Οθόνη υγρών κρυστάλλων. Μετάφραση στα ρωσικά, σημαίνει οθόνη υγρών κρυστάλλων. Έτσι, γίνεται σαφές ότι η LCD και η LCD είναι ένα και το αυτό.

Αυτή η τεχνολογία βασίζεται στη χρήση ειδικών μορίων υγρών κρυστάλλων που έχουν μοναδικές ιδιότητες. Τέτοιες οθόνες έχουν μια σειρά από αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα. Για να τα κατανοήσουμε, αξίζει να αναλύσουμε λεπτομερέστερα την αρχή λειτουργίας των οθονών LCD.

2. Η συσκευή της οθόνης LCD και η αρχή λειτουργίας της

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ειδικές ουσίες που ονομάζονται κυανοφαινύλια χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μιας οθόνης LCD. Βρίσκονται σε υγρή κατάσταση, αλλά ταυτόχρονα έχουν μοναδικές ιδιότητες που είναι εγγενείς στα κρυσταλλικά σώματα. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι ένα υγρό που έχει ανισοτροπία ιδιοτήτων, ιδίως οπτικών. Αυτές οι ιδιότητες συνδέονται με την τάξη στον προσανατολισμό των μορίων.

Η αρχή λειτουργίας των οθονών υγρών κρυστάλλων βασίζεται στις ιδιότητες πόλωσης των κρυσταλλικών μορίων. Αυτά τα μόρια είναι ικανά να μεταδίδουν μόνο εκείνο το συστατικό του φωτός, το διάνυσμα της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του οποίου βρίσκεται στο παράλληλο οπτικό επίπεδο του πολαροειδούς (κρυσταλλικό μόριο). Οι κρύσταλλοι δεν μεταδίδουν άλλα φάσματα φωτός. Με άλλα λόγια, τα κυανοφαινύλια είναι φίλτρα φωτός που μεταδίδουν μόνο ένα συγκεκριμένο φάσμα φωτός - ένα από τα κύρια χρώματα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται πόλωση του φωτός.

Λόγω του γεγονότος ότι τα μακρά μόρια υγρών κρυστάλλων αλλάζουν τη θέση τους ανάλογα με το ηλεκτρικό μαγνητικό πεδίο, κατέστη δυνατός ο έλεγχος της πόλωσης. Δηλαδή, ανάλογα με την ισχύ του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που δρα στα κυενοφαινύλια, αλλάζουν τη θέση και το σχήμα τους, αλλάζοντας έτσι τις γωνίες διάθλασης του φωτός και αλλάζοντας την πόλωσή τους. Λόγω του συνδυασμού των ηλεκτρο-οπτικών ιδιοτήτων των κρυστάλλων και της ικανότητας να παίρνουν το σχήμα αγγείου, τέτοια μόρια ονομάζονται υγροί κρύσταλλοι.

Σε αυτές τις ιδιότητες βασίζεται η αρχή λειτουργίας της οθόνης LCD. Λόγω της αλλαγής της ισχύος του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, τα μόρια των υγρών κρυστάλλων αλλάζουν τη θέση τους. Έτσι, σχηματίζεται μια εικόνα.

2.1. LCD μήτρα

Η μήτρα των οθονών LCD είναι μια συστοιχία που αποτελείται από πολλά μικροσκοπικά τμήματα, τα οποία ονομάζονται pixel. Κάθε ένα από αυτά τα pixel μπορεί να ελεγχθεί ξεχωριστά, χάρη στο οποίο εμφανίζεται μια συγκεκριμένη εικόνα. Η μήτρα της οθόνης LCD αποτελείται από πολλά στρώματα. Ο βασικός ρόλος ανήκει στα δύο πάνελ, τα οποία είναι κατασκευασμένα από υλικό χωρίς νάτριο και απολύτως καθαρό γυαλί. Αυτό το υλικό ονομάζεται υπόστρωμα (ή στους ανθρώπους - το υπόστρωμα). Ανάμεσα σε αυτά τα δύο στρώματα βρίσκεται το λεπτότερο στρώμα υγρών κρυστάλλων.

Επιπλέον, τα πάνελ διαθέτουν ειδικές αυλακώσεις που ελέγχουν τους κρυστάλλους, δίνοντάς τους τον επιθυμητό προσανατολισμό (θέση). Αυτές οι αυλακώσεις είναι παράλληλες μεταξύ τους στο πλαίσιο και κάθετες στη διάταξη των αυλακώσεων στο άλλο πλαίσιο. Είναι δηλαδή οριζόντια στο ένα πάνελ και κάθετα στο άλλο. Αν κοιτάξετε την οθόνη μέσα από ένα μεγεθυντικό φακό, μπορείτε να δείτε τις πιο λεπτές ρίγες (κάθετα και οριζόντια). Σχηματίζουν μικρά τετράγωνα - αυτά είναι pixel. Έχουν επίσης στρογγυλό σχήμα, αλλά η συντριπτική τους πλειοψηφία είναι τετράγωνη.

Ο φωτισμός των πάνελ υγρών κρυστάλλων μπορεί να πραγματοποιηθεί με δύο τρόπους:

• Αντανάκλαση φωτός;
• Το πέρασμα του φωτός.

Σε αυτή την περίπτωση, το επίπεδο πόλωσης των φωτεινών ροών μπορεί να περιστραφεί κατά 90˚ τη στιγμή της διέλευσης από ένα πλαίσιο.

Στην περίπτωση ηλεκτρικού πεδίου, τα κρυσταλλικά μόρια ευθυγραμμίζονται εν μέρει κατακόρυφα κατά μήκος αυτού του πεδίου. Σε αυτή την περίπτωση, η γωνία περιστροφής του επιπέδου πόλωσης των ροών φωτός αλλάζει και γίνεται διαφορετική από 90˚. Αυτό επιτρέπει στο φως να περάσει ανεμπόδιστα μέσα από τα μόρια.

Μια τέτοια περιστροφή του αεροπλάνου είναι απολύτως αδύνατο να παρατηρηθεί με γυμνό μάτι. Εξαιτίας αυτού, χρειάστηκε να προστεθούν δύο άλλα στρώματα στα γυάλινα πάνελ, τα οποία παίζουν το ρόλο των πολωτικών φίλτρων. Μεταδίδουν μόνο τέτοια φάσματα ακτίνων φωτός, ο άξονας πόλωσης των οποίων αντιστοιχεί στην καθορισμένη τιμή. Με άλλα λόγια, λόγω των πρόσθετων πάνελ, καθώς το φως περνά από τον πολωτή, θα εξασθενεί. Η ένταση του φωτός εξαρτάται από τη γωνία μεταξύ του επιπέδου πόλωσης (πρόσθετα πάνελ) και του άξονα του πολωτή (κύρια υαλοπίνακες).

Εάν δεν υπάρχει τάση, τότε το στοιχείο θα είναι απολύτως διαφανές, αφού ο πρώτος πολωτής είναι μόνο το φως που έχει την αντίστοιχη κατεύθυνση πόλωσης. Η κατεύθυνση της πόλωσης ορίζεται από τα μόρια των υγρών κρυστάλλων και μέχρι να φτάσει το φως στον δεύτερο πολωτή, θα περιστραφεί ήδη για να περάσει μέσα από αυτόν χωρίς δυσκολία.

Στην περίπτωση της δράσης ηλεκτρικού πεδίου, η περιστροφή του διανύσματος πόλωσης πραγματοποιείται με μικρότερη γωνία. Αυτό, με τη σειρά του, καθιστά τον δεύτερο πολωτή μερικώς διαφανή στα φωτεινά ρεύματα. Αν το κάνουμε έτσι ώστε η περιστροφή του επιπέδου πόλωσης στα μόρια των υγρών κρυστάλλων να απουσιάζει εντελώς, τότε το φως θα απορροφηθεί πλήρως από τον δεύτερο πολωτή. Με άλλα λόγια, όταν φωτίζεται το πίσω μέρος της οθόνης, το μπροστινό μέρος θα ταλαντεύεται εντελώς μαύρο.

2.2. Έλεγχος πόλωσης σε οθόνες LCD με χρήση ηλεκτροδίων

Δεδομένου αυτού, οι προγραμματιστές εξόπλισαν τις οθόνες με επαρκή αριθμό ηλεκτροδίων που δημιουργούν διαφορετικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία σε ξεχωριστά σημεία της οθόνης (σε κάθε pixel). Χάρη σε αυτή τη λύση, έχουν επιτύχει τη δυνατότητα, υπό συνθήκες κατάλληλου ελέγχου των δυνατοτήτων αυτών των ηλεκτροδίων, να αναπαράγουν γράμματα στην οθόνη ενδείξεων, ακόμη και πολύπλοκες πολύχρωμες εικόνες. Αυτά τα ηλεκτρόδια μπορούν να έχουν οποιοδήποτε σχήμα και βρίσκονται σε ένα διαφανές πλαστικό.

Χάρη στις σύγχρονες καινοτομίες στην τεχνολογία, τα ηλεκτρόδια είναι πολύ μικρά - είναι πρακτικά αόρατα με γυμνό μάτι. Λόγω αυτού, ένας αρκετά μεγάλος αριθμός ηλεκτροδίων μπορεί να τοποθετηθεί σε μια σχετικά μικρή περιοχή οθόνης, γεγονός που καθιστά δυνατή την αύξηση της ανάλυσης της οθόνης LCD. Αυτό, με τη σειρά του, σας επιτρέπει να βελτιώσετε την ποιότητα της εμφανιζόμενης εικόνας και να αναπαράγετε ακόμη και τις πιο περίπλοκες εικόνες.

2.3. Λήψη έγχρωμης εικόνας

Η αρχή λειτουργίας των οθονών υγρών κρυστάλλων έγκειται σε μάλλον περίπλοκες διαδικασίες. Ωστόσο, χάρη σε αυτό, ο χρήστης λαμβάνει μια εικόνα υψηλής ποιότητας στην οθόνη του. Για να εμφανιστεί μια έγχρωμη εικόνα, μια οθόνη LCD χρειάζεται οπίσθιο φωτισμό για να επιτρέπει στο φως να έρχεται από το πίσω μέρος της οθόνης. Αυτό επιτρέπει στους χρήστες να βλέπουν την υψηλότερη δυνατή ποιότητα εικόνας, ακόμη και σε σκοτεινά περιβάλλοντα.

Η αρχή λειτουργίας των οθονών LCD για την εμφάνιση έγχρωμης εικόνας βασίζεται στη χρήση των ίδιων τριών βασικών χρωμάτων:

• Μπλε;
• Πράσινος;
• Το κόκκινο.

Για να ληφθούν αυτά τα φάσματα, χρησιμοποιούνται τρία φίλτρα για να φιλτράρουν τα υπόλοιπα φάσματα της ορατής ακτινοβολίας. Με το συνδυασμό αυτών των χρωμάτων για κάθε εικονοστοιχείο (κελί), είναι δυνατή η εμφάνιση μιας ολοκληρωμένης έγχρωμης εικόνας.

Μέχρι σήμερα, υπάρχουν δύο τρόποι για να αποκτήσετε μια έγχρωμη εικόνα:

• Χρησιμοποιώντας πολλαπλά φίλτρα τοποθετημένα το ένα πίσω από το άλλο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα μικρό κλάσμα μεταδιδόμενου φωτός.
• Χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες των μορίων υγρών κρυστάλλων. Για να ανακλάσετε (ή να απορροφήσετε) την ακτινοβολία του επιθυμητού μήκους, μπορείτε να αλλάξετε την ισχύ της τάσης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, η οποία επηρεάζει τη διάταξη των μορίων υγρών κρυστάλλων, φιλτράροντας έτσι την ακτινοβολία.

Κάθε κατασκευαστής επιλέγει τη δική του επιλογή για τη λήψη μιας έγχρωμης εικόνας. Αξίζει να σημειωθεί ότι η πρώτη μέθοδος είναι απλούστερη, αλλά η δεύτερη είναι πιο αποτελεσματική. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι για τη βελτίωση της ποιότητας εικόνας στις σύγχρονες οθόνες LCD, οι οποίες έχουν υψηλή ανάλυση οθόνης, χρησιμοποιείται η τεχνολογία STN, η οποία σας επιτρέπει να περιστρέψετε το επίπεδο πόλωσης του φωτός στους κρυστάλλους κατά 270˚. Άλλοι τύποι πινάκων όπως TFT και IPS έχουν επίσης αναπτυχθεί.

Είναι TFT και Πίνακες IPSείναι τα πιο διαδεδομένα στις μέρες μας.

TFT σημαίνει Thin Film Transistor. Με άλλα λόγια, είναι ένα τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης που οδηγεί ένα pixel. Το πάχος ενός τέτοιου τρανζίστορ είναι 0,1-0,01 μικρά. Χάρη σε αυτή την τεχνολογία, κατέστη δυνατό να επιτευχθεί ακόμη υψηλότερη ποιότητα εικόνας ελέγχοντας κάθε pixel.

Η τεχνολογία IPS είναι η πιο πρόσφατη εξέλιξη για την επίτευξη της υψηλότερης ποιότητας εικόνας. Παρέχει μέγιστες γωνίες θέασης, αλλά έχει μεγαλύτερο χρόνο απόκρισης. Δηλαδή αντιδρά πιο αργά στις αλλαγές τάσης. Ωστόσο, η διαφορά χρόνου μεταξύ 5 ms και 14 ms δεν είναι απολύτως ορατή.

Τώρα ξέρετε πώς λειτουργεί μια οθόνη LCD. Ωστόσο, δεν είναι μόνο αυτό. Υπάρχει ένα τέτοιο πράγμα όπως ο ρυθμός ανανέωσης οθόνης.

3. Ρυθμός ανανέωσης οθόνης LCD

Ο ρυθμός ανανέωσης οθόνης είναι ένα χαρακτηριστικό που υποδεικνύει τον αριθμό των πιθανές αλλαγέςεικόνες ανά δευτερόλεπτο - ο αριθμός των καρέ ανά δευτερόλεπτο. Αυτός ο δείκτης μετριέται σε Hz. Ο ρυθμός ανανέωσης της οθόνης επηρεάζει την ποιότητα της εικόνας, ιδιαίτερα την ομαλότητα των κινήσεων. Το μέγιστο όριο ορατής συχνότητας είναι 120 Hz. Δεν θα μπορούμε να δούμε τη συχνότητα πάνω από αυτό το όριο, επομένως δεν έχει νόημα να την αυξήσουμε. Ωστόσο, για να μπορεί η οθόνη να λειτουργεί σε τέτοια συχνότητα, χρειάζεται μια ισχυρή κάρτα βίντεο που μπορεί να αποδίδει τα ίδια 120 Hz με περιθώριο.

Επιπλέον, ο ρυθμός ανανέωσης της οθόνης επηρεάζει τα όργανα της όρασης ακόμα και τον ψυχισμό. Αυτή η επίδραση εκφράζεται κυρίως στην κόπωση των ματιών. Με χαμηλή συχνότητα τρεμοπαίσματος, τα μάτια κουράζονται γρήγορα και αρχίζουν να πονάνε. Επιπλέον, επιληπτικές κρίσεις μπορεί να προκληθούν σε άτομα με τάση για επιληψία. Ωστόσο, οι σύγχρονες οθόνες LCD χρησιμοποιούν ειδικούς λαμπτήρες για τον οπίσθιο φωτισμό της μήτρας, οι οποίοι έχουν συχνότητα άνω των 150 Hz και ο ενδεικνυόμενος ρυθμός ανανέωσης επηρεάζει περισσότερο την ταχύτητα της αλλαγής της εικόνας, αλλά όχι το τρεμόπαιγμα της οθόνης. Επομένως, οι οθόνες LCD έχουν τη μικρότερη επίδραση στα όργανα όρασης και στο ανθρώπινο σώμα.

4. Πώς λειτουργεί η LCD: Βίντεο

4.1. Απαιτούμενη συχνότητα οθόνης για τρισδιάστατη προβολή

Για τη χρήση ενεργών και πολωμένων γυαλιών 3D, χρησιμοποιούνται πίνακες LCD με ρυθμό ανανέωσης οθόνης 120 Hz. Αυτό είναι απαραίτητο για να διαχωριστούν οι εικόνες για κάθε μάτι, ενώ η συχνότητα για κάθε μάτι πρέπει να είναι τουλάχιστον 60 Hz. Οι οθόνες με συχνότητα 120 Hz μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για κανονικές ταινίες ή παιχνίδια 2D. Ταυτόχρονα, η ομαλότητα των κινήσεων είναι αισθητά καλύτερη από ό,τι σε οθόνες με συχνότητα 60 Hz.

Επιπλέον, τέτοιες οθόνες χρησιμοποιούν ειδικούς λαμπτήρες ή οπίσθιο φωτισμό LED (διόδους εκπομπής φωτός), ο οποίος έχει ακόμη περισσότερο υψηλή συχνότητατρεμοπαίζει, που είναι περίπου 480 Hz. Αυτό, με τη σειρά του, μειώνει σημαντικά το φορτίο στα όργανα της όρασης.

Στις σύγχρονες οθόνες, μπορείτε να βρείτε δύο μεθόδους για την εφαρμογή οπίσθιου φωτισμού μήτρας:

• LED - Οπίσθιος φωτισμός LED;
• Λαμπτήρες φθορισμού.

Όλοι οι μεγάλοι κατασκευαστές κινούνται προς χρήση Οπίσθιος φωτισμός LED, αφού έχει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με λαμπτήρες φθορισμού. Είναι πιο φωτεινά, πιο συμπαγή, πιο οικονομικά και επιτυγχάνουν πιο ομοιόμορφη κατανομή του φωτός.

Μέσω της χρήσης τις τελευταίες τεχνολογίεςΟι οθόνες LCD δεν είναι απολύτως κατώτερες από τους άμεσους ανταγωνιστές τους - πάνελ πλάσματος, και σε ορισμένες περιπτώσεις τις ξεπερνούν.

Από τη σειρά Inside Look, μιλήσαμε για καθημερινά πράγματα, αλλά παρά την αφθονία του υλικού που ελήφθη προς αυτή την κατεύθυνση τον περασμένο μήνα, ας επιστρέψουμε σε θέματα που σχετίζονται με την πληροφορική.

Ειδικά για την Ημέρα του Υπερασπιστή της Πατρίδας, στο τραπέζι προετοιμασίας υπήρχαν οθόνες LCD και E-Ink, τις οποίες, με τον έναν ή τον άλλον τρόπο, πήρα σε μια κάπως κακοποιημένη μορφή.

Πώς ο Άντον πέταξε το τηλέφωνο στον τοίχο, καθώς και τα αποτελέσματα μιας σχολαστικής ανάλυσης των οθονών, διαβάστηκαν κάτω από το κόψιμο.

Πρόλογος

Μια φορά κι έναν καιρό ζούσε ο Anton Gorodetsky.
Η γυναίκα του τον άφησε, δεν ήταν παιδικά λυπημένος ...

Κάπως έτσι ξεκινά το διάσημο τραγούδι του γκρουπ Umaturman. Η ίδια ιστορία ξεκινά με τη μελέτη των οθονών. Μετά την πρώτη δημοσίευση στο Habré, ο φίλος μου, μεταπτυχιακός φοιτητής του FNM MGU, ήρθε σε μένα και μου είπε: «Έσπασα το κινητό μου εδώ, θέλεις να το κόψεις;» Έμεινα έκπληκτος γιατί αυτός ο άντρας είχε πάντα μαζί του ένα κινέζικο τηλέφωνο, το οποίο θεωρούσα πρακτικά άφθαρτο. Φτάνοντας στο σπίτι μια μέρα, ο Anton, από συνήθεια, πέταξε το τηλέφωνο στην ντουλάπα, αλλά, προφανώς, χωρίς να υπολογίσει κάτι, χτύπησε στην άκρη του ραφιού με την οθόνη.

Συνειδητοποιώντας τις γελοίες απώλειές του από την απώλεια του κινητού του και ενόψει της γενικής κακής διάθεσης εκείνη την ημέρα, ενήργησε σαν αληθινός κύριος, πετώντας ξανά και ξανά το άψυχο σώμα του τηλεφώνου στον τσιμεντένιο τοίχο. Όταν τα υπολείμματα έφτασαν σε εμένα, το μισό από το κινέζικο τηλέφωνο απλώς έλειπε, η οθόνη ήταν καλυμμένη με έναν μικρό ιστό αράχνης από ρωγμές.
Έπρεπε να το αναβάλω για καλύτερες στιγμές (όπως πίστευα τότε, μέχρι κάποιος να κάνει το ίδιο με ένα iPhone ή άλλο smartphone ευαίσθητο στην αφή) και να αρχίσω να δουλεύω σε σκληρούς δίσκους και CD, μετά με λαμπτήρες, μονάδες flash κ.λπ.

Μετά από λίγο, ο γείτονάς μου μου φέρνει μια ραγισμένη οθόνη E-Ink. Ο φίλος του έσπασε λεπτό γυαλίστο περιβόητο reader με τον σειριακό αριθμό 601 παίζοντας airsoft φαίνεται και έδωσε στον αναγνώστη σχεδόν για τίποτα για επισκευή και αποκατάσταση.

Αυτό ήταν ήδη πιο ενδιαφέρον, οι δύο τεχνολογίες μπορούν να συγκριθούν μεταξύ τους, προσπαθήστε να διακρίνετε υποπίξελ RGB και μικροκάψουλες στις οποίες επιπλέουν φορτισμένα σωματίδια. Αλλά ήλπιζα να πάρω ένα smartphone με χωρητικό αισθητήρα για να το συγκρίνω με τον αισθητήρα αντίστασης του κινεζικού τηλεφώνου ταυτόχρονα.

Και έτσι ο Vasily (επιστημονικός συνάδελφος σε ένα από τα εργαστήρια της σχολής), έχοντας έρθει στο ChemFak από την Chernogolovka και βλέποντας τι κάνω στην πραγματικότητα με ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, είπε ότι ήταν έτοιμος να δωρίσει ένα τηλέφωνο από έναν γνωστό κορεάτη κατασκευαστή με ελαφρώς χτυπημένη οθόνη για αποσυναρμολόγηση και κοπή με την ένδειξη "Για χάρη της επιστήμης, τίποτα δεν είναι κρίμα".

Παρά όλες τις διαβεβαιώσεις ότι ο αισθητήρας είναι χωρητικός, αποδείχθηκε ότι είναι ανθεκτικός, αν και πιο προηγμένος σχεδιασμός από την οθόνη αφής του κινεζικού τηλεφώνου. Μια σημαντική λεπτομέρεια ελήφθη από αυτό το τηλέφωνο, το οποίο περιμένει στα φτερά να κοπεί - μια μήτρα φωτογραφικής / βιντεοκάμερας ...

Μέρος θεωρητικό

Πώς λειτουργεί μια οθόνη LCD;

Όλοι χρησιμοποιούμε επίπεδες τηλεοράσεις, οθόνες, τηλέφωνα, smartphone για τόσο καιρό που έχουμε ήδη ξεχάσει ότι κάποτε καλή οθόνηζύγιζε 10-15 κιλά (έχουμε ακόμα ένα τέτοιο μαστόδοντα και, το πιο σημαντικό, λειτουργεί σωστά!).

Όλα αυτά έγιναν δυνατά χάρη στις ανακαλύψεις ενός αιώνα πριν (οι υγροί κρύσταλλοι ανακαλύφθηκαν το 1888) και την ανάπτυξη της τεχνολογίας τα τελευταία 30-40 χρόνια (1968 - μια συσκευή για την εμφάνιση πληροφοριών με χρήση LCD, δεκαετία του 1970 - η γενική διαθεσιμότητα υγρού κρύσταλλα). Πολλά για τους υγρούς κρυστάλλους και τις οθόνες LCD μπορούν να βρεθούν στο Wiki.

Έτσι, σχεδόν κάθε οθόνη LCD αποτελείται από τα ακόλουθα κύρια μέρη: μια ενεργή μήτρα, η οποία είναι ένα σύνολο τρανζίστορ που σχηματίζουν μια εικόνα, ένα στρώμα υγρών κρυστάλλων με φίλτρα που είτε μεταδίδουν φως είτε όχι, και ένα σύστημα οπίσθιου φωτισμού, το οποίο σήμερα προσπαθούμε για μετατροπή σε LED. Αν και στο "παλιό" μου Asus G2S, η οθόνη εξαιρετικής ποιότητας φωτίζεται από λαμπτήρες φθορισμού.

Πώς λειτουργούν όλα; Το φως που προέρχεται από μια πηγή (LED ή λάμπα) μέσω μιας ειδικής διαφανούς πλάκας κυματοδηγού διασκορπίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε ολόκληρη η μήτρα να έχει ίσο φωτισμό σε ολόκληρη την περιοχή της. Στη συνέχεια, τα φωτόνια περνούν μέσα από ένα φίλτρο πόλωσης, το οποίο επιτρέπει να περάσουν μόνο κύματα με δεδομένη πόλωση. Στη συνέχεια, διεισδύοντας μέσα από το γυάλινο υπόστρωμα, στο οποίο βρίσκεται η ενεργή μήτρα των τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης, το φως εισέρχεται στο μόριο υγρών κρυστάλλων.

Αυτό το μόριο λαμβάνει μια «εντολή» από το υποκείμενο τρανζίστορ, με ποια γωνία να περιστραφεί η πόλωση του κύματος φωτός, έτσι ώστε, αφού περάσει από ένα άλλο φίλτρο πόλωσης, να ορίσει την ένταση της λάμψης ενός μεμονωμένου υποπίξελ. Ένα στρώμα φίλτρων φωτός (κόκκινο, πράσινο ή μπλε) είναι υπεύθυνο για το χρωματισμό του υποεικονοστοιχείου. Όταν αναμειγνύονται, τα κύματα από τρία υποπίξελ που είναι αόρατα στο ανθρώπινο μάτι σχηματίζουν ένα εικονοστοιχείο της εικόνας ενός δεδομένου χρώματος και έντασης.

α) Σχηματική συσκευή της οθόνης LCD, β) συσκευή του φιλμ υγρών κρυστάλλων αναλυτικά.

Πολύ ξεκάθαρα, μου φαίνεται, αυτό αποδεικνύεται στο βίντεο Sharp:

Εκτός από την καθιερωμένη τεχνολογία LCD + TFT (τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης - τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης), υπάρχει μια ενεργά προωθούμενη τεχνολογία οργανικών διόδων εκπομπής φωτός OLED + TFT, δηλαδή AMOLED - ενεργή μήτρα OLED. Η κύρια διαφορά του τελευταίου είναι ότι οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός τριών χρωμάτων παίζουν το ρόλο ενός πολωτή, ενός στρώματος LCD και φίλτρων φωτός.

Στην πραγματικότητα, πρόκειται για μόρια ικανά να εκπέμπουν φως όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα, και ανάλογα με την ποσότητα του ρεύματος που ρέει, αλλάζουν την ένταση του χρώματος, όπως ακριβώς συμβαίνει στα συμβατικά LED. Αφαιρώντας τους πολωτές και την οθόνη LCD από τον πίνακα, μπορούμε ενδεχομένως να τον κάνουμε πιο λεπτό, και το πιο σημαντικό, ευέλικτο!

Τι είναι τα πάνελ αφής;

Δεδομένου ότι οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται αυτήν τη στιγμή περισσότερο με οθόνες LCD και OLED, νομίζω ότι θα ήταν συνετό να μιλήσουμε για αυτούς αμέσως.

Πολύ Λεπτομερής περιγραφήδίνονται οθόνες αφής ή πάνελ αφής (η πηγή κάποτε ζούσε, αλλά για κάποιο λόγο εξαφανίστηκε), επομένως δεν θα περιγράψω όλους τους τύπους πάνελ αφής, θα εστιάσω μόνο σε δύο βασικές: αντίσταση και χωρητική.

Ας ξεκινήσουμε με έναν αισθητήρα αντίστασης. Αποτελείται από 4 κύρια εξαρτήματα: ένα γυάλινο πάνελ (1), ως φορέας του συνόλου οθόνη αφής, δύο διαφανείς πολυμερείς μεμβράνες με ανθεκτική επίστρωση (2, 4), ένα στρώμα μικρομονωτών (3) που χωρίζει αυτές τις μεμβράνες και 4, 5 ή 8 σύρματα, τα οποία είναι υπεύθυνα για την «ανάγνωση» της αφής.

Σχέδιο της συσκευής αισθητήρα αντίστασης

Όταν πιέζουμε έναν τέτοιο αισθητήρα με μια συγκεκριμένη δύναμη, οι μεμβράνες έρχονται σε επαφή, ηλεκτρικό κύκλωμακλείνει, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, μετράται η αντίσταση, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε συντεταγμένες:

Η αρχή του υπολογισμού των συντεταγμένων για μια οθόνη αντίστασης 4 συρμάτων ()

Όλα είναι εξαιρετικά απλά.

Είναι σημαντικό να θυμάστε δύο πράγματα: α) οι αισθητήρες αντίστασης σε πολλά κινέζικα τηλέφωνα είναι ίδιοι υψηλή ποιότητα, αυτό μπορεί να οφείλεται ακριβώς στην ανομοιόμορφη απόσταση μεταξύ των μεμβρανών ή των μικρομονωτών χαμηλής ποιότητας, δηλαδή, ο «εγκέφαλος» του τηλεφώνου δεν μπορεί να μετατρέψει επαρκώς τις μετρούμενες αντιστάσεις σε συντεταγμένες. β) ένας τέτοιος αισθητήρας απαιτεί ακριβώς πίεση, ώθηση μιας μεμβράνης στην άλλη.

Οι χωρητικοί αισθητήρες είναι κάπως διαφορετικοί από τους ωμικούς αισθητήρες. Αξίζει να αναφέρουμε αμέσως ότι θα μιλήσουμε μόνο για χωρητικούς αισθητήρες προβολής, οι οποίοι χρησιμοποιούνται τώρα στο iPhone και σε άλλα. φορητές συσκευές.

Η αρχή λειτουργίας μιας τέτοιας οθόνης αφής είναι αρκετά απλή. Ένα πλέγμα ηλεκτροδίων εφαρμόζεται στην εσωτερική πλευρά της οθόνης και η εξωτερική πλευρά είναι επικαλυμμένη, για παράδειγμα, με ITO - σύνθετο οξείδιο κασσιτέρου ινδίου. Όταν αγγίζουμε το γυαλί, το δάχτυλό μας σχηματίζει έναν μικρό πυκνωτή με ένα τέτοιο ηλεκτρόδιο και το ηλεκτρονικό σύστημα επεξεργασίας μετρά την χωρητικότητα αυτού του πυκνωτή (δίνει παλμό ρεύματος και μετρά την τάση).

Αντίστοιχα, ο χωρητικός αισθητήρας αντιδρά μόνο σε ένα σφιχτό άγγιγμα και μόνο σε αγώγιμα αντικείμενα, δηλαδή, από ένα άγγιγμα με ένα καρφί, μια τέτοια οθόνη θα λειτουργεί κάθε άλλη φορά, καθώς και από ένα χέρι εμποτισμένο με ασετόν ή αφυδατωμένο. Ίσως το κύριο πλεονέκτημα αυτής της οθόνης αφής έναντι μιας αντίστασης είναι η δυνατότητα κατασκευής μιας αρκετά ισχυρής βάσης - ιδιαίτερα ισχυρού γυαλιού, όπως το Gorilla Glass.

Σχέδιο λειτουργίας ενός αισθητήρα επιφανειακής χωρητικότητας ()

Πώς λειτουργεί μια οθόνη E-Ink;

Ίσως, το E-Ink είναι πολύ πιο απλό από το LCD. Και πάλι, έχουμε να κάνουμε με μια ενεργή μήτρα που είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό της εικόνας, αλλά δεν υπάρχουν κρύσταλλοι LCD και οπίσθιοι φωτισμοί, αντί για αυτούς υπάρχουν κώνοι με δύο τύπους σωματιδίων: αρνητικά φορτισμένο μαύρο και θετικά φορτισμένο λευκό. Η εικόνα σχηματίζεται εφαρμόζοντας μια ορισμένη διαφορά δυναμικού και ανακατανέμοντας σωματίδια μέσα σε τέτοιους μικροκώνους, αυτό φαίνεται ξεκάθαρα στο παρακάτω σχήμα:

Παραπάνω είναι ένα διάγραμμα της λειτουργίας μιας οθόνης E-Ink, παρακάτω είναι πραγματικές μικροφωτογραφίες μιας τέτοιας οθόνης εργασίας ()

Εάν αυτό δεν είναι αρκετό για κάποιον, τότε η αρχή της λειτουργίας του ηλεκτρονικού χαρτιού αποδεικνύεται σε αυτό το βίντεο:

Εκτός από την τεχνολογία E-Ink, υπάρχει η τεχνολογία SiPix, στην οποία υπάρχει μόνο ένας τύπος σωματιδίων και το ίδιο το "γέμισο" είναι μαύρο:

Σχέδιο λειτουργίας της οθόνης SiPix ()

Για όσους θέλουν σοβαρά να εξοικειωθούν με το «μαγνητικό» ηλεκτρονικό χαρτί, πάνε εδώ, κάποτε υπήρχε ένα εξαιρετικό άρθρο στο Perst.

Μέρος πρακτικό

Κινεζικό τηλέφωνο εναντίον κορεατικού smartphone (αισθητήρας αντίστασης)

Μετά από μια «προσεγμένη» αποσυναρμολόγηση με κατσαβίδι της πλακέτας και της οθόνης που έμεινε από το κινέζικο τηλέφωνο, εξεπλάγην όταν βρήκα μια αναφορά ενός γνωστού Κορεάτη κατασκευαστή στο μητρική πλακέτατηλέφωνο:

Samsung και κινέζικο τηλέφωνο είναι ένα!

Η οθόνη αποσυναρμολογήθηκε προσεκτικά και με ακρίβεια - έτσι ώστε όλοι οι πολωτές παρέμειναν άθικτοι, έτσι απλά δεν μπορούσα παρά να παίξω μαζί τους και με τον εργαζόμενο μεγάλο αδελφό του αντικειμένου που ανατέμνεται και να θυμηθώ το εργαστήριο οπτικών:

Έτσι λειτουργούν 2 φίλτρα πόλωσης: σε μια θέση, η ροή φωτός πρακτικά δεν περνά μέσα από αυτά, όταν περιστρέφεται 90 μοίρες, περνάει εντελώς

Λάβετε υπόψη ότι όλος ο οπίσθιος φωτισμός βασίζεται σε μόλις τέσσερα μικροσκοπικά LED (νομίζω ότι η συνολική ισχύς τους δεν είναι μεγαλύτερη από 1 W).

Στη συνέχεια, έψαξα για έναν αισθητήρα για μεγάλο χρονικό διάστημα, πιστεύοντας ειλικρινά ότι θα ήταν μια αρκετά χοντρή πρίζα. Αποδείχθηκε ακριβώς το αντίθετο. Τόσο στα κινέζικα όσο και στα κορεάτικα τηλέφωνα, ο αισθητήρας αποτελείται από πολλά φύλλα πλαστικού, τα οποία είναι πολύ υψηλής ποιότητας και σφιχτά κολλημένα στο γυαλί του εξωτερικού πάνελ:

Στα αριστερά είναι ένας κινέζικος αισθητήρας τηλεφώνου, στα δεξιά είναι ένα κορεάτικο τηλέφωνο

Αντιστατικός αισθητήρας Κινεζικό τηλέφωνοκατασκευασμένο σύμφωνα με το σχέδιο "όσο πιο απλό τόσο το καλύτερο", σε αντίθεση με το πιο ακριβό αντίστοιχό του Νότια Κορέα. Αν κάνω λάθος, τότε διορθώστε με στα σχόλια, αλλά στα αριστερά στην εικόνα είναι ένας τυπικός αισθητήρας 4 ακίδων και στα δεξιά ένας αισθητήρας 8 ακίδων.

Οθόνη LCD κινέζικου τηλεφώνου

Δεδομένου ότι η οθόνη του κινεζικού τηλεφώνου ήταν ακόμα σπασμένη και η κορεατική ήταν ελάχιστα κατεστραμμένη, θα προσπαθήσω να μιλήσω για την οθόνη LCD χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της πρώτης. Αλλά προς το παρόν δεν θα το σπάσουμε εντελώς, αλλά ας δούμε κάτω από ένα οπτικό μικροσκόπιο:

Οπτική μικρογραφία οριζόντιες γραμμέςΟθόνη LCD ενός κινέζικου τηλεφώνου. Η επάνω αριστερή φωτογραφία έχει κάποια εξαπάτηση της όρασής μας λόγω των "λάθος" χρωμάτων: μια λευκή λεπτή λωρίδα είναι η επαφή.

Ένα καλώδιο τροφοδοτεί δύο γραμμές pixel ταυτόχρονα και η αποσύνδεση μεταξύ τους γίνεται χρησιμοποιώντας ένα εντελώς ασυνήθιστο "ηλεκτρικό σφάλμα" (κάτω δεξιά φωτογραφία). Για όλα αυτά ηλεκτρικό κύκλωμαυπάρχουν μονοπάτια-φίλτρα φωτός βαμμένα στα αντίστοιχα χρώματα: κόκκινο (R), πράσινο (G) και μπλε (B).

Από το αντίθετο άκρο της μήτρας σε σχέση με το σημείο σύνδεσης του καλωδίου, μπορείτε να βρείτε παρόμοια ανάλυση χρώματος, αριθμούς κομματιών και όλους τους ίδιους διακόπτες (αν κάποιος διαφωτίσει στα σχόλια πώς λειτουργεί, θα ήταν πολύ ωραίο!):

Δωμάτια-δωμάτια-δωμάτια…

Έτσι φαίνεται μια λειτουργική οθόνη LCD στο μικροσκόπιο:

Αυτό είναι όλο, τώρα δεν θα βλέπουμε πια αυτή την ομορφιά, την θρυμμάτισα με την κυριολεκτική έννοια της λέξης και μετά από λίγο μαρτύριο «χώρισα» ένα τέτοιο ψίχουλο σε δύο ξεχωριστά κομμάτια γυαλιού, από τα οποία το κύριο μέρος της οθόνης αποτελείται ...

Τώρα μπορείτε να δείτε τα μεμονωμένα κομμάτια των φίλτρων. Θα μιλήσω για τα σκοτεινά «κηλίδες» πάνω τους λίγο αργότερα:

Οπτική μικρογραφία φίλτρων φωτός με μυστηριώδεις κηλίδες...

Και τώρα μια μικρή μεθοδολογική πτυχή σχετικά με την ηλεκτρονική μικροσκοπία. Οι ίδιες χρωματικές ζώνες, αλλά τώρα κάτω από τη δέσμη ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου: το χρώμα έχει εξαφανιστεί! Όπως είπα νωρίτερα (για παράδειγμα, στο πρώτο κιόλας άρθρο), είναι εντελώς «ασπρόμαυρο» για μια δέσμη ηλεκτρονίων είτε αλληλεπιδρά με μια έγχρωμη ουσία είτε όχι.

Φαίνεται να είναι οι ίδιες ρίγες, αλλά χωρίς χρώμα ...

Ας δούμε αντιθετη πλευρα. Έχει τρανζίστορ πάνω του.

Σε οπτικό μικροσκόπιο - σε χρώμα ...

ΚΑΙ ηλεκτρονικό μικροσκόπιο- ασπρόμαυρη εικόνα!

Σε ένα οπτικό μικροσκόπιο, αυτό μπορεί να φανεί λίγο χειρότερο, αλλά το SEM σας επιτρέπει να δείτε την άκρη κάθε υποεικονοστοιχείου - αυτό είναι πολύ σημαντικό για το ακόλουθο συμπέρασμα.

Τι είναι λοιπόν αυτές οι περίεργες σκοτεινές περιοχές;! Σκέφτηκα για πολλή ώρα, έβαλα τα μυαλά μου, διάβασα πολλές πηγές (ίσως το Wiki αποδείχθηκε η πιο προσιτή) και, παρεμπιπτόντως, για αυτόν τον λόγο καθυστέρησα την κυκλοφορία του άρθρου την Πέμπτη 23 Φεβρουαρίου . Και αυτό είναι το συμπέρασμα στο οποίο κατέληξα (ίσως κάνω λάθος - διορθώστε με!).

Στην τεχνολογία VA ή MVA, είναι ένα από τα πιο απλά και δεν νομίζω ότι οι Κινέζοι έχουν βρει κάτι νέο: κάθε subpixel πρέπει να είναι μαύρο. Δηλαδή, δεν περνάει φως μέσα από αυτό (δίνεται ένα παράδειγμα λειτουργικής και μη λειτουργικής οθόνης), λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι στην «κανονική» κατάσταση (χωρίς την εφαρμογή εξωτερικών επιρροών) ο υγρός κρύσταλλος είναι λάθος προσανατολισμός και Δεν δίνεται η «απαραίτητη» πόλωση, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι κάθε ένα ξεχωριστό υποπίξελ έχει το δικό του φιλμ με LCD.

Έτσι, ολόκληρο το πάνελ συναρμολογείται από μεμονωμένες οθόνες micro-LCD. Η παρατήρηση σχετικά με το περιθώριο κάθε μεμονωμένου υποεικονοστοιχείου ταιριάζει εδώ οργανικά. Για μένα, αυτό ήταν, κατά κάποιο τρόπο, μια απροσδόκητη ανακάλυψη κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας του άρθρου!

Μετάνιωσα που έσπασα την οθόνη του κορεάτικου τηλεφώνου: τελικά, πρέπει να δείξουμε κάτι στα παιδιά και σε όσους έρχονται στη σχολή μας για μια εκδρομή. Δεν νομίζω ότι υπάρχει κάτι άλλο ενδιαφέρον να δούμε.

Περαιτέρω, για λόγους περιποίησης, θα δώσω ένα παράδειγμα της "οργάνωσης" των pixel σε δύο κορυφαίους κατασκευαστές συσκευών επικοινωνίας: HTC και Apple. Το iPhone 3 δωρίστηκε για μια ανώδυνη επέμβαση από έναν ευγενικό άνθρωπο και HTC DesireΤο HD πραγματικά δικό μου:

Μικρογραφίες της οθόνης HTC Desire HD

Μια μικρή σημείωση για την οθόνη HTC: Δεν την έψαξα συγκεκριμένα, αλλά δεν θα μπορούσε αυτή η λωρίδα στη μέση των δύο κορυφαίων μικροφωτογραφιών να είναι αυτό το μέρος αυτού του πολύ χωρητικού αισθητήρα;

Μικρογραφίες Οθόνη iPhone 3

Αν με εξυπηρετεί σωστά η μνήμη μου, τότε το HTC έχει οθόνη superLCD και το iPhone 3 έχει κανονική οθόνη LCD. Η λεγόμενη Retina Display, δηλαδή LCD, στην οποία και οι δύο επαφές για την εναλλαγή του υγρού κρυστάλλου βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, In-Plane Switching - IPS, είναι ήδη εγκατεστημένη στο iPhone 4.

Ελπίζω ότι σύντομα θα δημοσιευτεί ένα άρθρο με την υποστήριξη του 3DNews με θέμα τη σύγκριση διαφόρων τεχνολογιών οθόνης. Εν τω μεταξύ, θέλω απλώς να σημειώσω το γεγονός ότι η οθόνη HTC είναι πραγματικά ασυνήθιστη: οι επαφές σε μεμονωμένα υποπίξελ γίνονται με μη τυπικό τρόπο - κατά κάποιο τρόπο από ψηλά, σε αντίθεση με το iPhone 3.

Και τέλος, σε αυτήν την ενότητα, θα προσθέσω ότι οι διαστάσεις ενός υποπίξελ για το κινέζικο τηλέφωνο είναι 50 επί 200 μικρόμετρα, το HTC - 25 επί 100 μικρόμετρα και το iPhone - 15-20 επί 70 μικρόμετρα.

E-Ink από γνωστό Ουκρανό κατασκευαστή

Ας ξεκινήσουμε, ίσως, με κοινά πράγματα - "pixel", ή μάλλον τα κύτταρα που είναι υπεύθυνα για το σχηματισμό της εικόνας:

Οπτική μικρογραφία οθόνης ενεργής μήτρας E-Ink

Το μέγεθος μιας τέτοιας κυψέλης είναι περίπου 125 μικρόμετρα. Δεδομένου ότι κοιτάζουμε τη μήτρα μέσα από το γυαλί στο οποίο εφαρμόζεται, σας ζητώ να δώσετε προσοχή στο κίτρινο στρώμα στο "φόντο" - αυτή είναι μια επίστρωση χρυσού, την οποία αργότερα θα πρέπει να απαλλαγούμε.

Εμπρός στο embrasure!

Σύγκριση οριζόντιων (αριστερά) και κάθετων (δεξιά) "εισόδων"

Μεταξύ άλλων, πολλά ενδιαφέροντα πράγματα βρέθηκαν στο γυάλινο υπόστρωμα. Για παράδειγμα, σημάδια θέσης και επαφές, τα οποία, προφανώς, προορίζονται για τη δοκιμή της οθόνης στην παραγωγή:

Οπτικές μικρογραφίες ετικετών και δοκιμαστικών επιθεμάτων

Φυσικά, αυτό δεν συμβαίνει συχνά και συνήθως είναι ατύχημα, αλλά οι οθόνες μερικές φορές σπάνε. Για παράδειγμα, αυτή η ελάχιστα αντιληπτή ρωγμή που είναι μικρότερη από μια ανθρώπινη τρίχα μπορεί να σας στερήσει για πάντα τη χαρά της ανάγνωσης του αγαπημένου σας βιβλίου για την ομιχλώδη Αλβιόνα στο βουλωμένο μετρό της Μόσχας:

Αν σπάσουν οι οθόνες, τότε κάποιος το χρειάζεται ... Για μένα, για παράδειγμα!

Παρεμπιπτόντως, εδώ είναι ο χρυσός που ανέφερα - μια λεία πλατφόρμα "από το κάτω μέρος" της κυψέλης για υψηλής ποιότητας επαφή με μελάνι (για αυτές παρακάτω). Ο χρυσός αφαιρείται μηχανικά και ιδού το αποτέλεσμα:

Βλέπετε "έχουμε πολλά κότσια. Ας δούμε πώς μοιάζουν! (Με)

Κάτω από ένα λεπτό χρυσό φιλμ, τα στοιχεία ελέγχου της ενεργής μήτρας είναι κρυμμένα, αν μπορείτε να το πείτε έτσι.

Αλλά το πιο ενδιαφέρον, φυσικά, είναι το ίδιο το «μελάνι»:

Μικρογραφία SEM μελανιού στην επιφάνεια ενεργού μήτρας.

Φυσικά, είναι δύσκολο να βρεις τουλάχιστον μία κατεστραμμένη μικροκάψουλα για να κοιτάξεις μέσα και να δεις τα σωματίδια «λευκής» και «μαύρης» χρωστικής:

Μικρογραφία SEM της επιφάνειας της ηλεκτρονικής "μελάνης"

Οπτική μικρογραφία "μελάνης"

Ή μήπως υπάρχει κάτι μέσα;

Είτε μια κατεστραμμένη σφαίρα, είτε σχισμένη από ένα πολυμερές φορέα

Το μέγεθος των μεμονωμένων σφαιρών, δηλαδή κάποιου αναλόγου ενός υποεικονοστοιχείου σε E-Ink, μπορεί να είναι μόνο 20-30 μικρά, το οποίο είναι πολύ χαμηλότερο από τις γεωμετρικές διαστάσεις των υποπίξελ σε οθόνες LCD. Υπό την προϋπόθεση ότι μια τέτοια κάψουλα μπορεί να λειτουργήσει στο μισό του μέγεθός της, τότε η εικόνα που λαμβάνεται σε καλές, υψηλής ποιότητας οθόνες E-Ink είναι πολύ πιο ευχάριστη από ό,τι στις οθόνες LCD.

Και για επιδόρπιο - ένα βίντεο για το πώς λειτουργούν οι οθόνες E-Ink κάτω από μικροσκόπιο.