Федеральное агентство по образованию РФ 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему:

 
 
 
 

«ЖК дисплеи» 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2011

Содержание 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЖК-монитор. 

Жидкокристаллический  монитор, (дисплей) — плоский монитор на основе жидких кристаллов.

LCD TFT (англ. TFT - thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — одно из названий жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель TFT для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея. 

Назначение  ЖК-монитора. 

Жидкокристаллический  монитор предназначен для отображения  графической информации с компьютера, TV-приёмника, цифрового фотоаппарата и пр.

Изображение формируется  с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы (электронные часы, телефоны, плееры, термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей. Многоцветное изображение  формируется с помощью RGB-триад. На сегодняшний день (2008) в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, и во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом(6 бит на канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом. :) 

Устройство  ЖК-монитора.

Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул  между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как  правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым. 

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной  ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света — ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение — молекулы стремятся выстроиться в направлении поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени — жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток, или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки(в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других. 

Технические характеристики ЖК-монитора. 

     Разрешение.

Горизонтальный  и вертикальный размеры, выраженные в пикселах. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно, «родное», физическое разрешение, остальные достигаются интерполяцией.

     Размер  точки.

Расстояние между центрами соседних пикселов. Непосредственно связан с физическим разрешением.

     Соотношение сторон экрана.

Отношение ширины к высоте, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9.

     Видимая диагональ.

Размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.

     Яркость и контрастность.

Строго говоря, писать "яркость и контрастность  монитора", говоря о заявленных производителем этого монитора паспортных параметрах, некорректно – дело в том, что в качестве таковых производители мониторов в абсолютном большинстве случаев заявляют паспортные параметры матрицы, предоставленные им производителями этих матриц. И, если в случае с временем отклика и углами обзора электроника монитора не оказывает существенного влияния на параметры матрицы, то в случае с яркостью и контрастностью это совсем не так.

Сначала определимся  с терминологией: под яркостью понимается яркость белого цвета (то есть на матрицу подается максимальный сигнал) в центре экрана, под контрастностью – отношение уровня белого цвета к уровню черного, также в центре экрана.

Проблема с  контрастностью принципиальна для  ЖК-матриц в силу самого их принципа действия. В отличие от абсолютного большинства электронных устройств отображения информации (ЭЛТ, электролюминесцентные и светодиодные табло, OLED и так далее), по отношению к свету матрица является не активным, а пассивным элементом – иначе говоря, она не способна излучать свет, а лишь способна модулировать проходящий через нее. Поэтому позади ЖК-матрицы всегда размещается модуль подсветки, а матрица лишь управляет своей прозрачностью, ослабляя свет от модуля подсветки в заданное количество раз. Регулировка прозрачности осуществляется за счет поворота плоскости поляризации – жидкие кристаллы расположены между двумя сонаправленными поляризаторами: сонаправленность означает, что если свет между ними не изменил свою плоскость поляризации, то он проходит через второй поляризатор без потерь. Если же плоскость поляризации была повернута жидкими кристаллами, то второй поляризатор задержит световой поток, и соответствующая ячейка будет выглядеть черной. Однако по различным причинам – из-за неидеальности поляризаторов, не идеально точного расположения кристаллов и так далее – задержать весь свет невозможно, а потому какой-то его процент всегда будет проходить через матрицу, слегка "подсвечивая" черный цвет монитора. 

     Время отклика.

     Минимальное время, необходимое пикселу для изменения своей яркости.

Пожалуй, время  отклика является наиболее "популярной" характеристикой любого ЖК-монитора – популярной в том смысле, что  именно на него в первую очередь  обращают внимание покупатели при выборе монитора.

  Как известно, состояние пиксела в ЖК-панели меняется за счет изменения угла поворота жидких кристаллов под действием приложенного к ним электрического поля. Однако жидкие кристаллы – вещество сравнительно вязкое, поэтому поворот происходит не мгновенно, а за достаточно большое время порядка единиц или даже десятков миллисекунд. На графике это выглядит так (по горизонтальной оси отложено время в миллисекундах, по вертикальной – некий условный уровень яркости пиксела, пиксел меняет свое состояние с полностью закрытого на полностью открытое).

радиционно производители  матриц и мониторов измеряют время  отклика как суммарное время  переключения пиксела с черного  на белый и обратно, причем измеряется время изменения яркости пиксела  от 10% до 90% (такое определение, вопреки распространенному мнению, является не уловкой производителей панелей, а скорее необходимостью – дело в том, что момент точного начала загорания пиксела и момент точного достижения им яркости 100% принципиально невозможно определить из-за наличия шумов и конечной точности измерительного оборудования, а потому имеет смысл говорить лишь о вхождении яркости пиксела в некоторый интервал, который в данном случае определяется как 10%).

К сожалению, такое  измерение на самом деле не дает полного представления о том, как будет себя вести монитор при работе с динамичной графикой – дело в том, что измеренное таким образом время отклика является минимальным, какое вообще может показать матрица. Допустим, нас интересует переключение пиксела не с черного на белый, а с черного на темно-серый (такая ситуация в жизни встречается, например, во многих "темных" игрушках). Тогда, с одной стороны, кристаллам надо повернуться на меньший угол, но, с другой стороны, скорость их поворота пропорциональна напряженности приложенного электрического поля, а именно им и определяется угол поворота – чем меньший угол нам нужен, тем меньше должно быть электрическое поле. Таким образом, у нас есть две противоборствующие тенденции – уменьшается не только угол поворота, но и его скорость, так что на практике время поворота кристалла (то есть время отклика монитора) будет зависеть от соотношения этих тенденций. Как показывают измерения, время отклика всегда будет больше, чем при переключении с черного на белый, а насколько больше – зависит от типа матрицы. 

     Угол  обзора.

Другой традиционной проблемой ЖК-мониторов являются углы обзора – если изображение  на ЭЛТ практически не страдает даже при взгляде почти параллельно  плоскости экрана, то на многих ЖК-матрицах даже небольшое отклонение от перпендикуляра приводит к заметному падению контрастности и искажению цветопередачи.

В то же время  все производители на данный момент заявляют, казалось бы, более чем  достаточные углы обзора – у большинства  моделей мониторов они составляют не менее 160 градусов, как по вертикали, так и по горизонтали. Проблема здесь, как и со временем отклика, в том, как эти углы измеряются.

Согласно текущим  стандартам, производители матриц определяют угол обзора как угол относительно перпендикуляра к центру матрицы, при  наблюдении под которым контрастность изображения в центре матрицы падает до 10:1. 

     Цветопередача.

С точки зрения цветопередачи производители обычно указывают лишь одну цифру – количество цветов, которое традиционно равняется 16,2 млн. или 16,7 млн. Впрочем, даже здесь уже есть подвох – дело в том, что очень многие из выпускаемых сейчас матриц (а из "быстрых" матриц – все поголовно) не умеют отображать более 262 тысяч цветов (что соответствует 18 битам, или по 6 бит на каждый из трех базовых цветов).

 Изображение на 18-битной матрице без дополнительных мер выглядит весьма грустно – фактически такая матрица годится только для офисной работы да еще (и то – в некоторой степени) для игр. По этой причине производители матриц реализуют в них так называемый FRC (Frame Rate Control) – метод эмуляции недостающих цветов, при котором цвет пиксела меняется с каждым кадром в небольших пределах. Допустим, нам надо вывести цвет RGB:{154; 154; 154}, который наша матрица физически не поддерживает, однако она поддерживает два соседних цвета – RGB:{152; 152; 152} и RGB:{156; 156; 156}. Если теперь поочередно (с частотой кадровой развертки) выводить эти два цвета, то, в результате близости их цветов и инерционности как человеческого глаза (очевидно, не воспринимающего мерцание на частоте 60Гц), так и самой матрицы ("сглаживающей" момент переключения цветов) мы будем видеть некий усредненный цвет, то есть искомый RGB:{154; 154; 154}. Разумеется, это все же эмуляция, не дотягивающая до полноценной "true color" цветопередачи, а потому в описаниях мониторов с такими матрицами обычно указывают, что он воспроизводит 16,2 млн. цветов – иначе говоря, указание такого количества цветов однозначно говорит о том, что у монитора 18-битная матрица. К сожалению, указание, что монитор воспроизводит 16,7 млн. цветов, еще ни о чем не говорит – многие производители так маркируют модели с теми же 18-битными матрицами.