Рідкокристалічний дисплей

Рідкокристалічний монітор(такожРідкокристалічний дисплей,ЖКД,РК-монітор, англ.liquid crystal display,LCD, плоский індикатор) - плоский монітор на основі рідких кристалів. [1]

LCD TFT (англ. TFT - thin film transistor - тонкоплівковий транзистор) - одна з назв рідкокристалічного дисплея, в якому використовується активна матриця, керована тонкоплівковими транзисторами. Підсилювач TFT для кожного субпікселу застосовується для підвищення швидкодії, контрастності та чіткості зображення дисплея. [2]

Зміст

Призначення РК-монітора [ред.]

Рідкокристалічний монітор призначений для відображення графічної інформації з комп'ютера, TV-приймача, цифрового фотоапарата, електронного перекладача, калькулятора та ін.

Пристрій РК-монітора [ред.

Кожен піксел РК-дисплея складається з шару молекул між двома прозорими електродами та двох поляризаційних фільтрів, площини поляризації яких (як правило) перпендикулярні. За відсутності рідких кристалів світло, що пропускається першим фільтром, практично повністю блокується другим.

Технічні характеристики РК-монітора [ред.

Найважливіші характеристики РК-моніторів:

• Роздільна здатність: Горизонтальний і вертикальний розміри, виражені в пікселях. На відміну від ЕПТ-моніторів, ЖК мають один, «рідний», фізичний дозвіл, решта досягається інтерполяцією.

• Розмір точки: відстань між центрами сусідніх пікселів. Безпосередньо пов'язаний із фізичним дозволом.

• Співвідношення сторін екрана (формат): Відношення ширини до висоти, наприклад: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

• Видима діагональ: розмір самої панелі, виміряний по діагоналі. Площа дисплеїв залежить також від формату: монітор із форматом 4:3 має більшу площу, ніж із форматом 16:9 при однаковій діагоналі.

• Контрастність: відношення яскравостей найсвітлішої і найтемнішої точок. У деяких моніторах використовується адаптивний рівень підсвічування з використанням додаткових ламп, цифра контрастності (так звана динамічна), що наведена для них, не відноситься до статичного зображення.

• Яскравість: кількість світла, що випромінюється дисплеєм, зазвичай вимірюється в канделах на квадратний метр.

• Час відгуку: мінімальний час, необхідний пікселю для зміни своєї яскравості. Методи виміру неоднозначні.

• Кут огляду: кут, при якому падіння контрасту досягає заданого, для різних типів матриць та різними виробниками обчислюється по-різному, і часто не підлягає порівнянню.

• Тип матриці: технологія, за якою виготовлено РК-дисплей.

• Входи: (напр, DVI, D-SUB, HDMI та ін.).

Технології [ред.]

Рідкокристалічні монітори були розроблені в 1963 в дослідному центрі Давида Сарнова (David Sarnoff) компанії RCA, Прінстон, штат Нью-Джерсі.

Основні технології при виготовленні РК дисплеїв: TN+film, IPS та MVA. Розрізняються ці технології геометрією поверхонь, полімеру, керуючої пластини та фронтального електрода. Велике значення мають чистота та тип полімеру із властивостями рідких кристалів, застосований у конкретних розробках.

TN+film (Twisted Nematic + film) [ред.]

Частина «film» у назві технології означає додатковий шар, який використовується для збільшення кута огляду (орієнтовно —від 90 ° до 150 °). В даний час приставку "film" часто опускають, називаючи такі матриці просто TN. На жаль, способу поліпшення контрастності та часу відгуку для панелей TN поки не знайшли, причому час відгуку цього типу матриць є на даний момент одним з кращих, а ось рівень контрастності — ні.

TN+film - найпростіша технологія.

Матриця TN+film працює наступним чином: якщо до субпікселів не додається напруга, рідкі кристали (і поляризоване світло, яке вони пропускають) повертаються один щодо одного на 90° у горизонтальній площині у просторі між двома пластинами. І так як напрямок поляризації фільтра на другій пластині становить кут 90° з напрямком поляризації фільтра на першій пластині, світло проходить через нього. Якщо червоні, зелені та сині субпікселі повністю освітлені, на екрані утворюється біла крапка.

До переваг технології можна віднести найменший час відгуку серед сучасних матриць, а також невисоку собівартість.

IPS (In-Plane Switching) [ред.]

Технологія In-Plane Switching була розроблена компаніями Hitachi і NEC і призначалася для позбавлення від недоліків TN+film. Однак, хоча за допомогою IPS вдалося досягти збільшення кута огляду до 170°, а також високої контрастності та кольору, час відгуку залишився на низькому рівні.

На даний момент матриці, виготовлені за технологією IPS, єдині з РК-моніторів, що завжди передають повну глибину кольору RGB - 24 біти, по 8 біт на канал. TN-матриці майже завжди мають 6-біт, як і частина MVA.

Якщо до матриці IPS не додана напруга, молекули рідких кристалів не повертаються. Другий фільтр завжди повернутий перпендикулярно до першого, і світло через нього не проходить.Тому відображення чорного кольору наближається до ідеалу. При виході з ладу транзистора «битий» піксель для IPS панелі буде не білим, як для матриці TN, а чорним.

При додатку напруги молекули рідких кристалів повертаються перпендикулярно до свого початкового положення і пропускають світло.

IPS в даний час витіснено технологієюS-IPS(Super-IPS, Hitachi 1998), яка успадковує всі переваги технології IPS з одночасним зменшенням часу відгуку. Але незважаючи на те, що кольоровість S-IPS панелей наблизилася до звичайних моніторів CRT, контрастність все одно залишається слабким місцем. S-IPS активно використовується в панелях розміром від 20", LG.Philips, Dell та NEC залишаються єдиними виробниками панелей за цією технологією.

AS-IPS— технологія Advanced Super IPS (Розширена Супер-IPS), також була розроблена корпорацією Hitachi у 2002 році. Здебільшого покращення стосувалися рівня контрастності звичайних панелей S-IPS, наблизивши його до контрастності S-PVA панелей. AS-IPS також використовується як назва для моніторів корпорації NEC (наприклад NEC LCD20WGX2) створених за технологією S-IPS, розробленою консорціумом LG.Philips.

A-TW-IPS— Advanced True White IPS (Розширена IPS зі справжнім білим), розроблено LG.Philips для корпорації NEC. Є S-IPS панель з колірним фільтром TW (True White — Справжній білий) для надання білого кольору більшої реалістичності та розширення колірного діапазону. Цей тип панелей використовується для створення професійних моніторів для використання у фотолабораторіях та/або видавництвах.

AFFS- Advanced Fringe Field Switching (неофіційна назва S-IPS Pro). Технологія є подальшим поліпшенням IPS, розроблена компанією BOE Hydis2003 року. Посилена потужність електричного поля дозволила досягти ще більших кутів огляду та яскравості, а також зменшити міжпіксельну відстань. Дисплеї на основі AFFS переважно застосовуються в планшетних ПК, на матрицях виробництва Hitachi Displays.

*VA (Vertical Alignment) [ред.]

MVA- Multi-domain Vertical Alignment. Ця технологія розроблена компанією Fujitsu як компроміс між TN та IPS технологіями. Горизонтальні та вертикальні кути огляду для матриць MVA становлять 160° (на сучасних моделях моніторів до 176-178 градусів), при цьому завдяки використанню технологій прискорення (RTC) ці матриці не сильно відстають від TN+Film за часом відгуку, але значно перевищують характеристики останніх по глибині кольорів та точності їх відтворення.

MVA стала спадкоємицею технології VA, представленої 1996 року компанією Fujitsu. Рідкі кристали матриці VA при вимкненому напрузі вирівняні перпендикулярно до другого фільтра, тобто не пропускають світло. При додатку напруги кристали повертаються на 90°, і екрані з'являється світла точка. Як і в IPS-матрицях, пікселі за відсутності напруги не пропускають світло, тому при виході з ладу видно як чорні цятки.

Достоїнствами технології MVA є глибокий чорний колір і відсутність як гвинтової структури кристалів, так і подвійного магнітного поля.

Недоліки MVA порівняно з S-IPS: зникнення деталей у тінях при перпендикулярному погляді, залежність колірного балансу зображення від кута зору, більший час відгуку.

Аналогами MVA є технології:

• PVA(Patterned Vertical Alignment) від Samsung.
• Super PVAвід Samsung.
• Super MVAвід CMO.

МатриціMVA/PVA вважаються компромісом між TN та IPS, як за вартістю, так і за споживчими якостями.

Переваги та недоліки [ред.]

В даний час РК-монітори є основним напрямком, що бурхливо розвивається в технології моніторів. До їх переваг можна віднести: малий розмір та вага в порівнянні з ЕЛТ. У РК-моніторів, на відміну від ЕПТ, немає видимого мерехтіння, дефектів фокусування та зведення променів, перешкод від магнітних полів, проблем із геометрією зображення та чіткістю. Енергоспоживання РК-моніторів у 2-4 рази менше, ніж у ЕПТ та плазмових екранів порівнянних розмірів. Енергоспоживання РК моніторів на 95% визначається потужністю ламп підсвічування або світлодіодної матриці підсвічування (англ. backlight - заднє світло) РК-матриці. У багатьох сучасних (2007) моніторах для налаштування користувачем яскравості свічення екрану використовується широтно-імпульсна модуляція ламп підсвічування частотою від 150 до 400 і більше Герц. Світлодіодне підсвічування в основному використовується в невеликих дисплеях, хоча останніми роками воно все ширше застосовується в ноутбуках і навіть у настільних моніторах. Незважаючи на технічні труднощі її реалізації, вона має і очевидні переваги перед флуоресцентними лампами, наприклад, ширший спектр випромінювання, а значить, і колірне охоплення.

З іншого боку, РК-монітори мають і деякі недоліки, які часто принципово важко усуваються, наприклад:

• На відміну від ЕПТ, можуть відображати чітке зображення лише в одному («штатному») дозволі. Інші досягаються інтерполяцією зі втратою чіткості. Причому дуже низькі дозволи (наприклад 320x200) взагалі можуть бути відображені багатьох моніторах.
• Колірний охоплення і точність передачі кольору нижче, ніж у плазмових панелей і ЕПТ відповідно.На багатьох моніторах є непереборна нерівномірність передачі яскравості (смуги в градієнтах).
• Багато РК-моніторів мають порівняно малий контраст і глибину чорного кольору. Підвищення фактичного розмаїття часто пов'язані з простим посиленням яскравості підсвічування, до некомфортних значень. Широко застосовуване глянсове покриття матриці впливає лише на суб'єктивну контрастність за умов зовнішнього освітлення.
• Через жорсткі вимоги до постійної товщини матриць існує проблема нерівномірності однорідного кольору (нерівномірність підсвічування).
• Фактична швидкість зміни зображення також залишається нижчою, ніж у ЕПТ та плазмових дисплеїв. Технологія overdrive вирішує проблему швидкості лише частково.
• Залежність розмаїття від кута огляду досі залишається істотним мінусом технології.
• Масово вироблені РК-монітори більш вразливі, ніж ЕЛТ. Особливо чутлива матриця, незахищена склом. При сильному натисканні можлива необоротна деградація. Також є проблема дефектних пікселів.
• Всупереч поширеній думці пікселі РК-моніторів деградують, хоча швидкість деградації найменша з усіх технологій відображення.

Перспективною технологією, яка може замінити РК-монітори часто вважають OLED-дисплеї. З іншого боку, ця технологія зустріла складнощі у масовому виробництві, особливо для матриць з великою діагоналлю.

---