РК-панелі розкладемо по пікселям, заглянемо в кристали
Змагання за право вважатися лідером у сфері засобів відображення інформації можна вважати завершеним. Чверть століття тому кінескопні монітори та телевізори з шаною відправили на пенсію, і в боротьбу за місце під сонцем вступили рідкокристалічні та плазмові панелі. Вона була довгою, завзятою і йшла зі змінним успіхом, але, зрештою, господарі «плазми» викинули на ринг рушник і пішли з ринку. Фанфари!
Ми так звикли користуватися РК панелями – великими та зовсім маленькими – що не замислюємося про те, як вони влаштовані та яким чином формують зображення. А даремно. РК панель – приклад сучасного високотехнологічного пристрою, що включає багато цікавих технічних рішень. Спробуємо розібратися в них.
Формування високоякісних зображень, які іноді називають фотореалістичними, завжди відбувається шляхом утворення растра точок чи пікселів. Чим більше точок припадає на квадратний дюйм картинки, тим вище її якість і роздільна здатність, яка вимірюється в dpi (dot per inch, точок на квадратний дюйм). Формат зображення вибирається виходячи з технічних можливостей промисловості та властивостей людського зору (роздільна здатність по вертикалі та горизонталі, а також інерційність зору). У телебаченні стандартної чіткості растр складався з 800 пікселів по горизонталі та 600 по вертикалі при надрядковій розгортці, а сучасне телебачення високої чіткості має 1080 пікселів у рядку з прогресивною розгорткою і форматом картинки 16:9 замість 4:.
Існують два принципово різних підходи до формування зображень: з використанням крапок, що самосвітяться (колірна модель RGB), і з використанням крапок, що не світяться (колірнамодель CMYK). З погляду користувача різниця між ними полягає в тому, що перші зображення можна спостерігати в темряві, як, наприклад, екран ноутбука, а другі – не можна, як, наприклад, екран рідера на основі технології E-Ink. Щоправда, у деяких сучасних рідерів з'явилося підсвічування, але до формування зображення вона не має відношення.
Кожен піксель зображення складається з трьох субпікселів, червоного R, синього B і зеленого G. Змішуючи в різній пропорції кольору субпікселів, ми отримуємо будь-який відтінок кольору пікселя, що знаходиться в межах колірного охоплення (Gamut).
 |  |
Різні технології формування зображення, по суті, відрізняються різними способами керування світінням субпікселів.
У вакуумному кінескопі зерна люмінофорів трьох кольорів наносили на внутрішній бік екрану, і люмінофор світився при попаданні на нього електронного променя.
У плазмових панелях кожен субпіксель являв собою крихітну комірку, заповнену сумішшю інертних газів. Коли на комірку подавали напругу, іонізований газ змушував світитися люмінофор, нанесений на внутрішні стінки комірки.
У РК панелях біле світло від джерела підсвічування проходить через керуючі структури і забарвлюється за допомогою кольорових світлофільтрів.
В OLED дисплеях субпікселі створюють органічні кольорові світлодіоди.
Сьогодні ми поговоримо про влаштування РК панелі.
За принципом дії вона є оптичним затвором, який керує світловим потоком від лампи підсвічування. Спочатку для підсвічування використовували трубчасті лампи з холодним катодом, але в останні роки перейшли на світлодіоднупідсвічування. У невеликих матрицях світлодіоди встановлюють по периметру екрану, а в безшовних панелях з великою діагоналлю – рядами по всій поверхні екрана. Світлодіодне підсвічування споживає на третину менше енергії, виділяє менше тепла і має значно більший ресурс.
Світловий потік через поляризаційний фільтр надходить на рідкі кристали, укладені між двома стеклами.
Яскравістю кожного субпікселя управляє свій тонкоплівковий транзистор (Thin FilmTrasistor, TFT), що дав назву матриці. Транзистори підключають запам'ятовують конденсатори до шини з даними на момент запису інформації в даний субпіксель і перемикають конденсатор, що запам'ятовує, в режим збереження заряду на весь інший час. Цей конденсатор є не окремим радіоелементом, а просто ємністю між електродами стоку і затворною шиною наступного рядка.
Напруга, збережена в запам'ятовуючому конденсаторі TFT матриці, діє рідкі кристали даного субпікселя, повертаючи площину поляризації проходить через них світла на кут, пропорційний цій напрузі. Пройшовши через комірку з рідкими кристалами, світло потрапляє на матричний світлофільтр, на якому для кожного субпікселя є свій світлофільтр одного з основних кольорів RGB. Далі світловий потік надходить на зовнішній поляризаційний фільтр, коефіцієнт пропускання світла якого залежить від кута поляризації світлової хвилі, що падає на нього. В ідеалі, він не повинен пропускати світло, поляризоване ортогонально його власною площиною поляризації, але на практиці невелика частина світла все-таки проходить, тому недоліком всіх РК дисплеїв є недостатня глибина чорного кольору. В результаті, світловийпотік від одних субпікселів проходить через поляризаційний світлофільтр без втрат, від інших субпікселів - послаблюється на певну величину, а від частини субпікселів практично повністю поглинається. Таким чином, регулюючи рівень основних кольорів в окремих субпікселях, можна отримати піксель будь-якого відтінку кольору, а з безлічі кольорових пікселів можна скласти повноекранне кольорове зображення.
Більшість ЖК матриць, представлених на ринку, виконана за технологією TN+Film.
Про інші, більш досконалі технології, ми розповімо в наступній статті.