Дисплей с течни кристали

Течнокристален дисплей(същоТечнокристален дисплей,LCD,LCD монитор, англ.течнокристален дисплей,LCD, плосък панел) е базиран на течни кристали монитор с плосък панел. [1]

LCD TFT (на английски TFT - thin film transistor - тънкослоен транзистор) е едно от имената на течнокристалния дисплей, който използва активна матрица, задвижвана от тънкослойни транзистори. TFT усилвателят за всеки субпиксел се използва за подобряване на скоростта, контраста и яснотата на изображението на дисплея. [2]

Съдържание

Предназначение на LCD монитора[редактиране]

Течнокристалният монитор е предназначен за показване на графична информация от компютър, телевизионен приемник, цифров фотоапарат, електронен преводач, калкулатор и др.

Устройство с LCD монитор[редактиране]

Всеки пиксел на LCD дисплей се състои от слой от молекули между два прозрачни електрода и два поляризационни филтъра, чиито равнини на поляризация (обикновено) са перпендикулярни. При липса на течни кристали, светлината, предавана от първия филтър, е почти напълно блокирана от втория.

Спецификации на LCD монитора[редактиране]

Най-важните характеристики на LCD мониторите:

Разделителна способност: хоризонтални и вертикални размери, изразени в пиксели. За разлика от CRT мониторите, LCD дисплеите имат една, "родна" физическа разделителна способност, останалите се постигат чрез интерполация.

Размер на точката: Разстоянието между центровете на съседни пиксели. Пряко свързано с физическата разделителна способност.

Съотношение на екрана (формат): Съотношението на ширината към височината, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

Видим диагонал: Размерът на самия панел, измерен диагонално. Площта на дисплея също зависи от формата: монитор 4:3 има по-голяма площ от монитор 16:9 със същия диагонал.

Контраст: Съотношението на яркостта на най-светлата към най-тъмната точка. Някои монитори използват адаптивно ниво на задно осветяване с помощта на допълнителни лампи и стойността на контраста, дадена за тях (наречена динамична), не се прилага за статично изображение.

Яркост: Количеството светлина, което един дисплей излъчва, обикновено се измерва в кандели на квадратен метър.

Време за реакция: Минималното време, необходимо на един пиксел да промени своята яркост. Методите за измерване са двусмислени.

Ъгъл на гледане: ъгълът, при който спадът на контраста достига определената стойност, се изчислява по различен начин за различните типове матрици и от различни производители и често не е сравним.

Matrix Type: Технологията, по която е направен LCD.

Входове: (напр. DVI, D-SUB, HDMI и др.).

Технология [редактиране]

LCD мониторите са разработени през 1963 г. в изследователския център David Sarnoff на RCA в Принстън, Ню Джърси.

Основните технологии в производството на LCD дисплеи: TN + филм, IPS и MVA. Тези технологии се различават по геометрията на повърхностите, полимера, контролната плоча и предния електрод. От голямо значение са чистотата и вида на полимера с течнокристални свойства, използван в конкретните разработки.

TN+филм (Twisted Nematic + филм) [редактиране]

Частта „филм“ в името на технологията означава допълнителен слой, използван за увеличаване на зрителния ъгъл (приблизително -от 90° до 150°). Понастоящем префиксът "филм" често се пропуска, наричайки такива матрици просто TN. За съжаление, все още не е намерен начин за подобряване на контраста и времето за реакция за TN панелите и времето за реакция за този тип матрица в момента е едно от най-добрите, но нивото на контраст не е.

TN + филмът е най-простата технология.

TN + филмовата матрица работи по следния начин: ако към подпикселите не се прилага напрежение, течните кристали (и поляризираната светлина, която пропускат) се завъртат един спрямо друг на 90° в хоризонтална равнина в пространството между двете плочи. И тъй като посоката на поляризация на филтъра на втората плоча сключва ъгъл от 90° с посоката на поляризация на филтъра на първата плоча, светлината преминава през него. Ако червените, зелените и сините подпиксели са напълно осветени, на екрана ще се образува бяла точка.

Предимствата на технологията включват най-краткото време за реакция сред съвременните матрици, както и ниската цена.

IPS (In-Plane Switching) [редактиране]

Технологията In-Plane Switching е разработена от Hitachi и NEC и има за цел да преодолее недостатъците на TN + филма. Въпреки това, докато IPS успя да постигне зрителен ъгъл от 170°, както и висок контраст и възпроизвеждане на цветовете, времето за реакция остава ниско.

В момента матриците, направени по IPS технология, са единствените LCD монитори, които винаги предават пълна RGB дълбочина на цвета - 24 бита, 8 бита на канал. TN матриците са почти винаги 6-битови, както и MVA частта.

Ако към IPS не се приложи напрежение, молекулите на течните кристали не се въртят. Вторият филтър винаги е завъртян перпендикулярно на първия и през него не преминава светлина.Следователно дисплеят на черния цвят е близо до идеалния. Ако транзисторът се повреди, „счупеният“ пиксел за IPS панела няма да бъде бял, както при TN матрицата, а черен.

Когато се приложи напрежение, молекулите на течния кристал се въртят перпендикулярно на първоначалната си позиция и пропускат светлина.

IPS вече е заменен от технологиятаS-IPS(Super-IPS, Hitachi 1998), която наследява всички предимства на IPS технологията, като същевременно подобрява времето за реакция. Но въпреки факта, че цветът на S-IPS панелите се доближи до конвенционалните CRT монитори, контрастът все още остава слабо място. S-IPS се използва активно в панели от 20" LG. Philips, Dell и NEC остават единствените производители на панели, използващи тази технология.

AS-IPSе Advanced Super IPS технология, също разработена от Hitachi Corporation през 2002 г. Основните подобрения бяха в нивото на контраст на конвенционалните S-IPS панели, доближавайки го до това на S-PVA панелите. AS-IPS се използва и като име за монитори на NEC (напр. NEC LCD20WGX2), базирани на технологията S-IPS, разработена от консорциума LG-Philips.

A-TW-IPS- Усъвършенстван True White IPS, разработен от LG.Philips за NEC Corporation. Това е S-IPS панел с цветен филтър TW (True White), за да направи бялото по-реалистично и да разшири цветовата гама. Този тип панели се използват за създаване на професионални монитори за използване във фотолаборатории и/или издателства.

AFFS- Advanced Fringe Field Switching (неофициално наречен S-IPS Pro). Технологията е по-нататъшно подобрение на IPS, разработена от BOE Hydis през2003 г. Повишената мощност на електрическото поле позволи да се постигнат още по-големи ъгли на видимост и яркост, както и да се намали междупикселното разстояние. Дисплеите, базирани на AFFS, се използват главно в таблетни компютри, на матрици, произведени от Hitachi Displays.

*VA (Вертикално подравняване) [редактиране]

MVA- Многодомейн вертикално подравняване. Тази технология е разработена от Fujitsu като компромис между TN и IPS технологиите. Хоризонталните и вертикалните ъгли на видимост за MVA матриците са 160 ° (до 176-178 градуса при съвременните модели монитори), докато благодарение на използването на технологии за ускоряване (RTC), тези матрици не са далеч зад TN + Film по отношение на времето за реакция, но значително надвишават характеристиките на последния по отношение на дълбочина на цвета и прецизност.

MVA е наследник на VA технологията, въведена през 1996 г. от Fujitsu. Течните кристали на VA матрицата, когато напрежението е изключено, са подравнени перпендикулярно на втория филтър, тоест не пропускат светлина. При подаване на напрежение кристалите се завъртат на 90° и на екрана се появява ярка точка. Както при IPS-матриците, пикселите не пропускат светлина при липса на напрежение, следователно, когато се повредят, те се виждат като черни точки.

Предимствата на MVA технологията са наситеният черен цвят и липсата както на спираловидна кристална структура, така и на двойно магнитно поле.

Недостатъци на MVA в сравнение със S-IPS: загуба на детайлност в сенките при перпендикулярен изглед, зависимост на цветовия баланс на изображението от ъгъла на видимост, по-дълго време за реакция.

Аналозите на MVA са технологиите:

PVA(Patterned Vertical Alignment) от Samsung.
Супер PVAот Samsung.
Super MVAот CMO.

матрициMVA / PVA се считат за компромис между TN и IPS, както по отношение на разходите, така и по отношение на потребителските качества.

Предимства и недостатъци[редактиране]

В момента LCD мониторите са основното, бързо развиващо се направление в мониторната технология. Техните предимства включват: малък размер и тегло в сравнение с CRT. LCD мониторите, за разлика от CRT, нямат видимо трептене, дефекти при фокусиране и конвергенция, смущения от магнитни полета, проблеми с геометрията и яснотата на изображението. Консумацията на енергия на LCD мониторите е 2-4 пъти по-малка от тази на CRT и плазмени екрани със сравним размер. Консумацията на енергия на LCD мониторите се определя 95% от мощността на лампите за подсветка или подсветката на LED матрицата (англ. backlight - задно осветление) на LCD матрицата. В много съвременни (2007) монитори, за да регулирате яркостта на светенето на екрана от потребителя, се използва модулация на ширината на импулса на лампите за подсветка с честота от 150 до 400 или повече Hertz. LED подсветката се използва главно в малки дисплеи, въпреки че през последните години все повече се използва в лаптопи и дори настолни монитори. Въпреки техническите трудности при изпълнението му, той има и очевидни предимства пред флуоресцентните лампи, като по-широк спектър на излъчване, а оттам и цветовата гама.

От друга страна, LCD мониторите също имат някои недостатъци, често фундаментално трудни за отстраняване, например:

За разлика от CRT, те могат да показват ясно изображение само в една („стандартна“) резолюция. Останалите се постигат чрез интерполация със загуба на яснота. Освен това твърде ниските разделителни способности (например 320x200) изобщо не могат да се показват на много монитори.
Цветовата гама и точността на цветовете са по-ниски от тези на плазмените панели и съответно CRT.На много монитори има непоправима неравномерност в предаването на яркостта (ленти в градиенти).
Много LCD монитори имат относително нисък контраст и дълбочина на черното. Увеличаването на действителния контраст често е свързано с просто увеличаване на яркостта на подсветката, до неудобни стойности. Широко използваното лъскаво покритие на матрицата влияе само на субективния контраст в условията на околна светлина.
Поради строгите изисквания за постоянна дебелина на матриците възниква проблемът с равномерната цветова неравномерност (неравномерност на подсветката).
Действителната скорост на промяна на изображението също остава по-ниска от тази на CRT и плазмените дисплеи. Технологията Overdrive решава проблема със скоростта само частично.
Зависимостта на контраста от ъгъла на гледане все още е съществен недостатък на технологията.
Масово произвежданите LCD монитори са по-уязвими от CRT. Незащитената от стъкло матрица е особено чувствителна. При силен натиск е възможно необратимо разграждане. Има и проблем с дефектните пиксели.
Противно на общоприетото схващане, пикселите на LCD монитора се разграждат, въпреки че скоростта на разграждане е най-бавната от всички технологии за показване.

OLED дисплеите често се считат за обещаваща технология, която може да замени LCD мониторите. От друга страна, тази технология среща трудности при масовото производство, особено при матрици с голям диагонал.