Как работи LCD монитор

1. Какво е LCD монитор

1.1. Принципът на работа на LCD монитора

Като начало си струва да разберете какво е LCD монитор. За да направите това, трябва да разберете какво е LCD дисплей. Както вероятно вече се досещате, LCD е вид съкращение, пълното име има следната форма - Liquid Crystal Display. Преведено на български това означава дисплей с течни кристали. Така става ясно, че LCD и LCD са едно и също.

Тази технология се основава на използването на специални течни кристални молекули, които имат уникални свойства. Такива монитори имат редица неоспорими предимства. За да ги разберете, струва си да анализирате по-подробно принципа на работа на LCD мониторите.

2. Устройството на LCD монитора и принципа на неговата работа

Както бе споменато по-горе, за производството на LCD дисплей се използват специални вещества, наречени цианофенили. Те са в течно състояние, но в същото време имат уникални свойства, които са присъщи на кристалните тела. Всъщност това е течност, която има анизотропия на свойствата, по-специално оптичните. Тези свойства са свързани с подредеността в ориентацията на молекулите.

Принципът на действие на течнокристалните монитори се основава на поляризационните свойства на кристалните молекули. Тези молекули са способни да предават само този компонент на светлината, чийто вектор на електромагнитна индукция е разположен в паралелната оптична равнина на поляроида (кристална молекула). Кристалите не пропускат други светлинни спектри. С други думи, цианофенилите са светлинни филтри, които пропускат само определен светлинен спектър – един от основните цветове. Този ефект се нарича поляризация на светлината.

Поради факта, че дългите молекули на течните кристали променят своитеместоположение в зависимост от електромагнитното поле, стана възможно да се контролира поляризацията. Тоест, в зависимост от силата на електромагнитното поле, действащо върху циенофенилите, те променят местоположението и формата си, като по този начин променят ъглите на пречупване на светлината и променят поляризацията си. Благодарение на комбинацията от електрооптични свойства на кристалите и способността да приемат формата на съд, такива молекули се наричат течни кристали.

Именно на тези свойства се основава принципът на работа на LCD монитора. Поради промяната в силата на електромагнитното поле, молекулите на течните кристали променят своето положение. Така се формира образ.

2.1. LCD матрица

Матрицата на LCD мониторите е масив, състоящ се от много малки сегменти, които се наричат пиксели. Всеки от тези пиксели може да се контролира отделно, благодарение на което се появява определена картина. Матрицата на LCD монитора се състои от няколко слоя. Ключова роля имат двата панела, които са изработени от безнатриев и абсолютно чист стъклен материал. Този материал се нарича субстрат (или в хората - субстрат). Именно между тези два слоя се намира най-тънкият слой течни кристали.

В допълнение, панелите имат специални канали, които контролират кристалите, като им дават желаната ориентация (позиция). Тези жлебове са успоредни един на друг на панела и перпендикулярни на разположението на жлебовете на другия панел. Тоест на единия панел са хоризонтални, а на другия вертикални. Ако погледнете екрана през лупа, можете да видите най-тънките ивици (вертикално и хоризонтално). Те образуват малки квадратчета - това са пиксели. Те също са с кръгла форма, но в преобладаващата си частповечето са квадратни.

Осветяването на течнокристални панели може да се реализира по два начина:

Отражение на светлината;
Преминаването на светлината.

В този случай равнината на поляризация на светлинните потоци може да се завърти на 90˚ в момента на преминаване през един панел.

В случай на електрическо поле, кристалните молекули частично се подреждат вертикално по протежение на това поле. В този случай ъгълът на въртене на равнината на поляризация на светлинните потоци се променя и става различен от 90˚. Това позволява на светлината да преминава през молекулите безпрепятствено.

Подобно въртене на самолета е абсолютно невъзможно да се забележи с просто око. Поради това имаше нужда от добавяне на два други слоя към стъклените панели, които играят ролята на поляризационни филтри. Те пропускат само такива спектри от светлинни лъчи, чиято поляризационна ос съответства на зададената стойност. С други думи, поради допълнителните панели, когато светлината преминава през поляризатора, тя ще бъде отслабена. Интензитетът на светлината зависи от ъгъла между поляризационната равнина (допълнителни панели) и оста на поляризатора (основни стъклени панели).

Ако няма напрежение, тогава клетката ще бъде абсолютно прозрачна, тъй като първият поляризатор е само светлината, която има съответната посока на поляризация. Посоката на поляризацията се задава от молекулите на течните кристали и докато светлината достигне втория поляризатор, тя вече ще бъде завъртяна, за да премине през него без затруднения.

В случай на действие на електрическо поле, завъртането на поляризационния вектор се извършва с по-малък ъгъл. Това от своя страна прави втория поляризатор частично прозрачен за светлинните потоци. Ако го направите така, че въртенето на самолетаАко няма поляризация в молекулите на течните кристали, тогава светлината ще бъде напълно абсорбирана от втория поляризатор. С други думи, при осветяване на задната част на дисплея, предната част ще стане напълно черна.

2.2. Контрол на поляризацията в LCD монитори с помощта на електроди

Като се има предвид това, разработчиците са оборудвали дисплеите с достатъчен брой електроди, които създават различни електромагнитни полета в отделни части на екрана (във всеки пиксел). Благодарение на това решение те са постигнали способността, при условия на подходящ контрол на потенциалите на тези електроди, да възпроизвеждат букви на екрана на дисплея и дори сложни многоцветни картини. Тези електроди могат да имат всякаква форма и са разположени в прозрачна пластмаса.

Благодарение на съвременните иновации в технологиите, електродите са много малки - практически не се виждат с просто око. Благодарение на това, достатъчно голям брой електроди могат да бъдат поставени върху относително малка площ на дисплея, което позволява увеличаване на разделителната способност на LCD дисплея. Това от своя страна ви позволява да подобрите качеството на показваната картина и да възпроизведете дори най-сложните картини.

2.3. Получаване на цветно изображение

Принципът на работа на течнокристалните монитори се крие в доста сложни процеси. Въпреки това, благодарение на това, потребителят получава висококачествено изображение на своя монитор. За да покаже цветна картина, LCD се нуждае от подсветка, за да позволи светлината да идва от задната страна на екрана. Това позволява на потребителите да гледат възможно най-високото качество на изображението, дори в тъмна среда.

Принципът на работа на LCD мониторите за показване на цветна картина се основава на използването на същите три основницветове:

За да се получат тези спектри, се използват три филтъра за филтриране на останалите спектри на видимото лъчение. Чрез комбиниране на тези цветове за всеки пиксел (клетка) е възможно да се покаже пълноценна цветна картина.

Към днешна дата има два начина за получаване на цветно изображение:

Използване на множество филтри, поставени един зад друг. Това води до малка част от предаваната светлина.
Използване на свойствата на течнокристалните молекули. За да отразите (или погълнете) радиация с желаната дължина, можете да промените силата на напрежението на електромагнитното поле, което влияе върху подреждането на молекулите на течните кристали, като по този начин филтрирате радиацията.

Всеки производител избира своя собствена опция за получаване на цветно изображение. Струва си да се отбележи, че първият метод е по-прост, но вторият е по-ефективен. Също така си струва да се отбележи, че за да се подобри качеството на изображението в съвременните LCD дисплеи, които имат висока разделителна способност на екрана, се използва STN технология, която ви позволява да завъртите равнината на поляризация на светлината в кристалите с 270˚. Разработени са и други видове матрици като TFT и IPS.

Именно TFT и IPS матриците са най-широко използвани в наше време.

TFT означава Thin Film Transistor. С други думи, това е тънкослоен транзистор, който управлява пиксел. Дебелината на такъв транзистор е 0,1-0,01 микрона. Благодарение на тази технология стана възможно да се постигне още по-високо качество на изображението чрез контролиране на всеки пиксел.

IPS технологията е най-новата разработка за постигане на най-високо качество на изображението. Осигурява максимални ъгли на видимост, но има по-дълго време за реакция. Тоест реагира по-бавно на промените.волтаж. Разликата във времето между 5 ms и 14 ms обаче абсолютно не се вижда.

Сега знаете как работи LCD мониторът. Това обаче не е всичко. Има такова нещо като честота на опресняване на екрана.

3. Честота на опресняване на LCD екрана

В допълнение, честотата на опресняване на екрана засяга органите на зрението и дори психиката. Този ефект се изразява преди всичко върху умората на очите. При ниска честота на трептене очите бързо се уморяват и започват да болят. В допълнение, гърчове могат да бъдат причинени при хора с тенденция към епилепсия. Съвременните LCD монитори обаче използват специални лампи за подсветка на матрицата, които са с честота над 150 Hz, като посочената честота на опресняване влияе повече на скоростта на смяна на картината, но не и на трептенето на дисплея. Следователно LCD мониторите имат най-малко влияние върху органите на зрението и човешкото тяло.

4. Как работи LCD: Видео

За използване на активни и поляризирани 3D очила се използват LCD матрици с честота на опресняване на екрана 120 Hz. Това е необходимо, за да се разделят изображенията за всяко око, като честотата за всяко око трябва да бъде поне 60 Hz. Монитори с честота 120 Hz могат да се използват и за обикновени 2D филми или игри. В същото време плавността на движенията е значително по-добра, отколкото при мониторите с честота 60 Hz.

Освен това тези монитори използват специални лампи или LED (светодиод) подсветка, която има още по-висока честота на трептене, която е около 480 Hz. Това от своя страна значително намалява натоварването на органите на зрението.

В съвременните монитори можете да намерите два метода за внедряване на матрично задно осветяване:

LED - LED подсветка;
Луминесцентни лампи.

Всички основни производителипреминете към LED подсветка, тъй като има значителни предимства пред флуоресцентните лампи. Те са по-светли, по-компактни, по-икономични и постигат по-равномерно разпределение на светлината.

Благодарение на използването на най-новите технологии, LCD мониторите абсолютно не са по-ниски от преките си конкуренти - плазмените панели, а в някои случаи дори ги надминават.