В статье изложены особенности устройства и разновидности дисплеев на основе жидких кристаллов, TFT-матриц и органических пленок (OLED) производства Bolymin, Winstar, Wisetip. Рассматриваются основные параметры различных типов жидкокристаллических дисплеев, что позволит сделать осознанный и правильный выбор LCD для каждого конкретного применения.

ООО “РТЭК”, Украина, г. Киев

Для отображения информации в большинстве современных устройств используются дисплеи, содержащие в своей основе ту или иную вариацию жидкокристаллического вещества. Появление дисплеев на основе жидких кристаллов стало возможным благодаря работам австрийского ботаника Фридриха Рейнитзера (Friedrich Reinitzer). В ходе своих исследований в 1888 г. вещества, известного как cholesteryl benzoate, он обнаружил, что оно имеет две явные точки плавления. В своем эксперименте он увеличивал температуру твердого образца и наблюдал превращение кристалла в мутную жидкость. Дальнейшее увеличение температуры приводило к появлению чистой прозрачной жидкости, пропускающей свет. Благодаря этой ранней работе считается, что именно Рейнитзер открыл новую жидкокристаллическую фазу материи. Через много лет, в 1968 г., фирмой RCA был создан первый экспериментальный жидкокристаллический индикатор (ЖКИ).

В основе любого ЖК-дисплея лежит конструктивный принцип, описанный ниже. Основой для последующих слоев ЖКИ являются две параллельные стеклянные пластины с нанесенными на них поляризационными пленками. Различают верхний и нижний поляризаторы, сориентированные перпендикулярно друг другу. На стеклянные пластины в тех местах, где в дальнейшем будет формироваться изображение, наносится прозрачная металлическая окисная пленка (оксиды индия и олова - ITO), которая в дальнейшем служит электродами. На внутреннюю поверхность стекол и электроды наносятся полимерные выравнивающие слои, которые затем полируются, что способствует появлению на их поверхности, соприкасающейся с ЖК, микроскопических продольных канавок. Пространство между выравнивающими слоями заполняют ЖК-веществом. В результате молекулы ЖК выстраиваются в направлении полировки выравнивающего слоя. Направления полировки верхнего и нижнего выравнивающих слоев перпендикулярны (подобно ориентации поляризаторов). Это нужно для предварительного “скручивания” слоев молекул ЖК на 90° между стеклами. Когда напряжение на управляющие электроды не подано, поток света, пройдя через нижний поляризатор, двигается через слои жидких кристаллов, которые плавно меняют его поляризацию, поворачивая ее на угол 90°. В результате поток света после выхода из ЖК материала беспрепятственно проходит через верхний поляризатор (сориентированный перпендикулярно нижнему) и попадает к наблюдателю. Никакого формирования изображения не происходит. При подаче напряжения на электроды между ними создается электрическое поле, что вызывает переориентацию молекул. Молекулы стремятся выстроиться вдоль силовых линий поля в направлении от одного электрода к другому. Вследствие этого пропадает эффект “скручивания” поляризованного света, под электродом возникает область тени, повторяющая его контуры. Создается изображение, формируемое светлой фоновой областью и темной областью под включенным электродом. Путем варьирования контуров площади, занимаемой электродом, можно формировать самые различные изображения: буквы, цифры, иконки и пр. Так создаются символьные ЖКИ. А при создании массива электродов (ортогональной матрицы) можно получить графический ЖКИ с разрешением, определяемым количеством задействованных электродов.

Таблица 1. Основные параметры и характерные особенности различных технологий изготовления ЖКИ

Описанная конструкция ЖКИ представляет собой пассивный вариант дисплея. В зависимости от разновидности примененных в дисплее жидких кристаллов различают следующие типы ЖКИ: TN, STN, CTN, FSTN, HTN, DSTN и ECB (VAN). Отличительные особенности этих дисплеев отражены в табл. 1.

Для производства больших цветных дисплеев в настоящее время широко используются ЖКИ на основе TFT (тонкопленочные транзисторы). В основе структуры TFT-панели содержатся жидкие кристаллы, два поляризатора и две стеклянные пластины: верхняя подложка цветового фильтра и нижняя подложка массива TFT. Жидкокристаллическое вещество впрыскивается между этими стеклянными пластинами. Регулирование светового потока осуществляется путем изменения величины входного напряжения, подаваемого на ЖК. Тем самым изменяется расположение и ориентация ЖК-молекул, что приводит к соответствующему изменению объема светового потока, проходящего через них. При изготовлении такой панели с помощью высокоточных фотолитографических технологий на стеклянную подложку наносится узор для последовательного пошагового переноса изображений множества электродов ЖКИ. Количество транзисторов на стекле TFT равно числу подпикселей дисплея, при этом генерацию цвета обеспечивает стекло цветового фильтра с нанесенным на него фильтром цвета. Движение жидких кристаллов вызывается появлением разности потенциалов между электродами, находящимися на стекле TFT и стекле цветового фильтра, и именно это движение приводит к генерации цвета и изменению яркости ЖКИ.

В пределах одного выбранного периода времени переключатель замыкается, и на ЖК подается входное напряжение, что приводит к изменению ориентации жидкокристаллических молекул. После выключения переключателя в емкости Clc (эквивалентная емкость ЖК-вещества) сохраняется некоторый заряд, уменьшающийся с течением времени. Для увеличения продолжительности хранения заряда параллельно Clc добавляется запоминающий конденсатор Cst. Поскольку фактически управление жидкими кристаллами производится переменным напряжением, для активации ЖК напряжение подается только при включенном переключателе, после чего он немедленно отключается. В ряде случаев напряжение на ЖК будет падать из-за утечек. Для предотвращения этого и используется дополнительный конденсатор Сst, компенсирующий утечки. При достаточной его емкости напряжение на нем будет приближаться к идеальной форме меандра.

В TFT-панели тонкопленочный транзистор выполняет функцию рассмотренного переключателя. Вывод затвора TFT подключен к линии сканирования, вывод истока соединен с линией данных, а вывод стока с Clc и Сst . Когда затвор активизирован (выбран на линии сканирования), канал TFT открывается и данные об изображении записываются в Clc и Cst. Если затвор не выбран, TFT закрыт.

Технология LTPS TFT

Технология LTPS (низкотемпературная поликремневая) - это новейший производственный процесс изготовления TFT-панелей. В этой технологии используется лазерный отжиг, который позволяет производить кристаллизацию кремниевой пленки при температуре менее 400 °С. Поликристаллический кремний - материал на основе кремния, содержащий множество кристаллов кремния размером от 0,1 до нескольких микрон. При производстве полупроводников поликристаллический кремний обычно изготавливается при помощи LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition - химическое осаждение при низком давлении из газообразной фазы), а затем отжигается при температуре более 900 °С. Этот метод известен как SPC (Solid Phase Crystallization - кристаллизация твердой фазы). Очевидно, что такой метод не удастся применить при производстве индикаторных панелей, поскольку температура плавления стекла составляет 650 °С. Поэтому для создания ЖК-панелей идеально подходит новая низкотемпературная технология LTPS.

В отличие от технологии a-Si, LTPS технология характеризуется более чем в 300 раз большей подвижностью электронов. Это объясняет, почему каждый элемент LTPS индикатора имеет большую скорость реакции на воздействие и меньшие размеры, чем элементы, изготовленные по а-Si технологии.

Вот несколько отличий p-Si технологии от a-Si технологии:

Более высокая технологичность изготовления на подложке интегральной схемы драйвера управления;

Более высокое быстродействие TFT, меньший размер, меньше контактов и элементов;

Проще схемотехника;

Увеличение надежности панели;

Высокие апертурный коэффициент и разрешающая способность.

Дисплеи на основе органических пленок (OLED)

Сравнительно недавно на рынке появились дисплеи нового, отличного от ЖКИ типа, т.н. OLED (Organic Light Emitting Device). Дисплей OLED представляет собой электронное устройство, выполненное путем размещения ряда тонких органических пленок между проводниками. При подключении источника питания к выбранным элементам дисплея они излучают яркий свет. Технология OLED идеально подходит для изготовления дисплеев, используемых в портативных устройствах, позволяя создавать легкие, надежные и малопотребляющие дисплеи. Для получения OLED дисплеев требуется меньшее число производственных этапов и более дешевые материалы, в сравнении с ЖКИ. Ведущий лидер в производстве таких дисплеев, корпорация Universal Display (UDC) полагает, что технология OLED может заменить существующие технологии создания дисплеев во многих областях за счет следующих преимуществ перед ЖКИ:

Более высокая яркость;

Более высокое быстродействие, улучшающее качество отображения и динамику видеоизображений;

Расширенный угол обзора (до 180°);

Малый вес;

Меньшее энергопотребление;

Более широкий диапазон рабочих температур;

Меньшая совокупная стоимость.

Все многообразие ЖК-дисплеев можно разделить на несколько типов в зависимости от технологии производства, конструкции, оптических и электрических характеристик.

Конструкция

Конструкция жидкокристаллического дисплея определяется расположением слоев в “бутерброде” (включая и светопроводящий слой) и имеет наибольшее значение для качества изображения на экране (в любых условиях: от темного помещения до работы при солнечном свете). В настоящее время используются три основных типа цветных LCD:

Пропускающий (transmissive), предназначенный в основном для оборудования, работающего в помещении;

Отражающий (reflective) применяется в калькуляторах и часах;

Проекционный (projection) используется в ЖК-проекторах.

Компромиссной разновидностью пропускающего типа дисплея для работы как в помещении, так и при внешнем освещении, является полупрозрачный (transflective) тип конструкции.

Пропускающий тип дисплея (transmissive)

В этом типе конструкции свет поступает сквозь жидкокристаллическую панель с задней стороны (подсветка). По этой технологии изготовлено большинство ЖК-дисплеев, используемых в ноутбуках и карманных компьютерах. Transmissive LCD имеет высокое качество изображения в помещении и низкое (черный экран) при солнечном свете, т.к. отраженные от поверхности экрана солнечные лучи полностью подавляют свет, излучаемый подсветкой.

Эта проблема решается (в настоящее время) двумя способами: увеличением яркости задней подсветки и уменьшением количества отраженного солнечного света.

Для работы при дневном освещении в тени необходима лампа подсветки, обеспечивающая 500 кд/м², при прямом солнечном свете - 1000 кд/м². Яркости в 300 кд/м² можно добиться путем предельного увеличения яркости одной лампы CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) или добавлением второй лампы, расположенной напротив. Модели жидкокристаллических дисплеев с повышенной яркостью используют от 8 до 16 ламп. Однако увеличение яркости подсветки увеличивает расход энергии батарей (одна лампа подсветки потребляет около 30 % энергии, используемой устройством). Следовательно, экраны с повышенной яркостью можно использовать только при наличии внешнего источника питания.

Уменьшение количества отраженного света достигается нанесением антиотражающего покрытия на один или несколько слоев дисплея, заменой стандартного поляризационного слоя на минимально отражающий, добавлением пленок, повышающих яркость и, таким образом, увеличивающих эффективность источника света.

Полупрозрачный тип дисплея (transflective)

Похож на пропускающий, но у него между слоем жидких кристаллов и подсветкой имеется так называемый частично отражающий слой. Он может быть или частично серебряным, или полностью зеркальным со множеством маленьких отверстий. Когда такой экран используется в помещении, он работает аналогично transmissive LCD, в котором часть освещения поглощается отражающим слоем. При дневном освещении солнечный свет отражается от зеркального слоя и освещает слой ЖК, при этом свет проходит жидкие кристаллы дважды (внутрь, а затем наружу). Как следствие, качество изображения при дневном освещении ниже, чем при искусственном освещении в помещении, когда свет проходит LCD один раз.

Таблица 2. Алфавитно-цифровые ЖК-модули

(нажмите на таблицу, чтобы увеличить ее)


Баланс между качеством изображения в помещении и при дневном освещении достигается подбором характеристик пропускающего и отражающего слоев.

Отражающий тип дисплея (reflective)

Имеет полностью отражающий зеркальный слой. Все освещение (солнечный свет или свет передней подсветки), проходит сквозь ЖКИ, отражается от зеркального слоя и снова проходит сквозь ЖКИ. В этом случае качество изображения у дисплеев отражающего типа ниже, чем у полупропускающего (так как в обоих случаях используются сходные технологии). В помещении передняя подсветка не так эффективна, как задняя, и, соответственно, качество изображения - ниже.

Таблица 3. TFT-модули

(нажмите на таблицу, чтобы увеличить ее)


Основные параметры жидкокристаллических панелей

Разрешение. Цифровая панель, число пикселей в которой строго соответствует номинальному разрешению, должна корректно и быстро масштабировать изображение. Простой способ проверки качества масштабирования - изменение разрешения (на экране текст, написанный мелким шрифтом). По контурам букв легко заметить качество интерполяции. Качественный алгоритм дает ровные, но немного размытые буквы, тогда как быстрая целочисленная интерполяция обязательно вносит искажения. Быстродействие - второй параметр разрешения (для масштабирования одного кадра требуется время на интерполяцию).

Угол обзора. Максимальный угол обзора определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения уменьшается в 10 раз. Но в первую очередь при изменении угла обзора от 90° видны искажения цвета. Поэтому, чем больше угол обзора, тем лучше. Различают горизонтальный и вертикальный угол обзора, рекомендуемые минимальные значения - 140 и 120 градусов соответственно (наилучшие углы обзора дает технология MVA).

Время отклика (инерционность) - время, за которое транзистор успевает изменить пространственную ориентацию молекул жидких кристаллов (чем меньше, тем лучше). Для того чтобы быстро движущиеся объекты не казались смазанными, достаточно времени отклика 25 мс. Этот параметр состоит из двух величин: времени на включение пикселя (come_up time) и времени на выключение (come_down time). Время отклика (точнее, время выключения как наибольшее время, за которое отдельный пиксель максимально изменяет свою яркость) определяет частоту обновления изображения на экране FPS = 1 с/время отклика.

Таблица 4. Графические ЖК-модули

(нажмите на таблицу, чтобы увеличить ее)


Яркость - преимущество ЖК-дисплея, которое в среднем в два раза выше показателей ЭЛТ. С увеличением интенсивности лампы подсветки сразу возрастает яркость, а в ЭЛТ необходимо усиливать поток электронов, что приводит к значительному усложнению ее конструкции и повышает электромагнитное излучение. Рекомендуемое значение яркости - не менее 200 кд/м².

Контрастность определяется как соотношение между максимальной и минимальной яркостью. Основная проблема заключается в сложности получения точки черного цвета, т.к. лампа подсветки включена постоянно и для получения темных тонов используется эффект поляризации. Черный цвет зависит от качества перекрытия светового потока подсветки.

Температурная компенсация LCD-дисплеев

Установки оптимальной контрастности LCD дисплеев сильно зависят от окружающей температуры. Для большинства применений эти изменения контрастности незначительны в диапазоне “нормальных” температур от 0 до +50 °С. Большинство LCD модулей допускают работу в расширенном температурном диапазоне от -20 до +70 °С. Изменения контрастности в столь широком диапазоне температур становятся заметными, что приводит к необходимости коррекции напряжения контрастности LCD в зависимости от температуры.

При уменьшении рабочей температуры LCD дисплеи требуют повышения рабочего напряжения для сохранения оптической контрастности. В сравнительных таблицах (табл. 2-4) приведены основные механические и электрические характеристики алфавитно-цифровых, графических и TFT-модулей ведущих производителей ЖК-индикаторов - Bolymin, Winstar, Wisetip.

Литература


1. WINSTARS" Data Sheets: (http://www.winstar.com.tw/)

2. WISETIPS" Data Sheets: (http://www.wisetip.com.tw)

3. BOLYMINS" Data Sheets: (http://www.bolymin.com.tw/)

Я. Белецкий,

ООО “РТЭК”, Украина, г. Киев,

Уже более 7 лет (с 2001 года) мы производим ЖК индикаторы в России. За это время мы установили и запустили в работу самое современное НАДЕЖНОСТЬ и КАЧЕСТВО нашей продукции оценили более 1000 клиентов из России, стран СНГ и Европы. Мы не экономим на качестве в угоду дешевизне и не пропускаем ни одну из технологических операций контроля. Более того, мы делаем дополнительный контроль качества на этапах сборки. Мы действительно гордимся тем, чего достигли в этом направлении. Наша продукция работает в Сибири и на Крайнем Севере. Но самый главный наш капитал - это люди. Мы по-праву считаем, что ЗНАЕМ КАК ПРОИЗВОДИТЬ ЖК ИНДИКАТОРЫ БОЛЬШЕ ВСЕХ В РОССИИ!

Если Вы покупаете ЖК индикаторы у нас, то Вы получаете некоторые преимущества перед другими.

Чем наши ЖК индикаторы отличаются от стандартных китайских и какие преимущества работы с нами:

1) Широкий ассортимент ЖК индикаторов всегда на складе!! Отгрузка в день оплаты!
2) Реальная(!) работоспособность при низких и высоких температурах в отличие от импортных аналогов. Все наши индикаторы имеют исполнения с рабочим диапазоном температур от -30 до + 70 градусов Цельсия .
3) В наших буквенно-цифровых ЖК индикаторах дополнительно зашит белорусский/украинский/казахский знакогенераторы помимо стандартных русско/английских символов. Также удобной особенностью является использование в наших ЖК индикаторах знакогенератора 5 х 8 точек , в следствие чего все буквы кириллицы выглядят понятнее и больше !
4) Дополнительная страница знакогенератора в кодировке Win-CP1251 (для буквенно-цифровых ЖК индикаторов) позволяет существенно упростить программирование наших индикаторов при написании программ в среде Microsoft Windows.
5) Гибкость и оперативность в удовлетворении требований Заказчика по СПЕЦИАЛЬНЫМ МОДИФИКАЦИЯМ ИЗДЕЛИЙ . Все это благодаря собственному производству и слабой зависимости от таможни.
6) Оперативное изготовление образцов и серийных партий.
7) Оперативная и квалифицированная техническая поддержка на!
И ОЧЕНЬ ВАЖНО: НАШИ ЦЕНЫ УСТАНОВЛЕНЫ В РУБЛЯХ И ОЧЕНЬ СЛАБО ЗАВИСЯТ ОТ КУРСА ДОЛЛАРА!

Подключение ЖК индикаторов с использованием разъёмов.

    Некоторые типы разъёмов - например штыревые - не обеспечивают надёжного электрического контакта при наличии механических напряжений в разъёме. Что может привести к выходу ЖК индикатора из строя!
    Механические напряжения могут возникать по очень многим причинам: несоосность разъёма и крепёжных деталей индикатора, перекос в разъёме, колебания температуры, от частой замены индикаторов, при внешних механических воздействиях на индикатор и/или изделие целиком.

    Поэтому рекомендуется подключать ЖК индикатор методом пайки.
    Или, по крайней мере, не использовать разъёмы непосредственно между платой ЖК индикатора и другой платой. А соединять ЖК индикатор с основной платой с использованием шлейфа, который уже можно подключать как пайкой, так и с использованием разъёмов.
    Можно подключать ЖК индикатор и любым другим методом, исключающим возникновение механических напряжений в разъёмах.

4-х битный режим в буквенно-цифровых ЖК индикаторах.

    1. В 4-х битном режиме включения ЖК индикаторов недопустимо изменение состояний сигналов R/W и A0 в течении всего цикла передачи байта, в том числе и при неактивном сигнале E между двумя передачами полубайтов. По любому изменению сигналов R/W и A0 внутренний счётчик полубайтов в ЖК индикаторе сбрасывается в состояние приёма старшего полубайта. Это является отличием наших ЖК индикаторов от импортных аналогов и направлено на повышение надёжности работы ЖК индикатора.

    2. Все циклы обращения к индикатору должны быть парными (обязательно передавать и старший и младший полубайты). Единственное исключение - первые четыре команды в процедуре инициализации.
    Или перед передачей старшего полубайта использовать возможность сброса внутреннего счётчика полубайтов в ЖК индикаторе из пункта 1. В последнем случае теряется совместимость с импортными ЖК индикаторами.

    3. Младшие 4 бита шины данных можно оставлять неподключенными - в ЖК индикаторе вся шина данных подтянута к Ucc через высокоомные резисторы.

    4. И не надо забывать выбирать правильный тип интерфейса (4 или 8 бит) при смене страницы кодировки знакогенератора.

Сколько реально памяти в ЖК индикаторах?

    Во всех буквенно-цифровых ЖК индикаторах встроено 80 байтов внутренней памяти. Адреса памяти лучше уточнить по документации на ЖК индикатор. Часть памяти отображается на индикаторе, но вся память доступна как по записи, так и по чтению. Память сохраняет свое содержимое пока включено питание ЖК индикатора, независимо от того, включен или выключен ЖК индикатор.

    В графических ЖК индикаторах встроенной памяти:
    MT-6116 = 80 байтов/строку * 4 строки = 320 байтов (отображается 61 байт/строку * 2 строки);
    MT-6464 = 64 байта/строку * 8 строк = 512 байта (отображается 64 байта/строку * 8 строк).
    MT-12232 = 80 байтов/строку * 4 строки * 2 кристалла = 640 байтов (отображается 61 байт/строку * 4 строки * 2 половины ЖКИ);
    MT-12864 = 64 байта/строку * 8 строк * 2 кристалла = 1024 байта (отображается 64 байта/строку * 8 строк * 2 половины ЖКИ).
    Размер памяти от буквенного суффикса ЖК индикатора не зависит.

    В сегментных индикаторах с параллельным интерфейсом (MT-10T7, MT-10T8, MT-10T9) чтение встроенной памяти невозможно, размер памяти 10 байтов + триггер блокировки.

Работают ли ЖК индикаторы с высокоскоростными контроллёрами? Какова максимальная скорость заполнения?

    Да, работают. Но надо не забывать про времена предустановки и удержания сигналов.

    Максимальная скорость записи в индикаторы:
    MT-**S* (MT-10S1, MT-20S1, MT-16S2, MT-24S2, MT-20S4, ...) - 25-30 тысяч символов/сек;
    MT-6116, MT-12232 - 0.5-1 млн. байтов/сек (4-8 млн. точек/сек);
    MT-12864, MT-6464 - 100-130 тысяч байтов/сек (1 млн. точек/сек).
    Для индикаторов с двумя кристаллами (MT-12232, MT-12864) возможен вариант поочерёдной записи в правый/левый кристалл - это позволяет практически в два раза увеличить скорость записи. Но за счёт усложнения программы.
    Большие (из указанных) скорости достигаются при опросе готовности индикаторов - за исключением индикаторов MT-6116 и MT-12232, для которых выгоднее выдержать паузу между сигналами E, чем опрашивать готовность индикатора.

Как правильно включать подсветку ЖК индикатора?

    Все ЖК индикаторы рассчитаны на питание подсветки от источника питания самого индикатора. Т.е. плюс подсветки (вывод A) на вывод Ucc, минус подсветки (вывод K)- на вывод GND. Это верно как для 5-ти вольтовых индикаторов, так и для 3-х вольтовых.

Как регулировать контрастность ЖК индикатора?

    1. Сегментные ЖК индикаторы с параллельным интерфейсом (MT-10T7, MT-10T8, MT-10T9): контрастность регулируется изменением номинала резистора между выводами Uo и GND, как описано в PDF на индикатор.

    2. Буквенно-цифровые ЖК индикаторы с 3-х вольтовым питанием: контрастность не регулируется.

    3. Буквенно-цифровые ЖК индикаторы с 5-ти вольтовым питанием: контрастность регулируется изменением напряжения на выводе Uo в пределах примерно -2В..+2В относительно GND. Обратите книмание, что недопустимо подавать на вывод Uo напряжение, приближающееся к напряжению питания индикатора (Ucc)! Напряжение на выводе Uo должно хотя бы на 1В меньше напряжения питания индикатора! Иначе ЖК индикатор выходит из строя.

    4. Графические индикаторы MT-6464*: контрастность регулируется изменением напряжения на выводе Uo, как описано в PDF на индикатор.

    5. Графические индикаторы MT-12232*: контрастность не регулируется.

    6. Графические индикаторы MT-12864*: контрастность регулируется изменением номинала резистора между выводами Uo и Uee, как описано в PDF на индикатор.

    В любом случае, лучше уточнить в документации на конкретный ЖК индикатор. Если есть сомнения в правильности сведений в документации - свяжитесь с нами или спросите на форуме.

Можно ли подключать 5-ти вольтовый ЖК индикатор к 3-х вольтовому контроллёру?

    В принципе, можно. Но надо учитывать разность в уровнях логических сигналов: для некоторых индикаторов уровень логической 1 может оказаться выше, чем способен сформировать управляющий контроллёр. Например, это касается вывода RES индикатора MT-12864, уровень лог.1 которого может быть не менее 3.75В (0.7*5.5В), хотя остальные выводы имеют уровень лог.1 всего 2.4В.

    Также, проблемы будут при использовании операции чтения из ЖК индикатора. В цикле чтения ЖК индикатор честно выдаст на выводы напряжение лог.1 вплоть до 5В и ток потечёт через защитные диоды в управляющем контроллёре, что может повлечь выход из строя как ЖК индикатора, так и управляющего контроллёра. Необходимо предусматривать схемы согласования уровней, ограничения тока по выводам и тому подобные меры.

Как правильно подавать команды в буквенно-цифровые и графические ЖК индикаторы?

    Есть несколько вариантов, выберите наиболее подходящий Вам или придумайте новый, не противоречащий документации на ЖК индикатор.

    1. Перед (или после) каждого цикла обращения выдерживать паузу не менее указанной в документации. Это самый простой, но и самый неоптимальный по затратам времени управляющего контроллёра способ.

    2. После каждого цикла обращений к ЖК индикатору опрашивать бит занятости и ждать пока индикатор не выполнит посланную команду. Это способ лучше первого, но всё ещё весьма неоптимальный.

    3. Ждать готовности ЖК индикатора перед каждым циклом обращения. Это, вероятно, самый удобный вариант управления ЖК индикатором из основной программы (не из прерываний). Хотя он и не обеспечивает минимальных затрат времени управляющим контроллёром на работу с ЖК индикатором, но освобождает максимум времени для других действий, кроме работы с индикатором.

    4. Можно так написать программу, выдающую команды в ЖК индикатор, чтобы между любыми двумя последовательными циклами обращений проходило не менее указанного в документации времени. Этот способ оптимален по затратам времени управляющего контроллёра (не делается ничего лишнего) и скорости вывода информации в ЖК индикатор, но весьма сложен в написании и отладке.

    5. Если циклы обращений к ЖК индикатору формируются в прерывании, то можно настроить частоту прерываний так, чтобы между вызовами проходило не менее указанного в документации на индикатор времени паузы. Если в системе допустимо иметь такие низкую частоту прерываний и скорость вывода информации в ЖК индикатор, то этот способ, наверно, лучший.

    6. Если нужна высокая скорость прерываний или вывода информации на ЖК индикатор, можно в прерывании опросить готовность индикатора и, если не готов, выйти из прерывания не формируя цикла обращения к индикатору.

    Разумеется, это не все возможные варианты, но их вполне достаточно в большинстве случаев.

Как правильно проверить готовность ЖК индикатора к обмену данными?

    В наиболее общем случае надо выполнить цикл чтения информации из ЖК индикатора, установив управляющие сигналы для получения байта статуса и проверить бит BUSY в считанном байте. Для буквенно-цифровых ЖК индикаторов с 4-х битным режимом включения надо не забывать получать оба полубайта, независимо готов или нет индикатор. Для управляющих контроллёров, в которых возможно выбирать режим работы шины данных (на ввод или на вывод) надо также не забывать переключать шину данных на ввод до формирования импульса E (строба чтения).

    Для буквенно-цифровых и графических ЖК индикаторов возможен и более быстрый способ проверки флага BUSY: начать цикл чтения, но проверять бит BUSY сразу на шине данных, не сбрасывая строб E, только лишь выдержав время задержки выдачи данных индикатором. При этом можно сохранять строб E активным до обнаружения сброса флага BUSY и только потом завершить цикл чтения байта статуса. Но завершить правильно необходимо в любом случае - например, для буквенно-цифровых индикаторов с 4-х битным режимом включения обязательно надо получить и младший полубайт байта статуса, хотя бит BUSY находится в старшем полубайте и, казалось бы, читать ещё и младший лишнее. Нет, не лишнее!

Могут ли ЖК индикаторы работать при отрицательных температурах?

    Мы выпускаем несколько разновидностей ЖК индикаторов, многие из которых предназначены для эксплуатации, в том числе, и при отрицательных температурах. Серийно производятся ЖК индикаторы с рабочей температурой до -30°C (температура хранения при этом до -40°C). Максимально допустимая рабочая температура от +50°C до +70°C (температура хранения от +60°C до +80°C). Но при применении ЖК индикаторов с расширенным температурным диапазоном надо понимать, что они, во-первых, дороже; во-вторых, при отрицательной температуре существенно возрастает время смены информации на стекле ЖК индикатора (от 0.2с при +20°C до 7с при -20°C и 15с при -30°C). Это время от записи новой информации в индикатор до окончания (на глаз) переходных процессов в стекле ЖК индикатора. Если информация в ОЗУ индикатора при записи не изменяется, то и никаких переходных процессов не будет. Т.е. время на переходные процессы нужно только при смене выводимой информации. К времени записи информации во внутреннее ОЗУ индикатора это время отношения не имеет.
    Если выводить меняющуюся информацию в индикатор чаще, чем указанное время, то ничего не испортится, но на индикаторе видно будет нечто среднее между старой и новой информацией.

Можно ли сменить тип интерфейса управления ЖК индикатором?

    Да, для ЖК индикаторов MT-6116, MT-6116B, MT-12232B можно сменить тип интерфейса управления с 68000 на 8080. При этом сигнал R/W станет сигналом /WR, а сигнал E - сигналом /RD. Активным может быть всегда только один из них. Выбор типа интерфейса 8080 осуществляется подачей на вывод RES перепада с лог.1 на лог.0 и оставлением лог.0 на всё время работы ЖК индикатора.
    Подробнее смотрите документацию на кристалл КБ145ВГ4 (Ангстрем) или SED1520DOA. Или связывайтесь с нами.

    Для ЖК индикаторов MT-12232A, MT-12232C и MT-12232D смена типа интерфейса также физически возможна, но из-за наличия в схеме индикатора дешифратора обращений к двум кристаллам приведёт к неработоспособности ЖК индикатора.

Особенности ЖК индикаторов MT-6116, MT-12232.

    Все ЖК индикаторы MT-6116 и MT-12232 основаны на одном и том же кристалле и имеют некоторые особенности, которые надо учитывать при проектировании изделий на данных индикаторах:

    1. Хотя в индикаторе присутствует цепь начального сброса по включению питания, часто её оказывается недостаточно и для правильной работы индикатора надо подавать сигнал сброса снаружи. Эти индикаторы сбрасываются любым перепадом на выводе RES (и 0->1, и 1->0), причём этот же вывод выбирает тип интерфейса управления. Поэтому желательно подавать внешний сигнал сброса ЖКИ на вывод RES - удерживая RES=лог.0 не менее 10 мкс после подачи напряжения питания на ЖКИ и потом подавая перепад лог.0 -> лог.1 с длительностью фронта не более 10 мкс. До момента подачи перепада 0->1 ЖК индикатор может выдавать на шину данных случайную информацию (зависит от управляющих сигналов R/W, A0, E) и надо обеспечить режим ввода (или Z-состояние) по шине данных в управляющем контроллёре на это время.
    Если же импульс сброса будет формироваться и в процессе работы, не только при включении питания, то на всё время лог.0 на выводе RES также надо переводить шину данных управляющего контроллёра в режим ввода (или Z-состояние) для исключения конфликта на шине.

    2. Для ускорения обновления индикатора предусмотрен специальный режим чтения-модификация-запись , при котором адрес столбца увеличивается только после записи (флаг RMW). После установки этого режима можно прочитать байт из индикатора, при необходимости изменить его и записать обратно в индикатор, не добавляя команд установки адреса столбца. Без этого режима последовательность была бы следующей: установить адрес столбца, прочитать данные, снова установить тот же адрес столбца, записать новые данные. Здесь на целых две операции больше (если выполнять модификацию нескольких последовательных байтов).

    3. С другой стороны, с включенным режимом чтения-модификация-запись ЖК индикатор не обрабатывает многие команды (например, точно не работает команда установки страницы). Поэтому надо не забывать сбрасывать этот режим, когда он не нужен.
    И в процедуре инициализации в нашей документации не для всех индикаторов этот режим сбрасывается и может оказаться, что после включения питания режим окажется установленным. В этом случае ЖК индикатор будет работать неправильно. Лучше добавить в процедуру инициализации команду сброса режима RMW.

    4. При чтении информации из внутренней памяти индикатора нужно делать "пустой" цикл чтения - после команд установки адреса столбца первый цикл чтения не выдаст полезной информации, реальные данные будут выданы только начиная со второго цикла чтения. Для чтения байта статуса лишних циклов чтения делать не надо.

    5. Так как кристаллы в индикаторе независимы, то опрашивать надо оба байта статуса. Или, по крайней мере, из того кристалла, к которому будет обращение.

    6. По той же причине (независимость кристаллов) для правильной работы ЖК индикатора необходимо провести начальную инициализацию для обоих кристаллов индикатора. При инициализации только одного из двух кристаллов индикатор что-то показывать будет, но картинка правильной не будет даже на половине индикатора.

Особенности ЖК индикаторов MT-6464 и MT-12864.

    В нашей документации на ЖК индикатор забыто указание на минимальное время паузы между циклами обращения к индикатору: 10 мкс. Можно или выдерживать данное время, или проверять флаг занятости индикатора.

    Также не указано, что при чтении информации из внутренней памяти индикатора нужно делать "пустой" цикл чтения - после команды установки адреса первый цикл чтения не выдаст полезной информации, реальные данные будут выданы только начиная со второго цикла чтения.
    Для чтения байта статуса лишних циклов чтения делать не надо.

    Так как кристаллы в индикаторе независимы, то опрашивать надо оба байта статуса. Или, по крайней мере, из того кристалла, к которому будет обращение.
    По той же причине (независимость кристаллов) для правильной работы ЖК индикатора необходимо провести начальную инициализацию для обоих кристаллов индикатора.

В документации не указаны входные и выходные токи для индикаторов.

    Индикаторы обеспечивают указанные в документации выходные напряжения при следующих максимальных выходных токах:
    1. Все буквенно-цифровые (MT-**S*): Ioh=0.4мА, Iol=1.2мА.
    2. MT-6116*: Ioh=0.4мА, Iol=0.4мА.
    3. MT-6464*: Ioh=0.2мА, Iol=1.6мА.
    4. MT-12232*: Ioh=0.4мА, Iol=0.4мА.
    5. MT-12864*: Ioh=0.2мА, Iol=1.6мА.

    Входные токи для индикаторов указаны в документации на индикатор, за исключением MT-6116*, MT-12232*:
    1. MT-6116*: Iih=Iil=3мкА.
    2. MT-12232*: Iih=Iil=3мкА.

Можно ли как нибудь быстро проверить работоспособность ЖК индикатора?

ЖК индикатор ничего не показывает, что делать?

    Чаще всего, информация на ЖК индикаторе не появляется по причине неверно выставленной контрастности - реально индикатор работает, изображение есть, но его не видно. Проверить это можно чтением записанной ранее информации из ЖК индикатора (неприменимо для сегментных индикаторов).

    Если есть подозрение на неисправность ЖК индикатора, рекомендуем:
    * проверить наличие питания ЖКИ,
    * уровни управляющих сигналов,
    * настройку контрастности,
    * отсутствие помех на управляющих выводах и питании ЖКИ,
    * форму управляющих сигналов (особенно при длинном кабеле подключения индикатора),
    * соблюдение временных параметров при управлении индикатором,
    * правильность процедуры начальной инициализации индикатора,
    * попробовать подключить индикатор к LPT порту компьютера и проверить исправность индикатора программой из предыдущего пункта,
    * включить другой аналогичный ЖК индикатор,
    * обратиться к нам.

А нет ли примера программы для вывода на ЖК индикатор?

    Есть, вот с примерами программ для вывода на наши ЖК индикаторы. Программы написаны на подобии языка C и предназначены для пояснения алгоритмов работы с ЖКИ. Они подробно прокомментированы, но компилиться не будут - нужно доопределить функцию задержки времени и имена сигналов управления ЖКИ.

Не нашли ответа на свой вопрос? Свяжитесь с нами.

    На этом сайте работает , где мы отвечаем на любые вопросы по нашим ЖКИ. Рекомендуем, прежде чем писать письмо с вопросами, внимательно с ним ознакомиться.

    .
    По техническим вопросам: Козлов Сергей Владимирович "Kozlov@сайт".
    .
    По вопросам закупок: Отдел продаж "Sales@сайт".

Жидкокристаллическими называют такие индикаторы, в которых используют жидкие кристаллы. Жидкокристаллические индикаторы применяют для визуального отображения информации.

Классификация. Жидкокристаллические индикаторы классифицируют за материалами, электрооптическими эффектами, характером работы, за разрядностью. Различают жидкокристаллические индикаторы, изготовленные на основе нематических (нитевидных) смесей МББА (н-(п-метоксибензилиден)-п-(н-буталанилин)) и ЭББА (н-(п-этоксибензилиден)-(н-бутиланилин)) и др. За электрооптическими эффектами выделяют индикаторы, которые используют эффект динамического рассеяния или твист-эффект. Первый из них наблюдается в жидких кристаллах с отрицательной диэлектрической анизотропией и небольшой электропроводностью (преимущественно созданной искусственно). Он заключается в разрушении ранее упорядоченной молекулярной структуры жидкого кристалла ионным током проводимости, вследствие чего в разрушенных местах возникает состояние динамической турбулентной изменения показателя преломления. Поэтому раньше прозрачный жидкий кристалл в разрушенных местах начинает рассеивать свет, то есть становится непрозрачным. Твист-эффект наблюдается в жидких кристаллах с положительной диэлектрической анизотропией, отсутствующей электропроводностью и предварительно подготовленным «Скрученным» состоянием (состоянием, в котором большие оси молекул становятся параллельными к ограничительным плоскостям, а их направления взаимноперпендикулярнымы). Если на такой жидкий кристалл подействовать электрическим полем, то эффект скручивания исчезает, так как все молекулы жидкого кристалла ориентируются вдоль поля. В результате участки, которые ранее возвращали плоскость поляризации света, перестают ее возвращать. С помощью поляризационных пластин фазовую поляризацию превращают в амплитудную. А это значит, что раньше непрозрачный «скрученный» жидкий кристалл в местах действия поля становится прозрачным.

Классификация. По характеру работы предусматривают разделение жидкокристаллических индикаторов на две группы: те, которые работают на отражение света, и такие, что работают на его пропускания. За разрядностью жидкокристаллические индикаторы делятся на одноразрядные и многоразрядные. Первые из них способны отображать на экране только одну цифру, вторые — больше одной.

Строение. Прежде всего необходимо отметить, что жидкие кристаллы представляют собой большую группу органических веществ, которые одновременно обладают свойствами жидкостей (текучесть) и твердых тел (оптическую и электрическую анизотропию). Есть несколько разновидностей жидких кристаллов. Для жидкокристаллических индикаторов используют преимущественно нематичные жидкие кристаллы, которые имеют нитевидные молекулы с определенной ориентацией и слабым межмолекулярным взаимодействием. Жидкие кристаллы сами не излучают света, поэтому их используют вместе с источниками света.

Рис. 1. Конструкция жидкокристаллической ячейки, построенной на эффекте динамического рассеяния: 1 — жидкий кристалл; 2 — стеклянные пластины; 3 — прозрачный электрод; 4 — изоляционная прокладка; 5 — прозрачный или отражающий электрод

Конструкция элементарной жидкокристаллической ячейки, построенной на эффекте динамического рассеяния, приведенная на рис. 1. Она состоит из двух пластин 2, покрытых изнутри слоем электропроводящего материала 3 и 5 и расположенного между ними слоя жидкого кристалла, толщина которого 8 … 25 мкм. Один из электродов (3) прозрачный, второй прозрачный, если индикатор работает на пропускание света, или зеркальный, если индикатор работаеть на отражение. Электроды 3 и 5 разделяет изоляционная прокладка 4. Подобную конструкцию имеют жидкокристаллические
ячейки, построенные на твист-эффекте (рис. 2). Для индикации цифр используют сегменты, состоящие из восьми элементов, каждый из которых представляет собой элементарную жидкокристаллическую ячейку. Семь из них необходимо для воспроизведения десяти цифр, а восьмой предназначен для индикации комы, которая отделяет целую часть от дробной (рис. 3).

Рис. 2. Конструкция жидкокристаллической ячейки, построенной на твист-эффекте (а) и многоразрядного жидкокристаллического индикатора (б) 1 — стеклянные обкладки; 2 — прозрачные электроды; 3 — ограничитель-фиксатор; 4 — поляроидные пластины; 5 — жидкий кристалл

Источники света (миниатюрные лампы накаливания или люминесцентные излучатели) можно размещать перед индикаторами или за ними. В первом случае с цифровыми сегментами ставят зеркало, а во втором — матово-черную пластину (рис. 3).

Рис. 3. Схемы размещения различных элементов жидкокристаллических индикаторов: а — при работе на отражение; б — при работе на прохождение

Рис. 4. Жидкокристаллическая панель вместе с оптической системой: 1, 2 — стеклянные пластины; 3, 4 — полупрозрачные электроды; 5 — источник света; 6 — рефлектор; 7,8, 9 — дихроичные
зеркала; 10-линза Френеля; 11 — экран

Сегодня промышленность производит устройства отображения информации на жидких кристаллах. Последние представляют собой органические жидкости, которые имеют кристаллическое строение. В этих устройствах вместо кинескопов используют плоские жидкокристаллические панели. Жидкокристаллические панели (рис. 4) состоят из стеклянных пластин 1, 2, одна из которых имеет полусферические выемки, и нанесенных на их внешнюю поверхность полупрозрачных электродов 3, 4. При соединении пластин в процессе изготовления панелей выемки создают ячейки, которые заполняют жидкими
кристаллами. В результате этого образуется своеобразная жидкокристаллическая матрица — панель.

Существует три вида жидкокристаллических устройств:
— Монохроматические с пассивной матрицей;
— Цветные с пассивной матрицей;
— Цветные с активной матрицей.

В устройствах с пассивной матрицей каждой ячейкой руководит напряжение, которое передается через транзисторную схему в соответствии с расположением ячеек в строках и столбцах матрицы экрана.
В устройствах с активной матрицей каждой ячейкой руководит отдельный транзисторный ключ. Жидкокристаллические панели могут входить в состав проекторов и заменять кинескопные проекторы, или выполнять свои функции в составе плоских дисплеев.

Работа. Работа жидкокристаллических индикаторов основывается на электрооптических эффектах жидких кристаллов, то есть на их способности изменять свои оптические свойства под действием электрического тока или напряженности электрического поля. Чтобы на экране получить определенное изображение, используют сегментные электроды, к которым с помощью специальных схем управления подводится питание (Рис. 5).

Рис. 5. Схема управления жидкокристаллическим индикатором

Питание на сегмент подается только тогда, когда соответствующий управляющий транзистор открыт (На рис. 5 приведен только один транзистор седьмого сегмента). Между общим электродом и плюсом источника питания включен ограничительный резистор. При помощи высокоомных резисторов нагрузки Rн задают необходимую для работы сегментов напряжение (≈5 В).

При отпирании транзистора соответствующий сегмент заземляют, на кристаллическую жидкость действует полное напряжение питания, и она под сегментом становится прозрачной или непрозрачной в зависимости от того, какой электрооптический эффект используют. При одновременной работе всех сегментов на экране высвечивается тот или иной знак или символ. Все жидкокристаллические индикаторы работают на переменном токе (на постоянном токе через электрооптические эффекты срок службы приборов уменьшается). Используют приборы, которые работают как на отраженном, так и на проходящем свете. Во время работы в отраженных лучах источниками света может служить освещения из окружающей среды. Жидкокристаллические панели работают так. Световой поток от источника света 5 (рис. 4, а), которым служат ксеноновые или галогенные лампы, делится дихроичними зеркалами 7, 8, 9 на три световые потоки (красный, синий, зеленый), которые направляют их на жидкокристаллическую панель (в других конструкциях — на три простые жидкокристаллические панели). Одновременно на полупрозрачные электроды ячеек с системы управления, которая на рисунке не показана, поступают усиленные детектируемые видеосигналы, которые модулируют прозрачность жидких кристаллов. В результате на выходе жидкокристаллической панели появляются промоделированые по интенсивности синий, красный и зеленый световые потоки, которые линзой Френеля 10 направляются на экран 11, где смешиваются, образуя многоцветное изображение.

Свойства. Жидкокристаллические индикаторы имеют малые весогабаритных показатели, высокую контрастность, высокую технологичность. Они потребляют малую мощность (≤100 мкВт), используют низкое напряжение питания (≈ 5 В). Основные их недостатки обусловлены низким быстродействием, из-за которой усложняются схемы управления. Основные преимущества жидкокристаллических панелей — это безбликовый экран и низкая потребляемая мощность (≈ 5 Вт поровну с ЭЛТ, которая потребляет ≈ 100 Вт), низкая стоимость и высокая технологичность. В устройствах с активной матрицей каждая ячейка оснащена отдельным транзисторным ключом. Это обеспечивает более высокую яркость изображения, чем в устройствах с пассивной матрицей, поскольку каждая ячейка находится под действием постоянного, а не импульсного электрического поля. Но активная матрица потребляет больше энергии. Кроме того, необходимость отдельного транзисторного ключа для каждой ячейки усложняет производство, что, в свою очередь, увеличивает их цену.

Применение. Жидкокристаллические индикаторы применяют в информационных табло повышенной информационной емкости, экранах малокадрового телевидения, электронных часах, микрокалькуляторах, в пространственно-временных транспарантах, оптических заслонах, светлоклапанных устройствах, мониторах и тому подобное. Распространены жидкокристаллические индикаторы на твист-эффекте, поскольку они не требуют пропускания тока через структуру, что дает выигрыш в энергопотреблении. Жидкокристаллические панели используют в телевизорах вместо кинескопов.

Телефоны, плееры , термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей . Многоцветное изображение формируется с помощью 2008) в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, а также во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом (6 бит на канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом .

Устройство ЖК-монитора

Субпиксел цветного ЖК-дисплея

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 , 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

Важнейшие характеристики ЖК-мониторов:

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

Фрагмент матрицы ЖК монитора (0,78х0,78 мм), увеличеный в 46 раз.

  • Размер точки: расстояние между центрами соседних пикселов. Непосредственно связан с физическим разрешением.
  • Соотношение сторон экрана (формат): Отношение ширины к высоте, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.
  • 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.
  • Контрастность : отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведенная для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.
  • Яркость : количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.
  • Время отклика : минимальное время, необходимое пикселу для изменения своей яркости. Методы измерения неоднозначны.
  • Угол обзора: угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению.
  • Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.
  • Входы: (напр, DVI , HDMI и пр.).

Технологии

Часы с ЖКИ-дисплеем

Жидкокристаллические мониторы были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA, Принстон, штат Нью-Джерси.

Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода . Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.

Время отклика ЖК мониторов, сконструированных по технологии SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display - кремниевая отражающая жидкокристаллическая матрица), уменьшено до 5 мс. Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal - плазменное управление жидкими кристаллами), которая соединила в себе преимущества LCD (яркость и сочность цветов, контрастность) и плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту, H, и вертикали, V, высокую скорость обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения.

TN+film (Twisted Nematic + film)

Часть «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно - от 90° до 150°). В настоящее время приставку «film» часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности - нет.

TN + film - самая простая технология.

Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселам не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.

К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.

IPS (In-Plane Switching)

Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Однако, хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.

На настоящий момент матрицы, изготовленные по технологии IPS единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB - 24 бита, по 8 бит на канал. TN-матрицы почти всегда имеют 6-бит, как и часть MVA.

Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение черного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.

При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.

IPS в настоящее время вытеснено технологией S-IPS (Super-IPS, Hitachi год), которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика . Но, несмотря на то, что цветность S-IPS панелей приблизилась к обычным мониторам CRT , контрастность все равно остаётся слабым местом. S-IPS активно используется в панелях размером от 20", LG.Philips , NEC остаются единственными производителями панелей по данной технологии.

AS-IPS - технология Advanced Super IPS (Расширенная Супер-IPS), также была разработана корпорацией Hitachi в году. В основном улучшения касались уровня контрастности обычных панелей S-IPS, приблизив его к контрастности S-PVA панелей. AS-IPS также используется в качестве названия для мониторов корпорации LG.Philips.

A-TW-IPS - Advanced True White IPS (Расширенная IPS с настоящим белым), разработано LG.Philips для корпорации году. Усиленная мощность электрического поля позволила добиться ещё больших углов обзора и яркости, а также уменьшить межпиксельное расстояние. Дисплеи на основе AFFS в основном применяются в планшетных ПК , на матрицах производства Hitachi Displays.

*VA (Vertical Alignment)

MVA - Multi-domain Vertical Alignment. Эта технология разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160°(на современных моделях мониторов до 176-178 градусов), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.

MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки.

Достоинствами технологии MVA являются глубокий черный цвет и отсутствие, как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля.

Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения, большее время отклика.

Аналогами MVA являются технологии:

  • PVA (Patterned Vertical Alignment ) от Samsung.
  • Super PVA от Samsung.
  • Super MVA от CMO.

Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским качествам.

Преимущества и недостатки

Искажение изображения на ЖК-мониторе при большом угле обзора

Макрофотография типичной жк-матрицы. В центре можно увидеть два дефектных субпикселя (зелёный и синий).

В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малый размер и вес в сравнении с ЭЛТ . У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ , нет видимого мерцания, дефектов фокусировки и сведения лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в 2-4 раза меньше, чем у ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров. Энергопотребление ЖК мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight - задний свет) ЖК-матрицы. Во многих современных (2007) мониторах для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более Герц . Светодиодная подсветка в основном используется в небольших дисплеях, хотя в последние годы она все шире применяется в ноутбуках и даже в настольных мониторах. Несмотря на технические трудности её реализации, она имеет и очевидные преимущества перед флуоресцентными лампами, например более широкий спектр излучения, а значит, и цветовой охват.

С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:

  • В отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320x200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах.
  • Цветовой охват и точность цветопередачи ниже, чем у плазменных панелей и ЭЛТ соответственно. На многих мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах).
  • Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.
  • Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки).
  • Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев . Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.
  • Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
  • Массово производимые ЖК-мониторы более уязвимы, чем ЭЛТ. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей .
  • Вопреки расхожему мнению пикселы ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения.

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED -дисплеи. С другой стороны, эта технология встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

См. также

  • Видимая область экрана
  • Антибликовое покрытие
  • en:Backlight

Ссылки

  • Информация о флюоресцентных лампах, используемых для подсветки ЖК-матрицы
  • Жидкокристаллические дисплеи (технологии TN + film, IPS, MVA, PVA)

Литература

  • Артамонов О. Параметры современных ЖК-мониторов
  • Мухин И. А. Как выбрать ЖК-монитор? . «Компьютер-бизнес-маркет», № 4 (292), январь 2005, стр. 284-291.
  • Мухин И. А. Развитие жидкокристаллических мониторов . «BROADCASTING Телевидение и радиовещение»: 1 часть - № 2(46) март 2005, с.55-56; 2 часть - № 4(48) июнь-июль 2005, с.71-73.
  • Мухин И. А. Современные плоскопанельные отображающие устройства ."BROADCASTING Телевидение и радиовещение": № 1(37), январь-февраль 2004, с.43-47.
  • Мухин И. А., Украинский О. В. Способы улучшения качества телевизионного изображения, воспроизводимого жидкокристаллическими панелями . Материалы доклада на научно-технической конференции «Современное телевидение», Москва, март 2006.