Как делают жк экраны. Тип ЖК матрицы

Компания МЭЛТ – один из немногих российских производителей электроники, чья продукция соответствует мировому уровню. Сейчас производственная линейка компании насчитывает несколько сотен ЖК-индикаторов, не уступающих иностранным аналогам. При этом отечественные дисплеи обладают рекордно широким диапазоном рабочих температур, поддерживают различные знакогенераторы и имеют вполне конкурентоспособную стоимость.

Присутствие в названии статьи имени российского производителя электроники может направить мысли в сторону актуальной на сегодняшний день проблемы импортозамещения. О замене иностранных товаров, в том числе – электроники, на продукцию отечественного производителя много говорят и пишут. Однако на деле все не так просто.

Российская электроника может составить конкуренцию импортным аналогам лишь в некоторых узких областях. По этой причине каждый успешный отечественный производитель электроники вызывает гордость. Один из них – компания МЭЛТ.

Компания МЭЛТ была основана в 1995 году. Изначально основным направлением ее деятельности была разработка и производство плат АОН (автоматического определения номера). Уже тогда базовым принципом работы компании стала опора на собственные силы – собственную разработку и производство. Благодаря опытной команде разработчиков и закупке современного оборудования был организован полный цикл создания электронных устройств: проектирование, сборка, контроль качества, тестирование и продажа. Эти традиции были сохранены и приумножены. На данный момент МЭЛТ обладает возможностью разрабатывать и производить печатные платы, выполнять сборку электронных блоков с помощью современных технологий монтажа (SMT, COB, TAB).

Стабильное качество продукции МЭЛТ хорошо известно не только российским потребителям, но и их коллегам из стран СНГ, Европы и Ближнего Востока. Чтобы не быть голословными, можно перечислить постоянных партнеров компании МЭЛТ: ЗАО «Связь инжиниринг», ЗАО «МЕТТЭМ-Светотехника», ЗАО «МЕТТЭМ-Технологии», ОАО ПК «Медицинская Техника», Институт космических исследований Российской академии наук, ООО «НПП ИТЭЛМА», ОАО «Саранский приборостроительный завод», ОАО Ставропольский радиозавод «СИГНАЛ», Объединенный институт Ядерных Исследований и многие другие.

В настоящее время компания занимается разработкой и производством печатных плат, ЖК-индикаторов, источников питания, светодиодных линеек.

Среди продукции компании стоит особо отметить ЖК-индикаторы. Знакосинтезирующие и графические ЖК-дисплеи МЭЛТ разрабатываются и производятся за счет собственных мощностей компании. Они зарекомендовали себя с самой лучшей стороны и пользуются заслуженным уважением как крупных производителей электроники, так и непрофессиональных электронщиков-энтузиастов.

Среди достоинств ЖК-индикаторов МЭЛТ можно отметить использование самых современных технологий производства, отличную контрастность, огромный выбор моделей, поддержку русского/английского/белорусского/украинского/казахского знакогенераторов, широкий рабочий диапазон температур, низкую цену и максимальную доступность.

МЭЛТ: современные технологии создания ЖК-панелей

Компания МЭЛТ применяет ЖК-стекла (ЖК-панели) для знакосинтезирующих и графических ЖК-индикаторов по двум наиболее современным технологиям: STN (Super Twisted Nematic) и FSTN (Film Super Twisted Nematic). Каждая из технологий имеет версии с позитивным и негативным изображением (STN Positive/Negative и FSTN Positive/Negative). Кроме того, доступны исполнения, использующие отраженный свет или светодиодную подсветку.

Одним из важнейших достоинств ЖК-панелей МЭЛТ является их рекордно широкий диапазон рабочих температур. Большинство линеек ЖК имеет модели, способные функционировать при температурах -30…80°С, а диапазон температур хранения для них составляет -45…80°С.

Еще одним преимущество ЖК-панелей МЭЛТ является их высокая контрастность. По этому показателю они превосходят своих зарубежных конкурентов.

Стоит отметить, что стекла – это только часть технологического цикла создания ЖК-экранов. Качество ЖК-экрана напрямую зависит от применяемых технологий монтажа электронных компонентов. Здесь у компании МЭЛТ есть особый повод для гордости.

Качество разводки – залог качества ЖК-дисплеев

Очевидно, что одной ЖК-панели мало для создания дисплея. Необходим контроллер, система питания, печатная плата. Кроме того, важно обеспечить качественный монтаж элементов на плату.

МЭЛТ имеет опытную команду инженеров, которая способна самостоятельно разработать схемотехнику и печатную плату дисплея. При этом для большинства модулей применяются ЖК-контроллеры отечественной компании ОАО «АНГСТРЕМ».

Собственное сверхсовременное монтажное производство – гордость компании. В настоящее время МЭЛТ имеет оборудование для выполнения высокопроизводительного монтажа по технологиям SMT и COB.

Технология COB (Chip On Board) предполагает монтаж бескорпусных кристаллов микросхем напрямую на плату. COB имеет преимущества перед использованием стандартных корпусных микросхем.

а) пример ручной установки бескорпусных микросхем
в) заливка компаундом установленных бескорпусных микросхем
Рис. 1. Этапы монтажа кристаллов ЖК-контроллеров по технологии COB

Как было сказано выше, COB используется для быстродействующих компонентов. Именно по этой технологии происходит монтаж ЖК-контроллеров в ЖК-дисплеях компании МЭЛТ (рисунок 1). Оборудование МЭЛТ позволяет собственными силами выполнять полный цикл монтажа: установку и позиционирование (рисунок 1а), разварку выводов (рисунок 1б), контроль качества монтажа, герметизация кристалла компаундом (рисунок 1в).

Оборудование для COB компании МЭЛТ имеет следующие характеристики:

• количество развариваемых пинов: до 10000;
• ширина проводника: от 90 мкм;
• зазор между проводниками: от 90 мкм.

Кроме перечисленных выше специализированных технологий, МЭЛТ обладает оборудованием ведущих японских и европейских производителей (YAMAHA, Assembleon, Ersa, Dek и других) для традиционного SMT-монтажа и монтажа выводных компонентов. Гибкость сборки мелких и крупных серий печатных плат достигается за счет наличия двух линий поверхностного монтажа и линии сквозного монтажа.

Первая линия поверхностного монтажа предназначена для сборки крупных серий печатных узлов в автоматическом режиме. Ее максимальная производительность составляет до 20000 компонентов в час. Линия включает следующее оборудование:

• автоматический загрузчик печатных плат Nutek NTM 710 EL;
• автоматический принтер паяльной пасты DEK ELA;
• конвекционную печь ERSA HotFLow 5;
• автоматический разгрузчик печатных плат Nutec NTM 710 EM 2;

Вторая линия поверхностного монтажа предназначена для сборки мелких и средних серий печатных узлов. Именно эта линия позволяет производить монтаж бессвинцовых компонентов. Производительность линии также составляет до 20000 компонентов в час. Она включает в себя следующее оборудование:

• полуавтоматический принтер паяльной пасты DEK 248;
• мультифункциональный станок для расстановки компонентов YAMAHA YS12F;
• конвекционную печь BTU Pyramax 98A;
• автоматический разгрузчик печатных плат Nutec NTM 710 EM 2.

Линия сквозного монтажа включает в себя:

• установку пайки динамической волной припоя KIRSTEN-K5360P;
• установку струйной отмывки печатных плат TRIMAX.

После монтажа блоки проходят контроль качества с помощью оптической 3D-устаовки TRION-2000.

Для испытаний узлов при разной температуре и влажности используется климатическая камера тепла/холода/влажности ESPEC SH-661.

Таким образом, компания МЭЛТ способна не только разрабатывать, но и производить ЖК-дисплеи собственными силами с поддержанием высочайшего качества изготовления.

Восемь причин выбрать ЖК-дисплей МЭЛТ

Существует достаточно широкий круг производителей ЖК-панелей и дисплеев. По этой причине особенно приятно осознавать, что компания МЭЛТ не теряется на их фоне. Более того, по ряду параметров продукция МЭЛТ превосходит зарубежные аналоги.

Назовем целых восемь причин, по которым стоит выбрать именно ЖК-дисплеи МЭЛТ.

Во-первых, великолепные показатели контраста, не уступающие конкурентам. Это достигается благодаря использованию самых современных технологий FSTN и STN.

Во-вторых, широчайший выбор моделей (более 600 представителей): знакосинтезирующие и графические; с позитивным и негативным отображением; с различными цветами подсветки (янтарный, желто-зеленый, красный, голубой, белый); с напряжением питания 2,8/3,0/3,3/5 В; с различными форматами и разрешением; с термокомпенсацией и без.

О многообразии моделей говорит даже фирменное именование дисплеев, состоящее из девяти позиций (таблица 1).

Таблица 1. Именование ЖК-дисплеев МЭЛТ

MT	-16S24	-1	Y	L	G	T	-3V0	-T
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Компания (МЭЛТ)	Серия	Tраб./Tхран., °C	Тип ЖК панели	Тип подсветки	Цвет подсветки	Ориентация	Uпит	Термокомпенсация
		1: 0…50/-10…60	T: TN positive	L: – LED	A: янтарный	(пусто): 6 часов	2V8 – 2,8 В	(пусто): нет
			N: TN negative		G: желто-зеленый	Т: на 12 часов	3V0 – 3,0 В	T: есть
		2: -20…70/-30…80	M: HTN positive		R: красный		3V3 – 3,3 В
			H: HTN negative		B: голубой		(пусто) – 5,0 В
		3: -30…70/-40…80	Y: STN yellow positive		W: белый
			G: STN gray positive		(пусто): опция
		4: -40…80/-40…90	B: STN blue positive
			K: STN negative (blue)
		7: -10…50/-30…60	F: FSTN positive
			V: FSTN negative (black)

В-третьих, реальная работоспособность при низких и высоких температурах. Существуют дисплеи с диапазоном рабочих температур -40…70°C. При этом диапазон хранения для них -45…80°C. И, в отличие от иностранных аналогов, это не какие-то специализированные труднодоступные версии, выполненные под заказ, а серийные образцы.

А для заказных индикаторов рабочий диапазон и вовсе может достигать -40…80°C.

В-четвертых, цифро-буквенные знакосинтезирующие дисплеи МЭЛТ имеют возможность поддержки русского/английского/белорусского/украинского/казахского знакогенераторов. Кроме того, использование формата букв 5х8 делает отображение букв кириллицы понятнее и больше!

В-пятых, дополнительная страница знакогенератора в кодировке Win-CP1251 упрощает написание программ в среде Microsoft Windows.

В-шестых, высочайшая надежность и качество продукции МЭЛТ.

В-седьмых, доступность и возможность поставки больших партий индикаторов в кратчайшие сроки при низкой стоимости.

И последним восьмым пунктом является возможность заказа уникальных и специализированных индикаторов при минимальных сроках изготовления. Более подробно о заказных ЖК-экранах будет сказано в заключительной части статьи.

Обзор продукции МЭЛТ начнем с серийных моделей.

Знакогенерирующие ЖК-дисплеи МЭЛТ

Номенклатура цифробуквенных ЖК-дисплеев МЭЛТ насчитывает 19 серий, включающих более 500 моделей (таблица 2).

Таблица 2. Серии цифробуквенных ЖК-дисплеев МЭЛТ

Наименование	Контроллер	Разреше-ние	Габариты, мм	Видимая область, мм	Символ, мм	Подсветка	Тип стекла	Uпит, В	Траб, °C
MT-08S2A	КБ1013ВГ6	08х2	58x32x12,9	3×16	3,55х5,56			3; 5	-20…70; -30…70
MT-10S1	КБ1013ВГ6	10х1	66x31x9,2	56×12	4,34×8,35	Желто-зеленая	STN Positive	5	0…50, -20…70, -30…70
MT-16S1A	КБ1013ВГ6	16х1	122x33x9,3	99×13	4,86×9,56	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая	FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive	3; 5	-20…70; -30…70
MT-16S1B	КБ1013ВГ6	16х1	122x33x13,1	99×13	4,86×9,56	Янтарная, желто-зеленая, нет
MT-16S2D	КБ1013ВГ6	16х2	85x36x13	62×19	2,95×5,55		FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive
MT-16S2H	КБ1013ВГ6	16х2	84x44x13,0	62×19	2,95×5,55
MT-16S2J	КБ1013ВГ6	16х2	85x30x13,5	62×19	2,95×5,55	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, нет
MT-16S2R	КБ1013ВГ6	16х2	122x44x13	105,2×24	4,86×9,56	Янтарная, синяя, желто-зеленая	FSTN Positive, FSTN Negative, STN Positive
MT-16S2S	ST7070	16х2	84x44x13,0	62×19	2,95×5,55	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая	FSTN Positive, STN Positive
MT-16S4A	КБ1013ВГ6	16х4	87x60x13,1	62×26	2,95×4,75		FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive
MT-20S1L-2FLA	КБ1013ВГ6	20х1	180x40x9,3	149×23	6,00×14,54	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, нет
MT-20S2A-2FLA	КБ1013ВГ6	20х2	116x37x13	82×19	3,20×5,55	Янтарная, синяя, желто-зеленая, красная, нет	FSTN Positive, STN Positive
MT-20S2M	КБ1013ВГ6	20х2	180x40x9,3	149×23	6,00×9,63	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, красная, нет	FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive	3; 5	-20…70; -30…70
MT-20S4A	КБ1013ВГ6	20х4	98x60x13	76×26	2,95×4,75	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, нет
MT-20S4M	КБ1013ВГ6	20х4	146×62,5×13	122,5×43	4,84×9,22	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, красная
MT-20S4S	ST7070	20х4	98x60x13	76×26	2,95×4,75	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая	FSTN Positive, STN Positive	5	-20…70
MT-24S1L	КБ1013ВГ6	24х1	208x40x14,3	178×23	6,00×14,75		FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive	3; 5	-20…70; -30…70
MT-24S2A	КБ1013ВГ6	24х2	118x36x13,5	92,5×14,8	3,15×5,72	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, нет	FSTN Positive, FSTN Negative, STN Positive
MT-24S2L-2FLA	КБ1013ВГ6	24х2	208x40x14,3	178×23	6,00×9,63	Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая	FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive

При таком многообразии легко выбрать дисплей с требуемыми характеристиками:

• с применением различных технологий, например, STN Positive/Negative, FSTN Positive/Negative (рисунок 2);
• с различными форматами символов и строк – 08х2, 10х1, 16х1, 16х2, 16х4, 20х1, 20х2, 20х4, 24х1, 24х2;
• с различным цветом подсветки – янтарным, желто-зеленым, красным, голубым, белым;
• с различным напряжением питания: 3 или 5 В;
• с разными рабочими температурными диапазонами, в том числе и -30…70°C;
• с последовательным (контроллер ST7070) или параллельным (контроллер КБ1013ВГ6) коммуникационным интерфейсом.

Рис. 2. Примеры знакосинтезирующих ЖК-индикаторов МЭЛТ 24 х 2

Стоит особо отметить, что большая часть дисплеев построена на базе отечественного контроллера КБ1013ВГ6 производства ОАО «АНГСТРЕМ». По функционалу он аналогичен контроллерам HD44780 компании Hitachi и KS0066 производства Samsung.

Отличительными чертами КБ1013ВГ6 являются:

• широкий диапазон питающих напряжений: 2,7…5,5 В;
• диапазон питания ЖКИ: 3,0…13 В;
• высокоскоростной интерфейс связи: до 2 МГц (при Uпит = 5 В);
• 80 байт ОЗУ отображаемых данных (80 символов);
• 19840 бит ПЗУ знакогенератора с возможностью программирования двух пользовательских страниц символов;
• 64 байта ОЗУ знакогенератора.

Графические ЖК-дисплеи МЭЛТ

Как и в случае со знакосинтезирующими дисплеями, номенклатура графических ЖК производства компании МЭЛТ также приятно удивляет: 10 линеек, которые объединяют более 120 моделей (таблица 3).

Таблица 3. Серии графических ЖК-дисплеев МЭЛТ

Наименова-ние	Контрол-лер	Разреш.	Габариты, мм	Видимая область, мм	Размер точки, мм	Подсветка	Тип стекла	Термокомп	Uпит, В	Траб, °C	Тхран, °C
	КБ145ВГ4	122×32	77х38х9,5	62×19	0,4×0,4	Нет	FSTN Positive, STN Positive	Нет	5	-10…60, -30…70	-10…60, -40…80
MT-12232A	КБ145ВГ4	122×32	77х38х13	62×19	0,4×0,4	Янтарная, желто-зеленая, синяя, белая, красная	FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive	Нет	3,3; 5	-10…60, -20…70, -30…70	,-10…60, -30…80, -40…80
MT-12232B	КБ145ВГ4	122×32	84х44х9,5	62×19	0,4×0,4	Нет	FSTN Positive, STN Positive		5	-10…60, -30…70	-10…60, -40…80
	КБ145ВГ4	122×32	84х44х13,5	62×19	0,4×0,4	Янтарная, желто-зеленая, синяя, белая	FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive		3,3; 5	-10…60, -20…70, -30…70	,-10…60, -30…80, -40…80
MT-12232C	КБ145ВГ4	122×32	77х38х13	62×19	0,4×0,4	Янтарная, желто-зеленая	FSTN Positive		2,8	-20…70	-30…80
MT-12232D	КБ145ВГ4	122×32	94х48,5х9,6	85×26	0,62×0,62		FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive	Нет/Есть	3; 5
MT-12864A	К145ВГ10	128×64	93х70х13	71,7×38,7	0,44×0,44	Янтарная, желто-зеленая	FSTN Positive, FSTN Negative, STN Positive			-20…70, -30…70	-30…80
MT-12864B	NT75451	128×64	69x48x12	65×34,6	0,47×0,42	Возможна	FSTN Positive, STN Negative Blue, STN Positive		3,3
MT-12864J	К145ВГ10	128×64	75х52,7х8,5	60×32,6	0,4×0,4	Янтарная, желто-зеленая, синяя, белая, нет	FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive	Нет	3; 5
MT-6116	КБ145ВГ4	61×16	66х31х9,5	56×12	0,8×0,55	Янтарная, желто-зеленая, нет	FSTN Positive, STN Positive	Нет	5	0…50	-10…60
MT-6116B	КБ145ВГ4	61×16	77х38х13	62×19	0,92×0,72	Янтарная, желто-зеленая		Нет	5	0…50	-10…60
MT-6464B	К145ВГ10	64×64	40х56х8,5	32×39,5	0,42×0,52	Янтарная, желто-зеленая, синяяб белая		Нет	3,3; 5	-20…70	-30…80

Отличительными чертами графических дисплеев МЭЛТ являются:

• современные технологии STN Positive/Negative, FSTN Positive/Negative (рисунок 3);
• широкий выбор разрешений: 122×32, 128×64, 61×16, 64×64;
• различные цвета подсветки: янтарный, желто-зеленый, красный, голубой, белый;
• различные напряжения питания: 2,8/3,0/3,3/5 В;
• различные диапазоны рабочих температур, в том числе и -30…70°C.

Рис. 3. Примеры графических ЖК-индикаторов МЭЛТ 128 х 64

Важной отличительной чертой большинства графических дисплеев МЭЛТ является использование отечественных ЖК-контроллеров.

К145ВГ10 – ЖК-контроллер производства ОАО «АНГСТРЕМ», аналогичный KS0108 производства компании Samsung.

Кроме совместимости контроллеров, стоит отметить и совместимость дисплеев МЭЛТ с продукцией конкурентов.

Несколько слов об эффективном импортозамещении

Большая часть ЖК-дисплеев МЭЛТ совместима с аналогами других компаний-производителей. При этом, как было показано выше, ЖК от МЭЛТ превосходят их по характеристикам. Это касается как знакосинтезирующих или символьных, так и графических ЖК (таблицы 4, 5).

Таблица 4. Совместимость знакосинтезирующих или символьных ЖК различных производителей

Формат	Видимая область, мм	Производитель/Наименование				Производитель/наименование
		МЭЛТ	Winstar	Powertip	Tianma	Bolymin	Microtips	Ampire	Sunlike	Data Vision	Wintek
8×2	35,0×15,24	MT-8S2A	WH0802A	PC 0802-A	TM82A	BC0802A	MTC-0802X	AC082A	SC0802A	DV-0802	WM-C0802M
10×1	56,0×12,0	MT-10S1	–	–	–	–	–	–	–	–	–
10×2	60,5×18,5	–	–	PC 1002-A	–	–	–	–	–	–	–
12×2	46,7×17,5	–	WH1202A	PC 1202-A	TM122A	BC1202A	–	–	–	–	–
16×1	64,5×13,8	–	WH1601A	PC 1601-A	TM161A	BC1601A1	MTC-16100X	AC161A	SC1601A	DV-16100	WM-C1601M
	66,0×16,0	–	WH1601B	PC 1601-H	–	BC1601B	–	–	SC1601B	–	–
	63,5×15,8	–	–	–	TM161E	–	–	–	–	–	–
	99,0×13,0	MT-16S1A	WH1601L	PC 1601-L	TM161F	BC1601D1	MTC-16101X	AC161B	SC1601D	DV-16100	WM-C1601Q
	120,0×23,0	–	–	–	–	–	–	AC161J	–	DV-16120	–
16х2	99,0×24,0	MT-16S2R (5х8)	WH1602L	PC 1602-L	TM162G	BC1602E	MTC-16201X	AC162E	SC1602E	DV-16210	WM-C1602Q
	36,0×10,0	–	–	PC 1602-K-Y4	TM162X	–	–	–	–	–	–
	50,0×12,0	–	–	–	TM162B	–	–	–	SC1602N	–	–
	62,5×16,1	MT-16S2J	WH1602D	PC 1602-J	TM162V	BC1602B1	MTC-16202X	AC162A	SC1602B	DV-16230	WM-C1602N
	62,2×17,9	–	–	–	–	–	MTC-16203X	–	–	DV-16235	–
	62,2×17,9	MT-16S2D	WH1602C	PC 1602-H	TM162J	BC1602D	–	–	SC1602D	DV-16236	–
	62,2×17,9	MT-16S2H	WH1602A	PC 1602-F	TM162D	BC1602H	MTC-16204X	–	SC1602C	DV-16244	WM-C1602K
	62,5×16,1	–	WH1602B	PC 1602-D	TM162A	BC1602A	MTC-16205B	–	SC1602A	DV-16252	WM-C1602M
	55,73×10,98	–	WH1602M	PC 1602-I	–	BC1602F	–	–	SC81602F	DV-16257	–
	80,0×20,4	–	–	–	–	–	–	–	–	DV-16275	–
	80,0×20,4	–	–	–	–	–	–	–	–	DV-16276	–
16×4	61,4×25,0	MT-16S4A	WH1604A	PC 1604-A	TM164A	BC1604A1	MTC-16400X	AC164A	SC1604A	DV-16400	WM-C1604M
	60,0×32,6	–	WH1604B	–	–	–	–	–	–	–	–
20×1	154×16,5	–	–	–	TM201A	–	–	–	–	DV-20100	–
	149,0×23,0	MT-20S1L	–	PC 2001-L	–	–	–	–	–	–	–
20×2	83,0×18,8	MT-20S2A	WH2002A	PC 2002-A	TM202J	BC2002A	MTC-20200X	AC202A	SC2002A	DV-20200	WM-C2002M
	83,0×18,6	–	–	–	TM202A	–	–	–	–	–	–
	123,0×23,0	–	WH2002M	PC 2002-L	–	–	–	–	–	–	–
	149,0×23,0	MT-20S2M (5×8)	WH2002L	PC 2002-M	TM202M	BC2002B	MTC-20201X	AC202B	SC2002C	DV-20210	WM-C2002P
	147,0×35,2	–	–	–	–	–	–	AC202D	–	DV-20211	–
	83,0×18,8	–	–	–	–	–	–	–	–	DV-20220	–
	76,0×25,2	–	–	–	–	–	–	–	–	DV-20206-1	–
20×4	76,0×25,2	MT-20S4A	WH2004A	PC 2004-A	TM204A	BC2004A	MTC-20400X	AC204A	SC2004A	DV-20400	WM-C2004P
	60,0×22,0	–	–	PC 2004-C	–	–	–	–	–	–	–
	77,0×26,3	–	–	PC 2004-F	–	–	–	–	SC2004G	–	–
	76,0×25,2	–	–	PC 2004-B	–	–	–	–	SC2004C	–	–
	123,0×42,5	MT-20S4M	WH2004L	PC 2004-M	TM204K	BC2004B	MTC-20401X	AC204B	–	DV- 20410	WM-C2004R
24×1	178,0×23,0	MT-24S1L	–	–	TM241A	–	–	–	–	–	–
24×2	94,5×18,0	MT-24S2A	WH2402A	PC 2402-A	TM242A	BC2402A	MTC-24200X	AC242A	SC2402A	DV-24200	WM-C2402P
	178,0×23,0	MT-24S2L	–	PC 2402-L	–	–	–	–	–	–	–
40×1	246,0×20,0	–	–	PC 4001-L	–	–	–	–	–	–	–
40×2	154,0×16,5	–	WH4002A	PC 4002-C	TM402A	BC4002A	MTC-40200X	AC402A	SC4002A	DV-40200	WM-C4002P
	153,5×16,5	–	–	–	TM402C	–	–	–	–	–	–
	246,0×38,0	–	–	PC 4002-L	–	–	–	–	–	–	–
40×4	147,0×29,5	–	WH4004A	PC 4004-A	TM404A	BC4004A	MTC-40400X	AC404A	SC4004A	DV-40400	WM-C4004M
	140,0×29,0	–	–	PC 4004-D	–	–	–	–	SC4004C	–	–
	244,0×68,0	–	–	PC 4004-L	–	–	–	–	–	–	–

Таблица 5. Совместимость графических ЖК различных производителей

Разрешение	Видимая область, мм	Производитель/Наименование				Производитель/Наименование
		МЭЛТ	Winstar	Powertip	Tianma	Bolymin	Microtips	Ampire	Sunlike	Data Vision	Wintek
61×16	56,0×12,0	MT-6116	–	–	–	–	–	–	–	–	–
	62,0×19,0	MT-6116B	–	–	–	–	–	–	–	–	–
64×64	32,0×39,5	MT-6464B	–	–	–	–	–	–	–	–	–
122×32	62,0×19,0	MT-12232B	WG12232A	PG 12232-A	TM12232A	BG12232A1	MTG-12232A	AG12232A	SG12232A	DG-12232	WM-G1203Q
	62,0×19,0	MT-12232A	–	–	–	–	–	–	–	–	–
	85,0×26,0	MT-12232D	–	–	–	–	–	–	–	–	–
128×64	71,7×38,5	MT-12864A	WG12864A	PG 12864-A	TM12864L	BG12864A	MTG-12864A	AG12864A	SG12864A	DG-12864	WM-G1206A
	60,0×32,6	MT-12864J	WG12864B	PG 12864-J	TM12864D	BG12864E	MTG-12864D	AG12864E	SG12864H	DG-12864-15	WM-G1206M

Все перечисленные факты позволяют заменять импортные дисплеи на продукцию компании МЭЛТ в уже готовых изделиях, тем самым улучшая их характеристики (надежность, качество отображения информации, температурный диапазон) без повышения стоимости.

Таким образом, использование изделий МЭЛТ – как раз тот случай, когда импортозамещение оказывается эффективным и выгодным.

Программирование ЖК-индикаторов МЭЛТ

Для того чтобы работать с любым ЖК-модулем, нужно реализовать базовые программные функции: сброс и инициализацию, передачу данных и команд в дисплей, чтение данных из дисплея. В документации на ЖК-модули МЭЛТ содержится вся необходимая для этого информация: последовательность и длительность сигналов при аппаратном сбросе, перечень используемых команд, описание адресного пространства, последовательность команд при программном сбросе и инициализации, детальное описание интерфейса обмена данными.

Конечно, можно написать программные драйвера самостоятельно, то есть «с нуля». Однако в подавляющем большинстве случаев более правильным и быстрым способом будет использование библиотеки примеров, доступной для бесплатного скачивания на сайте компании.

По сути, данная библиотека содержит шаблоны для создания драйверов на языке С. Это значит, что примеры не привязаны к конкретным контроллерам, а, соответственно, часть функций, таких как функции задержки, настройки портов ввода/вывода, необходимо реализовать самостоятельно. Таким образом, эти программы не будут компилироваться, но могут быть основой для создания драйверов.

На настоящий момент библиотека содержит следующие примеры программ:

AllText4.c – пример для буквенно-цифровых ЖК-индикаторов с 4-битным режимом включения;

AllText8.c – пример для буквенно-цифровых ЖК-индикаторов с 8-битным режимом включения;

MT-6116.c – пример для графического ЖК-индикатора MT-6116 с любым буквенным индексом;

MT-12232B.c – пример для графического ЖК-индикатора MT-12232B;

MT-12232A,C,D.с – пример для графических ЖК-индикаторов MT-12232A, MT-12232C, MT-12232D;

MT-12864.c – пример для графического ЖК-индикатора MT-12864 с любым буквенным индексом;

MT-6464B.c – пример для графического индикатора MT-6464B;

MT-10T7,8,9.c – пример для сегментных индикаторов MT-10T7, MT-10T8, MT-10T9;

MT-10T11,12.c – пример для сегментных индикаторов MT-10T11, MT-10T12.

Все примеры содержат базовые функции: инициализации, записи/чтения байта по параллельному интерфейсу, записи команды. Например, AllText8.c является универсальным шаблоном для дисплеев MT10S1, MT16S1, MT20S1, MT24S1, MT16S2, MT20S2, MT24S2, MT20S4, и содержит четыре С-функции: void LCDinit(void); void WriteCmd(byte b); void WriteData(byte b), void WriteByte(byte b, bit cd).

Рассмотрим более подробно функцию инициализации void LCDinit(void) как пример реализации функции инициализации буквенно-цифровых ЖК индикаторов с 8-битным режимом включения:

void LCDinit(void)
{
LCD.E=0; Delay(>20ms); //при необходимости настроить шину данных на вывод
LCD.RW=0; LCD.A0=0; LCD.D=0x30; //установка типа интерфейса (8 бит)
Delay(>40ns); //это время предустановки адреса (tAS)
LCD.E=1; Delay(>230ns); //время предустановки данных попало сюда (tDSW)
LCD.E=0; Delay(>
LCD.E=1; Delay(>230ns); //минимально допустимая длительность сигнала E=1
LCD.E=0; Delay(>40us); //пауза между командами
LCD.E=1; Delay(>230ns);
LCD.E=0; Delay(>270ns); //минимально допустимый интервал между сигналами E=1 //здесь индикатор входит в рабочий режим с установленным типом интерфейса и можно подавать команды как обычно
WriteCmd(0x3A); //настройка правильного режима ЖКИ
WriteCmd(0x0C); //включение индикатора, курсор выключен
WriteCmd(0x01); //очистка индикатора
WriteCmd(0x06); //установка режима ввода данных: сдвигать курсор вправо
}

Анализ позволяет сделать несколько замечаний. Во-первых, в функции уже содержится требуемая последовательность сигналов для аппаратной настройки дисплея (LCD.E, LCD.RW, LCD.A0, LCD.D). Во-вторых, LCDinit использует необходимые временные интервалы и задержки (функция Delay). В-третьих, LCDinit также содержит последовательность команд программной инициализации (функция WriteCmd). Таким образом, пользователю не придется скрупулезно вычитывать документацию на ЖК-модуль в поисках всей необходимой информации.

Вместе с тем стоит заметить, что файл AllText8.c не содержит реализацию функции задержек и функций инициализации и работы с портами ввода/вывода. Пользователь должен создать их самостоятельно для конкретного используемого микроконтроллера.

Все полученные выводы остаются справедливыми и для остальных функций из AllText8.c.

Другие примеры из библиотеки МЭЛТ построены по тому же принципу: все базовые функции реализованы, пользователю остается только «привязать» их к своему контроллеру.

Области применения ЖК-индикаторов МЭЛТ

Богатый выбор моделей позволяет разработчику выбрать оптимальный ЖК-дисплей с учетом уникальных особенностей конкретного приложения.

По сути, модельный ряд МЭЛТ покрывает практически весь спектр возможных областей электроники от промышленного оборудования до портативных приборов и бытовой техники. Тем не менее, можно выделить ряд приложений, где ЖК-дисплеи МЭЛТ определенно превосходят конкурентов.

Автомобильная электроника. Опыт создания автомобильной электроники специального назначения показывает, что выбор ЖК-дисплея оказывается одним из наиболее критичных пунктов разработки.

В качестве примера можно рассмотреть пульт управления агрегатами уборочного автомобиля (рисунок 4). Для удобства использования пульт устанавливается на приборной панели. Это значит, что летом в солнечную погоду он испытывает значительный нагрев от солнечных лучей, а зимой должен работать при низких температурах, особенно если уборочная машина стоит на улице (что является нормой для российских реалий).

Таким образом, в соответствии с ГОСТ 15150-69, пульт может быть отнесен к категории изделий 3 (или 3.1). Это значит, что даже для климатического исполнения для умеренного климата предельный рабочий диапазон, в лучшем случае, составит -40…45°C.

Сейчас не сложно найти микросхемы и электронные компоненты, отвечающие таким требованиям, чего не скажешь о ЖК-дисплее. В итоге именно из-за него приходится в экстренном порядке в ТУ устанавливать более узкий диапазон рабочих температур. В этом несложно убедиться, если посмотреть на характеристики подобных изделий. Для подавляющего большинства из них рабочий диапазон совпадает с диапазоном хранения и составляет всего -20…60°C.

Использование ЖК-дисплеев МЭЛТ сразу расширяет эксплуатационный диапазон до -40…70°C, а температуру хранения – до -45…80°C.

Промышленная электроника. Технологические пульты операторов ЧПУ и консоли управления, несмотря на распространение TFT и других типов дисплеев, по-прежнему часто используют стандартные ЖК-дисплеи.

В условиях промышленного производства негативными факторами являются повышенный уровень запыленности и невысокое качество освещения. Чтобы добиться максимального удобства оператора, необходимо обеспечить высокий контраст изображения при больших углах обзора. Именно этими качествами отличаются индикаторы МЭЛТ.

Не последнюю роль также будет играть поддержка русского знакогенератора.

Нефтегазовая отрасль. Географически нефтегазовая отрасль в нашей стране расположена в восточных и северо-восточных регионах. Для них характерен ярко выраженный континентальный климат с низкими зимними температурами. При этом разработка месторождений очень часто производится в труднодоступных областях. По этой причине замена оборудования в ряде случаев может быть физически недоступной, если поломка случилась, например, в занесенном снегом лагере.

В итоге электроника должна обеспечивать максимально надежную работу в жестких условиях. Стоит ли в таких случаях экономить и использовать ЖК производства небольших компаний из Юго-Восточной Азии? Ответ очевиден. В данном случае высочайшая надежность ЖК-дисплеев МЭЛТ делает их идеальным выбором.

Еще одним важным достоинством дисплеев МЭЛТ является их стоимость. По этому параметру ЖК производства компании МЭЛТ не уступают азиатским аналогам. Например, оптовая стоимость MT-08S2A составляет около 170 рублей. При текущем курсе доллара продукция компании МЭЛТ дешевле азиатских аналогов, приобретенных на месте производства.

Заказные ЖК-индикаторы и ЖК-панели

Компания МЭЛТ предлагает сотрудничество при создании заказных ЖК-дисплеев. При этом МЭЛТ берет на себя все вопросы от разработки до производства этих специальных индикаторов. Выше уже была дана характеристика широким производственным возможностям компании.

Варианты исполнения заказных ЖК-панелей чрезвычайно многообразны. Компания предлагает ЖК-панели с применением:

• различных технологий кристаллов: TN, HTN, STN, FSTN;
• позитивного или негативного режима отображения;
• различных цветов подсветки: желто-зеленой, красной, янтарной, голубой, белой, RGB;
• различных диапазонов рабочих температур, вплоть до -40…70°С;
• изготовления панелей с жесткими металлическими выводами c шагом 0,8…4,0 мм;
• дополнительных конструктивных требований: гибкой печатной платы с установкой контроллера на стекло (COG – chip on glass), контактов для электропроводной резины и так далее.

От заказчика требуется только техническое задание на ЖК-панель или ЖК-индикатор.

Более подробно ознакомиться с техническими возможностями производства и заказа ЖК-панелей можно на официальном сайте производителя: www.melt.com.ru.

Заключение

МЭЛТ – один из немногих российских производителей электроники, выпускающих качественную продукцию, не уступающую зарубежным аналогам, а по ряду параметрам и превосходящую их.

Благодаря опытному коллективу разработчиков и собственному полному циклу производства компания смогла вывести на рынок более шестисот ЖК-дисплеев с различными характеристиками, таких как:

• выполненные по современным технологиям: STN Positive/Negative, FSTN Positive/Negative;
• знакогенерирующие с различными форматами символов и строк: 08х2, 10х1, 16х1, 16х2, 16х4, 20х1, 20х2, 20х4, 24х1, 24х2;
• графические с разрешениями: 122×32, 128×64, 61×16, 64×64;
• с различными цветами подсветки: янтарным, желто-зеленым, красным, голубым, белым;
• с различным напряжением питания: 2,8/3,0/3,3/5 В;
• с различными рабочими температурными диапазонами, в том числе и -30…70°C;
• с последовательным и параллельным коммуникационным интерфейсом.

Богатая номенклатура моделей, низкая стоимость, широкий температурный диапазон, поддержка русского/английского/белорусского/украинского/казахского знакогенераторов, высокая надежность – все это делает дисплеи МЭЛТ идеальным выбором практически для всех областей электроники.

Компания МЭЛТ может выполнить разработку и производство заказных ЖК-индикаторов и панелей.

Сейчас технология плоскопанельных мониторов, и жидкокристаллических в том числе, является наиболее перспективной. Хотя в настоящее время на долю ЖК-мониторов приходится лишь около 10% продаж во всем мире, этот сектор рынка является наиболее быстрорастущим (65% в год).

Принцип работы

Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.
Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ почти на десять лет, первое описание этих веществ было сделано еще в 1888 г. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике: есть такие вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков, они не были интересны. Итак, жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс (Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот в конце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора – цифровые часы. Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих пор находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.
Работа ЖКД основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы "просеивает" свет, данный эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.
Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в электронных часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-дисплеи для настольных компьютеров.

Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой [см. рис. 2.1]. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света).

Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели [см. рис. 2.2].
При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через жидкие кристаллы [см. рис. 2.3].
Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем [см. рис 2.4а].

В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью) [см. рис 2.4б]. Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD монитора, и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади, таким образом, чтобы свет исходил из задней части LCD дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.
Вообще-то в случае с цветом несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом (приводит к малой доле проходящего излучения), можно воспользоваться свойством жидкокристаллической ячейки - при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения изменяется по-разному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной длины волны (проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение). Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя. Первый метод проще, второй эффективнее.
Первые LCD дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как сегодня они достигли 15" размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся 20" и более LCD мониторы. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые были решены с помощью появившихся специальных технологий, все это мы опишем далее. Одной из первых проблем была необходимость стандарта в определении качества отображения при высоких разрешениях. Первым шагом на пути к цели было увеличение угла поворота плоскости поляризации света в кристаллах с 90° до 270° с помощью STN технологии.

Преимущества и недостатки ЖК-мониторов

Среди преимуществ TFT можно отметить отличную фокусировку, отсутствие геометрических искажений и ошибок совмещения цветов. Кроме того, у них никогда не мерцает экран. Почему? Ответ прост - в этих дисплеях не используется электронный луч, рисующий слева направо каждую строку на экране. Когда в ЭЛТ этот луч переводится из правого нижнего в левый верхний угол, изображение на мгновение гаснет (обратный ход луча). Напротив, пиксели дисплея TFT никогда не гаснут, они просто непрерывно меняют интенсивность своего свечения.
В таблице 1.1 показаны все главные отличия рабочих характеристик для разных типов дисплеев:

Таблица 1.1. Сравнительные характеристики ЭЛТ и ЖК-мониторов.

Условные обозначения: (+ ) достоинство, (~ ) допустимо, (- ) недостаток

	ЖК-мониторы	ЭЛТ-мониторы
Яркость	(+ ) от 170 до 250 Кд/м 2	(~ ) от 80 до 120 Кд/м 2
Контрастность	(~ ) от 200:1 до 400:1	(+ ) от 350:1 до 700:1
Угол обзора (по контрасту)	(~ ) от 110 до 170 градусов	(+ ) свыше 150 градусов
Угол обзора (по цвету)	(- ) от 50 до 125 градусов	(~ ) свыше 120 градусов
Разрешение	(- ) Одно разрешение с фиксированным размером пикселей. Оптимально можно использовать только в этом разрешении; в зависимости от поддерживаемых функций расширения или компрессии можно использовать более высокое или более низкое разрешение, но они не оптимальны.	(+ ) Поддерживаются различные разрешения. При всех поддерживаемых разрешениях монитор можно использовать оптимальным образом. Ограничение накладывается только приемлемостью частоты регенерации.
Частота вертикальной развертки	(+ ) Оптимальная частота 60 Гц, чего достаточно для отсутствия мерцания	(~ ) Только при частотах свыше 75 Гц отсутствует явно заметное мерцание
Ошибки совмещения цветов	(+ ) нет	(~ ) от 0.0079 до 0.0118 дюйма (0.20 - 0.30 мм)
Фокусировка	(+ ) очень хорошая	(~ ) от удовлетворительной до очень хорошей>
Геометрические/ линейные искажения	(+ ) нет	(~ ) возможны
Неработающие пиксели	(- ) до 8	(+ ) нет
Входной сигнал	(+ ) аналоговый или цифровой	(~ ) только аналоговый
Масштабирование при разных разрешениях	(- ) отсутствует или используются методы интерполяции, не требующие больших накладных расходов	(+ ) очень хорошее
Точность отображения цвета	(~ ) Поддерживается True Color и имитируется требуемая цветовая температура	(+ ) Поддерживается True Color и при этом на рынке имеется масса устройств калибровки цвета, что является несомненным плюсом
Гамма-коррекция (подстройка цвета под особенности человеческого зрения)	(~ ) удовлетворительная	(+ ) фотореалистичная
Однородность	(~ ) часто изображение ярче по краям	(~ ) часто изображение ярче в центре
Чистота цвета/качество цвета	(~ ) хорошее	(+ ) высокое
Мерцание	(+ ) нет	(~ ) незаметно на частоте выше 85 Гц
Время инерции	(- ) от 20 до 30 мсек.	(+ ) пренебрежительно мало
Формирование изображения	(+ ) Изображение формируется пикселями, число которых зависят только от конкретного разрешения LCD панели. Шаг пикселей зависит только от размера самих пикселей, но не от расстояния между ними. Каждый пиксель формируется индивидуально, что обеспечивает великолепную фокусировку, ясность и четкость. Изображение получается более целостным и гладким	(~ ) Пиксели формируются группой точек (триады) или полосок. Шаг точки или линии зависит от расстояния между точками или линиями одного цвета. В результате четкость и ясность изображения сильно зависит от размера шага точки или шага линии и от качества ЭЛТ
Энергопотребление и излучения	(+ ) Практически никаких опасных электромагнитных излучений нет. Уровень потребления энергии примерно на 70% ниже, чем у стандартных CRT мониторов (от 25 до 40 Вт).	(- ) Всегда присутствует электромагнитное излучение, однако их уровень зависит от того, соответствует ли ЭЛТ какому-либо стандарту безопасности. Потребление энергии в рабочем состоянии на уровне 60 - 150 Вт.
Размеры/вес	(+ ) плоский дизайн, малый вес	(- ) тяжелая конструкция, занимает много места
Интерфейс монитора	(+ ) Цифровой интерфейс, однако, большинство LCD мониторов имеют встроенный аналоговый интерфейс для подключения к наиболее распространенным аналоговым выходам видеоадаптеров	(- ) Аналоговый интерфейс

Из таблицы 1.1 следует, что дальнейшее развитие ЖК-мониторов будет связано с повышением четкости и яркости изображения, увеличением угла обзора и уменьшением толщины экрана. Так, например, уже существуют перспективные разработки LCD-мониторов, выполненных по технологии с использованием поликристаллического кремния. Это позволяет, в частности, создавать очень тонкие устройства, поскольку микросхемы управления размещаются в этом случае непосредственно на стеклянной подложке дисплея. Кроме того, новая технология обеспечивает высокую разрешающую способность на сравнительно небольшом по размеру экране (1024x768 точек на 10,4-дюймовом экране).

STN, DSTN, TFT, S-TFT

STN - это сокращение, означающее "Super Twisted Nematic".Технология STN позволяет увеличить торсионный угол (угол кручения) ориентации кристаллов внутри LCD дисплея с 90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора.
Часто STN ячейки используются в паре. Такая конструкция называется DSTN (Double Super Twisted Nematic), в которой одна двухслойная DSTN-ячейка состоит из 2 STN-ячеек, молекулы которых при работе поворачиваются в противоположные стороны. Свет, проходя через такую конструкцию в "запертом" состоянии, теряет большую часть своей энергии. Контрастность и разрешающая способность DSTN достаточно высокая, поэтому появилась возможность изготовить цветной дисплей, в котором на каждый пиксель приходится три ЖК-ячейки и три оптических фильтра основных цветов. Цветные дисплеи не способны работать от отраженного света, поэтому лампа задней подсветки -- их обязательный атрибут. Для сокращения габаритов лампа находится с боку, а напротив нее зеркало [см. рис. 2.5], поэтому большинство LCD-матриц в центре имеют яркость выше, чем по краям (это не относится к настольным ЖК мониторам).

Также STN ячейки используются в режиме TSTN (Triple Super Twisted Nematic), когда два тонких слоя полимерной пленки добавляются для улучшения цветопередачи цветных дисплеев или для обеспечения хорошего качества монохромных мониторов.
Термин пассивная матрица (passive matrix) появился в результате разделения монитора на точки, каждая из которых, благодаря электродам, может задавать ориентацию плоскости поляризации луча, независимо от остальных, так что в результате каждый такой элемент может быть подсвечен индивидуально для создания изображения. Матрица называется пассивной, потому что технология создания LCD дисплеев, которая была описана выше, не может обеспечить быструю смену информации на экране. Изображение формируется строка за строкой путем последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки, делающего их прозрачными. Из-за довольно большой электрической емкости ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому обновление картинки происходит медленно. Такой дисплей имеет много недостатков с точки зрения качества, потому что изображение не отображается плавно и дрожит на экране. Маленькая скорость изменения прозрачности кристаллов не позволяет правильно отображать движущиеся изображения.
Для решения части вышеописанных проблем применяют специальные технологии, Для улучшения качества динамического изображения было предложено увеличить количество управляющих электродов. То есть вся матрица разбивается на несколько независимых подматриц (Dual Scan DSTN - два независимых поля развертки изображения), каждая из которых содержит меньшее количество пикселей, поэтому поочередное управление ими занимает меньше времени. В результате чего можно сократить время инерции ЖК.
Также лучших результатов с точки зрения стабильности, качества, разрешения, гладкости и яркости изображения можно добиться, используя экраны с активной матрицей, которые, впрочем, стоят дороже.
В активной матрице (active matrix) используются отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и позволяющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Активная матрица (active matrix) имеет массу преимуществ по сравнению с пассивной матрицей. Например, лучшая яркость и возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° и более (т.е. при угле обзора 120°-140°) без ущерба качеству изображения, что невозможно в случае с пассивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только с фронтальной позиции по отношению к экрану. Заметим, что дорогие модели LCD мониторов с активной матрицей обеспечивают угол обзора в 160° [см рис. 2.6], и есть все основания предполагать, что технология будет совершенствоваться и в дальнейшем. Активная матрица может отображать движущиеся изображения без видимого дрожания, так как время реакции дисплея с активной матрицей около 50 мс против 300 мс для пассивной матрицы, кроме того, контрастность мониторов с активной матрицей выше, чем у ЭЛТ-мониторов. Следует отметить, что яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый элементом люминофором ЭЛТ-монитора сразу после похождения по этому элементу электронного луча. Именно поэтому для LCD мониторов достаточной является частота вертикальной развертки, равная 60 Гц.

Функциональные возможности LCD мониторов с активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной матрицей разные электроды получают электрический заряд циклическим методом при построчном обновлении дисплея, а в результате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен запоминающий транзистор, который может хранить цифровую информацию (двоичные значения 0 или 1) и в результате изображение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал. Частично проблема отсрочки затухания изображения в пассивных матрицах решается за счет использования большего числа жидкокристаллических слоев для увеличения пассивности и уменьшения перемещений, теперь же, при использовании активных матриц появилась возможность сократить число жидкокристаллических слоев. Запоминающие транзисторы должны производиться из прозрачных материалов, что позволит световому лучу проходить сквозь них, а значит, транзисторы можно располагать на тыльной части дисплея, на стеклянной панели, которая содержит жидкие кристаллы. Для этих целей используются пластиковые пленки, называемые "Thin Film Transistor" (или просто TFT).
Thin Film Transistor (TFT), т.е. тонкопленочный транзистор - это те управляющие элементы, при помощи которых контролируется каждый пиксель на экране. Тонкопленочный транзистор действительно очень тонкий, его толщина 0,1 - 0,01 микрона.
В первых TFT-дисплеях, появившихся в 1972г., использовался селенид кадмия, обладающий высокой подвижностью электронов и поддерживающий высокую плотность тока, но со временем был осуществлен переход на аморфный кремний (a-Si), а в матрицах с высоким разрешением используется поликристаллический кремний (p-Si).
Технология создания TFT очень сложна, при этом имеются трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за того, что число используемых транзисторов очень велико. Заметим, что монитор, который может отображать изображение с разрешением 800х600 пикселей в SVGA режиме и только с тремя цветами имеет 1440000 отдельных транзисторов. Производители устанавливают нормы на предельное количество транзисторов, которые могут быть нерабочими в LCD дисплее. Правда, у каждого производителя свое мнение о том, какое количество транзисторов могут не работать.
Пиксель на основе TFT устроен следующим образом: в стеклянной пластине друг за другом интегрировано три цветных фильтра (красный, зеленый и синий). Каждый пиксель представляет собой комбинацию трех цветных ячеек или субпиксельных элементов [см. рис. 2.7]. Это означает, например, что у дисплея, имеющего разрешение 1280x1024, существует ровно 3840x1024 транзистора и субпиксельных элемента. Размер точки (пикселя) для 15.1" дисплея TFT (1024x768) приблизительно равен 0.0188 дюйма (или 0.30 мм), а для 18.1" дисплея TFT - около 0.011 дюйма (или 0.28 мм).

TFT обладают рядом преимуществ перед ЭЛТ-мониторами, среди которых - пониженное потребление энергии и теплоотдача, плоский экран и отсутствие следа от движущихся объектов. Последние разработки позволяют получить изображение более высокого качества, чем обычные TFT.

Совсем недавно специалистами компании Hitachi была создана новая технология многослойных ЖК-панелей Super TFT, которая значительно увеличила угол уверенного обзора ЖК панели. Технология Super TFT использует простые металлические электроды, установленные на нижней стеклянной пластине и заставляет молекулы вращаться, постоянно находясь в плоскости, параллельной плоскости экрана [см. рис. 2.8]. Так как кристаллы обычной ЖК-панели поворачиваются к поверхности экрана оконечностями, то такие ЖКД более зависимы от угла зрения, чем ЖК-панели Hitachi с технологией Super TFT, В результате изображение на дисплее остается ярким и четким даже при больших углах обзора, достигая качества, сопоставимого с изображением на ЭЛТ-экране.

Японская компания NEC недавно объявила, что по качеству изображения ее LCD дисплеи вскоре достигнут уровня лазерных принтеров, перешагнув порог в 200 ppi, что соответствует 31 точке на мм 2 или шагу точек 0,18 мм. Как сообщили в NEC, применяемые сегодня многими производителями жидкие кристаллы TN (twisted nematic) позволяет строить дисплеи с разрешение до 400 точек на дюйм. Однако главным сдерживающим фактором в повышении разрешения является необходимость создания соответствующих светофильтров. В новой технологии "color filter on TFT" светофильтры, закрывающие тонкопленочные транзисторы, формируются с помощью фотолитографии на нижней стеклянной подложке. В обычных дисплеях светофильтры наносятся на вторую, верхнюю подложку, что требует очень точного совмещения двух пластин.

На прошедшей в 1999 году в США конференции "Society for information Display" было сделано несколько докладов, свидетельствующих об успехах в создании жидкокристаллических дисплеев на пластиковой подложке. Компания Samsung представила прототип монохромного дисплея на полимерном субстрате с диагональю 5,9 дюйма и толщиной 0,5 мм. Толщина самой подложки составляет около 0,12 мм. Дисплей имеет разрешение 480х320 точек и контрастность 4:1. Вес - всего 10 грамм.

Инженеры из Лаборатории кинотехники Университете Штуттгарта использовали не тонкопленочные транзисторы (TFT), а диоды MIM (металл-изолятор-металл). Последнее достижение этой команды - двухдюймовый цветной дисплей с разрешением 96х128 точек и коэффициентом контрастности 10:1.

Группа специалистов IBM разработала технологию производства тонкопленочных транзисторов с применением органических материалов, позволяющую изготавливать гибкие экраны для электронной книги и других устройств. Элементы разработанных IBM транзисторов напыляются на пластиковую подложку при комнатной температуре (традиционные LCD-дисплеи изготавливаются при высокой температуре, что исключает применение органических материалов). Вместо обычного диоксида кремния для изготовления затвора используется цирконат титоната бария (BZT). В качестве полупроводника применяется органическое вещество под названием пентацен (pentacene), представляющее собой соединение фенилэтиламмония с иодидом олова.

Для повышения разрешения LCD-экранов компания Displaytech предложила не создавать изображение на поверхности большого LCD-экрана, а вывести картинку на маленький дисплей высокого разрешения, а затем с помощью оптической проекционной системы увеличить ее до нужных размеров. При этом Displaytech использовала оригинальную технологию Ferroelectric LCD (FLCD). Она основана на так называемых кирально-смектических жидких кристаллах, предложенных для использования еще в 1980 г. Слой материала, обладающего ферроэлектрическими свойствами и способного отражать поляризованный свет с вращением плоскости поляризации, наносится на подающую управляющие сигналы CMOS-подложку. При прохождении отраженного светового потока через второй поляризатор возникает картинка из темных и светлых пикселов. Цветное изображение получается за счет быстрого чередования освещения матрицы красным, зеленым и синим светом.. На базе FLCD-матриц можно производить экраны большого размера с высокой контрастностью и качеством цветопередачи, с широкими углами обзора и малым временем отклика. В 1999 году альянс корпораций Hewlett-Packard и DisplayTech объявил о создании полноцветного микродисплея на базе технологии FLCD. Разрешение матрицы составляет 320х240 точек. Отличительными особенностями устройства являются малое энергопотребление и возможность воспроизведения полноцветного “живого” видео. Новый дисплей предназначен для использования в цифровых камерах, камкодерах, портативных коммуникаторах и мониторах для надеваемых компьютеров.

Развитием низкотемпературной технологии с использованием поликристаллического кремния LTPS занимается Toshiba. По словам представителей этой корпорации, они позиционируют новые устройства пока только как предназначенные для рынка мобильных устройств, не включая сюда ноутбуки, где господствует технология a-Si TFT. Уже выпускаются VGA-дисплеи размером 4 дюйма, а на подходе 5,8-дюймовые матрицы. Специалисты полагают, что 2 млн. пикселов на экране - это далеко не предел. Одной из отличительных черт данной технологии является высокая разрешающая способность.

По оценкам экспертов корпорации DisplaySearch, занимающейся исследованиями рынка плоских дисплеев, в настоящее время при изготовлении практически любых жидкокристаллических матриц происходит замена технологий: TN LCD (Twisted Nematic Liquid Crystal Display) на STN (Super TN LCD) и особенно на a-Si TFT LCD (amorphous-Silicon Thin Film Transistor LCD). В ближайшие 5-7 лет во многих областях применения обычные LCD-экраны будут заменены или дополнены следующими устройствами:

• микродисплеи;
• светоизлучающие дисплеи на базе органических материалов LEP;
• дисплеи на базе автоэлектронной эмиссии FED (Field Emisson Display);
• дисплеи с использованием низкотемпературного поликристаллического кремния LTPS (Low Temperature PolySilicon);
• плазменные дисплеи PDP (Plasma Display Panel).

Взято с http://monitors.narod.ru

Жидкие кристаллы были открыты еще в 1888 году. Но практическое применение они нашли только тридцать лет назад. «Жидкокристаллическим» называют переходное состояние вещества, при котором оно приобретает текучесть, но при этом не теряет свою кристаллическую структуру. Наибольший практический интерес, как оказалось, представляют оптические свойства жидких кристаллов. Благодаря сочетанию полужидкого состояния и кристаллической структуры можно легко менять способность пропускать свет.

Типы ЖК-матриц

Первым массовым продуктом с использованием жидких кристаллов стали электронные часы. Монохромный дисплей состоял, как известно, из отдельных полей, заполненных жидкими кристаллами. При подаче напряжения, с помощью которого кристаллы упорядочиваются, нужные поля препятствуют прохождению света и выглядят черными на светлом фоне. Цветные дисплеи появились, когда размеры ячейки удалось значительно уменьшить и снабдить каждую цветным фильтром. Кроме того, в современных ЖК мониторах используется задняя подсветка.

Для подсветки используется обычно 4 или 6 ламп и зеркала для более обеспечения равномерности. В основе работы ЖК-панели - поляризация света. На пути светового потока две поляризационные пленки с перпендикулярными направлениями поляризации. То есть в сумме эти две пленки задерживают весь свет. Расположенные между пленками жидкие кристаллы разворачивают часть потока, поляризованного первой пленкой, и таким образом регулируют свечение экрана.

Схема субпикселя ЖК-матрицы.
Каждый пиксель составляют синий, красный и зеленый субпиксели

Слой жидкокристаллического вещества «зажат» между двумя направляющими пленками с мельчайшими засечками, по направлению которых и выстраиваются кристаллы. Изменить направление ориентации кристаллов можно, например, с помощью электрического импульса, как это и делается в матрицах ЖК-мониторов. В современных матрицах каждая ячейка имеет собственный транзистор, резистор и конденсатор. Собственно в цветных матрицах каждый пиксель представляет собой три ячейки: красную, зеленую и синюю.

Матрица TN. Самая старая и самая распространенная

Самый старый тип матриц, из тех, которые сейчас применяются - TN. Название технологии расшифровывается как Twisted Nematic. Нематические жидкокристаллические субстанции состоят из продолговатых кристаллов с пространственной ориентацией, но без жесткой структуры. Такое вещество легко поддается внешним воздействиям.

В матрицах TN кристаллы выстроены параллельно плоскости экрана, а верхний и нижний слой кристаллов повернуты перпендикулярно относительно друг друга. Все остальные «скручены» по спирали. Таким образом, весь пропущенный свет так же скручивается и беспрепятственно проходит через внешнюю поляризующую пленку. Так что в выключенном состоянии ячейка TN матрицы светится, а при подаче напряжения кристаллы постепенно проворачиваются. Чем выше напряжение, тем больше кристаллов разворачивается, и тем меньше проходит света. Как только все кристаллы развернутся параллельно световому потоку, ячейка «закрывается». Но для TN матриц добиться идеально черного цвета очень трудно.

Кристаллы в матрице TN "скручены" по спирали (1).
При подаче напряжения они начинают поворачиваться (2).
Когда все кристаллы перпендикулярны поверхности (3), свет не проходит.

Главная проблема TN матриц в несогласованности поворота кристаллов: одни уже развернуты полностью, другие только начали поворачиваться. Из-за этого происходит рассеивание светового потока и, в конечном счете, картинка под разными углами выглядит не одинаково. Горизонтальные углы обзора современных матриц можно считать приемлемыми, но при повороте по вертикали даже в небольших пределах, искажения существенные. Цветопередача матриц TN далека от идеальной - они в принципе не могут выводить полную палитру цветов, компенсирую недостаток оттенков с помощью хитрых алгоритмов. Такие алгоритмы с частотой не заметной глазу воспроизводят в ячейке попеременно оттенки, ближайшие к тому, который воспроизвести не удается. Зато технология TN обеспечивает максимальную скорость срабатывания ячейки, минимальное энергопотребление и максимально дешева. Эти два обстоятельства и делают самую старую технологию самой популярной и самой распространенной.

IPS. Идеально для фото и графики. Но дорого

Второй по времени разработки стала технология IPS (In Plane Switch). Такие матрицы производят заводы Hitachi, LG.Philips. NEC производит матрицы сделанные по сходной технологии, но с собственной аббревиатурой SFT (Super Fine TFT).

Как следует из названия технологии, все кристаллы расположены постоянно параллельно плоскости панели и поворачиваются одновременно. Для этого пришлось расположить на нижней стороне каждой ячейки по два электрода. В выключенном состоянии ячейка черная, так что если она «умерла», на экране будет черная точка. А не постоянно светящаяся, как у TN.

В матрице IPS кристаллы всегда параллельны поверхности экрана

IPS технология обеспечивает наилучшую цветопередачу и максимальные углы обзора. Из существенных недостатков - болшее, чем у TN , время отклика, более заметная межпиксельная сетка и высокая цена. Улучшенные матрицы получили название S -IPS и SA -SFT (соответственно у LG .Philips и NEC ). Они обеспечивают уже приемлемое время отклика на уровне 25 мс, а новейшие и того меньше - 16 мс. Благодаря хорошей цветопередаче и углам обзора IPS матрицы стали стандартом для графических профессиональных мониторов.

MVA/PVA. Разумный компромисс?

Как компромисс между TN и IPS можно рассматривать разработанную Fujitsu технологию VA (Vertical Alignment). В матрицах VA кристаллы в выключенном состоянии расположены перпендикулярно плоскости экрана. Соответственно черный цвет обеспечивается максимально чистый и глубокий. Но при повороте матрицы относительно направления взгляда, кристаллы будут видны не одинаково. Для решения проблемы применяется мультидоменная структура. Разработанная Fujitsu технология Multi-Domain Vertical Alignment (MVA) предусматривает выступы на обкладках, которые определяют направление поворота кристаллов. Если два поддомена поворачивается в противоположных направлениях, то при взгляде сбоку один из них будет темнее, а другой светлее, таким образом для человеческого глаза отклонения взаимно компенсируются. В матрицах PVA , разработанных Samsung нет выступов, и в выключенном состоянии кристаллы строго вертикальны. Для того, чтобы кристаллы соседних субдоменов поворачивались в противоположных направлениях, нижние электроды сдвинуты относительно верхних.

В матрицах VA типа в выключенном состоянии кристаллы перпендикулярны поверхности экрана

Для уменьшения времени отклика в матрицах Premium MVA и S -PVA применяется система динамического повышения напряжения для отдельных участков матрицы, которую обычно называют Overdrive . Цветопередача матриц PMVA и SPVA почти так же хороша как и у IPS , время отклика немного уступает TN , углы обзора максимально широкие, черный цвет наилучший, яркость и контраст максимально возможные среди всех существующих технологий. Однако даже при небольшом отклонении направления взгляда от перпендикуляра, даже на 5–10 градусов можно заметить искажения в полутонах. Для большинства это останется незамеченным, но профессиональные фотографы продолжают за это недолюбливать технологии VA .

Что выбрать?

Для домашнего использования и для работы в офисе часто цена является решающим аргументом, и из-за этого мониторы с матрицей TN пользуются максимальной популярностью. Они обеспечивают приемлемое качество изображения при минимальном времени отклика, что является критически важным параметром для любителей динамичных игр. PVA и MVA матрицы не столь широко распространены из-за более высокой цены. Они обеспечивают очень высокий контраст (особенно PVA ), большой запас по яркости и хорошую цветопередачу. В качестве основы для домашнего мультимедийного центра (замена телевизора), это лучший выбор. Матрицы IPS все реже устанавливаются в мониторы с диагональю до 20 дюймов. По качеству лучшие модели S -IPS и SA -SFT не уступают CRT мониторам и все чаще применяются профессионалами в области фото, полиграфии и дизайна. Практические рекомендации по выбору монитора можно прочитать в статье «Выбираем ЖК-монитор. Что предпочесть фотографу, геймеру и домохозяйке?»

Немного помечтаем

Совсем недавно, т.е. лет 15 назад, вряд ли многие предполагали, что ЖК-мониторы смогут вытеснить кинескопные. Качество LCD было низким, а цена крайне высокой. Но и сейчас нельзя назвать технологию производства панелей на жидких кристаллах идеальной. Для улучшения цветопередачи, увеличения контрастности и обеспечения равномерности подсветки в профессиональном NEC Reference 21 применена диодная подсветка. Стоит этот монитор около $6000 и пока его можно считать скорее полиграфическим оборудованием, чем компьютерной перефирией. Но мы знаем множество примеров, когда профессиональные технологии "спускаются" к любителям.

Многие крупные компании (Sanyo, Samsung, Epson) разрабатывают экраны на основе OLED - органических кристаллов. Сами кристаллы испускают свет при подаче напряжения, эти экраны чрезвычайно экономичные, яркие и контрастные. Но пока применяются только в мелкой портативной технике из-за дороговизны и технических проблем, связанных с долговечностью, воспроизведением некоторых цветов. В совсем отдаленной перспективе могут появиться и абсолютно новые технологии, о которых сейчас слышали только специалисты, а экран можно будет свернуть в трубочку или наклеить на стену. А может быть и не будет мониторов в нашем привычном понимании? А может быть, все перейдут на проекторы? И в качестве экрана можно будет использовать практически любую поверхность. Заманчивая перспектива.

Создание жидкокристаллического дисплея

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК-дисплей был представлен в 1971 году и тогда он получил горячее одобрение. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании. Первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах. Современные ЖК мониторы также называют плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами. Идея ЖК мониторов витала в воздухе более 30 лет, но проводившиеся исследования не приводили к приемлемому результату, поэтому ЖК мониторы не завоевали репутации устройств, обеспечивающих хорошее качество изображения. Сейчас они становятся популярными - всем нравится их изящный вид, тонкий стан, компактность, экономичность (15-30 ватт), кроме того, считается, что только обеспеченные и серьезные люди могут позволить себе такую роскошь

Характеристики ЖК мониторов

Виды ЖК мониторов

Составные слои монитора

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра. В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.

Разрешение монитора

От размера монитора зависят и занимаемое им рабочее пространство, и, что немаловажно, его цена. Несмотря на устоявшуюся классификацию ЖК-мониторов в зависимости от размера экрана по диагонали (15-, 17-, 19-дюймовые), более корректной является классификация по рабочему разрешению. Дело в том, что, в отличие от мониторов на основе ЭЛТ, разрешение которых можно менять достаточно гибко, ЖК-дисплеи имеют фиксированный набор физических пикселей. Именно поэтому они рассчитаны на работу только с одним разрешением, называемым рабочим. Косвенно это разрешение определяет и размер диагонали матрицы, однако мониторы с одинаковым рабочим разрешением могут иметь разную по размерам матрицу. Например, мониторы с диагональю от 15 до 16 дюймов в основном имеют рабочее разрешение 1024Ѕ768, а это означает, что у данного монитора действительно физически содержится 1024 пикселя по горизонтали и 768 пикселей по вертикали. Рабочее разрешение монитора определяет размер иконок и шрифтов, которые будут отображаться на экране. К примеру, 15-дюймовый монитор может иметь рабочее разрешение и 1024Ѕ768, и 1400Ѕ1050 пикселей. В последнем случае физические размеры самих пикселей будут меньшими, а поскольку при формировании стандартной иконки в обоих случаях используется одно и то же количество пикселей, то при разрешении 1400Ѕ1050 пикселей иконка по своим физическим размерам окажется меньше. Для некоторых пользователей слишком маленькие размеры иконок при высоком разрешении монитора могут оказаться неприемлемыми, поэтому при покупке монитора нужно сразу обращать внимание на рабочее разрешение. Конечно же, монитор способен выводить изображение и в другом, отличном от рабочего разрешении. Такой режим работы монитора называют интерполяцией. В случае интерполяции качество изображения оставляет желать лучшего. Режим интерполяции заметно сказывается на качестве отображения экранных шрифтов.

Интерфейс монитора

ЖК-мониторы по своей природе являются цифровыми устройствами, поэтому «родным» интерфейсом для них считается цифровой интерфейс DVI, который может обладать двумя видами конвекторов: DVI-I, совмещающим цифровой и аналоговый сигналы, и DVI-D, передающим только цифровой сигнал. Считается, что для соединения ЖК-монитора с компьютером более предпочтителен интерфейс DVI, хотя допускается подключение и через стандартный D-Sub-разъем. В пользу DVI-интерфейса говорит и то, что в случае аналогового интерфейса происходит двойное преобразование видеосигнала: сначала цифровой сигнал преобразуется в аналоговый в видеокарте (ЦАП-преобразование), который затем трансформируется в цифровой электронным блоком самого ЖК-монитора (АЦП-преобразование), вследствие чего возрастает риск различных искажений сигнала. Многие современные ЖК-мониторы обладают как D-Sub-, так и DVI-коннекторами, что позволяет одновременно подключать к монитору два системных блока. Также можно найти модели, имеющие два цифровых разъема. В недорогих офисных моделях в основном присутствует только стандартный D-Sub-разъем.

Тип ЖК матрицы

Базовым компонентом ЖК-матрицы являются жидкие кристаллы. Существует три основных типа жидких кристаллов: смектические, нематические и холестерические. По электрическим свойствам все жидкие кристаллы делятся на две основные группы: к первой относятся жидкие кристаллы с положительной диэлектрической анизотропией, ко второй - с отрицательной диэлектрической анизотропией. Разница заключается в том, как эти молекулы реагируют на внешнее электрическое поле. Молекулы с положительной диэлектрической анизотропией ориентируются вдоль силовых линий поля, а молекулы с отрицательной диэлектрической анизотропией - перпендикулярно силовым линиям. Нематические жидкие кристаллы обладают положительной диэлектрической анизотропией, а смектические, наоборот, - отрицательной. Другое замечательное свойство ЖК-молекул заключается в их оптической анизотропии. В частности, если ориентация молекул совпадает с направлением распространения плоскополяризованного света, то молекулы не оказывают никакого воздействия на плоскость поляризации света. Если же ориентация молекул перпендикулярна направлению распространения света, то плоскость поляризации поворачивается таким образом, чтобы быть параллельной направлению ориентации молекул. Диэлектрическая и оптическая анизотропия ЖК-молекул дает возможность использовать их в качестве своеобразных модуляторов света, позволяющих формировать требуемое изображение на экране. Принцип действия такого модулятора довольно прост и основан на изменении плоскости поляризации проходящего через ЖК-ячейку света. ЖК-ячейка располагается между двумя поляризаторами, оси поляризации которых взаимно перпендикулярны. Первый поляризатор вырезает плоскополяризованное излучение из проходящего от лампы подсветки света. Если бы не было ЖК-ячейки, то такой плоскополяризованный свет полностью поглотился бы вторым поляризатором. ЖК-ячейка, размещенная на пути проходящего плоскополяризованного света, может поворачивать плоскость поляризации проходящего света. В таком случае часть света проходит через второй поляризатор, то есть ячейка становится прозрачной (полностью или частично). В зависимости от того, каким образом осуществляется управление поворотом плоскости поляризации в ЖК-ячейке, различают несколько типов ЖК-матриц. Итак, ЖК-ячейка, помещаемая между двумя скрещенными поляризаторами, позволяет модулировать проходящее излучение, создавая градации черно-белого цвета. Для получения цветного изображения необходимо применение трех цветных фильтров: красного (R), зеленого (G) и голубого (B), которые, будучи установленными на пути распространения белого цвета, позволят получить три базовых цвета в нужных пропорциях. Итак, каждый пиксель ЖК-монитора состоит из трех отдельных субпикселов: красного, зеленого и голубого, представляющих собой управляемые ЖК-ячейки и различающихся только используемыми фильтрами, установленными между верхней стеклянной пластиной и выходным поляризующим фильтром

Классификация TFT-LCD дисплеев

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

TN-матрица

Структура TN-ячейки

Жидкокристаллическая матрица TN-типа (Twisted Nematic) представляет собой многослойную структуру, состоящую из двух поляризующих фильтров, двух прозрачных электродов и двух стеклянных пластинок, между которыми располагается собственно жидкокристаллическое вещество нематического типа с положительной диэлектрической анизотропией. На поверхность стеклянных пластин наносятся специальные бороздки, что позволяет создать первоначально одинаковую ориентацию всех молекул жидких кристаллов вдоль пластины. Бороздки на обеих пластинах взаимно перпендикулярны, поэтому слой молекул жидких кристаллов между пластинами изменяет свою ориентацию на 90°. Получается, что ЖК-молекулы образуют скрученную по спирали структуру (рис. 3), из-за чего такие матрицы и получили название Twisted Nematic. Стеклянные пластины с бороздками располагаются между двух поляризационных фильтров, причем ось поляризации в каждом фильтре совпадает с направлением бороздок на пластине. В обычном состоянии ЖК-ячейка является открытой, поскольку жидкие кристаллы поворачивают плоскость поляризации проходящего через них света. Поэтому плоскополяризованное излучение, образующееся после прохождения первого поляризатора, пройдет и через второй поляризатор, так как ось его поляризации будет параллельна направлению поляризации падающего излучения. Под воздействием электрического поля, создаваемого прозрачными электродами, молекулы жидкокристаллического слоя меняют свою пространственную ориентацию, выстраиваясь вдоль направления силовых линий поля. В этом случае жидкокристаллический слой теряет способность поворачивать плоскость поляризации падающего света, и система становится оптически непрозрачной, так как весь свет поглощается выходным поляризующим фильтром. В зависимости от приложенного напряжения между управляющими электродами можно менять ориентацию молекул вдоль по полю не полностью, а лишь частично, то есть регулировать степень скрученности ЖК-молекул. Это, в свою очередь, позволяет менять интенсивность света, проходящего через ЖК-ячейку. Таким образом, установив лампу подсветки позади ЖК-матрицы и меняя напряжение между электродами, можно варьировать степень прозрачность одной ЖК-ячейки. TN-матрицы являются наиболее распространенными и дешевыми. Им свойственны определенные недостатки: не очень большие углы обзора, невысокая контрастность и невозможность получить идеальный черный цвет. Дело в том, что даже при приложении максимального напряжения к ячейке невозможно до конца раскрутить ЖК-молекулы и сориентировать их вдоль силовых линий поля. Поэтому такие матрицы даже при полностью выключенном пикселе остаются слегка прозрачными. Второй недостаток связан с небольшими углами обзора. Для частичного его устранения на поверхность монитора наносится специальная рассеивающая пленка, что позволяет увеличить угол обзора. Данная технология получила название TN+Film, что указывает на наличие этой пленки. Узнать, какой именно тип матрицы применяется в мониторе, не так-то просто. Однако если на мониторе имеется «битый» пиксель, возникший вследствие выхода из строя управляющего ЖК-ячейкой транзистора, то в TN-матрицах он всегда будет ярко гореть (красным, зеленым или синим цветом), поскольку для TN-матрицы открытый пиксель соответствует отсутствию напряжения на ячейке. Распознать TN-матрицу можно и посмотрев на черный цвет при максимальной яркости - если он скорее серый, чем черный, то это, вероятно, именно TN-матрица.

IPS-матрицы

Структура IPS-ячейки

Мониторы с IPS-матрицей называют также Super TFT-мониторами. Отличительной особенностью IPS-матриц является то, что управляющие электроды расположены в них в одной плоскости на нижней стороне ЖК-ячейки. При отсутствии напряжения между электродами ЖК-молекулы расположены параллельно друг другу, электродам и направлению поляризации нижнего поляризующего фильтра. В этом состоянии они не влияют на угол поляризации проходящего света, и свет полностью поглощается выходным поляризующим фильтром, поскольку направления поляризации фильтров перпендикулярны друг другу. При подаче напряжения на управляющие электроды создаваемое электрическое поле поворачивает ЖК-молекулы на 90° так, что они ориентируются вдоль силовых линий поля. Если через такую ячейку пропустить свет, то за счет поворота плоскости поляризации верхний поляризующий фильтр пропустит свет без помех, то есть ячейка окажется в открытом состоянии (рис. 4). Варьируя напряжение между электродами, можно заставлять ЖК-молекулы поворачиваться на любой угол, меняя тем самым прозрачность ячейки. Во всем остальном IPS-ячейки подобны TN-матрицам: цветное изображение также формируется за счет использования трех цветовых фильтров. IPS-матрицы имеют как преимущества, так и недостатки по сравнению с TN-матрицами. Преимуществом является тот факт, что в данном случае получается идеально черный цвет, а не серый, как в TN-матрицах. Другим неоспоримым преимуществом данной технологии являются большие углы обзора. К недостаткам IPS-матриц стоит отнести большее, чем для TN-матриц, время реакции пикселя. Впрочем, к вопросу о времени реакции пикселя мы еще вернемся. В заключение отметим, что существуют различные модификации IPS-матриц (Super IPS, Dual Domain IPS), позволяющие улучшить их характеристики.

MVA-матрицы

Доменная структура MVA-ячейки

MVA является развитием технологии VA, то есть технологии с вертикальным упорядочиванием молекул. В отличие от TN- и IPS-матриц, в данном случае используются жидкие кристаллы с отрицательной диэлектрической анизотропией, которые ориентируются перпендикулярно к направлению линий электрического поля. В отсутствие напряжения между обкладками ЖК-ячейки все жидкокристаллические молекулы ориентированы вертикально и не оказывают никакого влияния на плоскость поляризации проходящего света. Поскольку свет проходит через два скрещенных поляризатора, он полностью поглощается вторым поляризатором и ячейка оказывается в закрытом состоянии, при этом, в отличие от TN-матрицы, возможно получение идеально черного цвета. Если к электродам, расположенным сверху и снизу, прикладывается напряжение, молекулы поворачиваются на 90°, ориентируясь перпендикулярно к линиям электрического поля. При прохождении плоскополяризованного света через такую структуру плоскость поляризации поворачивается на 90° и свет свободно походит через выходной поляризатор, то есть ЖК-ячейка оказывается в открытом состоянии. Достоинствами систем с вертикальным упорядочиванием молекул являются возможность получения идеально черного цвета (что, в свою очередь, сказывается на возможности получения высококонтрастных изображений) и малое время реакции пикселя. С целью увеличения углов обзора в системах с вертикальным упорядочиванием молекул используется мультидоменная структура, что и приводит к созданию матриц типа MVA. Смысл этой технологии заключается в том, что каждый субпиксел разбивается на несколько зон (доменов) с использованием специальных выступов, которые несколько меняют ориентацию молекул, заставляя их выравниваться по поверхности выступа. Это приводит к тому, что каждый такой домен светит в своем направлении (в пределах некоторого телесного угла), а совокупность всех направлений расширяет угол обзора монитора. К достоинствам MVA-матриц следует отнести высокую контрастность (благодаря возможности получения идеально черного цвета) и большие углы обзора (вплоть до 170°). В настоящее время существует несколько разновидностей технологии MVA, например PVA (Patterned Vertical Alignment) компании Samsung, MVA-Premium и др., которые в еще большей степени повышают характеристики MVA-матриц.

Яркость

Сегодня в ЖК-мониторах максимальная яркость, заявляемая в технической документации, составляет от 250 до 500 кд/м2. И если яркость монитора достаточна высока, то это обязательно указывается в рекламных буклетах и преподносится как одно из основных преимуществ монитора. Впрочем, как раз в этом кроется один из подводных камней. Парадокс заключается в том, что ориентироваться на цифры, указанные в технической документации, нельзя. Это касается не только яркости, но и контраста, углов обзора и времени реакции пикселя. Мало того, что они могут вовсе не соответствовать реально наблюдаемым значениям, иногда вообще трудно понять, что означают эти цифры. Прежде всего, существуют разные методики измерения, описанные в различных стандартах; соответственно измерения, проводимые по разным методикам, дают различные результаты, причем вы вряд ли сможете выяснить, по какой именно методике и как проводились измерения. Вот один простой пример. Измеряемая яркость зависит от цветовой температуры, но когда говорят, что яркость монитора составляет 300 кд/м2, то возникает вопрос: при какой цветовой температуре достигается эта самая максимальная яркость? Более того, производители указывают яркость не для монитора, а для ЖК-матрицы, что совсем не одно и то же. Для измерения яркости используются специальные эталонные сигналы генераторов с точно заданной цветовой температурой, поэтому характеристики самого монитора как конечного изделия могут существенно отличаться от заявленных в технической документации. А ведь для пользователя первостепенное значение имеют характеристики собственно монитора, а не матрицы. Яркость является для ЖК-монитора действительно важной характеристикой. К примеру, при недостаточной яркости вы вряд ли сможете играть в различные игры или просматривать DVD-фильмы. Кроме того, окажется некомфортной работа за монитором в условиях дневного освещения (внешней засветки). Однако делать на этом основании вывод, что монитор с заявленной яркостью 450 кд/м2 чем-то лучше монитора с яркостью 350 кд/м2, было бы преждевременно. Во-первых, как уже отмечалось, заявленная и реальная яркость - это не одно и то же, а во-вторых, вполне достаточно, чтобы ЖК-монитор имел яркость 200-250 кд/м2 (но не заявленную, а реально наблюдаемую). Кроме того, немаловажное значение имеет и тот факт, каким образом регулируется яркость монитора. С точки зрения физики регулировка яркости может производиться путем изменения яркости ламп подсветки. Это достигается либо за счет регулировки тока разряда в лампе (в мониторах в качестве ламп подсветки используются лампы дневного света с холодным катодом Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL), либо за счет так называемой широтно-импульсной модуляции питания лампы. При широтно-импульсной модуляции напряжение на лампу подсветки подается импульсами определенной длительности. В результате лампа подсветки светится не постоянно, а только в периодически повторяющиеся интервалы времени, но за счет инертности зрения создается впечатление, что лампа горит постоянно (частота следования импульсов составляет более 200 Гц). Очевидно, что, меняя ширину подаваемых импульсов напряжения, можно регулировать среднюю яркость свечения лампы подсветки. Кроме регулирования яркости монитора за счет лампы подсветки, иногда это регулировка осуществляется самой матрицей. Фактически, к управляющему напряжению на электродах ЖК-ячейки добавляется постоянная составляющая. Это позволяет полностью открывать ЖК-ячейку, но не позволяет полностью ее закрывать. В этом случае при увеличении яркости черный цвет перестает быть черным (матрица становится частично прозрачной даже при закрытой ЖК-ячейке).

Контрастность

Не менее важной характеристикой ЖК-монитора является его контрастность, которая определяется как отношение яркости белого фона к яркости черного фона. Теоретически контрастность монитора не должна зависеть от установленного на мониторе уровня яркости, то есть при любом уровне яркости измеренный контраст должен иметь одно и то же значение. Действительно, яркость белого фона пропорциональна яркости лампы подсветки. В идеальном случае отношение коэффициентов пропускания света ЖК-ячейкой в открытом и закрытом состоянии является характеристикой самой ЖК-ячейки, однако на практике это отношение может зависеть и от установленной цветовой температуры, и от установленного уровня яркости монитора. За последнее время контрастность изображения на цифровых мониторах заметно выросла, и сейчас этот показатель нередко достигает значения 500:1. Но и здесь все не так просто. Дело в том, что контраст может указываться не для монитора, а для матрицы. Впрочем, как показывает опыт, если в паспорте указывается контраст более 350:1, то этого вполне достаточно для нормальной работы.

Угол обзора

Максимальный угол обзора (как по вертикали, так и по горизонтали) определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения в центре составляет не менее 10:1. Некоторые производители матриц при определении углов обзора используют контрастность не 10:1, а 5:1, что также вносит некоторую путаницу в технические характеристики. Формальное определение углов обзора довольно туманно и, что самое главное, не имеет прямого отношения к правильности цветопередачи при просмотре изображения под углом. На самом деле для пользователей куда более важным обстоятельством является тот факт, что при просмотре изображения под углом к поверхности монитора происходит не падение контрастности, а цветовые искажения. К примеру, красный цвет превращается в желтый, а зеленый - в синий. Причем подобные искажения у разных моделей проявляются по-разному: у некоторых они становятся заметными уже при незначительном угле, много меньшем угла обзора. Поэтому сравнивать мониторы по углам обзора в принципе неправильно. Сравнить-то можно, но вот практического значения такое сравнение не имеет.

Время реакции пикселя

Типичная временная диаграмма включения пикселя для TN+Film-матрицы

Типичная временная диаграмма выключения пикселя для TN+Film-матрицы

Время реакции, или время отклика пикселя, как правило, указывается в технической документации на монитор и считается одной из важнейших характеристик монитора (что не совсем верно). В ЖК-мониторах время реакции пикселя, которое зависит от типа матрицы, измеряется десятками миллисекунд (в новых TN+Film-матрицах время реакции пикселя составляет 12 мс), а это приводит к смазанности меняющейся картинки и может быть заметно на глаз. Различают время включения и время выключения пикселя. Под временем включения пикселя понимается промежуток времени, необходимый для открытия ЖК-ячейки, а под временем выключения - промежуток времени, необходимый для ее закрытия. Когда же говорят о времени реакции пикселя, то понимают суммарное время включения и выключения пикселя. Время включения пикселя и время его выключения могут существенно различаться. Когда говорят о времени реакции пикселя, указываемом в технической документации на монитор, то имеют в виду время реакции именно матрицы, а не монитора. Кроме того, время реакции пикселя, указываемое в технической документации, различными производителями матриц трактуется по-разному. К примеру, один из вариантов трактовки времени включения (выключения) пикселя заключается в том, что это время изменения яркости пикселя от 10 до 90% (от 90 до 10%). До сих пор, говоря об измерении времени реакции пикселя, подразумевается, что речь идет о переключениях между черным и белым цветами. Если с черным цветом вопросов не возникает (пиксель просто закрыт), то выбор белого цвета не очевиден. Как будет меняться время реакции пикселя, если измерять его при переключении между различными полутонами? Этот вопрос имеет огромное практическое значение. Дело в том, что переключение с черного фона на белый или, наоборот, в реальных приложениях встречается сравнительно редко. В большинстве приложений реализуются, как правило, переходы между полутонами. И если время переключения между черным и белым цветами окажется меньше, чем время переключения между градациями серого, то никакого практического значения время реакции пикселя иметь не будет и ориентироваться на эту характеристику монитора нельзя. Какой же вывод можно сделать из вышеизложенного? Все очень просто: заявляемое производителем время реакции пикселя не позволяет однозначно судить о динамической характеристике монитора. Более правильно в этом смысле говорить не о времени переключения пикселя между белым и черным цветами, а о среднем времени переключения пикселя между полутонами.

Количество отображаемых цветов

Все мониторы по своей природе являются RGB-устройствами, то есть цвет в них получается за счет смешения в различных пропорциях трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Таким образом, каждый ЖК-пиксель состоит из трех цветных субпикселов. Кроме полностью закрытого или полностью открытого состояния ЖК-ячейки, возможны и промежуточные состояния, когда ЖК-ячейка частично открыта. Это позволяет формировать цветовой оттенок и смешивать цветовые оттенки базовых цветов в нужных пропорциях. При этом количество воспроизводимых монитором цветов теоретически зависит от того, сколько цветовых оттенков можно сформировать в каждом цветовом канале. Частичное открытие ЖК-ячейки достигается за счет подачи требуемого уровня напряжения на управляющие электроды. Поэтому количество воспроизводимых цветовых оттенков в каждом цветовом канале зависит от того, сколько различных уровней напряжений можно подавать на ЖК-ячейку. Для формирования произвольного уровня напряжения потребуется использование схем ЦАП с большой разрядностью, что крайне дорого. Поэтому в современных ЖК-мониторах чаще всего применяют 18-битные ЦАП и реже - 24-битные. При использовании 18-битной ЦАП на каждый цветовой канал приходится по 6 бит. Это позволяет сформировать 64 (26=64) различных уровня напряжения и соответственно получить 64 цветовых оттенка в одном цветовом канале. Всего же за счет смешения цветовых оттенков разных каналов возможно создание 262 144 цветовых оттенков. При использовании 24-битной матрицы (24-битная схема ЦАП) на каждый канал приходится по 8 бит, что позволяет сформировать уже 256 (28=256) цветовых оттенков в каждом канале, а всего такая матрица воспроизводит 16 777 216 цветовых оттенков. В то же время для многих 18-битных матриц в паспорте указывается, что они воспроизводят 16,2 млн. цветовых оттенков. В чем же тут дело и возможно ли такое? Оказывается, что в 18-битных матрицах за счет всяческих ухищрений можно приблизить количество цветовых оттенков к тому, что воспроизводится настоящими 24-битными матрицами. Для экстраполяции цветовых оттенков в 18-битных матрицах используются две технологии (и их комбинации): dithering (дизеринг) и FRC (Frame Rate Control). Суть технологии дизеринга заключается в том, что недостающие цветовые оттенки получают за счет смешения ближайших цветовых оттенков соседних пикселов. Рассмотрим простой пример. Предположим, что пиксель может находиться только в двух состояниях: открытом и закрытом, причем закрытое состояние пикселя формирует черный цвет, а открытое - красный. Если вместо одного пикселя рассмотреть группу из двух пикселов, то, кроме черного и красного, можно получить еще и промежуточный цвет, осуществив тем самым экстраполяцию от двухцветного режима к трехцветному. В результате если первоначально такой монитор мог генерировать шесть цветов (по два на каждый канал), то после такого дизеринга он будет воспроизводить уже 27 цветов. Схема дизеринга имеет один существенный недостаток: увеличение цветовых оттенков достигается за счет уменьшения разрешения. Фактически при этом увеличивается размер пикселя, что может негативно сказаться при прорисовке деталей изображения. Суть технологии FRC заключается в манипуляции яркостью отдельных субпикселов с помощью их дополнительного включения/выключения. Как и в предыдущем примере, считается, что пиксель может быть либо черным (выключен), либо красным (включен). Каждый субпиксел получает команду на включение с частотой кадровой развертки, то есть при частоте кадровой развертки 60 Гц каждый субпиксел получает команду на включение 60 раз в секунду. Это позволяет генерировать красный цвет. Если же принудительно заставлять включаться пиксель не 60 раз в секунду, а только 50 (на каждом 12-м такте производить не включение, а выключение пикселя), то в результате яркость пикселя составит 83% от максимальной, что позволит сформировать промежуточный цветовой оттенок красного. Оба рассмотренных метода экстраполяции цвета имеют свои недостатки. В первом случае - это возможное мерцание экрана и некоторое увеличение времени реакции, а во втором - вероятность потери деталей изображения. Отличить на глаз 18-битную матрицу с экстраполяцией цвета от истинной 24-битной довольно сложно. При этом стоимость 24-битной матрицы значительно выше.

Принцип действия TFT-LCD дисплеев

Общий принцип формирования изображения на экране хорошо иллюстрирует рис. 1. А вот как управлять яркостью отдельных субпикселей? Новичкам обычно объясняют так: за каждым субпикселем стоит жидкокристаллическая заслонка. В зависимости от приложенного к ней напряжения она пропускает больше или меньше света от задней лампы подсветки. И все сразу представляют себе некие заслонки на маленьких петельках, которые поворачиваются на нужный угол... примерно так:

На самом деле, конечно, всё гораздо сложнее. Нет никаких материальных заслонок на петлях. В реальной жидкокристаллической матрице световой поток управляется примерно так:

Свет от лампы подсветки (идём по картинке снизу вверх) первым делом проходит сквозь нижний поляризующий фильтр (белая заштрихованная пластина). Теперь это уже не обычный поток света, а поляризованный. Дальше свет проходит через полупрозрачные управляющие электроды (жёлтые пластинки) и встречает на своём пути слой жидких кристаллов. Изменением управляющего напряжения поляризацию светового потока можно менять на величину до 90 градусов (на картинке слева), или оставлять неизменной (там же справа). Внимание, начинается самое интересное! После слоя жидких кристаллов расположены светофильтры и тут каждый субпиксель окрашивается в нужный цвет – красный, зелёный или синий. Если посмотреть на экран, убрав верхний поляризующий фильтр – мы увидим миллионы светящихся субпикселей – и каждый светится с максимальной яркостью, ведь наши глаза не умеют различать поляризацию света. Иными словами, без верхнего поляризатора мы увидим просто равномерное белое свечение по всей поверхности экрана. Но стоит поставить верхний поляризующий фильтр на место – и он «проявит» все изменения, которые произвели с поляризацией света жидкие кристаллы. Некоторые субпиксели так и останутся ярко светящимися, как левый на рисунке, у которого поляризация была изменена на 90 градусов, а некоторые погаснут, ведь верхний поляризатор стоит в противофазе нижнему и не пропускает света с дефолтной (той, что по умолчанию) поляризацией. Есть и субпиксели с промежуточной яркостью – поляризация потока света, прошедшего через них, была развёрнута не на 90, а на меньшее число градусов, например, на 30 или 55 градусов.

Плюсы и минусы

Условные обозначения: (+) достоинство, (~) допустимо, (-) недостаток
	ЖК-мониторы	ЭЛТ-мониторы
Яркость	(+) от 170 до 250 Кд/м2	(~) от 80 до 120 Кд/м2
Контрастность	(~) от 200:1 до 400:1	(+) от 350:1 до 700:1
Угол обзора (по контрасту)	(~) от 110 до 170 градусов	(+) свыше 150 градусов
Угол обзора (по цвету)	(-) от 50 до 125 градусов	(~) свыше 120 градусов
Разрешение	(-) Одно разрешение с фиксированным размером пикселей. Оптимально можно использовать только в этом разрешении; в зависимости от поддерживаемых функций расширения или компрессии можно ис-пользовать более высокое или более низ-кое разрешение, но они не оптимальны.	(+) Поддерживаются различные разреше-ния. При всех поддерживаемых разреше-ниях монитор можно использовать опти-мальным образом. Ограничение наклады-вается только приемлемостью частоты регенерации.
Частота вертикальной развертки	(+) Оптимальная частота 60 Гц, чего дос-таточно для отсутствия мерцания	(~) Только при частотах свыше 75 Гц от-сутствует явно заметное мерцание
Ошибки совмещения цветов	(+) нет	(~) от 0.0079 до 0.0118 дюйма (0.20 - 0.30 мм)
Фокусировка	(+) очень хорошая	(~) от удовлетворительной до очень хоро-шей>
Геометрические/линейные искажения	(+) нет	(~) возможны
Неработающие пиксе-ли	(-) до 8	(+) нет
Входной сигнал	(+) аналоговый или цифровой	(~) только аналоговый
Масштабирование при разных разрешениях	(-) отсутствует или используются методы интерполяции, не требующие больших накладных расходов	(+) очень хорошее
Точность отображения цвета	(~) Поддерживается True Color и имитиру-ется требуемая цветовая температура	(+) Поддерживается True Color и при этом на рынке имеется масса устройств калиб-ровки цвета, что является несомненным плюсом
Гамма-коррекция (подстройка цвета под особенности человече-ского зрения)	(~) удовлетворительная	(+) фотореалистичная
Однородность	(~) часто изображение ярче по краям	(~) часто изображение ярче в центре
Чистота цвета/качество цвета	(~) хорошее	(+) высокое
Мерцание	(+) нет	(~) незаметно на частоте выше 85 Гц
Время инерции	(-) от 20 до 30 мсек.	(+) пренебрежительно мало
Формирование изображения	(+) Изображение формируется пикселями, число которых зависят только от конкретного разрешения LCD панели. Шаг пикселей зависит только от размера самих пикселей, но не от расстояния между ними. Каждый пиксель формируется индивидуально, что обеспечивает великолепную фокусировку, ясность и четкость. Изображение получается более целостным и гладким	(~) Пиксели формируются группой точек (триады) или полосок. Шаг точки или ли-нии зависит от расстояния между точками или линиями одного цвета. В результате четкость и ясность изображения сильно зависит от размера шага точки или шага линии и от качества ЭЛТ
Энергопотребление и излучения	(+) Практически никаких опасных электромагнитных излучений нет. Уровень потребления энергии примерно на 70% ниже, чем у стандартных CRT мониторов (от 25 до 40 Вт).	(-) Всегда присутствует электромагнитное излучение, однако их уровень зависит от того, соответствует ли ЭЛТ какому-либо стандарту безопасности. Потребление энергии в рабочем состоянии на уровне 60 - 150 Вт.
Размеры/вес	(+) плоский дизайн, малый вес	(-) тяжелая конструкция, занимает много места
Интерфейс монитора	(+) Цифровой интерфейс, однако, большинство LCD мониторов имеют встроенный аналоговый интерфейс для подключения к наиболее распространенным аналоговым выходам видеоадаптеров	(-) Аналоговый интерфейс

Литература

• А.В.Петроченков “Hardware-компьютер и периферия “, -106стр.ил.
• В.Э.Фигурнов “IBM PC для пользователя “, -67стр.
• “HARD "n" SOFT “ (компьютерный журнал для широкого круга пользователей) №6 2003г.
• Н.И.Гурин “Работа на персональном компьютере “,-128стр.

В наше время технологии не стоят на месте, они стремительно развиваются, благодаря чему в мир выходят все новые, удивительные и высокотехнологичные устройства. Это касается и технологий изготовления LCD мониторов, которые на сегодняшний день пользуются наибольшим распространением и имеют самые большие перспективы. Но каково же устройство ЖК монитора и в чем его преимущества? Именно об этом и пойдет речь в данной публикации.

1. Что такое ЖК монитор

Для начала стоит разобраться, что же такое ЖК монитор. Для этого нужно понять, что такое LCD-дисплей. Как вы, наверное, уже догадались LCD это некое сокращение, полностью название имеет следующий вид – Liquid Crystal Display. В переводе на русский язык это означает жидкокристаллический дисплей. Таким образом, становится понятно, что ЖК и LCD – это одно и то же.

Данная технология построена на использовании специальных молекул жидких кристаллов, которые имеют уникальные свойства. Такие мониторы отличаются рядом неоспоримых преимуществ. Для того чтобы их понять стоит более детально разобрать принцип работы ЖК мониторов.

2. Устройство LCD монитора и принцип его работы

Как уже говорилось выше, для изготовления ЖК-дисплея используются специальные вещества, которые называются цианофенилами. Они находятся в жидком состоянии, однако при этом они имеют уникальные свойства, которые присущи кристаллическим телам. По сути – это такая жидкость, которая имеет анизотропию свойств, в частности оптических. Эти свойства связаны с упорядоченностью в ориентации молекул.

Принцип работы жидкокристаллических мониторов основывается на поляризационных свойствах молекул кристаллов. Эти молекулы способны пропускать исключительно ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой располагается в параллельной оптической плоскости поляроида (молекулы кристалла). Другие световые спектры кристаллы не пропускают. Другими словами, цианофенилы являются световыми фильтрами, пропускающими только определенный световой спектр – один из основных цветов. Такой эффект и называется поляризацией света.

Благодаря тому, что длинные молекулы жидких кристаллов меняют свое расположение в зависимости от электромагнитного поля, появилась возможность управления поляризацией. То есть в зависимости от силы воздействующего электромагнитного поля на циенофенилы они меняют свое расположение и форму, тем самым меняя углы преломления света и меняя свою поляризацию. Именно благодаря сочетанию электрооптических свойств кристаллов и способности принимать форму сосуда такие молекулы получили название – жидкие кристаллы.

Именно на таких свойствах и основывается принцип работы LCD монитора. Благодаря изменению силы электромагнитного поля молекулы жидких кристаллов меняют свое положение. Таким образом, формируется изображение.

2.1. Матрица ЖК-дисплея

Матрица ЖК мониторы – это массив, состоящий из множества мельчайших сегментов, которые имеют название – пиксели. Каждым из этих пикселей можно управлять в отдельности, благодаря чему и возникает определенная картинка. Матрица LCD монитора состоит из нескольких слоев. Ключевая роль принадлежит двум панелям, которые изготовлены из свободного от натрия, а также абсолютно чистого стеклянного материала. Этот материал имеет название субстрат (или в народе – подложка). Именно между этими двумя слоями и располагается тончайший слой жидких кристаллов.

Помимо этого на панелях имеются специальные бороздки, которые контролируют кристаллы, задавая им нужную ориентацию (положение). Эти бороздки расположены параллельно друг другу на панели и перпендикулярны расположению бороздок на другой панели. То есть, на одной панели они горизонтальны, а на другой вертикальны. Если посмотреть на экран через увеличительное стекло, то можно будет увидеть тончайшие полоски (вертикально и горизонтально). Они образуют маленькие квадратики – это и есть пиксели. Они бывают и круглой формы, но в подавляющем большинстве – квадратные.

Освещение жидкокристаллических панелей может реализовываться двумя способами:

• Отражение света;
• Прохождение света.

При этом плоскость поляризации световых потоков может поворачиваться на 90˚ в момент прохождения через одну панель.

В случае возникновения электрического поля, молекулы кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль этого поля. При этом угол поворота плоскости поляризации световых потоков меняется, и становится отличным от 90˚. Благодаря этому свет беспрепятственно проходит сквозь молекулы.

Такой поворот плоскости абсолютно невозможно заметить невооруженным глазом. Из-за этого появилась потребность в добавлении к стеклянным панелям еще двух других слоев, которые играют роль поляризационных фильтров. Они пропускают исключительно такие спектры световых лучей, ось поляризации которых соответствует установленному значению. Другими словами, благодаря дополнительным панелям в момент прохождения света через поляризатор он будет ослаблен. Интенсивность света зависит от угла между плоскостью поляризации (дополнительных панелей) и осью поляризатора (основные стеклянные панели).

Если напряжение отсутствует, то ячейка будет абсолютно прозрачной, так как первый поляризатор исключительно тот свет, который имеет соответствующее направление поляризации. Направление поляризации задается молекулами жидких кристаллов, и к тому времени, как свет поступит ко второму поляризатору, он уже будет повернут, чтобы пройти через него без затруднений.

В случае воздействия электрического поля поворот вектора поляризации осуществляется на меньший угол. Это в свою очередь делает второй поляризатор частично прозрачным для потоков света. Если сделать так, что поворот плоскости поляризации в молекулах жидких кристаллов вовсе будет отсутствовать, то свет будет полностью поглощаться вторым поляризатором. Другими словами при освещении задней части дисплея передняя часть будет качаться абсолютно черной.

2.2. Управление поляризацией в ЖК мониторах при помощи электродов

Учитывая это, разработчики оснастили дисплеи достаточным количеством электродов, которые создают разные электромагнитные поля в отдельных частях экрана (в каждом пикселе). Благодаря такому решению они достигли возможности, в условиях правильного управления потенциалами этих электродов, воспроизводить на экране дисплея буквы, и даже сложные разноцветные картинки. Эти электроды могут обладать любой формой и располагаются в прозрачном пластике.

Благодаря современным новшествам в технологии, электроды имеют весьма небольшие размеры – их практически не видно не вооруженным глазом. Благодаря этому на относительно небольшой площади дисплея можно разместить достаточно большое количество электродов, что позволяет увеличить разрешение ЖК-дисплея. Это в свою очередь позволяет улучшить качество отображаемой картинки и воспроизводить даже самые сложные картинки.

2.3. Получение цветного изображения

Принцип работы жидкокристаллических мониторов заключается в довольно сложных процессах. Однако благодаря этому пользователь получает высокое качество изображения на своем мониторе. Для того чтобы отображать цветную картинку, дисплею LCD необходима задняя подсветка, благодаря которой свет будет исходить из задней части экрана. Это позволяет пользователям наблюдать максимально высокое качество изображения, даже в условиях затемненной окружающей среды.

Принцип работы ЖК мониторов для вывода цветной картинки основывается на применении все тех же трех основных цветов:

• Синий;
• Зеленый;
• Красный.

Для получения этих спектров используется три фильтра, отсеивающие остальные спектры видимого излучения. При помощи комбинирования этих цветов для каждого пикселя (ячейки) достигается возможность вывода полноценной цветной картинки.

На сегодняшний день существует два способа для получения цветной картинки:

• Использование нескольких фильтров, расположенных друг за другом. Это приводит к малой доле пропускаемого света.
• Использование свойств молекул жидких кристаллов. Для отражения (или поглощения) излучения нужной длины можно изменять силу напряжения электромагнитного поля, которое влияет на расположение молекул жидких кристаллов, тем самым фильтруя излучение.

Каждый производитель выбирает свой вариант получения цветного изображения. Стоит отметить, что первый способ более простой, однако второй – более эффективный. Также стоит отметить, что для повышения качества изображения в современных ЖК-дисплеях, которые обладают высоким разрешением экрана, используется технология STN, позволяющая поворачивать плоскости поляризации света в кристаллах на 270˚. Также были разработаны такие типы матриц как TFT и IPS.

Именно TFT и IPS матрицы пользуются наибольшим распространением в наше время.

TFT – это Thin Film Transistor. Другими словами – это тонкопленочный транзистор, который управляет пикселем. Толщина такого транзистора составляет 0,1-0,01 микрон. Благодаря этой технологии появилась возможность достичь еще более высокого качества изображения путем управления каждым пикселем.

Технология IPS – это самая новая разработка, позволяющая достичь наивысшего качества изображения. Она предоставляет максимальные углы обзора, однако имеет большее время отклика. То есть медленнее реагирует на изменения напряжения. Однако разница во времени между 5 мс и 14 мс абсолютно не видна.

Теперь вы знаете, как работает ЖК монитор. Однако это еще не все. Существует такое понятие как частота обновления экрана.

3. Частота обновления экрана ЖК монитора

Частота обновления экрана – это характеристика, которая обозначает количество возможных изменений изображения в секунду – количество кадров в секунду. Измеряется этот показатель в Гц. Частота обновления экрана влияет на качество изображение, в частности на плавность движений. Максимальный видимый предел частоты составляет 120 Гц. Частоту выше этого предела мы увидеть не сможем, поэтому увеличивать ее нет смысла. Однако для того, чтобы монитор смог работать на такой частоте необходима мощная видеокарта, которая сможет выдавать те же 120 Гц с запасом.

Помимо этого, частота обновления экрана влияет на органы зрения и даже на психику. Выражается такое воздействие в первую очередь на усталости глаз. При низкой частоте мерцания глаза быстро устают и начинают болеть. Кроме этого, у людей со склонностью к эпилепсии могут вызываться припадки. Однако в современных LCD мониторах используются специальные лампы для подсветки матрицы, которые имеют частоту свыше 150 Гц, а указываемая частота обновления больше влияет на скорость смены картинки, но не на мерцание дисплея. Поэтому LCD мониторы меньше всего влияют на органы зрения и организм человека.

4. Как работает LCD-дисплей: Видео

4.1. Требуемая частота монитора для просмотра 3D

Для использования активных и поляризационных 3D очков используются LCD матрицы, имеющие частоту обновления экрана 120 Гц. Это необходимо для того, чтобы разделить изображения для каждого глаза, при этом частота для каждого глаза должна составлять не менее 60 Гц. Мониторы с частотой 120 Гц можно использовать и для обычных 2D фильмов или для игр. При этом плавность движений заметно лучше, нежели в мониторах с частотой 60 Гц.

Помимо этого, в таких мониторах используются специальные лампы или LED (светодиоды) подсветка, имеющая еще более высокую частоту мерцания, которая составляет около 480 Гц. Это в свою очередь существенно уменьшает нагрузку на органы зрения.

В современных мониторах можно встретить два метода реализации подсветки матрицы:

• LED – светодиодная подсветка;
• Люминесцентные лампы.

Все крупные производители переходят на использование LED подсветки, так как она имеет значительные преимущества перед люминесцентными лампами. Они ярче, компактнее, экономичнее и позволяют достичь более равномерного распределения света.

Благодаря использованию новейших технологий ЖК-мониторы абсолютно не уступают своим прямым конкурентам – плазменным панелям, а в некоторых случаях даже превосходят их.