Все о дисплеях на жидких кристаллах

8502 просмотров
0 комментариев

В 1970 годах фирма Radio Corporation of America выпустила первый монохромный экран на жидких кристаллах. Эффективность жидкокристаллических дисплеев оценили и стали использовать в калькуляторах, часах и измерительном оборудовании, а вскоре разработали и матричные дисплеи, которые смогли воспроизводить изображение в чёрно-белом формате. И вот фирма Sharp в 1987 году презентовала первый отображающий изображение в цвете, дисплей, обладающий диагональю в 3 дюйма и созданный на основе жидких кристаллов.

Грандиозное скачкообразное развитие дисплеи получили с разработкой и выпуском первых ноутбуков. Первоначально матрицы в них использовались черно-белые, затем сменились на цветные, но исключительно «пассивного» вида. Они достаточно терпимо показывали статические картинки, но даже при незначительном движении они размазывались и на дисплее нельзя было ничего рассмотреть. Разумеется, это существенно ограничило возможность эксплуатации таких экранов. В результате усиленной работы учёными были созданы жидкокристаллические матрицы «активной» разновидности. Дисплеи, использующие подобные матрицы, могли неплохо показывать движущиеся изображения, что послужило толчком к выпуску стационарных мониторов.

Устройство

Конструкционно дисплей состоит из жидкокристаллической матрицы (пластинами из стекла, между их слоями и помещены жидкие кристаллы), подсветки, шлейфа подключения и корпуса.

Пиксели в ЖК-матрице состоят из молекул, расположенных между электродами, имеющих абсолютную прозрачность, и 2 фильтров поляризации. Если бы жидкокристаллическая прослойка отсутствовала, то световое излучение, проходящее сквозь первый фильтр почти целиком поглощалось другим фильтром.

Электроды, имеющие контакт с кристаллами, преднамеренно изготовлены для ориентирования молекул в единой направленности. В матрице типа TN она имеет взаимную перпендикулярность, вследствие чего молекулы, на которые не подаётся напряжение, собираются в структурную форму, напоминающую винт. Подобная структура обеспечивает преломление светового излучения так, что до следующего фильтра поляризационная плоскость изменяется и свет минует его без изменений. Если не учитывать поглощённую половину неполяризованного излучения первоначальным фильтром, ячейку условно можно посчитать прозрачной.

При подаче к электродам напряжения, молекулы стараются построиться по линии электронных полей, что искривляет структуру винта. В то же время силы упругости сопротивляются этому, и при выключении напряжения структура возвращает себе в первоначальный вид. При соответствующем напряжении почти вся молекулярная структура станет параллельной, что приведёт к утрате ею прозрачности. Дозируя напряжение, можно регулировать уровнем прозрачности.

При непрерывной подаче напряжения на протяжении длительного отрезка времени, кристаллическая структура может разрушиться в результате ионной миграции. Для предотвращения этого используется ток переменной частоты или модификация полярности поля при всяком запросе к ячейке.

Осуществляется управление ячейками в матрице строго индивидуально, но при большом их числе эта задача становится очень трудной, потому что увеличивается количество необходимых электродов. Вследствие чего почти всюду используется адресация по строкам и столбцам.

Достоинства и пороки дисплеев

К достоинствам относятся:

  • небольшой размер и вес по сравнению с электронными;
  • отсутствует мерцание монитора;
  • дефективности фокуса лучей;
  • отсутствуют электромагнитные помехи;
  • чёткое и качественное изображения;
  • Потребление энергии ЖК-дисплеями, как правило, существенно ниже.

Но имеются и пороки, зачастую трудноустранимые, к примеру:

  • отображение качественного изображения исключительно в определённом разрешении;
  • низкая контрастность и глубинность чёрного тона;
  • неравномерность однородных цветов;
  • действительная быстрота смены кадров существенно ниже, нежели у ЭЛТ и дисплеев на основе плазмы.
  • контрастность изображения зависит от обзорных углов;
  • слабая защищённость матрицы от механических повреждений;
  • наблюдается проблема пикселей, имеющих дефекты.
  • пиксельная деградация жидкокристаллических мониторов, хотя быстрота деградирования у них самая низкая из всех, исключая дисплеи, использующие лазерные технологии, которые такой деградации не подвержены.

Наибольшую перспективность на данный момент имеет технология, которая сможет сменить жидкокристаллические мониторы, OLED дисплеев, обладающая матрицей со светодиодами, имеющими органическое происхождение. Тем не менее она натолкнулась на множество осложнений при изготовлении в массовом порядке, в особенности для матриц, обладающих значительной диагональю.

В 2010-х годах наибольшую распространённость получили жидкокристаллические дисплеи, обладающие подсветкой из единственного или малого количества светодиодов (LED). Подобные дисплеи (часто их называют LED TV или LED-дисплеями) не стоит спутывать с подлинными LED-дисплеями, в которых любой пиксель обладает собственным свечением, и по сути является микроскопическим светодиодом.