Жидкокристаллические дисплеи

Существуют альтернативные конструкции средств отображения, основанные на других физических явлениях. Позаимствовав технологию у изготовителей плоских индикационных панелей, некоторые компании разработали жидкокристаллические дисплеи, называемые также LCD-дисплеями (Liquid-Crystal Display). Для них характерен безбликовый плоский экран и низкая потребляемая мощность (некоторые модели таких дисплеев потребляют 5 Вт, в 806 Глава 15. Видеоадаптеры и мониторы то время как мониторы с электронно-лучевой трубкой — порядка 100 Вт). По качеству цветопередачи жидкокристаллические панели с активной матрицей в настоящее время превосходят большинство моделей мониторов с электронно-лучевой трубкой.

Следует отметить, что разрешающая способность жидкокристаллических экранов, как правило, ниже, чем у типичных электронно-лучевых трубок, и стоят устройства намного до роже. Существует несколько разновидностей жидкокристаллических дисплеев: монохромный с пассивной матрицей, цветной с пассивной матрицей, цветной (аналоговый) с активной матрицей и самый современный цветной (цифровой) с активной матрицей.

В жидкокристаллическом экране поляризационный светофильтр создает две раздельные световые волны и пропускает только ту, у которой плоскость поляризации параллельна его оси. Располагая в жидкокристаллическом мониторе второй светофильтр так, чтобы его ось была перпендикулярна оси первого, можно полностью предотвратить прохождение света (экран будет темным). Вращая ось поляризации второго фильтра, т.е. изменяя угол между осями светофильтров, можно изменить количество пропускаемой световой энергии, а значит, и яркость экрана. В цветном жидкокристаллическом экране есть еще один дополнительный светофильтр, который имеет три ячейки на каждый пиксель изображения — по одной для отображения красной, зеленой и синей точек. Световая волна проходит через жидкокристаллическую ячейку, причем каждый цвет име ет свою ячейку. Жидкие кристаллы представляют собой стержнеобразные молекулы, свойства которых подобны жидкости. Это вещество свободно пропускает свет, плоскость поляризации которого параллельна оптической оси, но под воздействием электрического заряда молекулы изменяют свою ориентацию. Одновременно меняется ориентация плоскости поляризации проходящей через нее световой волны. Хотя в монохромном жидкокристаллическом мониторе нет цветофильтров, в нем на один элемент разложения приходится несколько жидкокристаллических ячеек для передачи градаций серого цвета.

В жидкокристаллических мониторах с пассивной матрицей яркостью каждой ячейки управляет электрический заряд (точнее, напряжение), протекающий через транзисторы, номера которых равны номерам строки и столбца данной ячейки в матрице экрана. Количество транзисторов (по строкам и столбцам) и определяет разрешение экрана. Например, экран с разрешением 800?600 содержит 800 транзисторов по горизонтали и 600 по вертикали. Ячейка реагирует на поступающий импульс напряжения таким образом, что поворачивается плоскость поляризации проходящей световой волны, причем угол поворота тем больше, чем выше напряжение. Полная переориентация всех кристаллов ячейки соответствует, например, состоянию включено и определяет максимальный контраст изображения — разницу яркости по отношению к соседней ячейке, которая находится в состоянии выключено. Таким образом, чем больше перепад в ориентации плоскостей поляризации соседних ячеек, тем выше контраст изображения. На ячейки жидкокристаллического монитора с пассивной матрицей подается пульсирующее напряжение, поэтому они уступают по яркости изображения жидкокристаллическим мониторам с активной матрицей, в каждую ячейку которых подается постоянное напряжение. Для повышения яркости изображения в некоторых конструкциях используется метод управления, получивший название двойное сканирование, и соответствующие ему устройства — жидкокристаллические мониторы с двойным сканированием (double-scan LCD). Экран разбивается на две половины (верхнюю и нижнюю), которые работают независимо, что приводит к сокращению интервала между импульсами, поступающими на ячейку. Двойное сканирование не только повышает яркость изображения, но и снижает время реакции экрана, поскольку сокращает время создания нового изображения. Поэтому жидкокристаллические мониторы с двойным сканированием больше подходят для создания быстро изменяющихся изображений, например телевизионных.

В жидкокристаллических мониторах с активной матрицей каждой ячейкой управляет от дельный транзисторный ключ. Например, дисплей с активной матрицей 1 024?768 содержит 786 432 транзисторов. Это обеспечивает более высокую яркость изображения, чем в жидкокристаллических мониторах с пассивной матрицей, поскольку каждая ячейка оказывается под воздействием постоянного, а не импульсного электрического поля. При этом, естественно, активная матрица потребляет больше энергии. Кроме того, наличие отдельного транзисторного ключа для каждой ячейки усложняет производство таких приборов и делает их более дорогостоящими.

В жидкокристаллических мониторах как с активной, так и с пассивной матрицей второй поляризационный светофильтр управляет количеством света, проходящим через ячейку. В цветных жидкокристаллических мониторах на один пиксель приходится три ячейки, и, управляя их яркостью, можно добиться различного цвета изображения на экране. В настоящее время наибольшую популярность завоевали жидкокристаллические мониторы с пассивной матрицей и двойным сканированием, поскольку по качеству изображения они приблизились к экранам с активной матрицей, а стоят не намного дороже обычных жидкокристаллических мониторов с пассивной матрицей.

Серьезной проблемой, возникающей при производстве экранов с активной матрицей, является высокий процент отбраковки при выходном контроле: в панелях обнаруживается слишком много неработающих ячеек (в основном из-за неисправных транзисторов). Это де лает их значительно дороже, так как стоимость отбракованной продукции входит в стоимость качественной. Лучшие цветные дисплеи — это дисплеи с активной матрицей, или тонкопленочные транзисторные (TFT), в которых каждым пикселем управляют три транзистора (для красного, зеленого и синего цвета). Мониторы с активной матрицей по яркости изображений намного превосходят пассивные дисплеи, и потому изображения на них легко видны под углом.