LCD панель – это важнейшая составляющая каждого ЖК телевизора и монитора. Такие устройства являются наиболее распространенными на отечественном рынке благодаря целому ряду неоспоримых преимуществ. Современные технологии довели качество изображения ЖК-дисплеев до высочайшего уровня, что позволило LCD-дисплеям конкурировать с плазменными панелями.
Чтобы понять, какие преимущества характерны LCD панелям, следует понять, что это вообще такое.
1. Панели LCD
LCD панель (более известное название – матрица) – это массив мельчайших ячеек, заполненных специальным веществом, именуемым жидкие кристаллы. Как вы уже догадались, название LCD – это сокращение от Liquid crystal display, что в переводе на Русский язык означает жидкокристаллический дисплей. Это означает, что ЖК и LCD – это одно и то же.
Технология получила такое название благодаря использованию специального вещества, которое постоянно находится в жидком состоянии, и при этом имеет оптические свойства, характерные кристаллам. Под воздействием электричества молекулы жидких кристаллов способны менять свое расположение, преломляя при этом проходящий свет. Именно на этом свойстве и построен принцип работы LCD панели.
1.2. Устройство ЖК панели
Тонкий слой жидких кристаллов находится между специальными стеклянными панелями. Эти панели в свою очередь располагаются между двумя поляризационными фильтрами. Плоскости поляризации этих фильтров перпендикулярны относительно друг друга. Это означает, что свет, который проходит через первый фильтр, полностью. Блокируется вторым.
В спокойном состоянии молекулы жидких кристаллов имеют определенное расположение, которое задается микро бороздками, расположенными на контактирующих поверхностях стеклянных панелей. Такое расположение позволяет преломлять свет, проходящий от первого фильтра так, чтобы он спокойно проходил через второй. Однако если подать напряжение на жидкие кристаллы они изменят свое положение и угол преломления света. Это позволит изменить плоскость излучения так, чтобы второй поляризационный фильтр полностью либо частично пропускал или блокировал свет.
Другими словами, изменяя уровень напряжения можно изменить расположение молекул жидких кристаллов и задать определенный угол преломления света, что позволяет излучению проходить или блокироваться вторым фильтром. Именно так и возникает изображение на экране монитора. Конечно, для вывода разноцветной фотографии добавляется еще несколько фильтров. Кроме этого, изменять напряжение необходимо не на всей плоскости панели, а на отдельных ее частях.
Если посмотреть на экран через увеличительное стекло, можно заметить некоторые квадратики. Они называются пикселями (или ячейками). Система современных телевизоров сделана так, что напряжение можно изменить в каждом таком квадрате в отдельности. При этом, чем мельче ячейка, тем более четкое и точное изображение может отобразить экран.
1.3. Виды ЖК-панелей
Конечно же, все ЖК панели сделаны по одному принципу, однако, они могут иметь некоторые отличия и особенности работы. От этого зависит и качество изображения, и технические характеристики монитора (или телевизора). На сегодняшний день наибольшим распространением пользуются два типа LCD-панелей:
- TN+Film.
Конечно, современные технологии делают оба этих типа достаточно качественными и практически равными друг другу. Однако, разница между ними все же есть. Поэтому выбор зависит от определенных условий использования. К примеру, IPS матрицы имеют наиболее естественную цветопередачу, из-за чего пользуются спросом среди людей, занимающихся обработкой изображений и фотографий. Однако при этом такие дисплеи имеют медленный отклик, из-за чего они не способны отображать видео с большим количеством кадров. Говоря о большом количестве кадров, следует понимать не 24 и 25 кадров, а 120 и более.
Также стоит понимать, что такие измерения проводятся при помощи специального оборудования, а вот в домашних условиях невооруженным глазом разницу заметить практически невозможно.
TN+Film панели имеют быстрый отклик, из-за чего такие матрицы больше подходят для игроманов и любителей фильмов с яркими спецэффектами. Но как уже говорилось, IPS экраны не сильно уступают TN. Более того, благодаря современным технологиям удалось повысить время отклика IPS матриц, что сделало их явным лидером. Именно поэтому все больше производителей отдают предпочтение именно IPS технологии.
2. Сенсорная LCD панель. Использование для моделирования: Видео
Также ЖК панели могут иметь различный тип подсветки. Это имеет непосредственное воздействие на качество изображения. На сегодняшний день существует два типа подсветки:
- LED – светодиодная подсветка;
- Люминесцентные лампы.
Второй тип считается устаревшим, и все реже используется производителями. А вот LED подсветка – это новое решение, которое позволило решить массу проблем и тем самым улучшить качество изображения.
Современные жидкокристаллические панели составляют достойную конкуренцию плазменным панелям, а в некоторых областях даже превосходят их. При этом стоимость ЖК телевизора существенно ниже плазменного устройства. Это не означает, что они хуже. Все объясняется тем, что сама технология производства имеет невысокую стоимость.
Конечно, стоит понимать, что не все ЖК панели одинаковы по качеству. Они также имеют различия, в зависимости от применяемых материалов. Это означает, что качество изображения на разных LCD панелях может быть разным. Перед приобретением такого телевизора или монитора следует изучать технические характеристики.
Изобретение относится к жидкокристаллической панели, применяемой в устройствах отображения различных электронных устройств. Сигнальная линия 13 счетчика выполнена на подложке 11 активной матрицы и электрически подсоединена к электроду счетчика. Катушка 14 сформирована с возможностью создания петли части сигнальной линии 13 счетчика в плоскости, параллельной подложке. Для формирования катушки 14 используют два слоя межсоединений, предусмотренных в подложке 11 активной матрицы. Технический результат - повышение качества отображения жидкокристаллического экрана. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к жидкокристаллической панели, используемой для устройства отображения различных электронных устройств.
Уровень техники
Электронному устройству необходимо иметь две особенности, касающиеся электрической помехи, то есть помеха, создаваемая устройством, должна быть такой маленькой, чтобы она не оказывала неблагоприятного воздействия на другие устройства и чтобы устройство не давало сбоя даже в том случае, если оно принимает определенное количество помехи от другого устройства (ЕМС - электромагнитная совместимость). В электронном устройстве, которое осуществляет беспроводную связь, и электронном устройстве, которое выполняет высокоскоростную операцию (например, мобильный телефон), даже если помеха, создаваемая другим устройством, отсекается, то помеха, создаваемая этими электронными устройствами, может оказывать неблагоприятное воздействие на функционирование устройств.
Например, в мобильном телефоне раскладного типа, показанном на фиг. 5, корпус 81 откидной крышки содержит жидкокристаллический модуль 83, и основной корпус 82 содержит ЦПУ 84, логическую схему 85, высокочастотную схему 86, антенну 87 связи и т.д. Для подсоединения жидкокристаллического модуля 83 в корпусе 81 откидной крышки к ЦПУ 84 в основном корпусе 82 между ними выполняют гибкую печатную схему (здесь и далее упоминаемую как ГПС) 88.
Антенна 87 связи излучает электромагнитные волны в соответствии с сигналом управления, подаваемым из высокочастотной схемы 86. Некоторые из излученных электромагнитных волн оказывают воздействие на межсоединения на ГПС 88, и, таким образом, помеха размещается на межсоединениях на ГПС 88. Например, межсоединения на ГПС 88 подсоединены к схеме управления жидкокристаллическим модулем. Если помеха размещается на межсоединениях, то помеха также размещается на напряжении электродов счетчика жидкокристаллической панели через схему управления жидкокристаллическим модулем, и, соответственно, напряжение, прикладываемое к жидкому кристаллу, становится нестабильным, ухудшая качество отображения жидкокристаллического экрана. В качестве способа для решения этой проблемы широко известен способ, в котором противопомеховые компоненты (например, блокировочный конденсатор или синфазная дроссельная катушка) выполнены на сигнальных линиях, из которых необходимо устранить влияние помехи. В мобильном телефоне, показанном на фиг. 5, противопомеховые компоненты можно выполнить на ГПС 88.
Следует отметить, что в отношении настоящего изобретения настоящего применения патентный документ 1 описывает, что для того чтобы получить значение реактивного сопротивления в картине подложки, как показано на фиг. 6, картины 92а-92d С-образных катушек сформированы на поверхностях реактивных слоев 90а-90с встроенной многослойной подложки 90 и картины 92а-92d катушек подсоединены с помощью встроенных межслойных отверстий 93а-93с, посредством чего спиралевидная катушка сформирована как единое целое.
Патентные документы
[Патентный документ 1]
Японская выложенная заявка на патент №2001-77538.
Сущность изобретения
Задачи, которые будут решены настоящим изобретением
В последние годы был более интенсивный спрос на миниатюризацию электронных устройств, и также был интенсивный спрос на помехоустойчивость электронных устройств. Между тем, существует ограничение на область монтажа компонентов на ГПС. Следовательно, выполнение противопомеховых компонентов на ГПС во всех известных случаях стало более трудным. Кроме того, другая проблема заключается в том, что обеспечение противопомеховых компонентов повышает стоимость электронных устройств.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы выполнить жидкокристаллическую панель, которая является высокопомехоустойчивой даже без обеспечения противопомеховых компонентов.
Средство для решения задач
Согласно первому аспекту настоящего изобретения выполнена жидкокристаллическая панель, имеющая структуру, в которой жидкий кристалл располагается между парой подложек, причем жидкокристаллическая панель включает в себя: подложку активной матрицы, имеющую множество пиксельных схем, сформированных на стеклянной подложке, причем каждая пиксельная схема включает в себя коммутирующий элемент и пиксельный электрод; и подложку счетчика, имеющую электрод счетчика, сформированный на другой стеклянной подложке, причем электрод счетчика обращен к пиксельным электродам, в которой подложка активной матрицы включает в себя катушку, сформированную с возможностью создания петли части, по меньшей мере, одной сигнальной линии счетчика, электрически подсоединенной к электроду счетчика и линии подачи питания, на подложке в плоскости, параллельной подложке.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, в первом аспекте настоящего изобретения катушка сформирована с использованием части сигнальной линии счетчика и выполнена между внешним выводом, подсоединенным к сигнальной линии счетчика, и точкой подсоединения между сигнальной линией счетчика и электродом счетчика, причем точка подсоединения является самой близкой к внешнему выводу.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, в первом аспекте настоящего изобретения сигнальная линия счетчика включает в себя петлеобразное межсоединение, окружающее область, где расположены пиксельные схемы, и катушка сформирована с использованием части сигнальной линии счетчика.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, в первом аспекте настоящего изобретения коммутирующие элементы сформированы с использованием двух слоев межсоединений, выполненных в подложке активной матрицы, и катушка сформирована с помощью электрического соединения межсоединений, выполненных, соответственно, в двух слоях межсоединений.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения, в четвертом аспекте настоящего изобретения катушка сформирована путем соединения межсоединений, выполненных, соответственно, в двух слоях межсоединений, с использованием межслойного соединяющего элемента.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения, в четвертом аспекте настоящего изобретения катушка сформирована путем выполнения, соответственно, двух слоев межсоединений с межсоединениями, которые находятся в прямом контакте друг с другом.
Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения, в первом аспекте настоящего изобретения подложка активной матрицы включает в себя, в качестве катушки, множество одновитковых катушек, подсоединенных последовательно.
Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения, в седьмом аспекте настоящего изобретения одновитковые катушки включают в себя катушку, имеющую определенное направление намотки, и катушку, имеющую обратное направление намотки.
Эффект изобретения
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения, путем вставки катушки последовательно с сигнальной линией счетчика или линией подачи питания на подложке активной матрицы помеха, размещенная на этих межсоединениях, устраняется, позволяя увеличить помехоустойчивость жидкокристаллической панели. Путем вставки катушки последовательно с сигнальной линией счетчика помеха, размещенная на напряжении электродов счетчика, устраняется, и, таким образом, напряжение, прикладываемое к жидкому кристаллу, стабилизируется, позволяя повысить качество отображения жидкокристаллического экрана. Путем вставки катушки последовательно с линией подачи напряжения помеха, размещенная на линии подачи напряжения, устраняется, и, таким образом, стабилизируется напряжение подачи питания, позволяя повысить качество отображения жидкокристаллического экрана. Кроме того, так как катушка сформирована с возможностью создания петли сигнальной линии счетчика или линии подачи питания на подложке активной матрицы, нет необходимости выполнять противопомеховые компоненты вокруг жидкокристаллической панели. Соответственно, можно получить жидкокристаллическую панель, которая является высокопомехоустойчивой даже без выполнения противопомеховых компонентов.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, путем вставки катушки между внешним выводом, подсоединенным к сигнальной линии счетчика, и точкой подсоединения между сигнальной линией счетчика и электродом счетчика, причем точка подсоединения является самой близкой к внешнему выводу, помеха, размещенная на напряжении выводов счетчика, более эффективно устраняется, позволяя дополнительно повысить качество отображения жидкокристаллического экрана.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, даже в случае, когда ток протекает через сигнальную линию счетчика, включающую себя петлеобразное межсоединение, благодаря электромагнитной индукции, и помеха размещается, соответственно, на напряжении электродов счетчика, помеха устраняется путем вставки катушки последовательно с сигнальной линией счетчика, позволяя повысить качество отображения жидкокристаллического экрана.
Согласно четвертому - шестому аспектам настоящего изобретения, предоставляя возможность создания петли сигнальной линии счетчика и линии подачи напряжения в плоскости, параллельной подложке, использующей два слоя межсоединений, выполненных в подложке активной матрицы, можно легко сформировать катушку, имеющую функцию устранения помехи.
Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения, предоставляя возможность создания петель сигнальной линии счетчика или линии подачи напряжения на подложке активной матрицы в плоскости, параллельной подложке, можно легко сформировать множество одновитковых катушек, подсоединенных последовательно, каждая из которых имеет функцию устранения помехи.
Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения, в результате формирования композиции из двух типов одновитковых катушек, имеющих различные направления намотки, вырабатываются два типа магнитных потоков с различными направлениями, когда ток протекает через катушки, уменьшая утечку внешнего магнитного потока благодаря связи магнитных потоков, посредством чего можно уменьшить внешнее влияние.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - покомпонентный вид в перспективе, показывающий конфигурацию жидкокристаллической панели, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - схема соединений схем, сформированных на жидкокристаллической панели (фиг. 1).
Фиг. 3 - вид в плоскости катушки, вставленной в сигнальную линию счетчика жидкокристаллической панели (фиг. 1).
Фиг. 4 - вид в перспективе катушки, вставленной в сигнальную линию счетчика жидкокристаллической панели (фиг. 1).
Фиг. 5 - блок-схема, показывающая образцовую конфигурацию мобильного телефона.
Фиг. 6 - схема, показывающая образцовую катушку известной печатной платы.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 изображен покомпонентный вид в перспективе, показывающий конфигурацию жидкокристаллической панели, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 изображена жидкокристаллическая панель 10, согласно настоящему варианту осуществления, и гибкая печатная схема (ГПС) 19, подсоединенная к жидкокристаллической панели 10. Как показано на фиг. 1, жидкокристаллическая панель 10 включает в себя подложку 11 активной матрицы и подложку 12 счетчика. Подложка 11 активной матрицы является таковой, что множество пиксельных схем, каждая из которых включает в себя переключающий элемент и пиксельный электрод, сформировано на стеклянной подложке. Подложка 12 счетчика является таковой, что электрод счетчика, обращенный к пиксельным электродам, сформирован на другой стеклянной подложке. Жидкий кристалл (не показан) заполнен между подложкой 11 активной матрицы и подложкой 12 счетчика. Как таковая, жидкокристаллическая панель 10 имеет структуру, в которой жидкий кристалл расположен между парой подложек.
На фиг. 2 изображена схема соединений схем, сформированных на жидкокристаллической панели 10. Электрод 24 счетчика, показанный на фиг. 2, сформирован, по существу, на всей поверхности подложки 12 счетчика. Элементы 25-28 подсоединения подложки к подложке выполнены между подложкой 11 активной матрицы и подложкой 12 счетчика и в позициях, соответствующих четырем углам электрода 24 счетчика. Другие компоненты, показанные на фиг. 2, сформированы на подложке 11 активной матрицы.
На подложке 11 активной матрицы сформировано множество сканирующих сигнальных линий Gi, параллельных друг другу, и множество сигнальных линий Sj данных, параллельных друг другу и перпендикулярно пересекающих сканирующие сигнальные линии Gi. Сканирующие сигнальные линии Gi и сигнальные линии Sj данных подсоединены к внешним выводам (не показаны), выполненным на подложке 11 активной матрицы, или схеме возбуждения (не показана), сформированной на подложке 11 активной матрицы. Сканирующие сигнальные линии Gi и сигнальные линии Sj данных возбуждаются с помощью схемы возбуждения, выполненной снаружи жидкокристаллической панели 10, или схемы возбуждения, которая интегрально сформирована с жидкокристаллической панелью 10.
Пиксельные схемы 20 сформированы рядом с соответствующими пересечениями сканирующих сигнальных линий Gi и сигнальных линий Sj данных. Каждая пиксельная схема 20 включает в себя тонкопленочный транзистор (здесь и далее упоминаемый как ТПТ) 21, который функционирует как переключающий элемент, пиксельный электрод 22 и дополнительная емкость 23. Электрод затвора ТПТ 21 подсоединен к соответствующей сканирующей сигнальной линии Gi, электрод истока подсоединен к соответствующей сигнальной линии Sj данных, и электрод стока подсоединен к пиксельному электроду 22 и одному электроду вспомогательной емкости 23. Другой электрод вспомогательной емкости 23 подсоединен к сигнальной линии 13 счетчика. Электрод 24 счетчика расположен напротив всех пиксельных электродов 22, посредством чего жидкокристаллическая емкость сформирована для каждой пиксельной схемы.
Сигнальная линия 13 счетчика включает в себя петлеобразное межсоединение, окружающее область, где расположены пиксельные схемы 20, и межсоединения, пересекающие область, где расположены пиксельные схемы 20 (межсоединения параллельны сканирующим сигнальным линиям Gi). Один конец петлеобразного межсоединения выполнен с внешним выводом Vcom1, и другой конец выполнен с внешним выводом Vcom2. К внешним выводам Vcom1 и Vcom2 подается одинаковое напряжение из схемы управления жидкокристаллического модуля (не показано), который расположен на ГПС 19. Петлеобразное межсоединение подсоединено в середине к элементам 25-28 подсоединения подложки к подложке в четырех местоположениях. Таким образом, посредством электрического подсоединения электрода 24 счетчика к внешним выводам Vcom1 и Vcom2 через элементы 25-28 подсоединения подложки к подложке и сигнальной линии 13 счетчика требуемое напряжение (напряжение электрода счетчика) можно приложить к электроду 24 счетчика снаружи. Следует отметить, что причина, почему напряжение электрода счетчика прикладывается вышеописанным способом, заключается в поддержании напряжения электрода счетчика постоянным независимо от местоположений электрода 24 счетчика.
Сигнальная линия 13 счетчика сформирована так, чтобы часть ее создавала маленькие петли в плоскости, параллельной подложке 11 активной матрицы. Катушка 14 за счет этого вставляется последовательно с сигнальной линией 13 счетчика. В жидкокристаллической панели 10 сигнальная линия 13 счетчика и электрод 24 счетчика электрически подсоединены друг к другу в четырех местоположениях. Из четырех точек соединения точка подсоединения, присутствующая в местоположении элемента 28 подсоединения подложки к подложке, является самой близкой к внешнему выводу Vcom2. Принимая это в расчет, катушка 14 сформирована между внешним выводом Vcom2 и точкой подсоединения, присутствующей в местоположении элемента 28 подсоединения подложки к подложке. В жидкокристаллической панели 10 катушка 14, как таковая, сформирована с возможностью создания петель части сигнальной линии 13 счетчика в плоскости, параллельной к подложке 11 активной матрицы, и между внешним выводом Vcom2 и точкой подсоединения между сигнальной линией 13 счетчика и электродом 24 счетчика, причем точка подсоединения является самой близкой к внешнему выводу Vcom2.
Фиг. 3 представляет собой вид в плоскости катушки 14, и фиг.4 представляет собой вид в перспективе катушки 14. Подложка 11 активной матрицы имеет два металлических слоя межсоединений (здесь и далее упоминаемые как первый слой межсоединения и второй слой межсоединения) для формирования ТПТ 21. Первый слой межсоединения используется для формирования электродов затвора ТПТ 21 и т.д., и второй слой межсоединения используется для формирования электродов истока ТПТ 21 и т.д. Как показано на фиг. 3 и 4, катушка 14 сформирована путем подсоединения межсоединений 31 первого слоя межсоединения к межсоединениям 32 второго слоя межсоединения с использованием контактов 33. Другими словами, катушка 14 сформирована посредством соединения с использованием межслойных соединяющих элементов, причем межсоединения 31 и 32 выполнены соответственно в двух слоях межсоединений, которые используются при формировании ТПТ 21.
Катушка 14, показанная на фиг. 3 и 4, включает в себя пять одновитковых катушек, подсоединенных последовательно. Пять одновитковых катушек включают в себя катушки, имеющие определенное направление намотки, и катушки, имеющие обратное направление намотки. Предпочтительно, чтобы число этих двух типов одновитковых катушек было по существу одинаковым (три катушки и две катушки в этом примере).
Следует отметить, что хотя катушка 14, показанная на фиг. 4, сформирована путем соединений межсоединений 31 и 32 с использованием контактов 33, катушку можно сформировать путем выполнения соответственно первого слоя межсоединения и второго слоя межсоединения с межсоединениями, которые находятся в прямом контакте друг с другом. Катушка, как таковая, сформирована с помощью электрического подсоединения межсоединений, которые выполнены, соответственно, в двух слоях межсоединений, предусмотренных в подложке активной матрицы.
Эффекты жидкокристаллической панели 10, согласно настоящему варианту осуществления, будут описаны ниже в сравнении с известной жидкокристаллической панелью, а не с катушкой 14. Здесь рассматривается случай, в котором известная жидкокристаллическая панель и жидкокристаллическая панель 10, согласно настоящему варианту осуществления, используются, по существу, включенными в жидкокристаллический модуль 83 мобильного телефона, показанного на фиг. 5. В мобильном телефоне, показанном на фиг. 5, жидкокристаллический модуль 83 и ЦПУ 84 содержится в различных корпусах, и они подсоединены друг к другу с использованием ГПС 88. Обычно межсоединения на ГПС 88 являются более длинными, чем межсоединения на жесткой подложке, и, таким образом, являются восприимчивыми к помехе. В дополнение, сигнальная линия 13 счетчика включает в себя петлеобразное межсоединение (смотри фиг. 1 и 2). При этих условиях ЦПУ 84 выполняет высокоскоростную операцию для выполнения функций мобильного телефона, и антенна 88 связи излучает электромагнитные волны в соответствии с сигналами управления, подаваемыми из высокочастотной схемы 86.
Когда ЦПУ 84 выполняет высокоскоростную операцию, высокочастотная энергия вырабатывается, и выработанная высокочастотная энергия излучается в виде электромагнитных волн из источника питания или земли. Межсоединения на ГПС 88 восприимчивы к помехе и, таким образом, действуют как антенна, которая принимает излученные электромагнитные волны. В результате этого высокочастотная помеха размещается на межсоединениях на ГПС 88, и, таким образом, напряжение питания, которое прикладывается к схеме управления жидкокристаллического модуля 83, становится нестабильным. Сигнальная линия 13 счетчика подсоединена к схеме управления жидкокристаллического модуля, предусмотренного на ГПС 88. Так как напряжение питания, которое подается на схему управления жидкокристаллического модуля, является нестабильным, высокочастотная помеха также размещается на напряжении электродов счетчика, которое выводится в сигнальную линию 13 счетчика.
Если магнитный поток электромагнитных волн, излученных из антенны 88 связи, проходит через петлеобразное межсоединение сигнальной линии 13 счетчика, то ток протекает через петлеобразное межсоединение вследствие электромагнитной индукции. Протекающий в это время индуцированный ток действует как высокочастотная помеха в токе, который предположительно протекает, по существу, через сигнальную линию 13 счетчика. Следовательно, высокочастотная помеха также размещена на напряжении электрода счетчика, прикладываемого к сигнальной линии 13 счетчика. При использовании известной жидкокристаллической панели, так как высокочастотная помеха размещена на напряжении электрода счетчика в вышеописанных двух цепях, напряжение, прикладываемое к жидкому кристаллу, становится нестабильным, ухудшая качество устройства отображения жидкокристаллического экрана.
С другой стороны, в жидкокристаллической панели 10, согласно настоящему варианту осуществления, за счет возможности создания петель части сигнальной линии 13 счетчика в плоскости, параллельной подложке 11 активной матрицы, катушка 14 вставляется последовательно с сигнальной линией 13 счетчика. Обычно, когда индуктивность катушки равна L и частота сигнала переменного тока (AC), протекающего через катушку, равна f, импеданс Z катушки имеет вид: Z=2πfL. Когда частота f сигнала АС увеличивается, импеданс Z возрастает, и, таким образом, катушка действует как сопротивление. Катушка, как таковая, обладает свойством, которое позволяет пропускать через нее низкочастотный сигнал, при этом преобразовывая высокочастотную помеху в тепло и, таким образом, отсекая высокочастотную помеху.
При выполнении жидкокристаллической панели 10, согласно настоящему варианту осуществления, определена частота отсечки в соответствии с частотой электромагнитных волн, излученных из электронного устройства, включающего в себя жидкокристаллическую панель 10, и определена индуктивность катушки 14. Затем, для того чтобы получить определенную индуктивность, определена конфигурация катушки 14 (количество одновитковых катушек, размер, ширина межсоединений, форма подсоединения и т.д.). При определении конфигурации катушки 14 учтены характеристики и толщина изолирующего слоя между двумя слоями межсоединений, выполненными в подложке 11 активной матрицы, и т.д.
Когда катушка 14, выполненная таким способом, вставляется последовательно с сигнальной линией 13 счетчика, даже в случае, когда ЦПУ 84 выполняет высокоскоростную операцию, и, таким образом, электромагнитные волны излучаются, высокочастотная помеха, размещенная на межсоединениях на ГПС 88, устраняется катушкой 14, позволяя стабилизировать напряжение питания, подаваемого в схему управления жидкокристаллическим модулем жидкокристаллического модуля 83. Кроме того, даже в случае, когда электромагнитные волны излучаются из антенны 87 связи, индуцированный ток, протекающий через сигнальную линию 13 счетчика, преобразуется в тепло катушкой 14 и, таким образом, может устраняться. С помощью этого высокочастотная помеха, размещенная на напряжении электродов счетчика, устраняется, и, таким образом, напряжение, прикладываемое к жидкому кристаллу стабилизируется, позволяя повысить качество отображения жидкокристаллического экрана.
Так как катушка 14 сформирована с возможностью создания петель сигнальной линии счетчика на подложке 11 активной матрицы, существует необходимость для обеспечения противопомеховых компонентов вокруг жидкокристаллической панели 10. Поэтому, независимо от области монтажа компонентов на ГПС 19, можно увеличить помехоустойчивость жидкокристаллической панели 10.
Как описано выше, в жидкокристаллической панели, согласно настоящему варианту осуществления, подложка активной матрицы образует на ней катушку, полученную с возможностью создания петель части сигнальной линии счетчика в плоскости, параллельной подложке. Путем вставки катушки последовательно с сигнальной линией счетчика помеха, размещенная на напряжении электродов счетчика, подавляется, и, таким образом, стабилизируется напряжение, прикладываемое к жидкому кристаллу, позволяя повысить качество отображения жидкокристаллического экрана. Кроме того, так как катушка сформирована с возможностью создания петель части сигнальной линии счетчика, отсутствует необходимость в обеспечении противопомеховых компонентов вокруг жидкокристаллической панели.
Катушка сформирована между внешним выводом, подсоединенным к сигнальной линии счетчика, и точкой подсоединения между сигнальной линией счетчика и электродом счетчика, причем точка подсоединения является самой близкой к внешнему выводу. Путем вставки катушки в это местоположение помеха, размещенная на напряжении электродов счетчика, более эффективно подавляется, позволяя дополнительно повысить качество отображения жидкокристаллического экрана.
Даже в случае, когда ток протекает через сигнальную линию счетчика, включающую в себя петлеобразное межсоединение благодаря электромагнитной индукции, и, соответственно, помеха размещена на напряжении электродов счетчика, за счет вставки катушки последовательно с сигнальной линией счетчика подавляется помеха, позволяя при этом повысить качество отображения жидкокристаллического экрана.
Катушка сформирована с помощью электрического подсоединения межсоединений, которые соответственно выполнены в двух слоях межсоединений, предусмотренных в подложке активной матрицы. Позволяя сигнальной линии счетчика создавать петли с использованием этих двух слоев межсоединений, можно легко сформировать катушку, имеющую функцию устранения помехи.
Подложка активной матрицы имеет сформированное на ней множество одновитковых катушек, подсоединенных последовательно. Одновитковые катушки включают в себя катушку, имеющую определенное направление намотки, и катушку, имеющую обратное направление намотки. Такие одновитковые катушки можно легко сформировать с возможностью создания петель сигнальной линии счетчика на подложке активной матрицы в плоскости, параллельной подложке. За счет формирования композиции двух типов одновитковых катушек два типа магнитных потоков с различными направлениями вырабатываются в случае, когда ток протекает через катушки, уменьшая внешнюю утечку магнитного потока благодаря связи магнитных потоков, посредством чего можно уменьшить внешнее влияние.
Следует отметить, что хотя в приведенном выше описании катушка сформирована с использованием сигнальной линии счетчика, подобную катушку можно сформировать с использованием линии питания на подложке активной матрицы. Следует также отметить, что катушку можно сформировать с использованием линии питания на подложке активной матрицы совместно с формированием катушки с использованием сигнальной линии счетчика. С помощью этого даже в случае, когда высокочастотная помеха размещена на напряжении питания, подаваемом в схему управления жидкокристаллическим модулем и схему повышения напряжения, сформированную на жидкокристаллической панели, устраняется высокочастотная помеха, размещенная на напряжении питания, подаваемом в линию питания на подложке активной матрицы из схемы повышения напряжения, и, таким образом, стабилизируется напряжение питания, позволяя повысить качество отображения жидкокристаллического экрана. Таким способом можно получить жидкокристаллическую панель, которая является высокоустойчивой к помехе даже без обеспечения противопомеховых компонентов.
Промышленная применимость
Жидкокристаллическая панель настоящего изобретения имеет особенность, заключающуюся в том, что жидкокристаллическая панель является высокоустойчивой к помехе даже без обеспечения противопомеховых компонентов и, таким образом, может использоваться для устройства отображения различных электронных устройств, таких как мобильные телефоны и т.д.
Описание ссылочных позиций
10 - Жидкокристаллическая панель
11 - Подложка активной матрицы
12 - Подложка счетчика
13 - Сигнальная линия счетчика
14 - Катушка
20 - Пиксельная схема
22 - Пиксельный электрод
23 - Дополнительная емкость
24 - Электрод счетчика
25-28 - Элемент подсоединения подложки к подложке
31 - Межсоединение первого слоя межсоединения
32 - Межсоединение второго слоя межсоединения
33 - Контакт
1. Жидкокристаллическая панель, имеющая структуру, в которой жидкий кристалл расположен между двумя подложками, причем кристаллическая панель содержит:
подложку активной матрицы, имеющую множество пиксельных схем, сформированных на стеклянной подложке, причем каждая пиксельная схема включает в себя переключающий элемент и пиксельный электрод; и подложку счетчика, имеющую электрод счетчика, сформированный на другой стеклянной подложке, причем электрод счетчика обращен к пиксельным электродам, при этом
подложка активной матрицы включает в себя катушку, сформированную с возможностью создания петли части, по меньшей мере, одной сигнальной линии счетчика, электрически подсоединенной к электроду счетчика, и линии подачи питания на подложке в плоскости, параллельной подложке.
2. Жидкокристаллическая панель по п.1, в которой катушка сформирована с использованием части сигнальной линии счетчика и выполнена между внешним выводом, подсоединенным к сигнальной линии счетчика, и точкой подсоединения между сигнальной линией счетчика и электродом счетчика, причем точка подсоединения является самой близкой к внешнему выводу.
3. Жидкокристаллическая панель по п.1, в которой
сигнальная линия счетчика включает в себя петлеобразное межсоединение, окружающее область, где расположены пиксельные схемы, и
катушка сформирована с использованием части сигнальной линии счетчика.
4. Жидкокристаллическая панель по п.1, в которой
переключающие элементы сформированы с использованием двух слоев межсоединений, выполненных в подложке активной матрицы, и катушка сформирована с помощью электрического подсоединения межсоединений, выполненных соответственно в двух слоях межсоединений.
5. Жидкокристаллическая панель по п.4, в которой катушка сформирована путем подсоединения межсоединений, выполненных соответственно в двух слоях межсоединений с использованием межслойного соединительного элемента.
6. Жидкокристаллическая панель по п.4, в которой катушка сформирована путем выполнения соответственно двух слоев межсоединений с межсоединениями, которые находятся в непосредственном контакте друг с другом.
7. Жидкокристаллическая панель по п.1, в которой подложка активной матрицы включает в себя в качестве катушки множество одновитковых катушек, подсоединенных последовательно.
Лекция №5
Вопрос №1
Обзор воспроизводящих устройств с плоскими экранами
До настоящего времени в подавляющем большинстве серийно выпускаемых телевизоров в качестве устройств отображения цветной телевизионной информации использовали масочные кинескопы. Однако им присущи серьезные недостатки. Главный из них значительная масса, громоздкость и сложность в изготовлении.
Конкурентами кинескопов можно назвать устройства отображения в виде плоских панелей. Основные принципы, заложенные в основу их функционирования, известны давно, и, как показала практика, плоские панели долгое время не обеспечивали должного качества изображения. Между тем, их стоимость весьма высока. В последние годы благодаря многочисленным исследованиям и совершенствованию технологий положение дел резко изменилось.
В настоящее время известно несколько типов плоских панелей: газоразрядные, жидкокристаллические, вакуумно-люминисцентные, полупроводниковые (на светодиодах). Они обладают преимуществами по сравнению с масочными кинескопами не только по ряду технических параметров, но и по возможностям серийного производства. В них используют более дешевые материалы (например, жидкие кристаллы изготавливают из отходов мясопереработки), сокращается применение дорогих редкоземельных люминофоров, не требуется дорогой высокоточный металлопрокат для масок, медный провод для отклоняющих систем, громоздкое и экологически вредное стекольное производство для изготовления колб. Срок службы панелей больше, чем у масочных кинескопов.
Но существенным недостатком плоских панелей, сдерживающим их применение в бытовой технике, по прежнему остается высокая стоимость самого процесса их изготовления.
С конца 80-х годов широкое распространение получили жидкокристаллические (ЖК) панели, используемые в качестве мониторов портативных компьютеров. К сожалению, с ростом диагонали экрана стоимость таких панелей резко возрастает. К недостаткам первых ЖК панелей следует отнести также их инерционность, нелинейность модуляционной характеристики и ограниченный угол для наблюдения.
Параллельно с жидкокристаллическими панелями получила бурное развитие технология газоразрядных панелей. Их разработка началась в начале 90-х годов. Японская фирма Fujitsu, начиная с 1993 года, выпускает газоразрядные панели с диагоналями 40 см и более. К работам подключились также фирмы Sony и Nec.
Плазменные панели
Принцип действия плазменной панели (плазменной дисплейной панели PDP) основан на свечении люминофоров экрана под действием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в плазме (разреженном газе).
Конструктивно плазменная панель представляет собой две стеклянные пластины, на которые нанесены полупрозрачные электроды (шины) для коммутации строк (на лицевом стекле) и столбцов изображения (на заднем стекле, являющемся подложкой) (рис 5.1). На внутренней поверхности передней прозрачной стеклянной пластины напротив каждого подпикселя расположены два тонкопленочных электрода: электрод сканирования и электрод подсветки. На внешней поверхности задней стеклянной пластины поперек всех пикселов расположен электрод адресации . Таким образом, образуется прямоугольная матрица, ячейки которой находятся на пересечении электродов строк и столбцов. На стекле–подложке сформирован специальный профиль в виде стеклянных ребер, изолирующих соседние ячейки друг от друга. На внутренней поверхности стекла подложки нанесены чередующиеся полоски люминофоров первичных цветов R , G , В, образующих триады. В процессе изготовления такой панели из внутреннего объема между стеклянными пластинами откачивается воздух, этот объем заполняется разреженным газом (неон, ксенон, гелий, аргон или их смесь), являющимся рабочим «телом» при работе, после чего панель герметизируют.
Рисунок 5.1 – Конструкция плазменной панели
Плазменная панель работает следующим образом. С помощью внешних устройств «развертки» на электроды строк и столбцов матрицы подаются управляющие напряжения. Под действием напряжения между инициированными строчной и столбцовой шинами в соответствующей ячейке матрицы происходит электрический разряд в газе через образующуюся при этом плазму (ионизированный газ). Этот разряд вызывает мощное ультрафиолетовое излучение, которое заставляет светиться находящийся в данной ячейке люминофор. Так как существуют разделительные «барьеры» между соседними ячейками, электрический разряд локализуется в пределах одной отдельно взятой и не оказывает воздействия на соседние ячейки. А чтобы еще «спой» ультрафиолет не вызвал свечения «чужого» люминофора, на боковые поверхности разделительных ребер наносят специальное поглощающее ультрафиолет покрытие.
Работа плазменной панели состоит из трех этапов (рис 5.2):
инициализация , в ходе которой происходит упорядочивание положения зарядов среды и её подготовка к следующему этапу (адресации). При этом на электроде адресации напряжение отсутствует, а на электрод сканирования относительно электрода подсветки подается импульсинициализации, имеющий ступенчатый вид. На первой ступени этого импульса происходит упорядочивание расположения ионов газовой среды, на второй ступени - разряд в газе, а на третьей - завершение упорядочивания.
адресация , в ходе которой происходит подготовка пикселя к подсвечиванию. На шину адресации подается положительный импульс (+75 В), а на шину сканирования отрицательный (-75 В). На шине подсветки напряжение устанавливается равным +150 В.
подсветка , в ходе которой на шину сканирования подается положительный, а на шину подсветки отрицательный импульс, равный 190 В. Сумма потенциалов ионовна каждой шине и дополнительных импульсов приводит к превышению порогового потенциала и разряду в газовой среде. После разряда происходит повторное распределение ионов у шин сканирования и подсветки. Смена полярности импульсов приводит к повторному разряду в плазме. Таким образом, меняя полярность импульсов обеспечивается многократный разряд ячейки.
Один цикл «инициализация - адресация - подсветка» образует формирование одного подполя изображения. Складывая несколько подполей можно обеспечивать изображение заданной яркости и контраста. В стандартном исполнении каждый кадр плазменной панели формируется сложением восьми подполей.
Таким образом, при подведении к электродам высокочастотного напряжения происходит ионизация газа или образование плазмы. В плазме происходит емкостной высокочастотный разряд, что приводит к ультрафиолетовомуизлучению, которое вызывает свечение люминофора: красное, зелёное или синее (рис. 5.3).
Рисунок 5.2 – Иллюстрация этапов работы плазменной панели
Рисунок 5.3 – Иллюстрация работы одного подпикселя плазменной панели
Проведем анализ основных технических и потребительских характеристик плазменных панелей
Диагональ, разрешение
Диагонали плазменных панелей начинаются с 32-дюймов и заканчиваются на 103-х. Из всего этого диапазона, как уже было сказано выше, в России пока лучше всего продаются 42-дюймовые панели с разрешением 853x480 точек. Это разрешение называется EDTV (Extended Definition Television) и подразумевает под собой "телевидение повышенной чёткости". Такого телевизора будет достаточно для комфортного времяпрепровождения, поскольку в России пока не существует бесплатного телевидения высокой чёткости (High Definition TV - HDTV). Однако HDTV-телевизоры, как правило, технически более совершенны, лучше обрабатывают сигнал и даже способны "подтягивать" его до уровня HDTV. К тому же, в магазинах уже можно купить фильмы, записанные в формате HD DVD. Выбирая HDTV-телевизор, обратите внимание на формат поддерживаемого сигнала. Самый распространённый - 1080i, то есть, 1080 строк с чересстрочным чередованием. Чересстрочное чередование принято считать не очень хорошим, поскольку будут заметны зубчики по краям объектов, но этот недостаток нивелируется высоким разрешением. Поддержка более совершенного формата 1080p с прогрессивной развёрткой пока встречается только на достаточно дорогих телевизорах, начиная с девятого поколения. Существует также альтернативный формат 1080i - это 720p с меньшим разрешением, но зато с прогрессивной развёрткой. На глаз различие между двумя картинками найти будет сложно, так что при прочих равных 1080i предпочтительнее. Впрочем, большое количество телевизоров одновременно поддерживают и 720p, и 1080i.
Выбирая диагональ, в первую очередь имейте в виду – чем она больше, тем дальше от телевизора должен находиться наблюдатель (примерно на расстоянии 5 высот экрана). Так в случае 42-дюймовой панели наблюдатель должен быть удалён от неё на расстояние не менее трёх метров. В противном случае будет достаточно сильно заметна дискретность структуры изображения из-за относительно большого размера пикселя плазменной панели.
Соотношение сторон (формат изображения) Все плазменные телевизоры имеют панели с соотношением сторон 16:9. Стандартная телевизионная картинка 4:3 на таком экране будет смотреться нормально, просто неиспользуемая площадь экрана по бокам изображения будет залита чёрным или серым, если телевизор позволяет менять цвет заливки. Телевизор может иметь функции растяжения изображения на весь экран, но в результате этой операции, как правило, происходит незначительное искажение изображения. В формате 16:9 в России пока вещает только ограниченное количество тестовых цифровых каналов.. По умолчанию такое соотношение сторон используется только в HDTV. Яркость
Существуют две характеристики панели, связанные с яркостью, - это яркость панели и яркость всего телевизора. Яркость панели нельзя оценить на готовом продукте, потому что перед ней всегда стоит светофильтр. Яркость же телевизора - это наблюдаемая яркость экрана после прохождения света через фильтр. Фактическая яркость телевизора никогда не превышает половины яркости панели. Однако в характеристиках телевизора указывается изначальная яркость, которую вы никогда не увидите. Это первый маркетинговый трюк производителя. Ещё одна особенность данных, указываемых в спецификациях, связана с методом их получения. В целях энергосбережения и защиты панели от перегрузки её яркость в расчёте на точку уменьшается пропорционально увеличению суммарной площади засветки. То есть если вы видите в характеристиках значение яркости 3000 кд/м2, знайте - она получается только при небольшой засветке, например, когда на чёрном фоне отображается несколько белых букв. Если инвертировать эту картинку, мы получим уже, например, 300 кд/м2. Контрастность
С этим показателем также связаны две характеристики: контрастность при отсутствии окружающего света и в присутствии. Значение, указываемое в большинстве спецификаций, - это контрастность, замеренная при отсутствии фонового освещения. Таким образом, в зависимости от освещения, контрастность может изменяться с 3000:1 до 100:1. Интерфейсные разъёмы
Подавляющее число плазменных телевизоров имеет, как минимум, следующие разъемы: SCART, VGA, S-Video, компонентный видеоинтерфейс, а также обычные аналоговые аудиовходы и выходы. Рассмотрим эти и другие разъёмы подробнее. Через SCART одновременно передаются аналоговый видеосигнал и стереозвук. Через HDMI можно передавать HD-сигнал в разрешении 1080p вместе с восьмиканальным звуком. Благодаря высокой пропускной способности и миниатюрности разъёма, интерфейс HDMI поддерживают уже многие видеокамеры и DVD-плееры. А компания Panasonic поставляет со своими PDP пульт с функцией HDAVI Control, позволяющей управлять не только телевизором, но и другой техникой, подключённой к нему через HDMI. VGA - это обычный компьютерный аналоговый разъём. Через него к PDP можно подключить компьютер. DVI-I - цифровой интерфейс для подключения всё того же компьютера. Однако встречается и другая техника, работающая через DVI-I. S-Video - чаще всего используется для подключения DVD-проигрывателей, игровых приставок и, в редких случаях, компьютера. Обеспечивает хорошее качество изображения. Компонентный видеоинтерфейс - интерфейс для передачи аналогового сигнала, когда каждая его составляющая идёт по отдельному кабелю. Благодаря этому компонентный сигнал - самый качественный их всех аналоговых. Для передачи звука используются аналогичные RCA-разъемы и кабели - каждый канал передается по своему проводу. Композитный видеоинтерфейс (на одном разъёме RCA) использует один кабель и, как результат, - возможна потеря цветности и чёткости изображения. Энергопотребление
Энергопотребление плазменного телевизора меняется в зависимости от отображаемой картинки. Уровень, указываемый в спецификации, отражает максимальное значение. Так, например, 42-х дюймовая плазменная панель при полностью белом экране будет потреблять 280 Вт, а при полностью чёрном - 160 Вт.
Основные достоинства и недостатки плазменных панелей
Достоинства
Во-первых, качество изображения плазменных дисплеев считается эталонным, хотя лишь совсем недавно была окончательно решена "проблема красного цвета", который в первых моделях больше походил на морковный. Кроме этого, плазменные панели выгодно отличаются от своих конкурентов высокой яркостью и контрастностью изображения: их яркость достигает 900 кд/м2 а контрастность - до 3000: 1, тогда как у классических ЭЛТ-мониторов эти параметры составляют соответственно 350 кд/м2 и 200: 1. Также необходимо отметить, что высокая четкость изображения PDP сохраняется на всей рабочей поверхности экрана. Во-вторых, плазменные панели имеют малое время отклика, что позволяет без проблем использовать PDP не только в качестве средств отображения информации, но и в качестве телевизоров и даже, при подключении к компьютеру, играть в современные динамичные игры. Важно отметить, что плазменные панели лишены такого существенного недостатка ЖК-мониторов, как значительное ухудшение качества изображения на экране при больших углах просмотра. В-третьих, в плазменных панелях (впрочем, как и в жидкокристаллических) принципиально отсутствуют проблемы геометрических искажений изображения и сведения лучей, являющихся существенным недостатком ЭЛТ-мониторов. В-четвертых, имея самую большую площадь экрана среди всех современных устройств отображения визуальной информации, плазменные панели исключительно компактны, особенно в толщину. Толщина типичной панели с размером экрана в один метр обычно не превышает 10-15 сантиметров, а масса составляет всего 35-40 килограммов.
В-пятых, плазменные панели достаточно надежны. Заявленный срок службы современных PDP в 60 тыс. ч предполагает, что за все это время (примерно 6,7 лет непрерывной работы) яркость экрана уменьшится вдвое против начальной. В-шестых, плазменные панели гораздо безопаснее телевизоров с кинескопом. Они не создают магнитных и электрических полей, которые оказывают вредное влияние на человека и, кроме этого, не создают такое неудобство, как постоянное скопление пыли на поверхности экрана вследствие его электризации. В-седьмых, PDP и сами практически не подвержены воздействию внешних магнитных и электрических полей, что позволяет без проблем использовать их в составе "домашнего кинотеатра" совместно с мощными высококачественными акустическими системами, далеко не все из которых имеют экранированные головки громкоговорителей. Недостатки
В первую очередь, это относительно низкая по сравнению с ЖК-панелями разрешающая способность изображения, обусловленная большим размером элемента изображения. Но, учитывая тот факт, что оптимальное расстояние от монитора до зрителя должно быть порядка 5 его высот, то понятно, что наблюдаемая на маленьком расстоянии зернистость изображения просто исчезает на большом расстоянии.
Также довольно существенным недостатком плазменной панели является высокая потребляемая мощность, быстро возрастающая при увеличении диагонали панели. Этот факт приводит не только к увеличению эксплуатационных затрат, но высокое энергопотребление серьезно ограничивает круг применения PDP, к примеру, делает невозможным использование таких мониторов, например, в портативных компьютерах. Но даже если решить проблему с источником питания, изготавливать плазменные матрицы с диагональю менее тридцати дюймов все равно пока еще не выгодно экономически.
Жидкокристаллические панели
Жидкокристаллические панели (ЖК панели) это светоклапанное устройство, модулирующее световой поток от внешнего источника света. В жидкокристаллических панелях (ЖК– панелях) используется способность аморфного вещества изменять свои оптические свойства в электрическом поле. Существуют ЖК– панели просветного и отражательного типов. С тыльной стороны ЖК–панель просветного типа освещается равномерным световым потоком. Под действием напряжения между инициированными строчной и столбцовой шинами в соответствующей ячейке матрицы изменяется оптическая прозрачность амфорного вещества. Световой поток, проходя через ЖК–матрицу с тремя типами цветовых ячеек RGB , модулируется по яркости и по цвету. Таким образом, на экране ЖК– панели синтезируется цветное изображение.
В настоящее время наибольшее распространение ЖК–панели получили в компьютерной технике в качестве мониторов, а также телевизорах. Жидкокристаллические панели в десятки раз экономичнее плазменных. К достоинствам ЖК–панелей следует отнести также высокую технологичность и относительно низкую стоимость.
Принцип работы жидкокристаллических матриц основывается на свойстве молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля и оказывать поляризующий эффект на световые лучи. В многослойной структуре матрицы, представляющей собой прямоугольный массив множества отдельно управляемых элементов (пикселов), слой жидких кристаллов помещается между стеклянными пластинами, на поверхности которых нанесены бороздки. Благодаря им, во всех элементах матрицы удается сориентировать молекулы идентичным образом, причем, вследствие взаимно перпендикулярного расположения бороздок двух пластин, ориентация молекул меняется по мере удаления от одной из них и приближения к другой на 90 градусов (рис 5.4).
Рисунок 5.4 – Иллюстрация принципа работы ЖК-панели
Пропущенный через такой слой жидкокристаллического вещества поляризованный свет (см. рис.) также меняет плоскость поляризации на 90. Поэтому структура, в которую добавлены входной и выходной поляризационные фильтры с взаимно перпендикулярными осями поляризации (a иb ), оказывается прозрачной для внешнего светового потока, частично ослабевающего при прохождении входного поляризатора.
Находясь под воздействием электрического поля, молекулы жидкокристаллического слоя меняют свою ориентацию, и угол поворота плоскости поляризации светового потока заметно уменьшается. В этом случае большая часть светового потока поглощается выходным поляризатором. Таким образом, управляя уровнем электрического поля, можно менять прозрачность элементов матрицы.
ЖК-панели выпускают пассивными и активными. В цветных телевизорах преимущественно используют активные.
Основой активной
панели (рисунок 5.5) служат две
плоскопараллельные пластины, на одну
из которых нанесены горизонтальные
электроды, соответствующие строкам, и
вертикальные электроды (столбцы). Число
строк разложения определяет разрешающую
способность по горизонтали. В местах
их пересечения укрепляются тонкопленочные
транзисторы (TFT),
затворы которых подключены к горизонтальным
электродам, а истоки
к вертикальным. Стоки транзисторов
образуют первые обкладки миниатюрных
конденсаторов (ячеек), соответствующих
элементам изображения. В качестве второй
обкладки конденсаторов работает
полупрозрачный слой металлизации на
второй стеклянной пластине, расположенной
параллельно на расстоянии, измеряемом
микронами. Между пластинами введено
органическое вещество, обладающее
свойствами жидкого кристалла. Эта
жидкость по химическому составу близка
к холестерину. Для калибровки зазора
между пластинами в слой жидкости введено
некоторое количество микроскопических
стеклянных цилиндриков, диаметр которых
и определяет зазор. На панель с двух
сторон наложены поляроидные пленки,
плоскости поляризации которых повернуты
на
90
одна относительно другой. При отсутствии
напряжения на конденсаторе ЖК вещество
поворачивает плоскость поляризации
ещё на 90.
В результате свет свободно проходит
через ячейки. При подаче напряжения на
обкладки конденсатора изменяется
структура ЖК вещества, что вызывает
дополнительный поворот плоскости
поляризации. Когда угол её поворота в
веществе уменьшается до нуля, ячейка
престает пропускать свет. Это свойство
и позволяет получить изображение. Чтобы
оно было цветным, панель содержит
матричный светофильтр, состоящий из
«красных», «зелёных» и «синих» ячеек,
центры которых расположены напротив
элементарных конденсаторов панели и
чередуются вдоль строки (R
G
B
R).
В соседних строках цветовые ячейки
светофильтра смещены по горизонтали
на одну, чтобы на изображении не получилось
визуально заметной вертикальной
структуры. Позади панели устанавливают
лампу подсветки.
ЖК панели рассчитывают для работы во вполне определённом телевизионном стандарте. В простейших приемниках оба поля телевизионного кадра воспроизводятся на одних и тех же элементах строки без чересстрочности. При этом число горизонтальных электродов должно быть равно числу активных строк в поле телевизионного изображения. Для отечественного стандарта D/K число горизонтальных электродов должно быть равно . Если на такую панель подать телевизионный сигнал другого стандарта, напримерM, где число строк в поле 262,5, то размер изображения будет сжат по вертикали. При увеличении размера экрана по диагонали свыше 15 см необходимо воспроизводить раздельно оба поля и обеспечивать чересстрочную развертку. Тогда число строчных электродов в панели необходимо увеличивать до числа активных строк в кадре.
Рисунок 5.5 Конструкция жидкокристаллического экрана
В ЖК телевизоре большого формата для обеспечения приема сигнала разных систем целесообразно использовать преобразования стандартов двумерными фильтрами. Для управления панелью служат устройства кадровой и строчной развертки, входящие в ее состав. Устройство кадровой развертки обеспечивает поочередный выбор строчных электродов, подавая на них импульсы напряжения. Устройство строчной развертки поочередно выбирает столбцовые электроды, на которые поступают дискретные выборки сигнала. Эти выборки заряжают конденсаторы ячеек. В зависимости от напряжения на них изменяется угол поворота плоскости поляризации света, проходящего через вещество ЖК. В результате изменяется яркость выбранного элемента изображения. Как известно, в масочном кинескопе электронный луч высвечивает триады люминофора. Каждая триада соответствует элементу изображения. При этом невозможно управлять очередностью свечения входящих в триаду люминофорных точек. В ЖК панели возможно раздельное управление каждой цветовой точкой, соответствующей пересечению строчного и столбцового электродов, что позволяет применять различные законы разложения изображения. Отсчёты сигнала изображения, соответствующие выбранной строке, можно предварительно записать в регистр и одновременно подать на все столбцовые электроды. Выборки сигнала можно также подавать на электроды столбцов поочередно с заданным законом чередования. Так как зрительный аппарат человека не воспринимает окраску мелких деталей, то в панелях малого формата следующие вдоль строки элементы изображения можно создавать не из трех, а из одной составляющей цвета. Например, первый элемент R, второй G, третий B, четвертый R и так далее. При этом четкость изображения по горизонтали увеличивается в три раза по сравнению с масочным кинескопом, где каждый элемент содержит три люминофорных точки разных цветов. Для уменьшения тактовых частот в блоках разверток используют поочередное управление четным и нечетными строками и столбцами. В соответствии с этим и сами блоки разверток выполняют из двух частей. Микросхемы кадровой развертки располагают справа и слева от ЖК панели, микросхемы строчной развертки сверху и снизу. Поскольку ЖК экран клапанное устройство, для его работы необходима лампа подсветки. Обычно это люминесцентная лампа. Необходимы также отражатель и рассеиватель света для обеспечения равномерной засветки. Яркость лампы должна быть относительно большой, так как ЖК панель даже в режиме максимальной прозрачности поглощает большую часть светового потока.
Относительно недавно появились ЖК-телевизорсо светодиоднойподсветкой (в разговорном языке именуемый LED TV (сокр. от L ight E mitting D iode T eleV ision) - телевизор с жидкокристаллическим дисплеем,подсветкаэкрана которого осуществляетсясветодиодной матрицей(LED).
С потребительской точки зрения ЖК-телевизоры со светодиодной (СД) подсветкой отличают четыре улучшения относительно ЖК c подсветкой электролюминесцентными лампами:
Улучшенная контрастность;
Улучшенная цветопередача;
Пониженное энергопотребление;
Малая толщина корпуса.
К началу 90-x годовбыла известна простейшая боковая светодиодная подсветка (СД-подсветка)ЖК-дисплеевиЖК-индикаторовмалых размеров, которая была невозможна к использованию в ЖК-телевизорах, ввиду их больших размеров.
Управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель TFT для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея .
Назначение ЖК-монитора
Жидкокристаллический монитор предназначен для отображения графической информации с компьютера , TV-приёмника , цифрового фотоаппарата , электронного переводчика, калькулятора и пр.
Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы (электронные часы , телефоны, плееры , термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей . Многоцветное изображение формируется с помощью 2008) в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, а также во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом (6 бит на канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом .
Устройство ЖК-монитора
Субпиксел цветного ЖК-дисплея
Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами , и двух поляризационных фильтров , плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны , поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света - ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение - молекулы стремятся выстроиться в направлении поля , что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение , можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени - жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток , или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным - отражённым от подложки(в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют , кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
Технические характеристики ЖК-монитора
Важнейшие характеристики ЖК-мониторов:
- Разрешение : Горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселах . В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно, «родное», физическое разрешение, остальные достигаются интерполяцией .
Фрагмент матрицы ЖК монитора (0,78х0,78 мм), увеличеный в 46 раз.
- Размер точки: расстояние между центрами соседних пикселов. Непосредственно связан с физическим разрешением.
- Соотношение сторон экрана (формат): Отношение ширины к высоте, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.
- Видимая диагональ: размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.
- Контрастность : отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведенная для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.
- Яркость : количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.
- Время отклика : минимальное время, необходимое пикселу для изменения своей яркости. Методы измерения неоднозначны.
- Угол обзора: угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению.
- Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.
- Входы: (напр, DVI , HDMI и пр.).
Технологии
Часы с ЖКИ-дисплеем
Жидкокристаллические мониторы были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA, Принстон, штат Нью-Джерси.
Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода . Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.
Время отклика ЖК мониторов, сконструированных по технологии SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display - кремниевая отражающая жидкокристаллическая матрица), уменьшено до 5 мс. Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal - плазменное управление жидкими кристаллами), которая соединила в себе преимущества LCD (яркость и сочность цветов, контрастность) и плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту, H, и вертикали, V, высокую скорость обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения.
TN+film (Twisted Nematic + film)
Часть «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно - от 90° до 150°). В настоящее время приставку «film» часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности - нет.
TN + film - самая простая технология.
Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселам не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.
К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.
IPS (In-Plane Switching)
Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Однако, хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.
На настоящий момент матрицы, изготовленные по технологии IPS единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB - 24 бита, по 8 бит на канал. TN-матрицы почти всегда имеют 6-бит, как и часть MVA.
Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение черного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.
При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.
IPS в настоящее время вытеснено технологией S-IPS (Super-IPS, Hitachi год), которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика . Но, несмотря на то, что цветность S-IPS панелей приблизилась к обычным мониторам CRT , контрастность все равно остаётся слабым местом. S-IPS активно используется в панелях размером от 20", LG.Philips , NEC остаются единственными производителями панелей по данной технологии.
AS-IPS - технология Advanced Super IPS (Расширенная Супер-IPS), также была разработана корпорацией Hitachi в году. В основном улучшения касались уровня контрастности обычных панелей S-IPS, приблизив его к контрастности S-PVA панелей. AS-IPS также используется в качестве названия для мониторов корпорации LG.Philips.
"Сердцем" любого жидкокристаллического монитора является LCD-матрица (Liquid Cristall Display). ЖК-панель представляет из себя сложную многослойную структуру. Упрощенная схема цветной TFT LCD-панели представлена на Рис.2.
Принцип работы любого жидкокристаллического экрана основан на свойстве жидких кристаллов изменять (поворачивать) плоскость поляризации проходящего через них света пропорционально приложенному к ним напряжению. Если на пути поляризованного света, прошедшего через жидкие кристаллы, поставить поляризационный светофильтр (поляризатор), то, изменяя величину приложенного к жидким кристаллам напряжения, можно управлять количеством света, пропускаемого поляризационным светофильтром. Если угол между плоскостями поляризации прошедшего сквозь жидкие кристаллы света и светофильтра составляет 0 градусов, то свет будет проходить сквозь поляризатор без потерь (максимальная прозрачность), если 90 градусов, то светофильтр будет пропускать минимальное количество света (минимальная прозрачность).
Таким образом, используя жидкие кристаллы, можно изготавливать оптические элементы с изменяемой степенью прозрачности. При этом уровень светопропускания такого элемента зависит от приложенного к нему напряжения. Любой ЖК-экран у монитора компьютера, ноутбука, планшета или телевизора содержит от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов таких ячеек, размером долей миллиметра. Они объединены в LCD-матрицу и с их помощью мы можем формировать изображение на поверхности жидкокристаллического экрана.
Жидкие кристаллы были открыты еще в конце XIX века. Однако первые устройства отображения на их основе появились только в конце 60-х годов XX века. Первые попытки применить LCD-экраны в компьютерах были предприняты в восьмидесятых годах прошлого века. Первые жидкокристаллические мониторы были монохромными и сильно уступали по качеству изображения дисплеям на электронно-лучевых (ЭЛТ) трубках. Главными недостатками LCD-мониторов первых поколений были:
- - низкое быстродействие и инерционность изображения;
- - «хвосты» и «тени» на изображении от элементов картинки;
- - плохое разрешение изображения;
- - черно-белое или цветное изображение с низкой цветовой глубиной;
- - и т.п.
Однако, прогресс не стоял на месте и, со временем, были разработаны новые материалы и технологии в изготовлении жидкокристаллических мониторов. Достижения в технологиях микроэлектроники и разработка новых веществ со свойствами жидких кристаллов позволило существенно улучшить характеристики ЖК-мониторов.
Устройство и работа TFT LCD матрицы.
Одними из главных достижений стало изобретение технологии LCD TFT-матрицы – жидкокристаллической матрицы с тонкопленочными транзисторами (Thin Film Transistors). У TFT-мониторов кардинально возросло быстродействие пикселей, выросла цветовая глубина изображения и удалось избавиться от «хвостов» и «теней».
Структура панели, изготовленной по TFT технологии, приведена на Рис.2
Полноцветное изображение на ЖК-матрице формируется из отдельных точек (пикселей), каждая из которых состоит обычно из трех элементов (субпикселей), отвечающих за яркость каждой из основных составляющих цвета - обычно красной (R), зеленой (G) и синей (B) - RGB. Видеосистема монитора непрерывно сканирует все субпиксели матрицы, записывая в запоминающие конденсаторы уровень заряда, пропорциональный яркости каждого субпикселя. Тонкопленочные транзисторы (Thin FilmTrasistor (TFT) - собственно, поэтому так и называется TFT-матрица) подключают запоминающие конденсаторы к шине с данными на момент записи информации в данный субпиксель и переключают запоминающий конденсатор в режим сохранения заряда на все остальное время.
Напряжение, сохраненное в запоминающем конденсаторе TFT- матрицы, действует на жидкие кристаллы данного субпикселя, поворачивая плоскость поляризации проходящего через них света от тыловой подсветки, на угол, пропорциональный этому напряжению. Пройдя через ячейку с жидкими кристаллами, свет попадает на матричный светофильтр, на котором для каждого субпикселя сформирован свой светофильтр одного из основных цветов (RGB). Рисунок взаиморасположения точек разных цветов для каждого типа ЖК-панели разный, но это отдельная тема. Далее, сформированный световой поток основных цветов поступает на внешний поляризационный фильтр, коэффициент пропускания света которого зависит от угла поляризации падающей на него световой волны. Поляризационный светофильтр прозрачен для тех световых волн, плоскость поляризации которых параллельна его собственной плоскости поляризации. С возрастанием этого угла, поляризационный фильтр начинает пропускать все меньше света, вплоть до максимального ослабления при угле 90 градусов. В идеале, поляризационный фильтр не должен пропускать свет, поляризованный ортогонально его собственной плоскости поляризации, но в реальной жизни, все-таки небольшая часть света проходит. Поэтому всем ЖК-дисплеям свойственна недостаточная глубина черного цвета, которая особенно ярко проявляется при высоких уровнях яркости тыловой подсветки.
В результате, в LCD-дисплее световой поток от одних субпикселей проходит через поляризационный светофильтр без потерь, от других субпикселей - ослабляется на определенную величину, а от какой-то части субпикселей практически полностью поглощается. Таким образом, регулируя уровень каждого основного цвета в отдельных субпикселях, можно получить из них пиксель любого цветового оттенка. А из множества цветных пикселей составить полноэкранное цветное изображение.
ЖК-монитор позволил совершить серьезный прорыв в компьютерной технике, сделав ее доступной большому количеству людей. Более того, без LCD-экрана невозможно было бы создать портативные компьютеры типа ноутбуков и нетбуков, планшеты и сотовые телефоны. Но так ли все безоблачно с применением жидкокристаллических дисплеев? Читаем дальше про их достоинства и недостатки...