LCD displeje z tekutých kryštálov. Evolúcia televíznych obrazoviek. Žiarové osvetlenie

, elektronické knihy, navigátory, tablety, elektronické prekladače, kalkulačky, hodinky atď., ako aj v mnohých iných elektronických zariadeniach.

Musíme si pamätať aj pojmy, ktoré sa učíme, keď študujeme iný odbor fyziky, ten, ktorý sa zaoberá povahou svetla, fyzikálnou optikou. Je to ona, ktorá vysvetľuje, čo je „polarizované svetlo“. Existujú dve teórie o jeho povahe. Po prvé, tvrdí, že je vyrobený z častíc čistej energie, fotónov. Druhá, teória vlnovej povahy, tvrdí, že je tvorená vlnami. A svetlo je taká zvláštna vec, že ​​existujú javy, ktoré možno vysvetliť len jednou teóriou, a sú javy, ktoré možno vysvetliť iba inou.

Zameriavame sa na teóriu vlnovej povahy. Táto teória tvrdí, že svetlo je forma žiarivej energie, špeciálny prípad elektromagnetických vĺn, ktoré prenášajú napríklad rádiové programy. Rozdiel spočíva v „spektre“, t.j. v rozsahu vlnových dĺžok jednej a druhej. Spektrum viditeľného svetla pokrýva vlnové dĺžky od 380 nm, čo je vlnová dĺžka fialového svetla, do 780 nm, čo je vlnová dĺžka červeného svetla. Pod týmto spektrom sú žiarenia známe ako ultrafialové, röntgenové a gama lúče.

Od roku 2008 väčšina stolných monitorov založených na matriciach TN (a niektoré *VA), ako aj všetky displeje prenosných počítačov, používajú matrice s 18-bitovou farbou (6 bitov na kanál RGB), 24-bitovým emulovaným blikaním s ditheringom.

Pamätajte, že svetlo je žiarenie, takže sa šíri ako vlna. Keď sa svetelná vlna šíri, „vibruje“ v rovinách, ktoré majú spoločnú čiaru, cez ktorú prechádza svetelné žiarenie. Predstavte si, že jedno z detí začne pohybovať rukou hore a dole normálnym pohybom. Okamžite sa vytvorí vlna a rozšíri sa pozdĺž lana. Keď dieťa potrasie rukou hore a dole, táto vlna sa bude šíriť vo vertikálnej rovine, ako vlna znázornená modrou čiarou na obrázku.

Ak by pohybovala rukou horizontálne, vlna by sa šírila v horizontálnej rovine, ako je vlna znázornená červenou čiarou obrázku. Prirodzené svetlo sa šíri vo vlnách, ktoré vibrujú v rovinách všetkých možných sklonov. Obrázok 1 zobrazuje iba horizontálne a vertikálne roviny, no medzi nimi je nekonečno ďalších rovín prechádzajúcich čiernou čiarou, čo zodpovedá smeru šírenia svetelného lúča.

Obrovský skok vo vývoji tejto technológie nastal s príchodom prvých notebookov. Najprv boli matrice čiernobiele, potom farebné, ale len „pasívneho“ typu. Statické obrázky a plochu prenosného počítača zobrazovali celkom dobre, ale pri najmenšom pohybe sa „obrázok“ úplne rozmazal - na obrazovke nebolo možné nič rozoznať. Prirodzene to obmedzilo rozsah použitia nového typu displeja. Ďalší vývoj matríc z tekutých kryštálov viedol k vytvoreniu nového typu - „aktívny“. Takéto displeje už boli lepšie pri zobrazovaní pohybujúcich sa objektov na obrazovke a to prispelo k vzniku stacionárnych monitorov. Začiatkom 21. storočia sa objavili prvé LCD televízory. Ich uhlopriečka bola stále malá – asi 15 palcov.

Jediná vlna, ktorá by sa mohla šíriť za trhlinu, by bola tá, ktorej rovina oscilácie prechádzala cez trhlinu, v v tomto prípade vertikálna rovina. Všetci ostatní budú zdržaní, pretože sa cez škáry nezmestia. Týmto spôsobom môžete vytvoriť lúč svetla rozprestretý v jednej rovine. Tento typ svetla sa nazýva „polarizované svetlo“. Polarizované svetlo môže byť produkované produkovaním bežného svetla cez polarizačný filter, priehľadné médium so štruktúrou, ktorá funguje ako sada paralelných štrbín, ako je znázornené na obrázku 2.

technické údaje

Najdôležitejšie vlastnosti LCD displejov:

  • typ matrice je určený technológiou, ktorou je LCD displej vyrobený;
  • maticová trieda; Norma ISO 13406-2 rozlišuje štyri triedy matíc;
  • rozlíšenie - horizontálne a vertikálne rozmery, vyjadrené v pixeloch. Na rozdiel od CRT monitorov majú LCD jedno pevné rozlíšenie, ostatné sa dosahuje interpoláciou (CRT monitory majú aj pevný počet pixelov, ktoré pozostávajú aj z červených, zelených a modrých bodov. Vzhľadom na charakter technológie však pri výstupe neštandardné rozlíšenie, nie je potrebná žiadna interpolácia);
  • veľkosť bodu (veľkosť pixelov) - vzdialenosť medzi stredmi susedných pixelov. Priamo súvisí s fyzickým rozlíšením;
  • pomer strán obrazovky (proporcionálny formát) - pomer šírky k výške (5:4, 4:3, 3:2 (15÷10), 8:5 (16÷10), 5:3 (15÷9), 16: 9 atď.);
  • viditeľná uhlopriečka - veľkosť samotného panelu, meraná diagonálne. Plocha displejov závisí aj od formátu: pri rovnakej uhlopriečke má monitor formátu 4:3 väčšiu plochu ako monitor formátu 16:9;
  • kontrast - pomer jasu najsvetlejších a najtmavších bodov pri danom jase podsvietenia. Niektoré monitory využívajú adaptívnu úroveň podsvietenia pomocou prídavných lámp, pre ne udávaná hodnota kontrastu (tzv. dynamická) neplatí pre statický obraz;
  • jas - množstvo svetla vyžarovaného displejom (zvyčajne merané v kandelách na meter štvorcový);
  • čas odozvy – minimálny čas potrebný na to, aby pixel zmenil svoj jas. Pozostáva z dvoch množstiev:
    • doba vyrovnávacej pamäte ( vstupné oneskorenie). Vysoká hodnota ruší dynamické hry; zvyčajne mlčal; merané porovnaním s kineskopom pri vysokorýchlostnej fotografii. Teraz (2011) v rozmedzí 20-50; v niektorých skorých modeloch dosiahol Template:Num ;
    • spínací čas. Uvedené v špecifikáciách monitora. Vysoká hodnota znižuje kvalitu videa; metódy merania sú nejednoznačné. Teraz (2016) je takmer vo všetkých monitoroch uvádzaný čas spínania 1-6 ms;
  • pozorovací uhol - uhol, pri ktorom pokles kontrastu dosiahne danú hodnotu, pre odlišné typy matrice a od rôznych výrobcov vypočítané inak a často sa nedajú porovnávať. Niektorí výrobcovia udávajú v technických parametroch svojich monitorov pozorovacie uhly, ako napr.: CR 5:1 - 176/176°, CR 10:1 - 170/160°. Skratka CR kontrastný pomer) označuje úroveň kontrastu pri špecifikovaných uhloch pohľadu vzhľadom na kontrast pri pohľade kolmo na obrazovku. V uvedenom príklade sa pri pozorovacích uhloch 170°/160° kontrast v strede obrazovky zníži na hodnotu nie nižšiu ako 10:1, pri pozorovacích uhloch 176°/176° - nie nižšiu ako 5:1.

Zariadenie

Štrukturálne pozostáva displej z nasledujúcich prvkov:

Svetlo cez filter pozostáva z vĺn, ktoré kmitajú iba v rovnobežných rovinách. Teraz môžeme pochopiť, ako funguje displej z tekutých kryštálov. Pozostáva z poľa bodov, ktoré môžu, ale nemusia prechádzať – pretína ich polarizovaný lúč svetla. Obrázok 2 veľmi schematicky znázorňuje jeden z týchto bodov.

V hornej časti obrázku 2 vidíme lúč prirodzeného svetla, „dopadajúce svetlo“, reprezentované modrými a červenými vlnovými dĺžkami, dosahujúci polarizačný filter s vertikálnymi štrbinami. To umožňuje vlnám, ktoré sa šíria vo vertikálnej rovine, prechádzať a zachovávať všetky ostatné. Tento lúč dopadá na tenkú vrstvu skrútenej nematiky, ktorej molekulárna štruktúra je tiež vertikálna. V prirodzených podmienkach zostávajú molekuly tekutých kryštálov paralelné. Svetlo, ktoré sa k nim dostane cez vertikálny polarizačný filter a je riadené kryštálom, presne pulzuje v tejto rovine a pokračuje, kým sa nenájde horizontálny polarizačný filter.

  • LCD matrice (pôvodne plochý balík sklenených dosiek, medzi vrstvami ktorých sa nachádzajú tekuté kryštály; v roku 2000 sa začali používať flexibilné materiály na báze polymérov);
  • svetelné zdroje na osvetlenie;
  • kontaktný postroj (drôty);
  • puzdro, zvyčajne plastové, s kovovým rámom na zabezpečenie tuhosti.

Zloženie pixelov LCD matrice:

Teraz, keďže ide o polarizované svetlo vo vertikálnej rovine, nemôže prekročiť horizontálny filter a bodka zostáva čierna bez vyžarovania svetla. Teraz sa pozrime na spodok obrázku 2, aby sme videli, čo sa stane, keď sa pripojí elektrické napätie alebo „vybudí“ elektródy pripojené k vrstve tekutých kryštálov. Keď dostanú napätie, štruktúry sa roztočia. V závislosti od napätia sa budú točiť, kým ich konce nebudú zvierať pravý uhol. Keďže kryštálová štruktúra je svetlo vodivá, vertikálne polarizované svetlo preniká kryštálovou štruktúrou v časti, kde sú jeho molekuly usporiadané aj vertikálne, je vedené kryštálmi, keď sa ich štruktúra krúti a opúšťa vrstvu tekutých kryštálov v rovine kolmej na rovinu, v ktorej sa nachádzajú. prenikli do nej, teda v horizontálnej rovine.

  • dve priehľadné elektródy;
  • vrstva molekúl umiestnená medzi elektródami;
  • dva polarizačné filtre, ktorých roviny polarizácie sú (zvyčajne) kolmé.

Ak by medzi filtrami neboli tekuté kryštály, potom by svetlo prenášané prvým filtrom bolo takmer úplne blokované druhým filtrom.

A toto svetlo, ktorého rovina polarizácie je „pretočená“ pod uhlom deväťdesiatich stupňov, teraz môže prechádzať cez horizontálny polarizačný filter. Bodka potom začne vyžarovať svetlo. Ak sa napätie na elektródach odstráni, kryštály sa preusporiadajú, vrátia sa do vertikálnej roviny a svetelný lúč je zastavený horizontálnym filtrom, ktorý „vymaže“ bod.

Toto je zjednodušené vysvetlenie, ale už môžete pochopiť, ako to funguje. Obrazovka LCD sa potom skladá z niekoľkých vrstiev. Spodná je luminiscenčná vrstva, ktorá vyžaruje biele svetlo, všeobecné, nepolarizované. Nižšie je vertikálny polarizačný filter. Obsahuje tenkú vrstvu tekutého kryštálu tvorenú nezávislými bodmi, ku ktorým sú pripevnené tenké elektródy. Nad ním sa objavil nový polarizačný filter, tentoraz horizontálny a napokon na ňom ochranná vrstva priehľadného plastu.

Povrch elektród v kontakte s tekutými kryštálmi je špeciálne upravený tak, aby spočiatku orientoval molekuly v jednom smere. V TN matrici sú tieto smery navzájom kolmé, takže molekuly sa pri absencii napätia zoradia do špirálovej štruktúry. Táto štruktúra láme svetlo tak, že rovina jeho polarizácie sa pred druhým filtrom otočí a svetlo ňou prejde bez straty. Okrem absorpcie polovice nepolarizovaného svetla prvým filtrom možno bunku považovať za priehľadnú.

Vrstva pozadia vyžaruje svetlo, ktoré je polarizované prvým filtrom a šíri sa cez vrstvu tekutých kryštálov bez ohľadu na to, či otáča alebo neotáča svoju rovinu polarizácie v závislosti od toho, či v danom bode existuje napätie v tekutom kryštáli alebo nie. Ak existuje, rovina polarizovaného svetla sa otáča, prechádza cez druhý filter a to, čo vidíte cez sklo, je malý svetelný bod. Ak sa tak nestane, rovina svetla zostane vertikálna, zachová ju druhý filter a to, čo vidíte, je čierny bod.

Ak je na elektródy privedené napätie, molekuly majú tendenciu sa zoraďovať v smere elektrického poľa, čo deformuje štruktúru skrutky. V tomto prípade proti tomu pôsobia elastické sily a po vypnutí napätia sa molekuly vrátia do pôvodnej polohy. Pri dostatočnej intenzite poľa sa takmer všetky molekuly stanú paralelnými, čo vedie k nepriehľadnej štruktúre. Zmenou napätia môžete ovládať stupeň priehľadnosti.

Obrázky sú tvorené skupinami svetlých a čiernych bodiek. Farebná obrazovka funguje na rovnakom princípe. Jediný rozdiel je v tom, že každý bod na obrazovke je v skutočnosti tvorený tromi drobnými bodkami zoskupenými, každý s farebným filtrom, červeným, zeleným a modrým. Každú osvetlí správnou intenzitou, ktorú farby generujú.

Zaujímavých detailov je oveľa viac, no v takomto článku sa k nim nedá nijako priblížiť. Téma na budúci týždeň, samozrejme. To v konečnom dôsledku neprinieslo nič podstatné, keďže vtedajšia technologická základňa bola príliš slabá. Jeden z vedcov vytvoril teplotný senzor na báze tekutých kryštálov a ďalší skúmal vplyv elektrického poľa na kryštály. Dva panely obsahujú medzi sebou tenkú vrstvu tekutých kryštálov. A myšlienka je taká, že svetlo prechádzajúce materiálom je polarizované a pomocou kryštalickej roviny polarizácie sa otáča pod uhlom 90 stupňov.

Ak konštantný tlak aplikovaný po dlhú dobu, štruktúra tekutých kryštálov môže degradovať v dôsledku migrácie iónov. Na vyriešenie tohto problému sa pri každom adresovaní bunky používa striedavý prúd alebo zmena polarity poľa (keďže zmena priehľadnosti nastáva pri zapnutí prúdu bez ohľadu na jeho polaritu).

Ak umiestnite veľké množstvo elektródy, ktoré vytvárajú elektrické pole s rôznou intenzitou v rôznych častiach obrazovky, to je už pri správnom ovládaní možné, dá sa to zapísať písmenami, číslami a inými predmetmi, ktoré nesú informáciu. Výrobcovia pri vytváraní farebných displejov čelia ďalšiemu problému: tieto obrazovky nedokážu zvládnuť odrazené svetlo. Tento povinný „atribút“ sa stáva svetlom svetla. Na jednej strane je lampa, na druhej zrkadlo.

Matice sa delia na pasívne a aktívne. V pasívnej matrici je obraz tvorený riadkom po riadku, bunky sú postupne prevádzkované pri napätí, pri ktorom sa stávajú transparentnými. Nevýhodou je, že obraz nie je plynulý a roztrasený. Okrem toho pomalá rýchlosť zmeny kryštálovej priehľadnosti bráni správnej reprodukcii pohyblivých obrázkov.

V celej matrici je možné ovládať každý z článkov jednotlivo, ale so zvyšujúcim sa počtom sa to stáva ťažko dosiahnuteľným, pretože sa zvyšuje počet potrebných elektród. Preto sa adresovanie riadkov a stĺpcov používa takmer všade.

Svetlo prechádzajúce bunkami môže byť prirodzené – odráža sa od substrátu (v LCD displejoch bez podsvietenia). No častejšie využívaný okrem nezávislosti na vonkajšom osvetlení stabilizuje aj vlastnosti výsledného obrazu.

Aktívna matica má mnoho výhod oproti pasívnej. Je tu napríklad lepší jas a možnosť vidieť na obrazovku aj s odchýlkou ​​45 stupňov a viac, bez silného zhoršenia kvality obrazu, čo je v pasívnej matrici, kde musí byť poloha diváka frontálna, nemožné. V aktívnej matrici je ku každej elektróde pridaný tranzistor, do ktorého je možné „ukladať“ digitálne dáta a výsledný obraz je uložený pri príjme riadiaceho signálu s inou hodnotou. Tranzistory sú vyrobené z priehľadných materiálov, aby cez ne mohlo prechádzať svetlo bez lomu.

Malé LCD displeje bez aktívneho podsvietenia, používané v elektronických hodinkách, kalkulačkách a pod extrémne nízka spotreba energie, ktorá poskytuje dlhodobé (až niekoľko rokov) autonómna prevádzka takéto zariadenia bez výmeny galvanických prvkov.

Na druhej strane majú LCD monitory aj mnohé nevýhody, ktoré je často zásadne ťažké odstrániť, napr.

Sú to ovládacie prvky, ktoré vám pomôžu ovládať každý pixel na obrazovke. Tieto tranzistory sú extrémne tenké, s hrúbkou od 1 do 01 mikrónov. Táto technológia je pomerne zložitá, a preto je ťažké dosiahnuť prijateľné percento jedlých produktov, pretože počet použitých tranzistorov je extrémne vysoký. Kritériá a normy pre počet nepracujúcich tranzistorov na jednom displeji sa líšia od výrobcu k výrobcovi.

Ďalším dôležitým faktorom výkonu displeja je doba odozvy. Alebo inak, oneskorenie medzi vstupom signálu a zobrazením. Nejde o obnovovaciu frekvenciu, ale o faktor určený materiálmi použitými na vytvorenie zobrazovacieho panela. Merané v desiatkach a stotinách sekundy budú presné informácie o tejto problematike, ako aj výrobcovia, ktorí si tieto technologické údaje žiarlivo strážia.

  • na rozdiel od obrazoviek CRT dokážu zobraziť jasný obraz len v jednom („štandardnom“) rozlíšení. Zvyšok sa dosiahne interpoláciou;
  • V porovnaní s CRT majú LCD monitory nízky kontrast a hĺbku čiernej. Zvýšenie skutočného kontrastu je často spojené s jednoduchým zvýšením jasu podsvietenia až do nepríjemných úrovní. Široko používaný lesklý povlak matrice ovplyvňuje iba subjektívny kontrast v okolitých svetelných podmienkach;
  • kvôli prísnym požiadavkám na konštantnú hrúbku matríc vzniká problém nerovnomernosti rovnomernej farby (nerovnomernosť podsvietenia) - na niektorých monitoroch je neodstrániteľná nerovnomernosť v priepustnosti jasu (pásy v gradientoch) spojená s použitím lineárnych blokov;
  • skutočná rýchlosť zmeny obrazu zostáva tiež výrazne nižšia ako pri CRT a plazmových displejoch. Technológia Overdrive rieši problém rýchlosti len čiastočne;
  • závislosť kontrastu od uhla pohľadu stále zostáva významnou nevýhodou technológie. CRT displeje sa tomuto problému úplne vyhýbajú;
  • Sériovo vyrábané LCD monitory sú zle chránené pred mechanickým poškodením. Matrica je obzvlášť citlivá, ak nie je chránená sklom. Pri silnom stlačení môže dôjsť k nezvratnej degradácii;
  • Vyskytol sa problém s chybnými pixelmi. Maximálne prípustné množstvo chybné pixely, v závislosti od veľkosti obrazovky, je určená v medzinárodný štandard ISO 13406-2 (v Rusku - GOST R 52324-2005). Štandard definuje Template:Num kvalitu LCD monitorov. Najvyššia trieda - 1, vôbec neumožňuje prítomnosť chybných pixelov. Najnižšia - 4, umožňuje pracovať až Šablóna:Num pixelov na Šablónu:Num. CRT monitory nie sú týmto problémom ovplyvnené;
  • Pixely LCD monitorov degradujú, hoci rýchlosť degradácie je najpomalšia zo všetkých zobrazovacích technológií, s výnimkou laserových displejov, ktoré jej nepodliehajú vôbec.
  • Nie príliš široký rozsah prevádzkových teplôt: dynamické charakteristiky sa zhoršujú (a potom sa stávajú nefunkčnými) aj pri nízkych negatívnych teplotách okolia.

OLED displeje (organic light-emitting diode matrix) sa často považujú za sľubnú technológiu, ktorá môže nahradiť LCD monitory, no pri hromadnej výrobe sa stretávala s mnohými ťažkosťami, najmä v prípade matíc s veľkou uhlopriečkou.

A posledným parametrom je rozlíšenie, pri ktorom má displej optimálny výkon v pomere k počtu horizontálnych a vertikálnych pixelov. Toto sú typické štandardné skratky označujúce parametre. Väčšina látok existuje v troch skupenstvách – pevnom, kvapalnom a plynnom. Rozdiely medzi týmito materiálmi spočívajú vo vnútornej štruktúre, ktorá závisí od teploty a tlaku.

Pri nízkych teplotách, keď je materiál v pevnom stave, sa atómy, ióny alebo molekuly nemôžu voľne pohybovať. Ich jediným pohybom sú tepelné vibrácie okolo rovnovážnej polohy. Ak teplota stúpa, do systému vstupuje viac energie, čo má za následok silnejšie oscilácie. Nakoniec pri teplote medzi pevným a kvapalným skupenstvom sa väzby uvoľnia natoľko, že voľný pohyb molekúl sa navzájom ruší a mení smer pohybu.

technológie

Hlavné technológie pri výrobe LCD displejov: TN+film, IPS (SFT, PLS) a MVA. Tieto technológie sa líšia geometriou povrchov, polymérom, riadiacou doskou a prednou elektródou. Veľký význam majú čistotu a typ polyméru s vlastnosťami tekutých kryštálov používaných v špecifickom vývoji.

Doba odozvy LCD monitorov navrhnutých pomocou technológie SXRD. Reflexný displej Silicon X-tal - silikónová reflexná matrica z tekutých kryštálov), zmenšená na šablónu: č.

Šablóna:Anchor2

TN + film (Twisted Nematic + film) je najjednoduchšia technológia. Slovo „film“ v názve technológie znamená „dodatočná vrstva“ slúžiaca na zväčšenie zorného uhla (približne od 90 do 150°). V súčasnosti sa predpona „film“ často vynecháva a takéto matice sa nazývajú jednoducho TN. Spôsob, ako zlepšiť kontrast a pozorovacie uhly pre TN panely, zatiaľ nebol nájdený a doba odozvy áno tohto typu Matrica je v súčasnosti jednou z najlepších, ale úroveň kontrastu nie.

Filmové pole TN+ funguje takto: Keď na subpixely nie je privedené žiadne napätie, tekuté kryštály (a polarizované svetlo, ktoré prenášajú) sa navzájom otáčajú o 90° v horizontálnej rovine v priestore medzi dvoma doskami. A keďže smer polarizácie filtra na druhej platni je presne 90° so smerom polarizácie filtra na prvej platni, svetlo ním prechádza. Ak sú červené, zelené a modré sub-pixely plne osvetlené, na obrazovke sa objaví biela bodka.

Medzi výhody tejto technológie patrí najkratšia doba odozvy moderné matriceŠablóna: Kedy? , ako aj nízke náklady. Nevýhody: horšie podanie farieb, najmenšie pozorovacie uhly.

Šablóna:Anchor2

AS-IPS (Pokročilé Super IPS - rozšírený super-IPS) - bol tiež vyvinutý spoločnosťou Hitachi Corporation v roku 2002. Vylepšenia sa týkali najmä úrovne kontrastu bežných S-IPS panelov, čím sa priblížili ku kontrastu S-PVA panelov. AS-IPS sa používa aj ako názov pre monitory NEC (napríklad NEC LCD20WGX2) Technológia S-IPS, vyvinuté konzorciom LG Display.

H-IPS A-TW (Horizontálny IPS s pokročilým True White Polarizer ) - vyvinutý spoločnosťou LG Display pre spoločnosť NEC Corporation. Ide o H-IPS panel s farebným filtrom TW (True White), aby bola biela farba realistickejšia a zväčšili sa pozorovacie uhly bez skreslenia obrazu (eliminuje sa efekt svietiacich LCD panelov pod uhlom - tzv. efekt”). Tento typ panelov sa používa na vytváranie profesionálnych monitorov Vysoká kvalita.

AFFS (Pokročilé prepínanie okrajových polí , neoficiálny názov - S-IPS Pro) je ďalším vylepšením IPS, vyvinutého spoločnosťou BOE Hydis v roku 2003. Zvýšená intenzita elektrického poľa umožnila dosiahnuť ešte väčšie pozorovacie uhly a jas, ako aj znížiť medzipixelovú vzdialenosť. Displeje založené na AFFS sa používajú hlavne v počítačoch Tablet PC na matriciach vyrábaných spoločnosťou Hitachi Displays.

Vývoj super jemnej TFT technológie od NEC
názov Krátke označenie rok Výhoda Poznámky
Super jemný TFT S.F.T. 1996 Široké pozorovacie uhly, hlboká čierna . So zlepšeným podaním farieb sa jas mierne znížil.
Pokročilé SFT A-SFT 1998 Najlepší čas odozvy Technológia sa vyvinula na A-SFT (Advanced SFT, Nec Technologies Ltd. v roku 1998), čo výrazne skracuje dobu odozvy.
Super pokročilý SFT SA-SFT 2002 Vysoká transparentnosť SA-SFT vyvinutý spoločnosťou Nec Technologies Ltd. v roku 2002 zlepšila transparentnosť 1,4-krát v porovnaní s A-SFT.
Ultra pokročilý SFT UA-SFT 2004 Vysoká transparentnosť
Farebné podanie
Vysoký kontrast		 Umožňuje dosiahnuť 1,2-krát väčšiu transparentnosť v porovnaní s SA-SFT, 70% pokrytie farebného rozsahu NTSC a zvýšený kontrast.
rozvoj Technológia IPS od Hitachi
názov Krátke označenie rok Výhoda Transparentnosť/
Kontrast		 Poznámky
Super TFT IPS 1996 Široké pozorovacie uhly 100/100
Základná úroveň		 Väčšina panelov tiež podporuje realistické podanie farieb (8 bitov na kanál). Tieto vylepšenia prišli za cenu pomalších časov odozvy, spočiatku okolo 50 ms. IPS panely boli tiež veľmi drahé.
Super-IPS S-IPS 1998 Žiadny farebný posun 100/137 IPS bol nahradený S-IPS (Super-IPS, Hitachi Ltd. v roku 1998), ktorý zdedil všetky výhody technológie IPS pri znížení doby odozvy
Pokročilý super-IPS AS-IPS 2002 Vysoká transparentnosť 130/250 AS-IPS, tiež vyvinutý spoločnosťou Hitachi Ltd. v roku 2002 hlavne zlepšuje kontrast tradičných S-IPS panelov na úroveň, kedy sa stávajú druhým po niektorých S-PVA.
IPS-provectus IPS-Pro 2004 Vysoký kontrast 137/313 Technológia panelov IPS Alpha so širším farebným gamutom a kontrastom porovnateľným s PVA a ASV displejmi bez rohového lesku.
IPS alfa IPS-Pro 2008 Vysoký kontrast IPS-Pro novej generácie
IPS alfa novej generácie IPS-Pro 2010 Vysoký kontrast Hitachi prenáša technológiu na Panasonic
Vývoj technológie IPS spoločnosťou LG
názov Krátke označenie rok Poznámky
Super-IPS S-IPS 2001 LG Display zostáva jedným z hlavných výrobcov panelov založených na technológii Hitachi Super-IPS.
Pokročilý super-IPS AS-IPS 2005 Vylepšený kontrast s rozšíreným farebným gamutom.
Horizontálne IPS H-IPS 2007 Dosiahol sa ešte väčší kontrast a vizuálne jednotnejší povrch obrazovky. Okrem toho sa objavila aj technológia Advanced True Wide Polarizer založená na polarizačnom filme NEC, ktorá umožňuje dosiahnuť širšie pozorovacie uhly a eliminovať odlesky pri pohľade pod uhlom. Použité v profesionálna práca s grafikou.
Vylepšený IPS e-IPS 2009 Má širšiu clonu na zvýšenie priepustnosti svetla pri plne otvorených pixeloch, čo umožňuje použitie podsvietenia, ktoré je lacnejšie na výrobu a má nižšiu spotrebu energie. Vylepšený bol diagonálny pozorovací uhol, čas odozvy sa skrátil na 5 ms.
Profesionálny IPS P-IPS 2010 Poskytuje 1,07 miliardy farieb (30-bitová farebná hĺbka). Viac možných orientácií subpixelov (1024 oproti 256) a lepšia skutočná farebná hĺbka.
Pokročilý vysokovýkonný IPS AH-IPS 2011 Vylepšená reprodukcia farieb, zvýšené rozlíšenie a PPI, zvýšený jas a znížená spotreba energie.

Šablóna:Anchor2

Technológia VA (skratka pre vertikálne zarovnanie- vertikálne zarovnanie) zaviedla v roku 1996 spoločnosť Fujitsu. Keď je napätie vypnuté, tekuté kryštály matrice VA sú zarovnané kolmo na druhý filter, to znamená, že neprepúšťajú svetlo. Po privedení napätia sa kryštály otočia o 90° a na obrazovke sa objaví svetlý bod. Rovnako ako v IPS matriciach, pixely neprepúšťajú svetlo, keď nie je napätie, takže keď zlyhajú, sú viditeľné ako čierne bodky.

Nástupcom technológie VA je technológia MVA ( vertikálne zarovnanie viacerých domén ), vyvinutý spoločnosťou Fujitsu ako kompromis medzi technológiami TN a IPS. Horizontálne a vertikálne pozorovacie uhly pre matrice MVA sú 160° (at moderné modely monitory až do 176-178°), pričom vďaka použitiu akceleračných technológií (RTC) tieto matice v dobe odozvy nezaostávajú za TN+Film. Výrazne prekračujú charakteristiky tých druhých, pokiaľ ide o farebnú hĺbku a presnosť ich reprodukcie.

Výhody technológie MVA sú sýta čierna farba (pri kolmom pohľade) a absencia špirálovej kryštálovej štruktúry a dvojitého magnetického poľa. Nevýhody MVA oproti S-IPS: strata detailov v tieňoch pri kolmom pohľade, závislosť vyváženia farieb obrazu od uhla pohľadu.

Analógy MVA sú technológie:

  • PVA ( vzorované vertikálne zarovnanie) od spoločnosti Samsung;
  • Super PVA od Sony-Samsung (S-LCD);
  • Super MVA od CMO;
  • ASV ( pokročilý super pohľad), tiež nazývaný ASVA ( osovo symetrické vertikálne zarovnanie ) od spoločnosti Sharp.

Matrice MVA/PVA sa považujú za kompromis medzi TN a IPS, a to ako z hľadiska nákladov, tak aj spotrebiteľských vlastností.

Šablóna:Anchor2

matica PLS ( prepínanie medzi rovinou a čiarou) vyvinula spoločnosť Samsung ako alternatívu k IPS a prvýkrát bola predstavená v decembri 2010. Očakáva sa, že táto matrica bude o 15 % lacnejšia ako IPS.

Výhody:

  • Vyššia hustota pixelov v porovnaní s IPS (a podobne ako *VA/TN)

, tablety, elektronické prekladače, kalkulačky, hodinky atď., ako aj v mnohých iných elektronických zariadeniach.

Od roku 2008 väčšina stolných monitorov založených na matriciach TN (a niektoré *VA), ako aj všetky displeje prenosných počítačov, používajú matrice s 18-bitovou farbou (6 bitov na kanál RGB), 24-bitovým emulovaným blikaním s ditheringom.

Malé LCD displeje bez aktívneho podsvietenia, používané v elektronických hodinkách, kalkulačkách a pod extrémne nízka spotreba energie, ktorý zabezpečuje dlhodobú (až niekoľko rokov) autonómnu prevádzku takýchto zariadení bez výmeny galvanických prvkov.

Na druhej strane majú LCD monitory aj mnohé nevýhody, ktoré je často zásadne ťažké odstrániť, napr.

  • na rozdiel od obrazoviek CRT dokážu zobraziť jasný obraz len v jednom („štandardnom“) rozlíšení. Zvyšok sa dosiahne interpoláciou;
  • V porovnaní s CRT majú LCD monitory nízky kontrast a hĺbku čiernej. Zvýšenie skutočného kontrastu je často spojené s jednoduchým zvýšením jasu podsvietenia až do nepríjemných úrovní. Široko používaný lesklý povlak matrice ovplyvňuje iba subjektívny kontrast v okolitých svetelných podmienkach;
  • kvôli prísnym požiadavkám na konštantnú hrúbku matríc vzniká problém nerovnomernosti rovnomernej farby (nerovnomernosť podsvietenia) - na niektorých monitoroch je neodstrániteľná nerovnomernosť v priepustnosti jasu (pásy v gradientoch) spojená s použitím lineárnych blokov;
  • skutočná rýchlosť zmeny obrazu zostáva tiež výrazne nižšia ako pri CRT a plazmových displejoch. Technológia Overdrive rieši problém rýchlosti len čiastočne;
  • závislosť kontrastu od uhla pohľadu stále zostáva významnou nevýhodou technológie. CRT displeje sa tomuto problému úplne vyhýbajú;
  • Sériovo vyrábané LCD monitory sú zle chránené pred mechanickým poškodením. Matrica je obzvlášť citlivá, ak nie je chránená sklom. Pri silnom stlačení môže dôjsť k nezvratnej degradácii;
  • Vyskytol sa problém s chybnými pixelmi. Maximálny povolený počet chybných pixelov v závislosti od veľkosti obrazovky je stanovený v medzinárodnej norme ISO 13406-2 (v Rusku - GOST R 52324-2005). Norma definuje 4 triedy kvality pre LCD monitory. Najvyššia trieda - 1, vôbec neumožňuje prítomnosť chybných pixelov. Najnižšia je 4, čo umožňuje až 262 chybných pixelov na 1 milión fungujúcich. CRT monitory nie sú týmto problémom ovplyvnené;
  • Pixely LCD monitorov degradujú, hoci rýchlosť degradácie je najpomalšia zo všetkých zobrazovacích technológií, s výnimkou laserových displejov, ktoré jej nepodliehajú vôbec.
  • nie veľmi široký rozsah prevádzkových teplôt: dynamické charakteristiky sa zhoršujú (a potom sa stávajú nefunkčnými) aj pri nízkych negatívnych teplotách okolia.
  • matrice sú dosť krehké a ich výmena je veľmi drahá

OLED displeje (organic light-emitting diode matrix) sa často považujú za sľubnú technológiu, ktorá môže nahradiť LCD monitory, no pri hromadnej výrobe sa stretávala s mnohými ťažkosťami, najmä v prípade matíc s veľkou uhlopriečkou.

technológie

Hlavné technológie pri výrobe LCD displejov: TN+film, IPS (SFT, PLS) a MVA. Tieto technológie sa líšia geometriou povrchov, polymérom, riadiacou doskou a prednou elektródou. Čistota a typ polyméru s vlastnosťami tekutých kryštálov používaných v špecifických dizajnoch sú veľmi dôležité.

Doba odozvy LCD monitorov navrhnutých pomocou technológie SXRD. Reflexný displej Silicon X-tal - kremíková reflexná matrica z tekutých kryštálov), znížená na 5 ms.

TN + film

TN + film (Twisted Nematic + film) je najjednoduchšia technológia. Slovo „film“ v názve technológie znamená „dodatočná vrstva“ slúžiaca na zväčšenie zorného uhla (približne od 90 do 150°). V súčasnosti sa predpona „film“ často vynecháva a takéto matice sa nazývajú jednoducho TN. Spôsob, ako zlepšiť kontrast a pozorovacie uhly pre TN panely, ešte nebol nájdený a doba odozvy tohto typu matrice je v súčasnosti jednou z najlepších, ale úroveň kontrastu nie.

Filmové pole TN+ funguje takto: Keď na subpixely nie je privedené žiadne napätie, tekuté kryštály (a polarizované svetlo, ktoré prenášajú) sa navzájom otáčajú o 90° v horizontálnej rovine v priestore medzi dvoma doskami. A keďže smer polarizácie filtra na druhej platni je presne 90° so smerom polarizácie filtra na prvej platni, svetlo ním prechádza. Ak sú červené, zelené a modré sub-pixely plne osvetlené, na obrazovke sa objaví biela bodka.

Medzi výhody technológie patrí najkratšia doba odozvy spomedzi moderných matíc [Kedy?] , ako aj nízke náklady. Nevýhody: horšie podanie farieb, najmenšie pozorovacie uhly.

IPS (SFT)

AS-IPS (Pokročilý Super IPS- rozšírený super-IPS) - bol tiež vyvinutý spoločnosťou Hitachi Corporation v roku 2002. Vylepšenia sa týkali najmä úrovne kontrastu bežných S-IPS panelov, čím sa priblížili ku kontrastu S-PVA panelov. AS-IPS sa používa aj ako názov pre monitory NEC (napríklad NEC LCD20WGX2), ktoré využívajú technológiu S-IPS vyvinutú konzorciom LG Display.

H-IPS A-TW (Horizontálny IPS s pokročilým True White Polarizer ) - vyvinutý spoločnosťou LG Display pre spoločnosť NEC Corporation. Ide o H-IPS panel s farebným filtrom TW (True White), aby bola biela farba realistickejšia a zväčšili sa pozorovacie uhly bez skreslenia obrazu (eliminuje sa efekt svietiacich LCD panelov pod uhlom - tzv. efekt”). Tento typ panelov sa používa na vytváranie vysoko kvalitných profesionálnych monitorov.

AFFS (Pokročilé prepínanie okrajových polí , neoficiálny názov - S-IPS Pro) je ďalším vylepšením IPS, vyvinutého spoločnosťou BOE Hydis v roku 2003. Zvýšená intenzita elektrického poľa umožnila dosiahnuť ešte väčšie pozorovacie uhly a jas, ako aj znížiť medzipixelovú vzdialenosť. Displeje založené na AFFS sa používajú hlavne v počítačoch Tablet PC na matriciach vyrábaných spoločnosťou Hitachi Displays.

Vývoj super jemnej TFT technológie od NEC
názov Krátke označenie rok Výhoda Poznámky
Super jemný TFT S.F.T. 1996 Široké pozorovacie uhly, hlboká čierna . So zlepšeným podaním farieb sa jas mierne znížil.
Pokročilé SFT A-SFT 1998 Najlepší čas odozvy Technológia sa vyvinula na A-SFT (Advanced SFT, Nec Technologies Ltd. v roku 1998), čo výrazne skracuje dobu odozvy.
Super pokročilý SFT SA-SFT 2002 Vysoká transparentnosť SA-SFT vyvinutý spoločnosťou Nec Technologies Ltd. v roku 2002 zlepšila transparentnosť 1,4-krát v porovnaní s A-SFT.
Ultra pokročilý SFT UA-SFT 2004 Vysoká transparentnosť
Farebné podanie
Vysoký kontrast		 Umožňuje dosiahnuť 1,2-krát väčšiu transparentnosť v porovnaní s SA-SFT, 70% pokrytie farebného rozsahu NTSC a zvýšený kontrast.
Vývoj technológie IPS spoločnosťou Hitachi
názov Krátke označenie rok Výhoda Transparentnosť/
Kontrast		 Poznámky
Super TFT IPS 1996 Široké pozorovacie uhly 100/100
Základná úroveň		 Väčšina panelov tiež podporuje realistické podanie farieb (8 bitov na kanál). Tieto vylepšenia prišli za cenu pomalších časov odozvy, spočiatku okolo 50 ms. IPS panely boli tiež veľmi drahé.
Super-IPS S-IPS 1998 Žiadny farebný posun 100/137 IPS bol nahradený S-IPS (Super-IPS, Hitachi Ltd. v roku 1998), ktorý zdedil všetky výhody technológie IPS pri znížení doby odozvy
Pokročilý super-IPS AS-IPS 2002 Vysoká transparentnosť 130/250 AS-IPS, tiež vyvinutý spoločnosťou Hitachi Ltd. v roku 2002 hlavne zlepšuje kontrast tradičných S-IPS panelov na úroveň, kedy sa stávajú druhým po niektorých S-PVA.
IPS-provectus IPS-Pro 2004 Vysoký kontrast 137/313 Technológia panelov IPS Alpha so širším farebným gamutom a kontrastom porovnateľným s PVA a ASV displejmi bez rohového lesku.
IPS alfa IPS-Pro 2008 Vysoký kontrast IPS-Pro novej generácie
IPS alfa novej generácie IPS-Pro 2010 Vysoký kontrast Hitachi prenáša technológiu na Panasonic
Vývoj technológie IPS spoločnosťou LG
názov Krátke označenie rok Poznámky
Super-IPS S-IPS 2001 LG Display zostáva jedným z hlavných výrobcov panelov založených na technológii Hitachi Super-IPS.
Pokročilý super-IPS AS-IPS 2005 Vylepšený kontrast s rozšíreným farebným gamutom.
Horizontálne IPS H-IPS 2007 Dosiahol sa ešte väčší kontrast a vizuálne jednotnejší povrch obrazovky. Okrem toho sa objavila aj technológia Advanced True Wide Polarizer založená na polarizačnom filme NEC, ktorá umožňuje dosiahnuť širšie pozorovacie uhly a eliminovať odlesky pri pohľade pod uhlom. Používa sa pri profesionálnych grafických prácach.
Vylepšený IPS e-IPS 2009 Má širšiu clonu na zvýšenie priepustnosti svetla pri plne otvorených pixeloch, čo umožňuje použitie podsvietenia, ktoré je lacnejšie na výrobu a má nižšiu spotrebu energie. Vylepšený bol diagonálny pozorovací uhol, čas odozvy sa skrátil na 5 ms.
Profesionálny IPS P-IPS 2010 Poskytuje 1,07 miliardy farieb (30-bitová farebná hĺbka). Viac možných orientácií subpixelov (1024 oproti 256) a lepšia skutočná farebná hĺbka.
Pokročilý vysokovýkonný IPS AH-IPS 2011 Vylepšená reprodukcia farieb, zvýšené rozlíšenie a PPI, zvýšený jas a znížená spotreba energie.

VA/MVA/PVA

Technológia VA (skratka pre vertikálne zarovnanie- vertikálne zarovnanie) zaviedla v roku 1996 spoločnosť Fujitsu. Keď je napätie vypnuté, tekuté kryštály matrice VA sú zarovnané kolmo na druhý filter, to znamená, že neprepúšťajú svetlo. Po privedení napätia sa kryštály otočia o 90° a na obrazovke sa objaví svetlý bod. Rovnako ako v IPS matriciach, pixely neprepúšťajú svetlo, keď nie je napätie, takže keď zlyhajú, sú viditeľné ako čierne bodky.

Nástupcom technológie VA je technológia MVA ( vertikálne zarovnanie viacerých domén ), vyvinutý spoločnosťou Fujitsu ako kompromis medzi technológiami TN a IPS. Horizontálne a vertikálne pozorovacie uhly pre matice MVA sú 160° (na moderných modeloch monitorov až 176-178°) a vďaka použitiu akceleračných technológií (RTC) tieto matice v čase odozvy nezaostávajú za TN+Film. Výrazne prekračujú charakteristiky tých druhých, pokiaľ ide o farebnú hĺbku a presnosť ich reprodukcie.

Výhody technológie MVA sú sýta čierna farba (pri kolmom pohľade) a absencia špirálovej kryštálovej štruktúry a dvojitého magnetického poľa. Nevýhody MVA oproti S-IPS: strata detailov v tieňoch pri kolmom pohľade, závislosť vyváženia farieb obrazu od uhla pohľadu.

Analógy MVA sú technológie:

  • PVA ( vzorované vertikálne zarovnanie) od spoločnosti Samsung;
  • Super PVA od Sony-Samsung (S-LCD);
  • Super MVA od CMO;
  • ASV ( pokročilý super pohľad), tiež nazývaný ASVA ( osovo symetrické vertikálne zarovnanie ) od spoločnosti Sharp.

Matrice MVA/PVA sa považujú za kompromis medzi TN a IPS, a to ako z hľadiska nákladov, tak aj spotrebiteľských vlastností.

PLS

matica PLS ( prepínanie medzi rovinou a čiarou) vyvinula spoločnosť Samsung ako alternatívu k IPS a prvýkrát bola predstavená v decembri 2010. Očakáva sa, že táto matrica bude o 15 % lacnejšia ako IPS.

Výhody:

  • Vyššia hustota pixelov v porovnaní s IPS (a podobne ako *VA/TN) [zdroj neuvedený 124 dní]. Zdroj môže byť externý (napríklad Slnko) alebo vstavaný (podsvietenie). Zabudované podsvietenie sa zvyčajne nachádza za vrstvou tekutých kryštálov a presvitá cez ňu (aj keď bočné osvetlenie nájdeme napríklad aj v hodinkách).

    Vonkajšie osvetlenie

    Monochromatické displeje náramkových hodiniek a mobilné telefóny Väčšinu času používajú vonkajšie osvetlenie (zo Slnka, lampy na osvetlenie miestnosti atď.). Typicky za vrstvou pixelov z tekutých kryštálov je zrkadlová alebo matná reflexná vrstva. Pre použitie v tme sú takéto displeje vybavené bočným osvetlením. Existujú aj transflektívne displeje, pri ktorých je reflexná (zrkadlová) vrstva priesvitná a podsvietené lampy sú umiestnené za ňou.

    Žiarové osvetlenie

    V minulosti v niektorých náramkové hodinky s monochromatickým LCD displejom bola použitá subminiatúrna žiarovka. Ale kvôli vysokej spotrebe energie sú žiarovky nerentabilné. Okrem toho nie sú vhodné na použitie napríklad v televízoroch, pretože vytvárajú veľké množstvo tepla (prehrievanie škodí tekutým kryštálom) a často dochádza k ich vyhoreniu.

    Elektroluminiscenčný panel

    Monochromatické LCD displeje niektorých hodín a prístrojových displejov využívajú na podsvietenie elektroluminiscenčný panel. Tento panel je tenká vrstva kryštalického fosforu (napríklad sulfidu zinočnatého), v ktorej dochádza k elektroluminiscencii - žiareniu pod vplyvom prúdu. Typicky svieti zeleno-modro alebo žlto-oranžovo.

    Osvetlenie pomocou plynových výbojok („plazmových“) výbojok

    Počas prvej dekády 21. storočia bola veľká väčšina LCD displejov podsvietená jednou alebo viacerými plynovými výbojkami (najčastejšie výbojkami so studenou katódou – CCFL, aj keď v poslednej dobe sa začali používať EEFL). V týchto lampách je zdrojom svetla plazma produkovaná elektrickým výbojom cez plyn. Takéto displeje by sa nemali zamieňať s plazmovými displejmi, v ktorých je každý pixel sám osvetlený a je miniatúrnou výbojkou.

  • Mukhin I. A., Ukrajinský O. V. Metódy na zlepšenie kvality televízneho obrazu reprodukovaného panelmi z tekutých kryštálov Materiály správy na vedeckej a technickej konferencii „Moderná televízia“. Moskva, marec 2006.