Технологии изготовления ЖК - экранов

Реализация описанной выше технологии решила проблему габаритов и энергопотребления. Однако первые модели ЖК - экранов имели ряд специфических недостатков:

 

· · низкое быстродействие ячеек; на изменение ориентации молекул жидкокристаллического вещества требовалось до 500 мс, что не позволяло использовать такие ЖК - экраны для отображения динамических изображений (например, при быстром перемещении манипулятора «мышь» на экране монитора пропадало изображение его указателя);

 

· · сильная зависимость качества изображения (яркости, контрастности) от внешнего освещения;

 

· · ограниченный угол зрения, под которым изображение на ЖК - экране хорошо видно;

 

· · низкие яркость и насыщенность изображения;

 

· · ограниченные размеры;

 

· · высокая стоимость.

 

С целью устранения этих недостатков технологии изготовления ЖК - ячеек постоянно совершенствуются.

 

Технология DSTN

Первой технологией, позволившей значительно повысить качество изображения на экране ЖК - монитора, стала технология DSTN (Dual - scan Super - Twisted Nematic - сверхзакрученные нематические ячейки с двойным сканированием). Эта технология основана на использовании ЖК - ячеек с более подвижными молекулами и большим углом поворота плоскости поляризации (120° по сравнению с 90°) а также двойного сканирования строк экрана. Благодаря увеличению угла поворота плоскости поляризации света, обеспечивается более высокая контрастность изображения, а использование вещества с более подвижными молекулами и двойное сканирование снизило время реакции ЖК - ячейки до 150 мс и позволило значительно повысить частоту обновления экрана.

 

Хотя с помощью технологии DSTN и удалось значительно повысить качество изображения на экране ЖК - монитора, но осталась неразрешенной проблема низкой контрастности изображения, вызванная частичной активацией соседних ячеек.

 

Технология TFT

Устранить этот недостаток позволила так называемая технология активных ЖК - ячеек. От обычной (пассивной) ЖК - ячейки активная отличается наличием собственного электронного ключа. Такой ключ позволяет сигналом низкого уровня (около 0,7 В) коммутировать высокое (десятки вольт) напряжение. На рис. 1.8 представлены схема простейшего транзисторного ключа на биполярном транзисторе и диаграммы его работы.

 

Использование активных ЖК - ячеек позволило значительно снизить уровень сигнала управления и тем самым решить проблему частичной засветки соседних пикселей. Поскольку электронные ключи выполняются по тонкопленочной технологии, подобные ЖК - экраны подучили название ТFT - экранов (Thin Film Transistor - тонкопленочный транзистор). Технология TFT была разработана специалистами фирмы Toshiba. Она позволила не только улучшить показатели ЖК - мониторов (яркость, контрастность, угол зрения и др.), но и создать на основе активной ЖК - матрицы цветной монитор. Каждый элемент такой матрицы образован тремя тонкопленочными транзисторами и триадой управляемых ими ЖК - ячеек. Каждая ячейка триады снабжена светофильтром одного из трех основных цветов: красного, зеленого или синего. Изменяя уровень поданного на транзистор управляющего сигнала, можно регулировать яркость каждой ячейки триады. Таким образом, TFT - экран ЖК - монитора состоит из таких же триад, как экран обычного монитора на основе ЭЛТ.

 

 

Рисунок 1.8 – Схема транзисторного ключа (а) и диаграммы его работы (б)

 

 

Пиксель на основе TFT устроен следующим образом: в стеклянной пластине друг за другом интегрировано три цветных фильтра (красный, зеленый и синий). Каждый пиксель представляет собой комбинацию трех цветных ячеек или субпиксельных элементов. Это означает, например, что у дисплея, имеющего разрешение 1280x1024, существует ровно 3840x1024 транзистора и субпиксельных элемента. Размер точки (пикселя) для 15.1" дисплея TFT (1024x768) приблизительно равен 0.0188 дюйма (или 0.30 мм), а для 18.1" дисплея TFT - около 0.011 дюйма (или 0.28 мм).

 

http://monitors.narod.ru

 

Формирование и подача управляющего сигнала видеоадаптера на каждую ЖК - ячейку экрана - задача очень сложная. Для ее решения в состав плоскопанельного монитора входит специальная электронная схема управления - контроллер ЖК - экрана.

Контроллер является самым сложным элементом ЖК - монитора. Его задача заключается в синхронизации по частоте и фазе выходных сигналов видеоадаптера и управляющих ЖК - экраном синхросигналов, формируемых схемами управления строками и столбцами (см. рис. 1.7).

Рассогласование этих сигналов по частоте ведет к нарушению корректности обновления строк: нарушается соответствие положения элементов растра на экране временным параметрам видеосигнала, В результате изображение пропадает либо наблюдаются такие дефекты, как дрожание растра или вертикальные линии на изображении.

После выравнивания частот указанных сигналов контроллер ЖК - экрана производит их синхронизацию по фазе, что позволяет добиться необходимой фокусировки изображения и полностью устранить дрожание изображения.

 

Помимо адресации ячеек и синхронизации изображения, контроллер ЖК - экрана выполняет преобразование видеосигнала по уровню. Необходимость в таком преобразовании обусловлена тем, что уровень сигнала, подаваемого на ЖК - ячейку, отличается от уровня выходного сигнала видеоадаптера. Часто в результате этого преобразования значительно уменьшается количество оттенков цветов, отображаемых на экране ЖК - монитора: оно оказывается меньше, чем в состоянии обеспечить видеоадаптер, исходя из объема установленной на нем видеопамяти.

 

Анализируя методы адресации элементов ЖК - экрана, нельзя не заметить определенного сходства между ячейками ЖК - экрана и ячейками оперативной памяти. В частности, в обоих случаях весь массив ячеек разбивается на строки и столбцы и осуществляется их независимая адресация. Обновление информации, как в памяти, так и на ЖК - экране происходит построчно.

 

В этой связи становится очевидной нерациональность использования аналогового видеосигнала для управления ЖК - экраном. Ранее, когда видеоадаптер использовался только с обычными мониторами на основе ЭЛТ, последовательный способ передачи информации являлся единственно возможным, поскольку в таком мониторе имелся единственный развертывающий элемент -электронный луч, последовательно сканировавший все элементы растра.

 

Иначе обстоит дело в ЖК - мониторах. Контроллер ЖК - экрана вынужден выполнять дополнительные преобразования видеосигнала: из аналогового в цифровой и обратно. Такие преобразования сопровождаются появлением дополнительных искажений (в частности, упомянутым выше ограничением палитры). Налицо наличие трех лишних преобразований: цифро-аналогового в видеоадаптере, аналого-цифрового и цифро-аналогового - в контроллере ЖК - экрана. Это снижает качество изображения на ЖК - экране и значительно усложняет его конструкцию.

 

Технология DFPI

С целью устранения промежуточных преобразований была разработана новая технология DFPI (Digital Flat Panel Initiative - цифровая инициализация плоской панели), в соответствии с которой содержимое ячеек видеопамяти передается непосредственно в ячейки ЖК - экрана. Реализация этой технологии позволяет повысить скорость обновления экрана и устранить проблему синхронизации работы контроллера экрана и видеоадаптера.