РАЗДЕЛ 1: Общие сведения о жидких кристаллах РАЗДЕЛ 1: Общие сведения о жидких кристаллах РАЗДЕЛ 2: Технологии ЖК панелей РАЗДЕЛ 3: Конструкции ЖК панелей

1. Общие сведения о жидких кристаллах Введение Жидкие кристаллы – вещества, которые одновременно обладают свойствами как жидкостей, так и кристаллов. По структуре ЖК – этакое «желе» из молекул вытянутой формы, размещенных строго определенным образом

Различают три основные категории порядка ЖК: - смектический, - смектический, - нематический - нематический - холестерический (рис.2). - холестерический (рис.2). Порядок – это пространственная ориентация молекул ЖК в положении отдыха. Порядок – это пространственная ориентация молекул ЖК в положении отдыха. Порядок жидких кристаллов. Рис.2. Виды порядка жидких кристаллов

Влияние электрического поля на ориентацию ЖК. Одно из важнейших свойств ЖК – способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрического тока.

При увеличении напряжения, начиная с некоторого значения Ec, ориентационные силы электрического поля превышают силы упругости, и начинает происходить поворот молекул. Эта переориентация под воздействием поля носит название перехода Фредерикса. Переход Фредерикса является фундаментальным для организации управления жидкими кристаллами, на нем основан принцип работы всех ЖК-панелей. При увеличении напряжения, начиная с некоторого значения Ec, ориентационные силы электрического поля превышают силы упругости, и начинает происходить поворот молекул. Эта переориентация под воздействием поля носит название перехода Фредерикса. Переход Фредерикса является фундаментальным для организации управления жидкими кристаллами, на нем основан принцип работы всех ЖК-панелей. Рис.3. Переход Фредерикса для молекул ЖК с положительной диэлектрической анизотропией диэлектрической анизотропией

2. Технологии ЖК панелей В настоящее время большинство панелей для вывода компьютерных изображений выполнены по технологии: В настоящее время большинство панелей для вывода компьютерных изображений выполнены по технологии: - TN+film - TN+film - IPS - IPS - MVA - MVA - PVA - PVA

Традиционная технология

TN TFT или TN+Film TFT (Twisted Nematic + Film «скрученные нематики») Плюсы TN TFT технологии: - Малое время отклика; - Дешевизна матриц.

НЕДОСТАТКИ TN TFT технологии: - Чёрный цвет у старых моделей таких дисплеев больше смахивает на тёмно-серый (поскольку очень трудно было развернуть все жидкие кристаллы строго перпендикулярно к фильтру), что приводит к низкой контрастности картинки; - Чёрный цвет у старых моделей таких дисплеев больше смахивает на тёмно-серый (поскольку очень трудно было развернуть все жидкие кристаллы строго перпендикулярно к фильтру), что приводит к низкой контрастности картинки; - В случае отказа транзистора (а такое бывает) на экране образуется посторонняя «мёртвая» яркая точка, которая для глаза намного заметнее «мёртвой» чёрной; - В случае отказа транзистора (а такое бывает) на экране образуется посторонняя «мёртвая» яркая точка, которая для глаза намного заметнее «мёртвой» чёрной; - Ограниченный угол обзора; - Ограниченный угол обзора; - Цветопередача далека от идеальной. - Цветопередача далека от идеальной.

IPS (In-Plane Switching, «параллельно поворачивающиеся кристаллы»)

ПРЕИМУЩЕСТВА IPS технологии: - Расширился угол обзора примерно до 170 градусов за счёт более точного механизма управления ориентацией жидких кристаллов; - Расширился угол обзора примерно до 170 градусов за счёт более точного механизма управления ориентацией жидких кристаллов; - «Мёртвые» пиксели будут гаснуть, а не светиться, как в обычном TN TFT, что менее заметно для глаза; - «Мёртвые» пиксели будут гаснуть, а не светиться, как в обычном TN TFT, что менее заметно для глаза; - Четкий черный цвет - Четкий черный цвет НЕДОСТАТКИ IPS технологии: - Создание электрического поля в подобной системе требует больших затрат энергии и занимает больше времени, из-за чего растёт время отклика. - Создание электрического поля в подобной системе требует больших затрат энергии и занимает больше времени, из-за чего растёт время отклика. - Электроды располагаются на одной плоскости, по паре на цветовой элемент, и закрывают собой часть проходящего света, в результате страдает контрастность, которую приходится компенсировать более мощной подсветкой. - Электроды располагаются на одной плоскости, по паре на цветовой элемент, и закрывают собой часть проходящего света, в результате страдает контрастность, которую приходится компенсировать более мощной подсветкой.

VA (Vertical Alignment, «выровненные по вертикали кристаллы»)

ПРЕИМУЩЕСТВА MVA технологии: 1. Максимальный угол обзора. 2. Сокращённое время отклика. НЕДОСТАТКИ MVA технологии: 1. Сложности технического характера. 2. Высокая стоимость. MVA (мультидоменная структура)

PVA PVA (Patterned Vertical Alignment), технология, разработанная Samsung вслед за Fujitsu, которая в общих чертах повторяет MVA и отличающаяся, с одной стороны, несколько б о льшими углами обзора, но с другой худшим временем отклика. PVA (Patterned Vertical Alignment), технология, разработанная Samsung вслед за Fujitsu, которая в общих чертах повторяет MVA и отличающаяся, с одной стороны, несколько б о льшими углами обзора, но с другой худшим временем отклика.

Недостатки: - время отклика у PVA-матриц катастрофически растет при уменьшении разницы между начальным и конечным состояниями пикселя; - время отклика у PVA-матриц катастрофически растет при уменьшении разницы между начальным и конечным состояниями пикселя; - проблема с цветопередачей – при взгляде перпендикулярно экрану матрица "теряет" некоторую часть оттенков, которые вновь появляются при небольшом отклонении вбок. - проблема с цветопередачей – при взгляде перпендикулярно экрану матрица "теряет" некоторую часть оттенков, которые вновь появляются при небольшом отклонении вбок.Достоинства: - демонстрируют намного более высокую контрастность - демонстрируют намного более высокую контрастность - PVA-матрицы на данный момент являются единственным типом матриц, для которых показатели реальной контрастности в среднем не меньше, а зачастую и больше, чем заявленные производителем; - PVA-матрицы на данный момент являются единственным типом матриц, для которых показатели реальной контрастности в среднем не меньше, а зачастую и больше, чем заявленные производителем; - фактически единственные на данный момент ЖК- матрицы, способные продемонстрировать действительно глубокий черный цвет. - фактически единственные на данный момент ЖК- матрицы, способные продемонстрировать действительно глубокий черный цвет.

3. Конструкции ЖК панелей Конструкция жидкокристаллического дисплея определяется расположением слоев (включая и светопроводящий слой) и имеет наибольшее значение для качества изображения на экране (в любых условиях: от темного помещения до работы при солнечном свете). В настоящее время используются три основных типа цветных LCD: 1. пропускающий (transmissive), 1. пропускающий (transmissive), 2. отражающий (reflective) 2. отражающий (reflective) 3. полупрозрачный (transflective) 3. полупрозрачный (transflective)

Пропускающий тип дисплея (transmissive) В этом типе конструкции свет поступает сквозь жидко- кристаллическую панель с задней стороны (подсветка). В этом типе конструкции свет поступает сквозь жидко- кристаллическую панель с задней стороны (подсветка). Transmissive LCD имеет высокое качество изображения в помещении и низкое (черный экран) при солнечном свете, т.к. отраженные от поверхности экрана солнечные лучи полностью подавляют свет, излучаемый подсветкой. Эта проблема решается (в настоящее время) двумя способами: увеличением яркости задней подсветки и уменьшением количества отраженного солнечного света. Transmissive LCD имеет высокое качество изображения в помещении и низкое (черный экран) при солнечном свете, т.к. отраженные от поверхности экрана солнечные лучи полностью подавляют свет, излучаемый подсветкой. Эта проблема решается (в настоящее время) двумя способами: увеличением яркости задней подсветки и уменьшением количества отраженного солнечного света.

Полупрозрачный тип дисплея (transflective) Похож на пропускающий, но у него между слоем жидких кристаллов и подсветкой имеется частично отражающий слой. Похож на пропускающий, но у него между слоем жидких кристаллов и подсветкой имеется частично отражающий слой. При дневном освещении солнечный свет отражается от зеркального слоя и освещает слой ЖК, при этом свет проходит жидкие кристаллы дважды (внутрь, а затем наружу). Как следствие, качество изображения при дневном освещении ниже, чем при искусственном освещении в помещении, когда свет проходит LCD один раз. При дневном освещении солнечный свет отражается от зеркального слоя и освещает слой ЖК, при этом свет проходит жидкие кристаллы дважды (внутрь, а затем наружу). Как следствие, качество изображения при дневном освещении ниже, чем при искусственном освещении в помещении, когда свет проходит LCD один раз.

Отражающий тип дисплея (reflective) Имеет полностью отражающий зеркальный слой. Все освещение (солнечный свет или свет передней подсветки), проходит сквозь ЖКИ, отражается от зеркального слоя и снова проходит сквозь ЖКИ. В этом случае качество изображения у дисплеев отражающего типа ниже, чем у полупропускающего (так как в обоих случаях используются сходные технологии). В помещении передняя подсветка не так эффективна, как задняя, и, соответственно, качество изображения - ниже.

Достоинства ЖК-панелей - в отличие от ЭЛТ-мониторов, большинство ЖК – цифровые; - в отличие от ЭЛТ-мониторов, большинство ЖК – цифровые; - высокий КПД и низкий уровень электромагнитного излучения - высокий КПД и низкий уровень электромагнитного излучения - меньшие габариты и заметно меньшая потребляемая мощность; - меньшие габариты и заметно меньшая потребляемая мощность; - отсутствие мерцания, следовательно, несравнимо меньшая утомляемость зрения и общая усталость при работе; - отсутствие мерцания, следовательно, несравнимо меньшая утомляемость зрения и общая усталость при работе; - меньшая чувствительность к магнитным полям; - меньшая чувствительность к магнитным полям; - отсутствие необходимости подстраивать изображение и выбирать конкретный экземпляр монитора - превосходные антибликовые покрытия; - отсутствие необходимости подстраивать изображение и выбирать конкретный экземпляр монитора - превосходные антибликовые покрытия; - почти идеальная геометрия изображения и чёткость элементов изображения, а также насыщенность цветов; - почти идеальная геометрия изображения и чёткость элементов изображения, а также насыщенность цветов; - отсутствие электризации экрана и, как следствие, его меньшая запыляемость; - отсутствие электризации экрана и, как следствие, его меньшая запыляемость; - срок службы определяется временем работы лампы подсветки, которая составляет от часов и более. - срок службы определяется временем работы лампы подсветки, которая составляет от часов и более.

Недостатки ЖК-панелей - любая отдельно взятая модель не универсальна; - любая отдельно взятая модель не универсальна; - LCD малочувствительны к изменению уровня яркости; - LCD малочувствительны к изменению уровня яркости; - трудно добиться равномерной подсветки по всей площади панели с жидкими кристаллами; - трудно добиться равномерной подсветки по всей площади панели с жидкими кристаллами; - инертность изображения; - инертность изображения; - снижение качества изображения при переходе к разрешению, отличного от рекомендованного; - снижение качества изображения при переходе к разрешению, отличного от рекомендованного; - неадекватная цветопередача - неадекватная цветопередача