Дата:   23.11.2017 г.
Время:
 
 
Профессионалам и любителям
ПРОСТО * ДОСТУПНО * ИНТЕРЕСНО
01796
Подписной
индекс
Опрос
Вы используете программу родительского контроля?
Погода
 
Архив - Труба или панель? Из жизни мониторов - Журнал «Компьютер»
Труба или панель? Из жизни мониторов
№ 3-4'2003     Тема: Железо     ( Прочитано 5820 раз )
 
Ученый из Германии Фердинанд Браун в 1897 году разработал для замечательного прибора под названием осциллограф (предназначенного для измерения переменного тока), электронно-лучевую технологию, ныне используемую в большинстве мониторов и телевизоров с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ). В английском языке - Cathode Ray Tube (СRT).
 
Труба или панель? Из жизни мониторов
 
История и технология ЭЛТ
 
Труба или панель? Из жизни мониторовЭлектронно-лучевая трубка, или кинескоп, - самый важный элемент монитора. Она представляет собой герметичную стеклянную колбу, внутри которой – вакуум. Ее широкий и достаточно плоский конец - экран - с внутренней стороны покрыт люминофором - веществом, испускающим свет при бомбардировке заряженными частицами.
Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, расположенная в узком конце колбы кинескопа - горловине, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску, или решетку, они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.
Люминофор начинает светиться под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется, и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.
Итак, каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться этого, используется специальная теневая маска, структура которой зависит от типа кинескопов от разных производителей.
 
Жидкие кристаллы
 
Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ почти на десять лет - они были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф.Ренитцером. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике. И только в 1930 году исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, из-за слабой технологической базы того времени.
Первый настоящий прорыв в этой области совершили ученые Фергюсон и Уильямс из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. В конце 1966 года корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD - цифровые часы (LCD - Liquid Crystal Display).
 
Труба или панель? Из жизни мониторов
Конструкция ЖК-дисплея
 
Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Первый в мире калькулятор CS10А был изготовлен в 1964 году именно ею. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 году фирма Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы с разрешением 160x120 пикселей.
Работа жидкокристаллических дисплеев основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом, поляроид как бы "просеивает" свет. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам назвали жидкими кристаллами.
 
Плоский монитор
 
Труба или панель? Из жизни мониторовЭкраны LCD (по-нашему - ЖКД - жидкокристаллические дисплеи) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкость, обладающая анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.
Экран LCD имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка. Они собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Параллельные бороздки каждой из панелей, взаимно перпендикулярны. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу.
 
Труба или панель? Из жизни мониторов
Поляризация светового луча - напряжение есть
 
Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам, вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем.
 
Труба или панель? Из жизни мониторов
Поляризация светового луча - напряжения нет
 
В присутствии электрического поля поворот вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут принимать любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD-монитора и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади таким образом, чтобы свет исходил из задней части LCD. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинируя три основных цвета для каждой точки (пикселя) экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.
 
Что такое TFT ?
 
Если приглядеться к маркировке современных плоскопанельных мониторов и экранов ноутбуков, то можно заметить таинственную аббревиатуру TFT.
Thin Film Transistor (TFT), то есть тонкопленочные транзисторы - это те управляющие элементы, при помощи которых контролируется каждый пиксель на экране. Тонкопленочный транзистор действительно очень тонкий, его толщина 0,1-0,01 мкм.
В первых TFT-дисплеях, появившихся в 1972 году, использовался селенид кадмия, обладающий высокой подвижностью электронов и поддерживающий высокую плотность тока, но со временем был осуществлен переход на аморфный кремний (а-Si), а в матрицах с высоким разрешением используется поликристаллический кремний (р-Si).
Технология создания TFT очень сложна, при этом имеются трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за того, что число используемых транзисторов очень велико. Заметим, что монитор, который может отображать изображение с разрешением 800x600 пикселей в режиме SVGA и только с тремя цветами, имеет 1 440 000 отдельных транзисторов. Производители устанавливают нормы на предельное количество транзисторов, которые могут быть нерабочими в LCD-панели. Правда, у каждого производителя свое мнение о том, какое количество транзисторов может не работать.
Пиксел 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-дюймового дисплея TFT (1024x768) приблизительно равен 0,0188 дюйма (или 0,3 мм), а для 18,1-дюймового дисплея TFT - около 0,011 дюйма (или 0,28 мм).
 
Сравнительная характеристика обычных и ЖК-мониторов
 
ЖК-дисплеи такой же диагонали и сопоставимого качества изображения стоят в 1,5-2 раза дороже своих ЭЛТ-родственников. Что же заставляет покупателей приобретать столь дорогой товар?
TFT обладают рядом преимуществ перед ЭЛТ-мониторами, среди которых - пониженное потребление энергии и теплоотдача, плоский экран и отсутствие следа от движущихся объектов.
Среди преимуществ TFT можно отметить отличную фокусировку, отсутствие геометрических искажений и ошибок совмещения цветов. Кроме того, у них никогда не мерцает экран. Почему? Ответ прост - в этих дисплеях не используется электронный луч, рисующий слева направо каждую строку на экране. Когда в ЭЛТ этот луч переводится из правого нижнего в левый верхний угол, изображение на мгновение гаснет (обратный ход луча). Напротив, пиксели дисплея TFT никогда не гаснут, они просто непрерывно меняют интенсивность своего свечения.
 
Угол обзора ЖК-мониторов
 Труба или панель? Из жизни мониторов Труба или панель? Из жизни мониторов 
Вертикальный угол обзора - 1600 Горизонтальный угол обзора - 1600
 
Одно из величайших изобретений проектировщиков жидкокристаллических мониторов - способность панелей поворачиваться на 90° с одновременным поворотом изображения. Наслаждение, испытываемое после такого превращения при работе с текстовым редактором или браузером, сопоставимо с тем, что возникает после замены 14-дюймового монитора сразу на 17-дюймовый.
Один из важнейших моментов сравнения двух типов мониторов - разрешение. Жидкие кристаллы оптимально можно использовать только в одном разрешении с фиксированным размером пиксела; в зависимости от поддерживаемых функций расширения или компрессии можно использовать более высокое или более низкое разрешение, но они не оптимальны (изображение размывается, возникают помехи, неоднородная яркость на всей поверхности экрана). В ЭЛТ-мониторах поддерживаются различные разрешения и при любом из них монитор можно использовать оптимальным образом. Ограничение накладывается только приемлемостью частоты регенерации.
Частота вертикальной развертки в ЖК-панелях оптимальна в 60Гц, чего достаточно для отсутствия мерцания, а в ЭЛТ - мерцание пропадает только при частотах свыше 75 Гц.
У ЖК-панелей нет ошибок совмещения цветов, а в ЭЛТ допускается «размах» от 0,2 до 0,3 мм.
Фокусировка у ЖК абсолютная, а у ЭЛТ - от удовлетворительной до очень хорошей.
Геометрические и линейные искажения в ЭЛТ возможны, а в ЖК - нет.
Один из самых серьезных недостатков ЖК-панелей - неработающие пиксели: их может быть несколько штук (в зависимости от того, какое их количество производитель не считает браком - обычно до 8). В ЭЛТ такого недостатка нет.
У ЖК-панелей каждый пиксель формируется индивидуально, что обеспечивает великолепную фокусировку, ясность и четкость. Изображение получается более целостным и гладким. А вот у ЭЛТ-мониторов пиксели формируются группой точек (триады) или полосок. Шаг точки или линии зависит от расстояния между точками или линиями одного цвета. В результате четкость и ясность изображения сильно зависит от размера шага точки или шага линии и от качества ЭЛТ.
У ЖКД практически никаких опасных электромагнитных излучений нет. Уровень потребления энергии примерно на 70% ниже, чем у стандартных CRT-мониторов (от 25 до 40 Вт). У ЭЛТ всегда присутствует электромагнитное излучение.
LCD-мониторы не могут отобразить только один цвет: черный. Он всегда будет слегка подсвечен до серого.
 
Что день грядущий нам готовит?
 
Не так давно специалистами компании Hitachi была создана новая технология многослойных ЖК-панелей Super TFT, которая значительно увеличила угол уверенного обзора ЖК-панели. Технология Super TFT использует простые металлические электроды, установленные на нижней стеклянной пластине, и заставляет молекулы вращаться, постоянно находясь в плоскости, параллельной плоскости экрана. Так как кристаллы обычной ЖК-панели поворачиваются к поверхности экрана оконечностями, то такие ЖКД более зависимы от угла зрения, чем ЖК-панели Hitachi с технологией Super TFT. В результате изображение на дисплее остается ярким и четким даже при больших углах обзора, достигая качества, сопоставимого с изображением на ЭЛТ-экране.
 
Труба или панель? Из жизни мониторов
Свидание. Рис. Олега Локтева
 
По оценкам экспертов корпорации DisplaySearch, занимающейся исследованиями рынка плоских дисплеев, в настоящее время при изготовлении практически любых жидкокристаллических матриц происходит замена технологий: TN LCD (Twisted Nematic Liquid Crystal Display) на STN (Super TN LCD) и особенно на а-Si TFT LCD (amorphous-Silicon Thin Film Transistor LCD). В ближайшие 5-7 лет во многих областях применения обычные LCD-экраны будут заменены или дополнены следующими устройствами:
- микродисплеи;
- светоизлучающие дисплеи на базе органических материалов - LEP;
- дисплеи на базе автоэлектронной эмиссии – FED (Field Еmission Display);
- дисплеи с использованием низкотемпературного поликристаллического кремния LTPS (Low Temperature PolySilicon);
- плазменные дисплеи PDP (Plasma Display Panel).
При подготовке статьи были использованы материалы с сайта bttp://monitors.narod.ru и ж-ла "E-photo".
 
 

 
 
На главную страницу На предыдущую страницу На начало страницы
 
 
 
 
 
2009 - 2017 © СПД Зайцев А.Б.
Сайт является средством массовой информации.
При перепечатке и цитировании в печатных СМИ ссылка на журнал "Компьютер" обязательна.
При перепечатке и цитировании в Интернете обязательна активная гиперссылка на сайт Comput.com.ua, не закрытая для индексирования.
Украина онлайн Рейтинг@Mail.ru Рейтинг Сайтов YandeG