LCD дисплеи — это дисплеи, имеющие экраны на основе жидких кристаллов.
Общие сведения о жидкокристаллических дисплеях
LCD (liquid crystal display) – это экран на базе жидких кристаллов, или по другому -жидкокристаллический дисплей. Жидкокристаллические мониторы уже давно вытеснили устройства на электронно-лучевых трубках и продолжают своё развитие. А впервые жидкие кристаллы были открыты ещё в 1888-ом году австрийским ботаником Фридрихом Райнитцером при изучении веществ, содержащихся в растениях. Он сумел выделить вещество, которое обладает кристаллической структурой, но при этом странно ведёт себя при нагревании. При достижении 145.5°C вещество начинало мутнеть и переходило в текучее состояние, но при этом сохранялась его кристаллическая структура вплоть до 178.5°C, когда оно становилось жидкостью.
Райнитцер рассказал о таком необычном явлении своему коллеге, немецкому физику Отто Леманну, который смог выявить ещё одно интересное свойство этого вещества. Такая якобы жидкость в электромагнитных и оптических свойствах вела себя подобно кристаллу. Как раз Леманн и присвоил название одной из главных технологий отображения информации на сегодняшний день, а именно, «жидкий кристалл».
Технический словарь даёт определение термину «жидкий кристалл», как мезофазе, то есть, переходному состоянию вещества между твёрдым и изотропным жидким. В данной фазе вещество может сохранять кристаллический порядок расположения молекул, но при этом имеет значительную текучесть и стабильность в достаточно широком температурном диапазоне.
Почти сто лет данное вещество считалось просто причудой природы, пока в семидесятых годах прошлого века корпорация Radio Corporation of America не реализовала первый монохромный экран, работающий на жидких кристаллах. Вскоре после этого данная технология стала проникать на рынок потребительских электронных товаров, таких как, наручные часы и калькуляторы. Тем не менее, до разработки цветных дисплеев в то время было ещё не близко.
Типы LCD дисплеев
Принцип действия жидкокристаллических (ЖК) матриц базируется на таком свойстве света как поляризация. Обычный свет может считаться неполяризованным, то есть, амплитуды его волн лежат в очень большом множестве плоскостей. Тем не менее, известны вещества, которые способны пропускать свет только с одной плоскости. Такие вещества именуются поляризаторами, так как прошедший сквозь них свет превращается в поляризованный только в одной плоскости.
Если имеется пара поляризаторов, плоскости поляризации которых располагаются под углом 90° друг к другу, то свет через них пройти не сможет. Если же поместить между ними что-либо, что способно развернуть вектор поляризации света на требуемый угол, то появляется возможность управления яркостью свечения, то есть, можно гасить и зажигать свет так, как это необходимо. Это и есть, если описать кратко, принцип действия ЖК-матрицы.
В упрощенном варианте матрица жидкокристаллического дисплея состоит из следующих основных компонентов:
- CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp, то есть, люминесцентная лампа с холодным катодом) является ртутной лампой подсветки.
- Система отражателей и полимерных световодов, которая обеспечивает равномерную подсветку.
- Фильтр-поляризатор.
- Стеклянная пластина-подложка, на которую нанесены контакты.
- Жидкие кристаллы.
- Второй поляризатор.
- Вторая стеклянная подложка с контактами.
На рисунке ниже показана структура жидкокристаллической матрицы.
Рисунок 1. Структура жидкокристаллической матрицы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В цветных матрицах все пиксели сформированы из трёх цветных точек (красной, зелёной и синей), по этой причине добавлен ещё и цветной фильтр. В любой момент времени любая из трёх ячеек матрицы, которые составляют один пиксель, может находиться или во включённом, или в выключенном состоянии. Если комбинировать их состояния, то можно получить оттенки цвета, а если включить все одновременно, то получится белый цвет.
В общем плане матрицы могут быть поделены на пассивные (простые) и активные. В пассивных матрицах управление реализуется попиксельно, то есть, в порядке следования ячеек в строке. Проблемой, возникающей при создании ЖК-экранов по такой технологии, явилось то, что при увеличении диагонали увеличиваются и размеры проводников, по которым должен передаваться ток на отдельный пиксель. По этой причине пассивные матрицы используются лишь там, где не требуется большая диагональ экрана и высокая плотность изображения.
С целью преодоления данной проблемы были созданы активные матрицы. Основанием явилось создание технологии, обозначаемой аббревиатурой TFT, что означает Thin Film Transistor, то есть, тонкоплёночный транзистор. Благодаря TFT, появилась возможность управления любым пикселем на экране по отдельности. Это резко сократило время реакции матрицы и сделало возможными большие диагонали экранов. Транзисторы являются изолированными друг от друга и они подводятся к каждой ячейке матрицы. Они способны создать поле тогда, когда им поступает команда от управляющей логики, то есть, драйвера матрицы. Для того чтобы ячейка не смогла потерять заряд преждевременно, к ней добавлен небольшой конденсатор, играющий роль буферной ёмкости. При помощи этой технологии конструкторы смогли кардинально сократить время реакции отдельных ячеек матрицы.
Отличия среди разных типов матриц обусловлены местоположением жидких кристаллов и, следовательно, особенностями прохождения через них света. В связи с ограниченной скоростью пассивных матриц для того чтобы уменьшить время реакции, была создана технология STN (Super Twisted Nematic). Смысл её состоял в том, что бороздки на стеклянных подложках, которые ориентируют первый и последний кристалл, располагаются под углом более 200° друг к другу, а не 90°, как в обычных TN (Twisted Nematic, скрученные нематические). В таком случае переходы между крайними состояниями резко ускоряются, но при этом крайне сложно управлять кристаллами в средних положениях. Более-менее стабильными они оставались при углах между бороздками около 210°. Для сглаживания этой проблемы, специалисты Sharp создали DSTN (Dual-Scan Twisted Nematic). Суть технологии состояла в том, что экран делили на две половины, каждая из которых должна управляться отдельно.
