Мониторы с жидкокристаллическим дисплеем

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей (ЖКД) был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 г. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контрастность изображения была очень низкой. Широкой общественности новый жидкокристаллический дисплей был представлен в 1971 г. и получил одобрение.
Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) — это вещества, способные под электрическим напряжением изменять величину пропускаемого света. В основу жидкокристаллического монитора (LCD-монитора, ЖК-монитора) положены две стеклянные или пластиковые пластины с суспензией между ними. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно друг к другу и позволяют свету проникать через панель. Под воздействием электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. Отметим, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были малопригодны для массового применения. Реальное развитие ЖК-технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла — бифени-ла (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх, а также в часах.

Современные ЖК-мониторы называют еще плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами. Идея ЖК-мониторов витала в воздухе более 30 лет, но проводившиеся исследования не приводили к практически приемлемому результату. Сейчас ЖКД стали популярны — всем нравится их изящный вид, компактность, экономичность. Однако их цена остается более высокой, чем у мониторов с ЭЛТ. В то же время наметилась довольно устойчивая тенденция снижения цен и улучшения качества ЖК-мониторов. Теперь они обеспечивают высококачественное контрастное, яркое, отчетливое изображение. Именно по этой причине пользователи переходят с традиционных ЭЛТ мониторов на жидкокристаллические.

Раньше ЖК-мониторы обладали большой инерционностью, особенно заметной при просмотре динамических изображений, их уровень контрастности был низок. Первые матричные технологии, так называемые пассивные матрицы, вполне неплохо отображают текстовую информацию, но при резкой смене картинки на экране оставались так называемые «призраки». Поэтому такого рода устройства не подходили для просмотра видеофильмов и игр. Сегодня на пассивных матрицах работает большинство черно-белых портативных компьютеров, пейджеры и мобильные телефоны. Так как при ЖК-технологии каждый пиксел управляется отдельным транзистором, четкость получаемого текста выше в сравнении с ЭЛТ-монитором. В отличие от ЭЛТ-мониторов, у жидкокристаллического монитора не может быть ни несведения лучей, ни расфокусировки.

Существует два вида ЖК-мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic — кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor — на тонкопленочных транзисторах). Их еще называют соответственно пассивными и активными матрицами. В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц размер экрана монитора стал больше. Практически все современные ЖК-мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение, а его размер значительно больше, чем 8 дюймов.

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойную структуру. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет— красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Изнутри экран освещается флуоресцентным источником.

Рис. 114. Устройство жидкокристаллического дисплея

При нормальных условиях, когда нет напряжения, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии они пропускают свет. С помощью электрического напряжения можно изменять ориентацию кристаллов и тем самым управлять количеством света, проходящего через них.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксел в ЖК-мониторе формируется из трех участков — красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока). TFT-дисплей состоит из сетки таких пикселов, где работой каждого цветового участка, каждого пиксела, управляет отдельный транзистор. Количество пикселов задает разрешение TFT-дисплея. Для нормального обеспечения разрешения, например, дисплей 1024x768 должен физически располагать именно таким количеством пикселов.

Рис. 118. Сетка транзисторов в ЖК-дисплее

В ЖК-мониторах каждый пиксел расположен в фиксированной матрице и включается/выключается отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в отличие от ЭЛТ-мониторов, в которых требуется безукоризненная работа электронных пушек. При этом ЖК-мониторы обеспечивают в разрешении, совпадающем с физическим разрешением матрицы, идеальную четкость изображения. Так, картинка 17-дюймового TFT-монитора в разрешении 1280x1024 по четкости превосходит изображение даже 19-дюймовых ЭЛТ-мониторов, для которых режим 1280x1024 считается оптимальным.

При работе с ЖК-монитором нагрузка на глаза существенно меньше из-за отсутствия мерцания. Коэффициент отражения света от поверхности ЖК-монитора в три и более раз меньше, чем от поверхности ЭЛТ с самым совершенным на сегодня антибликовым покрытием (Sony FD Trinitron, Mitsubishi Diamondtron NF). Поэтому бликов на экране ЖК-монитора в несколько раз меньше.

Если ЭЛТ-мониторы могут работать при нескольких разрешениях в полноэкранном режиме, то ЖК-мониторы могут работать только с одним разрешением. Меньшие разрешения возможны лишь при использовании части экрана. Так, например, на мониторе с разрешением 1024x768 при работе в разрешении 640x480 будет задействовано лишь 66% экрана. Применение же специальных функций «растягивания» изображения на весь экран (полноэкранный режим работы) приводит к существенному падению четкости и даже искажению изображения.

От стандартной видеокарты компьютера идет аналоговый видеосигнал, хорошо понятный ЭЛТ-мониторам, которые по своей сути являются аналоговыми устройствами. ЖК-мониторы принципиально являются цифровыми устройствами (дискретный набор пикселов, дискретное управление цветом и яркостью пиксела и т. д.). Поэтому, чтобы аналоговый сигнал стал понятен ЖК-монитору, необходимо преобразовать аналоговый сигнал в цифровой. Сначала видеокарта преобразовывает цифровой сигнал от компьютера в аналоговый, затем передает его монитору, который осуществляет обратное преобразование. При этом могут возникать различные нежелательные эффекты. Чтобы избежать этого, производители (сначала мониторов, а затем и видеокарт) стали выпускать устройства с двумя выходами — аналоговым и цифровым. Массовое производство видеокарт с цифровым выходом затруднялось отсутствием общепринятого стандарта на передачу цифрового видеосигнала. Однако теперь ситуация изменяется.

На ЖК-мониторе может не работать несколько пикселов. Распознать их нетрудно — они всегда одного цвета. Возникают они в процессе производства и восстановлению не подлежат. Приемлемым считается, когда в мониторе не более 3—5 таких пикселов (у разных производителей это число свое, и монитор считается браком лишь в том случае, если у него число «мертвых» пикселов выше).

Особенностью ЖК-мониторов являются меньшие, чему ЭЛТ-мониторов, углы обзора по вертикали и горизонтали. Чем больше угол обзора, тем удобнее работать. Производители стараются их увеличить.

ЖК-мониторы очень хороши для работы с офисными приложениями, однако дизайнеры и художники пока не могут заменить свои профессиональные ЭЛТ-мониторы на ЖК-мониторы в связи с некоторыми недостатками цветопередачи и невозможностью калибровки ЖК-мониторов.