LCD-телевизор. Основные характеристики, функции и выбор LCD-телевизора

07.07.2019 Обзоры

ЭЛТ технология продолжает развиваться, но мониторы, использующие ее, занимают достаточно много пространства на рабочем столе и имеют высокое энергопотребление. Плоско-панельные дисплеи, как следует из названия, плоские и занимают минимум площади. Плоско-панельные технологии подразделяются на различные группы технологий вроде LCD (жидкокристаллические дисплеи), плазменные дисплеи, LED (светоизлучающие диоды) и некоторые другие. Среди этих технологий можно выделить те, которые излучают свет, например, плазменные, и те, которые управляют проходящим через них светом, например, жидкокристаллические. Рассмотрим две различающиеся технологии – жидкокристаллические мониторы и плазменные мониторы подробнее, так как именно они являются приемниками с ЭЛТ экранами.

TFT- LCD считаются наиболее интересной и массовой технологией. TFT расшифровывается как “тонкопленочный транзистор” (Thin Film Transistor) и означает, что на панели есть полупроводниковые элементы, которые активно управляют индивидуальными пикселями. Принцип формирования изображения достаточно прост: панель состоит и множества пикселей, каждый из которых может формировать свой цвет. Для этого используется задняя подсветка, состоящая из одной или нескольких флуоресцентных ламп. LCD означает дисплей, основанный на жидких кристаллах. Жидкие кристаллы могут изменять свою пространственную ориентацию в электронном поле, что приводит к изменению яркости света, проходящего через них. В процессе формирования точки используются два поляризационных фильтра, цветные фильтры и два выравнивающих слоя. Все это позволяет точно установить уровень проходящего света и его цвет. Выравнивающий слой расположен между двумя стеклянными панелями. Для формирования цвета каждая точка состоит из трех компонентов красного, зеленого и синего - также как в традиционных ЭЛТ дисплеях.

Современные TFT- LCD мониторы обладают отличными цветами и скоростными характерами. Изготавливаются они по нескольким технологиям IPS (In-Pana Switching) или Super Fine TFT. Характеризуется наибольшим углом обзора и высокой точностью цветопередачи. Угол обзора расширен до 170°, остальные функции – как у TN+Film (время отклика порядка 25 мс), практически идеальный черный цвет. Преимущества: хорошая контрастность, “мертвый” пиксель – черный. Super IPS, Advanced SFT. Достоинства: яркое контрастное изображения, искажения цвета почти незаметны, увеличены углы обзора (до 170° по вертикали и горизонтали) и обеспечена исключительная четкость. UA-IPS (Ultra Advanced ISP), UA-SFT (Ultra Advanced SFT). Время реакции достаточно для обеспечения минимальных искажений цвета при просмотре экрана под разными углами, повышенная прозрачность панели и расширение цветовой гаммы при достаточно высоком уровне яркости.

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment). Основное преимущество – наименьшее время реакции и высокая контрастность. Главный недостаток – высокая стоимость. Плазменные мониторы широко используются в телевизорах, информационных табло и как видеомониторы благодаря отличным характеристикам и большому размеру диагонали.

Работа плазменных мониторов очень похожа на работы неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Внутрь трубки помещена пара электродов, между которыми зажигается электрический разряд и возникает свечение. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например, аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подаются высокочастотные напряжения. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора, в диапазоне видимом человеком. Фактически каждый пиксель на экране работает как обычная флуоресцентная лампа. Высокая яркость, контрастность и отсутствия дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того угол по отношению к тому, под которым можно увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах – 160° по сравнению с 145°, как в случаи с TFT- LCD мониторами. Единственное что ограничивает их широкое распространение – это стоимость. Большим достоинством плазменных мониторов является их срок службы. Средний срок службы без изменения качества изображения является 30 000 часов. Это в три раза больше чем обычная электронно-лучевая трубка.

Характеристика плазменных дисплев

Размеры диагонали мониторов: 42” – 102”

Максимальная яркость: Отличная (500-1200 кандел/м2)

Контраст: Отличный (1:1000 и выше)

Цветопередача: Прекрасная

Время наработки: 60 тыс. часов

Угол обзора: 160°

- “Выгорание” на статических изображениях: Возможно, при неправильной эксплуатации т.е. при показе статических изображений долгое время.

Характеристика TFT- LCD

Размеры диагонали мониторов: 4” – 50”

Максимальная яркость: Хорошая (200-400 кандел/м2)

Контраст:Хороший (1:250 – 1:700)

Цветопередача: Ограниченная

Время наработки: 60 тыс. часов

Появление сбойных пикселей: Отсутствует

Угол обзора: 145°, изображение меняет контрастность на больших углах

-“Выгорание” на статических изображениях: Возможно, при неправильной эксплуатации т.е. при показе статических изображений долгое время, но это время существенно больше чем у плазменных панелей.

Преимущества и недостатки технологий LCD и PDP (плазменных панелей)

Современные PDP- и LCD-панели разительно отличаются от своих предшественников. Их преимущества перед устройствами с электронно-лучевой трубкой очевидны – малая толщина корпуса при большом размере экрана, безопасность для здоровья, а использование LCD еще и очень существенно экономит потребление электроэнергии. Однако как найти ответ на вопрос: что лучше – ЖК или плазма, чему отдать предпочтение? Ведь у каждой из технологий есть свои сильные и слабые стороны.

Коренным отличием плазмы от LCD является то, что PDP-панели – светоизлучающие приборы, тогда как LCD-матрицы только модулируют яркость проходящего через них светового потока. Именно поэтому они, как правило, имеют меньшую яркость, но зато значительно тоньше и легче. Кроме того, жидкие кристаллы потребляют гораздо меньше энергии, чем дисплеи прямого излучения. У плазмы, напротив, для поддержания электрических разрядов в ячейках требуется большая мощность, и это считается одним из наиболее существенных недостатков. Поэтому экран буквально дышит жаром и требует принудительного охлаждения. У LCD же экран остается практически холодной. Помимо прожорливости, плазма обладает и таким неприятным свойством, как прогорание экрана при длительном воспроизведении статических изображений.

У плазменных панелей излучающий элемент – газоразрядная ячейка – по габаритам достаточно большой. Этим и объясняется, что плазменная панель с такой же диагональю, как и у LCD, имеет меньшее разрешение, то есть изображение плазмы более зернистое.

К слабостям LCD-дисплеев можно отнести не до конца еще преодоленную инерционность, однако в последнее время жидкие кристаллы достаточно сильно прибавили в резвости, соответственно, по этому показателю плюс у плазмы небольшой. Пока что проигрывают LCD и по углам обзора.

По сравнению с плазмой LCD имеют меньшую пиковую яркость, но лучший контраст в ярко освещенном помещении. Зато в темной комнате перевес будет уже на стороне плазмы. На практике это означает, что при приеме телепередач определенные преимущества имеют LCD-модели, а для просмотра фильмов в затемненном помещении PDP должна обеспечивать более богатую полутонами картинку, особенно в области черного.

Что касается больших LCD PID-панелей, то перед аналогичной плазмой у них есть явные преимущества. Во-первых, исходя из специфики применения информационных дисплеев, положительными особенностями LCD является гораздо более длительный срок эксплуатации. Основная область применения PID – это мониторинг производства, информационные панели в аэропортах, вокзалах, в банках, на биржах и т.д. Во всех этих случаях картинка, выводимая на экран, статична, и мониторы работают практически круглосуточно. В плазменных панелях это приводит к достаточно быстрому выгоранию ярких областей изображения (белые линии становятся черными). У LCD-панелей ресурс составляет около 50000 часов. У большинства современных плазменных панелей он равен 20000-30000 часов, после чего экран начинает резко терять яркость. В условиях круглосуточной работы 20000 часов – это всего около двух лет.

Во-вторых, хотя контрастность у плазменных панелей выше, чем у LCD, при попадании на экран прямого или отраженного солнечного света (а это может быть в больших залах) полная контрастность изображения плазмы начинает падать заметно быстрее, чем LCD. Иначе говоря, при освещении экрана солнечными лучами, на LCD панели можно прочесть информацию, тогда как на PDP это сделать уже крайне затруднительно. Еще стоит заметить, что плазменный экран всегда покрыт стеклом, что приводит к слабым антибликовым свойствам монитора и ухудшают качество изображения в больших, ярко освещенных залах.

Стоит иметь в виду, что PDP нельзя использовать в качестве настольных мониторов для ПК, тогда как LCD в этой сфере получают все большее распространение, что позволяет постоянно снижать цены на ЖК-экраны. И хотя явного победителя назвать пока сложно, будущее, скорее всего, за LCD-технологиями.

Жидкокристаллические дисплеи заполонили жилища и офисы, поэтому неудивительно, если собираясь обзавестись новеньким ти-ви , вы выбираете между ЖК и… ЖК, LCD и LED. Кто-то посоветует брать LCD, как более доступный вариант, другие порекомендуют LED, как более передовую технологию. Но не стоит руководствоваться лишь этим: прежде полюбопытствуйте чем отличается LCD от LED телевизора.

По сути

Отличие LCD от LED телевизоров – способ подсветки. В первых она люминесцентная или флуоресцентная, во вторых – светодиодная. В свою очередь светодиоды могут располагаться всплошную сзади или только по бокам ЖК-панели, что сказывается на качестве передачи изображения и цене устройства. Светодиодная матрица может формироваться из диодов одного или трех цветов (RGB).

Технически это основное, чем отличается LCD от LED телевизора. И это скорее не принципиально новая технология, а всего лишь другой подход к подсветке. Однако не забывайте: нет освещения – нет изображения (сам собой кристалл не светится), хорошее освещение – качественная картинка. Потому обычные и светодиодные ЖК-дисплеи отличаются своими плюсами и минусами.

В пользу LED-TV

Дисплеи со светодиодной RGB-матрицей отличает яркость, четкость и контраст более высокого уровня, так как подсвечивается каждый отдельный пиксель (по сути, пиксели образуются светодиодами). Благодаря этому достигается более сочная и точная передача цвета.

Не требуется дополнительной подсветки, потому LED-экраны имеют более тонкий корпус, которому легко найти место на мебели или закрепить на стене.

Такие дисплеи более экологичны, так как светодиоды не содержат ртути, в отличие от ламп, используемых в LCD.

Телевизорами с боковой диодной подсветкой потребляется на 40% меньше электроэнергии. Неравномерность подсветки сплошных матриц также содействует экономии: одни участки затемняются, на других увеличивается яркость, для формирования глубокого черного цвета на экране диоды на соответствующих участках попросту отключаются.

Из этого вытекает еще один плюс: лучшая передача черного, нежели обычными ЖК-экранами.

LED-модели часто более функциональны (в силу своей, так сказать, новизны): оснащаются массой дополнительных разъемов и интерфейсов, модулями беспроводной связи, а также поддерживают множество мультимедийных форматов.

В то же время, если сравнить телевизоры LCD и LED, можно найти немало пунктов, по которым светодиодные модели уступают стандартным.

В пользу LCD-телевизоров

Чем отличается LCD от LED телевизора в лучшую сторону, так это меньшей себестоимостью и ценой реализации.

Пусть и не настолько яркие, контрастные и цветастые, LCD-модели лишены проблем неестественных цветов, неоднородности цвета и цветовых пятен, которой порой грешат LED-модели с подсветкой из разноцветных светодиодов.

Управление группами светодиодов, призванное решить данную проблему, может вызывать легкое мерцание экрана, чего нет в LCD-дисплеях.

Если LED – это глубокий черный, то белый естественнее в LCD-моделях.

Обычные ЖК-дисплеи не имеют проблемы «подсинения» картинки, на которую жалуются владельцы LED-телевизоров.

Итого

Если говорить о том, чем отличается LCD от LED телевизора и какие телевизоры лучше: LCD или LED, стоит отметить, что лэд лэду рознь. В сравнении с обычными ЖК-моделями, LED-телевизоры с подсветкой Edge (боковой) съедают меньше энергии и тоньше, но не сильно отличны качеством изображения. LED-телевизоры, выполненные по технологии Direct (сплошной задней подсветки), напротив, более ярки, контрастны и четки, но ненамного тоньше и экономичнее LCD-собратьев. Каждый из типов хорош по-своему.

Подробнее про отличия технологий дисплеев можно прочитать , в материале об экранах смартфонов и планшетов. А

Перед тем как приобрести новый телевизор, многие покупатели задаются вопросом: какая из технологий лучше. Чаще всего выбирать приходится между ставшим уже классическим LCD телевизором, который также называют ЖК, и телевизором LED. Однако перед тем как решать, какой из них лучше, необходимо узнать, что же каждый из них представляет.

LCD телевизор, или как у нас его называют, ЖК, обладает монитором, созданным из жидких кристаллов и обладающей задней флюоресцентной подсветкой, для которой используется лампа с холодным катодом.

LED телевизор имеет в своем составе полупроводники, которые сами являются источниками излучения, при подаче на них напряжения. В качестве подсветки используются светодиоды, которые могут располагаться по бокам дисплея или сзади него по периметру.

Что собой представляют ЖК телевизоры

LCD монитор представляет собой две прозрачные пластины с электродами, между которыми располагаются жидкие кристаллы. Изменения и передача изображения происходит тогда, когда на электроды подается электрический ток. Такая технология сама не способна излучать свет, поэтому нуждается в дополнительной задней подсветке экрана.

В качестве такой подсветки зачастую используется флюоресцентная лампа, обладающая холодным катодом. Состоит она из электронно-лучевых горизонтальных трубок, которые размещаются вдоль монитора.

Технология LED телевизоров

LED телевизоры отличаются от ЖК вариантов только подсветкой, само же устройство экрана не отличается. У таких моделей телевизоров при этом существует два вида подсветки:

Боковая (Edge). При таком виде подсветки светодиоды располагаются сбоку от экрана, а свет от них направлен в торец панели. Это наиболее дешевая технология. Равномерное освещение экрана в данном случае обеспечивают рассеиватели, а компенсация световых потерь происходит благодаря установленным отражателям.
Задняя (Direct) подсветка. При этом светодиоды располагаются с задней стороны стекла по всей его площади. Для равномерного освещения и компенсации потерь в данной технологии также обеспечивают компенсаторы и рассеиватели. Считается, что данный тип подсветки намного лучше, чем боковой.

Благодаря второму типу подсветки каждый диод, при подаче на него напряжения, начинает светиться определенным цветом и создает необходимый оттенок пикселя, соответствующий изображению на экране. Благодаря этому контрастность и яркость изображения становится намного лучше, чем могут передать стандартные LCD телевизоры.

Благодаря использованию светодиодов, телевизоры типа ЛЕД отличаются меньшей толщиной, чем ЖК модели с электронно-лучевыми трубками, предназначенными для подсветки. При этом модели с боковой подсветкой тоньше, чем с задней, хоть и немного хуже передают контрастность и глубину черного.

Виды освещения в LED экранах

Также подсветка в таких телевизорах делится на разноцветную и белую. Белая подсветка по своим характеристикам напоминает подсветку в классических LCD мониторах. Для ее создания используется синий источник света, которые покрывается серой, в результате чего получается белый цвет. Располагаются такие источники света по бокам экрана. Благодаря такому освещению экран будет особенно хорошо передавать зеленый оттенок. Однако в некоторых старых моделях телевизоров с белой подсветкой, зеленого может оказаться слишком много.

Разноцветная подсветка располагается сзади экрана и способна намного лучше передавать цвета и оттенки, так как для ее создания используются диоды красного, зеленого и синего цвета. При таком типе подсветки проблем с большим количеством зеленого цвета не возникнет.

Чем LED телевизор лучше LCD

У LED телевизоров, по сравнению с ЖК моделями, есть целый ряд преимуществ. Разберемся с каждым из них по отдельности.

Точность передачи цветов и их оттенков	Все дисплеи типа ЛЕД, по сравнению с LCD экранами, обладают максимально точной передачей оттенков и цветов. Это достигается благодаря использованию светодиодов RGB. Они способны воспроизводить наиболее яркие и насыщенные цвета
Уровень черного цвета и контрастность изображения	В ЖК телевизорах для создания черного цвета жидкие кристаллы просто блокируют прохождения света. Однако небольшое количество света через них все равно проникает, поэтому достигнуть при помощи такой технологии особенной глубины черного цвета или контрастности сложно. Световые диоды при этом могут либо вообще не получать напряжения, а соответственно и не светиться, или излучать совсем слабый свет. Благодаря этому контрастность, как и насыщенность черного цвета в них лучше.
Энергоэффективность	Светодиоды могут светиться совсем слабо, при этом они будут использовать небольшое количество энергии. В LCD телевизорах уровень напряжения всегда один и тот, же, поэтому LED телевизоры потребляют меньше электроэнергии и сокращают количество его потребления.
Угол обзора	Этот параметр зависит от многих технологий, но в первую очередь от переднего стекла монитора. Современные модели LED и LCD телевизоров способны достигать как вертикального, так и горизонтального угла обзора в 180 градусов. Но старые ЖК телевизоры обладали углом обзора всего в 45 градусов, а вот у LED моделей угол обзора был лучше и начался со 160
Долговечность	Люминесцентные лампы имеют меньший срок годности, чем обычные светодиоды, а значит, LED экран прослужит вам намного дольше.
Экологичность	По сравнению в ЖК моделями такие телевизоры практически не наносят никакого вреда окружающей среде, так как не содержат в себе ртути, которая присутствует в обычных лампах подсветки.
Толщина корпуса	Так как диоды занимают намного меньше места, чем люминесцентные лампы, появляется возможность создавать более тонкие и компактные модели телевизоров.
Большое количество дополнительных возможностей	В современных моделях ЛЕД телевизоров имеется огромное количество различных интерфейсов и разъемов, благодаря которым к ним можно подключать любое цифровое устройство, игровую консоль или даже компьютер. Кроме того, такие телевизоры поддерживают огромное количество аудио, видео и фото форматов, могут обладать функцией Smart TV, а также 3D.

LCD мониторы стараются догнать LED устройства, и у них это пока что получилось только в размерах диагонали и быстроте отклика. Единственное их существенное преимущество – небольшая цена. Однако с каждым годом стоимость LED моделей также начинает подать, а значит, в скором времени и в этом параметре они тоже сравняются.

Жидкокристаллические модели телевизоров на сегодняшний день не удивляют никого, и встретить их можно практически в каждой современной квартире. Однако, если вы только решили поменять свой старый ТВ на новый, то при выборе модели вы можете столкнуться с тем, что в его названии или характеристиках будет указано слово LED. Наверняка вы слышали о таких видах дисплеев, но перед тем, как сделать свой выбор в пользу LED или LCD модели, следует разобраться в тот, Чем одна технология отличается от другой.

Устройство LCD и LED телевизоров

Представляют собой две прозрачные панели с электродами, между которыми располагаются кристаллы в жидком виде. Такие кристаллы расположены в определенном порядке, для того, чтоб была возможность передавать картинку. Также LCD мониторы имеют фильтры, создающие поляризационный эффект и цветовые фильтры, для создания цветного изображения. Кроме того, в ТВ, созданных по данной технологии, имеется лампа подсветки, которая располагается в задней части экрана. Такое освещение называется CCFL.

Лед телевизоры обладают точно такой же технологией производства, только вместо обычной лампы с холодным катодом, для подсветки используется светодиодное освещение. То есть, большое количество маленьких светодиодов располагается по бокам экрана или по всему его периметру сзади.

В итоге мы приходим к тому, что единственное отличие между такими моделями ТВ заключается в типе подсветки экрана.

Что же все-таки лучше?

Чтобы решить какой из телевизоров подойдет для вас, следует ознакомиться с характеристиками, которыми обладает каждая из данных моделей ТВ.

Цветопередача намного лучше на лед экранах, так как светодиоды позволяют создавать более яркие цвета и большее количество оттенков.
Уровень черного и контрастность также намного лучше в панелях с LED подсветкой. Это связано с тем, что общая подсветка телевизора будет делать пиксели черного цвета недостаточно темными, из-за чего контрастность и уровень черного будет ниже по показателям, чем у ЖК телевизора.
Энергоэффективность. ЖК телевизоры потребляют не намного меньше электроэнергии, чем модели со светодиодной подсветкой, поэтому решить, кто из них в этом плане лучше – сложно.
Стоимость LED телевизоров на данный момент все равно выше, чем у обычных ЖК моделей с такой же диагональю и интерфейсом.
Угол обзора. Раньше это было существенно, так как старые LCD модели обладали матрицами, которые не могли обеспечить достаточный угол обзора и при просмотре телевизора с определенного ракурса он выглядел слишком темным, или просто искажал цвета. В современных моделях такой проблемы уже нет, и вы можете смело покупать их. Однако победителем в данной категории можно назвать LED телевизор, так как даже в самых первых моделях угол обзора составлял не менее 160 градусов.
Быстрота отклика на данный момент одинакова в обеих технологиях. Однако, если вы решите сэкономить и купить старую модель LCD ТВ, то можете столкнуться с маленькой скоростью отклика, из-за чего у картинки может появиться так называемый «шлейф» при просмотре быстро движущегося видео, например «Формулы-1».
Интерфейс в телевизорах как одной, так и другой технологии одинаковый. И там и там есть поддержка игровых консолей, разъемы типа MHL, USB, HDMI и так далее.
Долговечность. Светодиоды служат намного дольше, чем обычные лампы, а значит, LED дисплей прослужит вам дольше.
Габариты. Лед телевизоры заметно более тонкие, чем обычные ЖК дисплеи. Это связано с тем, что светодиоды располагаются по периметру монитора, а не сзади него, поэтому занимают меньше места.

Выводы

Технологически, между ЖК и LED ТВ нет никакой разницы, но судя по характеристикам, светодиодная технология все-таки лучше. Поэтому при выборе модели телевизора следует отталкиваться от собственных требований к данному устройству и предпочтений.

Так, если вы собираетесь установить телевизор возле стены, то можно спокойно выбирать жидкокристаллическую модель телевизора, так как видеть вы его будете только в фронтальной части, а значит его толщина не будет существенной.

Если вы хотите наслаждаться ярким контрастным изображением и любите смотреть телевизор в вечернее время с приглушенным светом, то лучше выбрать модель со светодиодной подсветкой, так как она обладает лучшей цветопередачей и глубиной черного, судя по характеристикам.

Также LED телевизоры лучше будут смотреться, если вы желаете разместить экран на стене при помощи кронштейна. Так он будет выступать намного меньше, что будет лучше выглядеть.

Однако, если для вас идеальная цветопередача и толщина телевизора не особо важна, или вы не хотите тратить много денег, то можете выбрать и одну из современных моделей ЖК дисплеев. Для невооруженного глаза разницы практически никакой не будет.

Для многих жидкокристаллические дисплеи (LCD) ассоциируются, прежде всего, с плоскими мониторами, "крутыми" телевизорами, ноутбуками, видеокамерами и сотовыми телефонами. Некоторые добавят сюда КПК, электронные игры, банковские автоматы. Но существует еще множество областей, где необходимы дисплеи с высокой яркостью, прочной конструкцией, работающие в широком диапазоне температур.

Плоские дисплеи нашли применение там, где критичными параметрами являются минимальные энергопотребление, вес и габариты. Машиностроение, автомобильная промышленность, железнодорожный транспорт, морские буровые установки, горное оборудование, наружные торговые точки, авиационная электроника, морской флот, специальные транспортные средства, системы безопасности, медицинское оборудование, вооружение - вот далеко не полный перечень применений жидкокристаллических дисплеев.

Постоянное развитие технологий в этой области позволило снизить стоимость производства LCD до такого уровня, при котором произошел качественный переход: дорогая экзотика стала обыденным явлением. Важным фактором быстрого распространения ЖК-дисплеев в промышленности стала и простота применения.

В этой статье рассматриваются основные параметры различные типов жидкокристаллических дисплеев, что позволит сделать осознанный и правильный выбор LCD для каждого конкретного применения (метод "побольше и подешевше" практически всегда оказывается слишком дорогим).

Все многообразие ЖК-дисплеев можно разделить на несколько типов в зависимости от технологии производства, конструкции, оптических и электрических характеристик.

Технология

В настоящее время при производстве LCD применяются две технологии (рис.1): пассивная матрица (PMLCD-STN) и активная матрица (AMLCD).

Технологии MIM-LCD и Diode-LCD не получили широкого распространения и поэтому не будем на них тратить время.

Рис. 1. Виды технологий жидкокристаллических дисплеев

STN (Super Twisted Nematic)- матрица, состоящая из ЖК-элементов с изменяемой прозрачностью.

TFT (Thin Film Transistor)- активная матрица, в которой каждый пиксел управляется отдельным транзистором.

По сравнению с пассивной матрицей, TFT LCD имеет более высокую контрастность, насыщенность, меньшее время переключения (нет "хвостов" у движущихся объектов).

Управление яркостью в жидкокристаллическом дисплее основано на поляризации света (курс общей физики): свет поляризуется, проходя через поляризационный фильтр (с определенным углом поляризации). При этом наблюдатель видит только снижение яркости света (почти в 2 раза). Если за этим фильтром поставить еще один такой фильтр, то свет будет полностью поглощаться (угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу поляризации первого) или полностью проходить (углы поляризации совпадают). При плавном изменении угла поляризации второго фильтра интенсивность проходящего света будет также плавно изменяться.

Принцип действия и "бутербродная" структура всех TFT LCD примерно одинакова (рис. 2). Свет от лампы подсветки (неоновая или светодиоды) проходит через первый поляризатор и попадает в слой жидких кристаллов, управляемых тонкопленочным транзистором (TFT). Транзистор создает электрическое поле, которое формирует ориентацию жидких кристаллов. Пройдя такую структуру, свет меняет свою поляризацию и будет - или полностью поглощен вторым поляризационным фильтром (черный экран), или не будет поглощаться (белый), или поглощение будет частичным (цвета спектра). Цвет изображения определяют цветовые фильтры (аналогично электронно-лучевым трубкам, каждый пиксел матрицы состоит из трех субпикселов - красного, зеленого и голубого).

Рис. 2. Структура TFT LCD

Пиксел TFT

Цветные фильтры для красного, зелёного и синего цветов интегрированы в стеклянную основу и расположены близко друг к другу. Это может быть вертикальная полоса, мозаичная структура или дельта-структура (рис. 3). Каждый пиксел (точка) состоит из трёх ячеек указанных цветов (субпикселей). Это означает, что при разрешении m x n активная матрица содержит 3m x n транзисторов и субпикселов. Шаг пиксела (с тремя субпикселами) для 15.1" TFT ЖК-дисплея (1024 x 768 точек) составляет примерно 0.30 мм, а для 18.1" (1280 x 1024 точки)- 0.28 мм. TFT LCD имеют физическое ограничение, которое определяется максимальной площадью экрана. Не ждите разрешения 1280 x 1024 при диагонали 15" и шаге точки 0.297 мм.

Рис. 3. Структура цветного фильтра

На близком расстоянии точки явственно различимы, но это не беда: при формировании цвета используется свойство человеческого глаза смешивать цвета при угле зрения менее 0,03°. На расстоянии 40 см от ЖК-дисплея при шаге между субпикселами 0,1 мм угол зрения составит 0,014° (цвет каждого субпиксела различит только человек с орлиным зрением).

Типы ЖК-дисплеев

TN (Twist Nematic) TFT или TN+Film TFT - первая технология, появившаяся на рынке ЖК-дисплеев, основное достоинство которой& - дешевизна. Недостатки: черный цвет больше похож на темно-серый, что приводит к низкой контрастности изображения, "мертвые" пиксели (при выходе из строя транзистора) очень яркие и заметные.

IPS (In-Pane Switching) (Hitachi) или Super Fine TFT (NEC, 1995 год). Характеризуется наибольшим углом обзора и высокой точностью цветопередачи. Угол обзора расширен до 170°, остальные функции - как у TN+Film (время отклика порядка 25мс), практически идеальный черный цвет. Преимущества: хорошая контрастность, "мертвый" пиксель - черный.

Super IPS (Hitachi), Advansed SFT (производитель - NEC). Достоинства: яркое контрастное изображение, искажения цвета почти незаметны, увеличены углы обзора (до 170° по вертикали и по горизонтали) и обеспечена исключительная четкость.

UA-IPS (Ultra Advanced IPS), UA-SFT (Ultra Advanced SFT) (NEC). Время реакции достаточно для обеспечения минимальных искажений цвета при просмотре экрана под разными углами, повышенная прозрачность панели и расширение цветовой гаммы при достаточно высоком уровне яркости.

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) (Fujitsu).Основное преимущество - наименьшее время реакции и высокая контрастность. Главный недостаток - высокая стоимость.

PVA (Patterned Vertical Alignment) (Samsung). Микроструктурное вертикальное размещение ЖК.

Конструкция

Конструкция жидкокристаллического дисплея определяется расположением слоев в "бутерброде" (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:

пропускающий (transmissive), предназначенный в основном для оборудования, работающего в помещении;
отражающий (reflective) применяется в калькуляторах и часах;
проекционный (projection) используется в ЖК-проекторах.

Компромиссной разновидностью пропускающего типа дисплея для работы, как в помещении, так и при внешнем освещении, является полупрозрачный (transflective) тип конструкции.

Пропускающий тип дисплея (transmissive) . В этом типе конструкции свет поступает сквозь жидкокристаллическую панель с задней стороны (подсветка) (рис. 4).По этой технологии сделаны большинство ЖК-дисплеев, используемых в ноутбуках и карманных компьютерах. 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.

Рис. 4. Конструкция жидкокристаллического дисплея пропускающего типа

Для работы при дневном освещении в тени необходима лампа подсветки, обеспечивающая 500 кд/м2, при прямом солнечном свете - 1000 кд/м 2 . Яркости в 300 кд/м 2 можно добиться путем предельного увеличения яркости одной лампы CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) или добавлением второй лампы, расположенной напротив. Модели жидкокристаллических дисплеев с повышенной яркостью используют от 8 до 16 ламп. Однако увеличение яркости подсветки увеличивает расход энергии батарей (одна лампа подсветки потребляет около 30% энергии, используемой устройством). Следовательно, экраны с повышенной яркостью можно использовать только при наличии внешнего источника питания.

Уменьшение количества отраженного света достигается нанесением антиотражающего покрытия на один или несколько слоев дисплея, заменой стандартного поляризационного слоя на минимально отражающий, добавлением пленок, повышающих яркость и, таким образом, увеличивающих эффективность источника света. В ЖК-дисплеях Fujitsu преобразователь заполняется жидкостью с коэффициентом рефракции, равным коэффициенту рефракции сенсорной панели, что значительно сокращает количество отраженного света (но сильно сказывается на стоимости).

Полупрозрачный тип дисплея (transflective) похож на пропускающий, но у него между слоем жидких кристаллов и подсветкой имеется т. н. частично отражающий слой (рис.5). Он может быть или частично серебряным, или полностью зеркальным со множеством маленьких отверстий. Когда такой экран используется в помещении, он работает аналогично transmissive LCD, в котором часть освещения поглощается отражающим слоем. 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.

Рис. 5. Конструкция жидкокристаллического дисплея полупрозрачного типа

Баланс между качеством изображения в помещении и при дневном освещении достигается подбором характеристик пропускающего и отражающего слоев.

Отражающий тип дисплея (reflective) имеет полностью отражающий зеркальный слой. Все освещение (солнечный свет или свет передней подсветки) (рис. 6), 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.

Рис. 6. Конструкция жидкокристаллического дисплея отражающего типа

Основные параметры жидкокристаллических панелей

Разрешение. Цифровая панель, число пикселей в которой строго соответствует номинальному разрешению, должна корректно и быстро масштабировать изображение. Простой способ проверки качества масштабирования - изменение разрешения (на экране текст, написанный мелким шрифтом). По контурам букв легко заметить качество интерполяции. Качественный алгоритм дает ровные, но немного размытые буквы, тогда как быстрая целочисленная интерполяция обязательно вносит искажения. Быстродействие - второй параметр разрешения (для масштабирования одного кадра требуется время на интерполяцию).

Мертвые пиксели. На плоской панели могут не работать несколько пикселей (они всегда одного цвета), которые появляются в процессе производства и восстановлению не подлежат.

Стандарт ISO 13406-2 определяет предельные значения количества дефектных пикселов на миллион. В соответствии с таблицей ЖК-панели делятся на 4 класса.

Таблица 1

Тип 1 - постоянно светящиеся пиксели (белый); Тип 2 - "мертвые" пиксели (черный); Тип 3 - дефектные красные, синие и зеленые субпиксели.

Угол обзора. Максимальный угол обзора определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения уменьшается в 10 раз. Но в первую очередь при изменении угла обзора от 90(видны искажения цвета. Поэтому, чем больше угол обзора, тем лучше. Различают горизонтальный и вертикальный угол обзора, рекомендуемые минимальные значения - 140 и 120 градусов соответственно (наилучшие углы обзора даёт технология MVA).

Время отклика (инерционность)- время, за которое транзистор успевает изменить пространственную ориентацию молекул жидких кристаллов (чем меньше, тем лучше). Для того чтобы быстро движущиеся объекты не казались смазанными, достаточно времени отклика 25 мс. Этот параметр состоит из двух величин: времени на включение пикселя (come-up time) и времени на выключение (come-down time). Время отклика (точнее, время выключения как наибольшее время, за которое отдельный пиксель максимально изменяет свою яркость) определяет частоту обновления изображения на экране

FPS = 1 с/время отклика.

Яркость - преимущество ЖК-дисплея, которая в среднем в два раза выше показателей ЭЛТ: с увеличением интенсивности лампы подсветки сразу возрастает яркость, а в ЭЛТ необходимо усиливать поток электронов, что приведёт к значительному усложнению её конструкции и повысит электромагнитное излучение. Рекомендуемое значение яркости - не менее 200 кд/м 2 .

Контрастность определяется как соотношение между максимальной и минимальной яркостью. Основная проблема заключается в сложности получения точки чёрного цвета, т.к. лампа подсветки включена постоянно и для получения тёмных тонов используется эффект поляризации. Чёрный цвет зависит от качества перекрытия светового потока подсветки.

ЖК-дисплеи как сенсоры. Снижение стоимости и появление моделей LCD, работающих в жестких условиях эксплуатации, позволило совместить в одном лице (в лице жидкокристаллического дисплея) средство вывода визуальной информации и средство ввода информации (клавиатура). Задача построения такой системы упрощается использованием контроллера последовательного интерфейса, который подключается, с одной стороны, к ЖК-дисплею, а с другой - непосредственно к последовательному порту (СОМ1 - СОМ4) (рис.7). Для управления, декодирования сигналов и подавления "дребезга" (если так можно назвать определение прикосновения) применяется PIC-контроллер (например, IF190 фирмы Data Display), обеспечивающий высокое быстродействие и точность определения точки прикосновения.

Рис. 7. Блок-схема TFT LCD на примере NL6448BC-26-01 дисплея фирмы NEC

Завершим на этом теоретические изыскания и перейдем к реалиям сегодняшнего дня, а точнее - к тому, что имеется сейчас на рынке жидкокристаллических дисплеев. Среди всех изготовителей TFT LCD рассмотрим продукцию NEC, Sharp, Siemens и Samsung. Выбор этих фирм обусловлен

лидерством на рынке ЖК-дисплеев и технологий производства TFT LCD;
доступностью продукции на рынке стран СНГ.

Компания NEC Corporation выпускает жидкокристаллические дисплеи (20% рынка) практически с момента их появления и предлагает не только широкий выбор, но и различные варианты исполнения: стандартный (Standard), специальный (Special) и особый (Specific). Стандартный вариант - компьютеры, офисное оборудование, домашняя электроника, коммуникационные системы и т.п. Специальное исполнение применяется на транспорте (любом: наземном и морском), системах управления движением, системах безопасности, медицинском оборудовании (не связанном с системами жизнеобеспечения). Для систем вооружений, авиации, космического оборудования, систем управления ядерными реакторами, систем жизнеобеспечения и других аналогичных предназначен особый вариант исполнения (понятно, что стоит это недешево).

Перечень выпускаемых ЖК-панелей для промышленного применения (инвертер для лампы подсветки поставляется отдельно) приведен в таблице 2, а блок-схема (на примере 10-дюймового дисплея NL6448BC26-01)- на рис. 8.

Рис. 8. Внешний вид дисплея

Таблица 2. Модели ЖК-панелей фирмы NEC

Модель	Размер по диагонали, дюйм	Количество пикселей	Число цветов	Описание
NL8060BC31-17	12,1	800x600	262144	Высокая яркость (350кд/м 2)
NL8060BC31-20	12,1	800x600	262144	Широкий угол обзора
NL10276BC20-04	10,4	1024x768	262144	-
NL8060BC26-17	10,4	800x600	262144	-
NL6448AC33-18A	10,4	640x480	262144	Встроенный инвертор
NL6448AC33-29	10,4	640x480	262144	Высокая яркость, широкий угол обзора, встроенный инвертор
NL6448BC33-46	10,4	640x480	262144	Высокая яркость, широкий угол обзора
NL6448CC33-30W	10,4	640x480	262144	Без подсветки
NL6448BC26-01	8,4	640x480	262144	Высокая яркость (450 кд/м 2)
NL6448BC20-08	6,5	640x480	262144	-
NL10276BC12-02	6,3	1024x768	16, 19M	-
NL3224AC35-01	5,5	320x240	Full color
NL3224AC35-06	5,5	320x240	Full color	Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор, тонкий
NL3224AC35-10	5,5	320x240	Full color	Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор
NL3224AC35-13	5,5	320x240	Full color	Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор
NL3224AC35-20	5,5	320x240	262, 144	Высокая яркость (400 кд/м 2)

Сыграла значительную роль в развитии LCD-технологий. Компания Sharp и сейчас находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. В 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы с разрешением 160х120 пикселов. Краткий перечень продукции - в таблице 3.

Таблица 3. Модели ЖК-панелей фирмы Sharp

Выпускает жидкокристаллические дисплеи с активной матрицей на низкотемпературных поликремниевых тонкопленочных транзисторах. Основные характеристики дисплеев с диагональю 10,5" и 15" приведены в таблице 4. Обратите внимание на диапазон рабочих температур и стойкость к ударам.

Таблица 4. Основные характеристики ЖК-дисплеев фирмы Siemens

Примечания:

I - встроенный инвертор l - в соответствии с требованиями стандарта MIL-STD810

Фирма выпускает жидкокристаллические дисплеи под торговой маркой "Wiseview™". Начав с выпуска 2-дюймовой TFT панели для поддержки Интернета и анимации в мобильных телефонах, Samsung теперь производит гамму дисплеев от 1,8" до 10,4" в сегменте малых и средних TFT LCD, причем некоторые модели предназначены для работы при естественном освещении (таблица 5).

Таблица 5. Основные характеристики ЖК-дисплеев Samsung малых и средних размеров