مانیتورهای LCD مانیتورهای ویدئویی و آداپتورهای ویدئویی نحوه عملکرد مانیتور LCD

برای تعمیر مانیتور LCD با دستان خود، ابتدا باید بفهمید که این دستگاه از چه اجزا و بلوک های الکترونیکی اصلی تشکیل شده است و هر عنصر مدار الکترونیکی مسئول چه چیزی است. مکانیک های رادیویی مبتدی در ابتدای کار خود بر این باورند که موفقیت در تعمیر هر دستگاهی در دسترس بودن نمودار مدار یک دستگاه خاص است. اما در واقع، این یک تصور اشتباه است و یک نمودار مدار همیشه مورد نیاز نیست.

بنابراین، بیایید پوشش اولین مانیتور LCD را باز کنیم و در عمل ساختار آن را درک خواهیم کرد.

صفحه نمایش ال سی دی. بلوک های عملکردی اصلی

مانیتور LCD از چندین بلوک کاربردی تشکیل شده است که عبارتند از:

پنل LCD

پنل کریستال مایع یک دستگاه کامل است. به عنوان یک قاعده، مونتاژ یک پانل LCD توسط یک سازنده خاص انجام می شود، که علاوه بر خود ماتریس کریستال مایع، لامپ های نور پس زمینه فلورسنت، شیشه مات، فیلترهای رنگی پلاریزه و برد رمزگشای الکترونیکی را در پنل LCD ادغام می کند. ولتاژهایی را از سیگنال های دیجیتال RGB برای کنترل گیت های ترانزیستورهای لایه نازک (TFT) تولید می کند.

ترکیب پنل LCD یک مانیتور کامپیوتر را در نظر بگیرید ACER AL1716. پنل LCD یک دستگاه عملکردی کامل است و به عنوان یک قاعده، به استثنای تعویض لامپ های نور پس زمینه خراب، نیازی به جدا کردن آن در هنگام تعمیر نیست.

علامت گذاری پنل LCD: CHUNGHWA CLAA170EA

در پشت پنل LCD یک برد مدار چاپی نسبتاً بزرگ وجود دارد که یک کابل چند پین از برد کنترل اصلی به آن وصل شده است. خود برد مدار چاپی زیر یک نوار فلزی پنهان شده است.

برد مدار چاپی حاوی یک تراشه چند پین NT7168F-00010 است. این ریز مدار به ماتریس TFT متصل می شود و در شکل گیری تصویر روی نمایشگر شرکت می کند. از ریز مدار NT7168F-00010 پین های زیادی وجود دارد که با نام S1-S10 به ده حلقه تبدیل می شوند. این کابل ها کاملاً نازک هستند و به نظر می رسد که به برد مدار چاپی که تراشه NT7168F روی آن قرار دارد چسبانده شده اند.

برد کنترل

به برد کنترل، برد اصلی نیز می گویند ( برد اصلی). برد اصلی دارای دو ریزپردازنده است. یکی از آنها میکروکنترلر 8 بیتی SM5964 با هسته 8052 و حافظه فلش قابل برنامه ریزی 64 کیلوبایت است.

ریزپردازنده SM5964 تعداد نسبتا کمی از عملکردها را انجام می دهد. یک پنل دکمه و نشانگر عملکرد مانیتور به آن متصل است. این پردازنده روشن/خاموش کردن مانیتور و راه اندازی اینورتر نور پس زمینه را کنترل می کند. برای ذخیره تنظیمات کاربر، یک تراشه حافظه از طریق گذرگاه I 2 C به میکروکنترلر متصل می شود. به طور معمول، این تراشه های حافظه هشت پین غیر فرار از این سری هستند 24LCxx.

دومین ریزپردازنده روی برد کنترل به اصطلاح مقیاس کننده مانیتور (کنترل ال سی دی) TSU16AK. این ریز مدار وظایف زیادی دارد. اکثر عملکردهای مربوط به تبدیل و پردازش سیگنال ویدئویی آنالوگ و آماده سازی آن برای ارسال به پنل LCD را انجام می دهد.

با توجه به مانیتور LCD، باید بدانید که ذاتاً یک دستگاه دیجیتال است که در آن تمام کنترل پیکسل های صفحه نمایش LCD به صورت دیجیتالی انجام می شود. سیگنالی که از کارت گرافیک کامپیوتر می آید آنالوگ است و برای نمایش صحیح آن بر روی ماتریس LCD لازم است تغییرات زیادی انجام شود. این همان چیزی است که یک کنترلر گرافیکی برای آن طراحی شده است، یا در غیر این صورت یک مقیاس کننده مانیتور یا یک کنترل کننده LCD.

وظایف کنترل کننده LCD شامل محاسبه مجدد (مقیاس بندی) تصاویر برای وضوح های مختلف، تشکیل منوی OSD، پردازش سیگنال های RGB آنالوگ و پالس های همگام سازی است. در کنترلر، سیگنال های RGB آنالوگ با استفاده از ADC های 8 بیتی 3 کانال که در فرکانس 80 مگاهرتز کار می کنند، به سیگنال های دیجیتال تبدیل می شوند.

مقیاس‌کننده مانیتور TSU16AK با میکروکنترلر کنترلی SM5964 از طریق یک اتوبوس دیجیتال تعامل دارد. برای کار با پنل LCD، کنترل کننده گرافیکی سیگنال های همگام سازی، فرکانس ساعت و سیگنال های اولیه ماتریس را تولید می کند.

میکروکنترلر TSU16AK از طریق یک کابل به تراشه NT7168F-00010 روی برد پنل LCD متصل می شود.

اگر کنترلگر گرافیکی مانیتور خراب شود، به عنوان یک قاعده، نقص های مربوط به نمایش صحیح تصویر روی صفحه نمایش ظاهر می شود (ممکن است نوارها روی صفحه ظاهر شوند و غیره). در برخی موارد، می توان با لحیم کردن سرنخ های جرمگیر، عیب را برطرف کرد. این امر به ویژه برای مانیتورهایی که در شرایط سخت شبانه روزی کار می کنند صادق است.

در طول عملیات طولانی مدت، گرمایش رخ می دهد که تأثیر بدی بر کیفیت لحیم کاری دارد. این ممکن است باعث اختلال در عملکرد شود. نقص های مربوط به کیفیت لحیم کاری غیر معمول نیست و در دستگاه های دیگر مانند پخش کننده های DVD نیز دیده می شود. علت خرابی تخریب یا لحیم کاری بی کیفیت ریز مدارهای مسطح چند پین است.

منبع تغذیه و اینورتر نور پس زمینه

جالب ترین چیز برای مطالعه منبع تغذیه مانیتور است، زیرا درک هدف از عناصر و مدار آسان تر است. علاوه بر این، طبق آمار، نقص در منابع تغذیه، به ویژه سوئیچینگ ها، جایگاه پیشرو را در بین سایر موارد اشغال می کند. بنابراین دانش عملی دستگاه، پایه المنت و مدار منابع تغذیه مطمئناً در تمرین تعمیر تجهیزات رادیویی مفید خواهد بود.

منبع تغذیه مانیتور LCD از دو عدد تشکیل شده است. اولی است آداپتور AC/DC یا به عبارت دیگر منبع تغذیه سوئیچینگ شبکه (یونیت پالس). دومین - اینورتر DC/AC . در اصل این دو مبدل هستند. آداپتور AC/DC برای تبدیل ولتاژ متناوب 220 ولت به ولتاژ DC کوچک استفاده می شود. به طور معمول، ولتاژهای 3.3 تا 12 ولت در خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ تولید می شود.

اینورتر DC/AC، برعکس، ولتاژ مستقیم (DC) را به ولتاژ متناوب (AC) با مقدار حدود 600 - 700 ولت و فرکانس حدود 50 کیلوهرتز تبدیل می کند. ولتاژ متناوب به الکترودهای لامپ های فلورسنت تعبیه شده در پنل LCD عرضه می شود.

ابتدا به آداپتور AC/DC نگاه می کنیم. اکثر منابع تغذیه سوئیچینگ بر اساس ریزمدارهای کنترل کننده تخصصی ساخته می شوند (به استثنای شارژرهای موبایل ارزان).

بنابراین در منبع تغذیه مانیتور LCD ایسر AL1716ریز مدار اعمال شده TOP245Y. اسناد (صفحه داده) برای این تراشه به راحتی از منابع باز پیدا می شود.

در مستندات تراشه TOP245Y می توانید نمونه های معمولی از نمودارهای مدار منبع تغذیه را بیابید. این می تواند هنگام تعمیر منابع تغذیه برای مانیتورهای LCD استفاده شود، زیرا مدارها تا حد زیادی با مدارهای استاندارد نشان داده شده در توضیحات ریز مدار مطابقت دارند.

در اینجا چند نمونه از نمودار مدارهای منبع تغذیه بر اساس ریز مدارهای سری TOP242-249 آورده شده است.

مدار زیر از دو دیود مانع شاتکی (MBR20100) استفاده می کند. مجموعه‌های دیود مشابه (SRF5-04) در واحد مانیتور Acer AL1716 مورد بررسی ما استفاده می‌شوند.

توجه داشته باشید که نمودار مدارهای بالا نمونه هستند. مدارهای واقعی بلوک های پالس ممکن است کمی متفاوت باشد.

ریز مدار TOP245Y یک دستگاه عملکردی کامل است که محفظه آن شامل یک کنترلر PWM و یک ترانزیستور اثر میدان قدرتمند است که با فرکانس عظیم از ده ها تا صدها کیلوهرتز سوئیچ می کند. از این رو نام - منبع تغذیه سوئیچینگ.

نمودار عملکرد یک منبع تغذیه سوئیچینگ به شرح زیر است:

اصلاح ولتاژ شبکه متناوب 220 ولت.

این عملیات توسط یک پل دیودی و یک خازن فیلتر انجام می شود. پس از یکسوسازی، ولتاژ دو سر خازن کمی بیشتر از ولتاژ شبکه است. عکس یک پل دیودی را نشان می دهد و در کنار آن یک خازن الکترولیتی فیلتر (82 μF 450 V) - یک بشکه آبی است.

تبدیل و کاهش ولتاژ با استفاده از ترانسفورماتور.

سوئیچینگ با فرکانس چند ده تا صد کیلوهرتز ولتاژ مستقیم (> 220 ولت) از طریق سیم پیچ یک ترانسفورماتور پالس فرکانس بالا. این عملیات توسط تراشه TOP245Y انجام می شود. ترانسفورماتور پالس همان نقش ترانسفورماتور را در آداپتورهای شبکه معمولی ایفا می کند، با یک استثنا. در فرکانس های بالاتر، چندین برابر بیشتر از 50 هرتز کار می کند.

بنابراین، ساخت سیم پیچ های آن به تعداد دور کمتر و در نتیجه مس کمتری نیاز دارد. اما هسته فریت مورد نیاز است، نه از فولاد ترانسفورماتور مانند ترانسفورماتورهای 50 هرتز. کسانی که نمی دانند ترانسفورماتور چیست و چرا از آن استفاده می شود ابتدا مقاله ترانس را مطالعه کنند.

نتیجه یک ترانسفورماتور بسیار فشرده است. همچنین شایان ذکر است که منابع تغذیه سوئیچینگ بسیار مقرون به صرفه بوده و بازده بالایی دارند.

تصحیح ولتاژ متناوب کاهش یافته توسط ترانسفورماتور.

این عملکرد توسط دیودهای یکسو کننده قدرتمند انجام می شود. در این مورد، مجموعه های دیود با برچسب SRF5-04 استفاده می شود.

برای اصلاح جریان های فرکانس بالا، از دیودهای شاتکی و دیودهای قدرت معمولی با اتصالات p-n استفاده می شود. دیودهای معمولی با فرکانس پایین برای یکسو کردن جریان های فرکانس بالا ترجیح کمتری دارند، اما برای اصلاح ولتاژهای بالا (20 تا 50 ولت) استفاده می شوند. این باید هنگام تعویض دیودهای معیوب در نظر گرفته شود.

دیودهای شاتکی ویژگی هایی دارند که باید بدانید. اولا، این دیودها دارای ظرفیت انتقال کم هستند و می توانند به سرعت تغییر کنند - از حالت باز به حالت بسته بروند. این ویژگی برای کار در فرکانس های بالا استفاده می شود. دیودهای شاتکی افت ولتاژ پایینی در حدود 0.2-0.4 ولت دارند، در مقابل 0.6 - 0.7 ولت برای دیودهای معمولی. این خاصیت باعث افزایش کارایی آنها می شود.

دیودهای مانع شاتکی نیز دارای خواص نامطلوبی هستند که مانع استفاده گسترده از آنها در الکترونیک می شود. آنها به ولتاژ معکوس اضافی بسیار حساس هستند. اگر از ولتاژ معکوس فراتر رود، دیود شاتکی به طور غیر قابل برگشتی از کار می افتد.

یک دیود معمولی به حالت خرابی برگشت پذیر می رود و پس از تجاوز از مقدار مجاز ولتاژ معکوس می تواند بازیابی شود. این شرایط پاشنه آشیل است که باعث سوختگی دیودهای شاتکی در مدارهای یکسو کننده انواع منبع تغذیه سوئیچینگ می شود. این باید در هنگام تشخیص و تعمیر در نظر گرفته شود.

برای از بین بردن نوسانات ولتاژی که برای دیودهای شاتکی خطرناک هستند و در سیم پیچ های ترانسفورماتور در جبهه های پالس ایجاد می شوند، به اصطلاح از مدارهای میرایی استفاده می شود. در نمودار به عنوان R15C14 مشخص شده است (شکل 1 را ببینید).

هنگام تجزیه و تحلیل مدار منبع تغذیه مانیتور LCD Acer AL1716، مدارهای میرایی نیز بر روی برد مدار چاپی یافت شد که از یک مقاومت 10 اهم SMD (R802, R806) و یک خازن (C802, C811) تشکیل شده است. آنها از دیودهای شاتکی (D803، D805) محافظت می کنند.

همچنین شایان ذکر است که دیودهای شاتکی در مدارهای ولتاژ پایین با ولتاژ معکوس محدود به چند ده ولت استفاده می شود. بنابراین، اگر ولتاژ چند ده ولت (20-50) مورد نیاز باشد، از دیودهای مبتنی بر اتصالات p-n استفاده می شود. اگر به برگه اطلاعات تراشه TOP245 نگاه کنید، که چندین مدار منبع تغذیه معمولی با ولتاژهای خروجی متفاوت (3.3 ولت؛ 5 ولت؛ 12 ولت؛ 19 ولت؛ 48 ولت) را نشان می دهد، قابل مشاهده است.

دیودهای شاتکی به گرمای بیش از حد حساس هستند. در این راستا معمولاً برای دفع گرما روی رادیاتور آلومینیومی نصب می شوند.

شما می توانید یک دیود را بر اساس یک اتصال pn از یک دیود مبتنی بر یک مانع شاتکی با نام گرافیکی معمولی در نمودار تشخیص دهید.

نماد دیود با مانع شاتکی.

پس از دیودهای یکسو کننده، خازن های الکترولیتی برای صاف کردن موج های ولتاژ نصب می شوند. بعد، با استفاده از ولتاژهای حاصل 12 ولت؛ 5 ولت; 3.3 ولت تمام واحدهای مانیتور LCD را تغذیه می کند.

اینورتر DC/AC

از نظر هدف، اینورتر شبیه بالاست های الکترونیکی است که به طور گسترده در فناوری روشنایی برای تامین انرژی لامپ های فلورسنت خانگی استفاده می شود. اما، تفاوت های قابل توجهی بین بالاست الکترونیکی و اینورتر مانیتور LCD وجود دارد.

اینورتر مانیتور LCD معمولاً بر روی یک تراشه تخصصی ساخته می شود که دامنه عملکردها را گسترش می دهد و قابلیت اطمینان را افزایش می دهد. به عنوان مثال، اینورتر نور پس زمینه مانیتور ال سی دی Acer AL1716 بر اساس یک کنترلر PWM ساخته شده است. OZ9910G. تراشه کنترلر با استفاده از نصب مسطح بر روی برد مدار چاپی نصب می شود.

اینورتر ولتاژ مستقیم را که مقدار آن 12 ولت است (بسته به طراحی مدار) به ولتاژ متناوب 600-700 ولت و فرکانس 50 کیلوهرتز تبدیل می کند.

کنترل کننده اینورتر قادر به تغییر روشنایی لامپ های فلورسنت است. سیگنال های تغییر روشنایی لامپ ها از کنترلر LCD می آید. ترانزیستورهای اثر میدان یا مجموعه های آنها به ریزمدار کنترل کننده متصل می شوند. در این مورد، دو مجموعه از ترانزیستورهای اثر میدان مکمل به کنترل کننده OZ9910G متصل می شوند. AP4501SD(فقط 4501S روی بدنه تراشه نشان داده شده است).

همچنین دو ترانسفورماتور فرکانس بالا بر روی برد منبع تغذیه تعبیه شده است که در خدمت افزایش ولتاژ متناوب و تامین آن به الکترودهای لامپ های فلورسنت هستند. علاوه بر عناصر اصلی، برد شامل انواع عناصر رادیویی است که برای محافظت در برابر اتصال کوتاه و خرابی لامپ استفاده می شود.

اطلاعات مربوط به تعمیر نمایشگرهای LCD را می توانید در مجلات تخصصی تعمیرات بیابید. به عنوان مثال، در مجله "تعمیر و سرویس تجهیزات الکترونیکی" شماره 1، 2005 (ص 35 - 40)، دستگاه و نمودار مدار مانیتور LCD "Rover Scan Optima 153" به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است.

در میان خرابی های مانیتور، اغلب مواردی وجود دارد که می توان آنها را به راحتی با دستان خود در چند دقیقه برطرف کرد. به عنوان مثال، مانیتور ال سی دی Acer AL1716 که قبلاً ذکر شد، به دلیل شکستگی تماس پریز برای اتصال سیم برق، به میز تعمیر آمد. در نتیجه مانیتور خود به خود خاموش شد.

پس از جدا کردن مانیتور LCD، مشخص شد که یک جرقه قوی در محل تماس ضعیف ایجاد شده است که ردپای آن بر روی برد مدار چاپی منبع تغذیه به راحتی قابل تشخیص است. یک جرقه قوی نیز ایجاد شد زیرا در لحظه تماس خازن الکترولیتی در فیلتر یکسو کننده شارژ می شود. علت خرابی، تخریب لحیم کاری است.

تخریب لحیم کاری باعث خرابی مانیتور می شود

همچنین شایان ذکر است که گاهی اوقات علت نقص می تواند خرابی دیودهای پل دیود یکسو کننده باشد.

تصویر با استفاده از عناصر منفرد، معمولاً از طریق یک سیستم اسکن، شکل می‌گیرد. دستگاه های ساده (ساعت های الکترونیکی، تلفن ها، پخش کننده ها، دماسنج ها و غیره) می توانند دارای نمایشگر تک رنگ یا 2-5 رنگ باشند. تصویر چند رنگ با استفاده از 2008 در اکثر مانیتورهای دسکتاپ بر اساس ماتریس های TN- (و برخی از *VA) تولید می شود و همچنین در تمام نمایشگرهای لپ تاپ از ماتریس هایی با رنگ 18 بیتی (6 بیت در هر کانال) 24 بیتی استفاده می شود. با سوسو زدن و پریشان تقلید شده است.

دستگاه مانیتور LCD

زیر پیکسل صفحه نمایش LCD رنگی

هر پیکسل یک صفحه نمایش LCD از لایه ای از مولکول ها بین دو الکترود شفاف و دو فیلتر پلاریزه تشکیل شده است که صفحات قطبش آن ها (معمولاً) عمود هستند. در غیاب کریستال های مایع، نوری که توسط فیلتر اول منتقل می شود تقریباً به طور کامل توسط فیلتر دوم مسدود می شود.

سطح الکترودهایی که در تماس با کریستال‌های مایع هستند، به‌طور ویژه برای جهت‌دهی اولیه مولکول‌ها در یک جهت پردازش می‌شوند. در یک ماتریس TN، این جهات متقابل عمود هستند، بنابراین مولکول ها، در غیاب کشش، در یک ساختار مارپیچ قرار می گیرند. این ساختار نور را به گونه ای می شکند که صفحه قطبش آن قبل از فیلتر دوم می چرخد ​​و نور بدون تلفات از آن عبور می کند. جدا از جذب نیمی از نور غیرقطبی شده توسط فیلتر اول، سلول را می توان شفاف در نظر گرفت. اگر ولتاژ به الکترودها اعمال شود، مولکول ها تمایل دارند در جهت میدان قرار بگیرند که ساختار پیچ را مخدوش می کند. در این حالت، نیروهای الاستیک با این کار مقابله می کنند و زمانی که ولتاژ خاموش می شود، مولکول ها به موقعیت اولیه خود باز می گردند. با قدرت میدان کافی، تقریباً همه مولکول ها موازی می شوند که منجر به ساختاری مات می شود. با تغییر ولتاژ می توانید میزان شفافیت را کنترل کنید. اگر یک ولتاژ ثابت برای مدت طولانی اعمال شود، ساختار کریستال مایع ممکن است به دلیل مهاجرت یون تخریب شود. برای حل این مشکل از جریان متناوب یا تغییر قطبیت میدان در هر بار آدرس دهی سلول استفاده می شود (تماندگی ساختار به قطبیت میدان بستگی ندارد). در کل ماتریس، امکان کنترل هر یک از سلول ها به صورت جداگانه وجود دارد، اما با افزایش تعداد آنها، دستیابی به این امر دشوار می شود، زیرا تعداد الکترودهای مورد نیاز افزایش می یابد. بنابراین، آدرس دهی سطر و ستون تقریباً در همه جا استفاده می شود. نوری که از سلول ها عبور می کند می تواند طبیعی باشد - از بستر منعکس می شود (در نمایشگرهای LCD بدون نور پس زمینه). اما بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، علاوه بر اینکه مستقل از نور خارجی است، ویژگی های تصویر حاصل را نیز تثبیت می کند. بنابراین، یک مانیتور LCD تمام عیار شامل قطعات الکترونیکی است که سیگنال ویدیوی ورودی، ماتریس LCD، ماژول نور پس زمینه، منبع تغذیه و محفظه را پردازش می کند. این ترکیبی از این اجزاست که خصوصیات مانیتور را به عنوان یک کل تعیین می کند، اگرچه برخی از ویژگی ها مهمتر از سایرین هستند.

مشخصات مانیتور LCD

مهمترین ویژگی های مانیتورهای LCD:

• وضوح: ابعاد افقی و عمودی که بر حسب پیکسل بیان می شود. بر خلاف مانیتورهای CRT، LCD ها دارای وضوح فیزیکی "بومی" هستند، بقیه با درون یابی به دست می آیند.

قطعه ای از ماتریس مانیتور LCD (0.78x0.78 میلی متر)، 46 بار بزرگ شده است.

• اندازه نقطه: فاصله بین مراکز پیکسل های مجاور. ارتباط مستقیم با وضوح فیزیکی.

• نسبت ابعاد صفحه (فرمت): نسبت عرض به ارتفاع، به عنوان مثال: 5:4، 4:3، 5:3، 8:5، 16:9، 16:10.

• قطر ظاهری: اندازه خود پانل که به صورت مورب اندازه گیری می شود. مساحت نمایشگرها نیز به فرمت بستگی دارد: مانیتور با فرمت 4:3 ​​دارای مساحت بزرگتری نسبت به مانیتور با فرمت 16:9 با همان قطر است.

• کنتراست: نسبت روشنایی روشن ترین و تاریک ترین نقاط. برخی از مانیتورها با استفاده از لامپ های اضافی از سطح نور پس زمینه تطبیقی ​​استفاده می کنند.

• روشنایی: مقدار نور ساطع شده از یک نمایشگر که معمولاً بر حسب شمعدان در هر متر مربع اندازه گیری می شود.

• زمان پاسخگویی: حداقل زمانی که طول می کشد تا یک پیکسل روشنایی خود را تغییر دهد. روش های اندازه گیری بحث برانگیز است.

• زاویه دید: زاویه ای که در آن افت کنتراست به مقدار معینی می رسد برای انواع مختلف ماتریس ها و توسط سازندگان مختلف به طور متفاوتی محاسبه می شود و اغلب قابل مقایسه نیست.

• نوع ماتریسی: فناوری مورد استفاده برای ساخت نمایشگر LCD.

• ورودی ها: (به عنوان مثال DVI، HDMI، و غیره).

فن آوری ها

ساعت با نمایشگر LCD

نمایشگرهای LCD در سال 1963 در مرکز تحقیقات دیوید سارنوف RCA، پرینستون، نیوجرسی توسعه یافتند.

فناوری های اصلی در ساخت نمایشگرهای LCD: TN+film، IPS و MVA. این فناوری ها در هندسه سطوح، پلیمر، صفحه کنترل و الکترود جلو متفاوت هستند. خلوص و نوع پلیمر با خواص کریستال مایع مورد استفاده در طرح های خاص از اهمیت بالایی برخوردار است.

زمان پاسخگویی مانیتورهای LCD طراحی شده با استفاده از فناوری SXRD. صفحه نمایش بازتابی سیلیکون X-tal - ماتریس کریستال مایع بازتابنده سیلیکون)، به 5 میلی ثانیه کاهش یافته است. سونی، شارپ و فیلیپس به طور مشترک فناوری PALC را توسعه دادند. کریستال مایع آدرس دهی پلاسما - کنترل پلاسما کریستال های مایع)، که ترکیبی از مزایای LCD (روشنایی و غنای رنگ ها، کنتراست) و پانل های پلاسما (زوایای دید بزرگ به صورت افقی، H، و عمودی، V، سرعت بالا به روز رسانی). این نمایشگرها از سلول های پلاسما تخلیه گاز به عنوان کنترل روشنایی استفاده می کنند و از ماتریس LCD برای فیلتر رنگ استفاده می شود. فناوری PALC به هر پیکسل نمایشگر اجازه می دهد تا به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گیرد، به این معنی که قابلیت کنترل و کیفیت تصویر بی رقیب.

TN + فیلم (Twisted Nematic + فیلم)

قسمت "فیلم" در نام فناوری به معنای لایه اضافی است که برای افزایش زاویه دید (تقریباً از 90 درجه به 150 درجه) استفاده می شود. در حال حاضر، پیشوند "فیلم" اغلب حذف می شود و این ماتریس ها را به سادگی TN می نامند. متاسفانه هنوز راهی برای بهبود کنتراست و زمان پاسخ برای پنل های TN پیدا نشده است و زمان پاسخگویی این نوع ماتریس در حال حاضر یکی از بهترین ها است، اما سطح کنتراست اینطور نیست.

فیلم TN + ساده ترین فناوری است.

ماتریس فیلم TN+ به این صورت عمل می‌کند: وقتی ولتاژی به زیرپیکسل‌ها اعمال نمی‌شود، کریستال‌های مایع (و نور پلاریزه‌ای که منتقل می‌کنند) در صفحه افقی در فضای بین دو صفحه نسبت به یکدیگر 90 درجه می‌چرخند. و از آنجایی که جهت پلاریزاسیون فیلتر در صفحه دوم با جهت قطبش فیلتر در صفحه اول زاویه 90 درجه ایجاد می کند، نور از آن عبور می کند. اگر زیر پیکسل های قرمز، سبز و آبی به طور کامل روشن شوند، یک نقطه سفید روی صفحه ظاهر می شود.

از مزایای این فناوری می توان به کوتاه ترین زمان پاسخگویی در بین ماتریس های مدرن و همچنین هزینه کم اشاره کرد.

IPS (سوئیچینگ درون هواپیما)

فناوری سوئیچینگ درون هواپیما توسط هیتاچی و NEC توسعه داده شد و هدف آن غلبه بر معایب فیلم TN+ بود. با این حال، اگرچه IPS توانست زاویه دید را تا 170 درجه افزایش دهد، همچنین کنتراست و بازتولید رنگ بالا را افزایش داد، اما زمان پاسخگویی در سطح پایینی باقی ماند.

در حال حاضر، ماتریس های ساخته شده با استفاده از فناوری IPS تنها مانیتورهای LCD هستند که همیشه عمق رنگ RGB کامل را منتقل می کنند - 24 بیت، 8 بیت در هر کانال. ماتریس‌های TN تقریباً همیشه 6 بیتی هستند، همانطور که بخش MVA نیز وجود دارد.

اگر هیچ ولتاژی به ماتریس IPS اعمال نشود، مولکول‌های کریستال مایع نمی‌چرخند. فیلتر دوم همیشه عمود بر فیلتر اول می چرخد ​​و نوری از آن عبور نمی کند. بنابراین، نمایش رنگ مشکی نزدیک به ایده آل است. اگر ترانزیستور از کار بیفتد، پیکسل "شکسته" پنل IPS مانند ماتریس TN سفید نخواهد بود، بلکه سیاه خواهد بود.

هنگامی که یک ولتاژ اعمال می شود، مولکول های کریستال مایع عمود بر موقعیت اولیه خود می چرخند و نور را عبور می دهند.

IPS اکنون با فناوری جایگزین شده است S-IPS(Super-IPS، سال هیتاچی)، که در عین کاهش زمان پاسخگویی، تمامی مزایای فناوری IPS را به ارث برده است. اما، با وجود این واقعیت که رنگ پنل های S-IPS به مانیتورهای CRT معمولی نزدیک شده است، کنتراست همچنان یک نقطه ضعف است. S-IPS به طور فعال در پانل های مختلف از 20 اینچ استفاده می شود. LG Philips، NEC تنها تولید کنندگان پانل هایی هستند که از این فناوری استفاده می کنند.

AS-IPS- فناوری پیشرفته Super IPS (Advanced Super-IPS) نیز توسط شرکت هیتاچی در سال توسعه یافت. پیشرفت‌ها عمدتاً مربوط به سطح کنتراست پانل‌های S-IPS معمولی است و آن را به کنتراست پانل‌های S-PVA نزدیک‌تر می‌کند. AS-IPS همچنین به عنوان نام مانیتورهای LG.Philips استفاده می شود.

A-TW-IPS- Advanced True White IPS (IPS پیشرفته با سفید واقعی)، که توسط LG.Philips برای شرکت توسعه یافته است. افزایش قدرت میدان الکتریکی امکان دستیابی به زوایای دید و روشنایی بیشتر و همچنین کاهش فاصله بین پیکسلی را فراهم کرد. نمایشگرهای مبتنی بر AFFS عمدتاً در رایانه های شخصی تبلت، روی ماتریس های تولید شده توسط نمایشگر هیتاچی استفاده می شوند.

*VA (تراز عمودی)

MVA- تراز عمودی چند دامنه ای. این فناوری توسط فوجیتسو به عنوان مصالحه ای بین فناوری های TN و IPS توسعه یافته است. زوایای دید افقی و عمودی برای ماتریس های MVA 160 درجه است (در مدل های مانیتور مدرن تا 176-178 درجه) و به لطف استفاده از فناوری های شتاب (RTC)، این ماتریس ها از نظر زمان پاسخ از TN+Film فاصله زیادی ندارند، اما به طور قابل توجهی از ویژگی های دومی در عمق رنگ ها و دقت بازتولید آنها فراتر می رود.

MVA جانشین فناوری VA است که در سال 1996 توسط فوجیتسو معرفی شد. هنگامی که ولتاژ خاموش می شود، کریستال های مایع ماتریس VA عمود بر فیلتر دوم قرار می گیرند، یعنی نور را از خود عبور نمی دهند. هنگامی که ولتاژ اعمال می شود، کریستال ها 90 درجه می چرخند و یک نقطه روشن روی صفحه ظاهر می شود. همانند ماتریس‌های IPS، پیکسل‌ها در صورت عدم وجود ولتاژ نور را از خود عبور نمی‌دهند، بنابراین هنگامی که از کار می‌افتند به صورت نقاط سیاه قابل مشاهده هستند.

از مزایای فناوری MVA می توان به رنگ سیاه عمیق و عدم وجود ساختار کریستالی مارپیچ و میدان مغناطیسی مضاعف اشاره کرد.

معایب MVA در مقایسه با S-IPS: از بین رفتن جزئیات در سایه ها در حالت عمودی، وابستگی تعادل رنگ تصویر به زاویه دید، زمان پاسخ بیشتر.

آنالوگ های MVA فناوری هایی هستند:

• PVA (تراز عمودی الگو) از سامسونگ.
• سوپر PVAاز سامسونگ
• سوپر MVAاز CMO

ماتریس‌های MVA/PVA یک مصالحه بین TN و IPS در نظر گرفته می‌شوند، هم از نظر هزینه و هم کیفیت مصرف‌کننده.

مزایا و معایب

اعوجاج تصویر در مانیتور LCD در زاویه دید وسیع

عکس ماکرو از یک ماتریس LCD معمولی. در مرکز می توانید دو زیرپیکسل معیوب (سبز و آبی) را مشاهده کنید.

در حال حاضر، مانیتورهای LCD مسیر اصلی و به سرعت در حال توسعه در فناوری مانیتور هستند. مزایای آنها عبارتند از: اندازه و وزن کوچک در مقایسه با CRT. مانیتورهای LCD، بر خلاف CRT ها، فلیکر قابل مشاهده، نقص فوکوس و همگرایی، تداخل میدان های مغناطیسی یا مشکلاتی در هندسه و وضوح تصویر ندارند. مصرف انرژی نمایشگرهای LCD 2 تا 4 برابر کمتر از صفحه نمایش های CRT و پلاسما با اندازه های مشابه است. مصرف انرژی مانیتورهای LCD 95 درصد با قدرت لامپ های نور پس زمینه یا ماتریس نور پس زمینه LED تعیین می شود. نور پس زمینه- نور پس زمینه) ماتریس LCD. در بسیاری از مانیتورهای مدرن (2007)، برای تنظیم روشنایی صفحه توسط کاربر، مدولاسیون عرض پالس لامپ های نور پس زمینه با فرکانس 150 تا 400 یا بیشتر هرتز استفاده می شود. نور پس زمینه LED عمدتا در نمایشگرهای کوچک استفاده می شود، اگرچه در سال های اخیر به طور فزاینده ای در لپ تاپ ها و حتی نمایشگرهای رومیزی استفاده شده است. علیرغم مشکلات فنی اجرای آن، مزایای آشکاری نسبت به لامپ های فلورسنت نیز دارد، به عنوان مثال، طیف انتشار گسترده تر، و در نتیجه طیف رنگ گسترده تر.

از سوی دیگر، مانیتورهای LCD دارای معایبی نیز هستند که اغلب رفع آنها اساساً دشوار است، به عنوان مثال:

• برخلاف CRT ها، آنها می توانند یک تصویر واضح را تنها در یک وضوح ("استاندارد") نمایش دهند. بقیه با درون یابی با از دست دادن وضوح به دست می آیند. علاوه بر این، رزولوشن های بسیار پایین (مثلاً 320x200) به هیچ وجه در بسیاری از مانیتورها نمایش داده نمی شوند.
• وسعت رنگ و دقت رنگ به ترتیب کمتر از پانل های پلاسما و CRT ها است. بسیاری از مانیتورها ناهمواری های جبران ناپذیری در انتقال روشنایی دارند (راه راه در شیب).
• بسیاری از مانیتورهای LCD دارای کنتراست نسبتا کم و عمق سیاه هستند. افزایش کنتراست واقعی اغلب با افزایش روشنایی نور پس زمینه تا سطوح ناراحت کننده همراه است. پوشش براق ماتریس که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، تنها بر کنتراست ذهنی در شرایط نور محیطی تأثیر می گذارد.
• به دلیل الزامات سخت برای ضخامت ثابت ماتریس ها، مشکل ناهمواری رنگ یکنواخت (ناهمواری روشنایی) وجود دارد.
• سرعت واقعی تغییر تصویر نیز کمتر از CRT و نمایشگرهای پلاسما باقی می ماند. فناوری Overdrive فقط تا حدی مشکل سرعت را حل می کند.
• وابستگی کنتراست به زاویه دید همچنان یکی از معایب قابل توجه این فناوری است.
• نمایشگرهای LCD تولید انبوه نسبت به CRT آسیب پذیرتر هستند. ماتریس بدون محافظت شیشه ای بسیار حساس است. اگر به شدت فشار داده شود، تخریب غیرقابل برگشت ممکن است رخ دهد. همچنین مشکل پیکسل های معیوب وجود دارد.
• برخلاف تصور رایج، پیکسل‌های مانیتور LCD کاهش می‌یابند، اگرچه سرعت تخریب در بین سایر فناوری‌های نمایشگر کمتر است.

نمایشگرهای OLED اغلب به عنوان یک فناوری امیدوارکننده در نظر گرفته می شوند که می توانند جایگزین نمایشگرهای LCD شوند. از سوی دیگر، این فناوری در تولید انبوه به ویژه برای ماتریس های قطر بزرگ با مشکلاتی مواجه شده است.

همچنین ببینید

• منطقه قابل مشاهده صفحه نمایش
• پوشش ضد تابش
• en: نور پس زمینه

پیوندها

• اطلاعاتی در مورد لامپ های فلورسنت مورد استفاده برای نور پس زمینه ماتریس LCD
• نمایشگرهای کریستال مایع (فناوری های TN + فیلم، IPS، MVA، PVA)

ادبیات

• Artamonov O. پارامترهای مانیتورهای LCD مدرن
• Mukhin I.A چگونه یک مانیتور LCD انتخاب کنیم؟ . «بازار تجارت رایانه»، شماره 4 (292)، دی 1384، صص 284-291.
• Mukhin I. A. توسعه نمایشگرهای کریستال مایع. پخش رادیو و تلویزیون: قسمت 1 - شماره 2 (46) مارس 2005، ص 55-56; قسمت 2 - شماره 4(48) ژوئن-تیر 1384، صص 71-73.
• Mukhin I. A. دستگاه های مدرن صفحه نمایش تخت "BROADCASTING تلویزیون و رادیو پخش": شماره 1 (37)، ژانویه-فوریه 2004، p.43-47.
• Mukhin I. A., Ukrainsky O. V. روش هایی برای بهبود کیفیت تصاویر تلویزیونی بازتولید شده توسط پانل های کریستال مایع. مواد گزارش در کنفرانس علمی و فنی "تلویزیون مدرن"، مسکو، مارس 2006.

"قلب" هر نمایشگر کریستال مایع ماتریس LCD (نمایشگر کریستال مایع) است. پنل LCD یک ساختار چند لایه پیچیده است. یک نمودار ساده از یک پنل LCD رنگی TFT در شکل 2 نشان داده شده است.

اصل عملکرد هر صفحه کریستال مایع مبتنی بر خاصیت کریستال های مایع برای تغییر (چرخش) صفحه قطبش نور عبوری از آنها به نسبت ولتاژ اعمال شده به آنها است. اگر در مسیر عبور نور پلاریزه شده از کریستال های مایع، فیلتر پلاریزه (پلاریزه کننده) قرار داده شود، با تغییر ولتاژ اعمال شده به کریستال های مایع، می توان میزان نور عبوری توسط فیلتر پلاریزه را کنترل کرد. اگر زاویه بین صفحات قطبش نور عبوری از کریستال های مایع و فیلتر نور 0 درجه باشد، نور بدون تلفات (حداکثر شفافیت) از پلاریزور عبور می کند، اگر 90 درجه باشد، فیلتر نوری حداقل مقدار نور (حداقل شفافیت) را منتقل می کند.

عکس. 1. صفحه نمایش ال سی دی. اصل عملکرد فناوری LCD

بنابراین با استفاده از کریستال های مایع می توان عناصر نوری با درجه شفافیت متغیر تولید کرد. در این حالت، سطح انتقال نور چنین عنصری به ولتاژ اعمال شده به آن بستگی دارد. هر صفحه LCD روی مانیتور کامپیوتر، لپ‌تاپ، تبلت یا تلویزیون حاوی چند صد هزار تا چند میلیون سلول از این سلول‌ها، کسری از میلی‌متر است. آنها در یک ماتریس LCD ترکیب می شوند و با کمک آنها می توانیم تصویری را روی سطح یک صفحه کریستال مایع ایجاد کنیم.
بلورهای مایع در پایان قرن نوزدهم کشف شدند. با این حال، اولین دستگاه های نمایش بر اساس آنها تنها در اواخر دهه 60 قرن بیستم ظاهر شد. اولین تلاش ها برای استفاده از صفحه نمایش LCD در رایانه ها در دهه هشتاد قرن گذشته انجام شد. اولین نمایشگرهای کریستال مایع تک رنگ بودند و از نظر کیفیت تصویر بسیار پایین تر از نمایشگرهای لوله اشعه کاتدی (CRT) بودند. معایب اصلی نسل اول نمایشگرهای LCD عبارت بودند از:

• - عملکرد کم و اینرسی تصویر؛
• - "دم" و "سایه" در تصویر از عناصر تصویر.
• - وضوح تصویر ضعیف؛
• - تصویر سیاه و سفید یا رنگی با عمق رنگ کم.
• - و غیره

با این حال، پیشرفت متوقف نشد و با گذشت زمان، مواد و فناوری های جدیدی در ساخت نمایشگرهای کریستال مایع توسعه یافت. پیشرفت در فناوری میکروالکترونیک و توسعه مواد جدید با خواص کریستال مایع به طور قابل توجهی عملکرد نمایشگرهای LCD را بهبود بخشیده است.

طراحی و بهره برداری از ماتریس TFT LCD.

یکی از دستاوردهای اصلی اختراع فناوری ماتریس LCD TFT - ماتریس کریستال مایع با ترانزیستورهای فیلم نازک (Thin Film Transistors) بود. مانیتورهای TFT به طور چشمگیری سرعت پیکسل را افزایش داده اند، عمق رنگ تصویر را افزایش داده اند و توانسته اند از شر "دم" و "سایه" خلاص شوند.
ساختار پنل تولید شده با استفاده از فناوری TFT در شکل 2 نشان داده شده است

شکل 2. نمودار ساختار ماتریس ال سی دی TFT.
یک تصویر تمام رنگی روی یک ماتریس LCD از نقاط (پیکسل‌های) منفرد تشکیل می‌شود که هر کدام معمولاً از سه عنصر (زیرپیکسل) تشکیل شده‌اند که مسئول روشنایی هر یک از اجزای اصلی رنگ هستند - معمولاً قرمز (R). سبز (G) و آبی (B) - RGB. سیستم ویدیویی مانیتور به طور مداوم تمام زیرپیکسل های ماتریس را اسکن می کند و سطح شارژ متناسب با روشنایی هر زیرپیکسل را در خازن های ذخیره سازی ثبت می کند. ترانزیستورهای لایه نازک (Thin Film Trasistor (TFT) - در واقع، به همین دلیل ماتریس TFT نامیده می شود) خازن های ذخیره سازی را در زمان نوشتن اطلاعات به یک زیرپیکسل معین به گذرگاه داده متصل می کنند و خازن ذخیره سازی را برای حفظ شارژ تغییر می دهند. حالت برای بقیه زمان.
ولتاژ ذخیره شده در خازن حافظه ماتریس TFT بر روی کریستال های مایع یک زیرپیکسل معین عمل می کند و صفحه قطبش نور را که از نور پس زمینه از آنها عبور می کند با زاویه ای متناسب با این ولتاژ می چرخد. نور پس از عبور از سلولی با کریستال های مایع، وارد فیلتر نوری ماتریسی می شود که روی آن فیلتر نوری یکی از رنگ های اصلی (RGB) برای هر زیرپیکسل تشکیل می شود. الگوی موقعیت های نسبی نقاط رنگ های مختلف برای هر نوع پنل LCD متفاوت است، اما این موضوع جداگانه ای است. در مرحله بعد، شار نور تولید شده از رنگ های اصلی وارد یک فیلتر قطبی خارجی می شود که میزان عبور نور آن به زاویه قطبش موج نوری که روی آن فرو می رود بستگی دارد. یک فیلتر پلاریزه نسبت به امواج نوری که صفحه پلاریزاسیون آنها موازی با صفحه قطبش خود است شفاف است. با افزایش این زاویه، فیلتر پلاریزه شروع به عبور نور کمتر و کمتری می کند تا حداکثر در زاویه 90 درجه کاهش یابد. در حالت ایده آل، یک فیلتر پلاریزه نباید نور پلاریزه شده را به صورت متعامد به صفحه پلاریزاسیون خودش منتقل کند، اما در زندگی واقعی، بخش کوچکی از نور از آن عبور می کند. بنابراین، تمام نمایشگرهای LCD دارای عمق مشکی ناکافی هستند، که به ویژه در سطوح روشنایی بالای پس زمینه مشخص می شود.
در نتیجه، در یک نمایشگر LCD، شار نور برخی از زیرپیکسل‌ها بدون افت از فیلتر پلاریزه عبور می‌کند، از سایر زیرپیکسل‌ها به مقدار مشخصی کاهش می‌یابد و از برخی زیرپیکسل‌ها تقریباً به طور کامل جذب می‌شود. بنابراین، با تنظیم سطح هر رنگ اصلی در زیرپیکسل های جداگانه، می توان یک پیکسل از هر سایه رنگی را از آنها به دست آورد. و از بسیاری از پیکسل های رنگی، یک تصویر رنگی تمام صفحه ایجاد کنید.
مانیتور LCD امکان دستیابی به یک پیشرفت بزرگ در فناوری رایانه را فراهم کرد و آن را برای تعداد زیادی از مردم در دسترس قرار داد. علاوه بر این، بدون صفحه نمایش LCD، ساخت رایانه های قابل حمل مانند لپ تاپ و نت بوک، تبلت و تلفن همراه غیرممکن خواهد بود. اما آیا با استفاده از نمایشگرهای کریستال مایع، همه چیز بسیار زیبا است؟ برای آشنایی با مزایا و معایب آنها به ادامه مطلب مراجعه کنید...

ایجاد صفحه نمایش LCD

اولین نمایشگر کریستال مایع در حال کار توسط فرگاسون در سال 1970 ساخته شد. قبلاً دستگاه‌های LCD انرژی زیادی مصرف می‌کردند، عمر مفید محدودی داشتند و کنتراست تصویر ضعیفی داشتند. صفحه نمایش LCD جدید در سال 1971 به عموم مردم معرفی شد و پس از آن مورد تایید گرم قرار گرفت. کریستال های مایع مواد آلی هستند که می توانند مقدار نور عبوری تحت ولتاژ را تغییر دهند. مانیتور کریستال مایع از دو صفحه شیشه ای یا پلاستیکی تشکیل شده است که بین آنها تعلیق وجود دارد. کریستال های این سیستم تعلیق به موازات یکدیگر قرار گرفته اند و در نتیجه اجازه می دهند نور به پانل نفوذ کند. هنگامی که جریان الکتریکی اعمال می شود، آرایش کریستال ها تغییر می کند و آنها شروع به مسدود کردن عبور نور می کنند. فناوری LCD در رایانه ها و تجهیزات پروجکشن گسترده شده است. اولین کریستال های مایع با بی ثباتی مشخص می شدند و برای تولید انبوه مناسب نبودند. توسعه واقعی فناوری LCD با اختراع دانشمندان انگلیسی یک کریستال مایع پایدار - بی فنیل آغاز شد. اولین نسل از نمایشگرهای کریستال مایع را می توان در ماشین حساب ها، بازی های الکترونیکی و ساعت ها مشاهده کرد. به مانیتورهای LCD مدرن، پانل های مسطح، اسکن دوگانه ماتریس فعال، ترانزیستورهای فیلم نازک نیز گفته می شود. ایده مانیتورهای LCD بیش از 30 سال است که مطرح است، اما تحقیقات انجام شده به نتایج قابل قبولی منجر نشده است، بنابراین مانیتورهای LCD به دلیل ارائه کیفیت تصویر خوب شهرت پیدا نکرده اند. اکنون آنها محبوب می شوند - همه ظاهر زیبا ، اندام باریک ، جمع و جور ، کارایی (15-30 وات) خود را دوست دارند ، علاوه بر این ، اعتقاد بر این است که فقط افراد ثروتمند و جدی می توانند چنین تجملی را بپردازند.

ویژگی های مانیتورهای LCD

انواع مانیتور LCD

مانیتور کردن لایه های مرکب

دو نوع مانیتور LCD وجود دارد: DSTN (نماتیک پیچ خورده با اسکن دوگانه) و TFT (ترانزیستور لایه نازک) که به ترتیب ماتریس های غیرفعال و فعال نیز نامیده می شوند. این مانیتورها از لایه‌های زیر تشکیل شده‌اند: یک فیلتر پلاریزه، یک لایه شیشه، یک الکترود، یک لایه کنترل، کریستال‌های مایع، یک لایه کنترل دیگر، یک الکترود، یک لایه شیشه‌ای و یک فیلتر پلاریزه. اولین کامپیوترها از ماتریس های سیاه و سفید غیرفعال هشت اینچی (مورب) استفاده می کردند. با انتقال به فناوری ماتریس فعال، اندازه صفحه نمایش افزایش یافته است. تقریباً تمام مانیتورهای LCD مدرن از پانل‌های ترانزیستوری با لایه نازک استفاده می‌کنند که تصاویر روشن و شفافی با اندازه بزرگ‌تر ارائه می‌دهند.

وضوح مانیتور

اندازه مانیتور فضای کاری را که اشغال می کند و مهمتر از همه قیمت آن را تعیین می کند. علیرغم طبقه بندی تعیین شده مانیتورهای LCD بسته به اندازه مورب صفحه نمایش (15-، 17-، 19 اینچ)، طبقه بندی صحیح تر با وضوح عملکرد است. واقعیت این است که بر خلاف مانیتورهای مبتنی بر CRT که وضوح آنها را می توان کاملاً انعطاف پذیر تغییر داد، نمایشگرهای LCD دارای مجموعه ثابتی از پیکسل های فیزیکی هستند. به همین دلیل است که آنها برای کار با تنها یک رزولوشن به نام کار طراحی شده اند. به طور غیرمستقیم، این وضوح اندازه ماتریس را نیز تعیین می کند، با این حال، مانیتورهایی با وضوح عملکرد یکسان ممکن است اندازه های ماتریس متفاوتی داشته باشند. به عنوان مثال، مانیتورهای 15 تا 16 اینچی به طور کلی دارای رزولوشن کاری 1024 در 768 هستند، به این معنی که یک صفحه نمایش داده شده در واقع دارای 1024 پیکسل افقی و 768 پیکسل عمودی است. وضوح عملکرد مانیتور اندازه نمادها و فونت هایی را که روی صفحه نمایش داده می شوند تعیین می کند. به عنوان مثال، یک مانیتور 15 اینچی می تواند وضوح کاری 1024 x 768 و 1400 x 1050 پیکسل داشته باشد. در حالت دوم، ابعاد فیزیکی خود پیکسل‌ها کوچک‌تر خواهد بود و از آنجایی که در هر دو مورد از تعداد پیکسل‌های یکسانی برای تشکیل یک نماد استاندارد استفاده می‌شود، پس در وضوح 1400×1050 پیکسل، نماد کوچک‌تر خواهد بود. ابعاد فیزیکی برای برخی از کاربران، اندازه نمادهای بسیار کوچک با وضوح مانیتور بالا ممکن است غیرقابل قبول باشد، بنابراین هنگام خرید مانیتور باید فوراً به وضوح کار توجه کنید. البته این مانیتور قادر است تصاویر را با وضوح متفاوتی نسبت به مانیتور نمایش دهد. این حالت از عملکرد مانیتور درون یابی نامیده می شود. در مورد درون یابی، کیفیت تصویر بسیار مورد نظر باقی می ماند. حالت درون یابی به طور قابل توجهی بر کیفیت نمایش فونت های صفحه تأثیر می گذارد.

رابط مانیتور

مانیتورهای LCD طبیعتاً دستگاه‌های دیجیتالی هستند، بنابراین رابط "بومی" برای آنها رابط دیجیتال DVI است که می‌تواند دو نوع کنوکتور داشته باشد: DVI-I که سیگنال‌های دیجیتال و آنالوگ را ترکیب می‌کند و DVI-D که فقط انتقال می‌دهد. یک سیگنال دیجیتال اعتقاد بر این است که رابط DVI برای اتصال مانیتور LCD به رایانه ترجیح داده می شود، اگرچه اتصال از طریق یک اتصال استاندارد D-Sub نیز مجاز است. رابط DVI همچنین با این واقعیت پشتیبانی می شود که در مورد رابط آنالوگ، تبدیل دوگانه سیگنال ویدئویی اتفاق می افتد: ابتدا سیگنال دیجیتال در کارت گرافیک به آنالوگ تبدیل می شود (تبدیل DAC) که سپس به یک تبدیل می شود. سیگنال دیجیتال توسط واحد الکترونیکی خود مانیتور LCD (تبدیل ADC)، در نتیجه خطر اعوجاج سیگنال های مختلف افزایش می یابد. بسیاری از مانیتورهای LCD مدرن دارای هر دو کانکتور D-Sub و DVI هستند که به شما امکان می دهد همزمان دو واحد سیستم را به مانیتور متصل کنید. همچنین می توانید مدل هایی را پیدا کنید که دارای دو کانکتور دیجیتال هستند. مدل‌های اداری ارزان‌قیمت عمدتاً فقط یک رابط استاندارد D-Sub دارند.

نوع ماتریس LCD

جزء اصلی ماتریس LCD کریستال های مایع هستند. سه نوع اصلی کریستال مایع وجود دارد: اسمکتیک، نماتیک و کلستریک. با توجه به خواص الکتریکی آنها، تمام کریستال های مایع به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: اول شامل کریستال های مایع با ناهمسانگردی دی الکتریک مثبت، دوم - با ناهمسانگردی دی الکتریک منفی است. تفاوت در نحوه واکنش این مولکول ها به یک میدان الکتریکی خارجی است. مولکول های با ناهمسانگردی دی الکتریک مثبت در امتداد خطوط میدان جهت گیری می کنند و مولکول هایی با ناهمسانگردی دی الکتریک منفی عمود بر خطوط میدان جهت گیری می کنند. کریستال های مایع نماتیک دارای ناهمسانگردی دی الکتریک مثبت هستند، در حالی که کریستال های مایع اسمکتیک، برعکس، دارای ناهمسانگردی دی الکتریک منفی هستند. یکی دیگر از ویژگی های قابل توجه مولکول های LC ناهمسانگردی نوری آنها است. به طور خاص، اگر جهت گیری مولکول ها با جهت انتشار نور پلاریزه شده در صفحه منطبق باشد، مولکول ها هیچ تاثیری بر صفحه قطبش نور ندارند. اگر جهت مولکول ها عمود بر جهت انتشار نور باشد، صفحه قطبش به گونه ای می چرخد ​​که با جهت جهت مولکول ها موازی شود. ناهمسانگردی دی الکتریک و نوری مولکول های LC امکان استفاده از آنها را به عنوان نوعی تعدیل کننده نور فراهم می کند و امکان تشکیل تصویر مورد نیاز روی صفحه را فراهم می کند. اصل کار چنین مدولاتوری کاملاً ساده است و مبتنی بر تغییر صفحه قطبش نور عبوری از سلول LCD است. سلول LCD بین دو قطبشگر قرار دارد که محورهای پلاریزاسیون آنها متقابلاً عمود هستند. اولین پلاریزه کننده تابش پلاریزه صفحه از نوری که از لامپ نور پس زمینه عبور می کند را قطع می کند. اگر سلول LC ​​وجود نداشت، آنگاه چنین نور پلاریزه شده صفحه ای به طور کامل توسط قطبش دوم جذب می شد. یک سلول LCD که در مسیر نور پلاریزه شده با صفحه عبوری قرار می گیرد، می تواند صفحه قطبش نور ارسالی را بچرخاند. در این حالت، بخشی از نور از قطبش دوم عبور می کند، یعنی سلول شفاف (به طور کامل یا جزئی) می شود. بسته به نحوه کنترل چرخش صفحه پلاریزاسیون در سلول LC، چندین نوع ماتریس LC متمایز می شوند. بنابراین، یک سلول LCD که بین دو قطبش متقاطع قرار می گیرد، اجازه می دهد تا تابش ارسالی مدوله شود و درجه بندی هایی از رنگ سیاه و سفید ایجاد شود. برای به دست آوردن یک تصویر رنگی، باید از سه فیلتر رنگی قرمز (R)، سبز (G) و آبی (B) استفاده کنید که با نصب در مسیر نور سفید به شما امکان می دهد سه رنگ اصلی را در نسبت های مورد نیاز بنابراین، هر پیکسل یک مانیتور LCD از سه زیر پیکسل مجزا تشکیل شده است: قرمز، سبز و آبی که سلول‌های LCD کنترل‌شده هستند و تنها در فیلترهای مورد استفاده، بین صفحه شیشه‌ای بالا و فیلتر پولاریزه خروجی نصب شده‌اند.

طبقه بندی نمایشگرهای TFT-LCD

فناوری های اصلی در ساخت نمایشگرهای LCD: TN+film، IPS (SFT) و MVA. این فناوری ها در هندسه سطوح، پلیمر، صفحه کنترل و الکترود جلویی متفاوت هستند. خلوص و نوع پلیمر با خواص کریستال مایع مورد استفاده در پیشرفت های خاص از اهمیت بالایی برخوردار است.

ماتریس TN

ساختار سلول TN

ماتریس کریستال مایع از نوع TN (Twisted Nematic) یک ساختار چند لایه ای متشکل از دو فیلتر پلاریزه، دو الکترود شفاف و دو صفحه شیشه ای است که بین آنها ماده کریستال مایع نماتیک واقعی با ناهمسانگردی دی الکتریک مثبت قرار دارد. شیارهای مخصوصی بر روی سطح صفحات شیشه ای اعمال می شود که امکان ایجاد جهت گیری اولیه یکسان برای تمام مولکول های کریستال مایع در امتداد صفحه را ممکن می کند. شیارهای هر دو صفحه متقابلاً عمود هستند، بنابراین لایه‌ای از مولکول‌های کریستال مایع بین صفحات جهت خود را 90 درجه تغییر می‌دهد. معلوم می شود که مولکول های LC یک ساختار پیچ خورده مارپیچی را تشکیل می دهند (شکل 3)، به همین دلیل است که چنین ماتریس هایی به نام Twisted Nematic نامیده می شوند. صفحات شیشه ای شیاردار بین دو فیلتر پلاریزه قرار دارند و محور پلاریزاسیون در هر فیلتر با جهت شیارهای روی صفحه مطابقت دارد. در حالت عادی، یک سلول LCD باز است، زیرا کریستال های مایع صفحه قطبش نور را که از خود عبور می کند، می چرخانند. بنابراین، تشعشعات پلاریزه صفحه ای که پس از عبور از قطبش اول ایجاد می شود، از قطبی کننده دوم نیز عبور می کند، زیرا محور قطبش آن موازی با جهت قطبش تابش فرودی خواهد بود. تحت تأثیر میدان الکتریکی ایجاد شده توسط الکترودهای شفاف، مولکول های لایه کریستال مایع جهت گیری فضایی خود را تغییر می دهند و در امتداد جهت خطوط میدان قرار می گیرند. در این حالت، لایه کریستال مایع توانایی چرخش صفحه قطبش نور فرودی را از دست می دهد و سیستم از نظر نوری مات می شود، زیرا تمام نور توسط فیلتر پولاریزه کننده خروجی جذب می شود. بسته به ولتاژ اعمال شده بین الکترودهای کنترل، می توان جهت مولکول ها را در امتداد میدان نه به طور کامل، بلکه فقط تا حدی تغییر داد، یعنی درجه پیچش مولکول های LC را تنظیم کرد. این به نوبه خود به شما امکان می دهد تا شدت نور عبوری از سلول LCD را تغییر دهید. بنابراین، با نصب یک لامپ نور پس زمینه در پشت ماتریس LCD و تغییر ولتاژ بین الکترودها، می توانید درجه شفافیت یک سلول LCD را تغییر دهید. ماتریس های TN رایج ترین و ارزان ترین هستند. آنها معایب خاصی دارند: زاویه دید نه چندان بزرگ، کنتراست کم و ناتوانی در به دست آوردن رنگ سیاه کامل. واقعیت این است که حتی زمانی که حداکثر ولتاژ به سلول اعمال می شود، چرخاندن کامل مولکول های LC و جهت دهی آنها در امتداد خطوط میدان غیرممکن است. بنابراین، چنین ماتریس هایی حتی زمانی که پیکسل کاملاً خاموش است، کمی شفاف می مانند. اشکال دوم مربوط به زاویه دید کوچک است. برای از بین بردن جزئی آن، یک فیلم پراکنده ویژه روی سطح مانیتور اعمال می شود که به شما امکان می دهد زاویه دید را افزایش دهید. این فناوری TN+Film نام دارد که نشان از حضور این فیلم دارد. فهمیدن اینکه دقیقاً چه نوع ماتریسی در مانیتور استفاده می شود چندان آسان نیست. با این حال، اگر یک پیکسل "شکسته" بر روی مانیتور وجود داشته باشد که ناشی از خرابی ترانزیستور کنترل کننده سلول LCD است، در ماتریس های TN همیشه روشن (قرمز، سبز یا آبی) روشن می شود، زیرا برای ماتریس TN باز است. پیکسل مربوط به کمبود ولتاژ در سلول است. شما می توانید یک ماتریس TN را با نگاه کردن به رنگ سیاه در حداکثر روشنایی تشخیص دهید - اگر خاکستری تر از سیاه است، احتمالاً یک ماتریس TN است.

ماتریس های IPS

ساختار سلول IPS

به مانیتورهای دارای ماتریس IPS مانیتورهای Super TFT نیز گفته می شود. یکی از ویژگی های بارز ماتریس های IPS این است که الکترودهای کنترل در همان صفحه در سمت پایین سلول LCD قرار دارند. در غیاب ولتاژ بین الکترودها، مولکول های LC به موازات یکدیگر، الکترودها و جهت پلاریزاسیون فیلتر پلاریزه پایینی قرار می گیرند. در این حالت روی زاویه پلاریزاسیون نور عبوری تاثیری نمی گذارند و نور به طور کامل توسط فیلتر پولاریزه کننده خروجی جذب می شود زیرا جهت پلاریزاسیون فیلترها بر یکدیگر عمود هستند. هنگامی که ولتاژ به الکترودهای کنترل اعمال می شود، میدان الکتریکی تولید شده مولکول های LC را 90 درجه می چرخاند به طوری که آنها در امتداد خطوط میدان جهت گیری می کنند. اگر نور از چنین سلولی عبور داده شود، به دلیل چرخش صفحه پلاریزاسیون، فیلتر پلاریزه بالایی نور را بدون تداخل عبور می دهد، یعنی سلول در حالت باز قرار می گیرد (شکل 4). با تغییر ولتاژ بین الکترودها، می توان مولکول های LC را مجبور به چرخش در هر زاویه ای کرد و در نتیجه شفافیت سلول را تغییر داد. از همه جنبه‌های دیگر، سلول‌های IPS مشابه ماتریس‌های TN هستند: یک تصویر رنگی نیز از طریق استفاده از سه فیلتر رنگی تشکیل می‌شود. ماتریس های IPS در مقایسه با ماتریس های TN هم مزایا و هم معایب دارند. مزیت این واقعیت است که در این مورد رنگ کاملاً سیاه است و مانند ماتریس های TN خاکستری نیست. یکی دیگر از مزایای غیرقابل انکار این فناوری، زاویه دید زیاد است. معایب ماتریس های IPS شامل زمان پاسخگویی پیکسل طولانی تر نسبت به ماتریس های TN است. با این حال، بعداً به موضوع زمان واکنش پیکسل باز خواهیم گشت. در نتیجه، ما متذکر می شویم که اصلاحات مختلفی در ماتریس های IPS (Super IPS، Dual Domain IPS) وجود دارد که می تواند ویژگی های آنها را بهبود بخشد.

ماتریس های MVA

ساختار دامنه یک سلول MVA

MVA توسعه فناوری VA است، یعنی فناوری با نظم مولکولی عمودی. برخلاف ماتریس های TN و IPS، در این مورد از کریستال های مایع با ناهمسانگردی دی الکتریک منفی استفاده می شود که عمود بر جهت خطوط میدان الکتریکی جهت گیری می کنند. در غیاب ولتاژ بین صفحات سلول LC، تمام مولکول های کریستال مایع به صورت عمودی جهت گیری می شوند و هیچ تاثیری بر صفحه قطبش نور عبوری ندارند. از آنجایی که نور از دو قطبی کننده متقاطع عبور می کند، به طور کامل توسط پلاریزه کننده دوم جذب می شود و سلول در حالت بسته قرار می گیرد، در حالی که برخلاف ماتریس TN، می توان یک رنگ کاملا سیاه به دست آورد. هنگامی که ولتاژی به الکترودهای واقع در بالا و پایین اعمال می شود، مولکول ها 90 درجه می چرخند و عمود بر خطوط میدان الکتریکی جهت می یابند. هنگامی که نور پلاریزه صفحه از چنین ساختاری عبور می کند، صفحه قطبش 90 درجه می چرخد ​​و نور آزادانه از قطبش کننده خروجی عبور می کند، یعنی سلول LC ​​در حالت باز است. مزایای سیستم‌های با ترتیب عمودی مولکول‌ها، توانایی به دست آوردن رنگ سیاه ایده‌آل (که به نوبه خود بر توانایی دریافت تصاویر با کنتراست بالا تأثیر می‌گذارد) و زمان پاسخ پیکسل کوتاه است. به منظور افزایش زاویه دید، سیستم هایی با ترتیب عمودی مولکول ها از ساختار چند دامنه ای استفاده می کنند که منجر به ایجاد ماتریس هایی از نوع MVA می شود. ایده پشت این فناوری این است که هر زیرپیکسل با استفاده از برجستگی‌های ویژه به چندین ناحیه (دامنه) تقسیم می‌شود که جهت مولکول‌ها را کمی تغییر می‌دهد و آنها را مجبور می‌کند تا با سطح برآمدگی هماهنگ شوند. این منجر به این واقعیت می شود که هر یک از این دامنه ها در جهت خاص خود (در یک زاویه جامد خاص) می درخشد و مجموع همه جهات زاویه دید مانیتور را گسترش می دهد. از مزایای ماتریس های MVA می توان به کنتراست بالا (به دلیل توانایی به دست آوردن رنگ کاملا مشکی) و زاویه دید زیاد (تا 170 درجه) اشاره کرد. در حال حاضر، انواع مختلفی از فناوری MVA وجود دارد، به عنوان مثال PVA (Tatterned Vertical Alignment) سامسونگ، MVA-Premium و غیره که ویژگی های ماتریس های MVA را بیشتر می کند.

روشنایی

امروزه در مانیتورهای LCD حداکثر روشنایی ذکر شده در مستندات فنی بین 250 تا 500 cd/m2 است. و اگر روشنایی مانیتور به اندازه کافی زیاد باشد، این لزوماً در بروشورهای تبلیغاتی نشان داده شده و به عنوان یکی از مزایای اصلی مانیتور ارائه می شود. با این حال، این دقیقا همان جایی است که یکی از دام ها نهفته است. تناقض این است که نمی توان به اعداد ذکر شده در اسناد فنی تکیه کرد. این نه تنها در مورد روشنایی، بلکه در مورد کنتراست، زاویه دید و زمان پاسخ پیکسل نیز صدق می کند. نه تنها ممکن است به هیچ وجه با مقادیر واقعی مشاهده شده مطابقت نداشته باشند، بلکه گاهی اوقات حتی درک معنای این اعداد دشوار است. اول از همه، تکنیک های اندازه گیری مختلفی در استانداردهای مختلف شرح داده شده است. بر این اساس، اندازه‌گیری‌هایی که با استفاده از روش‌های مختلف انجام می‌شوند، نتایج متفاوتی به دست می‌دهند و بعید است که بتوانید دقیقاً متوجه شوید که چه روشی و چگونه اندازه‌گیری شده است. در اینجا یک مثال ساده است. روشنایی اندازه گیری شده به دمای رنگ بستگی دارد، اما وقتی می گویند روشنایی مانیتور 300 cd/m2 است، این سوال پیش می آید: این حداکثر روشنایی در چه دمای رنگی به دست می آید؟ علاوه بر این، تولید کنندگان روشنایی را نه برای مانیتور، بلکه برای ماتریس LCD نشان می دهند که اصلاً یکسان نیست. برای اندازه گیری روشنایی، سیگنال های ژنراتور مرجع ویژه با دمای رنگ مشخص شده استفاده می شود، بنابراین ویژگی های خود مانیتور به عنوان محصول نهایی ممکن است به طور قابل توجهی با موارد ذکر شده در مستندات فنی متفاوت باشد. اما برای کاربر، ویژگی های خود مانیتور، و نه ماتریس، از اهمیت بالایی برخوردار است. روشنایی یک ویژگی بسیار مهم برای یک مانیتور LCD است. به عنوان مثال، اگر روشنایی کافی نباشد، بعید است که بتوانید بازی های مختلف یا فیلم های DVD تماشا کنید. علاوه بر این، کار کردن با مانیتور در شرایط نور روز (نورپردازی خارجی) ناراحت کننده خواهد بود. با این حال، زودهنگام است که بر این اساس نتیجه گیری کنیم که مانیتوری با روشنایی اعلام شده 450 cd/m2 به نوعی بهتر از مانیتور با روشنایی 350 cd/m2 است. اولا، همانطور که قبلاً اشاره شد، روشنایی اعلام شده و واقعی یکسان نیستند و ثانیاً برای مانیتور LCD کافی است که روشنایی 200-250 cd/m2 (اعلام نشده، اما در واقع مشاهده شده) داشته باشد. علاوه بر این، نحوه تنظیم روشنایی مانیتور نیز مهم است. از نقطه نظر فیزیک، تنظیم روشنایی را می توان با تغییر روشنایی نور پس زمینه انجام داد. این امر یا با تنظیم جریان تخلیه در لامپ (در مانیتورها، لامپ های فلورسنت کاتد سرد، CCFL ها به عنوان نور پس زمینه استفاده می شود) یا به اصطلاح با مدولاسیون عرض پالس منبع تغذیه لامپ به دست می آید. با مدولاسیون عرض پالس، ولتاژ به لامپ نور پس زمینه در پالس هایی با مدت زمان مشخص تامین می شود. در نتیجه، لامپ نور پس زمینه به طور مداوم نمی درخشد، بلکه فقط در فواصل زمانی تکراری دوره ای می درخشد، اما به دلیل اینرسی دید، به نظر می رسد که لامپ دائما روشن است (نرخ تکرار پالس بیش از 200 هرتز است). بدیهی است که با تغییر عرض پالس های ولتاژ عرضه شده، می توانید میانگین روشنایی نور پس زمینه را تنظیم کنید. علاوه بر تنظیم روشنایی مانیتور با استفاده از نور پس زمینه، گاهی اوقات این تنظیم توسط خود ماتریس انجام می شود. در واقع یک جزء DC به ولتاژ کنترل در الکترودهای سلول LCD اضافه می شود. این اجازه می دهد تا سلول LCD به طور کامل باز شود، اما اجازه نمی دهد که به طور کامل بسته شود. در این حالت، با افزایش روشنایی، رنگ سیاه دیگر سیاه نمی شود (ماتریس تا حدی شفاف می شود حتی زمانی که سلول LCD بسته می شود).

تضاد

یکی از ویژگی های به همان اندازه مهم مانیتور LCD کنتراست آن است که به عنوان نسبت روشنایی پس زمینه سفید به روشنایی پس زمینه سیاه تعریف می شود. از نظر تئوری، کنتراست مانیتور نباید به سطح روشنایی تنظیم شده بر روی مانیتور بستگی داشته باشد، یعنی در هر سطح روشنایی، کنتراست اندازه‌گیری شده باید مقدار یکسانی داشته باشد. در واقع، روشنایی پس زمینه سفید متناسب با روشنایی نور پس زمینه است. در حالت ایده آل، نسبت عبور نور یک سلول LCD در حالت باز و بسته، مشخصه خود سلول LCD است، اما در عمل این نسبت ممکن است هم به دمای رنگ تنظیم شده و هم به سطح روشنایی تنظیم شده نمایشگر بستگی داشته باشد. اخیرا کنتراست تصویر در مانیتورهای دیجیتال به میزان قابل توجهی افزایش یافته است و اکنون این رقم اغلب به 500:1 می رسد. اما اینجا همه چیز به این سادگی نیست. واقعیت این است که کنتراست را می توان نه برای مانیتور، بلکه برای ماتریس مشخص کرد. با این حال، همانطور که تجربه نشان می دهد، اگر گذرنامه کنتراست بیش از 350:1 را نشان دهد، این برای عملکرد عادی کاملاً کافی است.

زاویه دید

حداکثر زاویه دید (هم عمودی و هم افقی) به عنوان زاویه ای است که کنتراست تصویر در مرکز حداقل 10:1 باشد. برخی از تولیدکنندگان ماتریس، هنگام تعیین زاویه دید، از نسبت کنتراست 5:1 به جای 10:1 استفاده می کنند که باعث ایجاد سردرگمی در مشخصات فنی می شود. تعریف رسمی زوایای دید کاملا مبهم است و مهمتر از همه، هیچ ارتباط مستقیمی با رندر صحیح رنگ هنگام مشاهده یک تصویر در زاویه ندارد. در واقع، برای کاربران، شرایط بسیار مهمتر این واقعیت است که هنگام مشاهده یک تصویر با زاویه نسبت به سطح مانیتور، افت کنتراست نیست، بلکه اعوجاج رنگ رخ می دهد. برای مثال رنگ قرمز به زرد و سبز به آبی تبدیل می شود. علاوه بر این، چنین اعوجاج‌هایی در مدل‌های مختلف خود را متفاوت نشان می‌دهند: در برخی از آنها حتی در یک زاویه بسیار کوچکتر از زاویه دید قابل توجه می‌شوند. بنابراین، اساساً مقایسه مانیتورها بر اساس زاویه دید اشتباه است. شما می توانید مقایسه کنید، اما چنین مقایسه ای اهمیت عملی ندارد.

زمان پاسخگویی پیکسل

نمودار زمان بندی روشن شدن پیکسل معمولی برای ماتریس TN+Film

نمودار زمان بندی خاموش شدن پیکسل معمولی برای ماتریس TN+Film

زمان واکنش یا زمان پاسخ پیکسل معمولاً در مستندات فنی مانیتور نشان داده می شود و یکی از مهمترین ویژگی های مانیتور در نظر گرفته می شود (که کاملاً درست نیست). در مانیتورهای LCD، زمان پاسخ پیکسل، که به نوع ماتریس بستگی دارد، در ده‌ها میلی‌ثانیه اندازه‌گیری می‌شود (در ماتریس‌های جدید TN+Film، زمان پاسخ‌دهی پیکسل 12 میلی‌ثانیه است) و این منجر به تار شدن تصویر در حال تغییر می‌شود. می تواند برای چشم قابل توجه باشد. بین زمان روشن و خاموش کردن پیکسل تفاوت قائل می شود. Pixel on time به مدت زمان مورد نیاز برای باز کردن سلول LCD و زمان خاموش به مدت زمان لازم برای بسته شدن آن اشاره دارد. وقتی در مورد زمان واکنش یک پیکسل صحبت می کنیم، منظور کل زمان روشن و خاموش شدن پیکسل است. زمان روشن شدن یک پیکسل و زمان خاموش شدن آن می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. هنگامی که آنها در مورد زمان پاسخ پیکسل نشان داده شده در مستندات فنی مانیتور صحبت می کنند، منظور آنها زمان پاسخگویی ماتریس است، نه مانیتور. علاوه بر این، زمان پاسخ پیکسلی که در مستندات فنی نشان داده شده است توسط سازندگان مختلف ماتریس به طور متفاوتی تفسیر می شود. به عنوان مثال، یکی از گزینه های تفسیر زمان روشن (خاموش) پیکسل این است که در این زمان روشنایی پیکسل از 10 به 90 درصد (از 90 به 10 درصد) تغییر می کند. تا به حال، زمانی که در مورد اندازه گیری زمان پاسخ پیکسل صحبت می کنیم، فرض بر این بود که ما در مورد تغییر بین رنگ های سیاه و سفید صحبت می کنیم. اگر مشکلی در مورد رنگ سیاه وجود نداشته باشد (پیکسل به سادگی بسته است)، انتخاب رنگ سفید واضح نیست. زمان پاسخ یک پیکسل در صورت جابجایی بین نیمه‌تون‌های مختلف چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟ این سوال از اهمیت عملی بالایی برخوردار است. واقعیت این است که تغییر از یک پس زمینه سیاه به یک پس زمینه سفید یا برعکس، در برنامه های واقعی نسبتا نادر است. در اکثر برنامه ها، انتقال بین نیم تن ها معمولاً اجرا می شود. و اگر زمان سوئیچ بین رنگ های سیاه و سفید کمتر از زمان سوئیچ بین مقیاس خاکستری باشد، زمان پاسخ پیکسل هیچ اهمیت عملی نخواهد داشت و نمی توانید به این ویژگی مانیتور تکیه کنید. از مطالب فوق چه نتیجه ای می توان گرفت؟ همه چیز بسیار ساده است: زمان پاسخ پیکسل اعلام شده توسط سازنده به ما اجازه نمی دهد تا به وضوح ویژگی های دینامیکی مانیتور را قضاوت کنیم. از این نظر درست تر است که نه در مورد زمانی که یک پیکسل بین رنگ های سفید و سیاه جابجا می شود، بلکه در مورد میانگین زمانی که یک پیکسل بین رنگ های نیمه رنگ جابجا می شود صحبت کنیم.

تعداد رنگ های نمایش داده شده

همه مانیتورها طبیعتاً دستگاه های RGB هستند، یعنی رنگ موجود در آنها از ترکیب سه رنگ اصلی قرمز، سبز و آبی به نسبت های مختلف به دست می آید. بنابراین، هر پیکسل LCD از سه زیرپیکسل رنگی تشکیل شده است. علاوه بر حالت کاملا بسته یا کاملا باز سلول LCD، حالت های میانی نیز در صورت نیمه باز بودن سلول LCD امکان پذیر است. این به شما امکان می دهد یک سایه رنگی تشکیل دهید و سایه های رنگی رنگ های پایه را در نسبت های دلخواه مخلوط کنید. در این حالت، تعداد رنگ‌های بازتولید شده توسط مانیتور از نظر تئوری به این بستگی دارد که در هر کانال رنگی چه تعداد سایه رنگ می‌تواند تشکیل شود. باز شدن جزئی سلول LCD با اعمال سطح ولتاژ مورد نیاز به الکترودهای کنترلی حاصل می شود. بنابراین، تعداد سایه های رنگی قابل تکرار در هر کانال رنگی بستگی به این دارد که چند سطح ولتاژ مختلف را می توان به سلول LCD اعمال کرد. برای تولید یک سطح ولتاژ دلخواه، باید از مدارهای DAC با ظرفیت بیت زیاد استفاده کنید که بسیار گران است. بنابراین، مانیتورهای LCD مدرن اغلب از DAC های 18 بیتی و کمتر از 24 بیت استفاده می کنند. هنگام استفاده از DAC 18 بیتی، 6 بیت در هر کانال رنگ وجود دارد. این به شما امکان می دهد 64 (26=64) سطح ولتاژ مختلف تولید کنید و بر این اساس، 64 سایه رنگ را در یک کانال رنگی بدست آورید. در مجموع، با ترکیب سایه های رنگی کانال های مختلف، می توان 262144 سایه رنگ ایجاد کرد. هنگام استفاده از یک ماتریس 24 بیتی (مدار DAC 24 بیتی)، هر کانال دارای 8 بیت است که امکان تولید 256 (28=256) سایه رنگ در هر کانال را فراهم می کند و در مجموع چنین ماتریسی 16777216 سایه رنگ را بازتولید می کند. در همان زمان، برای بسیاری از ماتریس های 18 بیتی، برگه داده نشان می دهد که آنها 16.2 میلیون سایه رنگ را تولید می کنند. موضوع اینجا چیست و آیا این امکان پذیر است؟ به نظر می رسد که در ماتریس های 18 بیتی، از طریق انواع ترفندها، می توانید تعداد سایه های رنگی را به آنچه توسط ماتریس های 24 بیتی واقعی بازتولید می شود، نزدیک کنید. برای برون یابی تن رنگ ها در ماتریس های 18 بیتی، از دو فناوری (و ترکیبی از آنها) استفاده می شود: dithering و FRC (Frame Rate Control). ماهیت فناوری dithering این است که سایه های رنگی از دست رفته با مخلوط کردن نزدیک ترین سایه های رنگی پیکسل های همسایه به دست می آیند. بیایید به یک مثال ساده نگاه کنیم. بیایید فرض کنیم که یک پیکسل فقط می تواند در دو حالت باشد: باز و بسته، که حالت بسته پیکسل سیاه می شود و حالت باز قرمز تولید می کند. اگر به جای یک پیکسل، گروهی از دو پیکسل را در نظر بگیریم، می‌توانیم علاوه بر سیاه و قرمز، یک رنگ میانی نیز به دست آوریم و بدین ترتیب از حالت دو رنگ به حالت سه رنگ برون یابی کنیم. در نتیجه، اگر در ابتدا چنین مانیتوری بتواند شش رنگ (دو تا برای هر کانال) تولید کند، پس از چنین پراکندگی، 27 رنگ را تولید خواهد کرد. طرح دیترینگ یک اشکال قابل توجه دارد: افزایش سایه های رنگی با کاهش وضوح به دست می آید. در واقع، این باعث افزایش اندازه پیکسل می شود که می تواند تأثیر منفی در هنگام ترسیم جزئیات تصویر داشته باشد. ماهیت فناوری FRC دستکاری روشنایی زیرپیکسل‌های جداگانه با روشن/خاموش کردن آنهاست. همانطور که در مثال قبل، یک پیکسل سیاه (خاموش) یا قرمز (روشن) در نظر گرفته می شود. به هر زیرپیکسل دستور داده می شود که با نرخ فریم روشن شود، یعنی با نرخ فریم 60 هرتز، به هر زیرپیکسل دستور داده شده تا 60 بار در ثانیه روشن شود. این اجازه می دهد تا رنگ قرمز تولید شود. اگر پیکسل را مجبور کنید نه 60 بار در ثانیه، بلکه فقط 50 بار روشن شود (در هر سیکل ساعت دوازدهم، به جای روشن کردن پیکسل، آن را خاموش کنید)، در این صورت روشنایی پیکسل 83 درصد حداکثر خواهد بود. که امکان تشکیل یک سایه رنگ متوسط ​​از قرمز را فراهم می کند. هر دو روش برون یابی رنگ مورد بحث دارای اشکالاتی هستند. در حالت اول احتمال سوسو زدن صفحه و افزایش جزئی زمان واکنش وجود دارد و در حالت دوم امکان از بین رفتن جزئیات تصویر وجود دارد. تشخیص یک ماتریس 18 بیتی با برون یابی رنگ از یک ماتریس واقعی 24 بیتی با چشم بسیار دشوار است. در عین حال، هزینه یک ماتریس 24 بیتی به طور قابل توجهی بالاتر است.

اصل عملکرد نمایشگرهای TFT-LCD

اصل کلی تشکیل تصویر روی صفحه به خوبی در شکل 1 نشان داده شده است. 1. اما چگونه می توان روشنایی زیرپیکسل های جداگانه را کنترل کرد؟ معمولاً برای مبتدیان اینگونه توضیح داده می شود: پشت هر زیر پیکسل یک شاتر کریستال مایع وجود دارد. بسته به ولتاژ اعمال شده به آن، نور کم و بیش از نور پس زمینه را منتقل می کند. و همه بلافاصله نوعی دمپر را روی لولاهای کوچک تصور می کنند که به زاویه دلخواه می چرخند ... چیزی شبیه به این:

در واقعیت، البته، همه چیز بسیار پیچیده تر است. روی لولاها هیچ فلپ ماده ای وجود ندارد. در یک ماتریس کریستال مایع واقعی، شار نورانی چیزی شبیه به زیر کنترل می شود:

نور نور پس زمینه (تصویر را از پایین به بالا دنبال می کنیم) ابتدا از فیلتر پلاریزه پایینی (صفحه سایه دار سفید) عبور می کند. اکنون این دیگر یک جریان نور معمولی نیست، بلکه یک جریان قطبی شده است. سپس نور از الکترودهای کنترل نیمه شفاف (صفحات زرد) عبور می کند و در مسیر خود با لایه ای از کریستال های مایع مواجه می شود. با تغییر ولتاژ کنترل، قطبش شار نور را می توان تا 90 درجه تغییر داد (در تصویر سمت چپ)، یا بدون تغییر باقی گذاشت (در سمت راست). توجه، سرگرمی در حال شروع است! بعد از لایه کریستال های مایع، فیلترهای نور قرار دارند و در اینجا هر زیر پیکسل به رنگ دلخواه - قرمز، سبز یا آبی رنگ می شود. اگر به صفحه‌ای که فیلتر پلاریزه بالایی آن برداشته شده است نگاه کنیم، میلیون‌ها زیرپیکسل درخشان را خواهیم دید - و هر کدام با حداکثر روشنایی می‌درخشند، زیرا چشمان ما نمی‌توانند قطبش نور را تشخیص دهند. به عبارت دیگر، بدون پلاریزه بالا، ما به سادگی یک درخشش سفید یکنواخت را در کل سطح صفحه نمایش خواهیم دید. اما به محض اینکه فیلتر پلاریزه بالایی را در جای خود قرار دهید، تمام تغییراتی را که کریستال های مایع در قطبش نور ایجاد کرده اند، آشکار می کند. برخی از زیرپیکسل ها به روشنی درخشان باقی می مانند، مانند تصویر سمت چپ در شکل، که قطبش آن 90 درجه تغییر کرده است، و برخی دیگر خاموش می شوند، زیرا قطبش فوقانی در پادفاز پایینی قرار دارد و نور را با قطبش پیش فرض منتقل نمی کند. همچنین زیرپیکسل هایی با روشنایی متوسط ​​وجود دارد - قطبش جریان نوری که از آنها می گذرد نه 90، بلکه با تعداد کمتری درجه، به عنوان مثال، 30 یا 55 درجه چرخیده است.

مزایا و معایب

نمادها: (+) مزیت، (~) قابل قبول، (-) نقطه ضعف
	مانیتورهای LCD	مانیتورهای CRT
روشنایی	(+) از 170 تا 250 cd/m2	(~) از 80 تا 120 cd/m2
تضاد	(~) 200:1 تا 400:1	(+) از 350:1 تا 700:1
زاویه دید (بر اساس کنتراست)	(~) 110 تا 170 درجه	(+) بیش از 150 درجه
زاویه دید (بر اساس رنگ)	(-) از 50 تا 125 درجه	(~) بیش از 120 درجه
اجازه	(-) وضوح تک با اندازه پیکسل ثابت. بهینه فقط در این وضوح قابل استفاده است. بسته به توابع گسترش یا فشرده سازی پشتیبانی شده، می توان از وضوح بالاتر یا پایین تر استفاده کرد، اما بهینه نیستند.	(+) قطعنامه های مختلف پشتیبانی می شوند. با تمام وضوح های پشتیبانی شده، می توان از مانیتور به طور بهینه استفاده کرد. محدودیت فقط با قابل قبول بودن فرکانس بازسازی تحمیل می شود.
فرکانس عمودی	(+) فرکانس بهینه 60 هرتز، که برای جلوگیری از سوسو زدن کافی است	(~) فقط در فرکانس های بالاتر از 75 هرتز هیچ سوسو زدن واضحی وجود ندارد
خطاهای ثبت رنگ	(+) نه	(~) 0.0079 تا 0.0118 اینچ (0.20 - 0.30 میلی متر)
تمرکز کردن	(+) خیلی خوبه	(~) از رضایت بخش به خیلی خوب>
اعوجاج هندسی/خطی	(+) نه	(~) ممکن است
پیکسل های شکسته	(-) تا 8	(+) نه
سیگنال ورودی	(+) آنالوگ یا دیجیتال	(~) فقط آنالوگ
مقیاس بندی در رزولوشن های مختلف	(-) وجود ندارد یا از روش های درون یابی که نیاز به سربار زیاد ندارند استفاده می شود	(+) خیلی خوبه
دقت رنگ	(~) True Color پشتیبانی می شود و دمای رنگ مورد نیاز شبیه سازی می شود	(+) True Color پشتیبانی می شود و دستگاه های کالیبراسیون رنگ زیادی در بازار وجود دارد که یک مزیت قطعی است
تصحیح گاما (تنظیم رنگ با ویژگی های بینایی انسان)	(~) رضایت بخش	(+) واقع بینانه
یکنواختی	(~) اغلب تصویر در لبه ها روشن تر است	(~) اغلب تصویر در مرکز روشن تر است
خلوص رنگ / کیفیت رنگ	(~) خوب	(+) بالا
سوسو زدن	(+) نه	(~) بالای 85 هرتز قابل توجه نیست
زمان اینرسی	(-) از 20 تا 30 میلی ثانیه.	(+) ناچیز
شکل گیری تصویر	(+) تصویر توسط پیکسل ها تشکیل می شود که تعداد آنها فقط به وضوح خاص پانل LCD بستگی دارد. گام پیکسل فقط به اندازه خود پیکسل ها بستگی دارد، اما به فاصله بین آنها بستگی ندارد. هر پیکسل به صورت جداگانه برای فوکوس، وضوح و وضوح عالی شکل گرفته است. تصویر کامل تر و صاف تر است	(~) پیکسل ها توسط گروهی از نقاط (سه گانه) یا راه راه تشکیل می شوند. گام یک نقطه یا خط به فاصله بین نقاط یا خطوط همرنگ بستگی دارد. در نتیجه، وضوح و وضوح تصویر به شدت به اندازه نقطه یا گام خط و به کیفیت CRT بستگی دارد.
مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای	(+) عملا هیچ تشعشعات الکترومغناطیسی خطرناکی وجود ندارد. مصرف برق تقریباً 70 درصد کمتر از مانیتورهای استاندارد CRT (25 تا 40 وات) است.	(-) تشعشعات الکترومغناطیسی همیشه وجود دارد، اما سطح بستگی به این دارد که آیا CRT استانداردهای ایمنی را رعایت می کند یا خیر. مصرف انرژی در شرایط عملیاتی 60 - 150 وات است.
ابعاد/وزن	(+) طراحی مسطح، وزن سبک	(-) طراحی سنگین، فضای زیادی را اشغال می کند
رابط مانیتور	(+) رابط دیجیتال، با این حال، اکثر نمایشگرهای LCD دارای یک رابط آنالوگ داخلی برای اتصال به رایج ترین خروجی های آنالوگ آداپتورهای ویدئویی هستند.	(-) رابط آنالوگ

ادبیات

• A.V.Petrochenkov "سخت افزار-کامپیوتر و تجهیزات جانبی" -106 صفحه ill.
• V.E. Figurnov "IBM PC برای کاربر" -67 صفحه.
• "HARD "n" SOFT" (مجله کامپیوتر برای طیف وسیعی از کاربران) شماره 6 2003.
• N.I. Gurin "کار بر روی کامپیوتر شخصی" - 128 صفحه.

بیایید به طراحی یک ماژول LCD برای یک مانیتور 19 اینچی با استفاده از مثال یک ماژول LCD با ماتریس TN+Film از سازنده معروف تایوانی HannStar نگاه کنیم. این ماژول ها در مانیتورهای تحت برندهای ایسر، ال جی، اچ پی و ... استفاده می شدند.

در زیر پوشش فلزی محافظ، کنترل‌های ماتریسی روی یک تخته قرار دارند.

از طریق کانکتور تعیین شده CN1، سیگنال های سیگنالینگ دیفرانسیل ولتاژ پایین LVDS و ولتاژ تغذیه +5 ولت به برد کنترل ماتریس عرضه می شود.

کنترل کننده مسئول پردازش سیگنال های LVDS از مقیاس کننده روی برد کنترل ماتریس است

کنترل کننده سیگنال هایی تولید می کند که از طریق رمزگشاهایی که در کابل ها ذوب شده اند، ترانزیستورهای اثر میدانی TFT (ترانزیستور لایه نازک) زیرپیکسل های ماتریس را کنترل می کنند.

در تصویر زیر می توانید ببینید که چگونه زیرپیکسل های ماتریس به ترتیب R-G-B (قرمز-سبز-آبی) مرتب شده اند.

بلورهای مایع هر زیر پیکسل توسط یک ترانزیستور اثر میدان جداگانه کنترل می شود، یعنی در ماتریسی با وضوح 1280x1024 1280x1024 = 13010720 پیکسل وجود دارد و هر پیکسل به نوبه خود از سه زیرپیکسل تشکیل شده است، بنابراین تعداد ترانزیستورها در یک ماتریس با وضوح 1280x1024 3932160 است.

بدون پرداختن به جزئیات پلاریزاسیون شار نور، به روشی ساده، می توانید به طور کلی تصور کنید که ماتریس LCD چگونه کار می کند: اگر به ترانزیستور ساب پیکسل ولتاژ اعمال کنید، آنگاه ساب پیکسل نور را منتقل نمی کند. ولتاژ اعمال نمی شود، زیر پیکسل نور را منتقل می کند. اگر هر سه زیرپیکسل RGB نور را عبور دهند، یک نقطه (پیکسل) سفید را روی صفحه می بینیم، اگر هر سه زیرپیکسل نور را منتقل نکنند، یک نقطه سیاه روی صفحه خواهیم دید. بسته به شدت شار نور (یعنی زاویه چرخش کریستال های مایع در زیرپیکسل) که از سه فیلتر RGB یک پیکسل عبور می کند، می توانیم نقطه ای با هر رنگی بدست آوریم.

یک مبدل ساخته شده بر روی مدار مجتمع U200 وظیفه تولید ولتاژهای تغذیه لازم برای ماتریس TFT را بر عهده دارد.

اگر قاب فلزی را بردارید و ماتریس LCD را از بازتابنده/راهنمای نور جدا کنید، متوجه خواهید شد که ماتریس تقریبا شفاف است.

بیایید به طراحی راهنمای / پخش کننده نور نگاه کنیم. یک قاب پلاستیکی سه فیلم (دو فیلم پراکنده و یک پلاریزه بین آنها) را روی سطح راهنمای نور که یک صفحه پلکسی مستطیلی به ضخامت 10 میلی متر است ثابت می کند.

در زیر راهنمای نور یک بستر پلاستیکی سفید به ضخامت 0.5 میلی متر وجود دارد

در سمت راهنمای نور رو به بستر پلاستیکی سفید، یک الگوی خاص برای ایجاد روشنایی یکنواخت در تمام نقاط نمایشگر اعمال می شود.

قطعه نهایی دیفیوزر/راهنمای نور "پای" یک پایه فلزی است که این پایه حاوی عناصر بست است که با آن کل ماژول LCD در بدنه مانیتور ثابت می شود

لامپ های تخلیه گاز فشار قوی CCFL (لامپ های فلورسنت کاتد سرد) به صورت دوتایی، به صورت افقی در بالا و زیر راهنمای نور قرار دارند.

بازتابنده چندین میلی متر طولانی تر از سمت بزرگتر صفحه راهنمای نور است و همچنین به عنوان یک ظرف عمل می کند که به لطف آن لامپ ها در بالا و پایین راهنمای نور ثابت می شوند.

به لطف الگوی خاص راهنمای نور، نور لامپ ها به طور یکنواخت در کل منطقه صفحه نمایش توزیع می شود. طرح‌های دیفیوزر دیگری بدون صفحه راهنمای سبک سنگین و لامپ‌هایی وجود دارد که به صورت افقی از بالا به پایین با یک گام در پشت ماتریس LCD قرار دارند. طرح‌های هدایت‌کننده/دیفیوزر نور (نور پس‌زمینه) با استفاده از لامپ‌های بیشتری وجود دارد، برای مثال 6، 8، 12

مهم!

این مطالب فقط برای مقاصد اطلاعاتی در نظر گرفته شده است. اگر تجربه کافی در بازیابی دستگاه های LCD ندارید، در نتیجه اقدامات نادرست مانیتور خود را از هم جدا نکنید، ممکن است به ماژول LCD آسیب برسانید