Si tratta sempre prima di tutto della scelta del tipo di matrice del monitor. E quando hai già deciso quale tipo di matrice ti serve, puoi passare ad altre caratteristiche del monitor. In questo articolo esamineremo i principali tipi di matrici di monitor attualmente utilizzate dai produttori.

Ora sul mercato puoi trovare monitor con i seguenti tipi di matrici:

• TN+film (Twisted Nematic + film)
• IPS (SFT – TFT super fine)
• *VA (allineamento verticale)
• PLS (commutazione piano-linea)

Consideriamo in ordine tutti i tipi di matrici di monitoraggio.

TN+pellicola– la tecnologia di creazione di matrici più semplice ed economica da produrre. Grazie al suo prezzo basso è il più popolare. Solo pochi anni fa quasi il 100% dei monitor utilizzava questa tecnologia. E solo i professionisti avanzati che necessitavano di monitor di alta qualità hanno acquistato dispositivi basati su altre tecnologie. Ora la situazione è leggermente cambiata, i monitor sono diventati più economici e le matrici TN+film stanno perdendo popolarità.

Vantaggi e svantaggi delle matrici TN+film:

• Prezzo basso
• Buona velocità di risposta
• Angoli di visione scarsi
• Basso contrasto
• Scarsa resa cromatica

IPS

IPS– la tipologia di matrici più avanzata. Questa tecnologia è stata sviluppata da Hitachi e NEC. Gli sviluppatori della matrice IPS sono riusciti a eliminare i difetti della pellicola TN+, ma di conseguenza il prezzo delle matrici di questo tipo è aumentato in modo significativo rispetto alla pellicola TN+. Tuttavia, ogni anno i prezzi diminuiscono e diventano più accessibili per il consumatore medio.

Vantaggi e svantaggi delle matrici IPS:

• Buona resa cromatica
• Buon contrasto
• Ampi angoli di visione
• Prezzo elevato
• Tempo di risposta lungo

*VA

*VA Si tratta di un tipo di matrice per monitor che può essere considerata un compromesso tra TN+film e IPS. La più popolare tra queste matrici è MVA (Multi-domain Vertical Alignment). Questa tecnologia è stata sviluppata da Fujitsu.

Analoghi di questa tecnologia sviluppata da altri produttori:

• PVA (allineamento verticale con motivi) di Samsung.
• Super PVA di Sony-Samsung (S-LCD).
• Super MVA da CMO.

Vantaggi e svantaggi delle matrici MVA:

• Grandi angoli di visione
• Buona resa cromatica (migliore della pellicola TN+, ma peggiore dell'IPS)
• Buona velocità di risposta
• Colore nero profondo
• Non è un prezzo elevato
• Perdita di dettagli nelle ombre (rispetto all'IPS)

PER FAVORE

PER FAVORE– un tipo di matrice sviluppata da Samsung come alternativa alle costose matrici IPS.

Sono disponibili in una varietà di risoluzioni e dimensioni, con finiture opache o lucide e presentano funzionalità come una frequenza di aggiornamento di 120 Hz e supporto 3D. La gamma di monitor e le variazioni nelle specifiche possono essere piuttosto complesse e, inoltre, non sempre ci si può fidare dei numeri. Uno degli aspetti fondamentalmente più importanti dei display LCD, che determina come funzionano e quali compiti svolgeranno al meglio, è il tipo di pannello. Sebbene esistano molte varietà, tutti gli schermi moderni generalmente rientrano in una delle tre categorie, ciascuna con caratteristiche diverse.

Principio di funzionamento dello schermo a cristalli liquidi

Lo schermo è costituito da due strati di materiale polarizzato con uno strato LCD tra di loro. In un display LCD, quando viene applicata l'alimentazione a questo strato, la corrente elettrica fa sì che i cristalli si allineino in modo che la luce possa (o non possa) attraversarli. Dopo aver attraversato il pannello polarizzato frontale, la luce incontra nel suo percorso un filtro che lascia passare solo la sua componente rossa, verde o blu. Un insieme di questi tre colori forma un pixel sullo schermo. Grazie all'illuminazione selettiva è possibile creare un'ampia gamma di sfumature.

Il design degli schermi a cristalli liquidi e al plasma è radicalmente diverso. In quest'ultimo caso, al posto della retroilluminazione e di una serie di filtri, viene creata l'immagine (tramite plasma), che si illumina quando la corrente elettrica la attraversa.

Viene visualizzato TN

Da diversi anni i monitor con pannello TN sono i più diffusi sul mercato. I produttori cercano sempre di pubblicizzare l'uso di un tipo di display LCD “alternativo” nelle loro specifiche. Se non è elencato, molto probabilmente è TN. Le caratteristiche generali di questa tecnologia includono costi di produzione relativamente bassi e livelli di reattività relativamente elevati. I pixel cambiano stato rapidamente, consentendo immagini in movimento più fluide. Alcuni display Twisted Nematic hanno una frequenza di aggiornamento doppia (120 Hz anziché 60 Hz), consentendo loro di utilizzare la tecnologia otturatore attivo 3D e visualizzare il doppio delle informazioni per un'esperienza di gioco più fluida. Negli ultimi modelli, la frequenza di aggiornamento dell'immagine è aumentata a 144 Hz, ma è progettata esclusivamente per il 2D, non per il 3D.

Problemi con i pannelli TN

Sebbene la situazione sia migliorata nel corso degli anni, la qualità delle immagini è spesso considerata un punto debole relativo della tecnologia TN. Un buon monitor di questo tipo è in grado di fornire un'immagine chiara e luminosa con un contrasto di tutto rispetto, tipicamente 1000:1, con la modalità "contrasto dinamico" disattivata.

Lo svantaggio principale di questo tipo di tecnologia dei display a cristalli liquidi sono gli angoli di visione relativamente limitati. I valori più comuni sono 170° orizzontali e 160° verticali, che sono solo leggermente inferiori rispetto ad altre tecnologie di pannelli. In effetti, si nota un notevole cambiamento di colore e persino una "inversione" quando si guarda lo schermo di lato, dall'alto o dal basso.

Poiché questi pannelli tendono ad essere relativamente grandi (fino a 28"), gli angoli di visualizzazione relativamente limitati influiscono effettivamente sulle prestazioni anche quando si è seduti direttamente davanti al display. In questo caso, gli angoli di visione dal centro dello schermo alle aree periferiche aumenteranno. Potresti notare che la stessa tonalità viene presentata in modo leggermente diverso a seconda della sua posizione sul pannello: è notevolmente più scura nella parte superiore e più chiara nella parte inferiore. Di conseguenza, la precisione e la saturazione del colore ne risentono, rendendo questo tipo di display una scelta sbagliata per lavori che richiedono un'elevata precisione del colore, come progettazione e fotografia. Un esempio è il monitor ASUS PG278Q, che è abbastanza tipico di quello che vedresti sullo schermo da una normale posizione sulla scrivania.

Pannelli VA

Quando un LCD tenta di visualizzare il nero, i filtri colorati vengono attenuati in modo che dalla retroilluminazione entri la minor quantità di luce possibile. La maggior parte dei monitor LCD funziona abbastanza bene, ma il filtro non è perfetto, quindi la profondità del nero potrebbe non essere così profonda quanto necessario. Un punto di forza dei pannelli VA è la loro efficacia nel bloccare la retroilluminazione quando non è necessaria. Questo produce neri più profondi e rapporti di contrasto più elevati, da 2000:1 a 5000:1 con la modalità "contrasto dinamico" disattivata. Questo è molte volte superiore rispetto ad altre tecnologie a cristalli liquidi. I pannelli VA sono anche meno soggetti a perdite di luce o opacità attorno ai bordi, il che li rende ideali per gli appassionati di cinema e piacevoli da usare per lavori generici.

Qualità dell'immagine

Un altro vantaggio chiave dei display LCD di tipo VA è il miglioramento degli angoli di visione e della resa cromatica rispetto ai display TN. Lo spostamento del colore sullo schermo è meno pronunciato, mentre le sfumature possono essere ottenute con maggiore precisione. A questo proposito, sono i migliori candidati per lavori critici per il colore, ma non sono così forti in quest’area come le tecnologie IPS o PLS. Quando si confronta una tonalità al centro dello schermo con la stessa tonalità sul bordo o sul fondo a un angolo di visione normale, di solito si nota un calo di saturazione. Inoltre, si nota un notevole spostamento della gamma, che è più evidente nei toni di grigio, ma può verificarsi anche in altri colori. In questo caso la tonalità appare più chiara o più scura anche con un leggero movimento della testa.

Svantaggi dei display VA

Tradizionalmente, lo spostamento della gamma non è stato uno dei principali svantaggi dei pannelli VA, poiché tendono ad essere abbastanza convenienti e sono offerti in una buona gamma da aziende come Philips, BenQ, Iiyama e Samsung. Il vero svantaggio di questo tipo di display a cristalli liquidi è la velocità di risposta relativamente bassa. I pixel passano da uno stato all'altro in modo relativamente lento, risultando in una sfocatura più pronunciata durante il movimento veloce. In alcuni casi gravi, le cose possono apparire così sfocate da lasciare una scia simile a fumo (come nel BenQ EW2430).

Varietà di tecnologia VA

I moderni tipi di pannelli VA utilizzati sui monitor dei PC includono MVA (allineamento verticale multidominio), AMVA (MVA avanzato) o AMVA+ (AMVA con angoli di visione leggermente più ampi). I modelli con pannello AMVA(+) utilizzano in genere un efficiente pixel overdrive, quindi non soffrono di estese scie di fumo. Sono alla pari con i moderni modelli IPS in termini di velocità di alcune transizioni di pixel. Altre transizioni, tipicamente dai colori chiari a quelli scuri, sono ancora relativamente lente. Un esempio è il Samsung S34E790C, che generalmente ha prestazioni migliori rispetto alla sua controparte IPS, il Dell U3415W, in termini di reattività.

Il produttore di LCD AU Optronics (AUO) ha creato un pannello UltraWide VA da 35 pollici con una frequenza di aggiornamento di 144 Hz. Viene utilizzato in dispositivi come il BenQ XR3501 e. Nonostante una frequenza di aggiornamento dell'immagine così elevata, alcune transizioni dei pixel sono ancora notevolmente lente. Sia AUO che Samsung producono altri pannelli VA con frequenze di aggiornamento LCD superiori a 100Hz. Sharp dispone di diversi MVA dedicati utilizzati su diversi modelli (incluso FG2421) che supportano 120 Hz. Tuttavia, il raddoppio della frequenza di aggiornamento sarà accompagnato da un miglioramento della qualità dell'immagine se i pixel forniscono questa capacità. Per aiutare a superare queste limitazioni, i monitor che utilizzano il sensore Sharp utilizzano la retroilluminazione stroboscopica combinata con il doppio del frame rate, chiamata Turbo240, che nasconde in gran parte il comportamento dei pixel durante le transizioni e riduce l'accattivante motion blur.

Pannelli IPS, PLS e AHVA

Per quanto riguarda il risultato finale, queste tecnologie sono essenzialmente molto simili. La loro differenza fondamentale è che IPS è stato sviluppato principalmente da LG Display, PLS da Samsung e AHVA da AUO. A volte vengono semplicemente chiamati pannelli di tipo IPS. Il vero vantaggio di marketing è la precisione del colore, la stabilità e gli ampi angoli di visione superiori rispetto ad altre tecnologie LCD. Ogni sfumatura viene visualizzata accuratamente indipendentemente dalla sua posizione sullo schermo.

I display IPS differiscono da TN e VA in quanto le loro molecole di cristallo si muovono parallelamente e non perpendicolarmente al pannello. Ciò riduce la quantità di luce che filtra attraverso il sensore, garantendo prestazioni migliori del monitor.

Funzionalità avanzate della tecnologia IPS

Alcuni dei modelli IPS e PLS più costosi vanno addirittura oltre offrendo il supporto per gamme di colori più ampie, aumentando così la gamma potenziale di riproduzione del colore e la profondità del colore per una migliore fedeltà dell'immagine. Ciò rende i pannelli IPS e PLS buoni candidati per attività grafiche critiche. Inoltre, i monitor IPS di grandi dimensioni offrono risoluzioni più elevate rispetto alla maggior parte delle controparti TN e VA, nonostante l’ampia gamma di risoluzioni oggi disponibili per tutti i tipi di pannello. La scelta del numero di pixel, il prezzo in continua diminuzione e l'eccellente riproduzione dei colori espandono davvero l'attrattiva di questo tipo di display ben oltre le applicazioni grafiche, compresi i giochi e il semplice lavoro desktop.

Reattività

Produttori come Dell, LG, AOC e ASUS offrono una buona gamma di monitor IPS convenienti. Ciò significa che fotografi, designer o utenti quotidiani con un budget limitato possono trarre vantaggio da questa tecnologia. Molti moderni monitor IPS e PLS sono anche molto più reattivi delle loro controparti VA e persino degli schermi TN rivali, anche se questo di solito è il più grande svantaggio dei pannelli IPS. Grazie a questi impressionanti miglioramenti, alcuni modelli moderni sono richiesti dai giocatori che possono godere di colori più colorati senza essere rovinati dall'effetto di antiestetiche tracce.

Frequenza di aggiornamento del pannello IPS

In alcuni modelli moderni di questo tipo, i tempi di risposta dei pixel hanno effettivamente raggiunto un livello in cui il movimento non è più sfocato rispetto a qualsiasi monitor con una frequenza di aggiornamento di 60 Hz. La reattività del display a 120Hz non è del tutto ottimale, anche se le prestazioni ottimali non hanno nulla a che fare con la frequenza di aggiornamento dell'immagine. Tuttavia, i produttori hanno fatto progressi sufficienti in quest'area che hanno permesso ad AUO e LG di rilasciare pannelli IPS con frequenze di aggiornamento superiori a 144 Hz.

Contrasto dei display IPS

Un altro tradizionale punto debole di questo tipo di pannelli è il contrasto. Anche qui si notano progressi significativi e i display di tipo IPS in questo indicatore sono alla pari con i loro concorrenti realizzati con la tecnologia TN. Il loro rapporto di contrasto raggiunge 1000:1 (senza contrasto dinamico). Tuttavia, alcuni utenti notano un fastidioso problema con questo tipo di display LCD: il bagliore o "bagliore" dei contenuti scuri causato dal comportamento della luce in questi pannelli. Questo di solito diventa più evidente se visto da un'angolazione elevata (come il Samsung S27A850D). Inoltre, nei modelli con una diagonale superiore a 21,5", la luminosità è solitamente presente negli angoli se ci si siede direttamente davanti allo schermo a breve distanza.

In sintesi, i monitor IPS sono i migliori display LCD a colori, offrendo tonalità vivaci, ma vale sempre la pena guardare oltre i numeri.

Conclusione

I moderni monitor LCD utilizzano 3 categorie principali di pannelli: TN, VA e IPS. Attualmente, la tecnologia TN è la più popolare e offre una qualità dell'immagine decente e un'elevata reattività a un prezzo accessibile. VA sacrifica la reattività ed è generalmente il tipo di pannello più lento, ma fornisce un contrasto eccellente e una riproduzione dei colori migliorata rispetto alle tecnologie TN. IPS, PLS e AHVA sono all'avanguardia nella qualità dell'immagine, offrendo i colori più coerenti e accurati e offrendo allo stesso tempo angoli di visione eccellenti, reattività rispettabile e contrasto ragionevole. Un utente può valutare i vantaggi e gli svantaggi dei monitor confrontandoli e comprendere le caratteristiche generali dei display LCD è un ottimo punto di partenza.

Introduzione

L'argomento "Display a cristalli liquidi e pannelli al plasma" è di grande importanza perché nel mondo moderno molti dispositivi utilizzano output grafico o testuale per visualizzare le informazioni sullo schermo. Negli ultimi anni quest'area si è sviluppata rapidamente; stanno emergendo nuove tecnologie e quelle vecchie vengono migliorate;

Lo scopo del corso è lavorare.

Studiare il principio di funzionamento degli schermi a cristalli liquidi.

Studia il principio di funzionamento dei pannelli al plasma.

Confronta i principi di funzionamento dei display LCD e dei pannelli al plasma.

Nota i pro e i contro dei display LCD e dei pannelli al plasma.

Parte teorica

Display a cristalli liquidi

diodo transistor elettronico a cristalli liquidi

Gli schermi LCD (Liquid Crystal Display) sono costituiti da una sostanza (cianofenile) che si trova allo stato liquido, ma allo stesso tempo possiede alcune proprietà inerenti ai corpi cristallini. Si tratta infatti di liquidi che hanno proprietà anisotropie (in particolare ottiche) legate all'ordine nell'orientamento delle molecole.

Gli schermi a cristalli liquidi vengono utilizzati per visualizzare informazioni grafiche o di testo su monitor di computer, televisori, telefoni, fotocamere digitali, e-reader, navigatori, tablet, traduttori elettronici, calcolatrici, orologi, ecc., nonché in molti altri dispositivi elettronici.

Stranamente, i cristalli liquidi sono quasi dieci anni più vecchi dei CRT; la prima descrizione di queste sostanze risale al 1888; Tuttavia, per molto tempo nessuno sapeva come applicarli nella pratica: esistono tali sostanze e basta, e nessuno, tranne fisici e chimici, era interessato a loro. Quindi, i materiali a cristalli liquidi furono scoperti nel 1888 dallo scienziato austriaco F. Renitzer, ma solo nel 1930 i ricercatori della società britannica Marconi ricevettero un brevetto per il loro uso industriale. Tuttavia le cose non andarono oltre, poiché la base tecnologica a quel tempo era ancora troppo debole. La prima vera svolta è stata fatta dagli scienziati Fergason e Williams della RCA (Radio Corporation of America). Uno di loro ha creato un sensore termico basato su cristalli liquidi, sfruttando il loro effetto riflettente selettivo, l'altro ha studiato l'effetto di un campo elettrico sui cristalli nematici. E così, alla fine del 1966, la RCA presentò un prototipo di orologio digitale LCD. Sharp Corporation ha svolto un ruolo significativo nello sviluppo della tecnologia LCD. È ancora tra i leader tecnologici. La prima calcolatrice al mondo CS10A è stata prodotta nel 1964 da questa società. Nell'ottobre del 1975 furono prodotti i primi orologi digitali compatti utilizzando la tecnologia TN LCD. Nella seconda metà degli anni '70 iniziò il passaggio dai display a cristalli liquidi a otto segmenti alla produzione di matrici con indirizzamento di ogni punto. Così, nel 1976, Sharp pubblicò una TV in bianco e nero con una diagonale dello schermo di 5,5 pollici, basata su una matrice LCD con una risoluzione di 160x120 pixel.

I cristalli liquidi sono sostanze le cui molecole hanno un'elevata mobilità e tendono ad orientarsi in modo ordinato in un campo elettrico. La resistività dei cristalli liquidi è elevata e arriva da a Ohm. A temperatura ambiente, in assenza di campo elettrico, l'orientamento delle molecole dei cristalli liquidi è caotico, motivo per cui la sostanza non è trasparente. Quando appare un campo elettrico, le molecole vengono ordinate e, di conseguenza, la sostanza diventa otticamente trasparente. Un disegno semplificato di un display a cristalli liquidi è visibile nella Figura 1

I numeri in figura indicano:

1 - vetro o materiale simile trasparente;

2 - pellicole di elettrodi trasparenti che formano una matrice;

3 - cristalli liquidi;

4 - superficie metallica.

L'elettrodo trasparente è realizzato sotto forma di numeri o simboli, secondo l'immagine desiderata. Un generatore è collegato tra le pellicole conduttrici degli elettrodi trasparenti attualmente necessari e la base metallica, generando una tensione alternata con un'ampiezza da 2 a 15 V e una frequenza da decine a migliaia di Hertz.

I vantaggi degli indicatori a cristalli liquidi risiedono nel consumo energetico estremamente basso e nella bassa tensione di alimentazione.

Gli svantaggi sono il breve tempo tra i guasti e la presenza obbligatoria di una fonte di illuminazione esterna.

I cristalli liquidi possono essere classificati in tre tipi: smectici, nematici o colesterici.

In un cristallo liquido smettico (Figura 2), le molecole sono disposte in strati che possono facilmente scorrere l'uno sull'altro, determinando la fluidità del cristallo liquido. Gli strati sono disposti periodicamente l'uno rispetto all'altro. All'interno degli strati, nelle direzioni laterali, non esiste una periodicità rigorosa nella disposizione delle molecole.

I cristalli liquidi nematici (Figura 3) non hanno la stessa struttura stratificata di quelli smettici. Le molecole vengono spostate casualmente nella direzione dei loro assi lunghi. Nella disposizione delle molecole si osserva solo l'ordine orientazionale: tutte le molecole sono orientate lungo una direzione predominante. Se guardi la preparazione al microscopio, puoi vedere dei fili scuri e sottili. Questi sono luoghi in cui le molecole cambiano improvvisamente il loro orientamento. Questi thread sono chiamati avversioni. A determinate temperature, gli smectici possono trasformarsi in nematici.

I cristalli liquidi colesterici formano principalmente composti di colesterolo e altri steroidi. La struttura dei cristalli liquidi è la stessa di quella dei cristalli nematici, ma è inoltre ritorta in una direzione perpendicolare agli assi lunghi delle molecole.

Una caratteristica interessante dei cristalli liquidi colesterici (Figura 4) è che un raggio di luce incidente su uno strato sottile del cristallo può subire una riflessione selettiva, cioè in questo caso la legge della riflessione della luce bianca non è soddisfatta. I raggi di diverse lunghezze d'onda verranno riflessi ad angoli diversi. Di conseguenza, il film colesterico apparirà dai colori vivaci alla luce riflessa.

I dispositivi semplici dotati di display (orologi elettronici, telefoni, lettori, termometri, ecc.) possono avere un display monocromatico o da 2 a 5 colori. Un'immagine multicolore viene formata utilizzando le triadi RGB.

RGB (abbreviazione delle parole inglesi Red, Green, Blue - rosso, verde, blu) è un modello di colore additivo, che di solito descrive un metodo di sintesi del colore per la riproduzione del colore (Figura 5)

Strutturalmente il display è composto dai seguenti elementi (Figura 6):

Matrici LCD (inizialmente un pacchetto piatto di lastre di vetro, tra gli strati dei quali si trovano cristalli liquidi; negli anni 2000 si iniziarono a utilizzare materiali flessibili a base di polimeri);

· sorgenti luminose per illuminazione;

· cablaggio dei contatti (fili);

· alloggiamento, solitamente in plastica, con telaio metallico per fornire rigidità.

Composizione dei pixel della matrice LCD:

· due elettrodi trasparenti;

· uno strato di molecole situato tra gli elettrodi;

· due filtri polarizzatori, i cui piani di polarizzazione sono (solitamente) perpendicolari.

Se viene applicata tensione agli elettrodi, le molecole tendono ad allinearsi nella direzione del campo elettrico, distorcendo la struttura della vite. In questo caso le forze elastiche si oppongono e quando la tensione viene interrotta le molecole ritornano nella loro posizione originale. Con un'intensità di campo sufficiente, quasi tutte le molecole diventano parallele, il che porta ad una struttura opaca. Variando la tensione è possibile controllare il grado di trasparenza.

Se viene applicata una tensione costante per un lungo periodo, la struttura dei cristalli liquidi potrebbe degradarsi a causa della migrazione degli ioni. Per risolvere questo problema, si utilizza la corrente alternata o il cambiamento della polarità del campo ogni volta che si indirizza la cella (poiché il cambiamento di trasparenza avviene quando si accende la corrente, indipendentemente dalla sua polarità).

Nell'intera matrice è possibile controllare singolarmente ciascuna cella, ma all'aumentare del loro numero ciò diventa difficile da ottenere poiché aumenta il numero di elettrodi richiesti. Pertanto, l'indirizzamento di righe e colonne viene utilizzato quasi ovunque.

I cristalli liquidi stessi non si illuminano. Affinché l'immagine su uno schermo a cristalli liquidi sia visibile, è necessaria una fonte di luce. La sorgente può essere esterna (ad esempio il sole) o integrata (retroilluminazione). Di solito, le lampade di retroilluminazione integrate si trovano dietro lo strato di cristalli liquidi e brillano attraverso di esso (sebbene l'illuminazione laterale si trovi anche, ad esempio, negli orologi).

Illuminazione esterna

I display monocromatici sugli orologi da polso e sui telefoni cellulari utilizzano per la maggior parte del tempo l'illuminazione esterna (sole, luci della stanza, ecc.). Tipicamente dietro lo strato di pixel a cristalli liquidi c'è uno specchio o uno strato riflettente opaco. Per l'utilizzo al buio questi display sono dotati di illuminazione laterale. Esistono anche display transflettivi, in cui lo strato riflettente (specchio) è traslucido e la retroilluminazione si trova dietro di esso.

Illuminazione a incandescenza

In passato, alcuni orologi da polso LCD monocromatici utilizzavano una lampada a incandescenza subminiaturizzata. Ma a causa dell'elevato consumo energetico, le lampade a incandescenza non sono redditizie. Inoltre, non sono adatti per l'uso, ad esempio, nei televisori, poiché generano molto calore (il surriscaldamento è dannoso per i cristalli liquidi) e spesso si bruciano.

Pannello elettroluminescente

I display LCD monocromatici di alcuni orologi e display di strumenti utilizzano un pannello elettroluminescente per la retroilluminazione. Questo pannello è un sottile strato di fosforo cristallino (ad esempio solfuro di zinco), in cui si verifica l'elettroluminescenza: si illumina sotto l'influenza della corrente. Tipicamente si illumina di verde-blu o giallo-arancio.

Illuminazione con lampade a scarica di gas (“plasma”)

Durante il primo decennio del 21° secolo, la stragrande maggioranza dei display LCD era retroilluminata da una o più lampade a scarica di gas (il più delle volte lampade a catodo freddo - CCFL, sebbene le EEFL siano entrate in uso recentemente). In queste lampade la sorgente luminosa è il plasma prodotto da una scarica elettrica attraverso un gas. Tali display non devono essere confusi con i display al plasma, in cui ciascun pixel si illumina ed è una lampada a scarica in miniatura.

Retroilluminazione con diodi a emissione di luce (LED).

All'inizio degli anni 2010 si sono diffusi i display LCD retroilluminati da uno o un piccolo numero di diodi emettitori di luce (LED). Questi display LCD (spesso chiamati nel settore TV LED o display LED) non devono essere confusi con i veri display LED, in cui ogni pixel stesso si illumina ed è un LED in miniatura.

Le caratteristiche più importanti dei display LCD:

1. il tipo di matrice è determinato dalla tecnologia con cui è prodotto il display LCD;

2. classe della matrice; Lo standard ISO 13406-2 distingue quattro classi di matrici;

ISO 13406-2 -- Standard ISO per l'ergonomia visiva dei display LCD. Il titolo completo è "Requisiti ergonomici per il lavoro con display basati su schermi piatti - Parte 2: Requisiti ergonomici per display a schermo piatto". Noto ai consumatori come Dead Pixel Standard

Pixel difettosi

Lo standard distingue 4 classi di qualità dei display LCD, per ognuna delle quali è consentito un certo numero di pixel morti per milione:

Classe 1: 0 pixel difettosi per milione.

Classe 2: fino a 2 difetti di tipo 1 e 2 o fino a 5 difetti di tipo 3 per milione.

Classe 3: fino a 5 pixel difettosi di tipo 1; fino a 15 - tipo 2; fino a 50 subpixel difettosi per milione.

Classe 4: fino a 150 pixel morti per milione.

Tra i pannelli LCD prodotti in serie, praticamente non esistono prodotti di 4a classe.

Lo standard definisce 4 tipi di pixel difettosi:

Tipo 1: pixel costantemente illuminati.

Tipo 2: pixel permanentemente spenti.

Tipo 3: pixel con altri difetti, inclusi difetti nei subpixel (celle RGB che compongono un pixel), ad es. subpixel rossi, verdi o blu costantemente accesi.

Tipo 4 (Gruppo di pixel difettosi): più pixel difettosi in un quadrato di 5 x 5 pixel.

3. risoluzione - dimensioni orizzontali e verticali, espresse in pixel. A differenza dei monitor CRT, gli LCD hanno una risoluzione fissa, il resto è ottenuto tramite interpolazione (anche i monitor CRT hanno un numero fisso di pixel, costituiti anche da punti rossi, verdi e blu. Tuttavia, a causa della natura della tecnologia, durante l'emissione una risoluzione non standard, non è necessaria alcuna interpolazione);

4. dimensione in punti (dimensione pixel): la distanza tra i centri dei pixel adiacenti. Direttamente correlato alla risoluzione fisica;

5. proporzioni dello schermo (formato proporzionale) - rapporto larghezza/altezza (5:4, 4:3, 3:2 (15h10), 8:5 (16h10), 5:3 (15h9), 16:9, ecc. .);

6. diagonale visibile - la dimensione del pannello stesso, misurata diagonalmente. L'area dei display dipende anche dal formato: un monitor con formato 4:3 ha un'area maggiore rispetto ad uno con formato 16:9 a parità di diagonale;

7. contrasto: il rapporto tra la luminosità dei punti più chiari e quelli più scuri con una determinata luminosità della retroilluminazione. Alcuni monitor utilizzano un livello di retroilluminazione adattivo utilizzando lampade aggiuntive; il valore di contrasto fornito per loro (il cosiddetto dinamico) non si applica a un'immagine statica;

8. luminosità - la quantità di luce emessa dal display (solitamente misurata in candele per metro quadrato);

9. tempo di risposta: il tempo minimo richiesto affinché un pixel cambi la sua luminosità. Composto da due quantità:

· tempo di buffering (input lag). Un valore elevato interferisce con i giochi dinamici; di solito taceva; misurato rispetto a un cinescopio nella fotografia ad alta velocità. Ora (2011) entro 20-50 ms; in alcuni primi modelli raggiungeva i 200 ms;

· orario di commutazione. Indicato nelle specifiche del monitor. Un valore elevato degrada la qualità del video; i metodi di misurazione sono ambigui. Ora in quasi tutti i monitor il tempo di commutazione indicato è di 2-6 ms;

10. angolo di visione - l'angolo al quale il calo di contrasto raggiunge un determinato valore viene calcolato in modo diverso per diversi tipi di matrici e da diversi produttori, e spesso non può essere confrontato. Alcuni produttori indicano in quelli. nei parametri dei loro monitor, gli angoli di visione sono come: CR 5:1 -- 176/176°, CR 10:1 -- 170/160°. L'abbreviazione CR (rapporto di contrasto inglese) indica il livello di contrasto ad angoli di visione specificati rispetto alla perpendicolare allo schermo. Con angoli di visione di 170°/160° il contrasto al centro dello schermo viene ridotto a un valore non inferiore a 10:1, con angoli di visione di 176°/176° a un valore non inferiore a 5:1.

Pertanto, un monitor a tutti gli effetti con display LCD è costituito da un'elettronica di alta precisione che elabora il segnale video in ingresso, una matrice LCD, un modulo di retroilluminazione, un alimentatore e un alloggiamento con controlli. È la combinazione di questi componenti che determina le proprietà del monitor nel suo complesso, sebbene alcune caratteristiche siano più importanti di altre.

Le principali tecnologie nella produzione di display LCD: TN+film, IPS (SFT, PLS) e MVA. Queste tecnologie si differenziano per la geometria delle superfici, del polimero, della piastra di controllo e dell'elettrodo frontale. La purezza e il tipo di polimero con proprietà di cristalli liquidi utilizzato in progetti specifici sono di grande importanza.

Il tempo di risposta dei monitor LCD progettati utilizzando la tecnologia SXRD (Silicon X-tal Reflective Display - matrice a cristalli liquidi riflettenti in silicio) è ridotto a 5 ms.

Aziende Sony, Affilato E Philips tecnologia PALC (cristalli liquidi indirizzati al plasma) sviluppata congiuntamente, che combina i vantaggi dei pannelli LCD (luminosità e saturazione del colore, contrasto) e dei pannelli al plasma (ampi angoli di visione in orizzontale e verticale, elevata frequenza di aggiornamento). Questi display utilizzano celle al plasma a scarica di gas per il controllo della luminosità e una matrice LCD viene utilizzata per il filtraggio del colore. La tecnologia PALC consente di indirizzare individualmente ciascun pixel del display, il che significa la migliore controllabilità e qualità dell'immagine.

TN + film (Twisted Nematic + film) (Figura 7) è la tecnologia più semplice. La parola “pellicola” nel nome della tecnologia significa “strato aggiuntivo” utilizzato per aumentare l'angolo di visione (da 90 a 150° circa). Attualmente, il prefisso “film” viene spesso omesso, chiamando tali matrici semplicemente TN. Non è stato ancora trovato un modo per migliorare il contrasto e gli angoli di visione per i pannelli TN, e il tempo di risposta di questo tipo di matrice è attualmente uno dei migliori, ma il livello di contrasto no.

La matrice di pellicole TN+ funziona in questo modo: quando non viene applicata alcuna tensione ai subpixel, i cristalli liquidi (e la luce polarizzata che trasmettono) ruotano di 90° l'uno rispetto all'altro su un piano orizzontale nello spazio tra le due piastre. E poiché la direzione di polarizzazione del filtro sulla seconda piastra è esattamente 90° con la direzione di polarizzazione del filtro sulla prima piastra, la luce lo attraversa. Se i pixel secondari rosso, verde e blu sono completamente illuminati, sullo schermo apparirà un punto bianco.

I vantaggi della tecnologia includono il tempo di risposta più breve tra le matrici moderne, nonché il basso costo. Svantaggi: resa cromatica peggiore, angoli di visione più piccoli.

La tecnologia IPS (in-plane switching), o SFT (super fine TFT) (Figura 8), è stata sviluppata da Hitachi e NEC nel 1996.

Queste aziende utilizzano nomi diversi per questa tecnologia: NEC utilizza "SFT" e Hitachi utilizza "IPS".

La tecnologia aveva lo scopo di superare le carenze della pellicola TN+. Sebbene l'IPS sia riuscito ad aumentare l'angolo di visione a 178°, così come il contrasto elevato e la riproduzione dei colori, il tempo di risposta è rimasto a un livello basso.

Dal 2008, i pannelli IPS (SFT) sono gli unici monitor LCD che visualizzano sempre l'intera profondità di colore RGB di 24 bit, 8 bit per canale. A partire dal 2012 sono già stati rilasciati molti monitor su matrici IPS (e-IPS prodotti da LG.Displays) con 6 bit per canale. Le matrici TN più vecchie sono a 6 bit per canale, proprio come la parte MVA.

Se alla matrice IPS non viene applicata alcuna tensione, le molecole dei cristalli liquidi non ruotano. Il secondo filtro è sempre rivolto perpendicolarmente al primo e la luce non lo attraversa. Pertanto, la visualizzazione del colore nero è vicina all'ideale. Se il transistor si guasta, il pixel “rotto” per il pannello IPS non sarà bianco, come per la matrice TN, ma nero.

Quando viene applicata una tensione, le molecole di cristalli liquidi ruotano perpendicolarmente alla loro posizione iniziale e trasmettono la luce.

L'IPS è stato ora sostituito dalla tecnologia H-IPS, che eredita tutti i vantaggi della tecnologia IPS riducendo contemporaneamente i tempi di risposta e aumentando il contrasto. Il colore dei migliori pannelli H-IPS non è inferiore ai monitor CRT convenzionali. L'H-IPS e il più economico e-IPS vengono utilizzati attivamente nei pannelli a partire da 20". LG Display, Dell, NEC, Samsung, Chimei rimangono gli unici produttori di pannelli che utilizzano questa tecnologia.

Anche AS-IPS (Advanced Super IPS) è stato sviluppato da Hitachi nel 2002. I miglioramenti hanno riguardato principalmente il livello di contrasto dei pannelli S-IPS convenzionali, avvicinandolo al contrasto dei pannelli S-PVA. AS-IPS è utilizzato anche come nome per i monitor NEC (come NEC LCD20WGX2) che utilizzano la tecnologia S-IPS sviluppata dal consorzio LG Display.

H-IPS A-TW (IPS orizzontale con polarizzatore avanzato True White) - sviluppato da LG Display per NEC Corporation. Si tratta di un pannello H-IPS con un filtro colore TW (True White) per rendere il colore bianco più realistico e aumentare gli angoli di visione senza distorsioni dell'immagine (viene eliminato l'effetto dei pannelli LCD luminosi ad angolo - il cosiddetto "effetto bagliore" ""). Questa tipologia di pannello viene utilizzata per realizzare monitor professionali di alta qualità.

AFFS (Advanced Fringe Field Switching, nome non ufficiale - S-IPS Pro) è un ulteriore miglioramento dell'IPS, sviluppato da BOE Hydis nel 2003. La maggiore intensità del campo elettrico ha permesso di ottenere angoli di visione e luminosità ancora maggiori, oltre a ridurre la distanza interpixel. I display basati su AFFS sono utilizzati principalmente nei tablet PC, su matrici prodotte da Hitachi Displays.

La tecnologia VA (abbreviazione di allineamento verticale) è stata introdotta nel 1996 da Fujitsu. Quando la tensione è interrotta, i cristalli liquidi della matrice VA sono allineati perpendicolarmente al secondo filtro, cioè non trasmettono luce. Quando viene applicata la tensione, i cristalli ruotano di 90° e sullo schermo appare un punto luminoso. Come nelle matrici IPS, i pixel non trasmettono luce quando non c'è tensione, quindi quando si guastano sono visibili come punti neri.

Il successore della tecnologia VA è stata la tecnologia MVA (allineamento verticale multidominio) sviluppata dall'azienda Fujitsu come compromesso tra le tecnologie TN e IPS. Gli angoli di visione orizzontale e verticale per le matrici MVA sono 160° (sui moderni modelli di monitor fino a 176--178°) e, grazie all'uso delle tecnologie di accelerazione (RTC), queste matrici non sono molto indietro rispetto a TN+Film in termini di tempi di risposta . Superano significativamente le caratteristiche di questi ultimi in termini di profondità del colore e accuratezza della riproduzione.

I vantaggi della tecnologia MVA sono il colore nero intenso (se visto perpendicolarmente) e l'assenza sia di una struttura cristallina elicoidale che di un doppio campo magnetico. Svantaggi di MVA rispetto a S-IPS: perdita di dettagli nelle ombre se visto perpendicolarmente, dipendenza del bilanciamento del colore dell'immagine dall'angolo di visione.

Gli analoghi di MVA sono tecnologie:

· PVA (allineamento verticale con motivi) di Samsung;

· Super PVA di Sony-Samsung (S-LCD);

· Super MVA da CMO;

· ASV (super vista avanzata), chiamato anche ASVA (allineamento verticale assialmente simmetrico) di Sharp.

Le matrici MVA/PVA sono considerate un compromesso tra TN e IPS, sia in termini di costi che di proprietà di consumo.

La matrice PLS (plane-to-line switching) è stata sviluppata da Samsung come alternativa all'IPS ed è stata presentata per la prima volta nel dicembre 2010. Si prevede che questa matrice sarà più economica del 15% rispetto all’IPS.

Vantaggi:

· la densità dei pixel è maggiore rispetto all'IPS (e simile a *VA/TN);

· elevata luminosità e buona resa cromatica;

· ampi angoli di visione;

· copertura completa della gamma sRGB;

· basso consumo energetico paragonabile al TN.

Screpolatura:

· il tempo di risposta (5--10 ms) è paragonabile a S-IPS, migliore di *VA, ma peggiore di TN.

Samsung non ha fornito una descrizione della tecnologia PLS. Studi microscopici comparativi delle matrici IPS e PLS condotti da osservatori indipendenti non hanno rivelato differenze. Il fatto che PLS sia un tipo di IPS è stato indirettamente riconosciuto dalla stessa Samsung nella sua causa contro LG: la causa sosteneva che la tecnologia AH-IPS utilizzata da LG è una modifica della tecnologia PLS.

L'immagine viene formata utilizzando singoli elementi, solitamente attraverso un sistema di scansione. I dispositivi semplici (orologi elettronici, telefoni, lettori, termometri, ecc.) possono avere un display monocromatico o a 2-5 colori. L'immagine multicolore viene generata utilizzando 2008) nella maggior parte dei monitor desktop basati su matrici TN- (e alcuni *VA), così come in tutti i display dei laptop, vengono utilizzate matrici con colore a 18 bit (6 bit per canale), 24 bit viene emulato con sfarfallio e dithering.

Dispositivo monitor LCD

Subpixel del display LCD a colori

Ogni pixel di un display LCD è costituito da uno strato di molecole tra due elettrodi trasparenti e due filtri polarizzatori, i cui piani di polarizzazione sono (solitamente) perpendicolari. In assenza di cristalli liquidi, la luce trasmessa dal primo filtro viene quasi completamente bloccata dal secondo.

La superficie degli elettrodi a contatto con i cristalli liquidi è appositamente trattata per orientare inizialmente le molecole in una direzione. In una matrice TN queste direzioni sono tra loro perpendicolari, quindi le molecole, in assenza di tensione, si allineano secondo una struttura elicoidale. Questa struttura rifrange la luce in modo tale che il piano della sua polarizzazione ruoti davanti al secondo filtro e la luce lo attraversa senza perdite. A parte l'assorbimento di metà della luce non polarizzata da parte del primo filtro, la cella può essere considerata trasparente. Se viene applicata tensione agli elettrodi, le molecole tendono ad allinearsi nella direzione del campo, distorcendo la struttura della vite. In questo caso le forze elastiche si oppongono e quando la tensione viene interrotta le molecole ritornano nella loro posizione originale. Con un'intensità di campo sufficiente, quasi tutte le molecole diventano parallele, il che porta ad una struttura opaca. Variando la tensione è possibile controllare il grado di trasparenza. Se viene applicata una tensione costante per un lungo periodo, la struttura dei cristalli liquidi potrebbe degradarsi a causa della migrazione degli ioni. Per risolvere questo problema si utilizza la corrente alternata, oppure cambiando la polarità del campo ogni volta che si indirizza la cella (l'opacità della struttura non dipende dalla polarità del campo). Nell'intera matrice è possibile controllare singolarmente ciascuna cella, ma all'aumentare del loro numero ciò diventa difficile da ottenere poiché aumenta il numero di elettrodi richiesti. Pertanto, l'indirizzamento di righe e colonne viene utilizzato quasi ovunque. La luce che passa attraverso le celle può essere naturale, riflessa dal substrato (nei display LCD senza retroilluminazione). Ma viene utilizzato più spesso; oltre ad essere indipendente dall'illuminazione esterna, stabilizza anche le proprietà dell'immagine risultante. Pertanto, un monitor LCD a tutti gli effetti è costituito da un'elettronica che elabora il segnale video in ingresso, una matrice LCD, un modulo di retroilluminazione, un alimentatore e un alloggiamento. È la combinazione di questi componenti che determina le proprietà del monitor nel suo complesso, sebbene alcune caratteristiche siano più importanti di altre.

Specifiche del monitor LCD

Le caratteristiche più importanti dei monitor LCD:

• Risoluzione: dimensioni orizzontali e verticali espresse in pixel. A differenza dei monitor CRT, gli LCD hanno una risoluzione fisica “nativa”, il resto è ottenuto tramite interpolazione.

Frammento della matrice del monitor LCD (0,78x0,78 mm), ingrandito 46 volte.

• Dimensione in punti: la distanza tra i centri dei pixel adiacenti. Direttamente correlato alla risoluzione fisica.

• Proporzioni dello schermo (formato): il rapporto tra larghezza e altezza, ad esempio: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

• Diagonale apparente: la dimensione del pannello stesso, misurata diagonalmente. L'area dei display dipende anche dal formato: un monitor con formato 4:3 ha un'area maggiore di uno con formato 16:9 con la stessa diagonale.

• Contrasto: il rapporto tra la luminosità dei punti più chiari e quelli più scuri. Alcuni monitor utilizzano un livello di retroilluminazione adattivo utilizzando lampade aggiuntive; il valore di contrasto fornito per loro (il cosiddetto dinamico) non si applica a un'immagine statica.

• Luminosità: la quantità di luce emessa da un display, solitamente misurata in candele per metro quadrato.

• Tempo di risposta: il tempo minimo impiegato da un pixel per modificare la propria luminosità. I metodi di misurazione sono controversi.

• Angolo di visione: l'angolo al quale il calo di contrasto raggiunge un determinato valore viene calcolato in modo diverso per diversi tipi di matrici e da diversi produttori, e spesso non è confrontabile.

• Tipo a matrice: la tecnologia utilizzata per realizzare il display LCD.

• Ingressi: (es. DVI, HDMI, ecc.).

Tecnologie

Orologio con display LCD

I monitor LCD furono sviluppati nel 1963 presso il David Sarnoff Research Center della RCA, Princeton, New Jersey.

Le principali tecnologie nella produzione di display LCD: TN+film, IPS e MVA. Queste tecnologie differiscono nella geometria delle superfici, del polimero, della piastra di controllo e dell'elettrodo anteriore. La purezza e il tipo di polimero con proprietà di cristalli liquidi utilizzato in progetti specifici sono di grande importanza.

Tempo di risposta dei monitor LCD progettati utilizzando la tecnologia SXRD. Display riflettente in silicio X-tal - matrice di cristalli liquidi riflettenti in silicio), ridotta a 5 ms. Sony, Sharp e Philips hanno sviluppato congiuntamente la tecnologia PALC. Cristalli liquidi indirizzati al plasma - controllo al plasma di cristalli liquidi), che unisce i vantaggi dei pannelli LCD (luminosità e ricchezza di colori, contrasto) e dei pannelli al plasma (ampi angoli di visione in orizzontale, H, e in verticale, V, elevata velocità di aggiornamento). Questi display utilizzano celle al plasma a scarica di gas per il controllo della luminosità e una matrice LCD viene utilizzata per il filtraggio del colore. La tecnologia PALC consente di indirizzare individualmente ciascun pixel del display, il che significa controllabilità e qualità dell'immagine senza rivali.

TN+film (Twisted Nematic + film)

La parte “film” nel nome della tecnologia indica uno strato aggiuntivo utilizzato per aumentare l'angolo di visione (da 90° a 150° circa). Attualmente, il prefisso “film” viene spesso omesso, chiamando tali matrici semplicemente TN. Purtroppo non è stato ancora trovato un modo per migliorare il contrasto e il tempo di risposta per i pannelli TN, e il tempo di risposta di questo tipo di matrice è attualmente uno dei migliori, ma il livello di contrasto no.

TN+film è la tecnologia più semplice.

La matrice della pellicola TN+ funziona in questo modo: quando ai subpixel non viene applicata alcuna tensione, i cristalli liquidi (e la luce polarizzata che trasmettono) ruotano di 90° l'uno rispetto all'altro sul piano orizzontale nello spazio tra le due piastre. E poiché la direzione di polarizzazione del filtro sulla seconda piastra forma un angolo di 90° con la direzione di polarizzazione del filtro sulla prima piastra, la luce lo attraversa. Se i pixel secondari rosso, verde e blu sono completamente illuminati, sullo schermo apparirà un punto bianco.

I vantaggi della tecnologia includono il tempo di risposta più breve tra le matrici moderne, nonché il basso costo.

IPS (commutazione in aereo)

La tecnologia In-Plane Switching è stata sviluppata da Hitachi e NEC con lo scopo di superare gli svantaggi della pellicola TN+. Tuttavia, sebbene l'IPS sia riuscito ad aumentare l'angolo di visione a 170°, così come il contrasto elevato e la riproduzione dei colori, il tempo di risposta è rimasto a un livello basso.

Al momento, le matrici realizzate con la tecnologia IPS sono gli unici monitor LCD che trasmettono sempre l'intera profondità di colore RGB: 24 bit, 8 bit per canale. Le matrici TN sono quasi sempre a 6 bit, così come la parte MVA.

Se alla matrice IPS non viene applicata alcuna tensione, le molecole dei cristalli liquidi non ruotano. Il secondo filtro è sempre rivolto perpendicolarmente al primo e la luce non lo attraversa. Pertanto, la visualizzazione del colore nero è vicina all'ideale. Se il transistor si guasta, il pixel “rotto” per il pannello IPS non sarà bianco, come per la matrice TN, ma nero.

Quando viene applicata una tensione, le molecole di cristalli liquidi ruotano perpendicolarmente alla loro posizione iniziale e trasmettono la luce.

L’IPS viene ora soppiantato dalla tecnologia S-IPS(Super-IPS, anno Hitachi), che eredita tutti i vantaggi della tecnologia IPS riducendo i tempi di risposta. Ma, nonostante il fatto che il colore dei pannelli S-IPS si sia avvicinato ai monitor CRT convenzionali, il contrasto rimane ancora un punto debole. S-IPS è utilizzato attivamente in pannelli di dimensioni variabili da 20", LG.Philips e NEC rimangono gli unici produttori di pannelli che utilizzano questa tecnologia.

AS-IPS- La tecnologia Advanced Super IPS (Advanced Super-IPS), è stata sviluppata anche da Hitachi Corporation nel corso dell'anno. I miglioramenti hanno riguardato principalmente il livello di contrasto dei pannelli S-IPS convenzionali, avvicinandolo al contrasto dei pannelli S-PVA. AS-IPS è utilizzato anche come nome per i monitor LG.Philips.

A-TW-IPS- Advanced True White IPS (IPS avanzato con vero bianco), sviluppato da LG.Philips per l'azienda. La maggiore potenza del campo elettrico ha permesso di ottenere angoli di visione e luminosità ancora maggiori, oltre a ridurre la distanza interpixel. I display basati su AFFS sono utilizzati principalmente nei tablet PC, su matrici prodotte da Hitachi Displays.

*VA (allineamento verticale)

MVA- Allineamento verticale multidominio. Questa tecnologia è stata sviluppata da Fujitsu come compromesso tra le tecnologie TN e IPS. Gli angoli di visione orizzontale e verticale per le matrici MVA sono 160° (sui moderni modelli di monitor fino a 176-178 gradi) e, grazie all'uso delle tecnologie di accelerazione (RTC), queste matrici non sono molto indietro rispetto a TN+Film in termini di tempi di risposta, ma superano significativamente le caratteristiche di quest'ultimo in termini di profondità dei colori e accuratezza della loro riproduzione.

MVA è il successore della tecnologia VA introdotta nel 1996 da Fujitsu. Quando la tensione è interrotta, i cristalli liquidi della matrice VA sono allineati perpendicolarmente al secondo filtro, cioè non trasmettono luce. Quando viene applicata la tensione, i cristalli ruotano di 90° e sullo schermo appare un punto luminoso. Come nelle matrici IPS, i pixel non trasmettono luce quando non c'è tensione, quindi quando si guastano sono visibili come punti neri.

I vantaggi della tecnologia MVA sono il colore nero intenso e l'assenza sia di una struttura cristallina elicoidale che di un doppio campo magnetico.

Svantaggi di MVA rispetto a S-IPS: perdita di dettagli nelle ombre se visto perpendicolarmente, dipendenza del bilanciamento del colore dell'immagine dall'angolo di visione, tempo di risposta più lungo.

Gli analoghi di MVA sono tecnologie:

• PVA (Allineamento verticale modellato) di Samsung.
• Super PVA da Samsung.
• Super MVA dal CMO.

Le matrici MVA/PVA sono considerate un compromesso tra TN e IPS, sia in termini di costi che di qualità di consumo.

Vantaggi e svantaggi

Distorsione dell'immagine sul monitor LCD con un ampio angolo di visione

Fotografia macro di una tipica matrice LCD. Al centro si possono vedere due subpixel difettosi (verde e blu).

Attualmente, i monitor LCD sono la direzione principale e in rapido sviluppo nella tecnologia dei monitor. I loro vantaggi includono: dimensioni e peso ridotti rispetto ai CRT. I monitor LCD, a differenza dei CRT, non presentano sfarfallio visibile, difetti di messa a fuoco e convergenza, interferenze da campi magnetici o problemi con la geometria e la chiarezza dell'immagine. Il consumo energetico dei monitor LCD è 2-4 volte inferiore a quello degli schermi CRT e al plasma di dimensioni comparabili. Il consumo energetico dei monitor LCD è determinato per il 95% dalla potenza delle lampade di retroilluminazione o della matrice di retroilluminazione a LED. retroilluminazione- retroilluminazione) matrice LCD. In molti monitor moderni (2007), per regolare la luminosità dello schermo da parte dell'utente, viene utilizzata la modulazione dell'ampiezza dell'impulso delle lampade di retroilluminazione con una frequenza da 150 a 400 o più Hertz. La retroilluminazione a LED viene utilizzata principalmente nei display di piccole dimensioni, anche se negli ultimi anni è stata utilizzata sempre più nei laptop e persino nei monitor dei desktop. Nonostante le difficoltà tecniche della sua implementazione, presenta anche evidenti vantaggi rispetto alle lampade fluorescenti, ad esempio uno spettro di emissione più ampio e quindi una gamma di colori più ampia.

D'altro canto i monitor LCD presentano anche alcuni svantaggi, che spesso sono fondamentalmente difficili da eliminare, ad esempio:

• A differenza dei CRT, possono visualizzare un'immagine chiara con una sola risoluzione ("standard"). Il resto è ottenuto per interpolazione con perdita di chiarezza. Inoltre, risoluzioni troppo basse (ad esempio 320x200) non possono essere visualizzate su molti monitor.
• La gamma cromatica e la precisione del colore sono inferiori rispettivamente a quelle dei pannelli al plasma e dei CRT. Molti monitor presentano irregolarità irreparabili nella trasmissione della luminosità (strisce nei gradienti).
• Molti monitor LCD hanno un contrasto e una profondità del nero relativamente bassi. L'aumento del contrasto effettivo è spesso associato al semplice aumento della luminosità della retroilluminazione, fino a livelli scomodi. Il rivestimento lucido ampiamente utilizzato della matrice influisce solo sul contrasto soggettivo in condizioni di illuminazione ambientale.
• A causa dei severi requisiti per lo spessore costante delle matrici, esiste un problema di irregolarità del colore uniforme (irregolarità dell'illuminazione).
• Anche la velocità effettiva di cambio immagine rimane inferiore a quella dei display CRT e al plasma. La tecnologia Overdrive risolve solo parzialmente il problema della velocità.
• La dipendenza del contrasto dall'angolo di visione rimane ancora uno svantaggio significativo della tecnologia.
• I monitor LCD prodotti in serie sono più vulnerabili dei CRT. La matrice non protetta dal vetro è particolarmente sensibile. Se premuto con forza, potrebbe verificarsi un degrado irreversibile. C'è anche il problema dei pixel difettosi.
• Contrariamente alla credenza popolare, i pixel dei monitor LCD si degradano, sebbene il tasso di degradazione sia il più lento di qualsiasi tecnologia di visualizzazione.

I display OLED sono spesso considerati una tecnologia promettente in grado di sostituire i monitor LCD. D'altra parte, questa tecnologia ha incontrato difficoltà nella produzione di massa, soprattutto per matrici con grandi diagonali.

Vedi anche

• Area dello schermo visibile
• Rivestimento antiriflesso
• it:Retroilluminazione

Collegamenti

• Informazioni sulle lampade fluorescenti utilizzate per retroilluminare la matrice LCD
• Display a cristalli liquidi (tecnologie TN+film, IPS, MVA, PVA)

Letteratura

• Artamonov O. Parametri dei moderni monitor LCD
• Mukhin I.A. Come scegliere un monitor LCD? . "Computer Business Market", n. 4 (292), gennaio 2005, pp. 284-291.
• Mukhin I. A. Sviluppo di monitor a cristalli liquidi. “TRASMISSIONE Trasmissioni televisive e radiofoniche”: parte 1 - n. 2(46) marzo 2005, p.55-56; Parte 2 - N. 4(48) giugno-luglio 2005, pp. 71-73.
• Mukhin I. A. Moderni dispositivi di visualizzazione a schermo piatto."BROADCASTING Television and Radio Broadcasting": No. 1(37), gennaio-febbraio 2004, p.43-47.
• Mukhin I. A., Ukrainsky O. V. Metodi per migliorare la qualità delle immagini televisive riprodotte dai pannelli a cristalli liquidi. Materiali della relazione alla conferenza scientifica e tecnica “Modern Television”, Mosca, marzo 2006.

Creazione di un display LCD

Il primo display a cristalli liquidi funzionante fu creato da Fergason nel 1970. In precedenza, i dispositivi LCD consumavano troppa energia, avevano una durata limitata e presentavano uno scarso contrasto dell'immagine. Il nuovo display LCD fu presentato al pubblico nel 1971 e ricevette poi calorosi consensi. I cristalli liquidi sono sostanze organiche che possono modificare la quantità di luce trasmessa sotto tensione. Un monitor a cristalli liquidi è costituito da due lastre di vetro o plastica con una sospensione tra di loro. I cristalli di questa sospensione sono disposti parallelamente tra loro, permettendo così alla luce di penetrare nel pannello. Quando viene applicata una corrente elettrica, la disposizione dei cristalli cambia e cominciano a bloccare il passaggio della luce. La tecnologia LCD si è diffusa ampiamente nei computer e nelle apparecchiature di proiezione. I primi cristalli liquidi erano caratterizzati dalla loro instabilità e non erano adatti alla produzione di massa. Il vero sviluppo della tecnologia LCD è iniziato con l'invenzione da parte di scienziati inglesi di un cristallo liquido stabile: il bifenile. La prima generazione di display a cristalli liquidi può essere vista nelle calcolatrici, nei giochi elettronici e negli orologi. I moderni monitor LCD sono anche chiamati pannelli piatti, doppia scansione a matrice attiva e transistor a film sottile. L'idea dei monitor LCD era nell'aria da più di 30 anni, ma le ricerche effettuate non hanno portato a risultati accettabili, quindi i monitor LCD non si sono guadagnati la reputazione di fornire una buona qualità dell'immagine. Ora stanno diventando popolari: a tutti piace il loro aspetto elegante, la figura snella, la compattezza, l'efficienza (15-30 watt), inoltre, si ritiene che solo le persone ricche e serie possano permettersi un tale lusso

Caratteristiche dei monitor LCD

Tipi di monitor LCD

Monitorare i livelli compositi

Esistono due tipi di monitor LCD: DSTN (dual-scan twisted nematic) e TFT (thin film transistor), chiamati anche rispettivamente matrici passive e attive. Tali monitor sono costituiti dai seguenti strati: un filtro polarizzatore, uno strato di vetro, un elettrodo, uno strato di controllo, cristalli liquidi, un altro strato di controllo, un elettrodo, uno strato di vetro e un filtro polarizzatore. I primi computer utilizzavano matrici passive in bianco e nero da otto pollici (diagonalmente). Con il passaggio alla tecnologia a matrice attiva, le dimensioni dello schermo sono aumentate. Quasi tutti i moderni monitor LCD utilizzano pannelli a transistor a film sottile, che forniscono immagini luminose e chiare di dimensioni molto più grandi.

Risoluzione del monitor

La dimensione del monitor determina lo spazio di lavoro che occupa e, soprattutto, il suo prezzo. Nonostante la classificazione consolidata dei monitor LCD in base alla dimensione dello schermo in diagonale (15, 17, 19 pollici), una classificazione più corretta si basa sulla risoluzione operativa. Il fatto è che, a differenza dei monitor CRT, la cui risoluzione può essere modificata in modo abbastanza flessibile, i display LCD hanno un set fisso di pixel fisici. Ecco perché sono progettati per funzionare con una sola risoluzione, chiamata funzionante. Indirettamente, questa risoluzione determina anche la dimensione diagonale della matrice, tuttavia, monitor con la stessa risoluzione operativa possono avere dimensioni della matrice diverse. Ad esempio, i monitor da 15 a 16 pollici hanno generalmente una risoluzione operativa di 1024 x 768, il che significa che un dato monitor contiene effettivamente fisicamente 1024 pixel orizzontali e 768 pixel verticali. La risoluzione operativa del monitor determina la dimensione delle icone e dei caratteri che verranno visualizzati sullo schermo. Ad esempio, un monitor da 15 pollici può avere una risoluzione operativa sia di 1024 x 768 che di 1400 x 1050 pixel. In quest'ultimo caso, le dimensioni fisiche dei pixel stessi saranno inferiori e poiché in entrambi i casi viene utilizzato lo stesso numero di pixel quando si forma un'icona standard, con una risoluzione di 1400×1050 pixel l'icona sarà più piccola nella sua dimensione. dimensioni fisiche. Per alcuni utenti, le dimensioni delle icone troppo piccole con una risoluzione del monitor elevata potrebbero essere inaccettabili, quindi quando acquisti un monitor dovresti prestare immediatamente attenzione alla risoluzione di lavoro. Naturalmente il monitor è in grado di visualizzare immagini con una risoluzione diversa da quella di lavoro. Questa modalità di funzionamento del monitor è chiamata interpolazione. Nel caso dell'interpolazione la qualità dell'immagine lascia molto a desiderare. La modalità di interpolazione influisce in modo significativo sulla qualità di visualizzazione dei caratteri dello schermo.

Monitorare l'interfaccia

I monitor LCD per loro natura sono dispositivi digitali, quindi l'interfaccia "nativa" per loro è l'interfaccia digitale DVI, che può avere due tipi di convettori: DVI-I, che combina segnali digitali e analogici, e DVI-D, che trasmette solo un segnale digitale. Si ritiene che l'interfaccia DVI sia preferibile per collegare un monitor LCD a un computer, sebbene sia consentita anche la connessione tramite un connettore D-Sub standard. L'interfaccia DVI è supportata anche dal fatto che nel caso di un'interfaccia analogica avviene una doppia conversione del segnale video: prima il segnale digitale viene convertito in analogico nella scheda video (conversione DAC), che viene poi trasformato in un segnale digitale dall'unità elettronica del monitor LCD stesso (conversione ADC), di conseguenza aumenta il rischio di varie distorsioni del segnale. Molti monitor LCD moderni dispongono sia di connettori D-Sub che DVI, che consentono di collegare contemporaneamente due unità di sistema al monitor. Puoi anche trovare modelli dotati di due connettori digitali. I modelli da ufficio economici hanno nella maggior parte dei casi solo un connettore D-Sub standard.

Tipo a matrice LCD

Il componente base della matrice LCD sono i cristalli liquidi. Esistono tre tipi principali di cristalli liquidi: smettico, nematico e colesterico. In base alle loro proprietà elettriche, tutti i cristalli liquidi sono divisi in due gruppi principali: il primo comprende cristalli liquidi con anisotropia dielettrica positiva, il secondo con anisotropia dielettrica negativa. La differenza sta nel modo in cui queste molecole reagiscono a un campo elettrico esterno. Le molecole con anisotropia dielettrica positiva sono orientate lungo le linee di campo e le molecole con anisotropia dielettrica negativa sono orientate perpendicolarmente alle linee di campo. I cristalli liquidi nematici hanno un'anisotropia dielettrica positiva, mentre i cristalli liquidi smectici, al contrario, hanno un'anisotropia dielettrica negativa. Un'altra proprietà notevole delle molecole LC è la loro anisotropia ottica. In particolare, se l'orientamento delle molecole coincide con la direzione di propagazione della luce polarizzata nel piano, allora le molecole non hanno alcun effetto sul piano di polarizzazione della luce. Se l'orientamento delle molecole è perpendicolare alla direzione di propagazione della luce, allora il piano di polarizzazione viene ruotato in modo da essere parallelo alla direzione di orientamento delle molecole. L'anisotropia dielettrica e ottica delle molecole LC consente di utilizzarle come una sorta di modulatori di luce, consentendo la formazione dell'immagine desiderata sullo schermo. Il principio di funzionamento di un tale modulatore è abbastanza semplice e si basa sulla modifica del piano di polarizzazione della luce che passa attraverso la cella LCD. La cella LCD si trova tra due polarizzatori, i cui assi di polarizzazione sono reciprocamente perpendicolari. Il primo polarizzatore elimina la radiazione polarizzata piana dalla luce che passa dalla lampada di retroilluminazione. Se non ci fosse la cella LC, la luce polarizzata nel piano verrebbe completamente assorbita dal secondo polarizzatore. Una cella LCD posizionata nel percorso della luce polarizzata sul piano trasmesso può ruotare il piano di polarizzazione della luce trasmessa. In questo caso, parte della luce passa attraverso il secondo polarizzatore, cioè la cella diventa trasparente (totalmente o parzialmente). A seconda di come viene controllata la rotazione del piano di polarizzazione nella cella LC, si distinguono diversi tipi di matrici LC. Quindi, una cella LCD posta tra due polarizzatori incrociati permette di modulare la radiazione trasmessa, creando gradazioni di colore bianco e nero. Per ottenere un'immagine a colori è necessario utilizzare tre filtri colorati: rosso (R), verde (G) e blu (B), che, installati nel percorso della luce bianca, permetteranno di ottenere tre colori fondamentali in le proporzioni richieste. Quindi, ogni pixel di un monitor LCD è costituito da tre sub-pixel separati: rosso, verde e blu, che sono celle LCD controllate e differiscono solo per i filtri utilizzati, installati tra la lastra di vetro superiore e il filtro polarizzatore di uscita

Classificazione dei display TFT-LCD

Le principali tecnologie nella produzione di display LCD: TN+film, IPS (SFT) e MVA. Queste tecnologie si differenziano per la geometria delle superfici, del polimero, della piastra di controllo e dell'elettrodo frontale. La purezza e il tipo di polimero con proprietà di cristalli liquidi utilizzato negli sviluppi specifici sono di grande importanza.

Matrice TN

Struttura delle cellule TN

Una matrice di cristalli liquidi di tipo TN (Twisted Nematic) è una struttura multistrato composta da due filtri polarizzatori, due elettrodi trasparenti e due lastre di vetro, tra le quali si trova la vera sostanza di cristallo liquido nematico con anisotropia dielettrica positiva. Sulla superficie delle lastre di vetro vengono applicate speciali scanalature che consentono di creare un orientamento inizialmente identico di tutte le molecole di cristalli liquidi lungo la lastra. Le scanalature su entrambe le piastre sono reciprocamente perpendicolari, quindi lo strato di molecole di cristalli liquidi tra le piastre cambia il suo orientamento di 90°. Si scopre che le molecole LC formano una struttura a spirale contorta (Fig. 3), motivo per cui tali matrici sono chiamate Twisted Nematic. Le lastre di vetro con scanalature si trovano tra due filtri polarizzatori e l'asse di polarizzazione in ciascun filtro coincide con la direzione delle scanalature sulla piastra. Nel suo stato normale, una cella LCD è aperta perché i cristalli liquidi ruotano il piano di polarizzazione della luce che li attraversa. Pertanto, la radiazione polarizzata piana generata dopo essere passata attraverso il primo polarizzatore passerà anche attraverso il secondo polarizzatore, poiché il suo asse di polarizzazione sarà parallelo alla direzione di polarizzazione della radiazione incidente. Sotto l'influenza del campo elettrico creato da elettrodi trasparenti, le molecole dello strato di cristalli liquidi cambiano il loro orientamento spaziale, allineandosi lungo la direzione delle linee del campo. In questo caso, lo strato di cristalli liquidi perde la capacità di ruotare il piano di polarizzazione della luce incidente, e il sistema diventa otticamente opaco, poiché tutta la luce viene assorbita dal filtro polarizzatore in uscita. A seconda della tensione applicata tra gli elettrodi di controllo, è possibile modificare l'orientamento delle molecole lungo il campo non completamente, ma solo parzialmente, cioè regolare il grado di torsione delle molecole LC. Questo, a sua volta, consente di modificare l'intensità della luce che passa attraverso la cella LCD. Pertanto, installando una lampada di retroilluminazione dietro la matrice LCD e modificando la tensione tra gli elettrodi, è possibile variare il grado di trasparenza di una cella LCD. Le matrici TN sono le più comuni ed economiche. Presentano alcuni svantaggi: angoli di visione non molto ampi, basso contrasto e incapacità di ottenere un colore nero perfetto. Il fatto è che anche quando viene applicata la tensione massima alla cella, è impossibile far ruotare completamente le molecole LC e orientarle lungo le linee di campo. Pertanto tali matrici rimangono leggermente trasparenti anche quando il pixel è completamente spento. Il secondo inconveniente è legato ai piccoli angoli di visione. Per eliminarlo parzialmente, sulla superficie del monitor viene applicata una speciale pellicola di dispersione, che consente di aumentare l'angolo di visione. Questa tecnologia si chiama TN+Film, che indica la presenza di questa pellicola. Scoprire esattamente quale tipo di matrice viene utilizzata nel monitor non è così semplice. Tuttavia, se sul monitor è presente un pixel "rotto" derivante dal guasto del transistor che controlla la cella LCD, nelle matrici TN si illuminerà sempre intensamente (rosso, verde o blu), poiché per una matrice TN un pixel aperto pixel corrisponde ad una mancanza di tensione sulla cella. Puoi riconoscere una matrice TN osservando il colore nero alla massima luminosità: se è più grigio che nero, probabilmente è una matrice TN.

Matrici IPS

Struttura cellulare IPS

I monitor con matrice IPS sono anche chiamati monitor Super TFT. Una caratteristica distintiva delle matrici IPS è che gli elettrodi di controllo si trovano sullo stesso piano sul lato inferiore della cella LCD. In assenza di tensione tra gli elettrodi, le molecole LC si trovano parallele tra loro, tra gli elettrodi e nella direzione di polarizzazione del filtro polarizzatore inferiore. In questo stato, non influenzano l'angolo di polarizzazione della luce trasmessa e la luce viene completamente assorbita dal filtro polarizzatore di uscita, poiché le direzioni di polarizzazione dei filtri sono perpendicolari tra loro. Quando viene applicata tensione agli elettrodi di controllo, il campo elettrico generato ruota le molecole LC di 90° in modo che siano orientate lungo le linee del campo. Se la luce passa attraverso una tale cella, a causa della rotazione del piano di polarizzazione, il filtro polarizzatore superiore trasmetterà la luce senza interferenze, ovvero la cella sarà nello stato aperto (Fig. 4). Variando la tensione tra gli elettrodi, è possibile forzare le molecole LC a ruotare con qualsiasi angolazione, modificando così la trasparenza della cella. Sotto tutti gli altri aspetti, le celle IPS sono simili alle matrici TN: un'immagine a colori viene formata anche attraverso l'uso di tre filtri colorati. Le matrici IPS presentano sia vantaggi che svantaggi rispetto alle matrici TN. Il vantaggio è dato dal fatto che in questo caso il colore è perfettamente nero, e non grigio, come nelle matrici TN. Un altro innegabile vantaggio di questa tecnologia sono gli ampi angoli di visione. Gli svantaggi delle matrici IPS includono un tempo di risposta dei pixel più lungo rispetto alle matrici TN. Tuttavia, torneremo più avanti sulla questione del tempo di reazione dei pixel. In conclusione, notiamo che esistono varie modifiche delle matrici IPS (Super IPS, Dual Domain IPS) che possono migliorarne le caratteristiche.

Matrici MVA

Struttura del dominio di una cella MVA

MVA è uno sviluppo della tecnologia VA, ovvero una tecnologia con ordinamento molecolare verticale. A differenza delle matrici TN e IPS, in questo caso vengono utilizzati cristalli liquidi con anisotropia dielettrica negativa, orientati perpendicolarmente alla direzione delle linee del campo elettrico. In assenza di tensione tra le piastre della cella LC, tutte le molecole dei cristalli liquidi sono orientate verticalmente e non hanno alcun effetto sul piano di polarizzazione della luce trasmessa. Poiché la luce passa attraverso due polarizzatori incrociati, viene completamente assorbita dal secondo polarizzatore e la cella si trova in uno stato chiuso, mentre, a differenza della matrice TN, è possibile ottenere un colore perfettamente nero. Quando viene applicata una tensione agli elettrodi posti sopra e sotto, le molecole ruotano di 90°, orientandosi perpendicolarmente alle linee del campo elettrico. Quando la luce polarizzata in piano passa attraverso una tale struttura, il piano di polarizzazione ruota di 90° e la luce passa liberamente attraverso il polarizzatore di uscita, cioè la cella LC è nello stato aperto. I vantaggi dei sistemi con ordinamento verticale delle molecole sono la capacità di ottenere il colore nero ideale (che, a sua volta, influisce sulla capacità di ottenere immagini ad alto contrasto) e un breve tempo di risposta dei pixel. Per aumentare gli angoli di visione, i sistemi con ordinamento verticale delle molecole utilizzano una struttura multidominio, che porta alla creazione di matrici di tipo MVA. L'idea alla base di questa tecnologia è che ogni subpixel è diviso in più zone (domini) utilizzando speciali sporgenze, che modificano leggermente l'orientamento delle molecole, costringendole ad allinearsi con la superficie della sporgenza. Ciò porta al fatto che ciascuno di questi domini brilla nella propria direzione (entro un certo angolo solido) e la totalità di tutte le direzioni espande l'angolo di visione del monitor. I vantaggi delle matrici MVA includono un contrasto elevato (grazie alla capacità di ottenere un colore perfettamente nero) e ampi angoli di visione (fino a 170°). Attualmente esistono diversi tipi di tecnologia MVA, ad esempio PVA (Patterned Vertical Alignment) di Samsung, MVA-Premium, ecc., che migliorano ulteriormente le caratteristiche delle matrici MVA.

Luminosità

Oggi nei monitor LCD la luminosità massima dichiarata nella documentazione tecnica varia da 250 a 500 cd/m2. E se la luminosità del monitor è sufficientemente elevata, questo è necessariamente indicato nelle brochure pubblicitarie e presentato come uno dei principali vantaggi del monitor. Tuttavia, è proprio qui che si nasconde una delle insidie. Il paradosso è che è impossibile fare affidamento sui numeri indicati nella documentazione tecnica. Ciò vale non solo per la luminosità, ma anche per il contrasto, gli angoli di visione e il tempo di risposta dei pixel. Non solo potrebbero non corrispondere affatto ai valori effettivamente osservati, ma a volte è addirittura difficile capire cosa significhino questi numeri. Innanzitutto esistono diverse tecniche di misurazione descritte in diverse norme; Di conseguenza, le misurazioni effettuate con metodi diversi danno risultati diversi ed è improbabile che tu possa scoprire esattamente quale metodo e come sono state eseguite le misurazioni. Ecco un semplice esempio. La luminosità misurata dipende dalla temperatura del colore, ma quando dicono che la luminosità del monitor è di 300 cd/m2, sorge la domanda: a quale temperatura di colore viene raggiunta questa luminosità massima? Inoltre, i produttori indicano la luminosità non per il monitor, ma per la matrice LCD, che non è affatto la stessa cosa. Per misurare la luminosità vengono utilizzati segnali speciali del generatore di riferimento con una temperatura di colore specificata con precisione, pertanto le caratteristiche del monitor stesso come prodotto finale possono differire significativamente da quelle indicate nella documentazione tecnica. Ma per l'utente, le caratteristiche del monitor stesso, e non la matrice, sono di fondamentale importanza. La luminosità è una caratteristica davvero importante per un monitor LCD. Ad esempio, se la luminosità è insufficiente, difficilmente sarai in grado di giocare a vari giochi o guardare film in DVD. Inoltre sarà scomodo lavorare davanti al monitor in condizioni di luce diurna (illuminazione esterna). Tuttavia sarebbe prematuro concludere su questa base che un monitor con una luminosità dichiarata di 450 cd/m2 sia in qualche modo migliore di un monitor con una luminosità di 350 cd/m2. In primo luogo, come già notato, la luminosità dichiarata e quella reale non sono la stessa cosa e, in secondo luogo, è sufficiente che il monitor LCD abbia una luminosità di 200-250 cd/m2 (non dichiarata, ma effettivamente osservata). Inoltre è importante anche il modo in cui viene regolata la luminosità del monitor. Da un punto di vista fisico, la regolazione della luminosità può essere effettuata modificando la luminosità della retroilluminazione. Ciò si ottiene regolando la corrente di scarica nella lampada (nei monitor, le lampade fluorescenti a catodo freddo, le CCFL vengono utilizzate come retroilluminazione) o mediante la cosiddetta modulazione dell'ampiezza dell'impulso dell'alimentazione della lampada. Con la modulazione di larghezza di impulso, la tensione viene fornita alla lampada di retroilluminazione in impulsi di una certa durata. Di conseguenza, la lampada di retroilluminazione non si illumina costantemente, ma solo a intervalli di tempo che si ripetono periodicamente, ma a causa dell'inerzia della visione, sembra che la lampada sia costantemente accesa (la frequenza di ripetizione dell'impulso è superiore a 200 Hz). Ovviamente, modificando l'ampiezza degli impulsi di tensione forniti, è possibile regolare la luminosità media della retroilluminazione. Oltre a regolare la luminosità del monitor utilizzando la retroilluminazione, a volte questa regolazione viene eseguita dalla matrice stessa. Alla tensione di controllo sugli elettrodi della cella LCD viene infatti aggiunta una componente continua. Ciò consente la completa apertura della cella LCD, ma non la sua completa chiusura. In questo caso, all'aumentare della luminosità, il colore nero cessa di essere nero (la matrice diventa parzialmente trasparente anche quando la cella LCD è chiusa).

Contrasto

Una caratteristica altrettanto importante di un monitor LCD è il contrasto, definito come il rapporto tra la luminosità dello sfondo bianco e la luminosità dello sfondo nero. In teoria, il contrasto del monitor non dovrebbe dipendere dal livello di luminosità impostato sul monitor, ovvero a qualsiasi livello di luminosità il contrasto misurato dovrebbe avere lo stesso valore. Infatti, la luminosità dello sfondo bianco è proporzionale alla luminosità della retroilluminazione. Idealmente, il rapporto tra la trasmissione luminosa di una cella LCD nello stato aperto e chiuso è una caratteristica della cella LCD stessa, ma in pratica questo rapporto può dipendere sia dalla temperatura del colore impostata che dal livello di luminosità impostato del monitor. Recentemente, il contrasto dell'immagine sui monitor digitali è aumentato in modo significativo e ora questa cifra raggiunge spesso 500:1. Ma qui tutto non è così semplice. Il fatto è che il contrasto può essere specificato non per il monitor, ma per la matrice. Tuttavia, come dimostra l'esperienza, se il passaporto indica un contrasto superiore a 350:1, questo è più che sufficiente per il normale funzionamento.

Angolo di visione

L'angolo di visione massimo (sia verticale che orizzontale) è definito come l'angolo dal quale il contrasto dell'immagine al centro è almeno 10:1. Alcuni produttori di matrici, quando determinano gli angoli di visione, utilizzano un rapporto di contrasto di 5:1 anziché 10:1, il che introduce anche un po' di confusione nelle specifiche tecniche. La definizione formale degli angoli di visione è piuttosto vaga e, soprattutto, non ha alcuna influenza diretta sulla corretta resa cromatica quando si visualizza un'immagine ad angolo. In effetti, per gli utenti, una circostanza molto più importante è il fatto che quando si visualizza un'immagine inclinata rispetto alla superficie del monitor, non si verifica una diminuzione del contrasto, ma una distorsione del colore. Ad esempio, il rosso diventa giallo e il verde diventa blu. Inoltre, tali distorsioni si manifestano in modo diverso nei diversi modelli: in alcuni diventano evidenti anche con una leggera angolazione, molto più piccola dell'angolo di visione. Pertanto è fondamentalmente sbagliato confrontare i monitor in base agli angoli di visualizzazione. È possibile fare un confronto, ma tale confronto non ha alcun significato pratico.

Tempo di risposta dei pixel

Tipico diagramma temporale di accensione dei pixel per una matrice TN+Film

Tipico diagramma temporale di spegnimento dei pixel per una matrice TN+Film

Il tempo di reazione, o tempo di risposta dei pixel, è solitamente indicato nella documentazione tecnica del monitor ed è considerata una delle caratteristiche più importanti del monitor (il che non è del tutto vero). Nei monitor LCD il tempo di risposta dei pixel, che dipende dal tipo di matrice, è misurato in decine di millisecondi (nelle nuove matrici TN+Film il tempo di risposta dei pixel è di 12 ms), e questo porta ad una sfocatura dell'immagine che cambia e può essere evidente alla vista. Viene fatta una distinzione tra tempo di accensione e spegnimento dei pixel. Il tempo di accensione del pixel si riferisce al periodo di tempo necessario per aprire la cella LCD, mentre il tempo di spegnimento si riferisce al periodo di tempo necessario per chiuderla. Quando parliamo di tempo di reazione di un pixel, intendiamo il tempo totale in cui il pixel si accende e si spegne. Il tempo in cui un pixel si accende e il tempo in cui si spegne può variare in modo significativo. Quando si parla del tempo di risposta dei pixel indicato nella documentazione tecnica del monitor, si intende il tempo di risposta della matrice, non del monitor. Inoltre, il tempo di risposta dei pixel indicato nella documentazione tecnica viene interpretato in modo diverso dai diversi produttori di matrici. Ad esempio, una delle opzioni per interpretare il tempo di accensione (spegnimento) di un pixel è che questo sia il tempo in cui la luminosità del pixel cambia dal 10 al 90% (dal 90 al 10%). Fino ad ora, quando si parla di misurazione del tempo di risposta dei pixel, si presuppone che si parli del passaggio tra i colori bianco e nero. Se non ci sono problemi con il nero (il pixel è semplicemente chiuso), la scelta del bianco non è ovvia. Come cambierà il tempo di risposta di un pixel se misurato mentre passa da un mezzotono all'altro? Questa domanda è di grande importanza pratica. Il fatto è che il passaggio da uno sfondo nero a uno bianco, o viceversa, è relativamente raro nelle applicazioni reali. Nella maggior parte delle applicazioni vengono solitamente implementate le transizioni tra i mezzitoni. E se il tempo di commutazione tra i colori bianco e nero risulta essere inferiore al tempo di commutazione tra la scala di grigi, il tempo di risposta dei pixel non avrà alcun significato pratico e non sarà possibile fare affidamento su questa caratteristica del monitor. Quale conclusione si può trarre da quanto sopra? Tutto è molto semplice: il tempo di risposta dei pixel dichiarato dal produttore non ci consente di giudicare chiaramente le caratteristiche dinamiche del monitor. In questo senso è più corretto parlare non del tempo in cui un pixel passa dal bianco al nero, ma del tempo medio in cui un pixel cambia tra i mezzitoni.

Numero di colori visualizzati

Tutti i monitor per loro natura sono dispositivi RGB, ovvero il colore al loro interno è ottenuto mescolando in varie proporzioni i tre colori fondamentali: rosso, verde e blu. Pertanto, ciascun pixel LCD è costituito da tre subpixel di colore. Oltre allo stato completamente chiuso o completamente aperto della cella LCD, sono possibili anche stati intermedi quando la cella LCD è parzialmente aperta. Ciò consente di formare una sfumatura di colore e mescolare le sfumature di colore dei colori di base nelle proporzioni desiderate. In questo caso, il numero di colori riprodotti dal monitor dipende teoricamente da quante sfumature di colore si possono formare in ciascun canale di colore. L'apertura parziale della cella LCD si ottiene applicando il livello di tensione richiesto agli elettrodi di controllo. Pertanto, il numero di sfumature di colore riproducibili in ciascun canale di colore dipende da quanti diversi livelli di tensione possono essere applicati alla cella LCD. Per generare un livello di tensione arbitrario, sarà necessario utilizzare circuiti DAC con una grande capacità di bit, il che è estremamente costoso. Pertanto, i moderni monitor LCD utilizzano molto spesso DAC a 18 bit e meno spesso - a 24 bit. Quando si utilizza un DAC a 18 bit, ci sono 6 bit per canale di colore. Ciò consente di generare 64 (26=64) diversi livelli di tensione e, di conseguenza, di ottenere 64 sfumature di colore in un canale di colore. In totale, mescolando le sfumature di colore di diversi canali, è possibile creare 262.144 sfumature di colore. Quando si utilizza una matrice a 24 bit (circuito DAC a 24 bit), ciascun canale ha 8 bit, il che rende possibile generare 256 (28=256) sfumature di colore in ciascun canale e in totale tale matrice riproduce 16.777.216 sfumature di colore. Allo stesso tempo, per molte matrici a 18 bit la scheda tecnica indica che riproducono 16,2 milioni di sfumature di colore. Qual è il problema qui ed è possibile? Si scopre che nelle matrici a 18 bit, attraverso tutti i tipi di trucchi, è possibile avvicinare il numero di sfumature di colore a quello riprodotto dalle matrici reali a 24 bit. Per estrapolare le sfumature di colore nelle matrici a 18 bit vengono utilizzate due tecnologie (e le loro combinazioni): dithering (dithering) e FRC (Frame Rate Control). L'essenza della tecnologia dithering è che le sfumature di colore mancanti vengono ottenute mescolando le sfumature di colore più vicine dei pixel vicini. Diamo un'occhiata a un semplice esempio. Supponiamo che un pixel possa trovarsi solo in due stati: aperto e chiuso, con lo stato chiuso del pixel che produce il nero e lo stato aperto che produce il rosso. Se invece di un pixel consideriamo un gruppo di due pixel, allora, oltre al nero e al rosso, possiamo ottenere anche un colore intermedio, estrapolando così da una modalità a due colori a una a tre colori. Di conseguenza, se inizialmente un monitor di questo tipo potesse generare sei colori (due per ciascun canale), dopo tale dithering riprodurrà già 27 colori. Lo schema di dithering presenta uno svantaggio significativo: l'aumento delle sfumature di colore si ottiene riducendo la risoluzione. In effetti, ciò aumenta la dimensione dei pixel, il che può avere un impatto negativo quando si disegnano i dettagli dell'immagine. L'essenza della tecnologia FRC è manipolare la luminosità dei singoli subpixel attivandoli/disattivandoli ulteriormente. Come nell'esempio precedente, un pixel è considerato nero (spento) o rosso (acceso). A ciascun subpixel viene comandato di accendersi a una frequenza fotogrammi, ovvero a una frequenza fotogrammi di 60 Hz, a ciascun subpixel viene comandato di accendersi 60 volte al secondo. Ciò consente di generare il colore rosso. Se forzi il pixel ad accendersi non 60 volte al secondo, ma solo 50 volte (ad ogni 12° ciclo di clock, il pixel viene spento anziché acceso), di conseguenza la luminosità del pixel sarà pari all'83% del massimo , che consentirà la formazione di una tonalità di colore intermedia rossa. Entrambi i metodi di estrapolazione del colore discussi presentano i loro inconvenienti. Nel primo caso si verifica un possibile sfarfallio dello schermo e un leggero aumento del tempo di reazione, nel secondo la possibilità di perdita dei dettagli dell'immagine. È abbastanza difficile distinguere a occhio una matrice a 18 bit con estrapolazione del colore da una vera matrice a 24 bit. Allo stesso tempo, il costo di una matrice a 24 bit è molto più elevato.

Principio di funzionamento dei display TFT-LCD

Il principio generale della formazione dell'immagine sullo schermo è ben illustrato in Fig. 1. Ma come controllare la luminosità dei singoli subpixel? Di solito viene spiegato ai principianti in questo modo: dietro ogni subpixel c'è un otturatore a cristalli liquidi. A seconda della tensione applicata, trasmette più o meno luce dalla retroilluminazione. E tutti immaginano subito una sorta di ammortizzatori su piccole cerniere che ruotano secondo l'angolo desiderato... qualcosa del genere:

In realtà, ovviamente, tutto è molto più complicato. Non ci sono lembi di materiale sulle cerniere. In una vera matrice a cristalli liquidi, il flusso luminoso è controllato in questo modo:

La luce proveniente dalla retroilluminazione (seguiamo l'immagine dal basso verso l'alto) passa prima attraverso il filtro polarizzatore inferiore (piastra ombreggiata bianca). Ora questo non è più un normale flusso di luce, ma polarizzato. Quindi la luce passa attraverso gli elettrodi di controllo traslucidi (piastre gialle) e incontra uno strato di cristalli liquidi nel suo percorso. Modificando la tensione di controllo, la polarizzazione del flusso luminoso può essere modificata fino a 90 gradi (nella figura a sinistra) o lasciata invariata (a destra). Attenzione, il divertimento sta per iniziare! Dopo lo strato di cristalli liquidi si trovano i filtri luminosi e qui ogni subpixel viene colorato nel colore desiderato: rosso, verde o blu. Se guardiamo lo schermo senza il filtro polarizzatore superiore, vedremo milioni di subpixel luminosi e ognuno si illumina con la massima luminosità, perché i nostri occhi non sono in grado di distinguere la polarizzazione della luce. In altre parole, senza il polarizzatore superiore vedremo semplicemente un bagliore bianco uniforme su tutta la superficie dello schermo. Ma non appena si mette in posizione il filtro polarizzatore superiore, questo “rivelerà” tutti i cambiamenti che i cristalli liquidi hanno apportato alla polarizzazione della luce. Alcuni subpixel rimarranno luminosi, come quello di sinistra nella figura, la cui polarizzazione è stata cambiata di 90 gradi, e alcuni si spegneranno, perché il polarizzatore superiore è in antifase rispetto a quello inferiore e non trasmette luce con la polarizzazione predefinita. Esistono anche subpixel con luminosità intermedia: la polarizzazione del flusso luminoso che li attraversa è stata ruotata non di 90, ma di un numero minore di gradi, ad esempio di 30 o 55 gradi.

Pro e contro

Simboli: (+) vantaggio, (~) accettabile, (-) svantaggio
	Monitor LCD	Monitor CRT
Luminosità	(+) da 170 a 250 cd/m2	(~) da 80 a 120 cd/m2
Contrasto	(~) da 200:1 a 400:1	(+) da 350:1 a 700:1
Angolo di visione (al contrario)	(~) Da 110 a 170 gradi	(+) oltre 150 gradi
Angolo di visione (per colore)	(-) da 50 a 125 gradi	(~) oltre 120 gradi
Autorizzazione	(-) Risoluzione singola con dimensione pixel fissa. In modo ottimale può essere utilizzato solo con questa risoluzione; A seconda delle funzioni di espansione o compressione supportate, possono essere utilizzate risoluzioni più alte o più basse, ma non sono ottimali.	(+) Sono supportate varie risoluzioni. Con tutte le risoluzioni supportate, il monitor può essere utilizzato in modo ottimale. La limitazione è imposta solo dall'accettabilità della frequenza di rigenerazione.
Frequenza verticale	(+) Frequenza ottimale 60 Hz, sufficiente per evitare sfarfallio	(~) Solo a frequenze superiori a 75 Hz non si nota alcuno sfarfallio evidente
Errori di registrazione del colore	(+) n	(~) da 0,0079 a 0,0118 pollici (0,20 - 0,30 mm)
Messa a fuoco	(+) molto buono	(~) da soddisfacente a molto buono>
Distorsione geometrica/lineare	(+) n	(~) possibile
Pixel rotti	(-) fino a 8	(+) n
Segnale di ingresso	(+) analogico o digitale	(~) solo analogico
Ridimensionamento a diverse risoluzioni	(-) è assente oppure vengono utilizzati metodi di interpolazione che non richiedono grandi spese generali	(+) molto buono
Precisione del colore	(~) True Color è supportato e viene simulata la temperatura del colore richiesta	(+) True Color è supportato e sul mercato sono disponibili molti dispositivi per la calibrazione del colore, il che è decisamente un vantaggio
Correzione gamma (adattamento del colore alle caratteristiche della visione umana)	(~) soddisfacente	(+) fotorealistico
Uniformità	(~) spesso l'immagine risulta più luminosa ai bordi	(~) spesso l'immagine è più luminosa al centro
Purezza del colore/qualità del colore	(~) buono	(+) alto
Sfarfallio	(+) n	(~) non evidente sopra gli 85 Hz
Tempo di inerzia	(-) da 20 a 30 ms.	(+) trascurabile
Formazione dell'immagine	(+) L'immagine è formata da pixel, il cui numero dipende solo dalla risoluzione specifica del pannello LCD. Il passo dei pixel dipende solo dalla dimensione dei pixel stessi, ma non dalla distanza tra loro. Ogni pixel ha una forma individuale per garantire messa a fuoco, chiarezza e definizione superiori. L'immagine è più completa e fluida	(~) I pixel sono formati da un gruppo di punti (triadi) o strisce. Il passo di un punto o di una linea dipende dalla distanza tra punti o linee dello stesso colore. Di conseguenza, la nitidezza e la chiarezza dell'immagine dipendono fortemente dalla dimensione del dot pitch o del line pitch e dalla qualità del CRT
Consumi energetici ed emissioni	(+) Non ci sono praticamente radiazioni elettromagnetiche pericolose. Il consumo energetico è inferiore di circa il 70% rispetto ai monitor CRT standard (da 25 a 40 W).	(-) La radiazione elettromagnetica è sempre presente, ma il livello dipende dal fatto che il CRT soddisfi o meno gli standard di sicurezza. Il consumo energetico in condizioni operative è di 60 - 150 W.
Dimensioni/peso	(+) design piatto, leggero	(-) design pesante, occupa molto spazio
Monitorare l'interfaccia	(+) Interfaccia digitale, tuttavia, la maggior parte dei monitor LCD dispone di un'interfaccia analogica integrata per il collegamento alle uscite analogiche più comuni degli adattatori video	(-) Interfaccia analogica

Letteratura

• A.V.Petrochenkov “Hardware-computer e periferiche”, -106 pagina ill.
• V.E. Figurnov “PC IBM per l'utente”, -67 pagine.
• “HARD "n" SOFT" (rivista informatica per un'ampia fascia di utenti) n. 6 2003.
• N.I. Gurin "Lavorare su un personal computer" - 128 pagine.