Устройство LCD монитора

Работа LCD телевизора

В ЖК-телевизоре есть два тонких стеклянных листа, которые состоят из затворов. Задний лист поляризует пленку, является активным компонентом матрицы, обращаясь к электродам, а затем к директорам. Единственное отличие от переднего листа – отсутствие активных компонентов матрицы, которые заменяются цветными фильтрами. Пространство между ними заполнено жидкими кристаллами.

Затворы соединяются с управляющей электроникой и лампой подсветки для создания изображения. Подсветка, как правило, состоит из одной лампы и диффузора или матового зеркала для распространения света. В случае больших дисплеев может использоваться больше одной лампы.

LCD-телевизоры обеспечивают высокое разрешение изображения, отличное его качество. Они представляют собой захватывающий синтез дизайна и технологий.

Свет, жидкие кристаллы

Аббревиатура LCD расшифровывается как "Liquid crystal display", что с английского переводится как жидкокристаллический дисплей. Принцип его работы достаточно прост и основан на использовании жидких кристаллов. Жидкими они называются из-за того, что являются жидкостями, а кристаллами из-за анизотропии их свойств: к примеру их прозрачность может зависеть от направления падения света на образец этой жидкости. Их кристаллические свойства возникают из-за формы молекул - у жидких кристаллов она вытянутая. Эти молекулы в жидкости ориентированы в одну сторону, словно карандаши в пенале или спички в коробке.

Если на такую жидкость пустить свет, то произойдет следующее: через строй молекул пройдет только свет с линейной поляризацией, плосткость которой совпадает с ориентацией молекул. Если вспомнить пример с карандашами, то плоскость поляризации света - это бумажный лист. Так вот этот лист пройдет между карандашами если будет совпадать с их направлением. Но если лист перпендикулярен карандашам в пачке - то он не пройдет. То же самое со светом, волна которого колеблется в такой плоскости: если в примере с карандашом нарисовать на листе синусоиду, то получим весьма точную иллюстрацию распространения волны.

Итак, в жидкокристаллических мониторах жидкие кристаллы используются следующим образом. Берется две стеклянные пластины с тонким слоем жидких кристаллов между ними. Внутренние стороны пластин испещрены бороздками, чтобы молекулы у их поверхности были ориентированы в определенном направлении. И эти направления перпендикулярны у этих пластин. Получается, что у одной стеклянной пластинки молекулы ориентированы, допустим, вертикально, а у другой уже горизонтально. Это приводит к тому, что в толще жидкости ориентация молекул поворачивается от одной стеклянной пластинки к другой, в целом получается спираль, которую образуют ориентации молекул.

Если через первую пластинку проходит свет с вертикальной поляризацией, то он беспрепятственно проходит в жидкость. А дальше из-за поворота оси ориентации молекул в слое жидкости точно так же поворачивается и ось поляризации света. Когда свет выходит к другой пластинке, его ось поляризации уже перпендикулярна к начальной.
Пластинки с жидкими кристаллами между ними - это только половина конструкции. На самом деле свет ведь состоит из волн с разной поляризацией, не только вертикальной как в примере. Эту смесь необходимо фильтровать. И это делается с помощью поляризационного фильтра. По одному фильтру находится с внешней стороны стеклянных пластинок, и они тоже перпендикулярны, также как и оси жидких кристаллов у пластинок. Когда смесь световых волн с разной поляризацией попадает на одну сторону этого "бутерброда", первый фильтр пропускает только волны с вертикальной поляризацией. Они проходят сквозь жидкие кристаллы и выходят ко второму фильтру уже с горизонтальной поляризацией. Затем беспрепятственно проходят через второй фильтр, так как у того горизонтальная поляризация. Так что "бутерброд" прозрачен. Конечно, он пропускает не весь свет, только с определенной поляризацией, но в целом прозрачен.

Для того, чтобы получить изображение на таком экране, необходимо регулировать прохождение света в разных областях этого экрана. К примеру, сформировать темное пятно. Для этого есть способ: необходимо, чтобы в области, которая должна быть темной, молекулы поворачивали свою ось ориентации по спирали в плоскости, параллельной стеклянным пластинам, а вытянулись бы от пластинки к пластинке. В таком случае они не оказывают никакого влияния на свет. Тогда свет пройдет с вертикальной поляризацией от первый поляризатора до поляризатора с горизонтальной осью и тот не пропустит этот свет. Получится непрозрачное пятно. Если свет пойдет со стороны горизонтального поляризатора, то через него пройдет только горизонтально поляризованный свет, который не пройдет через поляризатор с вертикальной осью.

Для того, чтобы ориентация молекул стала перпендикулярной плоскостям "бутерброда", достаточно подать напряжение от горизонтально ориентирующей стеклянной пластинки к вертикально ориентирующей. Для этого применяют прозрачные электроды. Они нанесены на внутреннюю поверхность стеклянных пластин. Если подать напряжение на эти электроды, то слой жидких кристаллов между ними изменит направление ориентации и монитор станет непрозрачным в этом месте. Степень непрозрачности зависит от величины напряжения. Так что если форма электродов квадратная, то подав напряжение на них, получим темный квадратный пиксель. Не трудно догадаться, что если оси поляризаторов совпадают, то если мы подадим напряжение на электроды, то пиксель в этом случае будет наоборот прозрачным. Области без напряжения будут темными.

В цветных мониторах эта конструкция немного сложнее: там используются стеклянные цветные фильтры, окрашивающие свет в один из трех цветов: красный, синий, зеленый. Смешивая эти три основных цвета, можно получить миллионы оттенков. Так что обычный белый пиксель на мониторе - на самом деле три рядом расположенных цветных пикселя, которые в данный момент горят.

Вся матрица представляет собой по сути поле из огромного числа пикселей. Если разрешение монитора 1920x1080, то на экране 1920x1080=2'073'600 белых пикселей. Так как каждый белый пиксель - это 3 цветных, то получается, что на экране 2'073'600x3=6'220'800 пикселей. Больше 6 миллионов!

Собственно, конструкция монитора следующая: с обратной стороны матрицы на нее подается рассеянный белый свет. Он попадает на матрицу и проходит через нее только в тех местах, где это позволяют сделать пиксели. За счет цветных фильтров в пикселях белый свет окрашивается, а за счет изменения прозрачности пикселей с помощью напряжения, свет изменяет свою интенсивность.

Дата добавления: 2017-01-14