Jak działa wyświetlacz ciekłokrystaliczny?

  25 lipiec 2010
Oceń ten artykuł
(0 głosów)

Działanie wyświetlacza ciekłokrystalicznego polega na wykorzystaniu zjawiska filtru polaryzującego, który pozwala podzielić światło na dwie grupy fal. Filtr przepuszcza wyłącznie fale o zgodnym z nim kierunku. Jeżeli za pierwszym filtrem polaryzującym ustawimy kolejny, obrócony wobec pierwszego o 90 stopni, całe światło zostanie zatrzymane.

Zmiana kąta ustawienia drugiego filtru polaryzującego pozwala manipulować ilością przepuszczanego światła. Ciekły kryształ jest takim filtrem. Składają się nań podłużne molekuły tworzące substancję o konsystencji cieczy. Pole elektryczne pozwala porządkować układ molekuł i sterować kątem przepuszczanych fal światła. W wyświetlaczach monochromatycznych zastosowanie kilku komórek do obsługi jednego elementu ekranu stosowane było często do uzyskiwania odcieni szarości, w wyświetlaczach kolorowych stosuje się dodatkowo filtry barwne.

Do wprowadzenia filtrów barwnych wymagane jest wprowadzenie trzech komórek do obsługi każdego elementu obrazu. Odpowiadają one za trzy kolory podstawowe - czerwony, zielony i niebieski. Każdą komórkę obsługuje osobny tranzystor. Takie elementy składowe punktów obrazu określa się niekiedy jako subpiksele (ang. subpixels). Możliwość niezależnego sterowania komórkami obrazu została wykorzystana przez firmę Microsoft do opracowania nowej metody poprawiania jakości wyświetlania tekstu przez wyświetlacze - poczynając od Windows XP, w oknie właściwości ekranu dostępna jest opcja ClearType.

Martwe punkty

Tzw. martwy punkt (ang. dead pixel) to taki, w którym komórka czerwona, zielona lub niebieska pozostaje trwale włączona lub trwale wyłączona. Najczęściej komórki "zastygają" w trybie aktywności. Ich nieprzyjemną cechą jest silne wyróżnianie się na ciemnym tle (jako czerwone, zielone lub niebieskie kropki). Mimo że nawet kilka takich punktów na ekranie może być dość nieprzyjemną usterką, producenci stosują dość zróżnicowane kryteria przy określaniu jaka liczba martwych punktów kwalifikuje wyświetlacz do wymiany. Bywa, że istotna jest nie tylko ich liczba, ale i położenie. Na szczęście, ciągłe ulepszanie technik produkcji zmniejsza prawdopodobieństwo, że będziemy musieli oglądać takie zjawisko na nowo zakupionym ekranie.

Choć nie ma sposobu naprawienia uszkodzonych pikseli, istnieje prosta technika, która niekiedy okazuje się pomocna. Autor jej samodzielnie naprawił kilka martwych punktów stukając w nie. Metoda ta była skuteczniejsza w przypadku pikseli zablokowanych w stanie aktywności.

Matryca aktywna

Większość wyświetlaczy z matrycą aktywną to rodzaj tablicy tranzystorów cienkowarstwowych (ang. thin film transistor - TFT). Jest metoda umożliwiająca upakowanie od 1 do 3 tranzystorów w każdym elemencie obrazu, na elastycznym materiale o wielkości i kształcie ekranu. Zapewnia to, że tranzystory poszczególnych pikseli znajdą się bezpośrednio pod komórkami kryształu, którymi będą sterować.

Do produkcji matryc aktywnych wykorzystuje się najczęściej jeden z dwóch procesów: krzemu amorficznego uwodornionego (a-Si) i niskotemperaturowy polikrzemowy (p-Si). Różnią się one przede wszystkim kosztem. Początkowo większość wyświetlaczy produkowana była w procesie a-Si, jako wymagającym niższych temperatur (mniej niż 400 stopni) niż ówczesny proces p-Si. Badania nad możliwościami obniżenia temperatury procesu polikrzemowego umożliwiły wprowadzenie go jako uzasadnionej ekonomicznie alternatywy.

Dla zwiększenia kąta widoczności obrazu najnowszych wyświetlaczy LCD niektórzy producenci modyfikują klasyczny układ matrycy TFT. Przykładem może być technika przełączania wewnątrzpłytowego (ang. in-plane switching, IPS) lub inaczej STFT. Obejmuje ona wyrównywanie pojedynczych komórek wyświetlacza równolegle do powierzchni szyby ochronnej poprzez utworzenie pola elektrycznego wprowadzającego komórki w ruch wirowy. Zapewnia to lepszy rozkład koloru w obszarze panelu. W technologii Super-IPS firma Hitachi wprowadza zygzakowe porządkowanie molekuł w miejsce stosowanego wcześniej układu wiersz-kolumna. Przyczynia się to do jeszcze większej jednolitości i ograniczenia przesunięć kolorów. W zbliżonej technice wielodomenowego wyrównywania pionowego (ang. multidomain vertical alignment - MVA) firmy Fujitsu, obraz dzieli się na obszary, w których kryształy ustawiane są pod niezależnymi kątami.

Zarówno technologia Super-IPS, jak i MVA zapewniają szerszy kąt widoczności obrazu niż rozwiązania tradycyjne. Ponieważ już sam rozmiar większych wyświetlaczy powoduje, że użytkownik często nie patrzy na część obrazu pod wymaganym kątem, technologie te, stosunkowo drogie, stosuje się głównie w dużych wyświetlaczach LCD (od 17 cali wzwyż). Korzystają z nich również inni producenci.

Matryca pasywna

W wyświetlaczu LCD z matrycą pasywną, jakie znajdziemy w starszych i tańszych modelach komputerów przenośnych, stan każdej komórki wyznaczają wyładowania elektryczne dwóch tranzystorów, należących do odpowiedniego wiersza i kolumny ekranu. Liczbę tranzystorów wyznacza w takim układzie rozdzielczość ekranu. Gdy wynosi 1024x768, wykorzystywane są 1024 tranzystory kolumn i 768 tranzystorów wierszy, razem 1792. W reakcji na impuls z obu tranzystorów komórka zaczyna działać jako filtr, którego położenie zależy od siły impulsu. Określenie supertwist (superskręt kryształu) określać ma jego położenie w pozycjach aktywny-nieaktywny. Im większy skręt, tym lepszy kontrast.

Wyładowania w matrycy pasywnej mają charakter impulsów. Stąd bierze się istotna przewaga matryc pasywnych, gdzie zasilanie wszystkich komórek jest stałe. Dla zwiększenia jasności obrazu praktycznie wszyscy producenci zaczęli stosować technikę podwójnego skanowania (ang. double-scan), polegającą na podzieleniu ekranu na część górną i dolną. Pozwoliło to skrócić czas między impulsami. Poza podwyższoną jasnością technika ta zapewnia skrócenie czasu reakcji, co jest zauważalne jako zwiększona szybkość wyświetlania. Zwiększa to użyteczność ekranów pasywnych w wyświetlaniu szybkozmiennych danych, jak również wideo i animacji.

Matryca aktywna a matryca pasywna - porównanie

W wyświetlaczu z matrycą aktywną, takim jak używane we współczesnych notebookach i wszystkich panelach biurkowych, za każdą komórką panelu ukryty jest tranzystor, zapewniający jej ładowanie i polaryzację fal świetlnych. Oznacza to, że wyświetlacz o rozdzielczości 1024x768 (rozdzielczość typowa dla ekranu 15-calowego) zawiera 786 432 tranzystory. Zapewnia to jaśniejszy obraz niż w przypadku matrycy pasywnej, ponieważ każda komórka kryształu jest stale zasilana. Z tej samej przyczyny większy jest pobór prądu, czego konsekwencją jest skrócenie czasu pracy akumulatorów komputera przenośnego. Duża liczba tranzystorów w układzie wymaga drogiej technologii produkcji. Płacąc wyższą cenę, uzyskujemy jednak ekran szybko reagujący na zmiany, czytelny w jasnym pomieszczeniu, a nawet na zewnątrz, i widoczny pod szerokim kątem.

Zarówno w wyświetlaczach z matrycą pasywną, jak i w wyświetlaczach z matrycą aktywną, drugi filtr polaryzujący steruje ilością przepuszczanego przez komórkę światła. Kryształy w poszczególnych komórkach ustawiane są odpowiednio do wymaganej jasności.

Wyświetlacze LCD stosowane w kieszonkowych notesach elektronicznych i panelach przemysłowych operują odcieniami szarości (do 64) poprzez zmianę jasności komórek lub uaktywniając je naprzemiennie. Wyświetlacze kolorowe operują jasnością poszczególnych komórek w celu utworzenia punktu obrazu o odpowiednim kolorze. Wyświetlacze z matrycą pasywną podwójnego skanowania (DSTN) były przez pewien czas wykorzystywane w tańszych notebookach jako rozwiązanie bliskie jakościowo matrycy aktywnej, a cenowo - modelom z matrycą pasywną. Mimo że panele DSTN zapewniają lepszą jakość obrazu oglądanego "na wprost", kąt widoczności obrazu pozostaje praktycznie niezmieniony. Większość modeli ekonomicznych komputerów przenośnych jest obecnie produkowana z wyświetlaczami TFT.

Patrząc na rozwój technologii, warto zwrócić uwagę, że dużym problemem sprawianym przez wyświetlacze z matrycą aktywną była duża liczba odrzutów podczas produkcji, która wymuszała wysokie ceny. Wiele wytworzonych paneli nie mieściło się w podstawowych normach jakości (liczby uszkodzonych pikseli). Dopiero niedawno dopracowano procesy produkcyjne, zwiększyła się też liczba wytwórni. Wynikiem togo jest cena rzędu 1000 zł za jeden z najnowszych, 15-calowych paneli biurkowych.

Dawniej do podświetlania ekranu LCD niezbędna była pewna liczba miniaturowych lamp katodowych, obecnie zastępuje je lampa pojedyncza, o rozmiarze papierosa. Włókna światłowodowe rozprowadzają światło równomiernie na całym obszarze ekranu.

Technologie supertwist i triple-supertwist umożliwiają oglądanie zawartości ekranu LCD pod większymi kątami, zapewniają też lepszy kontrast i jasność. Dla zwiększenia czytelności, zwłaszcza przy słabym świetle, w niemal wszystkich komputerach przenośnych stosuje się podświetlanie. Źródło światła umieszcza się albo za panelem lub wzdłuż jego krawędzi. Elementu tego pozbawione są jedynie najstarsze, tanie modele. Funkcje zarządzania energią dbają o zredukowanie poziomu światła, gdy jest to istotne dla przedłużenia czasu pracy akumulatorów.

Skomentuj

Popularne Artykuły

Pomagaj z nami

Warto zobaczyć

Reklama

Nowości

Bestsellery książkowe

  • Autor:
  • Cena:
  • Status:

Książka chwilowo niedostępna.

Szukaj

Newsletter

Kupuj najtaniej

Społeczność

 

Orgy
Orgy
Orgy
Blowjob
Creampie
Creampie
Orgy
Threesome
Threesome
Creampie
Anal