Для многих жидкокристаллические дисплеи (LCD) ассоциируются, прежде всего, с плоскими мониторами, "крутыми" телевизорами, ноутбуками, видеокамерами и сотовыми телефонами. Некоторые добавят сюда КПК, электронные игры, банковские автоматы. Но существует еще множество областей, где необходимы дисплеи с высокой яркостью, прочной конструкцией, работающие в широком диапазоне температур.
Плоские дисплеи нашли применение там, где критичными параметрами являются минимальные энергопотребление, вес и габариты. Машиностроение, автомобильная промышленность, железнодорожный транспорт, морские буровые установки, горное оборудование, наружные торговые точки, авиационная электроника, морской флот, специальные транспортные средства, системы безопасности, медицинское оборудование, вооружение - вот далеко не полный перечень применений жидкокристаллических дисплеев.
Постоянное развитие технологий в этой области позволило снизить стоимость производства LCD до такого уровня, при котором произошел качественный переход: дорогая экзотика стала обыденным явлением. Важным фактором быстрого распространения ЖК-дисплеев в промышленности стала и простота применения.
В этой статье рассматриваются основные параметры различные типов жидкокристаллических дисплеев, что позволит сделать осознанный и правильный выбор LCD для каждого конкретного применения (метод "побольше и подешевше" практически всегда оказывается слишком дорогим).
Все многообразие ЖК-дисплеев можно разделить на несколько типов в зависимости от технологии производства, конструкции, оптических и электрических характеристик.
Технология
В настоящее время при производстве LCD применяются две технологии (рис.1): пассивная матрица (PMLCD-STN) и активная матрица (AMLCD).
Технологии MIM-LCD и Diode-LCD не получили широкого распространения и поэтому не будем на них тратить время.
Рис. 1. Виды технологий жидкокристаллических дисплеев
STN (Super Twisted Nematic)- матрица, состоящая из ЖК-элементов с изменяемой прозрачностью.
TFT (Thin Film Transistor)- активная матрица, в которой каждый пиксел управляется отдельным транзистором.
По сравнению с пассивной матрицей, TFT LCD имеет более высокую контрастность, насыщенность, меньшее время переключения (нет "хвостов" у движущихся объектов).
Управление яркостью в жидкокристаллическом дисплее основано на поляризации света (курс общей физики): свет поляризуется, проходя через поляризационный фильтр (с определенным углом поляризации). При этом наблюдатель видит только снижение яркости света (почти в 2 раза). Если за этим фильтром поставить еще один такой фильтр, то свет будет полностью поглощаться (угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу поляризации первого) или полностью проходить (углы поляризации совпадают). При плавном изменении угла поляризации второго фильтра интенсивность проходящего света будет также плавно изменяться.
Принцип действия и "бутербродная" структура всех TFT LCD примерно одинакова (рис. 2). Свет от лампы подсветки (неоновая или светодиоды) проходит через первый поляризатор и попадает в слой жидких кристаллов, управляемых тонкопленочным транзистором (TFT). Транзистор создает электрическое поле, которое формирует ориентацию жидких кристаллов. Пройдя такую структуру, свет меняет свою поляризацию и будет - или полностью поглощен вторым поляризационным фильтром (черный экран), или не будет поглощаться (белый), или поглощение будет частичным (цвета спектра). Цвет изображения определяют цветовые фильтры (аналогично электронно-лучевым трубкам, каждый пиксел матрицы состоит из трех субпикселов - красного, зеленого и голубого).
Рис. 2. Структура TFT LCD
Пиксел TFT
Цветные фильтры для красного, зелёного и синего цветов интегрированы в стеклянную основу и расположены близко друг к другу. Это может быть вертикальная полоса, мозаичная структура или дельта-структура (рис. 3). Каждый пиксел (точка) состоит из трёх ячеек указанных цветов (субпикселей). Это означает, что при разрешении m x n активная матрица содержит 3m x n транзисторов и субпикселов. Шаг пиксела (с тремя субпикселами) для 15.1" TFT ЖК-дисплея (1024 x 768 точек) составляет примерно 0.30 мм, а для 18.1" (1280 x 1024 точки)- 0.28 мм. TFT LCD имеют физическое ограничение, которое определяется максимальной площадью экрана. Не ждите разрешения 1280 x 1024 при диагонали 15" и шаге точки 0.297 мм.
Рис. 3. Структура цветного фильтра
На близком расстоянии точки явственно различимы, но это не беда: при формировании цвета используется свойство человеческого глаза смешивать цвета при угле зрения менее 0,03°. На расстоянии 40 см от ЖК-дисплея при шаге между субпикселами 0,1 мм угол зрения составит 0,014° (цвет каждого субпиксела различит только человек с орлиным зрением).
Типы ЖК-дисплеев
TN (Twist Nematic) TFT или TN+Film TFT - первая технология, появившаяся на рынке ЖК-дисплеев, основное достоинство которой& - дешевизна. Недостатки: черный цвет больше похож на темно-серый, что приводит к низкой контрастности изображения, "мертвые" пиксели (при выходе из строя транзистора) очень яркие и заметные.
IPS (In-Pane Switching) (Hitachi) или Super Fine TFT (NEC, 1995 год). Характеризуется наибольшим углом обзора и высокой точностью цветопередачи. Угол обзора расширен до 170°, остальные функции - как у TN+Film (время отклика порядка 25мс), практически идеальный черный цвет. Преимущества: хорошая контрастность, "мертвый" пиксель - черный.
Super IPS (Hitachi), Advansed SFT (производитель - NEC). Достоинства: яркое контрастное изображение, искажения цвета почти незаметны, увеличены углы обзора (до 170° по вертикали и по горизонтали) и обеспечена исключительная четкость.
UA-IPS (Ultra Advanced IPS), UA-SFT (Ultra Advanced SFT) (NEC). Время реакции достаточно для обеспечения минимальных искажений цвета при просмотре экрана под разными углами, повышенная прозрачность панели и расширение цветовой гаммы при достаточно высоком уровне яркости.
MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) (Fujitsu).Основное преимущество - наименьшее время реакции и высокая контрастность. Главный недостаток - высокая стоимость.
PVA (Patterned Vertical Alignment) (Samsung). Микроструктурное вертикальное размещение ЖК.
Конструкция
Конструкция жидкокристаллического дисплея определяется расположением слоев в "бутерброде" (включая и светопроводящий слой) и имеет наибольшее значение для качества изображения на экране (в любых условиях: от темного помещения до работы при солнечном свете). В настоящее время используются три основных типа цветных LCD:
Компромиссной разновидностью пропускающего типа дисплея для работы, как в помещении, так и при внешнем освещении, является полупрозрачный (transflective) тип конструкции.
Пропускающий тип дисплея (transmissive) . В этом типе конструкции свет поступает сквозь жидкокристаллическую панель с задней стороны (подсветка) (рис. 4).По этой технологии сделаны большинство ЖК-дисплеев, используемых в ноутбуках и карманных компьютерах. Transmissive LCD имеет высокое качество изображения в помещении и низкое (черный экран) при солнечном свете, т.к. отраженные от поверхности экрана солнечные лучи полностью подавляют свет, излучаемый подсветкой. Эта проблема решается (в настоящее время) двумя способами: увеличением яркости задней подсветки и уменьшением количества отраженного солнечного света.
Рис. 4. Конструкция жидкокристаллического дисплея пропускающего типа
Для работы при дневном освещении в тени необходима лампа подсветки, обеспечивающая 500 кд/м2, при прямом солнечном свете - 1000 кд/м 2 . Яркости в 300 кд/м 2 можно добиться путем предельного увеличения яркости одной лампы CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) или добавлением второй лампы, расположенной напротив. Модели жидкокристаллических дисплеев с повышенной яркостью используют от 8 до 16 ламп. Однако увеличение яркости подсветки увеличивает расход энергии батарей (одна лампа подсветки потребляет около 30% энергии, используемой устройством). Следовательно, экраны с повышенной яркостью можно использовать только при наличии внешнего источника питания.
Уменьшение количества отраженного света достигается нанесением антиотражающего покрытия на один или несколько слоев дисплея, заменой стандартного поляризационного слоя на минимально отражающий, добавлением пленок, повышающих яркость и, таким образом, увеличивающих эффективность источника света. В ЖК-дисплеях Fujitsu преобразователь заполняется жидкостью с коэффициентом рефракции, равным коэффициенту рефракции сенсорной панели, что значительно сокращает количество отраженного света (но сильно сказывается на стоимости).
Полупрозрачный тип дисплея (transflective) похож на пропускающий, но у него между слоем жидких кристаллов и подсветкой имеется т. н. частично отражающий слой (рис.5). Он может быть или частично серебряным, или полностью зеркальным со множеством маленьких отверстий. Когда такой экран используется в помещении, он работает аналогично transmissive LCD, в котором часть освещения поглощается отражающим слоем. При дневном освещении солнечный свет отражается от зеркального слоя и освещает слой ЖК, при этом свет проходит жидкие кристаллы дважды (внутрь, а затем наружу). Как следствие, качество изображения при дневном освещении ниже, чем при искусственном освещении в помещении, когда свет проходит LCD один раз.
Рис. 5. Конструкция жидкокристаллического дисплея полупрозрачного типа
Баланс между качеством изображения в помещении и при дневном освещении достигается подбором характеристик пропускающего и отражающего слоев.
Отражающий тип дисплея (reflective) имеет полностью отражающий зеркальный слой. Все освещение (солнечный свет или свет передней подсветки) (рис. 6), проходит сквозь ЖКИ, отражается от зеркального слоя и снова проходит сквозь ЖКИ. В этом случае качество изображения у дисплеев отражающего типа ниже, чем у полупропускающего (так как в обоих случаях используются сходные технологии). В помещении передняя подсветка не так эффективна, как задняя, и, соответственно, качество изображения - ниже.
Рис. 6. Конструкция жидкокристаллического дисплея отражающего типа
Основные параметры жидкокристаллических панелей
Разрешение. Цифровая панель, число пикселей в которой строго соответствует номинальному разрешению, должна корректно и быстро масштабировать изображение. Простой способ проверки качества масштабирования - изменение разрешения (на экране текст, написанный мелким шрифтом). По контурам букв легко заметить качество интерполяции. Качественный алгоритм дает ровные, но немного размытые буквы, тогда как быстрая целочисленная интерполяция обязательно вносит искажения. Быстродействие - второй параметр разрешения (для масштабирования одного кадра требуется время на интерполяцию).
Мертвые пиксели. На плоской панели могут не работать несколько пикселей (они всегда одного цвета), которые появляются в процессе производства и восстановлению не подлежат.
Стандарт ISO 13406-2 определяет предельные значения количества дефектных пикселов на миллион. В соответствии с таблицей ЖК-панели делятся на 4 класса.
Таблица 1
Тип 1 - постоянно светящиеся пиксели (белый); Тип 2 - "мертвые" пиксели (черный); Тип 3 - дефектные красные, синие и зеленые субпиксели.Угол обзора. Максимальный угол обзора определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения уменьшается в 10 раз. Но в первую очередь при изменении угла обзора от 90(видны искажения цвета. Поэтому, чем больше угол обзора, тем лучше. Различают горизонтальный и вертикальный угол обзора, рекомендуемые минимальные значения - 140 и 120 градусов соответственно (наилучшие углы обзора даёт технология MVA).
Время отклика (инерционность)- время, за которое транзистор успевает изменить пространственную ориентацию молекул жидких кристаллов (чем меньше, тем лучше). Для того чтобы быстро движущиеся объекты не казались смазанными, достаточно времени отклика 25 мс. Этот параметр состоит из двух величин: времени на включение пикселя (come-up time) и времени на выключение (come-down time). Время отклика (точнее, время выключения как наибольшее время, за которое отдельный пиксель максимально изменяет свою яркость) определяет частоту обновления изображения на экране
FPS = 1 с/время отклика.
Яркость - преимущество ЖК-дисплея, которая в среднем в два раза выше показателей ЭЛТ: с увеличением интенсивности лампы подсветки сразу возрастает яркость, а в ЭЛТ необходимо усиливать поток электронов, что приведёт к значительному усложнению её конструкции и повысит электромагнитное излучение. Рекомендуемое значение яркости - не менее 200 кд/м 2 .
Контрастность определяется как соотношение между максимальной и минимальной яркостью. Основная проблема заключается в сложности получения точки чёрного цвета, т.к. лампа подсветки включена постоянно и для получения тёмных тонов используется эффект поляризации. Чёрный цвет зависит от качества перекрытия светового потока подсветки.
ЖК-дисплеи как сенсоры. Снижение стоимости и появление моделей LCD, работающих в жестких условиях эксплуатации, позволило совместить в одном лице (в лице жидкокристаллического дисплея) средство вывода визуальной информации и средство ввода информации (клавиатура). Задача построения такой системы упрощается использованием контроллера последовательного интерфейса, который подключается, с одной стороны, к ЖК-дисплею, а с другой - непосредственно к последовательному порту (СОМ1 - СОМ4) (рис.7). Для управления, декодирования сигналов и подавления "дребезга" (если так можно назвать определение прикосновения) применяется PIC-контроллер (например, IF190 фирмы Data Display), обеспечивающий высокое быстродействие и точность определения точки прикосновения.
Рис. 7. Блок-схема TFT LCD на примере NL6448BC-26-01 дисплея фирмы NEC
Завершим на этом теоретические изыскания и перейдем к реалиям сегодняшнего дня, а точнее - к тому, что имеется сейчас на рынке жидкокристаллических дисплеев. Среди всех изготовителей TFT LCD рассмотрим продукцию NEC, Sharp, Siemens и Samsung. Выбор этих фирм обусловлен
Компания NEC Corporation выпускает жидкокристаллические дисплеи (20% рынка) практически с момента их появления и предлагает не только широкий выбор, но и различные варианты исполнения: стандартный (Standard), специальный (Special) и особый (Specific). Стандартный вариант - компьютеры, офисное оборудование, домашняя электроника, коммуникационные системы и т.п. Специальное исполнение применяется на транспорте (любом: наземном и морском), системах управления движением, системах безопасности, медицинском оборудовании (не связанном с системами жизнеобеспечения). Для систем вооружений, авиации, космического оборудования, систем управления ядерными реакторами, систем жизнеобеспечения и других аналогичных предназначен особый вариант исполнения (понятно, что стоит это недешево).
Перечень выпускаемых ЖК-панелей для промышленного применения (инвертер для лампы подсветки поставляется отдельно) приведен в таблице 2, а блок-схема (на примере 10-дюймового дисплея NL6448BC26-01)- на рис. 8.
Рис. 8. Внешний вид дисплея
Таблица 2. Модели ЖК-панелей фирмы NEC
| Модель | Размер по диагонали, дюйм | Количество пикселей | Число цветов | Описание |
| NL8060BC31-17 | 12,1 | 800x600 | 262144 | Высокая яркость (350кд/м 2) |
| NL8060BC31-20 | 12,1 | 800x600 | 262144 | Широкий угол обзора |
| NL10276BC20-04 | 10,4 | 1024x768 | 262144 | - |
| NL8060BC26-17 | 10,4 | 800x600 | 262144 | - |
| NL6448AC33-18A | 10,4 | 640x480 | 262144 | Встроенный инвертор |
| NL6448AC33-29 | 10,4 | 640x480 | 262144 | Высокая яркость, широкий угол обзора, встроенный инвертор |
| NL6448BC33-46 | 10,4 | 640x480 | 262144 | Высокая яркость, широкий угол обзора |
| NL6448CC33-30W | 10,4 | 640x480 | 262144 | Без подсветки |
| NL6448BC26-01 | 8,4 | 640x480 | 262144 | Высокая яркость (450 кд/м 2) |
| NL6448BC20-08 | 6,5 | 640x480 | 262144 | - |
| NL10276BC12-02 | 6,3 | 1024x768 | 16, 19M | - |
| NL3224AC35-01 | 5,5 | 320x240 | Full color | |
| NL3224AC35-06 | 5,5 | 320x240 | Full color | Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор, тонкий |
| NL3224AC35-10 | 5,5 | 320x240 | Full color | Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор |
| NL3224AC35-13 | 5,5 | 320x240 | Full color | Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор |
| NL3224AC35-20 | 5,5 | 320x240 | 262, 144 | Высокая яркость (400 кд/м 2) |
Сыграла значительную роль в развитии LCD-технологий. Компания Sharp и сейчас находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. В 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы с разрешением 160х120 пикселов. Краткий перечень продукции - в таблице 3.
Таблица 3. Модели ЖК-панелей фирмы Sharp
Выпускает жидкокристаллические дисплеи с активной матрицей на низкотемпературных поликремниевых тонкопленочных транзисторах. Основные характеристики дисплеев с диагональю 10,5" и 15" приведены в таблице 4. Обратите внимание на диапазон рабочих температур и стойкость к ударам.
Таблица 4. Основные характеристики ЖК-дисплеев фирмы Siemens
Примечания:
I - встроенный инвертор l - в соответствии с требованиями стандарта MIL-STD810
Фирма выпускает жидкокристаллические дисплеи под торговой маркой "Wiseview™". Начав с выпуска 2-дюймовой TFT панели для поддержки Интернета и анимации в мобильных телефонах, Samsung теперь производит гамму дисплеев от 1,8" до 10,4" в сегменте малых и средних TFT LCD, причем некоторые модели предназначены для работы при естественном освещении (таблица 5).
Таблица 5. Основные характеристики ЖК-дисплеев Samsung малых и средних размеров
Примечания:
LED - светодиодная; CCFL - флуоресцентная лампа с холодным катодом;
В дисплеях используется технология PVA.
Выводы.
В настоящее время выбор модели жидкокристаллического дисплея определяется требованиями конкретного применения и в значительно меньшей степени - стоимостью LCD.
Компания Tianma Microelectronics на сегодняшний день является одним из самых крупных производителей жидкокристаллических дисплеев.
Дисплеи Tianma нашли применение в самых разнообразных областях: мобильная телефония, MP3/MP4-плееры, телекоммуникационные и навигационные системы, автомобильные системы, цифровая фотография и др. Продукцию компании используют в своих изделиях такие бренды как: AT&T, Alcatel, BBK, Bosсh, Casio, Citroen, Denon, Funai, General Electric, Grundig, LG, Magellan, Motorola, NEC, Pioneer, Polaroid, Ricoh, Samsung, Siemens и Thomson.
Tianma Microelectronics была основана в Китае в 1983 году. Сейчас она имеет в своем составе несколько научно-исследовательских центров и фабрик. Работают представительства в Германии (Карлсруэ), США (Калифорния), Корее (Кенгидо) и Тайване (Таоюан).
В 1984 году компания освоила массовое производство незамысловатых (по нынешним меркам) TN LCD-дисплеев. В июле 2011 года управляющая компания AVIC International Group приобрела подразделение NEC LCD Technologies, специализирующееся на дисплеях. Сегодня, кроме TN, Tianma может предложить STN, CSTN и TFT-дисплеи.
LCD TFT (Liquid crystal display Thin film transistor ) — наиболее распространенный вид жидкокристаллических дисплеев (рис. 1). Своим названием они обязаны тонкопленочному транзистору (TFT), являющемуся разновидностью полевого, в котором металлические контакты и полупроводниковый канал изготавливаются в виде тонких пленок. TFT используется для управления жидкими кристаллами, т.е. для формирования цвета пикселей.
Рис. 1.
В первых TFT-дисплеях, появившихся в 1972 году, использовался селенид кадмия, обладающий высокой подвижностью электронов и поддерживающий высокую плотность тока, но со временем был осуществлен переход на аморфный кремний (a-Si). Кроме аморфного кремния на данный момент разработано много других технологий, но лидером по объему производства пока остается a-Si. Именно по этой технологии изготавливает свои TFT-дисплеи компания Tianma.
Дисплей состоит из ЖК-матрицы, источников света для подсветки, контактного жгута и корпуса. Каждый пиксель ЖК-матрицы представляет собой слой молекул между двумя прозрачными электродами и два поляризационных фильтра. А пиксели в свою очередь составлены из субпикселей (рис. 2), формирующих различные цвета. Поверхность электродов специально обработана для изначальной ориентации молекул жидких кристаллов в одном направлении.
Рис. 2.
Такая структура поворачивает плоскость поляризации световой волны, и, доходя до второго фильтра, свет проходит его без потерь.
Если к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что приводит к разрушению винтовой упорядоченности. С ростом напряженности электрического поля спираль постепенно раскручивается, и через второй фильтр проходит все меньше и меньше света.
При определенной величине поля почти все молекулы становятся параллельны, и плоскость поляризации света практически не вращается. Это приводит к непрозрачности структуры. Таким образом, меняя напряжение, подаваемое на электроды, можно управлять степенью прозрачности и, соответственно, интенсивностью свечения субпикселей.
Для описания TFT-дисплеев используется много параметров. Рассмотрим наиболее важные из них:
Для соединения ЖК-панели с управляющим микропроцессором Tianma предлагает на выбор несколько интерфейсов: параллельный цифровой интерфейс (CPU 8/16 bit), последовательный периферийный интерфейс (SPI), RGB-интерфейс и интерфейс низковольтной дифференциальной передачи сигналов (LVDS).
Остановимся подробнее на каждом из них:
С точки зрения количества связей интерфейс является довольно громоздким. Больше всего цифровых линий уходит на передачу трех цветов: 6/8 линий (разрядов) на цвет — суммарно 18 или 24. Плюс к этому — сигналы тактовой частоты, строчной и кадровой синхронизации.
Интерфейс имеет много недостатков: большое количество связей, сложность синхронизации при передаче данных на высоких частотах (т.е. при работе с высоким разрешением) и низкая помехозащищенность.
LVDS реализует дифференциальную передачу данных, что обеспечивает высокую помехозащищенность интерфейса и позволяет добиться высокой пропускной способности. LVDS подразумевает наличие в схеме трансмиттеров и ресиверов. Трансмиттер подключается к управляющему микроконтроллеру. Ресивер располагается на LCD-панели.
Передачу данных обеспечивают пять дифференциальных пар: четыре пары используются для передачи данных и одна — для передачи тактовых сигналов.
LVDS используется для передачи как 18-разрядного цветового кода (три цвета по 6 бит), так и для 24-разрядного цвета (три цвета по 8 бит). Передача одного цвета происходит сразу по нескольким дифференциальным парам. Сигналы строчной и кадровой синхронизации также поступают на LCD-панель через дифференциальные каналы.
Для увеличения пропускной способности этого интерфейса National Semiconductor расширила интерфейс LVDS и удвоила количество дифференциальных пар, используемых для передачи данных. Это усовершенствование получило название LDI — LVDS Display Interface. В документации Tianma такой вариант интерфейса обозначается как «LVDS 2 port».
Как было сказано выше, LDI получил восемь дифференциальных пар, предназначенных для передачи данных, и две дифференциальные пары тактовых сигналов, т.е. LDI, по сути дела, представляет собой два независимых полнофункциональных канала LVDS, передача данных в каждом из которых осуществляется собственным тактовым сигналом.
Соответственно, наличие двух каналов позволило вдвое увеличить пропускную способность интерфейса. Теперь за один пиксельный такт можно передать информацию о двух пикселях. При такой организации один канал предназначен для передачи четных точек экрана (Even), а второй — для нечетных (Odd).
Часто TFT-дисплеи комплектуются сенсорными экранами, получившими сейчас небывалое распространение в мобильных телефонах, игровых консолях, платежных терминалах и прочих устройствах. Наиболее востребованы два типа сенсорных экранов: резистивные и емкостные.
Резистивные сенсорные экраны обладают рядом достоинств, которые позволили им занять очень большую долю на рынке. Самое главное их преимущество — низкая цена. Кроме этого резистивные экраны обладают стойкостью к загрязнению: т.е. загрязнение не нарушает работу сенсорного экрана. Экраны реагируют на прикосновение практически любым твердым гладким предметом.
Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны, на которые нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами. Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, и контроллер регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты прикосновения.
Емкостные сенсорные экраны обладают лучшим светопропусканием и большей долговечностью по сравнению с резистивными, но восприимчивы к воздействию влаги и токопроводящих загрязнений. Экраны реагируют на прикосновение только токопроводящего предмета (пальца или специального стилуса). То есть, если вы захотите воспользоваться обычным стилусом или любым другим твердым предметом, экран на ваше касание никак не отреагирует. По точности определения координат емкостные экраны ни в чем не уступают резистивным.
Принцип работы экрана этого типа основан на способности человеческого тела проводить электрический ток. В основе емкостного экрана лежит стеклянная подложка, на поверхность которой нанесен резистивный материал, прикрытый токопроводящей пленкой. В момент касания пальцем экрана возникает электрический ток, а специальный контроллер вычисляет координаты касания.
Ассортимент TFT-дисплеев, выпускаемых компанией Tianma, достаточно обширен. Формат данной статьи не позволяет рассказать о всех моделях, поэтому в таблице 1 представлен краткий обзор дисплеев, сгруппированных по диагонали и разрешению. Для детального ознакомления со всей линейкой лучше обратится к сайту производителя по адресу: http://tianma-europe.com/products/tftcolormodules/index.html .
Таблица 1. TFT-дисплеи компании Tianma
| Диагональ, дюйм | Разрешение | Яркость, кд/м 2 | Интерфейс |
|---|---|---|---|
| 1,44 | 128×128 | 180 | CPU 8 bit, SPI |
| 1,45 | 128×128 | 140 | CPU 8 bit |
| 1,77 | 128×160 | 250 | CPU 8 bit |
| 2,0 | 176×220 | 220 | CPU 8/16 bit |
| 2,0 | 240×320 | 170…200 | CPU 8/16 bit, SPI |
| 2,2 | 240×320 | 90…220 | CPU 8/16 bit, RGB18 bit, SPI |
| 2,3 | 320×240 | 250 | CPU 8/16 bit |
| 2,4 | 240×320 | 180…310 | CPU 8/16 bit |
| 2,7 | 320×240 | 300 | 8-bit RGB/ CCIR656/601 |
| 2,8 | 240×320 | 210…260 | CPU 8/16 bit |
| 2,8 | 240×400 | 220 | CPU 16 bit |
| 3,2 | 240×400 | 250…350 | RGB 18 bit, CPU 8/16/18 bit |
| 3,5 | 240×320 | 80…100 | RGB 6bit, SPI |
| 3,5 | 320×240 | 300…350 | RGB 24bit |
| 3,5 | 272×480 | 300 | CPU 8/9/16/18 bit |
| 3,5 | 320×480 | 300 | CPU / RGB |
| 4,3 | 480×272 | 280…400 | RGB 24bit |
| 4,7 | 480×272 | 280…320 | RGB 24bit |
| 5,0 | 640×480 | 350 | RGB 18 bit, SPI |
| 5,0 | 800×480 | 250…300 | RGB 24 bit |
| 5,6 | 320×234 | 200…330 | analog RGB |
| 5,7 | 320×240 | 320…450 | RGB 18 bit |
| 5,7 | 640×480 | 400 | RGB 18 bit |
| 6,0 | 800×480 | 280…400 | RGB 24 bit |
| 6,2 | 800×480 | 400 | RGB 24 bit |
| 6,95 | 800×480 | 280…400 | RGB 18 bit |
| 6,95 | 1280×800 | 400 | LVDS |
| 7,0 | 800×480 | 280…500 | RGB 24/18 bit |
| 7,0 | 800×600 | 200 | RGB 18 bit |
| 7,0 | 1024×600 | 250 | LVDS |
| 8,0 | 800×600 | 250 | RGB 24 bit |
| 9,0 | 800×480 | 250 | RGB 24 bit |
| 9,7 | 1024×768 | 220…350 | RGB 24 bit , LVDS |
| 10,4 | 800×600 | 230…400 | LVDS, RGB 18 bit |
| 12,1 | 800×600 | 400…450 | LVDS |
| 15,0 | 1024×768 | 250…400 | LVDS |
| 19,0 | 1440×900 | 250 | LVDS |
Часть производимых компанией Tianma TFT-дисплеев комплектуется сенсорными экранами. Компания использует резистивные и емкостные экраны. Подавляющее большинство — резистивные.
Большинство TFT-дисплеев работает в расширенном температурном диапазоне -20…70°С.
Первой технологией изготовления LCD-дисплеев была технология Twisted Nematic (TN). Она была разработана в 1973 году. Название обязано своим происхождением поведению жидких кристаллов, которые при размещении между выравнивающими панелями с бороздками выстраивалась в спираль.
TN-дисплеи имеют несколько существенных недостатков: низкая контрастность, большое время реакции, маленькие углы обзора и почти невозможное формирование оттенков. Но они обладают самой низкой стоимостью и поэтому находят самое широкое применение в недорогих изделиях с невысокими требованиями к качеству изображения.
Типичные представители этой технологии представлены на рисунках 3 и 4.
Рис. 3.
Рис. 4.
Развитием технологии TN LCD-дисплеев стала Super Twisted Nematic (STN). STN позволила увеличить угол кручения ориентации кристаллов внутри LCD-дисплея до 270 градусов. Это позволило увеличить контрастность изображения и размеры панелей.
На основе технологии TN, STN и их производных компания Tianma производит большое количество символьных и графических LCD-индикаторов.
Символьные индикаторы (рисунок 5) сделаны на технологии STN под управлением контроллера ST7066U. Подключение к внешнему управляющему микропроцессору происходит через 8-битный параллельный цифровой интерфейс. Возможные варианты количества символов: 8х1 (8 символов в строке, 1 строка), 8х2 (8 символов в строке, 2 строки), 16х1, 16х2, 20х2, 20х4 и 40х2. Подсветка выполнена из нескольких последовательно расположенных SMD-светодиодов. Стандартный цвет подсветки — желто-зеленый. Индикаторы рассчитаны на работу при температуре -20…70°С.
Рис. 5.
Монохромные графические индикаторы сделаны на основе STN или FSTN-технологии. Управляющих контроллеров здесь предложено достаточно много: ST7579, SBN1661, ST7565R, SDN8080 и другие. Подключение к внешнему управляющему микропроцессору происходит через последовательный либо параллельный 4/8-битный цифровой интерфейс. Доступны индикаторы со следующими разрешениями: 96х16, 96х32, 122х32, 128х64, 240х64, 240х128 и 320х240.
Подсветка выполнена из светодиодов. Индикаторы рассчитаны на работу при температуре -20…70°С.
Цветные графические индикаторы (рис. 6) сделаны на основе Color Super Twisted Nematic (СSTN) технологии. Технология довольно старая, но, тем не менее, все еще занимает небольшую долю ранка цветных дисплеев.
Рис. 6.
Управляющих контроллеров предложено несколько: ST7637, UC1697v, ST7669V и ST7628. Подключение к внешнему управляющему микропроцессору происходит через параллельный 8/16-битный цифровой интерфейс. Доступны следующие разрешения дисплеев: 96х64,128х128 и 128х160, 240х128.
Индикаторы рассчитаны на работу при температуре -20…70°С.
В настоящий момент Tianma осваивает технологию активной матрицы на органических светодиодах (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode, AMOLED). К концу этого года в Шанхае планируется выпуск первых OLED-дисплеев.
Технология подразумевает использование органических светодиодов в качестве светоизлучающих элементов и активной матрицы из TFT-транзисторов для управления светодиодами. Дисплеи AMOLED отличаются от TFT улучшенной цветопередачей, повышенной яркостью и более высокой контрастностью картинки. Еще один несомненный плюс этих экранов — пониженное энергопотребление, что позволяет более экономно расходовать заряд аккумулятора.
Выведя на рынок свои OLED-дисплеи, компания Tianma, несомненно, еще больше укрепит свое положение лидера на рынке жидкокристаллических дисплеев.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail:
Компания Tianma выпустила новые дисплеи с возможностью подключения через параллельный или последовательный интерфейсы.
TM050QDH01
Данный дисплей разработан в первую очередь для видеонаблюдения и переносных портативных устройств. На борту этого 5" TFT-дисплея стоят два контроллера NT39403 + NT39207, он имеет VGA-разрешение 640 x 480, а также высокую контрастность и яркость.
TM022HDHT1 — интерфейсы SPI + RGB 18 бит
Компактный дисплей диагональю 2,2" с книжной ориентацией, разрешением 240 x 320, с универсальным контроллером ILI9340 ориентирован на переносные устройства. Имеет полуотражающий поляризатор, который позволяет использовать данный дисплей без подсветки.
TM020HBH03 — интерфейсы CPU 8/16 бит, 4-wire SPI
TFT-дисплей 2,0" с сенсорным экраном и достаточно широким для такой диагонали разрешением — 240 x 320.
TM035HBHT1 — интерфейсы RGB 6 бит + SPI
TM035HDHT1 — интерфейсы RGB 6 бит + SPI
Два дисплея с полуотражающим поляризатором и двумя интерфейсами. Отличие этих моделей друг от друга заключается в наличии сенсорной панели у TM035HBHT1.
Основные преимущества:
Сейчас технология плоскопанельных мониторов, и жидкокристаллических в том числе, является наиболее перспективной. Хотя в настоящее время на долю ЖК-мониторов приходится лишь около 10% продаж во всем мире, этот сектор рынка является наиболее быстрорастущим (65% в год).
Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display,
жидкокристаллические мониторы) сделаны из
вещества (цианофенил), которое находится в жидком
состоянии, но при этом обладает некоторыми
свойствами, присущими кристаллическим телам.
Фактически это жидкости, обладающие
анизотропией свойств (в частности оптических),
связанных с упорядоченностью в ориентации
молекул.
Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ
почти на десять лет, первое описание этих веществ
было сделано еще в 1888 г. Однако долгое время никто
не знал, как их применить на практике: есть такие
вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков,
они не были интересны. Итак,
жидкокристаллические материалы были открыты еще
в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но
только в 1930-м исследователи из британской
корпорации Marconi получили патент на их
промышленное применение. Впрочем, дальше этого
дело не пошло, поскольку технологическая база в
то время была еще слишком слаба. Первый настоящий
прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс
(Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из
них создал на базе жидких кристаллов
термодатчик, используя их избирательный
отражательный эффект, другой изучал воздействие
электрического поля на нематические кристаллы. И
вот в конце 1966 г. корпорация RCA
продемонстрировала прототип LCD-монитора –
цифровые часы. Значительную роль в развитии
LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих
пор находится в числе технологических лидеров.
Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964
г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по
технологии TN LCD были изготовлены первые
компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х
начался переход от восьмисегментных
жидкокристаллических индикаторов к
производству матриц с адресацией каждой точки.
Так, в 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с
диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе
LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.
Работа ЖКД основана на явлении поляризации
светового потока. Известно, что так называемые
кристаллы поляроиды способны пропускать только
ту составляющую света, вектор электромагнитной
индукции которой лежит в плоскости, параллельной
оптической плоскости поляроида. Для оставшейся
части светового потока поляроид будет
непрозрачным. Таким образом поляроид как бы
"просеивает" свет, данный эффект называется
поляризацией света. Когда были изучены жидкие
вещества, длинные молекулы которых
чувствительны к электростатическому и
электромагнитному полю и способны поляризовать
свет, появилась возможность управлять
поляризацией. Эти аморфные вещества за их
схожесть с кристаллическими веществами по
электрооптическим свойствам, а также за
способность принимать форму сосуда, назвали
жидкими кристаллами.
Основываясь на этом открытии и в результате
дальнейших исследований, стало возможным
обнаружить связь между повышением
электрического напряжения и изменением
ориентации молекул кристаллов для обеспечения
создания изображения. Первое свое применение
жидкие кристаллы нашли в дисплеях для
калькуляторов и в электронных часах, а затем их
стали использовать в мониторах для портативных
компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в
этой области, начинают получать все большее
распространение LCD-дисплеи для настольных
компьютеров.
Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой [см. рис. 2.1]. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света).
Плоскость поляризации светового луча
поворачивается на 90° при прохождении одной
панели [см. рис. 2.2].
При появлении электрического поля, молекулы
жидких кристаллов частично выстраиваются
вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости
поляризации света становится отличным от 90
градусов и свет беспрепятственно проходит через
жидкие кристаллы [см. рис. 2.3].
Поворот плоскости поляризации светового луча
незаметен для глаза, поэтому возникла
необходимость добавить к стеклянным панелям еще
два других слоя, представляющих собой
поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают
только ту компоненту светового пучка, у которой
ось поляризации соответствует заданному.
Поэтому при прохождении поляризатора пучок
света будет ослаблен в зависимости от угла между
его плоскостью поляризации и осью поляризатора.
При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так
как первый поляризатор пропускает только свет с
соответствующим вектором поляризации. Благодаря
жидким кристаллам вектор поляризации света
поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко
второму поляризатору он уже повернут так, что
проходит через второй поляризатор без проблем
[см. рис 2.4а].
В присутствии электрического поля поворота
вектора поляризации происходит на меньший угол,
тем самым второй поляризатор становится только
частично прозрачным для излучения. Если разность
потенциалов будет такой, что поворота плоскости
поляризации в жидких кристаллах не произойдет
совсем, то световой луч будет полностью поглощен
вторым поляризатором, и экран при освещении
сзади будет спереди казаться черным (лучи
подсветки поглощаются в экране полностью) [см.
рис 2.4б]. Если расположить большое число
электродов, которые создают разные
электрические поля в отдельных местах экрана
(ячейки), то появится возможность при правильном
управлении потенциалами этих электродов
отображать на экране буквы и другие элементы
изображения. Электроды помещаются в прозрачный
пластик и могут иметь любую форму.
Технологические новшества позволили ограничить
их размеры величиной маленькой точки,
соответственно на одной и той же площади экрана
можно расположить большее число электродов, что
увеличивает разрешение LCD монитора, и позволяет
нам отображать даже сложные изображения в цвете.
Для вывода цветного изображения необходима
подсветка монитора сзади, таким образом, чтобы
свет исходил из задней части LCD дисплея. Это
необходимо для того, чтобы можно было наблюдать
изображение с хорошим качеством, даже если
окружающая среда не является светлой. Цвет
получается в результате использования трех
фильтров, которые выделяют из излучения
источника белого света три основные компоненты.
Комбинируя три основные цвета для каждой точки
или пикселя экрана, появляется возможность
воспроизвести любой цвет.
Вообще-то в случае с цветом несколько
возможностей: можно сделать несколько фильтров
друг за другом (приводит к малой доле проходящего
излучения), можно воспользоваться свойством
жидкокристаллической ячейки - при изменении
напряженности электрического поля угол поворота
плоскости поляризации излучения изменяется
по-разному для компонент света с разной длиной
волны. Эту особенность можно использовать для
того, чтобы отражать (или поглощать) излучение
заданной длины волны (проблема состоит в
необходимости точно и быстро изменять
напряжение). Какой именно механизм используется,
зависит от конкретного производителя. Первый
метод проще, второй эффективнее.
Первые LCD дисплеи были очень маленькими, около 8
дюймов, в то время как сегодня они достигли 15"
размеров для использования в ноутбуках, а для
настольных компьютеров производятся 20" и
более LCD мониторы. Вслед за увеличением размеров
следует увеличение разрешения, следствием чего
является появление новых проблем, которые были
решены с помощью появившихся специальных
технологий, все это мы опишем далее. Одной из
первых проблем была необходимость стандарта в
определении качества отображения при высоких
разрешениях. Первым шагом на пути к цели было
увеличение угла поворота плоскости поляризации
света в кристаллах с 90° до 270° с помощью STN
технологии.
Среди преимуществ TFT можно отметить отличную
фокусировку, отсутствие геометрических
искажений и ошибок совмещения цветов. Кроме того,
у них никогда не мерцает экран. Почему? Ответ
прост - в этих дисплеях не используется
электронный луч, рисующий слева направо каждую
строку на экране. Когда в ЭЛТ этот луч
переводится из правого нижнего в левый верхний
угол, изображение на мгновение гаснет (обратный
ход луча). Напротив, пиксели дисплея TFT никогда не
гаснут, они просто непрерывно меняют
интенсивность своего свечения.
В таблице 1.1 показаны все главные отличия рабочих
характеристик для разных типов дисплеев:
Условные обозначения: (+
)
достоинство, (~
) допустимо, (-
)
недостаток
| ЖК-мониторы | ЭЛТ-мониторы | |
| Яркость | (+ ) от 170 до 250 Кд/м 2 | (~ ) от 80 до 120 Кд/м 2 |
| Контрастность | (~ ) от 200:1 до 400:1 | (+ ) от 350:1 до 700:1 |
| Угол обзора
(по контрасту) |
(~ ) от 110 до 170 градусов | (+ ) свыше 150 градусов |
| Угол обзора
(по цвету) |
(- ) от 50 до 125 градусов | (~ ) свыше 120 градусов |
| Разрешение | (- ) Одно разрешение с фиксированным размером пикселей. Оптимально можно использовать только в этом разрешении; в зависимости от поддерживаемых функций расширения или компрессии можно использовать более высокое или более низкое разрешение, но они не оптимальны. | (+ ) Поддерживаются различные разрешения. При всех поддерживаемых разрешениях монитор можно использовать оптимальным образом. Ограничение накладывается только приемлемостью частоты регенерации. |
| Частота вертикальной развертки | (+ ) Оптимальная частота 60 Гц, чего достаточно для отсутствия мерцания | (~ ) Только при частотах свыше 75 Гц отсутствует явно заметное мерцание |
| Ошибки совмещения цветов | (+ ) нет | (~ ) от 0.0079 до 0.0118 дюйма (0.20 - 0.30 мм) |
| Фокусировка | (+ ) очень хорошая | (~ ) от удовлетворительной до очень хорошей> |
| Геометрические/ линейные искажения | (+ ) нет | (~ ) возможны |
| Неработающие пиксели | (- ) до 8 | (+ ) нет |
| Входной сигнал | (+ ) аналоговый или цифровой | (~ ) только аналоговый |
| Масштабирование при разных разрешениях |
(- ) отсутствует или используются методы интерполяции, не требующие больших накладных расходов | (+ ) очень хорошее |
| Точность отображения цвета | (~ ) Поддерживается True Color и имитируется требуемая цветовая температура | (+ ) Поддерживается True Color и при этом на рынке имеется масса устройств калибровки цвета, что является несомненным плюсом |
| Гамма-коррекция
(подстройка цвета под особенности человеческого зрения) |
(~ ) удовлетворительная | (+ ) фотореалистичная |
| Однородность | (~ ) часто изображение ярче по краям | (~ ) часто изображение ярче в центре |
| Чистота цвета/качество цвета | (~ ) хорошее | (+ ) высокое |
| Мерцание | (+ ) нет | (~ ) незаметно на частоте выше 85 Гц |
| Время инерции | (- ) от 20 до 30 мсек. | (+ ) пренебрежительно мало |
| Формирование изображения | (+ ) Изображение формируется пикселями, число которых зависят только от конкретного разрешения LCD панели. Шаг пикселей зависит только от размера самих пикселей, но не от расстояния между ними. Каждый пиксель формируется индивидуально, что обеспечивает великолепную фокусировку, ясность и четкость. Изображение получается более целостным и гладким | (~ ) Пиксели формируются группой точек (триады) или полосок. Шаг точки или линии зависит от расстояния между точками или линиями одного цвета. В результате четкость и ясность изображения сильно зависит от размера шага точки или шага линии и от качества ЭЛТ |
| Энергопотребление и излучения | (+ ) Практически никаких опасных электромагнитных излучений нет. Уровень потребления энергии примерно на 70% ниже, чем у стандартных CRT мониторов (от 25 до 40 Вт). | (- ) Всегда присутствует электромагнитное излучение, однако их уровень зависит от того, соответствует ли ЭЛТ какому-либо стандарту безопасности. Потребление энергии в рабочем состоянии на уровне 60 - 150 Вт. |
| Размеры/вес | (+ ) плоский дизайн, малый вес | (- ) тяжелая конструкция, занимает много места |
| Интерфейс монитора | (+ ) Цифровой интерфейс, однако, большинство LCD мониторов имеют встроенный аналоговый интерфейс для подключения к наиболее распространенным аналоговым выходам видеоадаптеров | (- ) Аналоговый интерфейс |
Из таблицы 1.1 следует, что дальнейшее развитие ЖК-мониторов будет связано с повышением четкости и яркости изображения, увеличением угла обзора и уменьшением толщины экрана. Так, например, уже существуют перспективные разработки LCD-мониторов, выполненных по технологии с использованием поликристаллического кремния. Это позволяет, в частности, создавать очень тонкие устройства, поскольку микросхемы управления размещаются в этом случае непосредственно на стеклянной подложке дисплея. Кроме того, новая технология обеспечивает высокую разрешающую способность на сравнительно небольшом по размеру экране (1024x768 точек на 10,4-дюймовом экране).
STN - это сокращение, означающее "Super Twisted
Nematic".Технология STN позволяет увеличить
торсионный угол (угол кручения) ориентации
кристаллов внутри LCD дисплея с 90° до 270°, что
обеспечивает лучшую контрастность изображения
при увеличении размеров монитора.
Часто STN ячейки используются в паре. Такая
конструкция называется DSTN (Double Super Twisted Nematic), в
которой одна двухслойная DSTN-ячейка состоит из 2
STN-ячеек, молекулы которых при работе
поворачиваются в противоположные стороны. Свет,
проходя через такую конструкцию в
"запертом" состоянии, теряет большую часть
своей энергии. Контрастность и разрешающая
способность DSTN достаточно высокая, поэтому
появилась возможность изготовить цветной
дисплей, в котором на каждый пиксель приходится
три ЖК-ячейки и три оптических фильтра основных
цветов. Цветные дисплеи не способны работать от
отраженного света, поэтому лампа задней
подсветки -- их обязательный атрибут. Для
сокращения габаритов лампа находится с боку, а
напротив нее зеркало [см. рис. 2.5], поэтому
большинство LCD-матриц в центре имеют яркость
выше, чем по краям (это не относится к настольным
ЖК мониторам).
Также STN ячейки используются в режиме TSTN (Triple Super
Twisted Nematic), когда два тонких слоя полимерной
пленки добавляются для улучшения цветопередачи
цветных дисплеев или для обеспечения хорошего
качества монохромных мониторов.
Термин пассивная матрица (passive matrix) появился в
результате разделения монитора на точки, каждая
из которых, благодаря электродам, может задавать
ориентацию плоскости поляризации луча,
независимо от остальных, так что в результате
каждый такой элемент может быть подсвечен
индивидуально для создания изображения. Матрица
называется пассивной, потому что технология
создания LCD дисплеев, которая была описана выше,
не может обеспечить быструю смену информации на
экране. Изображение формируется строка за
строкой путем последовательного подвода
управляющего напряжения на отдельные ячейки,
делающего их прозрачными. Из-за довольно большой
электрической емкости ячеек напряжение на них не
может изменяться достаточно быстро, поэтому
обновление картинки происходит медленно. Такой
дисплей имеет много недостатков с точки зрения
качества, потому что изображение не отображается
плавно и дрожит на экране. Маленькая скорость
изменения прозрачности кристаллов не позволяет
правильно отображать движущиеся изображения.
Для решения части вышеописанных проблем
применяют специальные технологии, Для улучшения
качества динамического изображения было
предложено увеличить количество управляющих
электродов. То есть вся матрица разбивается на
несколько независимых подматриц (Dual Scan DSTN - два
независимых поля развертки изображения), каждая
из которых содержит меньшее количество пикселей,
поэтому поочередное управление ими занимает
меньше времени. В результате чего можно
сократить время инерции ЖК.
Также лучших результатов с точки зрения
стабильности, качества, разрешения, гладкости и
яркости изображения можно добиться, используя
экраны с активной матрицей, которые, впрочем,
стоят дороже.
В активной матрице (active matrix) используются
отдельные усилительные элементы для каждой
ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости
ячеек и позволяющие значительно уменьшить время
изменения их прозрачности. Активная матрица (active
matrix) имеет массу преимуществ по сравнению с
пассивной матрицей. Например, лучшая яркость и
возможность смотреть на экран даже с отклонением
до 45° и более (т.е. при угле обзора 120°-140°) без
ущерба качеству изображения, что невозможно в
случае с пассивной матрицей, которая позволяет
видеть качественное изображение только с
фронтальной позиции по отношению к экрану.
Заметим, что дорогие модели LCD мониторов с
активной матрицей обеспечивают угол обзора в 160°
[см рис. 2.6], и есть все основания предполагать, что
технология будет совершенствоваться и в
дальнейшем. Активная матрица может отображать
движущиеся изображения без видимого дрожания,
так как время реакции дисплея с активной
матрицей около 50 мс против 300 мс для пассивной
матрицы, кроме того, контрастность мониторов с
активной матрицей выше, чем у ЭЛТ-мониторов.
Следует отметить, что яркость отдельного
элемента экрана остается неизменной на всем
интервале времени между обновлениями картинки, а
не представляет собой короткий импульс света,
излучаемый элементом люминофором ЭЛТ-монитора
сразу после похождения по этому элементу
электронного луча. Именно поэтому для LCD
мониторов достаточной является частота
вертикальной развертки, равная 60 Гц.
Функциональные возможности LCD мониторов с
активной матрицей почти такие же, как у дисплеев
с пассивной матрицей. Разница заключается в
матрице электродов, которая управляет ячейками
жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной
матрицей разные электроды получают
электрический заряд циклическим методом при
построчном обновлении дисплея, а в результате
разряда емкостей элементов изображение
исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей
изначальной конфигурации. В случае с активной
матрицей к каждому электроду добавлен
запоминающий транзистор, который может хранить
цифровую информацию (двоичные значения 0 или 1) и в
результате изображение сохраняется до тех пор,
пока не поступит другой сигнал. Частично
проблема отсрочки затухания изображения в
пассивных матрицах решается за счет
использования большего числа
жидкокристаллических слоев для увеличения
пассивности и уменьшения перемещений, теперь же,
при использовании активных матриц появилась
возможность сократить число
жидкокристаллических слоев. Запоминающие
транзисторы должны производиться из прозрачных
материалов, что позволит световому лучу
проходить сквозь них, а значит, транзисторы можно
располагать на тыльной части дисплея, на
стеклянной панели, которая содержит жидкие
кристаллы. Для этих целей используются
пластиковые пленки, называемые "Thin Film Transistor"
(или просто TFT).
Thin Film Transistor (TFT), т.е. тонкопленочный транзистор -
это те управляющие элементы, при помощи которых
контролируется каждый пиксель на экране.
Тонкопленочный транзистор действительно очень
тонкий, его толщина 0,1 - 0,01 микрона.
В первых TFT-дисплеях, появившихся в 1972г.,
использовался селенид кадмия, обладающий
высокой подвижностью электронов и
поддерживающий высокую плотность тока, но со
временем был осуществлен переход на аморфный
кремний (a-Si), а в матрицах с высоким разрешением
используется поликристаллический кремний (p-Si).
Технология создания TFT очень сложна, при этом
имеются трудности с достижением приемлемого
процента годных изделий из-за того, что число
используемых транзисторов очень велико. Заметим,
что монитор, который может отображать
изображение с разрешением 800х600 пикселей в SVGA
режиме и только с тремя цветами имеет 1440000
отдельных транзисторов. Производители
устанавливают нормы на предельное количество
транзисторов, которые могут быть нерабочими в LCD
дисплее. Правда, у каждого производителя свое
мнение о том, какое количество транзисторов
могут не работать.
Пиксель на основе TFT устроен следующим образом: в
стеклянной пластине друг за другом
интегрировано три цветных фильтра (красный,
зеленый и синий). Каждый пиксель представляет
собой комбинацию трех цветных ячеек или
субпиксельных элементов [см. рис. 2.7]. Это
означает, например, что у дисплея, имеющего
разрешение 1280x1024, существует ровно 3840x1024
транзистора и субпиксельных элемента. Размер
точки (пикселя) для 15.1" дисплея TFT (1024x768)
приблизительно равен 0.0188 дюйма (или 0.30 мм), а для
18.1" дисплея TFT - около 0.011 дюйма (или 0.28 мм).
TFT обладают рядом преимуществ перед ЭЛТ-мониторами, среди которых - пониженное потребление энергии и теплоотдача, плоский экран и отсутствие следа от движущихся объектов. Последние разработки позволяют получить изображение более высокого качества, чем обычные TFT.
Совсем недавно специалистами компании Hitachi была создана новая технология многослойных ЖК-панелей Super TFT, которая значительно увеличила угол уверенного обзора ЖК панели. Технология Super TFT использует простые металлические электроды, установленные на нижней стеклянной пластине и заставляет молекулы вращаться, постоянно находясь в плоскости, параллельной плоскости экрана [см. рис. 2.8]. Так как кристаллы обычной ЖК-панели поворачиваются к поверхности экрана оконечностями, то такие ЖКД более зависимы от угла зрения, чем ЖК-панели Hitachi с технологией Super TFT, В результате изображение на дисплее остается ярким и четким даже при больших углах обзора, достигая качества, сопоставимого с изображением на ЭЛТ-экране.
Японская компания NEC недавно объявила, что по качеству изображения ее LCD дисплеи вскоре достигнут уровня лазерных принтеров, перешагнув порог в 200 ppi, что соответствует 31 точке на мм 2 или шагу точек 0,18 мм. Как сообщили в NEC, применяемые сегодня многими производителями жидкие кристаллы TN (twisted nematic) позволяет строить дисплеи с разрешение до 400 точек на дюйм. Однако главным сдерживающим фактором в повышении разрешения является необходимость создания соответствующих светофильтров. В новой технологии "color filter on TFT" светофильтры, закрывающие тонкопленочные транзисторы, формируются с помощью фотолитографии на нижней стеклянной подложке. В обычных дисплеях светофильтры наносятся на вторую, верхнюю подложку, что требует очень точного совмещения двух пластин.
На прошедшей в 1999 году в США конференции "Society for information Display" было сделано несколько докладов, свидетельствующих об успехах в создании жидкокристаллических дисплеев на пластиковой подложке. Компания Samsung представила прототип монохромного дисплея на полимерном субстрате с диагональю 5,9 дюйма и толщиной 0,5 мм. Толщина самой подложки составляет около 0,12 мм. Дисплей имеет разрешение 480х320 точек и контрастность 4:1. Вес - всего 10 грамм.
Инженеры из Лаборатории кинотехники Университете Штуттгарта использовали не тонкопленочные транзисторы (TFT), а диоды MIM (металл-изолятор-металл). Последнее достижение этой команды - двухдюймовый цветной дисплей с разрешением 96х128 точек и коэффициентом контрастности 10:1.
Группа специалистов IBM разработала технологию производства тонкопленочных транзисторов с применением органических материалов, позволяющую изготавливать гибкие экраны для электронной книги и других устройств. Элементы разработанных IBM транзисторов напыляются на пластиковую подложку при комнатной температуре (традиционные LCD-дисплеи изготавливаются при высокой температуре, что исключает применение органических материалов). Вместо обычного диоксида кремния для изготовления затвора используется цирконат титоната бария (BZT). В качестве полупроводника применяется органическое вещество под названием пентацен (pentacene), представляющее собой соединение фенилэтиламмония с иодидом олова.
Для повышения разрешения LCD-экранов компания Displaytech предложила не создавать изображение на поверхности большого LCD-экрана, а вывести картинку на маленький дисплей высокого разрешения, а затем с помощью оптической проекционной системы увеличить ее до нужных размеров. При этом Displaytech использовала оригинальную технологию Ferroelectric LCD (FLCD). Она основана на так называемых кирально-смектических жидких кристаллах, предложенных для использования еще в 1980 г. Слой материала, обладающего ферроэлектрическими свойствами и способного отражать поляризованный свет с вращением плоскости поляризации, наносится на подающую управляющие сигналы CMOS-подложку. При прохождении отраженного светового потока через второй поляризатор возникает картинка из темных и светлых пикселов. Цветное изображение получается за счет быстрого чередования освещения матрицы красным, зеленым и синим светом.. На базе FLCD-матриц можно производить экраны большого размера с высокой контрастностью и качеством цветопередачи, с широкими углами обзора и малым временем отклика. В 1999 году альянс корпораций Hewlett-Packard и DisplayTech объявил о создании полноцветного микродисплея на базе технологии FLCD. Разрешение матрицы составляет 320х240 точек. Отличительными особенностями устройства являются малое энергопотребление и возможность воспроизведения полноцветного “живого” видео. Новый дисплей предназначен для использования в цифровых камерах, камкодерах, портативных коммуникаторах и мониторах для надеваемых компьютеров.
Развитием низкотемпературной технологии с использованием поликристаллического кремния LTPS занимается Toshiba. По словам представителей этой корпорации, они позиционируют новые устройства пока только как предназначенные для рынка мобильных устройств, не включая сюда ноутбуки, где господствует технология a-Si TFT. Уже выпускаются VGA-дисплеи размером 4 дюйма, а на подходе 5,8-дюймовые матрицы. Специалисты полагают, что 2 млн. пикселов на экране - это далеко не предел. Одной из отличительных черт данной технологии является высокая разрешающая способность.
По оценкам экспертов корпорации DisplaySearch, занимающейся исследованиями рынка плоских дисплеев, в настоящее время при изготовлении практически любых жидкокристаллических матриц происходит замена технологий: TN LCD (Twisted Nematic Liquid Crystal Display) на STN (Super TN LCD) и особенно на a-Si TFT LCD (amorphous-Silicon Thin Film Transistor LCD). В ближайшие 5-7 лет во многих областях применения обычные LCD-экраны будут заменены или дополнены следующими устройствами:
Взято с http://monitors.narod.ru
Рассказывающая об отличиях IPS и TN матриц в рамках советов при покупке монитора или ноутбука. Пришло время поговорить о всех современных технологиях производства дисплеев , с которыми мы можем столкнуться и иметь представление о видах матриц в устройствах нашего поколения. Не путайте с LED, EDGE LED, Direct LED — это типы подсветки экранов и к технологии создания дисплеев имеют косвенное отношение.
Наверное, каждый может вспомнить свой монитор с электронно-лучевой трубкой, которым пользовался ранее. Правда и до сих пор встречаются пользователи и поклонники ЭЛТ технологии. В настоящее время экраны увеличились в диагонали, поменялись технологии изготовления дисплеев, стало все больше разновидностей в характеристиках матриц, обозначающихся аббревиатурами TN, TN-Film, IPS, Amoled и т.д.
Информация в данной статье поможет выбрать себе монитор, смартфон, планшет и другую различного рода технику. Помимо этого, позволит осветить технологии создания дисплеев, а также типы и особенности их матриц.
LCD (Liquid Crystal Display — жидкокристаллический дисплей) — это дисплей, изготовленный на основе жидких кристаллов, которые меняют свое расположение при подаче на них напряжения. Если вы близко подойдете к такому дисплею и внимательно присмотритесь к нему, то заметите, что он состоит из маленьких точек – пикселей (жидких кристаллов). В свою очередь каждый пиксель состоит из красного, синего и зеленого субпикселей. При подаче напряжения субпиксели выстраиваются в определенном порядке и пропускают через себя свет, таким образом формируя пиксель определенного цвета. Множество таких пикселей формируют изображение на экране монитора или другого устройства.
Первые мониторы массового производства оснащались матрицами TN — обладающими самой простой конструкцией, но которые нельзя назвать самым качественным типом матрицы. Хотя и среди данного типа матриц имеются весьма качественные экземпляры. Данная технология основана на том, что при отсутствии напряжения субпиксели пропускают через себя свет, формируя на экране белую точку. При подаче напряжения на субпиксели, они выстраиваются в определенном порядке, образуя собой пиксель заданного цвета.
В настоящий момент TN+Film матрицы полностью заменили TN.
Делая выводы, можно утверждать, что при необходимости в недорогом мониторе для офисной работы или серфинга в интернете, мониторы с TN+Film матрицами подойдут наилучшим образом.
Главное отличие технологии IPS матриц от TN — перпендикулярное расположение субпикселей при отсутствии напряжения, которые образуют черную точку. То есть, в состоянии спокойствия экран остается черным.
Подводя итоги, телефоны и планшеты лучше выбирать с IPS-матрицами, и тогда от использования устройства пользователь будет получать огромное эстетическое удовольствие. Матрица для монитора не является столь критичной, современные .
Последние модели смартфонов оснащают AMOLED-дисплеями. Данная технология создания матриц основана на активных светодиодах, которые начинают светиться и отображать цвет при подаче на них напряжения.
Также из-за своей довольно высокой стоимости AMOLED-экраны пока используются только в смартфонах. Мониторы, построенные на такой технологии, стоят неоправданно дорого.
VA (Vertical Alignment) — данную технологию, разработанную Fujitsu, можно рассматривать как компромисс между TN и IPS матрицами. В матрицах VA кристаллы в выключенном состоянии расположены перпендикулярно плоскости экрана. Соответственно черный цвет обеспечивается максимально чистый и глубокий, но при повороте матрицы относительно направления взгляда, кристаллы будут видны не одинаково. Для решения проблемы применяется мультидоменная структура. Технология Multi-Domain Vertical Alignment (MVA) предусматривает выступы на обкладках, которые определяют направление поворота кристаллов. Если два поддомена поворачивается в противоположных направлениях, то при взгляде сбоку один из них будет темнее, а другой светлее, таким образом для человеческого глаза отклонения взаимно компенсируются. В матрицах PVA, разработанных Samsung нет выступов, и в выключенном состоянии кристаллы строго вертикальны. Для того, чтобы кристаллы соседних субдоменов поворачивались в противоположных направлениях, нижние электроды сдвинуты относительно верхних.
Для уменьшения времени отклика в матрицах Premium MVA и S-PVA применяется система динамического повышения напряжения для отдельных участков матрицы, которую обычно называют Overdrive. Цветопередача матриц PMVA и SPVA почти так же хороша как и у IPS, время отклика немного уступает TN, углы обзора максимально широкие, черный цвет наилучший, яркость и контраст максимально возможные среди всех существующих технологий. Однако даже при небольшом отклонении направления взгляда от перпендикуляра, даже на 5–10 градусов можно заметить искажения в полутонах. Для большинства это останется незамеченным, но профессиональные фотографы продолжают за это недолюбливать технологии VA.
MVA и PVA матрицы обладают отличной контрастностью и углами обзора, но вот с временем отклика дела обстоят похуже – оно растет при уменьшении разницы между конечным и начальным состояниями пиксела. Ранние модели таких мониторов были почти непригодны для динамичных игр, а сейчас они показывают результаты близкие к TN матрицам. Цветопередача *VA матриц, конечно, уступает IPS-матрицам, но остается на высоком уровне. Тем не менее, благодаря высокой контрастности, эти мониторы будут отличным выбором для работы с текстом и фотографией, с чертежной графикой, а также в качестве домашних мониторов.
В заключении могу сказать, что выбор всегда за вами…
Из серии «Взгляд изнутри» речь зашла о повседневных вещах, но, не смотря на обилие материала, полученного в этом направлении в течение прошедшего месяца, всё-таки давайте вернёмся к тематике, связанной с IT.
Специально ко Дню Защитника Отечества на препарационный стол легли LCD и E-Ink дисплеи, которые, так или иначе, достались мне в несколько побитом жизнью виде.
Как Антон кидал телефон об стену, а также о результатах скрупулёзного разбора дисплеев читайте под катом.
Так начинается известная песня группы Уматурман. Так же начинается и история с исследованием дисплеев. После первой публикации на Хабре пришёл ко мне мой друг-аспирант ФНМ МГУ и говорит: «Я тут свой мобильник разбил, не хочешь ли ты его распилить?» Я удивился, потому что этот человек всегда носил с собой китаефон, который я считал практически не убиваемым. Придя однажды домой, Антон по привычке кинул телефон в шкаф, но, видимо, что-то не рассчитав попал аккурат дисплеем в ребро полки.
Осознавая свои смехотворные потери от утраты мобильного и ввиду общего плохого настроения в тот день, он поступил, как истинный джентльмен, швыряя вновь и вновь бездыханное тело телефона о бетонную стену. Когда же останки дошли до меня, то половина китаефона просто отсутствовала, дисплей был покрыт мелкой паутинкой трещин.
Пришлось отложить его до лучших времён (как я тогда полагал, пока кто-нибудь таким же образом не поступит с iPhone или другим сенсорным смартфоном) и начать заниматься HDD и CD, потом лампочками, флешками и т.д.
Через некоторое время уже мой сосед приносит мне треснувший E-Ink дисплей. Его друг разбил тонкое стекло в небезызвестной читалке с порядковым номером 601 во время игры в страйкбол, кажется, и отдал читалку практически даром для ремонта и восстановления.
Вот это уже было интереснее, две технологии можно сравнить между собой, попытаться разглядеть RGB-субпиксели и микрокапсулы, в которых плавают заряженные частицы. Но я надеялся на получение смартфона с ёмкостным сенсором, чтобы сравнить заодно его и резистивный сенсор китаефона.
И вот Василий (научный коллега по одной из лабораторий факультета), приехав к нам на ХимФак из Черноголовки и увидев, чем я собственно занимаюсь с электронным микроскопом, сказал, что готов пожертвовать телефон известного корейского производителя с несколько побитым дисплеем для разборки и распила с пометкой «ради науки ничего не жалко».
Несмотря на все заверения, что сенсор ёмкостной, он оказался резистивным, пусть и более продвинутой конструкции, нежели сенсорная панель китаефона. Из этого телефона была добыта важная деталь, которая ждёт своего часа распила – матрица фото/видео камеры…
Всё это стало возможным, благодаря открытиям вековой давности (жидкие кристаллы открыты в 1888 году) и развитию технологий в последние 30-40 лет (1968 год – устройство для отображения информации, использовавшее ЖК, 1970-е – общедоступность жидких кристаллов). Многое о жидких кристаллах и ЖК-мониторах можно подчерпнуть на Wiki.
Итак, практически любой ЖК-монитор состоит из следующих основных частей: активной матрицы, представляющей собой набор транзисторов, с помощью которых и формируется изображение, слоя жидких кристаллов со светофильтрами, которые либо пропускают свет, либо нет, и системы подсветки, которую на сегодняшний день стараются полностью перевести на светодиоды. Хотя на моём «стареньком» Asus G2S дисплей великолепного качества подсвечивается именно люминесцентными лампами.
Как это всё работает? Свет, поступая от источника (LED или лампы) через специальную прозрачную пластину-волновод, рассеивается таким образом, чтобы вся матрица имела равную освещённость по всей свой площади. Далее фотоны проходят поляризационный фильтр, который пропускает только волны с заданной поляризацией . Затем проникнув через стеклянную подложку, на которой находится активная матрица из тонкоплёночных транзисторов, свет попадает на молекулу жидкого кристалла.
Эта молекула получает «команду» от нижележащего транзистора, на какой угол повернуть поляризацию световой волны, чтобы она, пройдя сквозь ещё один поляризационный фильтр, задала интенсивность свечения отдельного субпиксела. А за окраску субпиксела отвечает слой светофильтров (красных, зелёных или синих). Смешиваясь, волны от трёх невидимых глазу человека субпикселей формируют пиксел изображения заданного цвета и интенсивности.
а) Схематическое устройство LCD дисплея, б) устройство жидкокристаллической плёнки в деталях.
Очень наглядно, как мне кажется, это продемонстрировано в ролике компании Sharp :
Помимо хорошо зарекомендовавшей себя технологии LCD + TFT (thin-film transistors – тонкоплёночные транзисторы) существует активно продвигаемая технология органических светодиодов OLED + TFT, то есть AMOLED – active matrix OLED. Основное отличие последней заключается в том, что роль поляризатора, слоя ЖК и светофильтров играют органические светодиоды трёх цветов.
По сути, это молекулы, способные при протекании электрического тока испускать свет, а в зависимости от количества протекшего тока менять интенсивность окраски, подобно тому, как это происходит в обычных LED. Убрав поляризаторы и ЖК из панели, мы потенциально можем сделать её более тонкой, а самое главное – гибкой!
Очень подробное описание танчскринов или сенсорных панелей дано (источник когда-то жил , но почему-то исчез), поэтому я не буду описывать все типы сенсорных панелей, остановлюсь лишь на двух основных: резистивном и ёмкостном.
Начнём с резистивного сенсора. Состоит он из 4 основных компонент: стеклянной панели (1), как носителя всей сенсорной панели, двух прозрачных полимерных мембран с резистивным покрытием (2, 4), слоя микроизоляторов (3), разделяющих эти мембраны, и 4, 5 или 8 проводков, которые и отвечают за «считывание» касания.
Схема устройства резистивного сенсора
Когда мы нажимаем на такой сенсор с определённой силой, то происходит соприкосновение мембран, электрическая цепь замыкается, как показано на рисунке ниже, измеряется сопротивление, которое впоследствии пересчитывается в координаты:
Принцип расчёта координат для 4-х проводного резистивного дисплея ()
Всё предельно просто.
Важно помнить две вещи: а) резистивные сенсоры на многих китайских телефонах не отличаются высоким качеством, это может быть связано как раз с неравномерностью расстояния между мембранами или некачественными микроизоляторами, то есть «мозг» телефона не может адекватно пересчитать измеренные сопротивления в координаты; б) такой сенсор требует именно нажатия, продавливания одной мембраны до другой.
Ёмкостные сенсоры несколько отличаются от резистивных. Стоит сразу оговориться, что речь будет идти лишь о проекционно-ёмкостных сенсорах, которые сейчас применяется в iPhone и прочих портативных устройствах.
Принцип работы такого тачскрина довольно прост. На внутренней стороне экрана наносится сетка электродов, а внешняя покрывается, например, ITO – сложным оксидом индия-олова. Когда мы касаемся стекла, наш палец образует с таким электродом маленький конденсатор, а обрабатывающая электроника измеряет ёмкость этого конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение).
Соответственно, ёмкостной сенсор реагирует только на плотное прикосновение и только проводящими предметами, то есть от касания гвоздём такой экран работать будет через раз, равно как и от руки, вымоченной в ацетоне или обезвоженной. Пожалуй, основным преимуществом данного тачскрина перед резистивным является возможность сделать достаточно прочную основу – особо прочное стекло, как, например, Gorilla Glass.
Схема работы поверхностно-ёмкостного сенсора()
Сверху схема работы E-Ink дисплея, снизу реальные микрофотографии такого работающего дисплея ()
Если кому-то этого недостаточно, то принцип работы электронной бумаги продемонстрирован в этом видео:
Помимо технологии E-Ink существует технологи SiPix, в которой есть только один вид частиц, а сама «заливка» чёрная:
Схема работы SiPix дисплея ()
Тем же, кто серьёзно хочет ознакомиться с «магнитной» электронной бумагой, прошу сюда , в Персте когда-то была отличная статья.
Самсунг и китаефон едины!
Экран разбирал бережно и аккуратно – так, что все поляризаторы остались целыми, поэтому просто не мог не поиграться с ними и с работающим большим братом препарируемого объекта и вспомнить практикум по оптике:
Так работают 2 поляризационных фильтра : в одном положении световой поток практически не проходит через них, при повороте на 90 градусов – полностью проходит
Обратите внимание, что вся подсветка зиждется всего-навсего на четырёх крохотных светодиодах (я думаю, их суммарная мощность не более 1 Вт).
Затем долго искал сенсор, искренне полагая, что это будет довольно толстая панелька. Оказалось совершенно наоборот. Как в китайском, так и в корейском телефоне сенсор представляет из себя несколько листов пластика, которые очень качественно и плотно приклеены к стеклу внешней панели:
Слева сенсор китаефона, справа – корейского телефона
Резистивный сенсор китайского телефона выполнен по схеме «чем проще, тем лучше», в отличие от своего более дорогого собрата из Южной Кореи. Если я не прав, то поправьте меня в комментариях, но слева на картинке – типичный 4-х контактный, а справа – 8-ми контактный сенсор.
Оптическая микрофотография горизонтальных линий LCD-дисплея китайского телефона. Левой верхней фотографии присущ некоторый обман нашего зрения из-за «неправильных» цветов: белая тонкая полоска и есть контакт.
Один провод питает сразу две линии пикселов, а развязка между ними устроена с помощью совершенно необычного «электрического жука» (правая нижняя фотография). За всей это электрической схемой находятся дорожки-светофильтры, выкрашенные в соответствующие цвета: красный (R), зелёный (G) и синий (B).
С противоположного конца матрицы по отношению к месту крепления шлейфа можно найти аналогичную цветовую разбивку, номера дорожек и всё те же переключатели (если бы кто-нибудь просветил в комментариях, как это работает, то было бы очень здорово!):
Номера-номера-номера…
Так вживую выглядит работающий LCD дисплей под микроскопом:
Вот и всё, теперь этой красоты мы уже не увидим, я раскрошил в буквальном смысле этого слова, а немножко помучавшись одну такую кроху «расщепил» на два отдельных кусочка стекла, из которых и состоит основная часть дисплея…
Теперь можно посмотреть на отдельные дорожки светофильтров. О тёмных «пятнах» на них я расскажу чуть позже:
Оптическая микрофотография светофильтров с загадочными пятнами…
А теперь небольшой методический аспект, касающийся электронной микроскопии. Те же самые цветные полосы, но уже под пучком электронного микроскопа: цвет исчез! Как я и говорил ранее (например, в самой первой статье) электронному пучку совершенно «чёрно-бело» взаимодействует ли он с цветным веществом или нет.
Вроде бы те же полоски, но уже без цвета…
Заглянем и на обратную сторону. На ней расположены транзисторы:
В оптический микроскоп – в цвете…
И электронный микроскоп – черно-белое изображение!
В оптический микроскоп это видно чуть хуже, но СЭМ позволяет разглядеть окантовку каждого субпикселя – это довольно важно для нижеследующего вывода.
Итак, что это за странные тёмные области?! Долго думал, ломал себе голову, прочитал много источников (пожалуй, самым доступным оказалась Wiki) и, кстати, по этой причине задержал выпуск статьи в четверг 23 февраля. И вот к какому выводу я пришёл (возможно, я не прав – поправьте!).
В VA- или MVA-технологии – одна из самых простых, и не думаю, что китайцы придумали что-то новое: каждый субпиксел должен быть чёрный. То есть через него не проходит свет ( приведён пример работающего и неработающего дисплея), принимая во внимание то, что в «обычном» состоянии (без приложения внешнего воздействия) жидкий кристалл разориентирован и не даёт «нужной» поляризации, то логично предположить, что каждый отдельный субпиксел имеет свою плёнку с ЖК.
Таким образом, вся панель собрана из единичных микро-ЖК-дисплеев. Сюда органично вписывается и замечание об окантовке каждого отдельного субпиксела. Для меня это стало, своего рода, неожиданным открытием прямо по ходу подготовки статьи!
Дисплей корейского телефона ломать я пожалел: надо ведь что-то показывать детям и тем, кто приходит к нам на факультет на экскурсию. Не думаю, что можно было бы увидеть ещё что-то интересное.
Далее, баловства ради приведу пример «организации» пикселов у двух ведущих производителей коммуникаторов: HTC и Apple. iPhone 3 был пожертвован на безболезненную операцию одним добрым человеком, а HTC Desire HD собственно мой:
Микрофотографии дисплея HTC Desire HD
Небольшое замечание по поводу дисплея HTC: специально не искал, но не может ли быть вот эта полоса посреди верхних двух микрофотографий тем частью того самого ёмкостного сенсора?!
Микрофотографии дисплея iPhone 3
Если мне не изменяет память, то у HTC дисплей – superLCD, а у iPhone 3 – обычный LCD. Так называемый Retina Display, то есть LCD, у которого оба контакта для переключения жидкого кристалла лежат в одной плоскости, In-Plane Switching – IPS, устанавливается уже в iPhone 4.
Надеюсь, что скоро на тему сравнения различных технологий дисплеев выйдет статья при поддержке 3DNews. А пока хочу просто отметить тот факт, что дисплей HTC действительно необычен: контакты на отдельные субпикселы заведены нестандартным образом – как-то сверху, в отличие от iPhone 3.
И напоследок в этом разделе добавлю, что размеры одного субпиксела у китаефона – 50 на 200 микрометров, HTC – 25 на 100 микрометров, а iPhone – 15-20 на 70 микрометров.
Оптическая микрофотография активной матрицы E-Ink дисплея
Размер такой ячейки около 125 микрометров. Так как смотрим мы на матрицу через стекло, на которое она нанесена, то прошу обратить внимание на жёлтый слой на «заднем» плане – это золотое напыление, от которого нам впоследствии предстоит избавиться.
Вперёд на амбразуру!
Сравнение горизонтальных (слева) и вертикальных (справа) «вводов»
Кроме всего прочего, на стеклянной подложке обнаружилось много интересных вещей. Например, позиционных меток и контактов, которые, по всей видимости, предназначены для тестирования дисплея на производстве:
Оптические микрофотографии меток и тестовых контактных площадок
Конечно, такое происходит не часто и обычно является несчастным случаем, но дисплеи иногда ломаются. Например, эта едва заметная трещина толщиной меньше человеческого волоса способна навсегда лишить радости читать любимую книгу о туманном Альбионе в душном московском метро:
Если дисплеи ломают, значит это кому-нибудь нужно… Мне, например!
Кстати, вот оно, то золото, о котором я упоминал – гладкая площадка «снизу» ячейки для качественного контакта с чернилами (о них чуть ниже). Золото удаляем механически и вот результат:
You"ve got a lot of guts. Let"s see what they look like! (с)
Под тонкой золотой плёнкой скрываются управляющие компоненты активной матрицы, если можно её так именовать.
Но самое интересно, конечно же, это сами «чернила»:
СЭМ-микрофотография чернил на поверхности активной матрицы.
Конечно, трудно найти хотя бы один разрушенную микрокапсулу, чтобы заглянуть внутрь и увидеть «белые» и «чёрные» пигментные частицы:
СЭМ-микрофотография поверхности электронных «чернил»
Оптическая микрофотография «чернил»
Или всё-таки внутри что-то есть?!
То ли разрушенная сфера, то ли выдранная из несущего полимера
Размер отдельных шариков, то есть некоторого аналога субпиксела в E-Ink, может составлять всего 20-30 мкм, что значительно ниже геометрических размеров субпикселов в LCD-дисплеях. При условии, что такая капсула может работать в половину своего размера, то и изображение получается на хороших, качественных E-Ink дисплеях гораздо более приятным, чем на LCD.
И на десерт – видео о том, как работают E-Ink дисплеи под микроскопом.
