Активные и пассивные жидкокристаллические матрицы

Жидкие кристаллы – вещества с изменяемой кристаллической решеткой (агрегатное состояние: не совсем твердые, но и не жидкие), которые были открыты австрийским ботаником Райницером в 1888 году.

Если к кристаллам приложить электрический заряд, они начинают отражать или поглощать свет. Именно это свойство жидких кристаллов используется в современных LCD- мониторах. Очевидными преимуществами с самого начала разработки новых мониторов были существенно меньший за счет толщины объем LCD- монитора по сравнению CRT-монитором и меньшее потребление электроэнергии. Еще одним преимуществом стало отсутствие высокочастотного излучения вблизи экрана.

Цветные жидкокристаллические панели, являющиеся основой LCD- мониторов, делятся на два вида: активные и пассивные. Также используется название «активные и пассивные матрицы».

Активные матрицы основаны на тонкопленочном транзисторе (ThinFilmTransistor – TFT). Они обладают более четким, чистым изображением и большим углом видимости, чем пассивные. Достигается это за счет более высокой частоты обновления. В активных матрицах управление каждой точкой экрана осуществляется отдельным транзистором. В пассивных матрицах используется сетка вертикальных и горизонтальных связей.

Одной из первых технологий пассивных матриц была технология TwistedNematic (TN, кристаллические экраны). Мониторы с такими матрицами обладали малыми углами обзора – порядка 90° по горизонтали и вертикали и большим временем включения и выключения ячейки матрицы – порядка 50 мс, что эквивалентно частоте смены кадров 20 Гц. Естественно, что при просмотре видео или в играх из-за низкой частоты прорисовки изображение искажалось.

Существенно улучшить характеристики TN-матриц без значительного изменения и удорожания конструкции удалось путем использования технологии SuperTwistedNematic (STN) и применения полимерных пленок с двойным лучепреломлением.

Оригинальная технология TN предполагает закручивание спирали жидких кристаллов на 90° (как показано на рис. 1). Достигается это размещением слоя кристаллов между выравнивающими пластинами с бороздками, направленными перпендикулярно друг другу.

Рисунок 1

Технология STN предусматривает закручивание спирали при снятом напряжении на угол около 210°. При этом удается сократить время на раскручивание спирали до положения, обеспечивающего непрохождение светового потока. Инерционность, или, как говорят, время отклика панелей STN, удалось снизить в среднем до 30 мс. Это соответствует частоте смены кадров 33 Гц. Как известно, в современных CRT-мониторах частота кадров, в зависимости от режима, составляет 100 Гц и выше, что дает время отклика 10 мс. Чтобы расширить углы обзора, в STN-матрицах стали использовать еще один слой, который представляет собой полимерную пленку с коэффициентом преломления большим, чем у самих жидких кристаллов. Благодаря этому удалось, не внося серьезных изменений в технологию производства, увеличить углы обзора в среднем до 120° по горизонтали и 110° по вертикали.

LCD-панели, имеющие такую конструкцию, получили названия TN+Film или FilmCompensated STN (FSTN). Наряду с увеличенными углами обзора матрицы FSTN отличаются более высокой контрастностью и яркостью, чем у обычных STN-панелей. Создание матриц FSTN, хотя и позволило улучшить характеристики LCD-панелей, все же не решило проблему углов обзора и инерционности. Не требуя радикального изменения конструкции матриц и процесса их производства, т. е. не вызывая значительного роста себестоимости, технология FSTN послужила переходным решением, позволившим разработать более совершенные технологии.