Устройство LCD-монитора с активной матрицей

Рассмотрим структуру и принцип работы активной матрицы с технологией TFT (thinfilmtransistor – на тонкопленочных транзисторах).

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойную структуру, показанную на рис. 2 и рис. 3.

Рисунок 3

Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет – красный, синий или зеленый – и слой жидких кристаллов. Кроме этого, для освещения экрана изнутри используется лампа подсветки.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов – при этом изменяется ориентация кристаллов.

TFT-экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024×768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.

Как и в традиционных электронно-лучевых трубках, пиксель формируется из трех участков – красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

За последние десять лет стали известны и внедрены в производство целый ряд новых технологий изготовления жидкокристаллических панелей.

Основными преимуществами жидкокристаллических мониторов являются:

· экономичность;

· меньшие размеры и вес;

· отсутствие вредных высокочастотных излучений;

· отсутствие мерцания экрана;

· большая по сравнению с ЭЛТ видимая часть экрана.

Недостатками жидкокристаллических мониторов являются:

· фиксированное оптимальное разрешение экрана, однозначно связанное с количеством элементов в матрице;

· ограниченные углы обзора по горизонтали и вертикали (углы обзора по горизонтали и вертикали определяются по падению контрастности изображения монитора 10:1; ряд производителей приводят данный параметр для случая падения контрастности 5:1, в этом случае заявленные углы обзора будут больше);

· конечное (достаточно большое) время отклика ячейки матрицы, что имеет принципиальное значение при отображении на экране динамических объектов.

Ключевыми характеристиками жидкокристаллических мониторов являются контрастность, яркость, время отклика и интерфейс подключения.

Контрастность показывает, сколько уровней яркости могут создавать пиксели матрицы; она указывается двумя числами, например, 400:1. Сами по себе пиксели и лежащие в их основе жидкие кристаллы не вырабатывают свет, они лишь пропускают свет от подсветки. И темный экран вовсе не означает, что подсветка не работает, просто пиксели блокируют этот свет и не пропускают его сквозь экран.

Яркость жидкокристаллического монитора может быть выше яркости электронно-лучевой трубки. Значение данного параметра приводится в виде числа с единицами измерения кд/м2 (кандел на квадратный метр).

Время отклика показывает время (в миллисекундах), необходимое для переключения пикселя с черного цвета на белый и обратно. Производители указывают это время, поскольку отклик такого перехода минимален, что обусловлено принципом работы ячейки жидкокристаллической матрицы. На самом деле время отклика (обновления) пикселя зависит от его начального состояния и требуемого конечного состояния. Чем ближе исходный и конечный оттенок пикселя (например, черный цвет и наиболее темный серый оттенок), тем больше время отклика. Это связано с тем, что для такого перехода жидкие кристаллы пикселя должны быть повернуты на незначительный угол, что достигается малой величиной приложенного электрического поля, а малая величина электрического поля обусловливает малую скорость поворота жидких кристаллов.

Большинство современных мониторов используют интерфейс DVI (DigitalVisualInterface), разработанный DigitalDisplayWorkingGroup. Переход на цифровой интерфейс избавляет от искажений картинки и позволяет заметно уменьшить стоимость монитора. Интерфейс DVI использует дифференциальную технологию передачи TransitionMinimizedDifferentialSignaling (TMDS) и имеет сдвоенную архитектуру (DualLink), состоящую из 2×3 каналов. Дифференциальный способ передачи сигналов помогает избавиться от влияния большинства помех. При передаче данных по трем каналам (12 контактов на разъеме) обеспечиваются полоса пропускания 165 МГц и поддержка разрешений до 1920×1080 пикселей при частоте кадров 60 Гц или до 1280×1024 пикселей при 85 Гц. Использование всех шести каналов удваивает полосу пропускания и делает доступными режимы до 2048×1536 пикселей при 60 Гц или до 1920×1080 пикселей при 85 Гц. При этом задействованы все 24 контакта разъема.

Интерфейс DVI предусматривает возможность передачи, кроме цифровых данных, и аналоговых сигналов для CRT-мониторов. Реализация только цифровой части стандарта обозначается DVI-D. Интерфейс, по которому передаются и аналоговые сигналы, получил название DVI-I. Разъемы кабелей DVI-D и DVI-I отличаются числом контактов (у DVI-I их на 4 больше), но одинаковы по форме, совместимы между собой и со всеми графическими картами, оснащенными DVI-коннектором.