From Wikipedia, the free encyclopedia
Течнокристалният дисплей (на английски: Liquid Crystal Display – LCD) е плосък дисплей, който показва изображения върху равна повърхност. Изработва се с цифрова мониторна технология, на основата на тънък слой от течен кристал, който при прилагането на напрежение променя оптичните си качества. Течнокристалните дисплеи обикновено се използват в преносими електронни игри, както и за цифрови видеокамери, в системите за видеопрожектиране, за електронни билбордове, както и за монитори за компютри и в плоските телевизори. Често се употребява при електронни уреди, захранвани с батерии, защото използва много малко количество електроенергия. По-издръжлив е от други видове дисплеи.
За информацията в тази статия или раздел не са посочени източници. Въпросната информация може да е непълна, неточна или изцяло невярна. Имайте предвид, че това може да стане причина за изтриването на цялата статия или раздел. Шаблонът е поставен на 12:10, 12 март 2016 (UTC). |
Тази статия се нуждае от вниманието на редактор с по-задълбочени познания. Ако смятате, че имате необходимите знания, подобрете тази страница. |
LCD дисплеите са пригодени за показване на произволни изображения (като в дисплей за компютър с общо предназначение) или фиксирани изображения с ниско съдържание на информация, които могат да бъдат показани или скрити, като предварително зададени думи, цифри, и 7 сегментни дисплеи като в цифров часовник. Те използват една и съща основна технология, с изключение на това, че произволните изображения са съставени от голям брой малки пиксели, а други имат по-големи елементи.
LCD мониторите се използват в широк асортимент от приложения, включително компютърни монитори, телевизори, инструментални панели, дисплеи в самолетни кабини и табели. Те са често срещани в потребителски устройства като DVD плейъри, игрални устройства, часовници, калкулатори и телефони, и са заменили дисплея с електронно лъчева тръба (CRT) в почти всички приложения. Те са на разположение в по-широк диапазон от размери на екрана от Дисплеите с електроннолъчева тръба и плазмените дисплеи, и тъй като не използват фосфор, не страдат от замръзване на образа. LCD дисплеите обаче, са податливи на постоянство на изображението.
LCD екранът е по-енергийно ефективен и може да се изхвърля по-безопасно, отколкото CRT. Ниската му консумация на електрическа енергия позволява да бъде използван в захранвано с батерии електронно оборудване. Той е електронно модулирано оптично устройство, съставено от произволен брой сегменти, контролиращи слой от течни кристали и подредени в предната част на светлинен източник (подсветка) или рефлектор за производство на изображение в цвят или черно-бяло. Течните кристали са открити през 1888 г. До 2008 г. годишните продажби на телевизори с LCD екрани надхвърлиха продажбите на такива с CRT в целия свят, и CRT загуби актуалност за повечето приложения.
Понеже LCD не възпроизвеждат светлина, те се нуждаят от допълнително осветление, за да възпроизведат видимо изображение. В „предавателните“ типове LCD, тази светлина се възпроизвежда зад стъклото на панела и се нарича задна светлина. За разлика от пасивните матрици, чиито дисплеи не са светещи (пр. калкулатори, часовници), активните матрици винаги са светещи.
Днес, повечето LCD екрани са направени със задно осветеление вместо традиционните CCFL.
LCD панелите по принцип използват тънки метални пътечки, които са проводници и се нанасят върху стъклена подложка, като образуват електрическата верига, която управлява панела. По принцип не е възможно да се използват техники със запояване. Вместо това, контактът се осъществява чрез залепена пластмасова лента с проводникови пътечки, залепени за ъглите на LCD панела, или с така наречения еластомерен конектор (elastomeric connector), състоящ се от гумена лента или силикон с редуващи се слоеве от проводници и изолатори, пресовани между контактните подложки.
Прототип на пасивна матрица STN-LCD с 540x270 пиксела, Brown Boveri проучване, Швейцария, 1984 Едноцветната и по-късната цветна пасивна матрица на LCD били стандартни за по-ранните лаптопи и за така нареченото Нинтендо Game Boy до средата на 90-те, когато цветните активни матрици станали стандартни за всички лаптопи. Неуспешният Macintosh Portable (излязъл през 1989) бил един от първите, който е използвал дисплей с активна матрица, която била едноцветна. LCD-та с пасивна матрица са използвани и днес за по-малко взискателните техники от лаптопи и телевизори. Те са използвани за по-особени неща, като например за преносими устройства, където по-малко информация се показва на екрана, и също така са по-икономични понеже нямат осветление на екрана и са по-евтини, и също така директната светлина, която пада върху екрана не пречи да се вижда информацията.
Дисплеите с пасивни матрици използват така наречената super-twisted nematic STN технология (изобретена от Brown Boveri Research Center, Баден, Швейцария, in 1983) или двоен слой STN (DSTN) и цветен-STN (CSTN), при който е добавен и цвят чрез вътрешен филтър.
STN LCD-та били оптимизирани за пасивните матрици. Те проявявали по-голяма острота на контраст-волтаж характеристиката от оригиналните TN LCD-та. Това е важна характеристика, защото пикселите се подлагат на отделни волтажи, дори когато не са посочени. Така нареченото подслушване(Crosstalk) между активираните и неактивираните пиксели трябва да бъде контролирано правилно като RMS(средно квадратично) напрежението на неактивираните пиксели трябва да бъде под прага на напрежението, докато при активираните пиксели това напрежение трябва да е над прага на напрежението. STN LCD-та трябва да бъдат продължително обновявани редувайки променливи напрежения с еднаква полярност (положителна или отрицателна) по време на един кадър и променяйки я в другата полярност по време на следващия кадър. Всеки отделен пиксел се намира по съответния ред и колона. Този тип дисплей се нарича пасивно-матрично адресиране, защото пикселът трябва да запази своето състояние между обновленията без да се използва постоянен електричен заряд. Увеличавайки броя на пикселите, този тип дисплеи става по-осъществим. Дългото време на реакция и бедния контраст са типични за пасивно-матрично адресираните LCD дисплеи с прекалено много пиксели.
Новите LCD-та не се нуждаят от постоянно обновяване. За да се изобразят изображенията се използва така нареченото презаписване. Възможно е да се използва адресиране с пасивна матрица на новите устройства, ако техните записващи/премахващи характеристики са съвместими.
Цветните дисплеи с висока разделителна способност, като например модерните LCD монитори и телевизори, използват активно-матрична структура. Матрица от тънкослоен транзистор (TFT) се добавя към електродите и се образува контакт с LC-слоя. Всеки пиксел има свой собствен транзистор, който позволява всяка колона да има достъп до един пиксел. Когато някой ред е посочен, всичките колони са свързани с един ред от пиксели и напреженията съответстващи на информацията от изображението се изпращат към всичките колони. След това съответният ред се деактивира и се посочва следващият. Всичките редове се посочват в последователност по време на обновителната операция. Дисплеите използващи активно-матрично адресиране изглеждат по-свети и по-остри в сравнение с пасивно-матрично адресираните дисплеи със същия размер и обикновено имат по-бързо време за реакция, произвеждайки по-добри снимки.
Първите течнокристални дисплеи стават достъпни за използване през 60-те години на XX век. Тези дисплеи бяха използвани в много часовници и джобни калкулатори поради ниската си консумирана мощност и преносимост. Все пак проблемите бяха свързани с тяхната четимост и ограничения живот на течнокристалните материали, което доведе към развитието по време на 70-те години на Twisted NEMATIC (TN) дисплеи, чиито варианти сега са налични в компютърни монитори и плоски телевизори. Клетката на TN се състои от горни и долни слоеве, разделени от тясно пространство (около 5 – 10 микрона), запълнено със слой течен кристал. Слоевете са предимно от много тънко стъкло и имат електропроводими покрития (електроди) направени от тънък слой индиев окис. Слоевете на електрода са покрити с тънък подравняващ слой от полимер, който спомага за подравняването на молекулите на течния кристал при контакт с тях. Течните кристали трябва да са ориентирани приблизително паралелно на повърхността. При повечето изпълнения слоевете за изравняване се състоят от слой полимер дебел няколко десетки нанометра (1 нанометър = 10-9 метра). В асемблирането на клетката слоевете са подредени така, че направленията на подредбата да са перпендикулярни един на друг. Всичко това е между два листа поляризатори. При липса на каквото и да е напрежение течните кристали са хаотично подредени между двата слоя.
Без определено състояние на поляризаторите на течния кристал, светлината попадаща в клетката щеше да бъде погълната и клетката щеше да изглежда тъмна. В присъствието на слой от течни кристали клетката изглежда прозрачна, защото оптиката от изкривения течен кристал съчетава кръстосаното подреждане на поляризатори. Прилагането на напрежение от три до пет волта през течния кристал разрушава изкривеното състояние и кара молекулите да се ориентират перпендикулярно, което придава тъмен външен вид на клетката. Затова в простите дисплеи клетките на течния кристал са управляеми по отразяващия способ с разсеян рефлектор поставен зад дисплея, а активизираните части на модела на електрода се появяват като черни образи на сив фон осигурен от разсеващия рефлектор.
In-plane switching технологията подравнява течните кристали в равнина паралелна на стъклените субстрати. При този метод, електричното поле се подава на отсрещните електроди на същите стъклени субстрати, така че течните кристали да бъдат преориентирани в същата равнина, въпреки че повърхностните полета образуват хомогенна преориентация. Това изисква два транзистора за всеки пиксел, за разлика от ТFT дисплеите, които изискват един. Panasonic използват подобрена версия (eIPS) за техните по-големи LCD телевизори, също така Hewlett-Packard в техните TouchPad таблети и Chromebook 11.
LG доминират със своят LG Optimus Black (IPS LCD (LCD NOVA)), който има светимост до 700 нита, докато конкурентът има само IPS LCD с 518 нита и active-matrix OLED (AMOLED) дисплей с 305 нита. LG също претендират NOVA дисплея да бъде 50% по-ефикасен от стандартните LCD-та и да консумира 50% от мощността на AMOLED дисплеите, когато произвежда бял цвят на картината. Когато стане дума за контраст, AMOLED дисплеите се представят най-добре, поради технологията, която използват, където черните цветове се изобразяват като черно, а не като тъмно сиво. На 24 август 2011, Nokia обяви Nokia 701 и също доминира със своят най-ярък дисплей с 1000 нита. Екранът също има Nokia Clearblack слой, подобряващ контраста, наподобявайки този на AMOLED екраните.
Super-IPS матрицата е изобретена след in-plane switching матрицата с даже по-добро време на реакция и цветова репродукция.
Срещана като fringe field switching (FFS) до 2003, advanced fringe field switching матрицата е подобна на IPS или S-IPS, предлагаща изключителна производителност и цветова гама с висока светимост. AFFS е изобретена от Hydis Technologies Co., Ltd, Корея (официално Hyundai Electronics, LCD Task Force).
Лаптопите използващи AFFS намаляват изкривяването на цвета, докато запазват по-широкият ъгъл на виждане за професионалния дисплей. Цветовото изкривяване и отклонение се поправя с оптимизирането на бялата гама, което също подобрява бяло/сивата репродукция.
През 2004, Hydis Technologies Co., Ltd лицензират AFFS на японските дисплеи Hitachi. Hitachi използват AFFS за да произвеждат така наречените high-end панели. През 2006, HYDIS лицензират AFFS на Sanyo Epson Imaging Devices Corporation.
Малко по-късно, Hydis представят така наречената високо-пропусклива еволюция на AFFS дисплеите, наречена HFFS (FFS+). Hydis представят AFFS+, което позволява по-лесно четене на открито място, през 2007. AFFS панелите са най-често използвани за екраните в пилотските кабини на пътническите самолети. Но след февруари 2015 вече не се произвеждат.
Вертикално-подравняваните дисплеи са един вид LCD дисплеи, в които течният кристал е естествено вертикално подравнен със стъклените субстрати. Когото не е подложен на напрежение, течният кристал остава перпендикулярен на субстрата, образувайки черен дисплей между кръстосаните поляризатори. Когато течният кристал бъде подложен на напрежение, той се подравнява в шаблонна позиция позволявайки на светлината да премине през него и да образува сива гама върху екрана базирана на това под какъв ъгъл е изкривен кристалът. Това позволява да има по тъмно-черен фон, по-висок контрастно отношение, по-голям ъгъл на виждане и по-добро качество на изображението при екстремни температури, над традиционните twisted-nematic дисплеи.
Blue phase mode LCD-та са се появили като пробен тест рано през 2008, но те все още не са в масовото производство. Физиката на blue phase mode LCD-та предлага че мога да бъдат постигани много кратки времена за смяна (~1 милисекунда), така че да се осъществи последователното време за контрола на цвета и скъпите цветови филтри да излязат от употреба.
Всеки пиксел на LCD обикновено се състои от слой от молекули подредени между два прозрачни електрода и два поляризиращи филтъра (хоризонтално и перпендикулярно), осите на предаване на които (в повечето случаи) са перпендикулярни една на друга. Без течния кристал между поляризиращите филтри, светлината, преминаваща през първия филтър, ще бъде блокирана от втория (пресичащ) поляризатор.
Преди прилагане на електрическо поле, ориентацията на молекулите на течните кристали се определя от подравняването на повърхността на електродите. В усукано тематично (TN) устройство, посоките на подравняване на повърхността на двата електрода са перпендикулярни една на друга, и така молекулите сами се подреждат в спираловидна структура, или се усукват. Това предизвиква завъртане на поляризацията на падащата светлина, и устройството изглежда сиво. Ако приложеното напрежение е достатъчно голямо, молекулите на течните кристали в центъра на слоя са почти напълно неусукани и поляризацията на падащата светлина не се завърта, тъй като преминава през слой течен кристал. Тази светлина ще бъде поляризирана перпендикулярна на втория филтър, и по този начин ще бъде блокирана и пиксел ще се вижда като черен. Чрез контролиране на напрежението, което се прилага във всеки пиксел от слоя течни кристали, може да се позволи да минат различни количества светлина през всеки пиксел и така се получават различни нива на сивото.
LCD с горен поляризатор, отстранен от устройството и поставен отгоре, така че горния и долния поляризатори са перпендикулярни.
Оптичният ефект от TN устройство в състояние на напрежение е далеч по-малко зависим от вариации в дебелината на устройството от този, в състояние без напрежение. Поради това, TN дисплеи с ниско съдържание на информация и без фон обикновено работят между кръстосани поляризатори, така че се показват ярко, без напрежение (окото е много по-чувствително към колебанията в тъмната скала, отколкото в светлата).
Тъй като повечето от днешните LCD монитори, използвани в телевизорите, монитори и смартфони имат висока разделителна способност за показване на произволни изображения и използват тъмен фон, когато не се показва изображение, съществуват различни механизми. а тази цел, TN LCD монитори се поставят между паралелни поляризатори, докато IPS LCD монитори разполагат кръстосани поляризатори. В много приложения IPS LCD-та са заменили TN LCD екрани, по-специално в смартфони като iPhone.
Както течните кристали, така и материалът на слоя за подравняване съдържат йонни съединения. Ако за дълъг период от време се прилага електрическо поле с определена полярност, този йонен материал се привлича към повърхностите и това понижава производителността на устройството. Този ефект се избягва чрез прилагане на променлив ток или чрез обръщане на поляритета на електрическото поле при всяко обръщане към устройството, тъй като реакцията на слоя течен кристал слой е една и съща, независимо от полярността на приложеното поле.
Дисплеи за малък брой отделни цифри и/или фиксирани символи (както и в дигитални часовници и джобни калкулатори) могат да бъдат направени с независими електроди за всеки сегмент. За разлика от тях пълен дисплей с буквени и цифрови или с променливи графични знаци обикновено се прави с пиксели във вид на матрица, състояща се от електрически свързани редове от едната страна на LC слоя и колони от другата страна, което прави възможно да се адресира всеки пиксел в пресечните точки. Общият метод за адресиране на матрица се състои от последователно адресиране на едната страна на матрицата, например чрез избиране на редовете един по един и прилагане на информацията за картината от другата страна на колоните ред по ред.
![]() | Тази статия се нуждае от подобрение. Необходимо е: проверка на техническите термини. Ако желаете да помогнете на Уикипедия, използвайте опцията редактиране в горното меню над статията, за да нанесете нужните корекции. |
Важни фактори, които да се вземат предвид, когато се оценява LCD монитор:
Пространствената резолюция на LCD се изразява чрез броя на пикселите по колони и редове (например 1024х768). Всеки пиксел е съставен от 3 под-пиксела, червен, зелен и син. Това е една от малкото особености на LCD производителността, която лесно се разбира и не е предмет на интерпретация. Има нови схеми, обаче, които споделят под-пикселите между пикселите и добавят цветове на под-пикселите. Затова в бъдеще, пространствената резолюция може да бъде предмет на интерпретация.
Външен фактор, който трябва да се отчете, са възможностите на очите на зрителя. Практически това значи, че по-старите стандартни телевизионни резолюции определят идеална дистанция за гледане, която е била 8 пъти височината на екрана. При такава дистанция редовете пиксели се сливат. Ако потребителят отиде по-близо до екрана от тази дистанция, то той би могъл да види редовете пиксели. Когато се наблюдава от по-далеч, изображението на редовете пиксели пак се слива, но цялостното изображение става по-малко, с увеличаването на разстоянието. За HDTV с малко повече от два пъти броя редове пиксели, идеалната дистанция за гледане е около половината от тази за стандартен екран. Колкото по-висока е резолюцията, толкова по-близо потребителят може да стои или толкова по-голям екран може да бъде полезен на същата дистанция като по-стар стандартен дисплей.
За компютърен монитор или друг LCD монитор, който се гледа от много близка дистанция, резолюцията често се изразява с точкова прецизност или пиксели в инч. Това е съвместимо с книгопечатната индустрия (друга форма на показване). Списания и други хартиени медии са често 300 точки за инч. Това позволява много стабилно и детайлно изображение. LCD екраните, особено за мобилни устройства, често имат много по-малко от това, защото колкото по-голяма точкова прецизност има, толкова по-оптично неефективен е дисплеят и толкова повече енергия изразходва. Използваната енергия от LCD често е половината, ако не и повече, от енергията, консумирана от мобилен телефон.
Допълнително обсъждане на пространствената производителност са видимият конус и съотношението на екрана. Съотношението на екрана е съотношението между дължината и височината (например: 4:3, 5:4, 16:9, 16:10). По-стари, стандартни телевизори са 4:3. По-новите HDTV телевизори имат съотношение 16:9, както и повечето нови лаптопи. Филмите често биват заснети в много по-различни (широки) съотношения, което е причината често да има черни ивици отгоре и отдолу на HDTV екраните.
Ъгълът на виждане на LCD екран е важен, в зависимост от неговото разположение. Той е ъгълът, където контрастът на LCD пада под 10:1. В този момент, цветовете обикновено започват да се променят (червеното става зелено и т.н.). Ъглите на виждане за LCD монитори са били много ограничителни, но подобрени оптични ленти са разработени, които дават почти 180 градусови ъгли на виждане от ляво надясно. Ъгли от горе надолу все още могат да бъдат ограничителни, по дизайн, защото гледането на LCD монитор от екстремно голям (горен и долен) ъгъл не се ползва често и тези фотони се пропиляват. Производителите често фокусират светлината от лявата към дясната равнина, за да получат по-ярко изображение там.
Скорост на обновление или времева резолюция на LCD монитора означава колко пъти в секунда дисплеят рисува информацията, която му е дадена. След като LCD пикселите не блещукат между отделните кадри, LCD мониторите нямат обновителни трептения, без значение колко ниска е скоростта на обновление. LCD телевизорите от висок клас могат да имат до 240 Hz скорост на обновление, което изисква допълнителна обработка за да се добавят допълнителните кадри между реалните изображения, за да се изглади движението на картината. Тези високи скорости на обновление, обаче, може да не бъдат поддържани от времето за отговор на пикселите. Това може да доведе до визуални дефекти, които нарушават картината.
Времевата производителност може да бъде още по-малка, когато става въпрос за 3D дисплей. 3D работи като показва много различни изображения, като ги разменя за всяко око. Това означава, че 3D дисплеят трябва да визуализира два пъти повече изображения за същия период от време, което би отнело на обикновен дисплей, следователно времето за отговор на дисплея е много по-важно. 3D LCD екраните с маргинално време за отговор показват изображението размазано.
Тези артефакти се забелязват най-много при човешкото черно-бяло зрение, отколкото при цветното зрение. Следователно при тях е много по-вероятно да се забележи примигване или друг вид преходно „изкривяване“ на изображението, когато не гледат директно към екрана, защото пръчковидните клетки в очите им най-вероятно са групирани на периферията на зрението.
Когато за цветова дълбочина се има предвид цветова поддръжка, обикновено това значи броят цветове, които LCD мониторът може да визуализира. Този брой е превръщането на числата от двоична бройна система в десетична. Например 8-битов цвят, което е 2 на 8-а степен, което означава 256 числа. 24-битов цвят, което е 2 на 24-та степен, или 256 х 256 х 256, общо 16 777 216 цвята. Цветовата резолюция на човешкото око зависи от диапазона цветова, които биват разделени и броя разделения, но за повечето дисплеи има лимит от 28-битови цветове. LCD телевизорите често показват, че разполагат с повече от това, защото дигиталната обработка може да причини „цветови деформации“, съответно допълнителни нива на цветовете са необходими, за да се осигури съществуването на реални цветове.
Има допълнителни аспекти към цветовото управление, като бяла точка и гама корекция, които определят какъв да е белия цвят и как другите цветове се визуализират спрямо него. Някои LCD телевизори имат софтуер за разпознаване на лица, който разпознава, че част от изображението е лице и определя цветовете и фокуса за него по различен начин.
Първото условие, е че контрастните съотношения се измерват в напълно тъмна стая. В реалната употреба стаята никога не е напълно тъмна. Може да има слънчева светлина идваща от прозорец или други стайни светлини, който се отразяват от повърхността на LCD дисплея и влошават контраста. От практична гледна точка, контраста на LCD, или всеки дисплей, се регулира от количеството повърхностни отблясъци, не от ефективността на дисплея.
Второто условие е, че човешкото око може да възприеме контраст максимум около 200:1 Черна точка върху бяла хартия е около 15 – 20:1 Ето защо ъглите на видимост са уточнени до точка, където падат под 10:1. 10:1 не е голям, но се забелязва.
Яркостта обикновено се посочва на максималната си мощност на LCD дисплея. При сегашното ниво на LCD технологията, яркостта, макар и важна, обикновено е еднаква от производител на производител и следователно не се обсъжда, освен за лаптоп LCD монитори и други дисплеи, който ще бъдат използвани при ярка слънчева светлина.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.