Принцип работы ЖК дисплеев

Жидкокристаллические дисплеи уже имеют в своем названии указание на то, с помощью чего создается изображение на экране. Жидкие кристаллы, которые были открыты еще в 1888 году, играют ключевую роль в формировании картинки.

Основной принцип, используемый в ЖК мониторах, — поляризация света. Существует множество материалов, пропускающих свет только с определенной поляризацией. Скажем, пропускается свет с вертикальной поляризацией, а вот с горизонтальной полностью задерживается. При промежуточных значениях поляризации свет задерживается только частично.

Таким образом, хотя человеческий глаз не способен отличать состояние поляризации, но, управляя ею, можно обеспечивать формирование элементов изображения. На данный момент роль управляющих элементов лучше всего выполняют жидкие кристаллы. При приложении к ним электрического поля они способны изменять свою ориентацию в пространстве, заодно изменяя и угол поляризации проходящего через них света.

Основная проблема, с которой столкнулись разработчики, заключается в адресации пикселей: как изменить ориентацию жидких кристаллов только напротив нужных пикселей, не затрагивая соседние. Окончательно эта проблема была решена лишь с появлением тонкопленочных транзисторов (TFT — Thin Film Transistors) и созданных на их основе активных матриц (панелей).

Современный ЖК монитор с активной матрицей представляет собой многослойный «бутерброд» (рис. 3). Световой поток от ламп подсветки проходит через рассеиватель, призванный обеспечить равномерную засветку всего экрана. Далее, проходя через первый поляризационный фильтр, свет приобретает определенную поляризацию.

Минуя стеклянную подложку с нанесенными на нее прозрачными электродами и схемами управления (горизонтальные и вертикальные линии данных, тонкопленочные транзисторы, управляющие напряжением на прозрачном электроде, и конденсаторы, помогающие сохранить установленный тонкопленочным транзистором заряд прозрачного электрода), свет проходит через слой жидких кристаллов. Далее следует общий прозрачный электрод.

В зависимости от того, какое напряжение приложено между двумя прозрачными электродами (общим и управляемым), жидкие кристаллы изменяют поляризацию света на определенный угол (чем больше напряжение, тем меньше угол). Соответственно, второй поляризационный фильтр, следующий за общим прозрачным электродом, пропустит только часть света, формируя изображение пиксела (по размерам совпадающего с прозрачным электродом) той или иной яркости.

Рисунок 3 — структура LCD экрана.

Для того чтобы получить цветное изображение, между общим прозрачным электродом и вторым поляризационным фильтром помещают цветные светофильтры трех основных цветов. В этом случае один пиксел цветного изображения формируется с помощью трех управляемых электродов, расположенных рядом.

Рассмотрим более подробно, как происходит изменение поляризации света. Жидкие кристаллы имеют ярко выраженную продолговатую форму (именно за счет нее они могут изменять поляризацию света) и при отсутствии внешних воздействий «стараются» выстроиться рядами. Если на электрод нанести параллельные бороздки, то, попадая в них, близлежащий слой жидких кристаллов будет вынужден придерживаться заданной ориентации. Вслед за ним ориентацию изменят и все остальные слои жидких кристаллов.

Более «интересная» ситуация наблюдается, если бороздки на общем и управляемом электродах расположены перпендикулярно. Жидкие кристаллы из близлежащих к электродам слоев примут перпендикулярную друг другу ориентацию, а остальные кристаллы, расположенные в толще, будут постепенно изменять угол своей ориентации, образуя своеобразную спираль.

Таким образом, при отсутствии управляющих напряжений слой жидких кристаллов изменит поляризацию света на 90°. Расположив поляризационные фильтры под углом 90° друг к другу, можно обеспечить прохождение света при отсутствии внешних электрических воздействий на электроды (свечение пиксела). Если же приложить определенное напряжение к электродам, то ориентация кристаллов изменится: они выстроятся рядами.

При этом свет будет проходить через слой жидких кристаллов, сохраняя начальную поляризацию, и, как следствие, будет полностью задержан вторым поляризационным фильтром (пиксел не светится). При меньших значениях напряжения будет устанавливаться промежуточное состояние: поляризация будет изменяться на угол, больший 0, но меньший 90°. Соответственно, чем большее напряжение приложено к электродам, тем меньше изменение угла поляризации и тем больше света задерживается вторым поляризационным фильтром (промежуточные значения яркости пикселов).

У LCD-мониторов есть несколько недостаток, связанный с растровым способом формирования изображения: ЖК панель, как и все цифровые устройства, имеет собственное разрешение. При выводе изображения с разрешением, соответствующим собственному, оно обладает великолепной четкостью. Но, как только разрешение изменяется, одновременно падает четкость (приходится интерполировать картинку, чтобы она занимала весь экран).

Падение четкости при интерполяции картинки заметно только при работе с программами и просмотре графики. Просмотр видеофильмов, статических реалистичных изображений (например, фотографий) с разрешениями, отличными от собственного, не вызывает заметного падения качества изображения.