6.3.4. Оконечные устройства рлс.

Основным оконечным устройством судовых навигационных РЛС является индикатор кругового обзора или - применительно к РЛС нового поколения – дисплейный блок. Схемотехническое построение дисплейного блока во многом определяется типом примененного в нём устройства визуального отображения информации, а также счетно-решающих устройств на основе процессоров, к которым относятся устройства электронной прокладки (EPA), автосопровождения целей (ATA), видеоплоттера, системы автоматического сопровождения целей (ARPA). Существенные коррективы в схемотехническое построение дисплейных блоков вносит также реализация требований Резолюции ИМО. RSC 192 (79) в части обязательного сопряжения РЛС с автоматической идентификационной системой (АИС), электронной картографической навигационно-информационной системой (ЭКНИС), судовым компьютером. В РЛС нового поколения (RADAR- PC), где внедрена компьютерная система обработки и отображения радиолокационного сигнала, в принципе изменилась и их конфигурация. Конструктивно законченными приборами RADAR-PC являются передатчик с СВЧ блоком приемника, антенна, процессорный блок и устройство управления и отображения данных РЛС (дисплей с клавиатурой). При этом, имеется и такая конфигурация РЛС – ПК, когда процессорный блок через внутреннюю сеть Ethernet подключается к судовому персональному компьютеру (ПК) или многофункциональному дисплею (МФД) в системе навигационной сети NavNet. Передатчик с СВЧ блоком приемника конструктивно может быть объединен в один прибор с антенной. СВЧ блок приемника – это усилитель высокой (сигнальной) частоты + преобразователь частоты (т.е. в данном случае принятый антенной отраженный сигнал предварительно до перехода на промежуточную частоту усиливается). Процессорный блок состоит из приемника и высокопроизводительного процессора, выполняющего все операции по управлению работой РЛС. Такое построение РЛС создает возможность унификации её отдельных блоков и встраивания в интегрированные навигационные комплексы. Унификация блоков позволяет по желанию Заказчика создавать различные варианты комплектации изделия с возможностью отображения информации на дисплее судового ПК, являющегося интегратором информации навигационных датчиков судна (РЛС, АИС, СНС-навигатор, компас, лаг и т.д.).

Дисплейный блок современных РЛС.

Микропроцессорный модуль дисплейного блока или главный модуль РЛС нового поколения обеспечивают выполнение задач приема, обработки и отображения радиолокационной информации, управления режимами работы РЛС, управления каналами связи и обмена информацией с внешними пользователями, контроля работоспособности РЛС, решения прикладных задач, а также документирования и архивирования радиолокационной информации.

Применительно к современным навигационным требованиям по наблюдению и контролю надводной обстановки перечисленные задачи имеют следующие функциональное назначение и взаимосвязи между собой.

При приеме радиолокационной информации аналоговый видеосигнал из приемника поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, где преобразуется в дискретный и накапливается в реальном масштабе времени. Накопленные дискретные сигналы для задачи обработки радиолокационной информации представляют собой так называемую “сырую” радиолокационную информацию.

Обработка радиолокационной информации состоит из предварительной обработки информации, где выполняется фильтрация ″сырой" радиолокационной информации. На этапе первичной обработки информации решается задача обнаружения целей. Задача сопровождения целей и расчета параметров сопровождаемых целей выполняется на этапе вторичной обработки радиолокационной информации. В настоящее время идентификацию целей можно выполнить по запросу или получить из автоматической идентификационной системы (АИС). В системе АИС, разработанной для повышения безопасности мореплавания в открытом море и прибрежных водах, применяется автоматический обмен навигационной и рейсовой информацией между судами и береговыми станциями. При отсутствии возможности идентификации целей с помощью АИС выполняется их классификация, например, путем запроса необходимой информации по каналам средств связи непосредственно у объекта, который идентифицируется как цель на экране РЛС. В крайнем случае, по отраженному радиолокационному сигналу цель можно классифицировать как большую или малую. Следует заметить, что теория классификации целей по отраженному радиолокационному сигналу еще недостаточно разработана.

Информацию, вырабатываемую процессорным модулем и выводимую на экран дисплея можно условно разделить на две составляющие: а) информация, определяемая требованиями Резолюции ИМО.RSC 192(79) и б) информация, необходимая для настройки РЛС на оптимальный режим работы и для принятия решений в процессе работы РЛС, а также результаты решения прикладных задач и ″сырая″ радиолокационная информация.

В современных РЛС предусматривается также архивирование ″сырой" радиолокационной информации. Основное назначение архивирования есть выполнение функции ″черного" ящика. Должна быть предусмотрена возможность просмотра результатов архивирования как на самой РЛС, так и у внешнего пользователя. Кроме того, архивированная информация, может также использоваться при работе РЛС в режиме «Trial»

В соответствии с требованиями ИМО необходимо не только правильно выполнить задачу расхождения движения судов, но и задокументировать её выполнение. Для этого должны быть предусмотрены соответствующие программные и технические средства. Кроме того, для этих целей должно быть предусмотрено применение внешних носителей (запись информации на внешние носители и чтение с них).

При работе РЛС необходим контроль функционирования антенны, передатчика, приемника, дисплейного блока. Эта задача также выполняется с помощью процессорного модуля с выводом необходимой информации на экран дисплея.

Таким образом, функционирование современных РЛС, по сути, обеспечивается с помощью специализированной компьютерной системы обработки эхосигналов, управления, отображения и контроля, получившей название программно-аппаратного комплекса (ПАК) РЛС.

Оператор с пульта дисплейного блока управляет режимом работы РЛС, выводом информации на экран, включением и настройкой параметров задач фильтрации, обработки радиолокационной информации, решением прикладных задач, каналами связи и обмена информацией с внешними пользователями, выдачей соответствующей документации, фиксирующей нестандартные ситуации, возникающие в зоне ответственности, просмотром архивированной информации.

Концептуально, модель ПАК, которая учитывает функциональное назначение перечисленных задач и их взаимосвязи между собой, приведена на рис.2.47.

Р ис. 2.47.Функциоальная структура дисплейного блока современной РЛС.

Основные особенности структуры следующие. Модульный принцип организации функционирования ПАК. Функциональное назначение модулей соответствует задачам, выполняемым ПАК, за исключением того, что модуль аппаратно-программных средств содержит технические и программные средства, необходимые для выполнения следующих задач:

- преобразование аналогового видеосигнала в дискретный и его накопление в преобразователе;

• ввод накопленного сигнала из преобразователя в базу данных;

• управление работой преобразователя;

• управление работой приемника и передатчика;

• прием сигнала, указывающего положение антенны;

• прием информации от АИС.

Отличительной чертой структуры ПАК есть то, что для хранения как принимаемой, так и получаемой в процессе решения задач ПАК информации, применяется база данных. Это предоставляет возможность, во-первых, каждому модулю иметь доступ ко всей информации, находящейся в базе данных, а, во-вторых, выполнять обмен информацией (данными) между модулями, используя только базу данных.

Кроме того, обработка „сырой" радиолокационной информации начинается только после преобразования аналогового видеосигнала в дискретный и накопления его для всего кругового обзора. Доступ к ″сырой" радиолокационной информации кругового обзора открывает новые возможности в разработке методов и алгоритмов фильтрации, обнаружения, сопровождения и классификации целей.

Для увеличения вычислительной мощности ПАК предусмотрено подключение спецвычислителя. Спецвычислитель оперирует с данными, которые находятся только в базе данных.

Время решения задач, выполняемых модулями, должно удовлетворять следующим требованиям. Модуль аппаратно-программных средств выполняет задачу в ″жестком″ реальном масштабе времени.

Время, за которое выполняется обработка радиолокационной информации, и выдаются результаты обработки на экран дисплея, должно быть меньше времени выполнения кругового обзора РЛС, т.е. предыдущий круговой обзор должен быть обработан и результаты выданы на экран за время приема ″сырой" радиолокационной информации текущего кругового обзора.

Запись в базу данных информации, полученной при обработке предыдущего кругового обзора должна быть выполнена также за время приема радиолокационной информации текущего кругового обзора РЛС. Остальные задачи выполняются на фоне вышерассмотренных задач. Требования реального масштаба времени к их решению не предъявляются.

Внедренное в РЛС аналого-цифровое преобразование отраженного от целей сигнала и последующая его процессорная обработка позволили применять в индикаторах кругового обзора любой вид оконечного устройства визуального отображения информации, среди которых наибольшее распространение получили электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с растровым формированием развертки (телевизионные кинескопы),управляемые цифровыми схемами, и жидкокристаллические экраны (ЖК- мониторы). Имевшие в прошлом монопольное применение в ИКО электронно-лучевые трубки с магнитным отклонения луча и длительным послесвечением экрана в настоящее время не применяются.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) – электровакуумный прибор, преобразующий электрические сигналы в световые. В строгом смысле, электронно-лучевыми трубками называют ряд электронно-лучевых приборов, одним из которых является кинескоп, применяемый в телевизионных устройствах. Экран таких ЭЛТ (CRT – Cathode Ray Tube) можно рассматривать как матрицу дискретных ячеек (точек, полосок), каждая из которых может быть подсвечена, Таким образом, он является как-бы точечным рисующим устройством. В настоящее время в индикаторах РЛС применяются только цветные ЭЛТ (кинескопы), позволяющие в несколько раз по сравнению с монохромными улучшить избирательные возможности экрана. Принцип работы кинескопов (в том числе и цветных) подробно рассматривается в любой технической литературе по телевидению. Поэтому в нашем случае целесообразно рассмотреть особенности их применения в индикаторах РЛС кругового обзора. Чтобы создать изображение на экране кинескопа, точечный электронный луч должен постоянно проходить по экрану с частотой, как минимум 25 раз в секунду. Этот процесс называется разверткой. Есть несколько способов развертки изображения.

Растровая (телевизионная) развертка (рис. 2 48). Это наиболее распространенный вид развертки кинескопа.

Рис. 2.48. Телевизионный растр: а) построчная развертка

б) чересстрочная развертка, в) векторная развертка

Электронный луч проходит весь экран по строкам. Возможны два варианта: 1) электронный луч «считает» все строки кадра -1-2-3-4-5-….(построчная развертка), 2) чересстрочная развертка - 1-3-5-7-….., затем -2-4-6-8… , т.е. при 25 кадрах в секунду получается 50 полукадров в секунду. Электронный луч, формируя изображение на экране, заставляет светиться частицы люминофора - цветные точки или полоски, сформированные в триады ( в каждой триаде по три точки или полоски – красная, синяя, зеленая). До момента формирования следующего кадра эти частицы успевают погаснуть, поэтому при близком рассмотрении можно наблюдать его «мерцание». Поскольку при работе оператора с экраном дисплея РЛС расстояние от глаз до экрана намного меньше, чем при просмотре телевизора, то это мерцание чувствуется гораздо сильнее. Поэтому при применении кинескопов в РЛС минимальной рекомендуемой частотой кадров является частота 85 Гц. Кстати, в последних моделях телевизоров с высокой четкостью изображения частота обновления кадров кинескопа принята равной100 Гц.

Векторная развертка (рис.2.48,в), в которой электронный луч проходит вдоль линий изображения. Применяется в кинескопах с очень малым послесвечением люминофора. Люминофорное покрытие в ЭЛТ с векторной разверткой нанесено на экран сплошным слоем, изображение в результате имеет четкие очертания. Характеризуется сложной схемой формирования развертки.

Развертка на экране радара.

Применяется в случае использования в качестве индикатора РЛС тайпотрона.

Тайпотрон ( англ. Typotron, от type – печатать на машинке и от (elec)tron – электрон) – специальный электронно-лучевой прибор, сочетающий в себе устройство отображения буквенно-цифровой информации с запоминающей электронно-лучевой трубкой.

В случае применения в ИКО тайпотрона электронный луч проходит по радиусам экрана (экран при этом имеет форму круга). Служебная информация в большинстве случаев (цифры, буквы, информационные обозначения) развертывается дополнительно сквозь знаковую матрицу ( находится в электронно-лучевой пушке). Тайпотрон повышает качество изображения и четкость буквенно-цифровой информации.

Из рассмотренных вариантов все же наибольшее применение имеют кинескопы с растровым формированием развертки. Для формирования растровой развертки в процессорном модуле предусмотрен, так называемый буфер кадра, который представляет собой большой участок памяти процессора. Для каждой точки люминофора экрана в буфере отводится, как минимум один бит памяти. Поскольку процессор формирует битовую плоскость в цифровом формате, а растровая ЭЛТ – аналоговое устройство, то при считывании информации из буфера кадра и её выводе на графическое устройство с растровой ЭЛТ должно быть преобразование из цифрового формата в аналоговый сигнал. Для этого в схему формирования растра экрана вводится цифро-аналоговый преобразователь. Поскольку существует три основных цвета, то можно реализовать простой цветной буфер кадра с тремя битовыми плоскостями, по одной для каждого из основных цветов.

Регистр Цветовые пушки

Рис.2.49. Формирование цветного растра

Каждая битовая плоскость управляет индивидуальной электронной пушкой для каждого из трех основных цветов. Три основных цвета, комбинируясь на ЭЛТ, дают восемь цветов. Схема простого цветного растрового буфера показана на рис. 2.49. Чтобы увеличить количество цветов для каждой из трех цветовых пушек используется дополнительные битовые плоскости. Качество изображения цветного кинескопа определяется расстоянием между отверстиями маски в миллиметрах. Количество отверстий в маске равно количеству триад люминофора. С помощью маски, установленной перед экраном, электронный луч прожектора красной пушки попадает на красный люминофор, зеленой – на зеленый и, соответственно, синей пушки – на синий.

а) теневая маска б) апертурная решетка в) щелевая маска

Рис. 2.50.Форма люминофора, типы масок (решеток) и способы замера шага на них. (увеличено в 46раз)

Как видно на рис. 2.50, имеется три типа цветных кинескопов по форме люминофора, соответственно, и три типа масок. В теневой маске (рис. 2.50, а) - круглые отверстия; так называемая апертурная решетка в отличие от масок, выполненных из инвара (специальная сталь), состоит из большого количества проволок, натянутых вертикально, (рис. 2.50,б). Принципиальное отличие такой маски заключается в том, что она не ограничивает пучок электронов, а фокусирует его. Прозрачность апертурной решетки составляет примерно 80% против 20% у теневой маски, но из-за сложности технологии изготовления такие кинескопы широкого распространения не имеют. Щелевая маска, (рис. 2.50,в) сочетает в себе достоинства теневой маски и апертурной решетки, поэтому кинескопы со щелевой маской имеют в настоящее время наибольшее применение.

Чем меньше элементы люминофора, тем более высокое качество изображения способен дать экран кинескопа. Показателем качества является шаг маски, определяемый как расстояние между ближайшими отверстиями в маске. Для теневой маски – это расстояние между ближайшими элементами люминофора одного цвета (см. белые линии на рис.2.50). Для апертурной решетки и щелевой маски шаг маски определяется, как расстояние по горизонтали между щелями маски (соответственно, как расстояние по горизонтали между вертикальными полосками одного цвета). В современных кинескопах шаг маски примерно составляет 0,25 мм.

Разрешающая способность экрана (ЭЛТ или ЖК-экрана) измеряется в пикселях (точках), помещающихся по горизонтали и вертикали видимой части экрана. Современные кинескопы, как правило, имеют разрешение не менее 1024 х 768 пикселей.

Большое значение для качественного изображения имеет частота строчной развертки, которая определяет количество горизонтальных (вертикальных) строк растра, размещающихся по высоте (ширине) экрана. Чем больше число строк, тем лучше качество изображения при одних и тех же размерах экрана. Так, для качественного кинескопа для РЛС при частоте кадров 85 Гц и стандартном количестве строк 650, частота строчной развертки должна быть 85х 650 = 55,25 кГц. Все современные кинескопы (аналоговые мониторы) по частотам развертки можно условно разделить на следующие типы:

1. с фиксированной частотой развертки;

2. с несколькими фиксированными частотами;

3. многочастотные (мультичастотные).

Последние обладают способностью на произвольные значения частот синхронизации из некоторого заданного диапазона, например, 30…64 кГц для строчной и 50…100 Гц для кадровой развертки. В названии таких мониторов присутствует слово Multisync. Эти мониторы относятся к наиболее распространенному типу мониторов с электронно-лучевой трубкой.

Учитывая, что работа кинескопа связана с высоким напряжением (на аноде кинескопа возможно напряжение до 25 кВ), которое создает определенный уровень излучения, вредный для зрения оператора, необходимо отдавать предпочтение кинескопам с низким уровнем излучения, так называемым LR – мониторам.

Устройство цветного кинескопа

На рис. 2.51. показано устройство цветного кинескопа с дельтаобразным расположением триад (теневая маска), Такие кинескопы применялись в первых моделях унифицированных цветных телевизоров, однако для понимания устройства цветного кинескопа с любым типом маски, с учетом вышеизложенного, этого рисунка вполне достаточно.

Рис. 2.51.Устройство цветного кинескопа. 1 —

Электронные пушки. 2 — Электронные лучи. 3

— Фокусирующая катушка. 4 — Отклоняющие

катушки. 5 — Анод. 6 — Маска, благодаря

которой красный луч попадает на красный

люминофор, и т. д. 7 — Красные, зелёные и

синие зёрна люминофора. 8 — Маска и зёрна

люминофора (увеличенно).

Жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей)

Liquid Cristal Display (LCD – дисплей)

Из истории открытия жидких кристаллов

Впервые жидкие кристаллы были обнаружены в 1888 году австрийским ботаником Фридрихом Райнитцером в ходе исследования холестеринов в растениях. Он выделил вещество, имеющее кристаллическую структуру, но при этом странно ведущее себя при нагреве. При достижении 145.5°С вещество мутнело и становилось текучим, но при этом сохраняло кристаллическую структуру вплоть до 178.5°С, когда, наконец, превращалось в жидкость. Райнитцер сообщил о необычном явлении своему коллеге - немецкому физику Отто Леманну, который выявил ещё одно необычное качество вещества: эта псевдожидкость в электромагнитных и оптических свойствах проявляла себя как кристалл. Именно Леманн и дал название одной из ключевых технологий отображения информации на сегодняшний день - «жидкий кристалл».

Технический словарь разъясняет термин «жидкий кристалл» как мезофазу, т.е. переходное состояние вещества между твёрдым и изотропным жидким. В этой фазе вещество сохраняет кристаллический порядок расположения молекул, при этом обладает значительной текучестью и стабильностью в широком диапазоне температур. 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.

Только в 1930-м исследователи из британской корпорации Маркони 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 из корпорации RCA (Radio Corporation of America). В конце 1966 года, корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD - цифровые часы. Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp.Она до сих пор находится в числе технологических лидеров. Так, в 1973 году компания Sharp выпустила первый в мире калькулятор с дисплеем на ЖК. А впервые цветной ЖК телевизор на тонкопленочных транзисторах (ТFТ) от Sharp увидел свет уже в 1987 году. С тех пор компания Sharp непрерывно совершенствует жидкокристаллические технологии, выпустив первую видеокамеру с ЖК дисплеем в 1992 году, а годом позже - LCD проектор. Но настоящим прорывом стало появление ЖК мониторов и ноутбуков на их базе в 1995 и 1996 году соответственно, и выпуск первого широкоэкранного жидкокристаллического телевизора с диагональю 28" в 2000 году.

Принцип работы жидкокристаллических экранов.

Прежде чем рассматривать принцип работы LCD - дисплеев, необходимо сказать несколько общих слов о том, что же это все-таки такое — жидкие кристаллы. Тем более, что этому пока что не учат ни в школе, ни в вузе, а ожидается, что в ближайшее время изделия, содержащие жидкокристаллические элементы, будут так же широко распространены, как устройства, содержащие транзисторы или интегральные схемы.

Жидкий кристалл — это специфическое агрегатное состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо оговориться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном. Оказывается, некоторые органические вещества, обладающие сложными молекулами, кроме трех названных состояний, могут образовы­вать четвертое агрегатное состояние — жидкокристаллическое. Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза, отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость. Чем же жидкий кристалл отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это — упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но тем не менее оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести.

Все жидкие кристаллы подразделяются на две большие группы: нематическая (от греческого слова нема – нить) и смектическая, объединенные общим термином для жидких кристаллов — «мезо морфная фаза». Этот термин происходит от греческого слова «мезо (промежуточный). Это означает, что жидкие кристаллы занимают промежуточное положение между истинными кристаллами и жидкостями как по температуре, так и по своим физическим свойствам. Ещё в первые годы изучения жидких кристаллов было обнаружено, что некоторые их виды обладают необычайно высокой оптической активностью. Оптической активностью называют способность некоторых веществ вращать плоскость поляризации проходящего через них света. Это означает, что линейно поляризованный свет, распространяясь в таких средах, изменяет ориентацию плоскости поляризации. Величина вращательной способности для жидких кристаллов в сотни и тысячи раз превосходит эту величину для наиболее оптически активных кристаллов, таких, как, напри­мер, кварц, и зависит от длины волны света, проходящего через кристалл. Это свойство жидких кристаллов и было положено в работу жидкокристаллических матриц.

Вторым важным свойством жидких кристаллов является то, что любое отклонение жидкого кристалла от состояния определенной конфигурации связано с наличием в нем дополнительной упругой энергии, т.е. отклонение может быть реализовано только за счет приложения внешних воздействий, например, связанных с поверхностями образца, с внешними электрическими и магнитными полями и т.д. В отсутствие этих воздействий или при снятии их нематик стремится возвратиться в состояние предшествующей ориентации. Таким образом, упругие свойства жидких кристаллов связывают их в определенной мере с твердыми телами.

Большинство применений жидких кристаллов связано с управлением их свойствами путем приложения к ним электрических воздействий. Податливость и «мягкость» жидких кристаллов по отношению их к внешним воздействиям делает их перспективными материалами для применения в устройствах микроэлектроники, для которых характерны небольшие электрические напряжения, малые потребляемые мощности и малые габариты. Поэтому для обеспечения оптимального функционирования ЖК элемента в каком-либо устройстве важно знать электрические характеристики жидких кристаллов.

Электропроводность – величина, характеризующая количественно способность вещества проводить ток, т.е. величина, обратная удельному сопротивлению. Но говоря о проводимости жидких кристаллов, необходимо выделить то, что проводимость вдоль продольного направления (директора) молекул жидкого кристалла отличается от проводимости поперечного направления. Другим важным обстоятельством является то, что проводимость в жидких кристаллах носит ионный характер. Это означает, что ответственными за перенос электрического тока в ЖК являются не электроны, как в металлах, а гораздо более массивные частицы. Это положительные и отрицательно заряженные молекулы, отдавшие или захватившие избыточный электрон. По этой причине электропроводность ЖК сильно зависит от количества и химической природы, содержащихся в них примесей. В частности, электропроводность нематика (у нематика форма молекул в виде длинных нитей-палочек) можно целенаправленно изменять, добавляя в него контролируемое количество добавок, в качестве которых могут быть некоторые соли.

Из сказанного понятно, что ток в ЖК представляет собой направленное движение ионов в системе ориентированных палочек – молекул. При этом вдоль ориентированного направления палочек – молекул ионы испытывают меньше помех, чем при движении поперек палочек – молекул. В результате чего, продольная проводимость будет превосходить поперечную проводимость. Более того, перемещаясь под действием электрического тока поперек направления директора (когда электрическое поле приложено перпендикулярно директору), ионы, сталкиваясь с молекулами, будут стремиться развернуть их вдоль направления движения ионов, т.е. вдоль направления движения электрического тока. Мы приходим к заключению, что электрический ток в жидком кристалле должен приводить к переориентации директора (ориентация продольных осей молекул).

Ещё одно важное свойство жидких кристаллов заключается в том, что при деформации (механическом воздействии на ЖК) в них индуцируется электрическое поле, а прикладывая к ЖК внешнее электрическое поле, можно вызвать деформацию ориентации директора в жидком кристалле. Это явление называется флексоэлектрическим эффектом.

С учетом вышеизложенного можно приступить к изучению принципа работы LCD – дисплеев.

Принцип действия LCD – дисплеев (ЖК – мониторов) основан на эффекте поляризации света, пропущенного через жидкокристаллическую матрицу в электромагнитном поле. Сам кристалл не испускает света и не меняет цвета. Однако, при воздействии на него внешнего электрического поля молекулы жидкого кристалла выстраиваются в упорядоченную структуру, изменяя поляризацию пропущенного через них света.

В упрощенном виде матрица жидкокристаллического дисплея представлена на рис.2.52. Она представляет собой стеклянные подложки с нанесенными на них прозрачными

прозрачными электродами, между которыми находятся жидкие кристаллы.

С обеих сторон этот «бутерброд» закрыт двумя фильтрами – поляризаторами

(поляризующими пленками). В цветных матрицах каждый пиксель формируется, как

известно, из трех цветных точек (красной, зеленой и синей), поэтому добавляется ещё и цветной фильтр. В каждый момент времени каждая из трех ячеек матрицы, составляющих один пиксель, находится либо во включенном, либо выключенном состоянии.

Комбинируя эти состояния, можно получить оттенки цвета, а включая все

Одновременно – белый цвет. Допустим, что оба фильтра – поляризатора имеют горизонтальную поляризацию, а жидкие кристаллы, расположены так, что в

Рис. 2.52. Строение ЖК – матрицы.

отсутствие электрического поля направление поляризации света не меняют. Тогда пучок света, направленный на одну сторону матрицы, будет горизонтально поляризован первым поляризатором, без изменений пройдет слой жидких кристаллов и, так как у второго поляризатора направление поляризации такое же, как у пучка, выйдет наружу с другой стороны матрицы. С точки зрения наблюдателя матрица будет просто прозрачной, ведь к направлению поляризации света человеческий глаз нечувствителен.

Если же, подав на электроды напряжение, изменив положение жидких кристаллов таким образом, что они будут поворачивать плоскость поляризации проходящего через них света на 90°, то матрица станет непрозрачной: свет будет полностью поглощаться вторым поляризатором, поскольку его направление поляризации окажется перпендикулярным к направлению поляризации света. Соответственно, поворачивая кристаллы на промежуточные углы, путем изменения напряжения на электродах, можно плавно регулировать прозрачность матрицы. Если снять с электродов напряжение, то под действием силы упругости молекулы возвращаются в исходное состояние, возвращая первоначальную поляризацию света.

Так как сама по себе ЖК- матрица ничего не излучает, а лишь меняет интенсивность проходящего через нее света, то в этом ее принципиальное отличие от других указанных выше дисплеев на ЭЛТ, в которых каждый пиксель - это самостоятельный светоизлучающий элемент. Поэтому для работы ЖК- матрицы требуется внешняя подсветка. В калькуляторах, где впервые нашли применение жидкие кристаллы, использовалось естественное внешнее освещение, для этого задняя поверхность экрана делалась зеркальной, однако в компьютерных дисплеях, характеристики которых не должны зависеть от внешнего освещения, эта схема неприменима, поэтому в них позади панели располагается блок ламп подсветки.

Как правило, в ЖК-дисплеях применяются ртутные флуоресцентные лампы с холодным катодом (CCFL – Cold Cathode Fluorescent Lamp), питающиеся от высоковольтного преобразователя, но, в отличие от привычных ламп дневного света, не требующие нити накаливания и достаточно быстро включающиеся. Впрочем, их частично вытесняют ксеноновые лампы низкого давления. Этот процесс уже начался в сканерах, где до последнего времени также использовались только ртутные CCFL.

Принцип действия ЖК- дисплеев - модуляция внешнего света - определяет и один из наиболее заметных их недостатков: низкую контрастность. Проблема в том, что ЖК - поляризаторы не способны полностью блокировать проходящий через них свет, они всегда пропускают какую-то, пусть даже небольшую его часть, т. е. черный цвет всегда будет иметь малую, но не нулевую интенсивность свечения. В то же время, например, в кинескопах, в которых пиксель - излучающий элемент, в принципе достижим идеальный черный цвет: если на пиксель не подается сигнал, то он просто не светится. Сегодня даже лучшие ЖК-панели все же уступают по контрастности обычным ЭЛТ-мониторам (уровень яркости черного пикселя в зависимости от технологии изготовления ЖК-матрицы составляет 0,1-1 кд/м², и даже при меньшем значении этого диапазона экран в полутьме воспринимается глазом не как черный, а как темно-серый, при большем же имеет сравнительно яркое свечение).

Однако, вопросы контрастности ЖК- матриц будут рассмотрены ниже, а пока вернемся к принципу их работы. Жидкие кристаллы никак не влияют на длину волны света, и матрица изначально может воспроизводить лишь цвет лампы подсветки. Как указано выше, для решения этой проблемы каждый пиксель матрицы разбивается на три независимых субпикселя, и на него накладывается так называемая цветоделительная маска: цветной фильтр, окрашивающий проходящий через каждый из субпикселей свет в один из основных цветов –красный , зеленый или синий. Таким образом, освещая матрицу белым светом , получаем привычные для любого монитора RGB - триады.

Матрицы делятся на пассивные (простые) и активные. В пассивных матрицах управление производится попиксельно, т.е. по порядку от ячейки к ячейке в строке. Проблемой, встающей при производстве ЖК- мониторов по этой технологии, стало то, что при увеличении диагонали увеличиваются и длины проводников, по которым передаётся ток на каждый пиксель. Во-первых, пока будет изменён последний пиксель, первый успеет потерять заряд и погаснуть. Во-вторых, большая длина требует большего напряжения, что приводит к росту помех и наводок. Это резко ухудшает качество картинки и точность цветопередачи. Из-за этого пассивные матрицы применяются только там, где не нужны большая диагональ и высокая плотность отображения.

Для преодоления этой проблемы были разработаны активные матрицы, в которых каждый субпиксель имел свой собственный управляющий транзистор, благодаря чему появилась возможность управлять каждым пикселем на экране отдельно. Поэтому проблема длинных электродов не возникала в принципе, так как размер электродов ограничивался размером одного субпикселя. Более того, каждый пиксель теперь был снабжен параллельно включенным конденсатором, позволившим поддерживать напряжение на пикселе, а следовательно, и его состояние постоянным; таким образом, удалось полностью избавиться от мерцания ЖК - матриц. Из-за требования к прозрачности матрицы в целом транзисторы имеют толщину менее 0,1 мкм - так называемые тонкопленочные транзисторы (TFT –Thin Film Transistor). Со временем аббревиатура TFT стала применяться наравне с понятием "активная матрица", так как одно автоматически означало наличие другого, а сейчас она не просто наиболее распространена, а иногда даже применяется вместо аббревиатуры LCD, поскольку матрицы без TFT для компьютерных дисплеев уже не выпускаются. По сути, современный ЖК - монитор представляет собой массив большого количества ЖК – пикселей, сформированных в горизонтальные параллельные линии и управляемых отдельно друг от друга. Например, в панели LCD – телевизора SHARP LC – 45GD1E экран состоит из 6,22 миллионов пикселей

Следует отметить, что качество параметров, характеризующих работу ЖК- мониторов, определяется в первую очередь применением той или иной технологии их изготовления. Так с переходом на активные матрицы (TFT – технологию) контрастность ЖК – мониторов приблизилась по качеству к контрастности ЭЛТ – мониторов. Поскольку TFT – технология ( и её модификация S –TFT) имеет в настоящее время наиболее широкое применение, то целесообразно охарактеризовать её несколько подробнее.

Пиксель на основе TFT устроен следующим образом: в стеклянной пластине друг за другом

(TFT)

встроены три цветных фильтра (красный, зеленый и синий). Каждый пиксель представляет

Рис.2.53. Конструкция TFT.

собой комбинацию трех цветных ячеек или субпиксельных элементов (см. рис.2.53). Это означает, например, что у дисплея, имеющего разрешение 1280х1024, существует ровно 3х1280х1024 транзистора и субпиксельных элемента. Размер точки пикселя при обычной TFT – технологии составляет 0,25…0,3 мм.

Активная матрица имеет массу преимуществ по сравнению с пассивной матрицей (технология STN – Super Twisted Nematic). Например, лучшая яркость и возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° и более (то есть 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. Дорогие модели ЖК - мониторов с активной матрицей обеспечивают угол обзора в 160° 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.

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 люминофора ЭЛТ-монитора сразу после похождения по этому элементу электронного луча. Именно поэтому для ЖК - мониторов достаточной является частота вертикальной (кадровой) развертки, равная 60 Гц.

ЖК –мониторы, изготовленные по TFT – технологии обладают и рядом других преимуществ перед ЭЛТ – мониторами, среди которых- пониженное потребление электроэнергии и теплоотдача, плоский экран и отсутствие следа от движущихся объектов. Последние разработки позволили получить изображение более высокого качества, чем обычные TFT. Новая технология Super TFT изготовления многослойных ЖК – матриц, разработанная компанией Hitachi, значительно увеличила угол уверенного обзора ЖК- монитора. Технология Super TFT использует простые металлические электроды, установленные на нижней стеклянной пластине (см. рис.2.54) и заставляет молекулы вращаться, постоянно находясь в плоскости, параллельной плоскости экрана. Так как кристаллы обычной ЖК – панели поворачиваются к поверхности экрана оконечностями, то такие ЖК- мониторы более зависимы от угла зрения, чем ЖК – панели Hitachi с технологией Super TFT. В результате изображение на мониторе остается ярким и четким даже при больших углах обзора, достигая качества, сопоставимого с

Рис. 2.54. Конструкция S –TFT.

изображением на ЭЛТ – мониторе.

Японская компания NEC недавно объявила, что по качеству изображения её LCD - дисплеи вскоре достигнут уровня лазерных принтеров, перешагнув порог в 200 ррi, что соответствует 31 точке на квадратный мм, или шагу точек 0,18 мм. Применяемые сегодня многими производителями жидкие кристаллы TN (Twisted nematic) позволяют 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.

Выше приведенная информация позволяет сделать заключение, что в скором времени ЖК – мониторы полностью заменят мониторы на базе ЭЛТ ( кинескопов), также как кинескопы, в свое время, заменили ЭЛТ с магнитным отклонением луча и длительным послесвечением.

Среди преимуществ ЖК – мониторов, выполненных по TFT – технологии, перед кинескопами можно отметить следующие:

1. Отсутствие геометрических искажений и ошибок совмещения цветов. Даже в самой плоской электронно-лучевой трубке ЭЛТ – монитора необходима коррекция возникающих геометрических искажений из-за построения изображения. ЖК – мониторы лишены этого недостатка и в них не нужны регулировки по коррекции растра.

2. Отсутствие мерцания экрана, поскольку в ЖК- 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). Пиксели ЖК экрана никогда не гаснут, они просто непрерывно меняют интенсивность своего свечения.

3. Высокая четкость изображения, недостижимая в ЭЛТ – мониторах.

4. Отсутствие бликов и отражений.

5. Отсутствие излучения. Электронно-лучевая трубка ЭЛТ – монитора излучает из-за высокого напряжения на анода излучает электромагнитные волны. В принципе, у LR – мониторов это излучение находится на достаточно безопасном уровне, но ЖК – монитор совсем не излучает. В нем нет высоких напряжений.

6. ЖК – монитор не создает статического потенциала, поэтому пыль к нему не прилипает.

7. ЖК – дисплей значительно меньше и легче ЭЛТ – дисплея, поэтому допускает многовариантную установку.

8. Низкое энергопотребление и использование технологий, не приносящих вреда окружающей среде. Современные ЖК – мониторы потребляют на 60…80% меньше электроэнергии, чем ЭЛТ – мониторы.

Ниже показаны все основные отличия рабочих характеристик ЖК и ЭЛТ мониторов:

ЖК – мониторы ЭЛТ - мониторы

Условные обозначения: (+) достоинство, (~) допустимо, (-) недостаток.

Из рассмотрения вышеприведенных характеристик 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).

Структура управления ЖК – дисплеем.

Полноценный ЖК – дисплей состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК –матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса.

Электроника.

Существуют два типа дисплейных интерфейсов — аналоговый и цифровой. В аналоговом интерфейсе информация представлена сигналами RGB основных цветов, а также сигналами строчной и кадровой развертки. Данный тип интерфейса широко используется для связи видеоконтроллера как с традиционными ЭЛТ-дисплеями, так и с TFT ЖК-мониторами.

Схема (см. рис.2.55) транспортировки данных от видеоконтроллера до схемы управления разверткой дисплея для аналоговых и цифровых интерфейсов примерно одинакова. Процессор (хост) формирует в буферном ОЗУ видеоконтроллера образ изображения. Каждому пикселю изображения, состоящему из трех цветных пикселей, соответствует от 6 до 8 разрядов в памяти видеобуфера. Шести разрядам на каждый цвет соответствует 18 бит на пиксель, а 8-битовому кодированию — 24 бита на пиксель.

При реализации аналогового интерфейса данные, выбранные из ОЗУ, преобразуются с помощью трехканального быстродействующего ЦАП в аналоговую форму и затем передаются в схему управления дисплеем, т.е. между ОЗУ и видеоконтроллером вводится дополнительно ЦАП.

В цифровых дисплейных интерфейсах транспортировка данных от видеоконтроллера до дисплея производится в цифровой форме. Формирование изображения на экране цветных TFT ЖК-дисплеев производится столбцовыми и строчными драйверами. Строчные драйверы обеспечивают управление выборкой по строкам, а через столбцовые драйверы производится доставка данных в адресуемые пиксели ЖК экрана. Микросхемы современных столбцовых драйверов ЖК-дисплеев имеют цифровые шины данных. Поэтому для оптимального управления необходимо использовать цифровые дисплейные интерфейсы. Цифровые дисплейные интерфейсы в зависимости от функционального назначения можно разделить на четыре группы:

• интерфейс между видеоконтроллером и модулем ЖК экрана в ноутбуках (длина соединения 30...50 см);

• интерфейс между платой видеоконтроллера компьютера и внешним ЖК-монитором (длина соединения 120...150 см);

• внутренний дисплейный интерфейс между дисплейным контроллером и микросхемами драйверов столбцов (длина соединения 20...30 см);

• интерфейс между видеоконтроллером и удаленным (выносным) ЖК-монитором (длина соединений от нескольких метров до нескольких сотен метров).

Рис. 2.55. Структура управления ЖК-дисплеем на основе TFT.

Для ЖК-экранов с пассивной и активной матрицей, имеющих форматы до VGA. Используется прямая передача данных между памятью видеоконтроллера и столбцовыми драйверами. При увеличении дисплейных форматов (от SVGA с разрешением от 800х600 и выше) увеличились скорости передачи данных и в состав дисплея был введен дополнительный дисплейный контроллер TCON (Timing Controller) для синхронизации, приема и распределения данных по столбцовым драйверам (см. рис.2.56). Таким образом, дисплейный интерфейс состоит из двух шин: а) шины дисплейного интерфейса для передачи данных от кодера –передатчика шины видеоконтроллера, б) внутренней шины, реализующей распределение и доставку данных от приемника-декодера шины контроллера TCON до столбцовых драйверов ЖК-экрана.

Рис. 2.56. Маршрут данных от видео – ОЗУ до столбцовых драйверов

Любой интерфейс в первую очередь характеризуется полосой пропускания. Полоса пропускания, необходимая для передачи дисплейных данных, определяется форматом дисплея, длиной битового кодирования одного пикселя, а также частотой кадровой развертки. Для сравнительной оценки необходимой полосы пропускания ниже приведена таблица основных дисплейных форматов (см. таблицу). В ней представлены параметры наиболее популярных графических форматов, используемых в современных ЖК-дисплеях.

Таблица. Дисплейные форматы

Название формата	Разрешение Н г* V	Пропорции Н / V	Объем кадра в млн. пикселей
CIF	352 х 288	4:3	0.1
VGA	640x480	4:3	0.3
SVGA	800x600	4:3	0.5
XGA	1024x768	4:3	0.8
HDTV(720 строк)	1280x720	16:9	0.9
SXGA	1280x1024	5:4	1.3
SXGA+	1400x1050	4:3	1.5
UXGA	1600x1200	4:3	1.9
HDTV(1080 строк)	1920x1080	16:9	2.1
QXGA	2048x1536	4:3	3.1
VXGA	2048x2048	1:1	4.2
GXGA/QSGXA	2560x2048	5:4	5.2
Photo CD (16Base)	3072x2048	3:2	6.3
Photo CD (64 Base)	6144x4096	3:2	25.0

В графе «Объем кадра» таблицы имеется в виду цветной пиксель, состоящий из трех элементов (RGB) изображения. Полоса пропускания, необходимая для передачи данных, соответствующего каждому формату, вычисляется по формуле ________

F=НхVхЗх√NхFh (1.21)

Где:

Н и V разрешение по горизонтали и вертикали в цветных пикселях;

3 — число пикселей в цветном (RGB);

N — число градаций для каждого цвета;

Fh — частота кадровой развертки в герцах.

Например, при использовании формата VXGA+ частоты развертки 85 Гц и 256 градаций для каждого цвета (свыше 17 млн. оттенков цвета) для шины, соединяющей видеоконтроллер и столбцовые драйверы ЖК-экрана, требуется полоса пропускания около 374 Мбайт/с.

Вычисления, проведенные для дисплея, имеющего формат VXGA (204882048 пикселей), градации яркости, представленные 24 битами/пиксель (8 разрядов на каждый из RGB-цветов) и частоту кадровой развертки 85 Гц, дают значение полосы пропускания свыше 1 Гбайт/с. На самом деле, это грубая оценка, которая не учитывает тот факт, что передача данных идет совместно с передачей строчных и кадровых сигналов, которые нужны для любых типов дисплеев, будь то дисплей на ЭЛТ или же ЖК-дисплей. Во время передачи синхросигналов данные не передаются, поскольку ни один из известных типов дисплеев не использует буфер FIFO. Время, расходуемое на передачу синхросигналов, может достигать несколько процентов для ЖК-дисплеев и свыше 25 % для дисплеев на ЭЛТ. А это означает, что для передачи данных реально необходима полоса больше рассчитанной выше, и интерфейсная шина должна иметь дополнительный запас пропускной способности.

Модуль подсветки

Жидкокристаллические дисплеи являются пассивными устройствами отображения информации. Для того чтобы сформированное изображение воспринималось глазом человека, его необходимо освещать, в простейшем случае — естественным внешним светом. При недостаточном естественном освещении или его отсутствии для дисплея может быть использован искусственный источник света. В ЖК-мониторах индикаторов кругового обзора (Display Unit) РЛС применяются только мониторы с искусственным источником света. Прием, при котором используется специальный источник света, получил название «подсветка» (backlight).

Подсветка ЖК-экранов, как было указано выше, выполняется в основном на экономичных люминесцентных лампах с холодным катодом CCFL или с использованием светодиодов (LED).

Подсветка флуоресцентными лампами с холодным катодом (CCFL) Посредством CCFL обеспечивается подсветка больших поверхностей, поэтому она используется преимущественно в больших плоскопанельных мониторах и телевизорах. Количество ламп подсветки напрямую связано с их размером и яркостью. В типичном современном 17- или 19-дюйм мониторе стоят четыре лампы, в 20-дюйм моде­лях — уже шесть ламп, а в телевизионных панелях с большими диагоналями и яркостями число ламп может достигать двух и более десятков (так, в 46-дюйм Samsung LTA460H1-L01 установлено 40 ламп подсветки). В мониторах ИКО, поскольку они предназначены для работы и на ярком свету, даже при небольших размерах экранов (10-12 дюйм) используется до 12 ламп подсветки. Для CCFL подсветки характерны относительно малое энергопотребление и очень яркий белый свет. Используются две конструкции модуля подсветки: прямая и боковая (рис. 2.57).

Рис. 2.57.Конструктивы прямой и боковой подсветки на лампах CCFL.

В обоих случаях источником света являются CCFL лампы, свет от которых распределяется по всей площади экрана диффузорами (прямая подсветка) и световодами (боковая подсветка). Боковая подсветка позволяет реализовать модули малой толщины и с меньшим энергопотреблением, однако в отличие от прямой подсветки ,эта конструкция без применения специального рассеивателя света не может обеспечить равномерной подсветки по всему экрану. Поэтому над световодом располагается матовый рассеиватель, дополнительно улучшающий однородность освещения, и система микропризм, коллимирующих рассеянный свет (то есть превращающих его в параллельный пучок, направленный перпендикулярно экрану). Коллимированный пучок еще раз проходит через матовый рассе­иватель и наконец попадает на ЖК-матрицу. Коллима­ция света позволяет увеличить яркость экрана, измеря­емую при взгляде перпендикулярно экрану, более чем в 2,5 раза, (см. рис.2.58), но так как коллиматор не усиливает свет, а лишь меняет его угловое распределение, при откло­нении взгляда от перпендикуляра яркость будет падать быстрее, чем это было бы без коллиматора.

С точки зрения пользователя вышеописанные осо­бенности организации боковой подсветки приводят к тому, что дисплеи с такой подсветкой могут быть применимы там, где не требуется большой угол обзора, например, в ноутбуках и настольных ПК.

В прямой подсветке лампы располагаются непосредственно под ЖК-панелью (на рис обозначено как LCD дисплей), что упрощает конструкцию, но увеличивает её габариты. Большим достоинством CCFL является возможность получения бумажно-белого цвета единственным источником подсветки цветных дисплеев.

Отличительные особенности подсветки флуоресцентными лампами с холодным катодом (CCFL):

- высокая яркость;

- долговечность;

- малое энергопотребление;

- излучение белого цвета;

- прямая и боковая подсветка.

Используется с многоцветными и/или точечно-матричными модулями ЖК-дисплеев.

Рис. 2.58. Влияние коллиматора на яркость ЖК-матрицы

В ЖК-панелях для мониторов, используемых в индикаторах кругового обзора (Display Unit) РЛС, где требуется большой угол обзора и высокая максимальная яркость экрана, а габариты ЖК-экрана по глубине большого значения не имеют, применяют ЖК-матрицы с прямой задней подсветкой, с равномерно распределенными по всей площади лампами. В случае применения большого количества ламп или увеличения их мощности мониторы имеют принудительное охлаждение с помощью установленных в них вентиляторов.

Светодиодная (LED) подсвета

Светодиодная подсветка характеризуется самым длительным сроком службы — минимум 50 тыс. часов — и большей, чем у других видов подсветки, кроме CCFL, яркостью. Подсветка обеспечивается твердотельными приборами и, следовательно, может работать непосредственно от источника напряжения 5в без использования преобразователей. Однако для ограничения тока через светодиод необходима установка токоограничительных резисторов. Цепочка светодиодов располагается вдоль боковых поверхностей дисплея или в виде матрицы под диффузором (рассеивателем) и обеспечивает яркую равномерную подсветку (рис. 4.2.59, а, б).

Боковая подсветка используется в модулях с количеством знакомест в строке до 20. При количестве знакомест свыше 20 в центре LCD (ЖК) панели образуется более темная, чем на краях, область. Для устранения этого недостатка применяют специальные меры, например дополнительную подсветку сверху.

Матричная LED-подсветка обеспечивает более яркий и равномерный свет. При разработке такой подсветки определяющим фактором является энергопотребление. Не рекомендуется ее использовать в устройствах с батарейным питанием, в которых требуется постоянно включенная подсветка.

Потребление подсветки определяется количеством включенных светодиодов, и, следовательно, с увеличением размера дисплея растет потребление, составляющее от 30 до 200 мА и более.

Цвет LED-подсветки может быть разным, в том числе и белым, но чаще всего используется желто-зеленая подсветка. Возможно управление яркостью свечения посредством потенциометра или ШИМ-регулятора Отличительные особенности светодиодной подсветки:

низкое напряжение питания, нет необходимости использовать специальные преобразователи;

длительный жизненный цикл — в среднем свыше 100 тыс. часов;

возможность подсветки красного, зеленого, оранжевого и белого цветов или многоцветной подсветки

(с переключением);

боковая или матричная подсветка;

типовое напряжение питания — 4,2в; потребление 30 до — 200 мА и выше; яркость — 250 кд/м.

Рис. 2.59. Конструктивы матричной и боковой LED-подсветки

Электропитание ЖК-дисплеев

Для работы флуоресцентных ламп необходимы преобразователи с выходным напряжением от 270 до 300 вольт, с частотой порядка 40кГц. Мощность преобразователя незначительна, т.к. рабочий потребляемый ток каждой лампой составляет не более 5 мА. Преобразователь рассчитывается исходя из максимальной потребляемой мощности каждой лампой 1,5 Вт.

Срок службы CCFL ламп (среднее время до уменьшения первоначального значения яркости вдвое) составляет более50000 часов при работе в диапазоне температур от-31 до 85˚С.

Светодиоды LED- подсветки работают при напряжении питания 4,2.вольт (типовое значение), т.е. для LED-подсветки не требуется преобразователь напряжения с достаточно большим выходным напряжением и частотой, которая может создавать помеху в работе дисплея. В этом основное преимущество LED-подсветок перед подсветками на CCFL лампах. Однако, сравне­ние современной светодиодной (LED) технологии с технологией CCFL, ис­пользуемой в больших дисплеях, показывает, что светодиодная подсветка существенно дороже и выделяет значительно больше тепла. Причиной большого выделения тепла является то обстоятельство, что высокая эффектив­ность светодиодов проявляется только при низкой яркости, а с увеличением тока светодиодов в целях повышения их яркости резко уменьшается световая от­дача и значительное количество энер­гии преобразуется в тепло. Поэтому энергетический баланс — в пользу ис­пользования современных подсветок CCFL. И тем не менее, учитывая значительно больший срок службы светодиодов, их более высокий к.п.д. по светоотдаче (80% против 20%) , т.к. при светодиодах не требуются дополнительные светофильтры, в которых поглощается достаточно много света, будущее за дисплеями со светодиодной подсветкой. Внедрение технологии LED-подсветки ЖК-дисплеев обеспечивает им независимо от назначения малые габариты (по глубине) и вес. Что касается площади экрана, то, например, компания Sony уже приступила в 2009 году к выпуску 40 и 46-дюймовых ЖК-дисплеев с LED-подсветкой.

Контрольные вопросы по главе 6.

1.На каких судах должны согласно требованиям ИМО устанавливаться две РЛС и в какой комплектации?

2.Что входит в конфигурацию РЛС, состоящую из двух блоков (приборов)?

3. Укажите основные особенности радиолокационной аппаратуры.

4. Какие модули входят в состав передатчика РЛС?

5. Перечислите узлы магнетронного генератора и охарактеризуйте назначение этих узлов.

6. На чем основан принцип действия импульсного модулятора? Какой должна быть форма импульс на выходе модулятора?

7. Какие типы модуляторов применяются в современных РЛС?

8. Для чего предназначен подмодулятор?

9. Почему в РЛС диапазона 3,2 см в качестве фидера используется волновод? Укажите достоинства и недостатки волновода.

10. Что такое критическая волна волновода λкр ?

11. Как обеспечивается передача СВЧ энергии от магнетрона в волновод?

12. Для чего необходим вращающийся волноводный переход? Где он устанавливается?

13. Как выполняется подключение волноводных секций? Для чего необходим дроссельный фланец?

14. Для чего предназначен антенный переключатель? Охарактеризуйте общий принцип его работы

15. Какие основные типы антенных переключателей применяются в судовых навигационных РЛС?

16. Перечислите основные требования, предъявляемые к антеннам судовых РЛС.

17. Какие типы антенн применяются в судовых РЛС?

18. Две РЛС работают на одной длине волны, имеют различный горизонтальный

размер щелевой антенны. Какая из антенн будет иметь лучшую разрешающую способность по азимуту и почему?

19. Какой основной тип волны формируется в прямоугольном волноводе?

20. . От чего зависит ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости щелевой антенны?

21.Назначение рупора в рупорных антеннах.

22 .Каким образом подавляются боковые лепестки диаграммы направленности рупорно – щелевых антенн РЛС?

23.Почему штырь во вращающемся СВЧ- переходе располагается на расстоянии ¼ длины волны?

24.Почему для АПЧ применяют отдельный смеситель, а не используют смеситель приемного тракта?

25. Почему приемники РЛС выполняются по супергетеродинной схеме?

26. В чем разница между линейным УПЧ и логарифмическим УПЧ?

27. Для какой цели предусмотрена схема МПВ в приемнике РЛС? Как она работает?

28. Для чего в схеме приемника предусмотрена АПЧ?

29. В чем заключается принципиальное отличие дисплейного блока РЛС от традиционного блока ИКО?

30. Какие устройства отображения зрительной информации РЛС применяются в настоящее время?

31. Какой основной тип развертки ЭЛТ применяется в индикаторах РЛС?

32.Что характеризует термин «шаг маски»? В каких единицах измеряется разрешающая способность экрана?

33. Какая частота кадров обеспечивает качественную работу монитора на базе ЭЛТ

34. Как устроена жидкокристаллическая матрица ЖК-дисплея?

35. В чем отличие активной ЖК-матрицы от пассивной

36. Укажите основные преимущества ЖК-дисплеев перед дисплеями на ЭЛТ.

37. Какие основные модули должна содержать схема управления ЖК-дисплеем?

38. Почему для работы ЖК-экранов необходима подсветка? Какой тип подсветки используется в ЖК-экранах, применяемых в дисплейных блоках РЛС?

39. Как формируются цвета в ЖК-матрице? От чего зависит количество цветов?