Жидкокристаллические индикаторы. Жки.

Основным элементом ЖКИ является ЖК-экран.

LCD – Liquid Crystal Displays

жидкокристаллический монитор

• плоские;

• малое энергопотребление;

• нет излучения;

• нет мерцания.

Экран состоит из двух панелей, выполненных из стекла, между ними помещается слой ЖК-вещества с удлиненной формой молекул. Эти панели называются подложками. Сама ЖК-ячейка не генерирует свет, а лишь управляет интенсивностью проходящего света.

Следовательно, ЖК-мониторы всегда используют внешний источник света или подсветку.

Различают ЖКИ, работающие:

- на просвет (ноутбуки и др.);

- на отражение (бытовая техника).

По сути ЖК-ячейка представляет собой электронно-управляемый светофильтр, принцип действия которого основан на эффекте поляризации световой волны.

На подложки наносятся бороздки, куда укладываются электроды, молекулы ЖК-вещества будут ориентироваться вдоль этих бороздок.

В ЖКИ чаще всего используют ячейки TN – твистированные нематические Twisted Nematic,

т.е. закрученные на 90^о

за счет того, что канавки на подложках ориентированы относительно друг друга на 90^о.

Проходя через эту ячейку, плоскость поляризации световой волны также поворачивается на 90^о.

Помимо ориентирующего действия подложки ЖК-ячейки играют роль поляризационных фильтров, т.к. пропускают световую волну только с линейной поляризацией.

При отсутствии внешнего электрического поля падающий на ячейку свет, проходя через поляризатор, приобретает линейную поляризацию, проходя ЖК-вещество, поворачивается на 90^о и свободно проходит через анализатор.

В результате ЖК-ячейка оказывается прозрачной.

Ситуация изменится, если к электродам подложки приложить напряжение 3-10 В.

В этом случае между подложками возникает электрическое поле, и молекулы ЖК-вещества будут ориентироваться вдоль вектора поля.

Твистированная структура ЖК-вещества исчезает, и поворота плоскости поляризации проходящего через него света не происходит.

В результате плоскость поляризации света не совпадает с плоскостью поляризации анализатора, и ЖК-ячейка оказывается непрозрачной.

Подсветка ЖК-экрана.

В ЖКИ на просвет используют специальные лампы подсвета (электролюминесцентный лампы с холодным катодом), имеющие низкое энергопотребление.

Используют 4 или 2 лампы подсветки. В двухламповой системе потеря яркости одной из них приводит к появлению затемнения изображения в верхней или нижней части экрана. Четырехламповые системы свободны от этого недостатка.

При использовании отражательной системы (источник света – солнце или освещение в комнате) в ЖКИ используется зеркало, располагаемое за анализатором. Проходящий свет поворачивается дважды (только ч/б).

Если напряжение между подложками отсутствует, луч поворачивается на 90^о дважды в прямом и обратном направлении. Ячейка будет прозрачной.

При напряжении на подложках падающий свет поглотится анализатором и не дойдет до зеркала. Ячейка оказывается темной.

Есть еще комбинированный вариант подсветки. Зеркало делают полупрозрачным, а за ним располагают лампу подсвета. В результате ЖКИ может работать на просвет и на отражение.

Если пиксель изображения образован единственной ЖК-ячейкой, изображение на экране будет монохромным.

Для получения цветного изображения ЖК-ячейки объединяют в триады RGB, снабдив каждую из них светофильтром, пропускающим один из трех основных цветов.

Недостатки технологии ТN:

1. Низкое быстродействие – изменение ориентации молекул до 300 мс;

2. Сильное взаимное влияние ячеек;

3. Ограниченный угол обзора.

Появились новые технологии

STN – Super Twisted Nematic:

закручивание на 120^о, а затем и 270^о.

Улучшилась контрастность изображения.

DSTN – Dual Super Twisted Nematic:

двойное использование ячеек, закручивающих плоскости поляризации в противоположных направлениях.

Радикально повысить контрастность и быстродействие ЖК-экранов позволила технология активных ЖК-ячеек.

TFT – технология Thin Film Transistor:

тонкопленочные транзисторы.

На каждую ячейку поставили электронный ключ на базе транзистора, что позволило коммутировать более высокое (десятки вольт) напряжение, используя сигнал низкого уровня (около 0,7В).

TFT технология позволила увеличить яркость, контрастность, угол зрения, исключить мерцание и создать цветной монитор.

Каждый элемент ЖК-матрицы образован 3 тонкопленочными транзисторами и триадой управляемых ими ЖК-ячеек. Каждая ячейка триады снабжена светофильтром одного из трех основных цветов RGB.

Изменяя уровень управляющего сигнала на транзистор, можно регулировать яркость каждой ячейки триады.

Инерционность современных ЖКИ составляет 25-40 мс, что уже конкурирует с ЭЛТ.

Угол обзора 140-160^о;

Разрешение 1024х768 – оптимальное фиксированное разрешение,

1280х1024,

1600х1200;

Частота развертки – 60 Гц;

Работа глаза комфортна за счет большей инерционности ЖК-ячейки по сравнению с люминофором.

Яркость – 150-200 кд/м².

Проблемные пиксели – несовершенство и сложность технологии.

Допускается от 5 до 10 неработающих ячеек.

Недостатки ЖКИ:

- ограниченный диапазон t = от -5 до 56^оС;

- высокая стоимость;

- ограниченное быстродействие.