Технические средства человеко-машинного интерфейса

Полупроводниковые устройства отображения информации
(ЖК-мониторы)

Развитие полупроводниковых технологий и изучение жидких кристаллов (веществ, состоящих из удлиненных параллельных молекул, рис. 1.7) привели к созданию сначала жидкокристаллических (ЖК) индикаторов (LCD – Liquid Crystal Display), а затем и ЖК-экранов, называемых TFT-панелями (Thin Film Transistor – тонкопленочный транзистор). Первые почти повсеместно заменили стрелочные измерительные приборы, а вторые все активнее вытесняют

Рис. 1.7. Расположение молекул в жидких кристаллах: А — смектическом; В — нематическом и холестерическом

телевизоры и мониторы компьютеров на электронно-лучевых трубках. Рассмотрим устройство и принцип работы ЖК-экрана (рис. 1.8 вверху) [37].

Слой (1) нематических жидких кристаллов малой толщины располагается между двумя стеклянными пластинами (2, 3). С наружных сторон на пластины нанесена электрическая сетка в виде множества горизонтальных рядов (4) — электродов спереди со стороны экрана и вертикальных рядов (5) — позади. Вместе они образуют матричный электросветовой преобразователь. На электроды сетки подаются вырабатываемые микропроцессором управляющие импульсные сигналы. При адресном воздействии управляющего напряжения оптические оси молекул микроячеек ЖК поворачиваются на 90º. Это изменяет прозрачность ЖК слоя для света определенной поляризации. Неполяризованной свет от тылового источника подсветки (в новейших моделях от светодиодов) проходит через тыловой поляризатор и попадает в

Рис. 1.8. Схема действия TFT-панели

ЖК-слой. Сформировавшиеся в ЖК-слое микропучки светового излучения проходят через множество фильтров (6), разделяющих пиксели изображения на цветные субпиксели (красные, зеленые, синие), обеспечивающие достаточно качественную передачу всего спектра зрительных образов (18-бит цвет). Последствия двойного лучепреломления света в слое жидких кристаллов устраняет фронтальный поляризатор (7).

Большинство современных ЖК-дисплеев производится с использованием ТFT — активной матрицы (рис. 1.15 внизу). В точках пересечения линий сетки (горизонтальных и вертикальных рядов)на задней пластине установлены тонкопленочные полевые транзисторы (9), усиливающие приходящие импульсные сигналы. Их число соответствует всему множеству субпикселей матрицы. Общий прозрачный электрод (10) нанесен на переднюю стеклянную пластину. Функционирование матричной энергетической сети в каждой ячейке поддерживается конденсатором (11).

Благодаря внедрению ТFT-технологии удалось увеличить размеры экрана, повысить четкость, яркость, расширить динамический диапазон воспроизводимых изображений и повысить скорость срабатывания пикселей в ответ на подачу и выключение воздействующего кодово-импульсного напряжения. ЖК-экраны получают распространение не только благодаря их малой толщине, отличной геометрии и ровности поверхности, но еще и потому, что обеспечивают высокое разрешение, качественную, немерцающую «картинку» как по центру, так и в углах; они не нуждаются в сведении лучей и фокусировке, присущих электронно-лучевым трубкам. Кроме того, они экономичны в части потребления мощности электросети, не перегреваются при длительной работе, и потому в них не устанавливают вентиляторы; крепить их можно вплотную к стене и даже в углублении. Срок службы электрооптических дисплеев достигает 50—60 тысяч часов. К недостаткам их относят чрезмерную пиксельную технологичность демонстрируемых изображений — иначе говоря, точечную структуру (дробность), которую легко разглядеть с помощью увеличительного стекла. Длительное чтение таких страниц с близкого расстояния утомляет глаза. Для офисной работы с текстом предпочтительнее выбирать менее «рябящие» мониторы с объемом матрицы 1 млн пикселей и более (размером по диагонали не менее 17 дюймов). Однако дробность ЖК-экранов практически незаметна при просмотре постоянного и движущегося графического изображения.

В настоящее время цены на ЖК-мониторы снижаются, на рынке предлагается большое число моделей с широким диапазоном возможностей [38-40]. Наряду с пленочной технологией TN+film в сравнительно дешевых моделях используются и более совершенные технологии на матрицах PVA/MVA и S-IPS. Последние модели даже при времени отклика 16-25 мс работают не медленнее “быстрых” матриц TN+film со временем отклика 12-4 мс и значительно превосходят их по качеству изображения - TN+film способна отображать лишь 18-битный цвет. По итогам тестирования журналом Hard & Soft [35] и опросу читателей журнала Мир ПК лучшими моделями 2005 г. были названы мониторы ViewSonic VX924 (табл. 1.3) и Samsung SyncMaster 720T . В мониторе ViewSonic VX924 крайне малое время отклика (3 мс) благодаря технологии Clear Motiv (“яркий мотив”), высокое качество картинки благодаря ускоренному переключению между полутонами (Advanced Amplified Impulse) и широкие углы обзора благодаря технологии Xtreme View. Мониторы с диагональю 17 и 19 дюймов работают с одинаковым разрешением 1280х1024 пиксела. Следующая ступень 1600х1200 пиксела начинается с диагонали 20 дюймов. Оптимальным вариантом в этом классе журнал “Домашний компьютер” [38] признал монитор Samsung SyncMaster 204Ts (табл. 1.3). Обзор современных моделей ЖК-мониторов дан в [39]. Характеристики ЖК-мониторов разбираются в статье [40].

Таблица 1.3