Как работает ЖК-дисплей на телевизорах и мониторах - Price.ru
Автотовары
Бытовая техника
Детские товары
Компьютеры
Парфюмерия и косметика
Спорт и туризм
Строительные материалы
Товары для животных
Электроника
Все категории
1 Февраля 2023
10 мин
52262
1
Иван Васильев

Как работает ЖК-дисплей

Как работает ЖК-дисплей

Сегодня на рынке телевизоров и мониторов доминируют именно жидкокристаллические экраны. Просто потому, что электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) постепенно ушли в прошлое, а OLED-дисплеи пока слишком дороги для широких масс. Разберемся, как же работают LCD-дисплеи, почему кристаллы вдруг стали жидкими, и на какой стадии развития технология в текущий момент.

Краткий экскурс в историю

Удивительно, но обнаружение жидких кристаллов – очень старое открытие. Впервые их подробно описал австрийский физик Ренитцер в 1888 году. Для сравнения, первый работающий вариант ЭЛТ немец Браун представил только в 1897 году. Долгое время ученые и промышленники не знали, как использовать обнаруженные жидкокристаллические материалы. Первый патент на применение в производстве зарегистрировали инженеры из компании Marconi в 1930-х.

Значительных прорывов удалось достичь американцами из корпорации RCA только в 1966 году. Тогда физики и инженеры Фергесон и Вильямс представили часы, в которые установили первый в истории LCD-монитор. Это была громоздкая конструкция, но технологию заметили.

Значительную роль в распространении жидких кристаллов сыграла японская компания Sharp. Именно под этим брендом выпускались первые наручные LCD-часы (1975) и первый черно-белый LCD-телевизор (1976). Уже после 2000-х ЖК-дисплеи буквально захватили рынок ТВ, мониторов, смартфонов и другой схожей техники, где требуется компактный, красочный и яркий экран без искажения цветов.

Сборник основных терминов

Перед объяснением принципа действия пройдемся по терминам и обозначениям, с которыми сталкивался каждый покупатель монитора или телевизора:

  • LCD- или ЖК-дисплей – дисплей, работающий на основе особых жидких кристаллов.
  • Жидкий кристалл – состояние смеси веществ, при котором она является одновременно и жидкостью, и кристаллом. От жидкости веществу перешла способность заполнять собой все свободное пространство, то есть «течь», а от кристаллов – выстраивать молекулы в строго определенную структуру в зависимости от приложенного электромагнитного воздействия (проще говоря, напряжения). Меняя приложенную силу, мы воздействуем на ориентацию молекулярной структуры и регулируем тем самым пропускную способность.
  • LCD TFT – подвид классического LCD-дисплея с управлением на основе тонкопленочных транзисторов (TFT).
  • TN, IPS, VA – технологии, по которым работают матрицы жидкокристаллических экранов.
  • RGB-LED, WLED, GB-LED, QLED, NanoCell и другие – разные виды светодиодных подсветок, используемых в качестве источника света для современных матриц.
  • OLED – технология, кардинально отличающаяся от LCD. Здесь используются органические диоды, а не жидкие кристаллы. Их главная особенность – способность испускать свет самостоятельно, без подсветки.

Не стоит путать жидкокристаллические и OLED-дисплеи, работающий по другому принципу. Сегодня мы делаем упор именно на ЖК.

Принцип работы ЖК-дисплея

Дисплей – сложная структура. В ней каждый световой луч проходит через несколько слоев (последовательность от внутреннего к внешнему):

  1. Подсветка.
  2. Рассеиватели и световоды.
  3. Поляризационная пленка.
  4. Тонкопленочные транзисторы (TFT).
  5. Жидкие кристаллы.
  6. Цветовые фильтры.
  7. Еще одна поляризационная пленка.
  8. Наружный слой, передающий сформированную картинку из пикселей.

Рассмотрим путь света от момента возникновения до отображения в виде картинки.

Подсветка

Ранее в качестве источника света использовались газоразрядные лампы. В них применялась ртуть, испускающая видимый свет под воздействием ультрафиолетового излучения. Характерная особенность – потребность в высоком напряжении (до 900 В).

Сегодня место газоразрядных ламп заняли светодиоды. Во многом именно качество светодиодов и технология подсветки определяют конечную стоимость монитора или телевизора. Популярные сегодня варианты:

  • WLED – бюджетный вариант на основе синих светодиодов, которые «перекрашиваются» в белый слоем люминофора.
  • GB-LED – профессиональная подсветка, где белые светодиоды дополняются зелеными.
  • RGB-LED – самая дорогая технология, объединившая все три вида светодиодов (красный, голубой, синий).
  • Квантовые точки – такая подсветка называется по-разному у каждого производителя: QLED у Samsung, NanoCell у LG, Triluminos у Sony и т. д. Квантовыми точками называются соединения кадмия, селена, цинка и серы. С их помощью можно возбуждать разные по цветам нанокристаллы, охватывая широкий спектр цветовой гаммы.

У панели на квантовых точках есть одно важное преимущество перед остальными подсветками – при их производстве не используются редкоземельные металлы. А еще их легко получать: достаточно смешать в известных пропорциях перечисленные выше вещества. Конечно, создать идеальных условий для образования квантовых точек нельзя, поэтому итоговый дисплей не в состоянии охватить 100% REC.2020. Но он очень близок.

Рассеиватели и световоды

Каждый светодиод – это по сути световая точка. Но нам требуется получить не зернистое изображение, а равномерно освещенное по всей поверхности. Как раз для этого применяется рассеивающая структура. Она состоит из слоев:

  • отражатель (комбинация из белого пластика и фольги);
  • световод, покрытый мелкими линзами;
  • рассеивающая пленка с хаотичной «шершавой» структурой;
  • призматическая пленка, отражающая подавляющее большинство световых волн.

Итогом работы перечисленной комбинации является ровное свечение от светодиодной подсветки, сливающееся для нашего зрения в один источник.

Поляризаторы, ЖК и TFT

До и после жидких кристаллов размещены поляризационные пленки, причем их плоскости обычно перпендикулярны друг другу. Так как поляризаторы по своей сути пропускают только половину световых волн, расположенные под углом 90 градусов пластины полностью блокируют проходящий световой поток. И на этом этапе как раз проявляется роль ЖК.

Рассмотрим процесс поэтапно:

  1. Через тонкопленочные транзисторы (TFT) к ячейкам с жидкими кристаллами подается определенное напряжение.
  2. Жидкие кристаллы в зависимости от размера приложенной силы «поворачивают» молекулярную структуру.
  3. Поляризованный свет попадает на кристалл, искажается и уже не блокируется вторым поляризационным слоем полностью.

Благодаря «подвижности» жидких кристаллов удается влиять на поляризацию света – это основное и уникальное свойство жидкокристаллического материала.

Принципы, по которым формируется пропускная способность ЖК, определяются матрицей. Всего существуют три вида матриц, от которых уже произошли десятки производных:

  • TN – свет при отсутствии напряжения проходит полностью (поэтому «битый пиксель» на TN-панели светится ярким белым цветом);
  • IPS – без напряжения кристаллы свет практически не пропускают;
  • VA – без напряжения свет полностью блокируется парой поляризаторов.

В последнее время лидерство захватили IPS-матрицы за счет большого угла обзора и качественной цветопередачи. Они идеально подходят для работы с графикой и просмотра фильмов на большом экране. VA – это в первую очередь «глубокий» черный цвет и приемлемая цена. TN-матрицы постепенно уходят в прошлое. Их главные плюсы – минимальная стоимость и максимальная скорость отклика. Но в качестве картинки проигрывают по всем параметрам.

Финальный этап

Итак, световой луч проделал большой путь: возник в светодиоде, рассеялся по поверхности через рассеиватель, прошел через управляемую жидкими кристаллами поляризацию. Теперь это свет нужной яркости, распределенный по разным пиксельным зонам. Но он по-прежнему белый.

Светофильтр, состоящий из мелких ячеек трех классических цветов RGB (красный, зеленый, синий), «окрашивает» белый луч в нужный нам оттенок. От качества светофильтра также зависит цветопередача. Еще один слой – анализатор. Он, подобно поляризатору, отсеивает ненужные волны, оставляя только видимый свет.

Заключительный этап – устранение бликов за счет антибликовой поверхности. Чаще всего это специальный пластик, но каждый производитель вносит свои коррективы.   

Сравнение ЖК (LCD) и ЭЛТ-экранов (CRT)

Технология жидких кристаллов пришла на смену электронно-лучевой трубке, поэтому логично сравнить их между собой по основным характеристикам.

Параметр сравненияЖКЭЛТ
Яркостьвплоть до 1000 Кд/м2максимум 120 Кд/м2
Контрастностьдо 400:1до 700:1
Углы обзорав среднем 160 градусовдо 178 градусов
Разрешениефиксированноеможет меняться
Мерцаниенетесть
Совмещение цветовнетесть
Фокусировкаотличнаясредняя
Искажения геометриинетвозможны
Входной сигналцифровой или аналоговыйтолько аналоговый
Скорость откликаот 5 до 30 мсекминимальная
Качество цветавысокоеочень высокое
Потребление энергиив среднем 25-40 Втболее 60 Вт
Конструкцияплоская, компактная, легкаягромоздкая, массивная

ЭЛТ-экраны очень громоздки, они мерцают, иногда искажают геометрию картинки и производят вредное для человека излучение. Жидкокристаллические панели гораздо компактнее, хорошо встраиваются в цифровую систему, но уступают в контрастности,  качестве передачи цветов и времени отклика хорошим ЭЛТ.

Чем отличается OLED

Как говорилось выше, в основе OLED (Organic Light-Emitting Diode) нет жидких кристаллов, телевизоры и экраны с такими панелями работают на органических диодах. Отсюда вытекают особенности дисплеев:

  • нет надобности в подсветке, поскольку органические диоды самостоятельно излучают видимый свет под действием напряжения;
  • компактные размеры из-за упрощенной структуры;
  • высокие показатели контрастности, цветопередачи, углов обзора, присутствие «настоящего белого и черного».

Но есть и минусы: цена, проблема «выгорания», яркость. Также в последние годы далеко продвинулись традиционные LCD-дисплеи, и современные IPS-матрицы совместно с подсветкой на основе квантовых точек смотрятся ничуть не хуже. Многие специалисты сферы, включая экспертов Sony, делают ставку именно на жидкокристаллические панели, совершенствуя технологию подсветки.

Есть и другая разработка, которая пока недоступна широкому кругу пользователей – MicroLED. Расшифровывается она как «микроскопические органические диоды» и призвана чуть ли не полностью заменить OLED в будущем.

Mini-LED – последнее слово в мире ЖК

Самыми совершенными жидкокристаллическими дисплеями считаются панели с Mini-LED подсветкой. К слову, именно такой выбор сделала компания Apple, когда обновляла свои ноутбуки и планшеты в 2021 году. Позже появились и соответствующие телевизоры.

На самом деле, никаких принципиально новых решений Mini-LED не предлагает. Единственное, что сделали инженеры – уменьшили размеры светодиодов в классической подсветке на квантовых точках в 5 раз. Но результат от этого по-настоящему впечатляет. Так, из-за уменьшения источников света их больше помещается на классической панели. Плюсы такого решения:

  • приближение по контрастности к OLED;
  • появление «глубокого черного»;
  • максимальные углы обзора.

При этом сохранились традиционные преимущества LCD-дисплеев. Samsung называет технологию Neo QLED, LG – QNED, а специалисты Sony направили все силы на развитие именно Mini-LED, убрав OLED на дальнюю полку.

Заключение

Подведем итоги:

  • Жидкокристаллический дисплей состоит из слоев подсветки, рассеивателя, световода, поляризаторов, тонкопленочных транзисторов, жидких кристаллов, цветового фильтра и наружней обработки:
  • Свет образуется в светодиодной подсветке, «растекается» по поверхности за счет рассеивателя и преломляется в поляризаторах.
  • Задача жидких кристаллов – менять поляризацию света в зависимости от приложенного напряжения (с помощью TFT).
  • Пропускаемый жидкими кристаллами белый свет проходит через светофильтры, «окрашиваясь» в нужные оттенки в границах одного пикселя.
  • Итоговую работу проводят анализатор, превращающий смешанное свечение в видимое излучение, и антибликовое покрытие.
  • IPS, VA, TN – виды матриц ЖК-дисплеев, принципы организации электродов в панели.
  • ЖК-экраны полностью вытеснили ЭЛТ за счет яркости, компактных размеров, возможности работы с цифровыми источниками, отсутствия мерцания и искажения картинки.
  • RGB-LED, WLED, GB-LED, QLED, NanoCell, MiniLED – технологии подсветки в LCD-дисплеях.
  • OLED – альтернатива LCD. Работает на органических диодах, способных светиться самостоятельно (здесь жидкие кристаллы отсутствуют).

С учетом последних разработок, ЖК уверенно занимает доминирующее положение на рынке. Отметим, что жидкие кристаллы хорошо совместимы с 3D-технологиями, поэтому разработки в этом направлении продолжатся.

1

0/100

Отправить комментарий

Читайте также
Иван Васильев
8 Августа 2024
12 мин
34619
10 лучших планшетов с сим-картой
Планшеты с сим-картой – идеальный выбор для работы, учебы, развлечений, связи не только дома, но и в командировках, путешествиях. Бренды предлагают большой ассортимент моделей в разных ценовых сегментах с широким спектром возможностей. Рейтинг популярных планшетов с сим-картой поможет определиться с подходящим вариантом. Рейтинг популярных планшетов с SIM-картой в 2024 году 1. Планшет Apple iPad Pro […]
3
34
10 лучших планшетов с сим-картой
3
34
12 мин
34619
Иван Васильев
10 Февраля 2024
12 мин
4346
Как выбрать игровой ноутбук
В поисках идеального игрового ноутбука потребители сталкиваются с разнообразными моделями, техническими характеристиками и заманчивыми обещаниями от производителей. Но как сделать правильный выбор среди этого множества? Мы рассмотрим ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе, важные технические характеристики и поделимся полезными советами, которые помогут найти идеальное устройство для личных потребностей. Как выбрать ноутбуки для игр: общие […]
1
2
Как выбрать игровой ноутбук
1
2
12 мин
4346
Иван Васильев
8 Августа 2024
11 мин
21331
10 лучших планшетов в 2024 году
Современные планшеты отличаются компактностью, легкостью, высокой функциональностью. Девайсы предлагают широкий спектр возможностей для работы, обучения, развлечений, общения в соцсетях. Пользователи достаточно часто используют планшеты вместо ПК и мобильного устройства, поскольку в нем достаточно мощности, скорости и производительности для различных задач. Рейтинг популярных планшетов 2024 поможет определиться с выбором. Рассмотрим технические характеристики, отличительные особенности, плюсы и […]
1
6
10 лучших планшетов в 2024 году
1
6
11 мин
21331
Иван Васильев
19 Октября 2023
7 мин
892
Что такое Smart TV
Смарт телевизоры, или смарт тв – это новое поколение телевизоров, которые предоставляют расширенные возможности по сравнению с обычными моделями. Смарт тв отличается от обычного тем, что имеет встроенные “умные” функции и подключается к интернету. Это позволяет не только смотреть телевизор и фильмы, но и выходить в интернет, устанавливать приложения, играть в игры и многое другое. […]
2
Что такое Smart TV
2
7 мин
892
Иван Васильев
1 Октября 2024
12 мин
6931
10 лучших женских смарт-часов
Женские смарт-часы – не только стильный аксессуар, но и незаменимый функциональный помощник, благодаря которому можно контролировать свое здоровье, мониторить физическую активность, воспроизводить музыкальные композиции, составлять маршруты, получать уведомления о почте, звонках. Рассмотрим лучшие предложения, ознакомимся с характеристиками, преимуществами и недостатками умных устройств. 1. Смарт-часы Huawei Watch Fit 2 Classic Edition Смарт-часы Huawei Watch Fit 2 […]
4
10 лучших женских смарт-часов
4
12 мин
6931
Иван Васильев
25 Марта 2024
10 мин
233
Как выбрать фен для волос
Выбор подходящего фена для волос играет ключевую роль в создании идеальной прически. При таком многообразии моделей на рынке сложно определиться с оптимальным вариантом. От мощности и температурных режимов до насадок и функциональных возможностей – каждая деталь имеет значение. Правильный выбор фена не только обеспечит быстрое высыхание волос, но и поможет предотвратить повреждения структуры. Для того, […]
1
Как выбрать фен для волос
1
10 мин
233
Иван Васильев
Товарный эксперт Price.ru