Жидкокристаллические мониторы.

Жидкокристаллические мониторы (ЖК-мониторы, LCD-мониторы) созданы на основе технологии формирования изображения с помощью жидких кристаллов. Жидкие кристаллы представляют собой молекулы, которые могут перетекать как жидкость. Эти молекулы пропускают свет, но под действием электрического заряда изменяют ориентацию.

Изображение на ЖК-мониторах формируется с помощью матрицы пикселей, как и в обычных мониторах; отличие же состоит в материале пикселей и в способе генерации излучения. Каждый элемент матрицы - так называемый жидкий кристалл, являющийся оптически активным материалом. Он способен в естественном состоянии поворачивать плоскость поляризации проходящего через него излучения. Второе чрезвычайно важное его свойство - это способность изменять угол поворота плоскости поляризации в зависимости от приложенного внешнего электрического поля. Такие характеристики ЖК-ячейки позволяют манипулировать интенсивностью прошедшего света. На практике это делается следующим образом (рис.4.19).

Рис.4.19. Принцип функционирования ЖК-монитора:

1 – луч света; 2 – горизонтально поляризованный луч; 3 – поляризатор (вертикальный); 4 – поляризатор (горизонтальный); 5 – жидкие кристаллы; 6 – прозрачные электроды

ЖК-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели (подложки), сделанные из очень чистого стеклянного материала. Между подложками располагается тонкий слой жидких кристаллов. С обеих сторон от ЖК-ячейки на пути распространения излучения устанавливаются скрещенные поляризаторы (3 и 4 на рис.4.15) Первый из них выделяет определенную компоненту поляризации падающего излучения (на рисунке – вертикальную составляющую). Далее это излучение попадает на жидкий кристалл, который поворачивает плоскость поляризации на определенный угол. Второй поляризатор (4) служит для управления интенсивностью излучения: если его выделенное направление совпадает с направлением плоскости поляризации излучения, то для света он окажется абсолютно прозрачным, а если между ними будет угол 90°, то свет поглотится.

На рис. 4.19 А. показано прохождения луча через ЖК-ячейку при отсутствии управляющего напряжения. В этом случае ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения луча ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем

В присутствии управляющего электрического поля поворот вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором (на рис. 4.16 Б для примера упрощенно показано, как вертикально поляризованный луч не пропускается горизонтальным поляризационным фильтром). Экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью)

Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения.

Надо отметить, что при помощи подобной схемы можно сконструировать лишь черно-белый монитор. Для создания цветного дисплея необходимо наличие ячеек трех цветов - красного, синего и зеленого. На самом деле все ячейки одинаковые, а цвета генерируются за счет пропускания излучения сквозь светофильтры нужных цветов. Но проблема состоит в том, что отфильтрованное излучение очень сильно теряет в своей интенсивности, а это сказывается на общей яркости, уменьшает глубину контраста и, естественно, качество цветопередачи. В последнее время стал применяться альтернативный подход, основанный на интересном свойстве жидких кристаллов, а именно: для разных длин волн углы поворота плоскости поляризации излучения при одном и том же внешнем поле отличаются. Реализация этого способа более технологична и сложна, но зато она позволяет достичь большей яркости, лучшей контрастности и в целом улучшить цветопередачу

ЖК-мониторы обладают существенными преимуществами по сравнению ЭЛТ-мониторами:

• ЖК- мониторы более экономичные;
• у них нет электромагнитного излучения в сравнении c ЭЛТ-мониторами, и они практически безвредны для человека;
• они не мерцают, как ЭЛТ-мониторы;
• они легкие и не такие объемные;
• у них большая видимая область экрана.

Выводом изображения на экран монитора управляет специальное устройство — видеоадаптер (видеокарта). Вместе с монитором видеокарта образует видеоподсистему ПК. В первых компьютерах видеокарты не было. В оперативной памяти существовал экранный участок памяти, куда процессор заносил данные об изображении. Контроллер экрана считывал данные о яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти и управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора. Увеличение возможностей монитора потребовало появления в составе аппаратных средств ПК – видеоадаптера.

Видеоадаптер представляет собой плату расширения, которую вставляют в определенный слот материнской платы (в современных ПК это слот AGP, ранее использовался слот PCI). Видеоадаптер полностью управляет выводом изображения на экран монитора. Для этого он оснащен видеопамятью и собственным процессором. Монитор как периферийное устройство подключается к системной шине ПК через один из разъемов видеоадаптера.

Сформированное изображение до вывода на экран хранится в видеопамяти видеоадаптера. Требуемый объем видеопамяти зависит от заданной разрешающей способности и палитры цветов. Поэтому для работы в режимах с высокой разрешающей способностью и полноцветной гаммой нужно как можно больше видеопамяти.

В последнее время широкое распространение стали получать видеоадаптеры интегрированные с системной (материнской) платой. В этом случае функция видеопамяти возлагается на оперативную память.

К основным характеристикам монитора относятся: разрешающая способность, палитра цветов, размер монитора, частота кадровой развертки.

Разрешающая способность определяется количеством пикселей по горизонтали и вертикали, например, 640x480, 800x600, 1024x768 и т.д. Соотношение количества пикселей по горизонтали и вертикали отражает соотношение геометрических размеров экрана монитора 4 : 3.

Палитра цветов — это множество цветов, которые способна отображать видеосистема, определяется количеством бит двоичного слова, которое используется для кодировки одного оттенка цвета. В монохромных мониторах 1 бит и соответственно два цвета — черный и белый. В цветных мониторах от 4 до 32 бит:

4 бита — 2⁴ = 16 цветов;

8 бит — 2⁸ = 256 цветов;

16 бит — 2¹⁶ = 65536 цветов;

24 бита — 2²⁴ = 16.7 млн. цветов;

32 бита — 2³² = 4.3 трил. цветов.

Требуемый минимальный объем видеопамяти определяется произведением количества пикселей по горизонтали на количество пикселей по вертикали (разрешающая способность), и на количество байт двоичного слова, которым кодируется палитра цветов

Размер монитора. Экран монитора измеряется по диагонали в дюймах. Стандартные размеры 15, 17, 19, 21 и 24 дюйма. Наиболее распространены мониторы с диагональю 17 и 19 дюймов. Для работы с графикой предпочтительны мониторы размером 19-24 дюйма.

Частота кадровой развертки показывает частоту полного обновления изображения на экране. Частота регенерации измеряется в герцах (Гц). Чем больше частота, тем менее заметно мерцание экрана и соответственно меньше усталость глаз. Минимально допустимой считается частота в 75 Гц, нормальной — 85 Гц, комфортной — 100 Гц и больше.