Рідкокристалічні монітори

Рідкокристалічний монітор, чи LCD-монітор (Liquid Crystal Display) містить такі самі компоненти, що й CRT-монітор, однак формують пікселі зображення не пучки електронів, а рідкі кристали. Ці речовини названі так тому, що вони зазвичай знаходяться в рідкому стані, але при цьому мають властивості кристалічних тіл. Фактично це рідини, що мають анізотропію (неоднорідність в різних напрямах) властивостей (зокрема, оптичних), пов'язаних з упорядкованістю орієнтації молекул. Під впливом електрики молекули рідких кристалів, що мають довгасту форму, можуть змінювати свою орієнтацію і внаслідок цього змінювати властивості світлового променя, що проходить крізь них.

Уперше застосували рідкі кристали в чорно-білих (точніше, у чорно-сірих) дисплеях для калькуляторів та годинників, а потім - у моніторах для портативних комп'ютерів.

Тепер LCD-монітори використовують в настільних комп'ютерах.

Екран LCD-монітора являє собою масив малих сегментів (пікселів), використовуваних для формування зображення. LCD-монітор має кілька шарів.

Ключову функцію деяких LCD-моніторів виконують дві плоскі панелі, зроблені з позбавленого від натрію і дуже чистого скляного матеріалу, названого субстратом чи підкладкою, що містить між собою тонкий шар рідких кристалів. Тому LCD-монітори, а також плазмові монітори, часто називають плоскопанельними моніторами.

Рисунок 15.7. LCD-монітор:

1 - скляна пластина; 2 - фільтр-поляризатор; 3 - рідкі кристали;

4 - горизонтальний електрод; 5 - джерело світла; 6 - вертикальний електрод

Електроди на кожній панелі розміщено паралельно (але перпендикулярно між двома панелями). Рідкі кристали в комірках, утворених панелями, можуть

за допомогою електродів змінювати свою орієнтацію; такі комірки названо закругленими нематичними (twisted nematic) (від грецьк. nema - голка). Рідкокристалічна панель освітлюється джерелом світла (залежно від місцезнаходження джерела рідкокристалічні панелі працюють на відображення чи на проходження світла).

Змінювання інтенсивності світлового потоку від чорного до білого, що проходить крізь LCD-монітор, досягається використанням явища поляризації світла.

Оскільки джерело світла дає неполяризоване випромінювання, перший (внутрішній) фільтр-поляризатор пропускає світло тільки в одному напрямі поляризації. Напрям поляризації другого зовнішнього фільтра-поляризатора повернено на 90° відносно напряму поляризації першого фільтра.

Коли до електродів якого-небудь піксела прикладено напругу (рис. 15.8, а), спіраль рідких кристалів розправляється і не змінює напряму поляризації світла, що проходить уздовж неї. У цьому разі світло затримується зовнішнім поляризаційним фільтром, і піксел має чорний колір.

Якщо зняти напругу (рис. 15.8, б), спіраль закрутиться так, що кристали, які знаходяться на її кінцях, ляжуть у борозенки.

Світло, пронизавши внутрішній поляризаційний фільтр, проходить уздовж спіралі, змінює свою поляризацію на 90° і тому пропускається зовнішнім фільтром, тобто формується світлий (білий) піксел. Змінюючи напругу, можна одержати сірі відтінки.

Рисунок 15.8. Походження світла через LCD-монітор:

а - якщо до електродів прикладено напругу;

б - якщо немає напруги

Для виведення кольорового зображення світло має виникати в задній частині LCD-монітора, щоб можна було спостерігати зображення високої якості, навіть якщо навколишнє середовище не є світлим. Колір створюється використанням трьох фільтрів (червоного, зеленого і синього), що виділяють з джерела випромінювання білого світла три основні компоненти.

Щоб вивести кольорове зображення, можна поставити на шляху променів кілька фільтрів, однак це призведе до ослаблення випромінювання. Найчастіше використовують таку властивість рідкокристалічної комірки: зі змінюванням напруженості електричного поля кут повороту площини поляризації випромінювання змінюється по-різному для компонентів світла з різною довжиною хвилі. Отже, випромінювання заданої довжини хвилі світла може відбиватися (чи поглинатися), тобто створювати заданий колір.

Технологія функціонування LCD-моніторів не може забезпечити швидку зміну даних на екрані. Зображення формується рядок за рядком послідовним підведенням керувальної напруги до окремих комірок, що робить їх прозорими. Через досить велику електричну ємність комірок напруга на них не може змінюватися досить швидко, тому картинка відновлюється повільно. Крім того, зображення не відображається плавно і мерехтить на екрані. Мала швидкість змінювання прозорості кристалів не дозволяє правильно відображати рухомі зображення. Монітори такої технології формування зображень назвали моніторами з пасивною матрицею (passive matrix).

Незважаючи на застосування технологій поліпшення контрастності зображення через збільшення кута повороту площини поляризації світла в кристалах з 90° до 270° (у технології Super Twisted Nematic), ці монітори тепер майже не випускають.

Для моніторів з активною матрицею (active matrix) використовують окремі керувальні елементи (транзистори) для кожної комірки екрана, що компенсують вплив ємності комірок і дозволяють значно зменшувати час змінювання їх прозорості.

Оскільки транзистори, розміщені на задній частині панелі, мають пропускати світло, їх реалізовано в пластикових плівках за технологією TFT (Thin Film Transistor - тонкоплівковий транзистор). Іноді монітори з використанням технології TFT називають TFT-моніторами/