Понимание технологии ЖК-дисплея: какова функция ЖК-дисплея?

ЖК-дисплеи, или жидкокристаллические дисплеи, повсеместно распространены в нашем современном мире, от экранов наших смартфонов до наших телевизоров с большим экраном. Но что именно представляет собой ЖК-дисплей и как он работает? В этой статье представлен всесторонний обзор технологии ЖК-дисплеев, изучаются ее основные принципы, различные типы, ее компоненты, а также ее преимущества и недостатки по сравнению с другими технологиями отображения, такими как OLED и CRT. Независимо от того, являетесь ли вы энтузиастом технологий или просто интересуетесь экраном, на который вы сейчас смотрите, в этой статье будет дано подробное и проницательное объяснение жидкокристаллического дисплея. Это поможет вам лучше понять, как эти устройства создают изображения, которые мы видим на экране.

1. Что такое ЖК-дисплей (жидкокристаллический дисплей) и чем он отличается от других технологий отображения?

Термин LCD означает жидкокристаллический дисплей. Это тип технологии плоских дисплеев, которая стала невероятно распространенной в различных устройствах, таких как смартфоны, компьютерные мониторы и телевизоры. В отличие от старых технологий дисплеев, таких как громоздкие мониторы с ЭЛТ (электронно-лучевой трубкой), LCD намного тоньше, легче и потребляет меньше энергии. LCD сами по себе не излучают свет; вместо этого они используют подсветку для освещения слоя жидких кристаллов, которая затем контролирует количество проходящего света для создания изображения. Основной принцип работы LCD заключается в его способности выборочно блокировать или пропускать свет благодаря свойствам жидких кристаллов. Это фундаментальное различие в том, как они генерируют изображения, отличает LCD от таких технологий, как OLED, которые используют светодиоды.

Технология ЖК-дисплеев использует жидкие кристаллы, вещество, обладающее свойствами как жидкостей, так и твердых кристаллов. Эти кристаллы реагируют на электрические поля, что позволяет им управлять светом. В отличие от ЭЛТ-дисплея, который напрямую излучает свет, ЖК-дисплею требуется отдельный источник света, который обычно представляет собой подсветку, расположенную в нижней части дисплея. Возможность управления светом, проходящим через слой жидких кристаллов, позволяет ЖК-дисплеям создавать изображения на экране. Это сделало их самым популярным типом плоскопанельных дисплеев на протяжении многих лет. Возможность управления количеством света также способствует их эффективности с точки зрения энергопотребления, предлагая значительные преимущества по сравнению со старыми технологиями дисплеев.

2. Каков основной принцип работы ЖК-экрана?

Основной принцип работы ЖК-экрана включает несколько ключевых этапов. Во-первых, подсветка обеспечивает источник света для дисплея, обычно с использованием светодиодов. Этот белый свет проходит через поляризационный фильтр, который поляризует световые волны. Затем свет проходит через слой жидких кристаллов, которые расположены между двумя стеклянными подложками. Этими молекулами жидких кристаллов можно управлять, прикладывая напряжение; этот электрический ток подается на слой жидких кристаллов, заставляя жидкие кристаллы изменять свое выравнивание и скручивающую структуру. Когда напряжение не подается, жидкие кристаллы скручиваются в определенной степени, изменяя направление света.

Затем поляризованный свет проходит через другой поляризационный фильтр, ориентированный под другим углом. Количество проходящего света зависит от выравнивания молекул жидкого кристалла. Когда к пикселю прикладывается напряжение, жидкие кристаллы выравниваются таким образом, что блокируют или пропускают свет, создавая разные уровни яркости для каждого пикселя. Наконец, свет, успешно прошедший через фильтр, достигает цветного фильтра, который создает определенные цвета, видимые на экране. Этот сложный процесс манипулирования светом через слои жидких кристаллов позволяет ЖК-дисплею создавать изображения. Жидкие кристаллы контролируют количество света, которое в конечном итоге достигает зрителя.

3. Каковы основные компоненты ЖК-панели?

ЖК-панель состоит из нескольких слоев, каждый из которых играет важную роль в отображении изображений. Во-первых, есть блок подсветки, обычно состоящий из светодиодов, который обеспечивает начальный источник света. Этот свет проходит через рассеиватель, обеспечивая равномерное освещение по всей ЖК-панели. Затем есть первый поляризационный фильтр, который поляризует свет, попадающий в слой жидких кристаллов. Сердцевина панели состоит из слоя жидких кристаллов, зажатого между двумя стеклянными подложками. Каждая стеклянная подложка имеет электроды для подачи напряжения на определенные области жидких кристаллов. Этот слой жидких кристаллов является самой важной частью ЖК-панели.

После слоя жидких кристаллов идет еще один поляризационный фильтр, ориентированный под углом 90 градусов к первому. Затем идет слой цветного фильтра, состоящий из трех субпикселей: красного, зеленого и синего, которые при объединении создают полный цветовой спектр. Наконец, на передней части ЖК-дисплея часто имеется защитное стекло или пластиковая крышка. Эти различные компоненты ЖК-дисплея работают вместе, чтобы управлять светом и создавать изображение, которое мы видим на экране. Точное взаимодействие и расположение каждого элемента имеют важное значение для надлежащей функциональности дисплея. Количество пикселей и размер ЖК-дисплея также определяют его качество.

4. Как подсветка освещает ЖК-экран?

Подсветка является неотъемлемым компонентом любого ЖК-дисплея, поскольку жидкие кристаллы сами по себе не излучают свет. Подсветка обеспечивает необходимый источник света снизу дисплея. Изначально использовались CCFL (флуоресцентные лампы с холодным катодом), но сейчас гораздо более распространены светодиоды (светоизлучающие диоды). Подсветка освещает жидкие кристаллы сзади, так что их можно увидеть. Затем диффузор равномерно распределяет свет по поверхности дисплея, гарантируя отсутствие ярких или тусклых пятен на экране ЖК-дисплея. Без надлежащей подсветки ЖК-дисплей не смог бы воспроизводить видимое изображение.

Подсветка часто располагается в массиве на задней стороне ЖК-дисплей, обеспечивают источник белого света. Этот свет проходит через слои ЖК-дисплея и управляется жидкими кристаллами. Количество проходящего света определяется тем, как выровнены кристаллы. Подсветку часто можно регулировать для управления общей яркостью экрана. Эта функция важна для просмотра в различных условиях освещения. Подсветка обеспечивает основу ЖК-экрана, поскольку она обеспечивает правильное освещение пикселей и видимость изображения на экране.

5. Что такое жидкий кристалл и какую важную роль он играет в ЖК-дисплеях?

Жидкие кристаллы — это уникальное состояние вещества, проявляющее свойства как жидкостей, так и твердых кристаллов. Это молекулы, которые имеют некоторую степень порядка, обычно выстроенные вдоль определенной оси, но также могут течь как жидкости. В ЖК-дисплеях эти молекулы зажаты между двумя слоями стекла. Способ, которым эти кристаллы выстраиваются, и, следовательно, их оптические свойства, изменяются электрическим полем, что позволяет точно настраивать управление светом. Такое выравнивание позволяет жидким кристаллам контролировать прохождение света через панель. Суть работы ЖК-дисплеев вращается вокруг уникальных характеристик этих молекул.

Суть работы ЖК-дисплея заключается в этих свойствах жидких кристаллов. Когда напряжение не подается, жидкие кристаллы скручиваются таким образом, что поляризуют свет по-разному, и, в свою очередь, разное количество света будет проходить через второй поляризационный фильтр. Когда напряжение подается, жидкие кристаллы выравниваются по-разному, тем самым изменяя способ прохождения световых волн. Этот механизм является основой для управления яркостью отдельных пикселей на экране, что позволяет создавать изображения. Благодаря этим характеристикам жидкие кристаллы играют центральную роль в том, как ЖК-дисплеи функционирование и способ создания изображений на экране.

6. Как работают цветные фильтры в ЖК-дисплее?

Цветные фильтры являются важным компонентом ЖК-дисплей, что позволяет ему воспроизводить полный спектр цветов. Эти цветные фильтры состоят из крошечных красных, зеленых и синих субпикселей, расположенных в точном шаблоне. Каждый пиксель на ЖК-дисплее фактически состоит из этих трех субпикселей, и, контролируя количество света, проходящего через каждый из этих субпикселей, можно получить широкий спектр цветов. Когда белый свет проходит через эти фильтры, определенные длины волн поглощаются, а другие пропускаются, в результате чего получается красный, зеленый или синий свет.

Комбинация красного, зеленого и синего света различной интенсивности позволяет ЖК-дисплею создавать полный спектр цветов, отображаемых на экране. Управление светом определяется выравниванием жидких кристаллов. Свет от подсветки проходит через жидкие кристаллы, которые управляют количеством света, которое может пройти. Затем этот управляемый свет проходит через цветовой фильтр. Человеческий глаз воспринимает смесь этих субпикселей как один цвет, что позволяет получить очень богатый и разнообразный цвет отображения. Таким образом, цветовые фильтры играют ключевую роль в качестве изображения дисплея.

7. Каковы различные типы ЖК-дисплеев (TN, IPS, VA) и их основные различия?

Существует несколько различных типов ЖК-экранов, три из которых наиболее распространены: экраны с витым нематическим кристаллом (TN), экраны с плоскостным переключением (IPS) и экраны с вертикальным выравниванием (VA). Каждый из этих типов ЖК-экранов использует жидкие кристаллы, но размещает и управляет ими по-разному, что приводит к различным эксплуатационным характеристикам. Экраны TN являются самым старым и дешевым типом ЖК-дисплеев и обеспечивают быстрое время отклика, что отлично подходит для игр и быстро движущихся изображений. Однако они страдают от плохого угла обзора и цветопередачи. Свойства обеих жидкостей в разной ориентации влияют на отображение.

С другой стороны, экраны IPS известны своей превосходной цветопередачей и более широким углом обзора, предлагая более однородное изображение при просмотре с разных углов. Экраны IPS также подходят для задач, требующих высокой точности цветопередачи, таких как графический дизайн и редактирование фотографий. Экраны VA предлагают компромисс между панелями TN и IPS, обеспечивая хорошие коэффициенты контрастности и более глубокий черный цвет по сравнению с панелями TN. Однако они могут иметь более медленное время отклика, чем экраны TN, и худший угол обзора, чем экраны IPS. В таблице ниже обобщены основные различия между этими технологиями:

8. LCD и OLED: в чем основные различия?

Дисплеи OLED (органические светодиоды) часто сравнивают с ЖК-дисплеями из-за их использования в похожих устройствах, таких как смартфоны и телевизоры. Самое фундаментальное различие между ЖК-дисплеями и OLED заключается в том, что OLED-дисплеи излучают собственный свет, тогда как ЖК-дисплеям требуется подсветка. В OLED-дисплеях используются органические соединения, которые излучают свет при подаче электрического тока, обеспечивая идеальный черный цвет, поскольку отдельные пиксели могут быть полностью отключены. Это приводит к гораздо лучшим коэффициентам контрастности и более глубоким черным цветам по сравнению с ЖК-дисплеями. Дисплеи OLED часто имеют более быстрое время отклика и более широкий угол обзора.

С другой стороны, ЖК-дисплеи более доступны в производстве больших размеров и могут достигать более высоких уровней яркости. ЖК-дисплеи также могут быть менее склонны к выгоранию, что может быть проблемой для OLED. Хотя технология OLED обеспечивает превосходное качество изображения во многих аспектах, стоимость панелей OLED выше, чем у ЖК-дисплеев, что делает ЖК-дисплеи более доступным вариантом для многих пользователей. ЖК-экраны по-прежнему остаются популярными и используются в различных устройствах. В таблице ниже суммированы различия между этими двумя технологиями:

9. Каковы преимущества и недостатки ЖК-технологии по сравнению со старыми технологиями отображения, такими как ЭЛТ?

По сравнению со старыми технологиями отображения, такими как мониторы с ЭЛТ (электронно-лучевой трубкой), ЖК-дисплеи предлагают несколько существенных преимуществ. Наиболее очевидными являются их размер и вес; ЖК-дисплеи намного тоньше и легче, что упрощает их транспортировку и монтаж. Они потребляют меньше энергии, чем ЭЛТ, что приводит к снижению счетов за электроэнергию и увеличению срока службы батареи для портативных устройств, таких как смартфоны. ЖК-дисплеи также обеспечивают более четкое, яркое изображение с лучшей цветопередачей, чем ЭЛТ, кроме того, они не страдают от геометрических искажений, мерцания или выгорания изображения, к которым склонны ЭЛТ. Кроме того, ЖК-дисплеи плоские, в отличие от изогнутых ЭЛТ, которые обеспечивают более широкий обзор.

Однако у ЖК-технологии есть и некоторые недостатки. Несмотря на значительные улучшения, ЖК-дисплеи все еще испытывают трудности с достижением тех же коэффициентов контрастности и более глубоких оттенков черного, что и OLED. Старые типы ЖК-экранов страдают от плохого угла обзора, что означает, что цвет и изображение могут смещаться при просмотре под углом. Кроме того, время отклика может быть больше, чем у панелей OLED. Несмотря на эти недостатки, усовершенствования в ЖК-технологии за эти годы сделали их популярным выбором на многие годы. Преимущества по сравнению со старыми технологиями отображения, такими как ЭЛТ, значительны.

10. Какие факторы определяют качество изображения ЖК-монитора, такие как частота обновления, время отклика и угол обзора?

Общее качество изображения ЖК-монитора определяется несколькими факторами. Частота обновления, обычно измеряемая в герцах (Гц), относится к числу обновлений изображения на экране в секунду. Более высокая частота обновления обеспечивает более плавное движение, что особенно важно для динамичного контента, такого как видеоигры или боевики. Время отклика, измеряемое в миллисекундах (мс), относится к тому, как быстро пиксель может изменить цвет с одного на другой. Более быстрое время отклика уменьшает двоение или размытие вокруг движущихся объектов. Это чрезвычайно важно в играх или других приложениях, в которых используются быстро движущиеся изображения.

Угол обзора, как мы обсуждали ранее, относится к тому, насколько далеко от оси зритель может смотреть на дисплей, прежде чем цвета и изображение начнут ухудшаться. ЖК-дисплей с более широким углом обзора обеспечивает стабильное изображение даже при просмотре сбоку. Другие факторы также влияют на качество изображения, такие как яркость, коэффициент контрастности и точность цветопередачи. Дисплей с более высоким разрешением также означает более детальные и четкие изображения. Все эти факторы в совокупности значительно влияют на общее впечатление от просмотра. Баланс между всеми этими факторами обеспечивает оптимальное качество изображения на ЖК-мониторе.

Ключевые выводы

Вот 10 самых важных вещей, которые следует помнить о ЖК-технологии:

• ЖК-дисплеи — это плоские панели, в которых для управления светом используются жидкие кристаллы.
• Они не излучают свет сами по себе, а используют подсветку.
• Основной принцип работы заключается в избирательном пропускании или блокировании прохождения света через жидкие кристаллы с помощью напряжения.
• Ключевые компоненты включают подсветку, поляризационный фильтр, жидкокристаллический слой и цветной фильтр.
• Существует несколько типов ЖК-дисплеев: TN, IPS и VA.
• У TN быстрое время отклика, но плохой угол обзора; у IPS хорошая цветопередача и более широкий угол обзора.
• По сравнению с ЭЛТ-мониторами ЖК-мониторы тоньше, легче и потребляют меньше энергии.
• ЖК-дисплеи обладают рядом преимуществ, но все равно не могут сравниться с OLED по контрастности и уровню черного.
• На качество изображения влияют такие факторы, как частота обновления, время отклика и угол обзора.
• Хотя OLED обеспечивает лучшее качество изображения, ЖК-дисплеи остаются популярными благодаря своей экономичности и высокой яркости.