ЖК-дисплеи

Первые ЖК-дисплеи появились около тридцати лет назад, хотя сам эффект был открыт раньше, и использовались для цифробуквенной индикации в часах, калькуляторах и измерительных приборах. Затем появились матричные дисплеи, которые теоретически могли воспроизводить черно-белое видеоизображение. В 1987 фирмой Sharp был показан первый карманный телевизор с цветным дисплеем размером три дюйма по диагонали.

Каждый элемент изображения образуют три ячейки первичных цветов

Структура жидкокристаллического дисплея

Наиболее распространенный сегодня тип ЖК-дисплея, который используется в большинстве ноутбуков, мониторов, телевизоров, — это активная матрица. В такой матрице используются микротранзисторы TFT, которые открывают и закрывают индивидуальную ячейку. Для каждого пикселя цветного изображения таких ячеек три по числу основных цветов. У предыдущего поколения ЖК-дисплеев (пассивная матрица) управляющий сигнал подводился к шине строки и элемента в строке, а потому ее быстродействие было мало для воспроизведения видео. Типичный активный матричный TFT-дисплей — единая жидкокристаллическая панель-матрица, выполненная по технологии TFT. Производство такой матрицы очень сложно, поскольку брак недопустим, то нужно, чтобы все транзисторы работали. А для стандартного ЖК-дисплея с разрешением 800х600 пикселей (режим SVGA) число отдельных транзисторов составляет 1440000. TFT-дисплеи характеризуются небольшим временем задержки, что позволяет получать изменение изображения практически в реальном времени (пригодность для передачи видео, то есть телевидения) и с хорошим отношением контрастности. Благодаря таким характеристикам воспроизведение видеоизображения происходит без потери качества. Активные матрицы характеризуются большей яркостью, насыщенностью и четкостью создаваемого изображения по сравнению с пассивными матрицами. Для лучших моделей ЖК-панелей уже достигнуто время отклика около 16 мс.
   Структура современного ЖК-дисплея похожа на многослойный пирог. Собственно слой жидких кристаллов располагается между двумя полированными прозрачными панелями, сделанными из свободного от натрия и очень чистого стекла, на которые нанесены прозрачные электроды и управляющие каждой ячейкой структуры TFT. На стеклянных панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. С двух сторон от стекол находятся поляризаторы, оси которых перпендикулярны. Это требуется потому, что плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении ЖК-слоя. С внешней стороны располагаются светофильтры, с помощью которых формируются пиксели из трех ячеек основных цветов (RGB). ЖК-панель для телевизоров и мониторов освещается источником света сзади, то есть работает на прохождение света. Свет от лампы подсветки, пройдя поляризатор и стеклянную пластину, попадает в слой жидкого кристалла. Если на элементарную ячейку не подано напряжение, то при прохождении света через слой жидкого кристалла его поляризация поворачивается в соответствии с поворотом оптической оси кристалла. В результате на выходе свет пройдет через второй поляризатор, и этот пиксель дисплея выглядит для наблюдателя светлым. Если же на электроды пиксельной ячейки подано напряжение, то свет пройдет слой жидкого кристалла, не изменив своей поляризации, и поляризатор на выходе не пропустит его. Этот пиксель будет выглядеть черным на светлом фоне. Главная особенность ЖК-дисплеев по сравнению с кинескопами — это цифровой способ представления изображения. То есть каждому пикселю экрана должен соответствовать свой цифровой образ в потоке данных. Аналоговый сигнал телевизионного тюнера перед подачей на дисплей преобразуется в цифровой с разрешением, которое дисплей физически может отобразить. При подключении цифрового источника необходимо соответствие разрешения, поскольку пересчет при масштабировании приведет к деградации качества изображения (в первую очередь это потеря четкости). С цифровым представлением изображения связано и преимущество ЖК-дисплеев — у них отсутствуют геометрические искажения.
   Еще совсем недавно коммерчески выгодными ЖК-телевизорами были модели с экраном 13, 15 и 20 дюймов, то есть применение ЖК ограничивалось сферой персональных продуктов. В настоящее время на рынке уже есть 30- и 37-дюймовые широкоформатные модели. Потребители все чаще рассматривают ЖК-модели как семейные продукты и все чаще покупают их в качестве основных телевизоров в гостиную. В настоящее время годовой рынок ЖК-телевизоров исчисляется 2–3 миллионами штук, что составляет всего 2% от общего 130-миллионного рынка телевизоров. Таким образом, существует достаточный запас для развития доли ЖК-моделей. Дело в том, что они обеспечивают хорошее качество и постоянно дешевеют. Более того, уже есть примеры создания ЖК-панелей с разрешением 200 пикселей/дюйм — такое разрешение в кинескопе уже физически невозможно. Многие ведущие производители намерены прекратить выпуск кинескопных телевизоров больших форматов уже к 2005 году.
   Большинство современных ЖК-панелей принадлежат к шестому поколению. Основные изготовители уже подготавливают производство панелей 7 поколения (Samsung, AU Optronics) и даже 7.5 (LG.Philips LCD, Sharp, HannStar, CPT, Quanta Display). Для седьмого поколения подложка имеет стандартный размер 1870х2200 мм, и она может быть нарезана на двенадцать 32-дюймовых, восемь 40-дюймовых или шесть 46-дюймовых дисплеев. Для поколения 7.5 размер больше, но зависит от производителя. На сегодня наибольший размер анонсировал (производство начнется не ранее 2006 года) Sharp — 2200х2600 мм. Из такой подложки уже можно сделать пятнадцать 32-дюймовых, восемь 42-дюймовых или шесть 50-дюймовых панелей.
   Кроме того, стоят и другие проблемы: увеличение качества и уменьшение стоимости ЖК-панелей. Один из наиболее важных вопросов — это питание. Потребление кинескопных телевизоров слабо зависит от размера трубки, однако для ЖК как раз прослеживается четкая зависимость, и увеличение существенно. Таким образом, разница в энергопотреблении между кинескопными и ЖК-телевизорами сокращается с увеличением размеров экрана.