Рідкокристалічні монітори ще в минулому році обійшли за обсягами продажів традиційні пристрої на електронно-променевих трубках і продовжують свій переможний хід. Однак, купуючи монітор, мало хто замислюється, як же працює це, насправді, вкрай складний пристрій. У цій статті ми постараємося пояснити принцип роботи ЖК-матриць і їх відмінності один від одного.
Історія відкриття рідких кристалів
Вперше рідкі кристали були виявлені в 1888 році австрійським ботаніком Фрідріхом Райнітцером в ході дослідження холестеринів в рослинах. Він виділив речовину, що має кристалічну структуру, але при цьому дивно провідне себе при нагріванні. При досягненні 145.5 ° C речовина каламутніла і ставало текучим, але при цьому зберігало кристалічну структуру аж до 178.5 ° C, коли, нарешті, перетворювалося в рідину. Райнітцер повідомив про незвичайне явище своєму колезі - німецькому фізику Отто Леманну, який виявив ще одне незвичайне якість речовини: ця псевдорідину в електромагнітних і оптичних властивостях проявляла себе як кристал. Саме Леманн і дав назву одній з ключових технологій відображення інформації на сьогоднішній день - «рідкий кристал».
Технічний словник роз'яснює термін «рідкий кристал» як мезофаза, перехідний стан речовини між твердим і ізотропним рідким. У цій фазі речовина зберігає кристалічний порядок розташування молекул, але при цьому володіє значною плинністю і стабільністю в широкому діапазоні температур.
Майже століття це відкриття відносилося до рангу дивовижних особливостей природи, поки в 70-х роках ХХ століття компанія Radio Corporation of America не надала перший працюючий монохромний екран на рідких кристалах. Незабаром після цього технологія почала проникати на ринок споживчої електроніки, зокрема, наручних годинників і калькуляторів. Однак до появи кольорових екранів було ще дуже далеко.
Принцип роботи рідкокристалічних екранів
Робота рідкокристалічних матриць заснована на такій властивості світла, як поляризація. Звичайний світло є неполяризованим, тобто амплітуди його хвиль лежать в величезній кількості площин. Однак існують речовини, здатні пропускати світло тільки з однієї площини. Ці речовини називають поляризаторами, оскільки пройшов крізь них світло стає поляризованим тільки в одній площині.
Якщо взяти два поляризатора, площини поляризації яких розташовані під кутом 90 ° один до одного, світло через них пройти не зможе. Якщо ж розташувати між ними щось, що зможе повернути вектор поляризації світла на потрібний кут, ми отримаємо можливість управляти яскравістю світіння, гасити і запалювати світло так, як нам хочеться. Такий, якщо описувати коротенько, принцип роботи ЖК-матриці. Конкретну реалізацію цього принципу в різних матрицях ми розглянемо нижче.
У спрощеному вигляді матриця рідкокристалічного дисплея складається з наступних частин:
- CCFL (ртутна) лампа підсвічування;
- система відбивачів і полімерних світловодів, що забезпечує рівномірне підсвічування;
- фільтр-поляризатор;
- скляна пластина-підкладка, на яку нанесені контакти;
- рідкі кристали;
- ще один поляризатор;
- знову скляна підкладка з контактами.
Розташування кристалів у матрицях IPS
Компанія Hitachi вирішила не боротися з недоліками TN, а просто застосувати іншу технологію. За основу було взято відкриття Гюнтера Баура, що датується +1971 роком. Розроблена технологія отримала назву Super-TFT, а при комерціалізації - IPS (In-Plane Switching). Кардинальна відмінність даної технології від TN полягає в розташуванні кристалів: вони не скручені в спіраль, а розташовані паралельно один одному уздовж площини екрану. Обидва електроди знаходяться на нижній скляній підкладці. При відсутності напруги на електродах світло не пропускається через другий поляризаційний фільтр, площина поляризації якого розташована під кутом 90 ° до першого. Таким чином, у IPS чорний колір залишається чорним, а не темно-сірим. Крім того, кути огляду становлять 170 ° як по горизонталі, так і по вертикалі.
Недоліки технології обумовлені її достоїнствами.
По перше. щоб повернути весь масив розташованих паралельно кристалів, потрібен час. Тому час реакції у моніторів на базі IPS, а також еволюційних продовжень цієї технології S-IPS (Super-IPS) і DD-IPS (DualDomain-IPS) вище, ніж у TN + film. Середнє значення для цього типу матриць - 35-25 мс.
По-друге. розташування електродів на одній підкладці вимагає більшої напруги для створення достатньої поля, щоб повернути кристали в потрібне положення. Тому монітори на основі IPS-матриць споживають більше електроенергії.
По-третє. потрібні більш потужні лампи, щоб просвітити панель і при цьому забезпечити достатню яскравість.
По-четверте. ці панелі банально дороги, і до недавнього часу встановлювалися тільки в монітори з великими діагоналями.
Одним словом, монітори на основі матриць цього типу залишаються ідеальним вибором для дизайнерів і інших фахівців, робота яких критична до якості передачі кольору і некритична до швидкості перемикання осередків.