Современный человек половину своего времени проводит у экранов, поэтому ему так важно знать, какими преимуществами и недостатками обладают те или иные технологии производства дисплеев. Пользователи постоянно смотрят в экраны своих мониторов, телевизоров, телефонов, камер и других устройств. Поэтому огромную важность приобрел не только показатель , но и та технология, в соответствии с которой он изготовлен. Наиболее распространенной технологией является LCD (ЖК). Если экран телевизора описывается как «LED», то речь, скорее всего, идет именно об этой технологии. Источником света в данной технологии являются светодиоды.

Различия в устройстве экранов LED LCD и OLED

В опубликованной ресурсом TrustedReviews иллюстрированной заметке заметке «OLED vs LED LCD – Which display tech is the best?» Эндрю Уильямс (Andrew Williams) рассмотрел особенности каждой из наиболее популярных технологий производства экранов современных устройств. О великолепных качествах OLED наслышаны многие. Настала пора поговорить и о том, какими преимуществами обладает LCD-технология.

OLED-технология характеризуется существенными отличиями от LED LCD. Она применяется, например, в смартфонах Samsung Galaxy и таких телевизорах, как LG 55EC930V. Некоторые люди полагают, что именно за этой технологией будущее. На самом ли деле она превосходит хорошие LED LCD-дисплеи?

OLED и LED LCD. Основное различие

Основным различием является то, что в LED LCD пиксели подсвечиваются, а в OLED они излучают собственный свет. Вы могли слышать о том, что пиксели OLED называют «emissive» («излучающими»). Это значит, что яркость OLED-дисплея может контролироваться попиксельно. Такой уровень контроля недоступен в LED LCD.

В недорогих телевизорах и телефонах с LCD-экранами используется светодиодная подсветка, которая находится на стороне дисплея, а не прямо под ним. Свет от этих светодиодов проходит через матрицу с красными, зелеными и синими пикселями, которые и формируют понятную человеческим глазам картинку.

В экранах этого типа контроль над уровнем яркости ограничен. В темной комнате на таком LCD-экране видно, что некоторые части изображения не абсолютно черные, поскольку через них также проходит свет.


Контраст означает то, насколько различаются между собой черный и белый цвета, насколько белый цвет ярче черного. В хороших LCD-экранах это соотношение составляет 1000:1. Это значит, что белый цвет ярче черного в тысячу раз.

Контраст OLED

В OLED-дисплеях чистый черный цвет вообще не излучает света. Поэтому изображение, например, при просмотре фильма, будет смотреться непредсказуемо. Часть изображения будет резко выделяться своей яркостью.

Существуют также Direct LED-дисплеи, где светодиоды располагаются непосредственно под панелью, позволяя более тонкий контроль над тем, насколько яркими будут те или иные области экрана. Эта технология применяется в некоторых премиальных телевизорах.

В Direct LED-телевизорах возможность контроля изображения на уровне пикселей также недоступна. Вместо этого можно приглушить яркость изображения на определенных участках экрана. Это может оказаться весьма полезной возможностью в тех случаях, когда вы смотрите фильм с соотношением сторон 21:9 на телевизоре, соотношение сторон которого составляет более привычные 16:9.

Может ли LCD посоревноваться с OLED?

Профессиональный специалист по калибровке телевизоров Винсент Тио (Vincent Teoh) сказал: «LED LCD никогда не будет сравнима с OLED по уровню черного», при этом добавив: «при этом превосходит по максимальной яркости».

Для просмотра контента в темных комнатах лучшим решением является OLED-дисплей. Такие дисплеи хороши в телефонах. Основным производителем таких смартфонов является Samsung. В телефонах Nokia Lumia и одно время использовались OLED-экраны. Sony, Apple и LG преимущественно используют в своих телефонах LCD-дисплеи.

LCD-продолжает доминировать и в телевизорах. Тио отмечает, что LCD и в будущем «сохранит свое положение доминирующей технологии для телевизоров до тех пор, пока OLED не достигнет подобной цены для такого же размера и технических характеристик, чего не случится как минимум еще 5 лет — если OLED вообще сохранится и спустя столь долгое время».

Недостаток OLED-технологии

Если OLED-технология столь хороша, то почему все телевизоры на базируются на ней? Дело в том, что производство таких телевизоров невероятно сложное и они выходят дорогими. В основном известны OLED-телевизоры Samsung и LG. В OLED от Samsung (KE55S9C) при невероятно высокой цене известен дефект — синие светодиоды работают меньше, чем зеленые и красные. Да, они проработают годы, но за такие деньги пользователям хотелось бы приближения к совершенству.

LG удалось избежать этого дефекта, благодаря использованию белых светодиодов и цветных фильтров над их поверхностью, что приближает данную технологию к LCD.

Преимущества LCD-технологии

Сравнительно невысокая стоимость является основным преимуществом LCD-дисплеев. Вы можете найти высококачественные LCD-экраны в не очень дорогих девайсах. Примерами тому является IPS-панель в Moto E. Благодаря LCD-технологии возможны сравнительно недорогие -телевизоры, цена которых более чем в 10 раз ниже, чем их OLED-аналогов. Не исключено, что со временем таким разрешением обладать также и экраны смартфонов.

Изображение на LCD-экране часто выглядит более четко, чем на OLED при одинаковом разрешении. И проблема не только в разной продолжительности работы светодиодов различных цветов. Различается также уровень вывода ими света. Если LCD-экраны характеризуются равномерными цветами (красных, зеленых и синих субпикселей), то OLED-дисплеи отображают их более… «динамически».

Sony продемонстрировала разницу в контрасте между LED LCD и OLED

К примеру, в Galaxy Note 4 вместо использования трех постоянных субпикселей присутствуют маленькие точки красного, синего и зеленого, которые эффективно формируют два пикселя. Они различаются формой — красные и синие ромбовидны, а зеленые являются маленькими овалами.

Это называется расположением PenTile и делает изображение на экране несколько неоднородным. Впрочем, в новейших телефонах этот эффект постепенно исчезает. При этом OLED остается более сложной и в меньшей степени доведенной до совершенства технологией, чем LCD.

Достаточно ли значительны преимущества OLED-технологии для той невероятно высокой цены, которой характеризуются экраны на ее основе?

Жидкокристаллические дисплеи заполонили жилища и офисы, поэтому неудивительно, если собираясь обзавестись новеньким ти-ви , вы выбираете между ЖК и… ЖК, LCD и LED. Кто-то посоветует брать LCD, как более доступный вариант, другие порекомендуют LED, как более передовую технологию. Но не стоит руководствоваться лишь этим: прежде полюбопытствуйте чем отличается LCD от LED телевизора.

По сути

Отличие LCD от LED телевизоров – способ подсветки. В первых она люминесцентная или флуоресцентная, во вторых – светодиодная. В свою очередь светодиоды могут располагаться всплошную сзади или только по бокам ЖК-панели, что сказывается на качестве передачи изображения и цене устройства. Светодиодная матрица может формироваться из диодов одного или трех цветов (RGB).

Технически это основное, чем отличается LCD от LED телевизора. И это скорее не принципиально новая технология, а всего лишь другой подход к подсветке. Однако не забывайте: нет освещения – нет изображения (сам собой кристалл не светится), хорошее освещение – качественная картинка. Потому обычные и светодиодные ЖК-дисплеи отличаются своими плюсами и минусами.

В пользу LED-TV

Дисплеи со светодиодной RGB-матрицей отличает яркость, четкость и контраст более высокого уровня, так как подсвечивается каждый отдельный пиксель (по сути, пиксели образуются светодиодами). Благодаря этому достигается более сочная и точная передача цвета.

Не требуется дополнительной подсветки, потому LED-экраны имеют более тонкий корпус, которому легко найти место на мебели или закрепить на стене.

Такие дисплеи более экологичны, так как светодиоды не содержат ртути, в отличие от ламп, используемых в LCD.

Телевизорами с боковой диодной подсветкой потребляется на 40% меньше электроэнергии. Неравномерность подсветки сплошных матриц также содействует экономии: одни участки затемняются, на других увеличивается яркость, для формирования глубокого черного цвета на экране диоды на соответствующих участках попросту отключаются.

Из этого вытекает еще один плюс: лучшая передача черного, нежели обычными ЖК-экранами.

LED-модели часто более функциональны (в силу своей, так сказать, новизны): оснащаются массой дополнительных разъемов и интерфейсов, модулями беспроводной связи, а также поддерживают множество мультимедийных форматов.

В то же время, если сравнить телевизоры LCD и LED, можно найти немало пунктов, по которым светодиодные модели уступают стандартным.

В пользу LCD-телевизоров

Чем отличается LCD от LED телевизора в лучшую сторону, так это меньшей себестоимостью и ценой реализации.

Пусть и не настолько яркие, контрастные и цветастые, LCD-модели лишены проблем неестественных цветов, неоднородности цвета и цветовых пятен, которой порой грешат LED-модели с подсветкой из разноцветных светодиодов.

Управление группами светодиодов, призванное решить данную проблему, может вызывать легкое мерцание экрана, чего нет в LCD-дисплеях.

Если LED – это глубокий черный, то белый естественнее в LCD-моделях.

Обычные ЖК-дисплеи не имеют проблемы «подсинения» картинки, на которую жалуются владельцы LED-телевизоров.

Итого

Если говорить о том, чем отличается LCD от LED телевизора и какие телевизоры лучше: LCD или LED, стоит отметить, что лэд лэду рознь. В сравнении с обычными ЖК-моделями, LED-телевизоры с подсветкой Edge (боковой) съедают меньше энергии и тоньше, но не сильно отличны качеством изображения. LED-телевизоры, выполненные по технологии Direct (сплошной задней подсветки), напротив, более ярки, контрастны и четки, но ненамного тоньше и экономичнее LCD-собратьев. Каждый из типов хорош по-своему.

Подробнее про отличия технологий дисплеев можно прочитать , в материале об экранах смартфонов и планшетов. А

Выбирая современный телевизор, покупатель сталкивается с большим количеством вопросов, в том числе, и в чем разница между ЖК и LED телевизорами. Ведь на первый взгляд, эти плоские телепанели ничем не отличаются. Да и технология в них применяется одна и та же – ЖК матрица , состоящая из двух пластин. Жидкие кристаллы, расположенные между ними, под действием электрического тока, подобно затвору фотоаппарата, пропускают или преграждают свет. В зависимости от уровня приложенного напряжения на экране формируется изображение. Однако у есть свои особенности, позволяющие определить, какой из них лучше.

Функции современного ТВ

Прежде чем перейти к рассмотрению преимуществ и недостатков этих видов телевизоров, стоит определить значение современного телевизионного оборудования. Разнообразие моделей позволяет удовлетворять разные потребности пользователей. Сегодня ТВ выступают в различном качестве.


Перед покупкой телевизора стоит, прежде всего, определиться, какие потребности он должен удовлетворять. Если рассматривать по ценовому критерию, то LCD модели будут несколько дешевле аналогичных LED TV. Но стоит ли экономить в таком случае, и чем принципиально отличаются эти телевизоры?

Особенности LCD телевизоров

Как уже отмечалось, в основе жидкокристаллического телевизора лежит многослойная структура (стеклянные пластины с поляризационными фильтрами и слой жидких кристаллов). Свет от источников - в данном случае тонких люминисцентных ламп с холодным катодом, которые располагаются за матрицей, проходит через ЖК-решетку. Она состоит из множества ячеек, каждая из которых, в зависимости от напряжения, пропускает разное количество света (поляризация). Таким образом, благодаря комбинации основных цветов (зеленого, красного и синего) на экране формируется картинка.

ЖК-решетка нуждается в задней подсветке, именно ей и отличаются модели LCD (ЖК) и LED.

При появлении ЖК ТВ на рынке, они сразу получили доверие потребителей. Их достоинства перед предыдущими видами телевизоров были очевидны:

  • узкие телепанели которые легко монтировать на стену или потолок ;
  • низкое энергопотребление (конкретные цифры приведены в статье о );
  • отсутствие мерцания и статистического напряжения экрана;
  • правильная геометрия изображения;
  • поддержка Full HD разрешения.

Особенности LED телевизоров

Благодаря хорошей работе маркетологов, позиционируется как инновационная. Хотя, на самом деле это все лишь вид жидкокристаллических телевизоров, который отличается подсветкой. В качестве источников свечения используются более совершенные в этом плане RGB светодиоды. На сегодняшний день LED ТV – это самые популярные и востребованные модели. В них применяется два типа подсветки: Direct LED и Edge LED.

В первом случае светодиоды располагаются прямо за матрицей , как лампы в LCD моделях. Во втором подсветка располагается с краев экрана и равномерно распределяется благодаря специальной рассеивающей пленке. В зависимости от диагонали, светодиоды могут быть установлены как на одной стороне, так и на двух. В моделях с большой диагональю подсветка может быть установлена по всему периметру.

Direct LED технология позволяет избегать боковых засветов и использовать технологию Local Dimming. В то же время, Edge LED бокового типа более энергоэффективна и позволяет создавать модели толщиной менее сантиметра.

Основные преимущества LED телевизоров:

  • небольшой вес и тонкий корпус;
  • четкая, контрастная картинка, с насыщенной цветопередачей;
  • объемное и реалистичное изображение, без искажений;
  • в моделях премиум-класса применяется система локального затемнения экрана (Local Dimming), что во многом повышает качество картинки.

В чем разница между ЖК и LED

  1. В LED моделях, благодаря отсутствию ламп, не используется ртуть . Это делает их экологичными и безопасными в плане утилизации.
  2. Светодиоды энергоэфективнее ламп. По статистике, такие источники света позволяют экономить до 40% электроэнергии, которая используется для работы ТВ.
  3. LCD ТВ уступают обновленным моделям не всегда. Например, они выигрывают у некоторых бюджетных LED устройств. Из-за удешевления технологии, в них бывают сложности с управлением диодами.
  4. Возможность равномерного распределения светодиодов дает только подсветка Direct LED - именно такие модели выигрывают у обычных ЖК. Локальное затемнение, которое дает определенное преимущество LED моделям, с технологией Edge невозможно.
  5. Что касается видеоигр, то оба устройства поддерживают современные игровые консоли и приставки.
  6. По сроку службы LED также выигрывает у ЖК, поскольку люминесцентные лампы в процессе службы быстрее выгорают. Благодаря RGB светодиодам точность цветопередачи у LED сохраняется гораздо дольше.

Какой же все-таки телевизор лучше? Безусловно, LED модели выигрывают у LCD. Но качество изображения зависит не только от типа подсветки, она не должна стать решающим фактором. Важно обращать внимание на и дополнительные технологии, которые влияют на видеосигнал. Поэтому некоторые модели жидкокристаллических телевизоров с CCFL лампами при наличии хорошего видеопроцессора вполне могут составить достойную конкуренцию LED TV.

На 2016 год развитие телевизионной техники вывело на пик популярности телевизоры с LED подсветкой, их так и называют «лед телевизоры». Так же на сегодня в магазинах вы встретите телеприемники с экранами на основе OLED.

LED телевизоры – это такие телеприемники, у которых экран построен на жидкокристаллической матрице (lcd) с подсветкой от светодиодов .

Матрица на жидких кристаллах носит аббревиатуру на английском «LCD» (liquid crystal display). И раньше так и назывались аппараты с такими экранами – LCD телевизоры. Но для работы экрана на жидких кристаллах нужна подсветка и первые несколько лет для подсветки использовалась люминесцентная лампа CCFL. Затем для работы подсветки стали использовать светодиоды (light-emitting diode – LED). И теперь телевизоры с дисплеями на жидких кристаллах называют «LED телевизоры», это то же самое что и «LCD телевизоры». Отличия в этих названиях только в виде подсветки, все остальные параметры и принцип работы остается одинаковым.

На 2014 год все фирмы прекратили выпуск LCD телевизоров с подсветкой от люминесцентной лампы. Выпускаются модели с экранами на жидких кристаллах и светодиодной подсветкой. И на сегодня такие телеприемники составляют самый массовый и доступный сегмент телевизоров. Плазменные модели уже уходят с рынка, осталось всего несколько фирм продолжающих выпуск плазменных телевизоров и то это всего несколько новых моделей в 2014 году и при этом это не флагманские модели. А вот аппараты с OLED экранами (экраны на светоизлучающих светодиодах) относятся как раз к флагманским моделям, и их цена пока не позволяет перевести эти телевизоры в разряд массовых.

Отличия LED от обычных LCD

При использовании ламп для подсветки матриц было невозможно регулировать подсветку отдельно взятых участков экрана. Это приводило к тому, что контрастность LCD экранов была не достаточно высокой, что бы конкурировать с плазмой или даже еще живыми на то время кинескопами. Поэтому и пришли к решению использовать светодиоды для подсветки матрицы. При этом стало возможным регулировать подсветку на отдельных участках, регулируя яркость свечения отдельных светодиодов.

Отсюда и получаются преимущества LED подсветки по сравнению с обычной люминесцентной лампой:

  • улучшенные яркость экрана,
  • контрастность,
  • цветопередача,
  • а энергопотребление при этом уменьшилось до 40%.
Из-за малых размеров светодиодов и общая толщина корпуса LED телевизора получается меньше других.

Различия в подсветке от CCFL и LED

Способы LED подсветки

Есть два типа светодиодной подсветки: боковая и задняя. Боковая (Edge ) подсветка, при которой светодиоды расположены по периметру корпуса телевизора. Задняя (Direct ) подсветка, при которой светодиоды расположены равномерно сзади матрицы. Лучшие результаты по качеству изображения дает подсветка Direct с возможностью локального затемнения групп светодиодов. Более дешевой является подсветка Edge, поэтому она больше используется при производстве телевизоров

Принцип работы подсветки

Основной проблемой жк экранов была контрастность, вернее её малое значение. Контрастность - это отношение яркости в самом ярком участке экрана к яркости в самом темном участке. Производители экранов пытались регулировать яркость подсветки на разных участках для увеличения контрастности. Поэтому появилась технология local dimming , которая позволяет управлять сразу группами из нескольких светодиодов. Система local dimming обладает несколькими недостатками. Во первых, плохая однородность цвета (заметны яркие и темные пятна) на участках где ярко включена и выключена подсветка. Во вторых, на контрастных переходах появляются цветные ореолы. В третьих, на темных участках пропадают детали изображения. Но увеличение контрастности и уровня черного компенсируют эти недостатки.

Если расставить по местам различные технологии по показателю качества получаемой картинки , то получится такой результат:

  1. LED подсветка по методу Direct;
  2. LED подсветка по методу Edge;
  3. Подсветка на лампе CCFL.

Сегодняшние модели LED телевизоров имеют разрешение экранов от HD Ready до Full HD, а в этом году есть и модели с разрешением 4К Ultra HD. Так же модели LED могут иметь и такие функции как 3D, Smart TV, самый разный набор разъемов и других параметров. Так что каждый покупатель среди моделей лед телевизоров сможет себе подобрать подходящую покупку.

Примечание:
К сожалению, данный документ не закончен, но, на мой взгляд, даже в таком виде он уже может быть полезен.

Ниже представлена обобщенная модель классификации дисплеев, использующих жидкие кристаллы в качестве оптического модулятора:

  • :
    • сегментный индикатор,
    • многослойный индикатор,
    • графический точечно-матричный дисплей.
  • :
    • прямая адресация (Direct Driving),
    • мультиплексирование (Multiplex Driving):
      • пассивная адресация ячеек ЖК-панели PMLCD (Passive Matrix LCD),
      • активная адресация ячеек ЖК-панели AMLCD (Active Matrix LCD).
  • (или порядок ЖК):
    • смектический порядок (смектики),
    • нематический порядок (нематики),
    • холестерический порядок (холестерики).
  • :
    • дисперсия (Scattering)
  • :
    • цветные светофильтры (Color filters)
    • электрически управляемое двулучепреломление ECB (Electrically Controlled Birefringence)
  • :
    • покадровая инверсия полярности
    • чересстрочная инверсия полярности
    • инверсия с чередованием пикселей (субпикселей)
  • :
    • использование тонкопленочного диода TFD (Thin Film Diode) по технологии MIM (Metal-Insulator-Metal),
    • использование тонкопленочного транзистора TFT (Thin Film Transistor), при производстве которого применяются три различных подхода:
      • аморфный кремний a-Si (Amorphous Silicon),
      • поликристалический кремений p-Si (Poly-Silicon),
      • низкотемпературный поликристаллический кремний LTPS (Low Temperature Poly-Silicon).
  • :
    • используется второй пассивный слой ЖК (Double Cell),
    • используется полимерная пленка ОCF (Optical Compensator Film).
  • :
    • межкадровое управление (Frame Rate Control), способ получения промежуточного цветового тона за счет применения схемы кадрового чередования основных цветов:
      • FRC — обеспечивает формирование 16.2 млн. оттенков с помощью 6-битных ячеек, способных отобразить 262 144 базовых оттенка.
      • Hi-FRC — обеспечивает формирование 16.7 млн. оттенков с помощью 6-битных ячеек, а также более 1000 млн. оттенков с помощью 8-битных ячеек.
    • внутрикадровое пространственное (spatial) смешение (dithering) полутонов.
  • :
    • работа на просвет (Transmissive) за счет использования устройства задней подсветки BLU (Back Light Unit),
    • отражение падающего света (Reflective) окружаещего освещения, или устройства фронтальной подсветки (Front Light Unit),
    • комбинированный подход (Transflective).
  • :
    • люминисцентная лампа с холодным катодом ССFL (Cold Cathode Fluorescent Tube),
    • светодиоды LED (Light Emission Device).
  • Протоколы цифровых интерфейсов подключения ЖК-панелей:
    • LVDS,
    • TMDS.

Исторически выделяются следующие технологические подходы к производству ЖК-панелей:

  • Twisted Nematic (TN) — пассивные ЖК-ячейки, использующие эффект скручивания ЖК (в нематической фазе),
  • High TN (HTN) — пассивные ЖК-ячейки с сильно скрученной ориентацией ЖК-молекул
  • Super TN (STN) — пассивные ЖК-ячейки с сильно скрученной ориентацией ЖК-молекул (еще больший угол поворота директора)
  • Electronically Controlled Birefrigence STN (ECB) или Vertical Aligned Nematic (VAN) — пассивные ЖК-ячейки, использующие усиленный эффект двойного лучепреломления (двулучепреломления) для получения нескольких оттенков цвета
  • Color STN (CSTN) — STN-ячейки с цветными фильтрами
  • Double STN (DSTN) — композит из двух разнонаправленно-скрученных STN-ячеек
  • Dual Scan DSTN — STN-панель с двумя незамисимыми полями управления
  • Active Matrix TN (AM TN) — активные ЖК-ячейки с твист-ориентацией, управляемые либо тонкопленочным тразистором Thin Film Transistor (TN TFT), либо диодом Thin Film Diode (TN TFD)
  • High Performance Array (HPA) — STN-панель
  • Vertical Alighnment (VA) — активные ЖК-ячейки с гомеотропной ориентацией директора
  • In-Plane Switching (IPS), Fringe-Field Switching (FFS) — активные ЖК-ячейки с планарной ориентацией директора
  • ASV — монодоменные VA-ячейки с осевой симметрией (Advanced Super View)
  • MVA, A-MVA, S-MVA, Prem. MVA — двухдоменные VA-ячейки (Multi-domain VA, Advanced MVA, Super MVA, Premium MVA)
  • PVA, S-PVA — двух-, четырех-доменные VA-ячейки (Patterned VA, Super PVA)
  • S-IPS, DD-IPS, SA-SFT, A-FFS, A-TW IPS, UA-SFT, PLS — двухдоменные IPS-ячейки (Super IPS, Dual Domain IPS, Super Advanced Super-Fine-TFT, Advanced FFS, Advanced True White IPS, Ultra Advanced SFT, Plane to Line Switching)

1. Регулярность формы элементов изображения

В качестве самого простого типа диспелея может выступать сегментный индикатор, в котором конструктивно заложено отображение определенных геометрических знаков. Для визуализации знаков разной формы на одном и том же индикаторе есть несколько способов:

  • сегментный индикатор
    • небходимо преобразовать формы требуемых знаков так, чтобы знаки приобрели наибольшее количество совпадающих по форме и положению элементов (без нарушения читаемости), а затем разложить их форму на неперсекающиеся сегменты;
  • многослойный индикатор
    • при конструктивной возможности построения многослойного индикатора.

«Вершиной» сегментного индикатора является графическая точечно-матричная панель, которая позволяет в дискретном «матричном» виде приблизить отображение произвольной графической формы. Графическая панель представляет собой совокупность ячеек на плоскости, отвечающих за отображение отдельных дискретных элементов изображения.

2. Методы адресации ЖК-панели (Drive Method)

2.1. Прямая адресация или мультиплексирование адресных линий (Direct driving vs multiplex driving)

Чем меньше удельный размер дискретных элементов изображения (ячеек) по отношению к линейным размерам дисплея, тем выше детализация изображения. Но с ростом количества ячеек расчтет и количество линий управления. Например для цифрового семисегментного (плюс знак точки) индикатора для формирования трехзначных чисел нужно 3 x 8 = 24 входных управляющих линии.

Самый распространенный способ сокращения количества линий управления основан на мультиплексировании управляющего сигнала. Данный метод позволяет для M × N сегментов индикатора использовать не M × N управляющих линий (или пар линий), а всего лишь M + N линий. В случае если M = N = 1000, возникает кардинальная экономия в 1000 х 1000 − (1000 + 1000) = 998 000 управляющих линий.

Здесь нужно отметить, следующее. В отличие от прямой адресации, метод мультиплексирования не позволяет контроллеру (управляющему устройству) поддерживать непрерывную связь с управляемым элементом. Таким образом, в один момент времени контроллер получает возможность управления меньшим числом элементов. Отсюда следует, что по сути контроллер использует не параллельный интерфейс, а параллельно-последовательный (или чисто последовательный), в котором управляющие импульсы к разным элементам управления чередуются во времени. То есть в этом случае существенное влияние на качество изображения начинают влиять такие параметры, как время опроса одного элемента, время автономной работы одного элемента, частота опроса всех элементов (например, частота регенерации кадра) и т. п.

Очевидно, что данный метод позволяет сократить число линий управления от индикатора к контроллеру. Но, с другой стороны, мультиплексирование не применимо для таких типов элементов управления, разрыв управляющей связи с которыми неприемлем и приводит к деградации функциональности.

К счастью, человеческий глаз обладает инерционностью восприятия (этот факт, например, обеспечил саму возможность передачи телевизионного изображения последовательным способом по одной линии связи). Подбирая подходящую частоту опроса элементов индикатора, можно обеспечить вывод устойчивого изображения даже при очень малом времени автономной работы отдельных элементов индикатора.

2.2. Пассивные ЖК-панели PMLCD (Passive Matrix LCD)

Управление ячейками пассивных ЖК-панелей основано на базовом принципе мультиплексирования адресных линий, поэтому контрастность изображения сильно зависит от времени восстановления ЖК-ячейки и от чувствительности к перекрестным помехам.

2.3. Активные ЖК-панели AMLCD (Active Matrix LCD)

3. Простраственная ориентация молекул ЖК (или порядок ЖК)

3.1. Смектический порядок (смектики)

Одним из представителей дисплеев со смектическим порядком ЖК-молекул является ферроэлектрический ЖК-дисплей — FLCD (Ferroelectric Liquid Crystal Display). В отличие от наиболее распространенных дисплеев на основе нематиков ферроэлектрический ЖК-дисплей имеет ряд интересных свойств:

  • бистабильность (эффект «памяти»),
  • высокая скорость реакции на управляющий импульс (малое время отклика).

Свойство бистабильности подразумевает наличие двух возможных устойчивых положений ориентации директора ЖК-молекул. Это значит, что в результате управляющего воздействия хиральные смектики принимают одну из двух стабильных пространственных ориентаций. При этом после прекращения управляющего импульа ЖК-молекулы сохраняют стабильное заданное направление. Это позволяет кардинально снизить энергозатраты при выводе статического изображения.

3.2. Нематический порядок (нематики)

3.3. Холестерический порядок (холестерики)

4.Режим светопропускания

  • светопропускание (Transmission Mode), при котором различают несколько способов ориентации директора в ячейке (Mode)
    • «твист»-ориентация TN (Twisted Nematic),
    • гомеотропная ориентация VA (Vertical Alignment),
    • планарная ориентация IPS (In-Plane Switching).
  • светопоглощение (Absorption Mode):
  • избирательное отражение (Selective Reflection)
  • дисперсия (Scattering)

4.1. Светопропускание

4.1.1. Гомеотропная ориентация VA (Vertical Alignment)

Super PVA (S-PVA)

Advanced Super View (ASV)

Линейка ЖК-панелей ASV разработана Sharp по технологии Continuous Pinwheel Alignment (CPA), основанной на гомеотропной ориентации директора в ЖК-ячейке с осевой симметрией.

4.2. Светопоглощение (Absorption Mode)

ЖК-дисплеи, использующие эффект светопоглощения делятся на следующие группы:

  • тип «гость-хозяин» («guest host», GH),
  • тип «гость-хозяин» с измененяемой фазой (Phase Change GH, PCGH) или дисплеи Уайта и Тейлора (White and Taylor type GH),
  • тип «» (Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC),

4.3. Избирательное отражение (Selective Reflection)

4.4. Дисперсия (Scattering)

В дисплеях PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) ЖК нематического типа смешаны с полимерами. В свободном состоянии ячейка выглядит светлой, так как падающий свет равомерно рассеивается вследствие разных показателей рефракции составляющих ячейку полимеров и ЖК. После подачи управляющего напряжения нематики меняют показатель преломления света, сравниваясь по этой характеристике с дисперсированными частичками полимеров. Это приводит к тому, что падающий свет свободно достигает и поглощается задней матовой стенкой дисплея, и ячейка становится темной.

5. Методы формирования цветовых оттенков изображения (Color Image)

5.1. Цветные светофильтры (Color filters)

ЖК-ячейка по сути является оптическим модулятором, то есть изменяет величину пропускаемого светового потока пропорционально поданному к ячейке управляющему напряжению. Но для создания цветного изображения необходимо не только иметь возможность управления яркостью пикселей, но и их цветом. Одно из возможных относительно недорогих решений этой задачи заключается в том, чтобы использовать цветовые фильтры. Как известно, в аддитивной цветовой модели используются три основных цвета: красный, зеленый, синий. Поэтому один полноцветный пиксель ЖК-дисплея состоит из трех ЖК-ячеек, покрытых соответствующими цветовыми фильтрами. В качестве материалов для светофильтров используют органические пигменты, красители и окислы металлов. Недостатком данного подхода является низкий оптический КПД, так как ЖК-панель пропускает всего несколько процентов падающего или проходящего насквозь света.

5.2. Электрически управляемое двулучепреломление ECB (Electrically Controlled Birefringence)

Из недостатков следует отметить высокую чувствительность к высоким и низким температурам, а также малое количество формируемых тонов. Широкого применения технология ECB не получила.

6.1. Покадровая инверсия полярности

Изменение полярности всех пикселей при отрисовке каждого кадра является наиболее простым в реализации. Основной недостаток этого метода — изображение начинает мерцать с частотой, равной половине частоты кадровой регенерации. То есть если дисплей отображает видеосигнал с кадровой частотой 60 Гц, то мерцание изображения будет раздражать наблюдателя, так как мерцание на частоте 30 Гц заметно почти каждому человеку. Важно, что если бы не было необходимости менять полярность управляющего напряжения ячеек, то воспроизводимое избражение было бы одинаково стабильно, не зависимо от кадровой частоты входного сигнала. Именно переход управляющего напряжения через «ноль» в противоложный знак и приводит к тому, что пиксель кратковренно изменяет свой цвет.

6.2. Чересстрочная инверсия полярности

Объединение четных и нечетных строк ЖК-панели в две группы, изменяющие полярность в противоположных направлениях, позволяет слегка уменьшить эффект мерцания изображения.

6.3. Инверсия с чередованием пикселей (субпикселей)

Чередование полярности соседних пикслеей или субпикселей в противофазе дает наиболее качественный результат. Изображение получается максимально стабильным, а инверсия полярности при этом может проявиться только на специально синтезированных изображениях.

7. Методы управления ячейками активных ЖК-панелей (Drive Mode)

Тонкопленочный диод TFD (Thin Film Diode)

Технология MIM (Metal-Insulator-Metal) производства TFD-панелей позволяет использовать основу из некаленого стекла, которое на порядок дешевле, так как для изготовления тонкопленочных диодов достаточно температуры около 300 о C. К недостаткам TFD-панелей относится температурная нестабильность, а также высокая чуствительность к неоднородностям толщины ЖК-слоя, выраженная в неравномерности отображения серого поля.

Тонкопленочный транзистор TFT (Thin Film Transistor)

Аморфный кремний a-Si (Amorphous Silicon)

Поликристалический кремний p-Si (Poly-Silicon)

Процесс изготовления тонкопленочного транзистора из поликристаллического кремния состоит из меньшего количества операций и позволяет создавать ЖК-панели с более высоким разрешением, по сравнению с формированием транзисторов из аморфного кремния. Но необходимость использования более высоких температур существенно удорожает производство панелей больших диагоналей из-за более высоких требований к термостойкости стекляной основы.

Низкотемпературный поликристаллический кремний LTPS (Low Temperature Poly-Silicon)

8. Способы компенсации низкого контраста и малых углов обзора (Low Contrast & Viewing Angles Compensation)

используется второй пассивный слой ЖК (Double Cell)

используется полимерная пленка ОCF (Optical Compensator Film)

9. Метод увеличения количества отображаемых полутонов (Color Range Expanding)

При малом угловом размере элемента изображения невооруженный человеческий глаз не способен точно определить цвет этого элемента. В связи с этим восприятие изображения, насыщенного мелкими контрастными деталями, будет почти одинаковым как при просмотре его в исходном виде, так и после небольшого уменьшения количества промежуточных полутонов за счет снижения разрядности представления цифровых координат.

Но при просмотре изображений ясного неба, туманов, полированных поверхностей и т. п. наблюдатель сразу обнаружит «пропажу» полутонов в случае, если количество отображаемых оттенков не будет превышать 300 тысяч. Плавные переходы полутонов будут «расчерчены» визуально отчетливыми границами перехода от одного тона к соседнему, так как занимаемая одним цветовым тоном площадь будет достаточна, чтобы глаз наблюдателя адаптировался и зафиксировал границу цветового перехода.

Именно для этой крайней ситуации применяется метод увеличения отображаемых полутонов на ЖК-дисплеях, управляющая электроника которых не позволяет управлять ЖК-ячейками с достаточной точностью для отображения более 300 тыс. оттенков. Среди таких устройств наиболее распространены дисплей с 6-битным представлением цветовых координат. Ячейки таких ЖК-дисплеев аппаратно могут отображать не более 262 тысяч отттенков ((2 6) 3 = 262 144), поэтому в этом случае зачастую применяются методы как межкадрового (Frame Rate Control), так и внутрикадрового (Spatial Dithering) цветового смешения для получения промежуточных полутонов.

9.1. FRC

Межкадровое чередование основных цветовых тонов (Frame Rate Control) формирует у наблюдателя ощущение восприятия промежуточного цветового оттенка:

Color average = (Color n + Color n + 1) / 2

Таким образом, благодаря парному чередованию можно сформировать восприятие N " = N + N − 1 = 2N − 1 оттенков. Очевидно, что при увеличении периода кадровой серии, например, до 4 кадров количество различимых цветовых оттенков вырастет примерно 4 раза:

N " = N + 3(N − 1) = 4N − 3

Если предложенную схему применить для ЖК-панели с 6-битными контроллерами, то глубина представления цвета при N = 2 6 = 64 (по каждому каналу) вырастет до 16,2 млн. оттенков:

N " = (4 × 64 − 3) 3 = 16 194 277 .

9.2. Hi-FRC

По мере разработки более скоростных TN TFT ЖК-панелей был предложен метод высокочастотного межкадрового чередования Hi-FRC. В дисплеях с Hi-FRC длина кадровой серии увеличена до 8 кадров, что расширило потенциальную глубину представления цвета до 129 млн. оттенков.

N " = (8 × 64 − 7) 3 = 505 3 = 128 787 625 .

Поскольку на практике большинство видеоинтерфейсов работает с 24-битной глубиной цвета, контроллеры Hi-FRC «отбрасывают» младшие биты и округляют расчетное значение воспринимаего цветового тона, «вписывая» его в диапазон 16,7 млн. воспроизводимых цветов.

9.3. Внутрикадровое пространственное (spatial) смешение (dithering) полутонов

Данный метод основан на том, что при малом угловом размере элемента изображения невооруженный человеческий глаз не способен точно определить цвет этого элемента. В связи с этим восприятие изображения, насыщенного мелкими контрастными деталями, будет почти одинаковым как при просмотре его в исходном виде, так и после небольшого уменьшения количества промежуточных полутонов за счет снижения разрядности представления цифровых координат. Таким образом, области изображения, насыщенные мелкими деталями, выводятся без обработки. Но для областей с плавными тоновыми переходами различимых пространственных размеров выполняет преобразование по шаблонам.

Рассмотрим одну из самых простых схем смешения 2×2. Для формирования более точного восприятия областей изображения с плавными переходами через промежуточные тона выполняется квантование данных областей на группы размером 2×2 пикселя. После вычисления среднего значения цвета в каждой группе выбирается подходящий шаблон комбинирования цветов. Данная схема позволяет расширить количество ращличимых цветовых оттенков почти в 4 раза:

N " = 4N + 1 .

Таким образом, схема смешения 2×2 для 6-битных ЖК-панелей позволяет увеличить количество воспринимаемых наблюдателем оттенков до 16,97 млн.

N " = (4 × 64 + 1) 3 = 16 974 593 .

10. Метод подсветки

10.1. Отражение падающего света (Reflective) окружаещего освещения, или устройства фронтальной подсветки (Front Light Unit)

Наиболее распространенными среди отражающих ЖК-дисплеев являются модели, построенные на базе TN, STN, GH (guest host), PCGH (phase changed guest host) или PDLC (polymer dispersed liquid crystal) ЖК-панелей. ЖК-панели, использующие для подсветки свет окружающего освещения, обладают намного более узким цветовым диапазоном и уровнем контрастности. Такие панели используются в основном в таких условиях, при которых устройство принудительной подсветки не может по мощности своего светового потока конкурировать с яркостью внешнего освещения.

При разработке качественного отражающего ЖК-дисплея производителям приходится решать сложные задачи. Во-первых, падающий свет перед тем, как достигнуть наблюдателя, проходит дважды через все рабочие слои ЖК-панели: поляризаторы, рассеиватели, светофильтры и сам слой ЖК. Это сильно снижает уровень контраста выводимого изображения. Во-вторых, наличие рассеивателя для обеспечения равномерной яркости по всему полю изображения приводит к появлению смешения цветов. Поэтому производители стремятся по возможности уменьшить суммарную толщину рабочих слоев ЖК-панели, работающей на просвет.

На иллюстрациях выше показано, что применение для TN TFT панели диффузного отражающего слоя (рис. 10.1.3) вместо рассеивающего и отражающего слоев позволяет повисить качество изображения.

10.2. Работа на просвет (Transmissive) за счет использования устройства задней подсветки BLU (Back Light Unit)

ЖК-панели с устройством задней подсветки нашли широчайшее применение в настольных мониторах и дисплеях портативных компьютеров. ЖК-ячейки трансмиссионных дисплеев работают на просвет, то есть световой поток, формируемый устройством задней подсветки, проходит через ячейки в направлении от задней стенки к передней в сторону наблюдателя. При этом сам источник света устройства задней подсветки не обязательно находится позади ЖК-ячеек. Световой поток может достигать ячейки по световодам от источника, располагающегося как непосредственно сзади дисплея, так и, например, сбоку, за пределами рабочей области ЖК-панели.

10.3. Комбинированный подход (Transflective)

Для устройств, рассчитанных на применение, как в закрытых помещениях, так и на открытом пространстве, комбинированный подход является оптимальным решением. Трансфлективные дисплеи обладают чуть меньшей контрастностью, углами обзора и цветовым диапазоном, но при этом не теряют информативности даже при наличии мощного окружающего освещения (например, солнечный свет).

11. Источники света для устройств подсветки

Подсветка на базе люминесцентной лампы с холодным катодом CCFL (Cold Cathode Fluorescent Tube)

Применение люминесцентной лампы с холодным катодом широко распространено во многих устройствах, оснащенных ЖК-панелями. Люминесцентные лампы обладают хорошим запасом по сроку службы, достаточно экономичны (высокая яркость и низкое энергопотребление).

Подсветка на базе светодиодов LED (Light Emission Device)

Светодиоды устойчивы к вибрациям, обладают большим сроком службы, нетребовательны к схеме питания. Существенным недостатком светодиодов является недостаточный КПД, что тормозит их широкое применение в портативных устройствах. В последнее время были разработаны достаточно эффективные «белые» светодиоды, ставшие пионерами в устройствах задней подсветки некоторых моделей портативных компьютеров (ноутбуков и коммуникаторов).

Список литературы:

  • П. де Жен. Физика жидких кристаллов . — М.: Мир, 1977.
  • Seung-Woo Lee, Sang-Soo Kim. A Novel Dithering Algorithm A Novel Dithering Algorithm for High Color Depth and for High Color Depth and High Color Performance: Hi High Color Performance: Hi-FRC — SID 2004.
  • Creating a Neo-Outdoor Work Style. Low-Temperature Polysilicon TFT Reflective Color LCD . — Techno World.
Максим Проскурня