«жк-мониторы: внутренняя организация, технологии, перспективы» (стр. 1 из 4)
Московский Государственный Институт Электроники и Математики
(Технический университет)
Кафедра:
«Информационно-Коммуникационные Технологии»
Курсовая работа
«ЖК-мониторы: внутренняя организация, технологии, перспективы».
Выполнила:
Старухина Е.В.
Группа: С-35
Москва 2008 г
Содержание
1.Введение......................................................................................................................................... 3
2.Жидкие кристаллы......................................................................................................................... 3
2.1.Физические свойства жидких кристаллов.......................................................................... 3
2.2.История развития жидких кристаллов................................................................................. 4
3.Структура ЖК-монитора............................................................................................................... 4
3.1.Субпиксел цветного ЖК-дисплея........................................................................................ 5
3.2. Способы подсветки матриц.................................................................................................. 5
4.Технические характеристики ЖК-монитора............................................................................... 5
5.Актуальные технологии изготовления ЖК-матриц................................................................... 7
5.1.TN+film (Twisted Nematic + film).......................................................................................... 7
5.2.IPS (In-Plane Switching).......................................................................................................... 8
5.3.MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)............................................................................... 9
6.Преимущества и недостатки......................................................................................................... 9
7.Перспективные технологии изготовления плоскопанельных монитров.............................. 10
8.Обзор рынка и критерии выбора ЖК-монитора....................................................................... 12
9.Заключение................................................................................................................................... 13
10.Список литературы.................................................................................................................... 14
Введение.
В настоящее время, большую часть рынка мониторов занимают ЖК-мониторы, представленные такими брендами, как Samsung, ASUS, NEC, Acer, Philips и т.д ЖК-технологии также применяются при изготовлении телевизионных панелей, дисплеев ноутбуков, мобильных телефонов, плееров, фотоаппаратов и т.п.. В силу своих физических свойств (рассмотрим их ниже), жидкие кристаллы позволяют создавать экраны, сочетающие в себе такие качества как высокая четкость изображения, экономичное энергопотребление, малая толщина дисплея, высокое разрешение, но при этом широкий диапазон диаганалей: от 0,44 дюйма/11 миллиметров (январь 2008, самый маленький экран от производителя микродисплеев Kopin), до 108 дюймов/2,74 метра (самая большая ЖК-панель, представлена 29 июня 2008 года компанией Sharp Microelectronics Europe). Также плюсом ЖК-мониторов является отсутствие вредного для здоровье излучения и мерцания, которое было проблемой ЭЛТ-мониторов.
Но все же ЖК-мониторы имеют ряд недостатков: наличие такой характеристики как время отклика, не всегда удовлетворительный угол обзора, недостаточно глубокий черный цвет и возможность дефектов матрицы (битые пиксели). Являются ли ЖК-панели достойными преемниками ЭЛТ-мониторов, и есть ли у них будущее, в виду активно развивающейся плазменной технологии? В этом вопросе нам предстоит разобраться, изучив физическую структуру ЖК-мониторов, их характеристики и сравнив их с аналогичными показателями конкурирующих технологий.
1. Жидкие кристаллы.
1.1. Физические свойства жидких кристаллов.
Жидкие кристаллы – это вещества, обладающие свойствами, присущими как жидкостям, так и кристаллам: текучестью и анизотропией. Структурно жидкие кристаллы являются желеобразными жидкостями. Молекулы имеют вытянутую форму и упорядочены во всем объеме. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности. По типу ЖК обычно разделяют на две большие группы: нематики и смектики. В свою очередь нематики подразделяются на собственно нематические и холестерические жидкие кристаллы.
Холестерические жидкие кристаллы — образуются, в основном, соединениями холестерина и других стероидов. Это нематические ЖК, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль). Холестерики ярко окрашены и малейшее изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, изменению окраски ЖК.
У ЖК необычные оптические свойства. Нематики и смектики — оптически одноосные кристаллы. Холестерики вследствие периодического строения сильно отражают свет в видимой области спектра. Поскольку в нематиках и холестериках носителями свойств является жидкая фаза, то она легко деформируется под влиянием внешнего воздействия, а так как шаг спирали в холестериках очень чувствителен к температуре, то, следовательно, и отражение света резко меняется с температурой, приводя к изменению цвета вещества.
Эти явления широко используются в различных приложениях, например, для нахождения горячих точек в микроцепях, локализации переломов и опухолей у человека, визуализации изображения в инфракрасных лучах и др.
1.2. История развития жидких кристаллов.
Жидкие кристаллы были открыты австрийским ботаником Ф. Рейнитцером в 1888 году. Исследуя кристаллы холистерилбензоата и холестерилацетата, он обнаружил что вещества имеют 2 точки плавления и 2 разных жидких состояния – прозрачное и мутное. Однако свойства этих веществ, по началу, не привлекли внимания ученых. Более того, жидкие кристаллы рушили теорию о трех агрегатных состояниях вещества, поэтому физики и химики долгое время не признавали жидкие кристаллы в принципе. Профессор Страсбургскорского университета Отто Леманн в результате многолетних исследований предоставил доказательство, но даже после этого жидкие кристаллы не нашли применения.
В 1963 г. американец Дж. Фергюсон использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения не видимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение, интерес к жидким кристаллам резко возрос.
В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея синтезировала жидкие кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.
Впервые дисплеи на основе жидких кристаллах стали применяться при изготовлении ноутбуков в связи с их компактными размерами. На ранних этапах конечные продукты стоили очень дорого, а качество их при этом было весьма невысоким. Однако несколько лет назад появились первые полноценные ЖК-мониторы, стоимость которых оставалась также довольно высокой, но качество их заметно повысилось. И наконец-то сейчас рынок ЖК-мониторов развивается быстрыми темпами. Это связано с тем, что технологии развиваются очень активно и, кроме того, конкуренция среди производителей привела к заметному снижению цен на данный вид продукции.
2. Структура ЖК-монитора.
Жидкокристаллический монитор – это устройство, предназначенное для вывода графичесокой информации с компьютера, фотоаппарата и т.п.
Особенностью жидкокристаллических дисплеев является то, что жидкие кристаллы сами по себе свет не излучают. Каждый пиксель ЖК-монитора состоит из трех субпикселей основных цветов (красный, зеленый, синий). Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
2.1. Субпиксел цветного ЖК-дисплея.
Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света — ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение — молекулы стремятся выстроиться в направлении поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени — жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток, или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.