Устройство и принцип работы LCD телевизора

LCD (Liquid crystal display) или ЖК (жидкокристаллический) телевизор, как их называют в народе - это телевизор с ЖК дисплеем и ламповой подсветкой. Жидкокристаллический, означает, что сам дисплей (монитор) сделан на основе жидких кристаллов

LCD TFT (англ. Thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) - разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель для каждого субпикселя (элемента матрицы) применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея

  • Немного истории:
  • Жидкие кристаллы впервые были обнаружены австрийским ботаником Райнитцером в 1888 г., но только в 1930-м году исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение, однако, слабость технологической базы не позволяла в то время активно развивать это направление.

    Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон и Вильямс из американской корпорации RCA. Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот, в конце 1966 г., корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора - цифровые часы. Первый в мире калькулятор - CS10A был произведен в 1964 году корпорацией Sharp, она же, в октябре 1975 года, выпустила первые компактные цифровые часы с ЖК дисплеем. К сожалению, фоток не нашёл, а вот эти часы и калькулятор - ещё помнят многие ab

    Первые ЖК дисплеи

    Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных ЖК индикаторов к производству матриц с адресацией (возможностью управления) каждой точки. Так, в 1976 году, компания Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.

    Следующий этап в развитии LCD-технологии начался в 80-х годах, когда в устройствах стали применяться STN-элементы с повышенной контрастностью. Затем на смену им пришли многослойные структуры, позволяющие устранить ошибки при воспроизведении цветного изображения. Примерно тогда же появились активные матрицы на базе технологии a-Si TFT. Первый прототип монитора a-Si TFT LCD был создан в 1982 году корпорациями Sanyo, Toshiba и Cannon, ну а мы, в это время, любили играться вот такими игрушками с ЖК дисплеем bk

    Игрушки СССР с жк-дисплеями

    Сейчас ЖК дисплеи практически полностью вытеснили с рынка кинескопные телевизоры, предлагая покупателю любые размеры: от переносных и небольших "кухонных", до огромных, с диагоналями более метра. Ценовой диапазон так же весьма велик и позволяет каждому подобрать телевизор по своим потребностям и финансовым возможностям

    Новые LCD телевизоры

    Схемотехника LCD телевизоров гораздо сложнее, чем у простых кинескопных ТВ: миниатюрные детали, многослойные платы, дорогостоящие блоки... Вот, кому интересно, телевизор с ЖК панелью без задней крышки, а если снять специальные защитные экраны, можно будет увидеть другие участки схемы, только лучше этого не делать, оставьте это мастерам bt

    Схема LCD телевизора
  • Устройство и принцип работы:
  • Работа ЖК дисплея (ЖКД) основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Этот эффект называется поляризацией света.

    Если совсем по простому, представьте "свет" в виде маленьких круглых шариков, если на его пути поставить сетку с продольными вырезами (поляризатор), то, после неё, из "шариков" останутся только плоские "блинчики" (поляризованный свет). Теперь, если вторая сетка будет с такими же продольными вырезами, блинчики смогут "проскочить" через неё и "светить" дальше, если же вторая сетка будет иметь вертикальные прорези, то световые горизонтальные "блинчики" не смогут пройти сквозь неё и "застрянут" ad

    Светофильтры в LCD

    Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами

    Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.

    Каждый пиксель ЖК-матрицы 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.

    Устройство пиксела ЖК-матрицы

    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, хотя уроверь потерь - немалый.

    TN-матрица открыта

    Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического 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, степенью прозрачности можно управлять, изменяя приложенное напряжение.

    TN-матрица закрыта

    В качестве источника света (подсветки ЖК-матрицы) используются флуоресцентные лампы с холодным катодом (называются они так, потому что катод, испускающий электроны (отрицательный электрод) внутри лампы необязательно нагревать выше окружающей температуры, чтобы лампочка зажглась). Вот так может выглядеть лампа для LCD телевизора, на правом фото - "ламповая сборка в работе" для телевизора с большой диагональю ЖК-дисплея:

    Флуоресцентные лампы с холодным катодом

    Сами лампы (белого яркого свечения) располагаются в специальных корпусных фиксаторах, позади их - отражатель, для уменьшения потерь светового потока. Для того, чтобы ЖК-матрица засветилась равномерно (а не полосато, как лампы установлены ap ), перед экраном находится рассеиватель, который равномерно распределяет световой поток по всей своей площади. К сожалению, в этом месте так же происходит немалая потеря "яркости" свечения ламп

    Рассеиватель в ЖК-панели

    Современные ЖК-матрицы имеют достаточно хороший угол обзора (около 160 градусов) без потери качества изображения (красок, яркости), самое неприятное, что на них можно увидеть - это вот такие битые пиксели, однако, учитывая то, что их размер очень мал, один-два таких "прогоревших" пикселя не сильно будут мешать просмотру фильмов и передач, а вот на экране монитора - это уже может быть достаточно неприятно bn

    Битые пиксели в ЖК-панели
  • Преимущества и недостатки:
  • По сравнению с кинескопными телевизорами, ЖК-панели имеют отличную фокусировку и чёткость, нет ошибок сведения лучей или нарушения геометрии изображения, экран никогда не мерцает, они легче и занимают меньше места ay К минусам можно отнести слабоватую (по сравнению с кинескопными) яркость и контрастность, матрица не такая прочная, как экран кинескопа, набор цифровых тормозов и глюков при аналоговом или слабом сигнале, а так же плохой обработке исходного материала

    Ссылка на этот материал: http://rem-tv.net/publ/3-1-0-37

    Комментарии

    Аватар пользователя Игорь

    Я как то разбирал матрицу и там было несколько плёнок кроме рассеивателя. Для чего они нужны?

    Аватар пользователя Андрей

    А Вы ещё раз статью прочтите, только чуточку внимательнее, тогда узнаете, что без поляризатора работа данного устройства невозможна

    Аватар пользователя Гость

    Почему ночью просвечивается корпус телевизора.возможно исправить?

    Аватар пользователя Андрей

    Пластмассовый корпус просвечивается? Это что-то новенькое... возможно в дежурном режиме не тухнет подсветка экрана, если это так, то нужно к мастеру, он разберётся в причине поломки и устранит её.

    Аватар пользователя Гость

    Чуть мозг не закипел))) пока прочел статью, познавательно. Сапасибо)

    Аватар пользователя Андрей

    Гость, рад, что понравилось. Я старался по-проще написать, с картинками

    Аватар пользователя Геннадий

    Как то хрень получается на картинке, когда напряжения не подаются на жидкие кристаллы, они меняют полиризацию света после первого поляризатора, а когда напряжение на них подаётся, они поляризацию не меняют и тогда свет на выходе второго поляризатора не появляется, в чем смысл управления кристалла потенциалом напряжения?GS

    Аватар пользователя Алексей Борисович

    Прекрасная статья! Очень просто и понятно. Но я ищу материал о том, как происходит управление ЖК матрицей, чтобы получить изображение. В кинескопных ТВ все просто.
    Луч с помощью генераторов развертки движется слева направо и сверху вниз. При этом
    он модулируется сигналом яркости. Процесс строго синхронизирован. Все это и приводит к построению изображения.
    Хотелось бы подробнее узнать как здесь происходит построение изображения. Какие схемные решения применяются? Как происходит управление каждым пикселем по яркости, и одновременно по вертикали и горизонтали. К сожалению, я не могу найти ничего об этом. Если можете дайте, пожалуйста, ссылку. С уважением АБ.

    Аватар пользователя Андрей

    Алексей Борисович, там стоят драйвера управления, горизонтальные и вертикальные, они декодируют приходящий адресный сигнал и посылают напряжение на нужную шину, зажигая, точнее - открывая, пиксель, находящийся на пересечении этих сигналов.

    Аватар пользователя Виктор Б.

    Добрый день! Отличная статья. Подскажите, пожалуйста: на жк-телевизоре есть достаточно глубокая царапина. Телевизор работает, но царапина в самых, видимо, глубоких ее местах, просвечивает белым светом. Возможно ли такое исправить?

    Аватар пользователя Андрей

    Увы, нельзя, лучше не трогайте

    Добавить комментарий

    Гостевой