Составить таблицу с указанием параметров жк дисплеев их значений и способов измерения

Обновлено: 06.07.2024

LCD – панели. Их построение, принципы работы, основные характеристики и методы оценки характеристик.

Основным элементом LCD – мониторов, безусловно, является жидкокристаллическая панель (ЖК-панель). ЖК-панель можно отнести к основным элементам мониторов по следующим соображениям: она является самым габаритным и самым дорогим элементом монитора, а также именно характеристики панели определяют качество изображения и характеристики самого монитора. Устройство панели и принципы, заложенные в ее производство, определяют схемотехнику всей остальной части монитора, определяют его интерфейс и его элементную базу. ЖК-панель, в свою очередь, далеко не простое устройство, ведь в ее составе кроме самой матрицы жидких кристаллов, имеются еще и схемы строчных и столбцовых драйверов, имеются схемы, осуществляющие выборку строк и столбцов. Также внутри панели имеются интерфейсные схемы и микроконтроллер, обслуживающий интерфейсы. Кроме того, многие производители в состав панели вводят и блок задней подсветки. Все это подводит нас к выводу, что грамотный ремонт и диагностика мониторов LCD просто невозможны без знаний о ЖК-панелях.

Самым лучшим способом изучения принципов работы и устройства ЖК-панелей является рассмотрение этих вопросов на примере конкретного изделия. В качества такого примера предлагается выбрать панель модели LTM213U4-L01 производства фирмы Samsung Electronics, являющейся одним из лидеров в производстве данной продукции.

Характеристики ЖК-панели

Вначале, конечно же, стоит определиться, что же за панель предлагается к рассмотрению, ведь ее разрешающая способность, размер, цветовые характеристики и т.п. могут значительно изменять конструктив самой панели. Основные характеристики и особенности ЖК-панели представлены в виде таблицы – табл.1.

Таблица 1.

Параметр, характеристика

Активная матрица TFT

432 х 324 мм (21.3 дюйма – диагональ), толщина – 26 мм

Тонкопленочный транзистор на аморфном кремнии ( a - Si )

Количество отображаемых цветов

16.7 миллионов (8 бит на каждый цвет)

Количество точек (разрешение)

Типовое время отклика

Максимальное время отклика

Угол обзора по вертикали или горизонтали

Угол обзора во всех направлениях

Тип задней подсветки

Встроенные лампы типа CCFT – две тройных лампы (всего шесть)

Тип используемого приемника LVDS

Вертикальные полосы R , G , B

Диапазон рабочих температур

Диапазон температур при хранении

Конструктив ЖК-панели

Структурная схема панели LCD -панели показана на рис.1, и по этой схеме можно сделать следующие замечания.

1) В составе панели имеется модуль задней подсветки. Такое решение характерно далеко не для всех моделей LCD -модулей. Однако стоит обратить внимание, что схема инвертора не является составной частью изделия, и инвертор должен разрабатываться производителем монитора. Инвертор – это источник питания, обеспечивающий преобразование напряжения постоянного тока от источника питания в импульсное высоковольтное напряжение, подводимое к лампам. Модуль задней подсветки образован шестью люминесцентными лампами с холодным катодом ( CCFL ). Эти шесть ламп собраны в две группы (по три в каждой). Как и в подавляющем большинстве других ЖК-панелей лампы размещаются по краям матрицы жидких кристаллов. Для каждой из шести ламп имеется отдельный соединительный разъем.

2) ЖК-панель оснащена интерфейсом LVDS , что позволяет обеспечить высокую скорость передачи данных и понизить вероятность помех. Применение этого интерфейса также обеспечивает универсальность панели, т.е. ее можно использовать с любой управляющей платой, которая оборудована интерфейсом LVDS . При использовании интерфейса LVDS информация на ЖК-панель передается в последовательном виде, и поэтому в составе панели имеется преобразователь последовательных данных в параллельный вид. Такой преобразователь представляет собой интегральную микросхему, называемую Receiver (приемник). Данные, преобразованные в параллельный вид, передаются далее на микросхему дисплейного контроллера TCON .

3) Микросхема TCON обеспечивает управление синхронизацией, приемом и распределением данных по столбцовым и строковым драйверам. На выходе микросхемы TCON формируется столько управляющих сигналов, сколько всего имеется управляющих транзисторов в панели, а рассчитать их количество достаточно просто. Если данная панель поддерживает «разрешение» 1600х1200, то на экране имеется 1200 строк и 4800 столбцов (1600х3), т.е. каждая цветная точка образована тремя стоящими рядом точками. В данной панели используется именно полосковая топология точек ( Stripe ), и пример расположения точек демонстрируется на рис.2.

5) В составе ЖК-панели имеется схема управления питающими напряжениями. Эта схема представляет собой преобразователь и регулятор, формирующий питающие напряжения для всех элементов панели, причем номиналы этих напряжений различны.

Оптические характеристики ЖК-панели и методы их измерения

Основные оптические характеристики, которые специфицируются для панелей на основе жидких кристаллов, и их значения для панели Samsung LTM 213 U 4- L 01 представлены в табл.2.

Структурная схема панели LCD-панели показана на рис.1, и по этой схеме можно сделать следующие замечания.

Рис. 1

1) В составе панели имеется модуль задней подсветки. Такое решение характерно далеко не для всех моделей LCD-модулей. Однако стоит обратить внимание, что схема инвертора не является составной частью изделия, и инвертор должен разрабатываться производителем монитора. Инвертор – это источник питания, обеспечивающий преобразование напряжения постоянного тока от источника питания в импульсное высоковольтное напряжение, подводимое к лампам. Модуль задней подсветки образован шестью люминесцентными лампами с холодным катодом (CCFL). Эти шесть ламп собраны в две группы (по три в каждой). Как и в подавляющем большинстве других ЖК-панелей лампы размещаются по краям матрицы жидких кристаллов. Для каждой из шести ламп имеется отдельный соединительный разъем.

2) ЖК-панель оснащена интерфейсом LVDS, что позволяет обеспечить высокую скорость передачи данных и понизить вероятность помех. Применение этого интерфейса также обеспечивает универсальность панели, т.е. ее можно использовать с любой управляющей платой, которая оборудована интерфейсом LVDS. При использовании интерфейса LVDS информация на ЖК-панель передается в последовательном виде, и поэтому в составе панели имеется преобразователь последовательных данных в параллельный вид. Такой преобразователь представляет собой интегральную микросхему, называемую Receiver (приемник). Данные, преобразованные в параллельный вид, передаются далее на микросхему дисплейного контроллера TCON.

3) Микросхема TCON обеспечивает управление синхронизацией, приемом и распределением данных по столбцовым и строковым драйверам. На выходе микросхемы TCON формируется столько управляющих сигналов, сколько всего имеется управляющих транзисторов в панели, а рассчитать их количество достаточно просто. Если данная панель поддерживает «разрешение» 1600х1200, то на экране имеется 1200 строк и 4800 столбцов (1600х3), т.е. каждая цветная точка образована тремя стоящими рядом точками. В данной панели используется именно полосковая топология точек (Stripe), и пример расположения точек демонстрируется на рис.2.

Рис. 2

Характеристики ЖК-панели

Таблица 1.

Параметр, характеристика

Активная матрица TFT

432 х 324 мм (21.3 дюйма – диагональ), толщина – 26 мм

Тонкопленочный транзистор на аморфном кремнии (a-Si)

Количество отображаемых цветов

16.7 миллионов (8 бит на каждый цвет)

Количество точек (разрешение)

Типовое время отклика

Максимальное время отклика

Угол обзора по вертикали или горизонтали

Угол обзора во всех направлениях

Тип задней подсветки

Встроенные лампы типа CCFT – две тройных лампы (всего шесть)

Тип используемого приемника LVDS

Вертикальные полосы R, G, B

Диапазон рабочих температур

Диапазон температур при хранении

Конструктив ЖК-панели

Структурная схема панели LCD-панели показана на рис.1, и по этой схеме можно сделать следующие замечания.

1) В составе панели имеется модуль задней подсветки. Такое решение характерно далеко не для всех моделей LCD-модулей. Однако стоит обратить внимание, что схема инвертора не является составной частью изделия, и инвертор должен разрабатываться производителем монитора. Инвертор – это источник питания, обеспечивающий преобразование напряжения постоянного тока от источника питания в импульсное высоковольтное напряжение, подводимое к лампам. Модуль задней подсветки образован шестью люминесцентными лампами с холодным катодом (CCFL). Эти шесть ламп собраны в две группы (по три в каждой). Как и в подавляющем большинстве других ЖК-панелей лампы размещаются по краям матрицы жидких кристаллов. Для каждой из шести ламп имеется отдельный соединительный разъем.

2) ЖК-панель оснащена интерфейсом LVDS, что позволяет обеспечить высокую скорость передачи данных и понизить вероятность помех. Применение этого интерфейса также обеспечивает универсальность панели, т.е. ее можно использовать с любой управляющей платой, которая оборудована интерфейсом LVDS. При использовании интерфейса LVDS информация на ЖК-панель передается в последовательном виде, и поэтому в составе панели имеется преобразователь последовательных данных в параллельный вид. Такой преобразователь представляет собой интегральную микросхему, называемую Receiver (приемник). Данные, преобразованные в параллельный вид, передаются далее на микросхему дисплейного контроллера TCON.

3) Микросхема TCON обеспечивает управление синхронизацией, приемом и распределением данных по столбцовым и строковым драйверам. На выходе микросхемы TCON формируется столько управляющих сигналов, сколько всего имеется управляющих транзисторов в панели, а рассчитать их количество достаточно просто. Если данная панель поддерживает «разрешение» 1600х1200, то на экране имеется 1200 строк и 4800 столбцов (1600х3), т.е. каждая цветная точка образована тремя стоящими рядом точками. В данной панели используется именно полосковая топология точек (Stripe), и пример расположения точек демонстрируется на рис.2.

Оптические характеристики ЖК-панели и методы их измерения

Структурная схема панели LCD-панели показана на рис.1, и по этой схеме можно сделать следующие замечания.

Рис. 1

1) В составе панели имеется модуль задней подсветки. Такое решение характерно далеко не для всех моделей LCD-модулей. Однако стоит обратить внимание, что схема инвертора не является составной частью изделия, и инвертор должен разрабатываться производителем монитора. Инвертор – это источник питания, обеспечивающий преобразование напряжения постоянного тока от источника питания в импульсное высоковольтное напряжение, подводимое к лампам. Модуль задней подсветки образован шестью люминесцентными лампами с холодным катодом (CCFL). Эти шесть ламп собраны в две группы (по три в каждой). Как и в подавляющем большинстве других ЖК-панелей лампы размещаются по краям матрицы жидких кристаллов. Для каждой из шести ламп имеется отдельный соединительный разъем.

2) ЖК-панель оснащена интерфейсом LVDS, что позволяет обеспечить высокую скорость передачи данных и понизить вероятность помех. Применение этого интерфейса также обеспечивает универсальность панели, т.е. ее можно использовать с любой управляющей платой, которая оборудована интерфейсом LVDS. При использовании интерфейса LVDS информация на ЖК-панель передается в последовательном виде, и поэтому в составе панели имеется преобразователь последовательных данных в параллельный вид. Такой преобразователь представляет собой интегральную микросхему, называемую Receiver (приемник). Данные, преобразованные в параллельный вид, передаются далее на микросхему дисплейного контроллера TCON.

3) Микросхема TCON обеспечивает управление синхронизацией, приемом и распределением данных по столбцовым и строковым драйверам. На выходе микросхемы TCON формируется столько управляющих сигналов, сколько всего имеется управляющих транзисторов в панели, а рассчитать их количество достаточно просто. Если данная панель поддерживает «разрешение» 1600х1200, то на экране имеется 1200 строк и 4800 столбцов (1600х3), т.е. каждая цветная точка образована тремя стоящими рядом точками. В данной панели используется именно полосковая топология точек (Stripe), и пример расположения точек демонстрируется на рис.2.

Рис. 2

Оптические характеристики ЖК-панели и методы их измерения

В этой статье мы рассмотрим основные характеристики ЖК - мониторов, опуская такую важную характеристику, как тип матрицы. В типах матриц ЖК – мониторов, мы попробуем разобраться в отдельной статье.

Разрешение

ЖК – мониторы классифицируют по рабочему разрешению. В отличии от мониторов на основе ЭЛТ, разрешение которых можно менять очень гибко, ЖК-дисплеи имеют фиксированный набор физических пикселей. Поэтому они рассчитаны на работу с одним фиксированным разрешением, которое называется рабочим. Например, мониторы с диагональю от 17 до 19 дюймов, зачастую имеют рабочее разрешение 1280 х 1024, а это означает, что у данного монитора действительно содержится 1280 пикселей по горизонтали и 1024 по вертикали. Соответственно чем больше разрешение, тем лучше качество картинки.

ЖК – монитор способен выводить изображение в другом разрешении. Такой режим называют интерполяцией, но здесь есть свои недостатки. В этом режиме, в большинстве случаев, может произойти деформация изображения: края элементов на экране могут стать зазубренными и т. д. Поэтому при покупке ЖК-монитора следует понимать, что комфортно можно будет работать только в рабочем разрешении.

Яркость

Высокая яркость ЖК – монитора является его преимуществом, так как иногда превышает в два раза, аналогичный параметр в мониторах на основе ЭЛТ. Сегодня яркость ЖК – мониторов колеблется в рамках 300 – 600 кд . Яркость монитора является очень важным параметром, так как при недостаточной яркости монитора вы не сможете комфортно играть в игры или просматривать фильмы. Но все жё следует понимать, что значительное повышение яркости монитора, увеличит и нагрузку на ваши глаза, так что нужно соблюдать баланс яркости.

Контрастность

В последнее время контрастность изображения мониторов значительно возросла. Сейчас нередко этот показатель достигает значения 1000:1, а иногда и больше. Данный параметр определяется как соотношение между максимальной и минимальной яркостью на белом и чёрном фоне соответственно. Как показывает практика, если в документации к монитору указывается параметр более 500: 1, то этого вполне хватает для комфортной работы.

Угол обзора

Максимальный угол обзора определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения составляет не менее 10:1. Правда, для большинства пользователей контрастность не имеет особого значения, более приоритетным здесь является корректность цветопередачи, при изменении угла обзора. К примеру, красный цвет превращается в жёлтый, а зелёный - в синий. Подобные искажения у разных моделей мониторов проявляются по-разному, поэтому сравнивать мониторы по углу обзора практически не имеет смысла.

Время реакции пикселя

Теперь речь пойдёт о времени реакции пикселя (время отклика). Очень часто эту характеристику называют слабым местом ЖК-монитора. В ЭЛТ-мониторах, время отклика измеряется в микросекундах, а в ЖК-мониторах – в десятках миллисекунд, что при смене картинки в ряде случаев, может быть заметно невооружённым глазом (хотя на практике такие случаи исключены). При выборе монитора обращайте внимание на эту характеристику, желательно отдать предпочтении моделям, где время реакции пикселя - меньше.

Интерфейс монитора

Для ЖК-мониторов, которые являются цифровыми устройствами, родным считается интерфейс DVI, также допускается подключение через разъем D-sub. Плюс DVI – интерфейса в том, что отсутствуют преобразование сигнала в аналоговый видеокарте (ЦАП), а он поступает сразу в цифровом виде, что уменьшает риск искажений. Правда, на практике, такие искажения не встречаются, поэтому подключать монитор можно по любому интерфейсу, лишь бы соответствующий разъем присутствовал на видеокарте.

DisplayPort

D -Sub

DVI

Перейдём к новому стандарту подключения, который пришёл на смену DVI,- это DisplayPort. Уже в ближайшем будущем он должен стать единым интерфейсом для подключения мониторов различных типов. Этот интерфейс прижился у ноутбуков и компьютеров Apple. А вот в мире PC, несмотря на продвижение его фирмой AMD/ATI (с 2007 года в видеоплатах этого производителя имеется соответствующий разъём), несколько стопорится. Фирма NViDIA пока отдает предпочтение HDMI. Новая версия разъёма DisplayPort 1.2, обеспечит пропускную способность для работы с разрешением 3840х2160. Технология Main Link обеспечит скорость до 5 Гбит/с на одну полосу (всего полос может быть до четырёх).

Битые и горячие пиксели

При покупке монитора, можно обнаружить битые пиксели. Это могут быть светящиеся чёрные точки, которые остаются неизменными независимо от динамики изображения, также эти точки могут проявиться со временем. Вышеперечисленное означает, что один или несколько пикселей вышли из строя. Это не подлежит ремонту, но в ряде случаев может быть заменено по гарантии, хотя тут уже нужно вчитываться в документацию. Отдельные разработчики гарантируют 100% отсутствия битых пикселей, другие же допускают присутствие их незначительного количества.

Несмотря на то, что время отклика ячейки — далеко не самый важный показатель, чаще всего при выборе монитора покупатель обращает внимание только на этот фактор.

Однако при выборе конкретной модели стоит обдуманно взвешивать все характеристики монитора.

Время отклика

Этот показатель означает минимальное время, за которое ячейка жидкокристаллической панели изменяет цвет.
Существуют два способа измерения скорости матрицы: black to black, чёрный-белый-чёрный, и gray to gray, между градациями серого.
Эти значения очень сильно различаются.

При изменении состояния ячейки между крайними положениями (чёрный-белый) на кристалл подаётся максимальное напряжение, поэтому он поворачивается с максимальной скоростью.
Именно так получены значения в 8, 6, а иногда и 4 мс в характеристиках современных мониторов.

При смещении кристаллов между градациями серого на ячейку подаётся намного меньшее напряжение, потому что позиционировать их нужно точно для получения нужного оттенка.
Поэтому и времени для этого затрачивается намного больше (для матриц 16 мс — до 27-28 мс).

Лишь недавно в конечных продуктах смогли воплотить достаточно логичный способ решения этой проблемы.
На ячейку подаётся максимальное напряжение (или сбрасывается до нуля), а в нужный момент моментально выводится на нужное для удержания положения кристалла.

Контрастность

Значение контрастности определяется по соотношению яркости матрицы в состоянии «чёрный» и «белый».
Т.е. чем меньше засвечен чёрный цвет и чем выше яркость белого, тем выше контрастность.

Этот показатель критичен для просмотра видео, изображений и, в принципе, для хорошего отображения любого изображения.
Выглядит как, например, 250:1, т.е. яркость матрицы в «белом» состоянии — 250 кд/м², а в «чёрном» — 1 кд/м².
Впрочем, такие значения возможны только в случае TN+film, для S-IPS среднее значение — 400:1, а для PVA — до 1000:1.

Впрочем, заявленным в характеристиках монитора значениям стоит верить только с натяжкой, потому что это значение замеряется для матрицы, а не для монитора.
И замеряется оно на специальном стенде, когда на матрицу подаётся строго стандартное напряжение, подсветка питается строго стандартным током и т.д.

Яркость

Измеряется в кд/м².
Важна для работы с изображениями, для красочных игр и видео.
Зависит от мощности лампы подсветки и, косвенно, от типа матрицы (помните недостатки S-IPS ?).

Углы обзора

Обычно указываются значения 170°/170°, впрочем, для TN+film это значение — не больше чем декларация.
Требованием при определении углов обзора является сохранение контрастности не ниже 10:1.
При этом абсолютно безразлична цветопередача в таком положении, даже если цвета будут инвертированы.
Также учитываем, что углы определяются в центре матрицы, а на углы мы, естественно, изначально смотрим под углом.

Цветопередача

До пересечения рубежа в 25 мс при переключении ячейки в порядке чёрный-белый-чёрный все матрицы TN отображали честный 24-битный цвет.
Однако в гонке скоростей AU Optronics решила честную цветопередачу отбросить.
Начиная с матриц со скоростью 16 мс, все TN+film обеспечивают только 262 тысячи оттенков (18 бит).

Большее же количество оттенков обеспечивается двумя путями: либо перемешиванием точек с разными цветами (дизеринг), либо сменой цвета ячейки при каждом обновлении картинки (Frame Rate Control, FRC).
Второй способ «честней», потому как человеческий глаз всё равно не успевает заметить смены цвета на каждом кадре.

Перспективы

Эволюция жидкокристаллических матриц не остановилась.
При увеличении диагонали возникают свои сложности, например, размещение огромного количества транзисторов на стеклянной панели.
Подсчитаем: стандартное разрешение для 15" дисплея — 1024 х 768 пикселей.
Т.е. на экране размещены 786 432 точки.
Каждая точка образуется 3 пикселями разных цветов.
Таким образом, на панели нужно разместить около 2,35 млн транзисторов.

Получение такой плотности на стекле — довольно серьёзная проблема.
Поэтому до недавнего времени тонкоплёночные транзисторы формировались на аморфном кремнии.
Однако такие транзисторы ограничены по полезной площади и требуют достаточно высоких значений напряжения.
Решить эту проблему можно, используя кристаллический кремний для создания транзисторов.

Для осаждения кристаллического кремния необходимы высокие температуры (около 900 °C).
Однако при такой температуре расплавится стекло, на которое и нужно осадить кремний.
Поэтому создали несколько технологий, с помощью которых можно осадить молекулы кремния при сравнительно низкой температуре.

Самый распространённый метод — лазерный отжиг.
Нанесённый на стеклянную подложку аморфный кремний расплавляется эксимерным лазером, а затем кристаллизируется при температуре около 300 °C.
Общее название технологии — Low-Temperature PolySilicon (LTPS), низкотемпературный поликристаллический кремний.

На стеклянной подложке создаётся слой из LTPS, в котором формируются прозрачные транзисторы из окисла индия.
Благодаря тому, что подвижность электронов в кристаллическом кремнии равна 200 см²/В·с, а в аморфном — всего 0.5 см²/В·с, можно уменьшить размер самого транзистора.

Более того, раз кремний кристаллический, почему бы и логику драйвера панели не разместить в нём же?
Так получаются панели System on Panel, значительно более лёгкие, чем традиционные, и более простые для интеграции в монитор (количество контактов уменьшено с 4000 до 200).
Все эти преимущества значительно снижают потребление панелью электричества.

Впрочем, до повсеместного внедрения LTPS должно пройти ещё довольно много времени.
Причина — всё та же дороговизна технологии и сложность производства.
К тому же для производства матриц для настольных дисплеев LTPS не нужен.

Однако популяризации LTPS косвенно послужит постепенное ужесточение требований к энергопотреблению матриц со стороны организаций Standard Panels Working Group и Mobile PC Extended Battery Life Working Group.

Читайте также: