Встроенный жк дисплей 2 х строчный что это
Обновлено: 06.07.2024
Помните эти громадные телевизоры и мониторы компьютеров, коробки, которые занимали весь стол и были очень тяжёлыми по сравнению с сегодняшними? В своё время именно такая технология была у всех. Причём она почти не изменялась со времён изобретения экрана как такового. Сегодня же современные телевизоры и мониторы меряются толщиной, точнее, тонкостью. Это уже давно не коробки. В чём их секрет?
На самом деле, существует огромное множество различных технологий, обеспечивающих работу современных экранов. Но мы поговорим о той, которая в своё время изменила рынок дисплеев и, к сожалению, уходит из этого рынка. Что же представляют собой жидкокристаллические дисплеи?
Начнём с азов.
Чтобы объяснить суть ЖК-дисплеев, нужно объяснить, что такое сам жидкий кристалл. Звучит то дико - вещество одновременно жидкое и твёрдое? Ну, можно сказать и так.
Жидкий кристалл - особое агрегатное состояние вещества . Если взять такое вещество и начать его нагревать, то оно начнёт плавиться (это логично :D). Но оно пройдёт две стадии плавления. Нас как раз интересует первая, ведь именно в ней образуется жидкий кристалл. Но я до сих пор не ответил на вопрос, что это.
Если мы возьмём любое твёрдое вещество , то обнаружим, что у него есть строгая кристаллическая решётка. Молекулы (или атомы, или ионы) выстраиваются в определённом порядке, образуя эту самую решётку. К примеру, у поваренной соли, NaCl, решётка представляет собой куб. Множество кубов, в узлах которых находятся ионы натрия Na+ и хлора Cl-.
Если же мы возьмём жидкое вещество , то обнаружим, что в нём этой решётки нет. Молекулы движутся хаотично, находятся в беспорядке. Вода, этанол, ацетон - любая жидкость не имеет кристаллической решётки.
Что ж. Жидкие кристаллы имеют кристаллическую решётку, но при этом остаются в жидком состоянии. Как это? Очень просто - отдельные молекулы собираются в кластер, а уже эти кластеры способны двигаться хаотично. Кристаллическая решётка есть, однако огромные скопления молекул способны двигаться друг относительно друга, оставаясь при этом на своих местах.
Вот такую галлюциногенную картинку можно увидеть, если посмотреть на жидкий кристалл в микроскоп. Можно видеть большие кластеры (или домены) молекул, которые объединены кристаллической решёткой. Вот такую галлюциногенную картинку можно увидеть, если посмотреть на жидкий кристалл в микроскоп. Можно видеть большие кластеры (или домены) молекул, которые объединены кристаллической решёткой.Идём дальше. Что это даёт?
Жидкие кристаллы из-за своих уникальных свойств обладают анизотропией. Это загадочное слово обозначает то, что в зависимости от воздействующих на молекулу сил жидкий кристалл может вести себя по-разному. Например, при воздействии электрического поля они меняют свою ориентацию в пространстве - к примеру, передвигаются на 90 градусов вправо.
Именно это свойство и используется в ЖК-дисплеях. При отсутствии электрического поля жидкие кристаллы не упорядочены и пропускают напрямик весь свет, который на них направлен. При подаче напряжения они выстраиваются определённым образом и меняют ориентацию света - его волны не "летят" в разные стороны, а становятся упорядоченными.
Устройство жидкокристаллических дисплеев.
На картинке можно увидеть, как работает дисплей. Свет проходит через стекло. Поляризационная плёнка нужна, чтобы отсеять "ненужный" свет - она делает так, что только свет с определённой ориентацией в пространстве проходит сквозь неё. Представим, что жидких кристаллов там нет, и свет просто проходит через световой фильтр. Тогда поглощается свет всех длин волн, кроме красного, а сам красный летит дальше. Но тут он натыкается на препятствие в виде другой поляризационной плёнки и не может через него пройти - ведь она направлена перпендикулярно первой. Вот и всё :(
Но нет. У нас есть жидкие кристаллы, которые меняют ориентацию света так, что он полностью проходит через вторую поляризационную плёнку. На входе был белый свет, на выходе - красный. Ура!
Зачем нужно было делать такую большую операцию? Чтобы получить чистый, красивый и хороший свет красного цвета. Если вы просто поставите цветовой фильтр, то свет будет неоднородным,а значит, нечётким - картинка просто будет расплываться.
Чтобы вы понимали - это лишь одна ячейка . Таким же образом создаются синий и зелёный свет. Это - жидкокристаллические пиксели. Далее - классическая схема смешения цветов. RGB - смешение красных, зелёных и синих пикселей. Чем больше поставите их, тем больше будет разных оттенков.
Технология LCD (Liquid Crystals - жидкие кристаллы, Diod - диод) кардинально отличается от кинескопов, использовавшихся в экранах ранее. Эти огромные коробки представляли собой мини-версию электронной лучевой трубки, которая буквально выстреливала электронами на экран для формирования изображения.
LCD совершили революцию - многие телевизоры, мониторы, экраны ноутбуков и огромные панели выполнены именно по этой технологии. Они также во много раз удешевили производство дисплеев, да и довели уровень картинки до отличного качества.
Будущее ЖК-экранов.
К сожалению, технология LCD уже несколько лет активно вытесняется пришедшей ей на смену LED - огромной группе диодов, каждый из которых задаёт свой цвет. Что-то типо физического воплощения пикселей. LED, AMOLED, OLED и т.д. - огромное количество технологий почти затмили ЖК-экраны. Они ярче, чётче и ненамного дороже.
И всё же надежда есть. Несколько лет назад группа учёных разработали ЖК-дисплей, который не потребляет энергию, когда у вас на экране статичная картинка. Вообще. Такие экраны намного тоньше и дешевле из-за особенности конструкции. Кроме того, эта технология под названием ORWLCD способна выводить качественные 3D-изображения. Технология - лишь прототип, однако уже есть работающие модели мониторов. Поживём - увидем, а пока что смотрим в свой экран, чтобы дочитать это :)
Понравилась статья? Тогда ставьте палец вверх и подписывайтесь - это поможет моему продвижению, а значит, будет ещё больше контента для вас!
На моём канале вы сможете также найти другие статьи на тему космоса и Вселенной, физики, химии, различных технологий :)
В качестве примера подключим дисплей к управляющей плате Arduino Uno.
Подключение к Arduino
| Вывод | Обозначение | Пин Arduino Uno |
|---|---|---|
| 1 | GND | GND |
| 2 | VCC | 5V |
| 3 | VO | GND |
| 4 | RS | 11 |
| 5 | R/W | GND |
| 6 | E | 12 |
| 7 | DB0 | — |
| 8 | DB1 | — |
| 9 | DB2 | — |
| 10 | DB3 | — |
| 11 | DB4 | 5 |
| 12 | DB5 | 4 |
| 13 | DB6 | 3 |
| 14 | DB7 | 2 |
| 15 | VCC | 5V |
| 16 | GND | GND |
Для упрощения работы с LCD-дисплеем используйте встроенную библиотеку Liquid Crystal. В ней вы найдёте примеры кода с подробными комментариями.
Вывод текста
Для вывода первой программы приветствия, воспользуйтесь кодом вроде этого:
Кириллица
Существует два способа вывода кириллицы на текстовые дисплеи:
Рассмотрим оба способа более подробно.
Таблица знакогенератора
Дисплейный модуль хранит в памяти две страницы знакогенератора, которые состоят из различных символов и букв.
Для вывода символа на дисплей необходимо передать его номер в шестнадцатеричной системе из таблицы знакогенератора.
Вы можете смешивать в одной строке обычные символы и явные коды как угодно. Единственный нюанс в том, что после того, как компилятор в строке видит последовательность \x , он считывает за ним все символы, которые могут являться разрядами шестнадцатеричной системы даже если их больше двух. Из-за этого нельзя использовать символы из диапазона 0-9 и A-F следом за двузначным кодом символа, иначе на дисплее отобразится неправильная информация. Чтобы обойти этот момент, можно использовать тот факт, что две записанные рядом строки склеиваются.
Сравните две строки кода для вывода надписи «Яeee»:
Переключение страниц знакогенератора
Дисплейный модуль хранит в памяти две страницы знакогенератора. По умолчанию установлена нулевая страница. Для переключения между страницами используйте методы:
Дисплей не может одновременно отображать символы разных страниц.
Рассмотрим пример, в котором одна и та же строка будет отображаться по-разному — в зависимости от выбранной страницы.
Полную таблицу символов с кодами можно найти в документации к экрану.
Использование библиотеки LiquidCrystalRus
Совсем не обязательно мучатся со знакогенератором, чтобы вывести русский символ. Для решения проблемы скачайте и установите библиотеку LiquidCrystalRus.
Это копия оригинальной библиотеки LiquidCrystal с добавлением русского языка. Добавленный в библиотеку код трансформирует русские символы UTF8 в правильные коды для текстового экрана.
В качестве примера выведем фразу «Привет от Амперки» на дисплей.
Примеры работы для Espruino
В качестве примера подключим дисплей к управляющей плате Iskra JS.
Подключение к Iskra JS
| Вывод | Обозначение | Пин Iskra JS |
|---|---|---|
| 1 | GND | GND |
| 2 | VCC | 5V |
| 3 | VO | GND |
| 4 | RS | P11 |
| 5 | R/W | GND |
| 6 | E | P12 |
| 7 | DB0 | — |
| 8 | DB1 | — |
| 9 | DB2 | — |
| 10 | DB3 | — |
| 11 | DB4 | P5 |
| 12 | DB5 | P4 |
| 13 | DB6 | P3 |
| 14 | DB7 | P2 |
| 15 | VCC | 5V |
| 16 | GND | GND |
Для работы с LCD-дисплеем из среды Espruino существует библиотека HD44780.
Вывод текста
Для вывода программы приветствия, воспользуйтесь скриптом:
Кирилица
Вывод кирилицы на дисплей с помощью платформы Iskra JS доступен через встроенную в дисплей таблицу знакогенератора.
Таблица знакогенератора
Дисплейный модуль хранит в памяти две страницы знакогенератора, которые состоят из различных символов и букв.
Для вывода символа на дисплей необходимо передать его номер в шестнадцатеричной системе из таблицы знакогенератора.
Вы можете смешивать в одной строке обычные символы и явные коды как угодно. Единственный нюанс в том, что после того, как компилятор в строке видит последовательность \x , он считывает за ним все символы, которые могут являться разрядами шестнадцатеричной системы даже если их больше двух. Из-за этого нельзя использовать символы из диапазона 0–9 и A–F следом за двузначным кодом символа, иначе на дисплее отобразится неправильная информация. Чтобы обойти этот момент, можно использовать тот факт, что две строки записанные рядом склеиваются.
Сравните две строки кода для вывода надписи «Яeee»:
Переключение страниц знакогенератора
Дисплейный модуль хранит в памяти две страницы знакогенератора. По умолчанию установлена нулевая страница. Для переключения между страницами используйте методы:
Дисплей не может одновременно отображать символы разных страниц.
Рассмотрим пример, в котором одна и та же строка будет отображаться по-разному — в зависимости от выбранной страницы.
Полную таблицу символов с кодами можно найти в документации к экрану.
Комнатный термометр
Дисплей удобен для отображения показаний модулей и сенсоров. Сделаем задатки «Умного Дома», а именно «комнатный термометр».
Строчные (или текстовые) дисплеи предназначены для выдачи текстовой информации в виде строк. Они бывают нескольких типов (прежде всего, ЖК или самосветящиеся OLED), и обычно в их маркировке присутствуют цифры 1202, 1602, 1204 или похожие, указывающие на количество строк (в примерах 2 или 4) и знаков в каждой строке (12 и 16). Есть и однострочные дисплеи такого типа, но мы в дальнейшем изложении ориентируемся на более употребляемые двухстрочные.
Определяющая часть таких дисплеев совместима по управлению с контроллером HD44780 (фирма Hitachi). Самые популярные (по крайней мере, в нашей стране) дисплеи этой разновидности выпускает фирма Winstar. Причем ЖК-разновидности (название начинается с букв WH, например, WH1602) один в один совместимы с системой команд HD44780, а OLED-типы (название начинается с WEH, например, WEH001602) имеют усовершенствованный контроллер WS0010. К сожалению, или к счастью — сейчас будем разбираться.
В отличие от разобранных нами ранее графических дисплеев на основе контроллера ks0108, знакогенератор в строчных дисплеях встроенный. При этом для нас главным отличием WS0010 от стандартного HD44780 является наличие нескольких (четырех) кодовых таблиц для вывода разноязычного текста. У HD44780 такая таблица всего одна, отчего фирмам приходится в каждый регион продавать отдельную разновидность дисплея. OLED-дисплеи на основе WS0010 разбивки по регионам не требуют, что гораздо удобнее. Но только не пользователю: по умолчанию в WEH-дисплеях включена таблица ENGLISH_JAPANESE, и для включения русских символов нужно ее переключить на ENGLISH_RUSSIAN.
Почему-то на дисплеи Winstar большой дефицит в плане внятной документации (как вы могли заметить, это вообще характерная черта китайских продуктов). Стоит указать, где можно скачать более-менее полную документацию без особых ошибок: здесь на ЖК-дисплей (WH1602) с контролером HD44780, здесь на дисплеи OLED-типа (WEH1602), здесь отдельно на контроллер WS0010 (на нее мы будем ссылаться далее). А вот здесь, если кому интересно, лежит подробное описание контроллера HD44780 на русском.
Рихтовка библиотеки LiquidCrystal
1. Так как русско-английская таблица в WS0010 (см. стр. 9 даташита на WS0010 по ссылке выше) имеет номер 2, то для переключения на нее нужно два младших бита FT1 и FT0 в команде FUNCTION SET установить в состояние 10 (0x02). (В ЖК-дисплеях с одной кодовой таблицей эти биты, кстати, никак не используются). Для этого в файле LiquidCrystalRus_OLED.cpp разыщите место (строка 96 файла), где устанавливается значение переменной _displayfunction. В обоих строках ее инициализации (строки 97 и 99) добавьте довесок «|= 0x02».
3. Кроме этого (см. также эту последнюю страницу даташита) после этой задержки при четырехпроводном включении нужно пять раз подряд подать пустую команду (0х00). Так как Arduino существенно быстрее контроллера дисплея, команды следует подавать с промежуточной задержкой. Их необходимо вставить чуть дальше по тексту функции begin, там, где идет речь именно о 4-битном включении (строка 147 файла LiquidCrystalRus_OLED.cpp).
4. Но и это еще не конец. В оригинальной таблице ENGLISH_RUSSIAN имеется значок градуса (код 0xEF). Вариант крайне неудачно выполнен графически (слишком велик), потому вместо него я предпочитаю использовать жирную верхнюю точку (код 0xDF) — она куда больше напоминает градус в привычном начертании. Ее можно было бы вводить в виде кода (лучше восьмеричного «\337»), но вот беда — стремясь упростить функцию замены кодов русских букв на коды в таблице знакогенератора, автор библиотеки, исходя из кодировки UTF-8 (см. предыдущую статью), ввел условие замены любого кода, большего 0x80 (функция LiquidCrystalRus::write). Так как наше 0xDF явно больше 0x80, то при указании в строке кода символа «\337» вместо него выведется пустое место, ибо никакой русской букве он не соответствует.
5. Наконец, перечеркнутый ноль на этом дисплее не так бросается в глаза, как на графических ЖК-экранах. Тем не менее, в эту же функцию write мной введена замена кода нуля (0x30) на код буквы «O» (0x4f). Желающие могут вернуть перечеркнутый ноль обратно, просто удалив или закомментировав строку замены (строка 308 измененного файла LiquidCrystalRus_OLED.cpp).
Подправленную библиотеку можно скачать по ссылке в конце статьи.
Подключение
Вот теперь вроде бы все подправили, можно подключать. Подключение дисплея WEH001602BG (16 символов, длина экрана 100 мм) к Arduino показано на следующем рисунке:
Выводы Arduino, к которым подключены контакты дисплея RS, E, DB4-DB7 должны указываться при инициализации дисплея:
При желании можно подключить два и даже более дисплеев в любом варианте интерфейса (восьми- или четырехпроводном). Линии данных и RS при этом можно сделать общими. Выбор между дисплеями в этом случае производится через вывод E, который для разных дисплеев подключается к разным выводам Arduino (линии подключения второго дисплея показаны на схеме серым цветом, вывод E второго дисплея здесь подключается к контакту 6 Arduino). Разумеется, в программе при этом надо создавать два экземпляра библиотеки (например, OLED1 и OLED2), у которых все выводы одинаковые, за исключением E. При этом дисплеи могут быть разных конфигураций и размеров (8х2, 16х2, 12х2, 12х4 и т.п.). Это относится и к случаю обычных ЖК-дисплеев на HD44780.
А зачем там реле на питание? Самый главный недостаток WS0010 — отсутствие аппаратного «резета». В HD44780 встроенный резет, возможно, оправдан — автор не имеет достаточно опыта работы с ЖК-экранами, чтобы утверждать это наверняка. Но Winstar, пытаясь в своей разработке следовать стандарту, с этой задачей явно не справилась. Перезагрузка контроллера без отключения питания приводит к тому, что на дисплее появляется всякая муть, и избавиться от нее можно только передергиванием питания всей схемы и инициализацией дисплея «с нуля».
Реле и поставлено для искусственной перезагрузки дисплея при перезагрузке Arduino без выключения питания. Это надежно избавляет от мусора на экране. Включение питания дисплея (или дисплеев) производится отдельно через это реле, включающееся от свободного вывода Arduino (в данном случае вывода 4) в начале процедуры setup, когда контроллер уже работает устойчиво. Причем перед включением реле неплохо еще дать дополнительную задержку 1000 мс (см. скетч далее). Указанное реле EDR202A05 герконовое, ток обмотки 10 мА, потому спокойно управляется от вывода Arduino.
Что же касается путаницы между строками при включении, то, кроме указанных выше изменений в процедуре инициализации, от этого эффекта отлично избавляет питание всей схемы от достаточно мощного (не менее 1-2 А) внешнего источника со стабильным напряжением под нагрузкой не менее 7,5 вольт. Эта зависимость от питания и служит, очевидно, источником разночтений во многих публикациях, где многие авторы уверяют, что у них все отлично работает. Дисплей (или дисплеи) при этом могут подключаться через внутренний стабилизатор Arduino (вывод 5V платы), а могут и через отдельный стабилизатор, но главное, чтобы входное напряжение стабилизатора было достаточно стабильным независимо от бросков потребления в момент включения.
Проверка
Для проверки я накидал демонстрационный скетч Proba_Rus_Liquid_Crystal_OLED, имитирующий дисплей часов-календаря с датчиком внешней температуры:
Здесь применены все характерные изменения в библиотеке, указанные выше. В программе также показано, как осуществить мигание двоеточия в значении часов: минут с помощью функции blink(). Учтите, что новый вывод в ту же позицию уничтожает мигание знакоместа, и при обновлении его приходится возобновлять заново, предварительно установив невидимый курсор на ту же позицию 13 в нулевой строке. При реальном обновлении часов может быть проще обновлять только цифры в позициях 11-12 и 14-15, оставляя мигающее двоеточие в неприкосновенности.
Результаты вывода примера показаны на фото:
Следует отметить, что фотография не передает оттенок свечения зеленого OLED-дисплея (в данном случае). На самом деле он глубокого зеленого цвета, с длиной волны короче, чем обычные 568 нм у LED-дисплеев (семисегментных или матричных). Отчего последние на фоне OLED кажутся «выцветшими», и их совместное применение затруднено.
WS0010 имеет графический режим, и в графических OLED-дисплеях Winstar (типа WEG010016) также установлен этот контроллер. Кто-то обратил внимание, что у них даже одинаковые матрицы. На мой взгляд, пытаться применять на текстовом строчном дисплее графический режим довольно бессмысленно: у строчного дисплея наличествуют аппаратно установленные темные промежутки между символами и строками, которые делают картинку крайне неэстетичной (см. многочисленные примеры таких попыток).
И последнее замечание: о долговечности OLED-дисплеев Winstar. В даташитах указано время 100 000 часов, то есть 11 лет. И тем не менее, один из дисплеев 13-го года выпуска (желтого свечения) к настоящему моменту (зима 16-го) у меня резко потерял в яркости. Забавно, что остальные из той же (зеленый) и более поздней (желтый и зеленый 14 года) партии не подают никаких признаков умирания. Поэтому с определенностью я ничего утверждать не берусь, но на всякий случай советую не впаивать дисплеи в плату, а устанавливать на разъемах, чтобы в случае чего можно было бы заменить без проблем.
Первым массовым продуктом с использованием жидких кристаллов стали электронные часы. Монохромный дисплей состоял, как известно, из отдельных полей, заполненных жидкими кристаллами. При подаче напряжения, с помощью которого кристаллы упорядочиваются, нужные поля препятствуют прохождению света и выглядят черными на светлом фоне. Цветные дисплеи появились, когда размеры ячейки удалось значительно уменьшить и снабдить каждую цветным фильтром. Кроме того, в современных ЖК мониторах используется задняя подсветка.
Первым массовым продуктом с использованием жидких кристаллов стали электронные часы.
Для подсветки используется обычно 4 или 6 ламп и зеркала для более обеспечения равномерности. В основе работы ЖК-панели — поляризация света. На пути светового потока две поляризационные пленки с перпендикулярными направлениями поляризации. То есть в сумме эти две пленки задерживают весь свет. Расположенные между пленками жидкие кристаллы разворачивают часть потока, поляризованного первой пленкой, и таким образом регулируют свечение экрана.
Схема субпикселя ЖК-матрицы.
Каждый пиксель составляют синий, красный и зеленый субпиксели
Слой жидкокристаллического вещества «зажат» между двумя направляющими пленками с мельчайшими засечками, по направлению которых и выстраиваются кристаллы. Изменить направление ориентации кристаллов можно, например, с помощью электрического импульса, как это и делается в матрицах ЖК-мониторов. В современных матрицах каждая ячейка имеет собственный транзистор, резистор и конденсатор. Собственно в цветных матрицах каждый пиксель представляет собой три ячейки: красную, зеленую и синюю.
Матрица TN. Самая старая и самая распространенная
Самый старый тип матриц, из тех, которые сейчас применяются — TN. Название технологии расшифровывается как Twisted Nematic. Нематические жидкокристаллические субстанции состоят из продолговатых кристаллов с пространственной ориентацией, но без жесткой структуры. Такое вещество легко поддается внешним воздействиям.
В матрицах TN кристаллы выстроены параллельно плоскости экрана, а верхний и нижний слой кристаллов повернуты перпендикулярно относительно друг друга. Все остальные «скручены» по спирали. Таким образом, весь пропущенный свет так же скручивается и беспрепятственно проходит через внешнюю поляризующую пленку. Так что в выключенном состоянии ячейка TN матрицы светится, а при подаче напряжения кристаллы постепенно проворачиваются. Чем выше напряжение, тем больше кристаллов разворачивается, и тем меньше проходит света. Как только все кристаллы развернутся параллельно световому потоку, ячейка «закрывается». Но для TN матриц добиться идеально черного цвета очень трудно.
Кристаллы в матрице TN "скручены" по спирали (1).
При подаче напряжения они начинают поворачиваться (2).
Когда все кристаллы перпендикулярны поверхности (3), свет не проходит.
Главная проблема TN матриц в несогласованности поворота кристаллов: одни уже развернуты полностью, другие только начали поворачиваться. Из-за этого происходит рассеивание светового потока и, в конечном счете, картинка под разными углами выглядит не одинаково. Горизонтальные углы обзора современных матриц можно считать приемлемыми, но при повороте по вертикали даже в небольших пределах, искажения существенные. Цветопередача матриц TN далека от идеальной — они в принципе не могут выводить полную палитру цветов, компенсирую недостаток оттенков с помощью хитрых алгоритмов. Такие алгоритмы с частотой не заметной глазу воспроизводят в ячейке попеременно оттенки, ближайшие к тому, который воспроизвести не удается. Зато технология TN обеспечивает максимальную скорость срабатывания ячейки, минимальное энергопотребление и максимально дешева. Эти два обстоятельства и делают самую старую технологию самой популярной и самой распространенной.
IPS. Идеально для фото и графики. Но дорого
Второй по времени разработки стала технология IPS (In Plane Switch). Такие матрицы производят заводы Hitachi, LG.Philips. NEC производит матрицы сделанные по сходной технологии, но с собственной аббревиатурой SFT (Super Fine TFT).
Как следует из названия технологии, все кристаллы расположены постоянно параллельно плоскости панели и поворачиваются одновременно. Для этого пришлось расположить на нижней стороне каждой ячейки по два электрода. В выключенном состоянии ячейка черная, так что если она «умерла», на экране будет черная точка. А не постоянно светящаяся, как у TN.
В матрице IPS кристаллы всегда параллельны поверхности экрана
IPS технология обеспечивает наилучшую цветопередачу и максимальные углы обзора. Из существенных недостатков — болшее, чем у TN , время отклика, более заметная межпиксельная сетка и высокая цена. Улучшенные матрицы получили название S - IPS и SA - SFT (соответственно у LG . Philips и NEC ). Они обеспечивают уже приемлемое время отклика на уровне 25 мс, а новейшие и того меньше — 16 мс. Благодаря хорошей цветопередаче и углам обзора IPS матрицы стали стандартом для графических профессиональных мониторов.
MVA/PVA. Разумный компромисс?
Как компромисс между TN и IPS можно рассматривать разработанную Fujitsu технологию VA (Vertical Alignment). В матрицах VA кристаллы в выключенном состоянии расположены перпендикулярно плоскости экрана. Соответственно черный цвет обеспечивается максимально чистый и глубокий. Но при повороте матрицы относительно направления взгляда, кристаллы будут видны не одинаково. Для решения проблемы применяется мультидоменная структура. Разработанная Fujitsu технология Multi-Domain Vertical Alignment (MVA) предусматривает выступы на обкладках, которые определяют направление поворота кристаллов. Если два поддомена поворачивается в противоположных направлениях, то при взгляде сбоку один из них будет темнее, а другой светлее, таким образом для человеческого глаза отклонения взаимно компенсируются. В матрицах PVA , разработанных Samsung нет выступов, и в выключенном состоянии кристаллы строго вертикальны. Для того, чтобы кристаллы соседних субдоменов поворачивались в противоположных направлениях, нижние электроды сдвинуты относительно верхних.
В матрицах VA типа в выключенном состоянии кристаллы перпендикулярны поверхности экрана
Для уменьшения времени отклика в матрицах Premium MVA и S - PVA применяется система динамического повышения напряжения для отдельных участков матрицы, которую обычно называют Overdrive . Цветопередача матриц PMVA и SPVA почти так же хороша как и у IPS , время отклика немного уступает TN , углы обзора максимально широкие, черный цвет наилучший, яркость и контраст максимально возможные среди всех существующих технологий. Однако даже при небольшом отклонении направления взгляда от перпендикуляра, даже на 5–10 градусов можно заметить искажения в полутонах. Для большинства это останется незамеченным, но профессиональные фотографы продолжают за это недолюбливать технологии VA .
Для домашнего использования и для работы в офисе часто цена является решающим аргументом, и из-за этого мониторы с матрицей TN пользуются максимальной популярностью. Они обеспечивают приемлемое качество изображения при минимальном времени отклика, что является критически важным параметром для любителей динамичных игр. PVA и MVA матрицы не столь широко распространены из-за более высокой цены. Они обеспечивают очень высокий контраст (особенно PVA ), большой запас по яркости и хорошую цветопередачу. В качестве основы для домашнего мультимедийного центра (замена телевизора), это лучший выбор. Матрицы IPS все реже устанавливаются в мониторы с диагональю до 20 дюймов. По качеству лучшие модели S - IPS и SA - SFT не уступают CRT мониторам и все чаще применяются профессионалами в области фото, полиграфии и дизайна. Практические рекомендации по выбору монитора можно прочитать в статье «Выбираем ЖК-монитор. Что предпочесть фотографу, геймеру и домохозяйке?»
Совсем недавно, т.е. лет 15 назад, вряд ли многие предполагали, что ЖК-мониторы смогут вытеснить кинескопные. Качество LCD было низким, а цена крайне высокой. Но и сейчас нельзя назвать технологию производства панелей на жидких кристаллах идеальной. Для улучшения цветопередачи, увеличения контрастности и обеспечения равномерности подсветки в профессиональном NEC Reference 21 применена диодная подсветка. Стоит этот монитор около $6000 и пока его можно считать скорее полиграфическим оборудованием, чем компьютерной перефирией. Но мы знаем множество примеров, когда профессиональные технологии "спускаются" к любителям.
Многие крупные компании (Sanyo, Samsung, Epson) разрабатывают экраны на основе OLED — органических кристаллов. Сами кристаллы испускают свет при подаче напряжения, эти экраны чрезвычайно экономичные, яркие и контрастные. Но пока применяются только в мелкой портативной технике из-за дороговизны и технических проблем, связанных с долговечностью, воспроизведением некоторых цветов. В совсем отдаленной перспективе могут появиться и абсолютно новые технологии, о которых сейчас слышали только специалисты, а экран можно будет свернуть в трубочку или наклеить на стену. А может быть и не будет мониторов в нашем привычном понимании? А может быть, все перейдут на проекторы? И в качестве экрана можно будет использовать практически любую поверхность. Заманчивая перспектива.
Как известно, LCD заняли почётное первое место на рынке, сместив старые ЭЛТ мониторы. В те времена, когда «пузатые ящики» стояли на каждом рабочем столе, выбор монитора был сильно ограничен. И при приобретении компьютерной техники большинство людей брали первый попавшийся дисплей на прилавке. Потому как они практически ничем не отличались друг от друга. «Трубчатые» мониторы имели ряд серьёзных проблем, в том числе и связанные со здоровьем пользователя. Ведь мерцание экрана негативно влияло на глаза. И люди, постоянно работающие за компьютером, регулярно портили себе зрение.
Подобные проблемы и внушительные габариты дисплеев CRT заставляли производителей постоянно улучшать технологии производства. И в результате на свет появились LCD экраны. Разработка получилась настолько удачной, что со временем LCD стали основой для развития всё новых технологий в мониторостроении.
Что означает LCD
Название «Liquid Crystal Display» переводится как «Жидкокристаллический дисплей». Эта технология делает мониторы гораздо тоньше. И при этом значительно увеличивается площадь экрана.
Жидкие кристаллы и управление ими
Liquid Crystal (жидкие кристаллы) представляет собой органические вещества. При воздействии электрического напряжения кристаллы способны менять интенсивность пропускаемого через них света.
LCD матрица устроена так, что между двумя пластинами из стекла или пластика расположена сетка из жидких кристаллов. ЖК кристаллы, в свою очередь, расположены параллельно друг к другу. И это позволяет свету проникать через панель. А когда на матрицу приходит электрический сигнал, кристаллы начинают менять своё положение. И перекрывают проходящий через них свет.
Любой современный ЖК-дисплей, будь то монитор компьютера, экран ноутбука или смартфона, имеет сотни тысяч таких кристаллов. И все они объединены в LCD матрицу. Именно с помощью таких ячеек, размером долей миллиметра, можно формировать изображение. А также менять яркость, контрастность и цветопередачу.
История создания жидкокристаллического дисплея
История ЖК технологий берёт начало с изобретения английскими учёными стабильного жидкого кристалла. Потому как первые жидкие кристаллы были очень нестабильны. А также потребляли огромное количество энергии. И для серийного производства они, мягко говоря, не годились. Однако в 71-м году, благодаря Джеймсу Ли Фергесону (Fergason), работавшему в корпорации RCA (Radio Corporation of America) , мир увидел более совершенную версию ЖК дисплея. Новое открытие вызвало бурю обсуждений, и было принято очень горячё. И с того момента ЖК дисплеи стали распространяться в массы.
Виды ЖК экранов
По типу матрицы мониторы делятся на:
Наибольшее распространение получили как раз TFT дисплеи. Потому как они имеют больший функционал и лучшую стабильность.
Стоит отметить профессиональные LTV мониторы для видеонаблюдения. Такие дисплеи разительно отличаются от обычных компьютерных. Например, могут плавно отображать сразу несколько видеотрансляций на одном экране.
Как устроен LCD дисплей
Устройство LCD дисплея напоминает собой сэндвич. То есть, различные слои наложены друг на друга. В основе лежат пластины из стекла или, редко, из пластика. А между этими пластинами находится «начинка»:
- тонкоплёночный транзистор,
- цветной фильтр, который содержит основные цвета (красный, зелёный и синий),
- слой жидких кристаллов.
Источником света в LCD мониторах являются флуоресцентные лампы или светодиоды.
ЖК матрица
Основой LCD дисплея является матрица. ЖК матрица же состоит из различных слоёв:
- рассеиватель света,
- электроды,
- стекло,
- поляризаторы,
- слой с жидкими кристаллами.
Изображение строится с помощью целого массива пикселей. Которые, в свою очередь, снабжены светодиодами красного, зелёного и синего цвета.
Пассивная матрица
Принцип работы пассивной матрицы состоит в том, что каждая строка и столбец дисплея имеет собственный драйвер. И этот драйвер быстро выполняет анализ сигнала для активации необходимых пикселей. Но в современных реалиях, при увеличении размеров монитора и параметров яркости, изготовление таких матриц становится затруднительным. Потому как приходится увеличивать мощность потока энергии через линию управления. И из-за этого светодиоды в таких дисплеях больше подвержены выгоранию.
Активная матрица
Этот вид матриц решает проблемы с потребляемой энергией за счёт внедрения TFT технологии. Тонкоплёночные транзисторы управляют током через светодиод. А значит, управляют и яркостью отдельного пикселя. В этом случае через матрицу может проходить и более слабый ток для понижения яркости экрана.
Таким образом, яркость, контрастность и отображение цвета на таких матрицах лучше. А потребляемая энергия меньше.
Модуль подсветки
Каждый LCD дисплей снабжён модулем подсветки, который и создаёт свет. Потому что, без дополнительного внутреннего свечения человеческий глаз попросту не распознает изображение.
На базе флуоресцентных ламп
Такой тип подсветки позволяет получить различные цвета, в том числе и белый цвет экрана, который чаще всего используется в LCD дисплеях. Потребление электроэнергии при подсветке флуоресцентными лампами невелико. Однако для стабильной работы нужен источник переменного напряжения 80-100 В.
Дисплеи с такой подсветкой потребляют меньше энергии, но срок службы не так уж и велик.
На базе светодиодов
В отличие от предыдущей схемы подсветки, светодиоды дают более продолжительный срок эксплуатации. А также большую яркость экрана. Такая подсветка может работать и без преобразователей. Но необходима установка токоограничительных транзисторов.
Модуль управления
Плата управления является важным узлом в устройстве дисплея.
Именно на этой плате располагается основная распиновка и два микропроцессора, отвечающие за функционирование монитора.
Первый микропроцессор это восьми битный микроконтроллер. Он отвечает за ряд простых, но очень нужных функций:
- работа кнопочной панели,
- включение и выключение монитора,
- функционирование подсветки.
Для того чтобы настройки монитора не сбивались, к этому микроконтроллеру прилагается схема памяти.
Назначение второго микропроцессора куда обширней. Ведь он отвечает за обработку аналогового сигнала и подготовку его вывода на ЖК-панель.
Таким образом, плату управления можно назвать мозгом дисплея. Потому что всё управление ЖК дисплеем проходит именно в цифровом виде. Сигнал, проходящий с видеокарты, попадает сюда, после чего мы и получаем изображение.
Блок питания
Стоит отметить, что некоторые неисправности ЖК мониторов возникают именно из-за проблем с блоком питания. Потому как из-за сильных скачков напряжения транзисторы перегорают.
Корпус
Всё, что было перечислено выше, упаковано в корпус монитора. В плане характеристик корпуса всё зависит от фантазий разработчиков. Будь то форма или материал, из которого он изготовлен.
Интересной частью корпуса является панель управления монитором. В этой роли выступают как обычные механические кнопки, так и интерактивные иконки на самом экране. А также каждый монитор снабжён всей необходимой распиновкой. А некоторые даже разъёмами для аудиосистемы.
Характеристики ЖК мониторов
Мониторы компьютерные жидкокристаллические имеют ряд присущих им технических характеристик. И по этому выбрать себе подходящий монитор не так просто. Каждый вид дисплея имеет свои плюсы и минусы. Однако выявить явного фаворита практически невозможно.
Тип ЖК матрицы
Преимущества и недостатки ЖК мониторов во многом зависят от типа матрицы. И при выборе нового дисплея к своему компу, стоит учесть то, чем вы занимаетесь. Потому что каждая матрица в той или иной мере отличается по качеству изображения.
- TN матрица. Это наиболее распространённый и самый старый из представленных типов матриц. Экраны с такой матрицей отличаются самой низкой ценой среди конкурентов. А также быстрым временем отклика. Однако страдают малыми углами обзора и плохими показателями цветопередачи и контрастности.
- IPS матрица. Такие дисплеи подойдут тем, кто работает с фото и видео. А также просто любителям посмотреть фильмы или сериалы. Так как IPS матрицы обеспечивают приемлемую цветопередачу и углы обзора. А минусом можно считать высокую цену и повышенное время отклика экрана. . Это нечто среднее между IPS и TN технологиями. Такие экраны обладают отличной контрастностью и неплохим временем отклика. Однако углы обзора заметно ниже, чем у IPS. Так что, эти мониторы хорошо подойдут геймерам.
Отдельно стоит отметить новую прогрессивную технологию LTPS. Она обеспечивает невероятно быстрое время отклика, которое выше показателей IPS в два раза.
Разрешение монитора
Показатель разрешения монитора зависит от соотношения точек с физическими габаритами экрана. И чем больше разрешение экрана, тем больше деталей он отображает.
Яркость
Этот параметр зависит как от типа подсветки, так и от типа самой матрицы. А самыми яркими считаются мониторы со светодиодной подсветкой и IPS матрицами.
Контрастность
Эта характеристика отвечает за баланс чёрного и белого цвета в изображении. И чем выше контрастность, тем глубже отображаются оттенки цветов. Например, хорошей контрастностью отличаются мониторы с MVA матрицей.
Угол обзора
От угла обзора зависит то, с какого положения монитора изображение будет оставаться чётким. Ведь при низких углах обзора цвета начинают отображаться некорректно (затемняются). И тогда приходится смотреть на монитор только под прямым углом. Такого недостатка практически лишены IPS матрицы.
Время реакции пикселя
От этого показателя зависит плавность движения изображения. И при низких его значениях динамическое изображение отображается некорректно. Что проявляется в появлении шлейфов, полос и артефактов. Да, конечно при просмотре обычного видео это не так заметно. А вот при игре в динамичные видеоигры такой недостаток быстро заявит о себе.
Количество отображаемых цветов
Помимо цветных мониторов, и по сей день, продолжает жить монохромный ЖК-дисплей. Такие экраны отображают только один цвет разных оттенков. А используются они, например, в бортовых компьютерах станков, бытовых агрегатов и автомобилей.
Что касается обычных LCD мониторов, то в любом из них используется система RGB Color. Red – красный, Green – зелёный, Blue – синий. При этом, многообразие и качество цветовой гаммы зависит от типа матрицы. А самая качественная цветопередача у IPS матриц.
Бывает, что цветные мониторы отображают не те цвета. Например, встречается такое явление, как инверсия ЖК дисплея. При инверсии цвета начинают отображаться некорректно, а то и вовсе меняются местами.
Интерфейс монитора
Эта характеристика напрямую зависит от модели и производителя. Так, помимо стандартных элементов настройки и управления питанием, мониторы снабжаются дополнительным интерфейсом аудиосистемы. А также управления подсветкой монитора и многим другим.
Послесловие
LCD дисплеи прошли сложный путь и продолжают развиваться по сей день. И на рынке появляются всё новые конкуренты. Например, плазма и amoled технологии. Однако до сих пор LCD мониторы занимают почётное первое место. И, хотя, технические характеристики таких дисплеев ещё не совершенны. Тем не менее, каждый найдёт себе LCD по вкусу.
Читайте также: