Смагин М.С. Вычислительные машины, системы и сети (1088253), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Сними тоже следует подробно разобраться.Итак, сначала разберёмся с устройством и принципом работы ЖКмонитора. В основе ЖК-монитора лежит источник света. Свет от источникапроходит через первый поляризационный экран и в поляризованном виде попадает на матрицу жидких кристаллов. Пройдя через матрицу, он попадает навторой поляризационный экран, ось поляризации которого перпендикулярнаоси поляризации первого.
Свет, прошедший второй поляризационный экран,наблюдается пользователем как свечение экрана монитора. Цветная окраскасвета достигается за счёт использования светофильтра. Каждый пиксельжидкокристаллического монитора разбит на три субпикселя, − красного, синего и зелёного цветов. Цветность того или иного субпикселя определяетсястоящим в нём светофильтром. Размеры субпикселей настолько малы, чтонаблюдатель видит их как один пиксель, а их излучение, складываясь, опре144деляет цвет пикселя в целом. Таким образом, управляя светимостью трёхсубпикселей, можно придавать свечению пикселя произвольный цвет.Общая схема устройства ЖК-монитора приведена на рисунке.Рис.58 «Структура ЖК-монитора»Жидкокристаллической матрице отводится в этой системе наиболее активная роль.
Для каждого пикселя она меняет направление поляризации света, прошедшего первый поляризационный экран. Если направление поляризации проходящего света изменяется настолько, что становится близким коси поляризации второго экрана, то он проходит сквозь неё и пиксель светится. Если же нет, − то задерживается на нем, и пиксель становится чёрным.Таким образом, управляя поляризационными характеристиками матрицыжидких кристаллов, можно управлять яркостью свечения пикселей.Рассмотрим некоторые из элементов структуры ЖК-монитора болееподробно. Начнём с источника света.145В современных мониторах используются источники света двух типов –электролюминесцентные лампы и светодиоды.
Светодиоды по-английски называются LED (Light Emitting Diode), а мониторы с диодными источникамисвета называют LED-мониторами. Электролюминесцентные лампы дешевле,однако, менее долговечны, чем светодиоды, и обеспечивают худшую цветопередачу.Причины этого кроются в неравномерности спектра излучения люминесцентных ламп и особенностях спектральной чувствительности человеческого глаза. Свет, как известно, является электромагнитной волной, котораяхарактеризуется, в частности, частотой и амплитудой. Человеческий глазразличает волны с частотами от 400 до 790 ТГц.
Волны разной частоты впределах этого диапазона человек воспринимает как свет различного цвета открасного до фиолетового. Причём чувствительность человеческого глаза камплитуде волн разной частоты тоже не одинакова. График чувствительности человеческого глаза в зависимости от частоты и, соответственно, цветавидимого света, представлен на рисунке.Рис.59 Спектральная чувствительность человеческого глазав зависимости от частоты электромагнитных волн видимого диапазонаБуквами на графике показаны зоны, соответственно:К − красного цвета, О − оранжевого цвета, Ж − желтого цвета, З − зелёного цвета, Г − голубого цвета, С − синего цвета, Ф − фиолетового цвета.146Данный график показывает, что человеческий глаз наиболее чувствителен к световому излучению зелёного, голубого и жёлтого света.
Зелёныйсвет человек воспринимает наиболее чувствительно.Объяснение данного явления вполне очевидно. Данные цвета наиболеечасто встречались предкам человека в их естественной среде обитания – зелёная трава, желтая и зелёная листва, голубое и синее небо. Трава и деревьяскрывали как главные источники пищи предков человека, грибы и ягоды, таки главные источники опасностей, − диких животных.
Поэтому к ним приходилось быть особенно внимательнымЕсли же представить в виде аналогичного графика распределение интенсивности свечения люминесцентной лампы по различным цветам видимого спектра в виде графика, то картина получится следующая:Рис.60 Распределения интенсивности свеченияэлектролюминесцентных ламп по цветамвидимого спектра электромагнитных волнКак видно из графика, свечение люминесцентной лампы имеет неравномерный характер, слабо совпадающий с графиком спектральной чувствительности человеческого глаза.
Это значит, что различные оттенки зелёногоцвета, к которому человеческий глаз столь чувствителен, монитор на люми147несцентных лампах будет отображать с различной яркостью. То же будет относиться и к остальным цветам.Если же мы посмотрим на спектральную характеристику белых светодиодов, приведённую ниже, то увидим, что она гораздо ближе к спектральной характеристике человеческого глаза.Рис.61 Распределения интенсивности свеченияэлектролюминесцентных ламп по цветамвидимого спектра электромагнитных волнТаким образом LED-мониторы обеспечивают качественно лучшуюцветопередачу, чем мониторы на люминесцентных лампах. Кроме того, диоды, как уже говорилось, долговечнее ламп, однако гораздо дороже.Следующим важным элементом ЖК-монитора, подлежащим подробному рассмотрению, является жидкокристаллическая матрица.
Как уже былосказано, с её помощью решаются задачи управления яркостью и цветностьюсвечения пикселей экрана. Физически матрица состоит из массива ячеек. Каждая ячейка соответствует одному пикселю на экране, поэтому иногда самиэти ячейки называют пикселями.
Каждый пиксель, в свою очередь, делитсяна три субпикселя, один из которых отвечает за свечение красного цвета,другой, соответственно, зелёного, а третий – синего. Смешение света от трёхсубпикселей позволяет окрашивать пиксель в произвольный цвет. Так решается задача управления цветностью изображения.148Задача управления яркостью пикселя решается с помощью управляемой системы жидких кристаллов в соответствующей ему ячейке жидкокристаллической матрицы. Свет, пройдя сквозь первый поляризационный экран,попадает на систему жидких кристаллов. Если ячейка находится в «открытом» состоянии, то свет, проходя систему, меняет направление своей поляризации, так что на выходе системы направление поляризации отклоняется на90 градусов относительно исходного, и свет свободно проходит через второйполяризационный экран.
Если же ячейка находится в «закрытом» состоянии,то поляризация света не меняется, и, пройдя матрицу жидких кристаллов,свет задерживается на втором поляризационном экране. Таким образом,управляя ориентацией кристаллов, можно управлять яркостью изображенияна экране.Такое управление может быть выполнено несколькими различнымиспособами. В зависимости от способа управления ориентацией жидких кристаллов, выделяют три вида жидкокристаллических матриц:1. TN-матрицы;2.
IPS-матрицы;3. MVA матрицы.Аббревиатура TN расшифровывается как Twisted Nematic (закрученные нематики). Слово «нематики» означает тип используемых жидких кристаллов – нематические. А почему их назвали закрученными, станет понятнониже. TN-матрицы являются наиболее простыми и дешёвыми, что обусловило их массовое использование в мониторах ноутбуков. Они не обеспечиваютхорошую цветопередачу и контрастность, однако их главным достоинствомявляется низкое время отклика. Это достоинство делает их оптимальнымидля использования в системах, предназначенных для компьютерных игр ипросмотра фильмов с динамичной сменой сцен.Принцип их работы основан на управлении горизонтальной ориентацией кристаллов с помощью электрического поля. Когда ячейка жидкокри149сталлической матрицы находится под воздействием электрического поля,кристаллы выстраиваются параллельно экрану в закрученную спиралевидную структуру.
Именно форма закрученной спирали и дала название этомутипу матриц, − закрученные нематики. Свет, последовательно проходя каждый из кристаллов системы, меняет свою поляризацию. Так происходит дотех пор, пока она не начинает совпадать с направлением поляризации второго поляризационного экрана. В этом случае светимость пикселя максимальна, и про такой пиксель говорят, что он находится в «открытом» состоянии.Меняя напряжённость электрического поля, можно управлять степенью закручивания кристаллов в системе, и, тем самым, менять яркость свеченияпикселя.Рис.62 Субпиксели TN-матрицы в открытом состоянии.Если же электрическое поле отсутствует вовсе, то закрученная винтовая структура разрушается и кристаллы занимают произвольную позицию.Свет не проходит через них, и пиксель находится в так называемом «закрытом» состоянии, что соответствует чёрному цвету.
Проблема матриц данноготипа состоит в том, что кристаллы нематического типа трудно выстроитьперпендикулярно второму поляризационному экрану. Часть из них, послевыключения напряжения, остаются параллельны ей, обеспечивая, тем самымпрохождение небольшой части света через второй экран. Поэтому TN-150мониторы имеют низкие показатели контрастности и плохо отображают чёрный цвет.Рис.63 Субпиксели TN-матрицы в закрытом состоянии.Противоположностью матрицам типа TN являются матрицы типа IPS.Они являются наиболее дорогим типом матриц.
Среди всех типов жидкокристаллических матриц, они обеспечивают наилучшую цветопередачу, однакообладают слабыми характеристиками контрастности и времени отклика. Этообусловило использование IPS-мониторов, в основном, для нужд просмотраи обработки статичных цветных изображений, в первую очередь, конечно же,фотографий.Аббревиатура IPS расшифровывается как In Plane Switching (переключение в плоскости).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
