1.2 Конструкция и структурная схема lcd - монитора.

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.

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, 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. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.

Если постоянное напряжение приложено в течение 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 (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).

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.

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.

Таким образом, полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Рисунок 1 - Красный субпиксел цветного ЖК-монитора.

Рисунок 2 – Принцип действия и поведение ЖК – пикселя при включенном и выключенном напряжении.

Каждый пиксель LCD – дисплея состоит из трёх субпикселей: красного, зелёного и синего цвета. Цвет субпикселя достигается цветовым фильтром. Он пропускает свет только определённой длины волны, что даёт нам получить красный синий и зелёный цвета. Смешением этих трёх цветов в определённых пропорциях позволяет нам получить любой цвет и его оттенок. Это сделано для создания цветного изображения. Создание целой картинки обеспечивается с помощью целой матрицы пикселей, а управление ею обеспечивается с помощью матрицы токоведущих проводников. Количество вертикальных и горизонтальных проводников равняется количеству пикселей по вертикали и горизонтали. При подачи напряжения на определённую вертикальную линию и определённую горизонтальную линию, мы имеем доступ на пиксель находящийся на пересечении этих двух линиях. Для получения полной картинки идёт управление каждым пикселем по очереди, начиная с правого верхнего угла и заканчивая нижним левым углом, заполнение идёт по горизонтали. Управление пикселями идёт с такой скоростью что для глаза остаётся незаметным то, что пиксели меняются по очереди и человек видит изменение картинки всей сразу.

Рисунок 3 – Пример структурной схемы LCD – монитора.

На рисунке 3. показана типовая структурная схема LCD-мониторов. Сразу видно, что она значительно отличается от структурных схем CRT-мониторов. Мониторы имеют автоматическую развертку с цифровым управлением от микропроцессора. Восьмиразрядный микропроцессор (micom) контролирует параметры развертки и разрешения в соответствии с установками пользователя через OSD-меню, записывает в память EEPROM информацию о частотах и настройках развертки, контролирует настройку у-коррекции(цветовой баланс).

Входной аналоговый RGB-сигнал с ПК может подаваться на 15ти контактный разъем D-SUB (вход Video 1) или 21 контактный 1 3W3 (вход Video 2). Переключение входов Video 1 или Video 2 осуществляется коммутатором. Синхроимпульс Н-Sуnс выделяется из сигнала зеленого цвета с помощью синхроселектора и поступает через буфер на схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Схема ФАПЧ включает в себя фазовый детектор, фильтр нижних частот и управляемый напряжением генератор. В случае отклонения строчной частоты входного сигнала от частоты развертки подстройка управляемого напряжением генератора осуществляется сигналами CLK+, CLK-. Сигналы трех основных цветов поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). На его выходе формируются восьмиразрядные цифровые сигналы основных цветов. LCD-контроллер выполняет функции масштабирования изображения и у-коррекции цвета. Его выходные сигналы используются схемой интерфейса, которая формирует цифровой код ТМОS для шинных дешифраторов. Дешифраторы управляют засветкой каждого пикселя и конструктивно расположены на стеклянной подложке LCD-панели. Две лампы подсветки (ЛП) питаются от инвертора напряжением 500 В, 48 кГц. Яркость ЛП регулируется изменением величины питающего напряжения в диапазоне 400...550 В. Вся схема монитора питается от DC/DC-конвертора, вырабатывающего 3 напряжения: 12 В, 5 В и 3,3 В, который, в свою очередь, питается от выносного AC/DC-адаптора.