Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Разные фирмы – производители ЖКЭ в условных графических изображениях драйверов применяют различные символьные названия для столбцовых и строчных выводов. Например, фирма Philips для строчных выводов использует наименование BPi (Back Plane). Столбцовые (сегментные) выводы именуются символами COLi (Column), SEGi (Segment) или просто Si. Число строк ЖКЭ, адресуемых одним драйвером строк, определяет коэффициент мультиплексирования. Для низкомультиплексных ЖКЭ данный коэффициент имеет значения 1:2, 1:3, 1:4. Более сложные варианты адресации типа 1:5 или 1:6 теоретически возможны, но на практике не реализуются.

В некоторых микросхемах драйверов есть возможность программно выбирать тип генератора уровней напряжения, используемых для формирования уровней напряжений строк и столбцов. Этот параметр, называемый bias, фактически определяет тип схемы формирования напряжений для строк и столбцов. Тип схемы определяется числом уровней напряжений. Для bias 1:2 это 3 уровня, а для 1:3 – 4 уровня. В матричных ЖКЭ может использоваться до 6 уровней напряжений. Однако в драйверах низкомультиплексных ЖКЭ параметр bias принимает значения, не превышающие 1:3.

Для примера на рис. 10.9 приведены осциллограммы сигналов управления ЖКЭ с коэффициентом мультиплексирования 1:3, на которых используются следующие обозначения [65]:

Tк – период кадровой развертки; VDD – напряжение питания логики драйвера; VLCD – напряжение смещения, питающее выходные формирователи управляющих сигналов строк и столбцов; Vop = VDD – VLCD – максимальное действующее напряжение на драйвере, состоящее из напряжения питания логики и напряжения смещения для выходных формирователей строк и столбцов; BP0…BP2 – сигналы строчных выходов; Sn…Sn+2 – сигналы столбцовых выходов.

10.3. Структура модуля жидкокристаллического экрана

Модуль жидкокристаллического экрана состоит непосредственно из ЖКЭ со схемой управления. На рис. 10.10 показана типовая схема модуля ЖКЭ. Для матричных ЖКЭ на плате модуля могут находиться только драйверы строк и столбцов, а также схема формирователей напряжений для драйверов. Контроллер и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), как правило, устанавливаются вне платы модуля.

Формирование изображения (регенерация отдельных кадров на основе данных ОЗУ) и управление разверткой для ЖКЭ матричного типа производится внешним контроллером.

ЖКЭ имеет на подложках (на одной или на обеих) выводы управления строками и столбцами, представленные пленочными контактами из In2O3. Контакты соединяют выводы ЖКЭ со схемой управления. Они могут быть выполнены в виде металлических гребенок – клипс, которые с одной стороны одеваются на стекло подложки ЖКЭ и с помощью проводящей пасты (клея) контактируют с пленочными выводами, а с другой могут распаиваться на печатную

Рис. 10.10. Структура модуля жидкокристаллического экрана

плату. Таким образом, ЖКЭ устанавливается на печатной плате как обычный компонент. В большеформатных ЖКЭ контакты изготавливаются на основе гибких шлейфов.

Схема преобразователя напряжений обеспечивает для драйверов строк и столбцов формирование специальных уровней напряжений. Уровни напряжений определяются числом мультиплексированных строк и типом жидкокристаллического материала.

10.4. Устройство и принципы функционирования жидкокристаллического экрана

10.4.1. Конструкция просветного жидкокристаллического экрана

Жидкокристаллические ячейки, использующие TN (Twisted Nematic) или STN материалы относятся к пассивному типу устройств, которые лишь модулируют внешний световой поток под действием электрического поля.

Возможная конструкция ЖКЭ, работающего на просвет, показана на рис. 10.11 [66]. Он состоит из отражателя 1; одной или нескольких люминесцентных ламп повышенной яркости и долговечности 2; светофильтра 3, выполненного в виде мозаики R, G и B цветных фильтров; параллельных поляризатора 4 и анализатора 11; стеклянных подложек 5 и 10, на которые соответственно напылены прозрачный электропроводящий слой 6 и тонкопленочная матрица управляемых элементов 9; изолирующей прокладки 7, одновременно выполняющей функции спейсера (зазорозадающего распорного элемента); слоя ЖК 8, который в отсутствие управляющего напряжения обеспечивает поворот плоскости поляризации линейно-поляризованного света на 90 . Поляризатор 3

Рис. 10.11. Конструкция просветного жидкокристаллического экрана

предназначен для выделения из неполяризованного белого света колебаний с линейной поляризацией.

Отражатель, входящий в состав просветного ЖКЭ, представляет собой акриловую пластинку с микропризматическими бороздками, обеспечивающими отражение света непосредственно на жидкокристаллическую панель (матрицу) без дополнительного рассеяния. Иногда для обеспечения более равномерного освещения жидкокристаллической панели выходным излучением ламп подсветки непосредственно перед панелью (см. рис. 10.11) устанавливается рассеиватель 12, выполненный из специальной пластмассовой пленки.

В исходном состоянии (без подачи управляющих напряжений) ЖКЭ не пропускает свет от люминесцентных ламп, так как слой ЖК 8 поворачивает плоскость поляризации линейно-поляризованного света на 90 , он задерживается анализатором 11.

При подаче управляющего напряжения на элементарный участок слоя ЖК устраняется вращение плоскости поляризации света, и он не задерживается анализатором. Это приводит к появлению на выходной плоскости ЖКЭ локально окрашенной элементарной точки, цвет которой определяется неуправляемым оптическим фильтром, находящимся напротив данного элементарного участка ЖК.

Одним из основных недостатков первых моделей ЖК-мониторов была зависимость качества воспринимаемых изображений от направления рассматривания. При отклонении направления взгляда от перпендикуляра к плоскости экрана воспринимаемое изображение становилось все менее контрастным с ухудшенной цветопередачей. Однако такие условия наблюдения характерны только для ЖКЭ типа TN (Twisted Nematic), то есть, использующего нематические ЖК в режиме твист-эффекта.

Для уменьшения зависимости контрастности и цветопередачи от изменения угла наблюдения было предложено несколько вариантов решения. Самый простой способ заключается в нанесении на переднюю поверхность ЖКЭ рассеивающих пленок. В этом случае световые лучи, излучаемые монитором перпендикулярно его фронтальной плоскости, окажутся переориентированными и будут распространяться от экрана под разными углами. Практически все мониторы, использующие ЖК-матрицы типа TN, имеют покрытие из подобных пленок. Вот почему такие ЖКЭ имеют обозначения TN + Film (пленка) или FTN.

Кроме того, широкий угол обзора воспроизводимых ЖКЭ изображений (практически в пределах 170 ) обеспечивается за счет применения прогрессивных технологий WVA (Wide-Viewing Angle) ориентации молекул ЖК-материа- ла, таких как IPS (In Planar Switching – планарная ориентация молекул ЖК между электродами ячейки), MVA (Multi-Domain Vertical Alignment – многодо-

менная вертикальная ориентация молекул ЖК в пределах одного пикселя за счет использования «негативных» ЖК, молекулы которых разворачиваются более длинной стороной не вдоль линий электрического поля, а поперек), а также

PVA (Patterned Vertical Alignment – разновидность MVA). Метод PVA позволил в 1,5 раза повысить контрастность воспроизводимых изображений (до 800:1).

10.4.2. Практическая реализация устройств задней подсветки жидкокристаллических экранов

Классификация источников излучения модулей подсветки. Для созда-

ния светового потока в ЖКЭ применяют устройство задней подсветки, содержащее источник излучения, светораспределитель или светорассеиватель и отражатель. Светораспределитель может содержать ультрафиолетовый и инфракрасный фильтры. В качестве источника излучения могут использоваться одна или несколько ламп накаливания, электролюминесцентные панели, миниатюрные люминесцентные лампы и, наконец, массивы светодиодных излучателей, которые из-за преимуществ их использования в устройствах подсветки ЖКЭ вытесняют люминесцентные лампы с холодным катодом.

Электролюминесцентная подсветка. В качестве источника излучения задней подсветки ЖКЭ иногда используется электролюминесцентная панель. Панель может быть выполнена на подложках из стекла или пластика и иметь толщину от 1,5 до 0,3 мм. Площадь панели варьируется от нескольких десятков мм2 до нескольких десятков см2. В основном используются электролюминесцентные панели, работающие на переменном токе, хотя существуют конструкции таких панелей, работающих на постоянном токе, но срок службы их невелик. Для питания электролюминесцентной панели требуется использовать специальный преобразователь напряжения. Преобразователь (инвертор) входное постоянное напряжение (1,5...12 В) преобразует в переменное частотой от 400 до 800 Гц. Амплитуда рабочих напряжений находится в пределах от 70…80 до 200 В. Срок службы электролюминесцентной панели меньше, чем у светодиодов или чем у люминесцентной лампы с холодным катодом, и составляет от 3 до 5 тысяч

часов. Яркость свечения электролюминесцентных панелей лежит в диапазоне 50…200 кд/м2. Рабочий ток зависит от площади панели. Для площади панели в несколько десятков см2 ток потребления составит несколько мА.

Устройство подсветки с люминесцентной лампой. В качестве источника излучения подсветки достаточно часто применяются миниатюрные люминесцентные лампы. В основном используются безнакальные двухэлектродные люминесцентные лампы, работающие на переменном токе. Эти лампы имеют цилиндрическую или U-образную форму.

На рис. 10.12 и 10.13 показаны типовые конструкции модулей подсветки с прямым (фронтальным) и торцевым расположением люминесцентной лампы [65].

Яркость потока света от цилиндрической люминесцентной лампы имеет наибольшее значение в центре (напротив лампы) и затем постепенно убывает к краям рабочей поверхности модуля подсветки. Для обеспечения равномерного распределения яркости в модуле подсветки зеркальная поверхность отражателя имеет форму зеркала Френеля. При этом внутренняя поверхность светорассеивателя также имеет специальное рифление, соответствующее профилю линзы Френеля (рис. 10.14). Грани канавок рифления (микропризмы) обеспечивают сложное переотражение света по определенным траекториям и перераспределение светового потока от центра, где яркость свечения цилиндрической лампы сильнее всего к периферии. Фактически светорассеиватель обеспечивает диффузное рассеяние света, приходящего от лампы и от зеркальных стенок отражателя. Известны конструкции светорассеивателей, в которых используются специальные корректирующие фильтры, имеющие подобранное двумерное распределение коэффициента пропускания в соответствии с конструкцией лампы и отражателя. Цель всех этих устройств – максимально использовать энергию светового потока и обеспечить равномерное распределение яркости в рабочей зоне подсветки жидкокристаллического дисплея.

Рис. 10.12. Конструкция задней подсветки с прямым расположением источника света