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

света, предложенной специалистами фирмы Samsung (рис. 10.31) [69]. Наличие дополнительного субпикселя W белого света с минимальным коэффициентом поглощения в цветном пикселе расширяет диапазон передачи цветовой гаммы и увеличивает диапазон регулировки яркости.

Новая технология фирмы Samsung отличается порядком следования цветов и специальным алгоритмом, реализованным в микросхеме контроллера, который и обеспечивает минимальные искажения цветов.

Существует и альтернативный механизм формирования ЖКЭ цветного изображения, в котором цветные фильтры не используются. Вместо этого поочередно включаются три источника синего, красного и зеленого цвета (светодиоды RGB-типа) и производится пространственная модуляция яркости каждой из цветовых фаз [70]. Новый метод FSC (Field Sequential Color – последовательность цветовых полей) позволяет значительно улучшить экономичность подсветки наряду с улучшением качества воспроизводимого изображения за счет увеличения апертуры экрана. При этом благодаря сокращению числа технологических операций, связанных с изготовлением цветных фильтров, значительно упрощается процесс изготовления матрицы ЖКЭ. Число пикселей в матрице нового типа в три раза меньше по сравнению с традиционной матрицей на основе цветных фильтров.

Для последовательной коммутации цветов кадровая развертка должна работать втрое быстрее (150 вместо 50 Гц), при этом необходимо обеспечить быстродействие ЖК-ячеек на уровне нескольких мс. На рис. 10.32 приведена временнáя диаграмма, характеризующая процесс воспроизведения цветного кадра ЖКЭ в случае отсутствия цветных фильтров.

Рис. 10.31. Топология цветных фильтров RGBW с дополнительным

субпикселем белого света W

Рис. 10.32. Временнáя диаграмма кадра при последовательной цветовой модуляции

Рис. 10.33. Упрощенная конструкция цветного ЖКЭ со светодиодной подсветкой:

1 – ЖК-матрица; 2 – рассеиватель 2; 3 – рассеиватель 1;

4– массив (36 28) RGB-светодиодов

Вданном случае формирование цветного изображения осуществляется следующим образом. Для каждого из основных цветов производится последовательная загрузка матрицы из дисплейного оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). При загрузке (адресации) матрицы источники подсветки выключены. После завершения загрузки данных перед включением одного из источников основного цвета выдерживается пауза для того, чтобы завершился переходный процесс в ЖК-ячейках пространственного матричного модулятора. Если паузу не выдерживать и сразу включить источник света, то возникнут яркостные искажения воспроизводимых изображений, поскольку интервалы времени переходов ЖК-ячеек в новое оптическое состояние будут различными в зависимости от предыдущего оптического состояния каждой ЖК-ячейки. Процесс релаксации – перехода ЖК-ячейки из включенного в выключенное состояние имеет большую длительность. Поэтому продолжительность паузы должна быть больше времени релаксации. После паузы подсветка включается подачей питания на массив светодиодов определенного цвета. Длительность цветовой вспышки невелика – 1,22 мс, поэтому пиковая яркость светодиодов должна быть в несколько раз выше, чем у постоянно включенного источника традиционной подсветки.

Дисбаланс яркости светодиодов разных цветов можно скомпенсировать подбором числа светодиодов каждого цвета в массиве или регулировкой тока по каждому цвету (рис. 10.33). Рассеиватели 2, 3 (см. рис. 10.33) выполнены на основе линз Френеля и позволяют при малой толщине конструкции получать равномерное распределение света от точечных источников с малыми оптическими потерями. Управление подмассивами светодиодов производится обычными токовыми транзисторными ключами. Сигналы управления токовыми ключами формируются на основе сигналов субкадровой развертки частотой 150 Гц.

10.4.4. Использование черной решетки в жидкокристаллических экранах

Контрастность воспроизводимого ЖКЭ изображения определяется отношением коэффициентов пропускания для выбранного (рабочего) и нерабочего элементов изображения (пикселей). Контрастность зависит от многих факторов, но в основном от типа жидкокристаллического материала и коэффициента мультиплексирования строк. Самую высокую контрастность (до 100) имеют изображения, воспроизводимые ЖКЭ с активной матричной адресацией.

Одним из параметров, характеризующих оптические свойства пикселей, является апертура – отношение полезной площади жидкокристаллической ячейки (модулятора) S1 ко всей площади пикселя S0 (рис. 10.34, а). Для современных высококонтрастных ЖКЭ TFT-типа значение апертуры для отдельных пикселей может составлять от 40 до 85%.

Для улучшения контрастности изображений, воспроизводимых ЖКЭ просветного типа с учетом реальных значений апертуры элементарных пикселей, используется специальная оптическая структура, которая называется Black Matrix или черная решетка [65]. В ЖКЭ с активной матричной адресацией решетка наносится поверх слоя цветных фильтров. Материалом черной решетки является пленка из композитного металлодиэлектрического материала. Рисунок матрицы получается методом шелкографии. По сути, это оптический фильтр, который блокирует прохождение света через нерабочие и оптические неуправляемые зоны на рабочей площади ЖКЭ (электроды адресации, зазоры между пикселями) (рис. 10.34, б; 10.35). Одновременно черная решетка позволяет снизить взаимное проникновение световых потоков от соседних элементов изображения вследствие параллакса. Использование маскирующей черной решетки дает возможность значительно уменьшить просачивание света через нерабочие оптические области ЖКЭ на границах раздела между соседними пикселями в выключенном состоянии жидкокристаллической ячейки.

Рис. 10.34. Оптическая структура жидкокристаллического экрана с черной решеткой:

а) структура жидкокристаллических ячеек; б) структура «черной решетки»

Рис. 10.35. Топология цветных фильтров и Black Matrix в цветном жидкокристаллическом дисплее

При изготовлении современных моделей ЖКЭ используется технология COA (Color Filter on Array). Суть этой технологии заключается в том, что цветные фильтры переносятся с верхней подложки экрана на подложку с активной матричной структурой и размещаются поверх транзисторной матрицы. Такой способ дает уменьшение параллакса, устраняет необходимость в черной решетке с широкими дорожками, увеличивает числовую апертуру и яркость изображения за счет уменьшения ширины дорожек Black Matrix. Коэффициент поглощения излучения задней подсветки также уменьшается.

10.4.5. Смена полярности сигналов управления

Для всех типов ЖКЭ при адресации элементов изображения обязательно используются сигналы переменного напряжения. Делается это для того, чтобы избежать явлений гидролиза и диссоциации сложных органических соединений, входящих в состав жидкокристаллического материала. Жидкокристаллический материал является смесью, состоящей из нескольких компонентов, каждая из которых предназначена для того, чтобы обеспечить определенное качество для композитного материала – вязкость, дипольный момент, определенную ориентацию при взаимодействии со слоями ориентирующих покрытий. Смена полярности может производиться с частотой кадровой развертки или же по более сложным схемам, например, для матричных дисплеев смена полярности управляющих напряжений на выходах драйверов строк и столбцов может производиться с периодом через каждые 15…20 строк.

Необходимость смены полярности напряжений, приложенных к электродам адресации, приводит к усложнению формы управляющих сигналов. Для то-

Рис. 10.36. Методы смены полярности управляющего напряжения для ЖКЭ с активной адресацией:

Значками + и – отмечены пиксели, для которых используется соответственно положительная и отрицательная полярности возбуждающих напряжений

го чтобы синтезировать многоступенчатые сигналы управления, требуется формировать группу опорных напряжений от 3 до 6. Во всех спецификациях на ЖКЭ специально оговаривается допустимый уровень постоянной составляющей в сигнале управления элементами изображения.

Для ЖКЭ с активной адресацией используются три способа смены полярности управляющих напряжений (рис. 10.36) [65]:

покадровая инверсия полярности;

чересстрочная инверсия;

поточечная инверсия.

Последний способ инверсии обеспечивает самую меньшую заметность мерцания элементов изображения с частотой отображения кадров.

10.4.6. Уменьшение кросс-эффекта при адресации матричных жидкокристаллических экранов

Кросс-эффект в той или иной мере проявляется во всех матричных ЖКЭ. Суть этого эффекта проявляется в паразитном влиянии группы пикселей с одним оптическим состоянием на оптическое состояние других пикселей. В ЖКЭ STN-типа кросс-эффект проявляется в виде наблюдаемых горизонталь-