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

ных или вертикальных теневых полосок от группы выбранных пикселей на светлом фоне, и наоборот.

Кросс-эффект связан с неидеальностью физической среды для адресации жидкокристаллических ячеек. Эта неидеальность обусловлена комбинацией трех основных параметров. С одной стороны, большое влияние оказывает не равное нулю сопротивление полосок электродов. С другой стороны, выходное сопротивление последних каскадов драйверов строк и столбцов (формирователей напряжений) также достаточно велико – около 500 Ом. И, наконец, матричная система электродов с тонким слоем диэлектрика (жидкокристаллического материала) представляет собой распределенную RC-структуру. В результате проявления всех перечисленных факторов форма напряжений сигналов строк и столбцов изменяется на электродах и отличается от той формы, которая генерировалась непосредственно на выходах драйверов. Искажение формы сигналов приводит к появлению частичной паразитной подсветки неадресуемых элементов. Особенно сильно кросс-эффект проявляется на определенных тестовых изображениях, имеющих низкочастотные пространственные составляющие, например, таких, как черный квадрат на светлом фоне, или наоборот. Но даже если характер изображения не носит регулярный характер, контрастность изображения в результате проявления кросс-эффекта будет значительно ухудшена.

С целью нейтрализации кросс-эффекта, в первую очередь, используются прозрачные электроды с низким удельным сопротивлением, например, In2O3. В отдельных случаях для уменьшения сопротивления шин электродов из In2O3 производят шунтирование посредством напыления в промежутках между активными площадками отдельных пикселей непрозрачных полосок из проводящих материалов с лучшими параметрами проводимости, чем, In2O3. Использование методов адресации с одновременной выборкой нескольких строк также позволяет уменьшить проявление кросс-эффекта. Для снижения проявления кросс-эффекта повышается частота кадровой развертки, а смена полярности напряжений на шинах строк и столбцов проводится по специальному закону, который позволяет частично компенсировать проявление паразитной кросс-модуляции [65].

10.4.7. Формирование полутонового изображения на жидкокристаллическом экране

Для синтеза полутонов в изображениях, формируемых ЖКЭ, в основном могут использоваться два метода модуляции – FRC и PWM. Первый из них основан на временнóй модуляции каждого пикселя по кадрам, то есть Frame Modulation, чаще этот метод называется FRC – Frame Rate Control. Для примера рис. 10.37 иллюстрирует принцип формирования шкалы серого за четыре кадра изображения [65].

В данном методе каждый пиксель ЖКЭ может иметь только два состояния – «включен» или «выключен», а полутона получаются посредством усреднения контраста за N кадров, образующих мультикадр. Это объясняется тем, что в про-

Рис. 10.37. Пример синтеза жидкокристаллическим экраном шкалы серого за четыре кадра

цессе восприятия изображений оптическая система глаза человека совместно со зрительными участками коры головного мозга интегрирует последовательность оптических стимулов. Мультикадр может состоять от 16 до 64 кадров. За интервал, соответствующий мультикадру, происходит полный синтез полутонового изображения. Если мультикадр состоит из 16 кадров, то можно получить 16 различных градаций серой шкалы. Такой способ реализуется даже для ЖКЭ с достаточно крутой вольт-контрастной характеристикой. Но для синтеза более широкой шкалы полутонов лучше использовать жидкокристаллический материал, имеющий линейный участок вольт-контрастной характеристики.

Чтобы не получить паразитную модуляцию в процессе синтеза полутонового изображения по методу FRC, используется макроблочное кодирование. Суть метода заключается в том, чтобы в каждом кадре для группы пикселей, образующих ядро (9…16 точек), поддерживать одинаковую плотность включенных и выключенных пикселей. Для этого используется псевдослучайный сигнал, который позволяет равномерно «размазывать» по мультикадру чередование состояний «включено–выключено» для макроблока пикселей. В противном случае глаз человека может обнаружить появление паразитного узора (муара) на изображении.

Во втором способе модуляции – PWM (Pulse Width Modulation), то есть ШИМ (широтно-импульсная модуляция), для передачи градаций шкалы серого используется различная ширина импульсов данных за время выборки строки в процесс адресации. Модуляция типа ШИМ широко используется как в случае пассивной адресации, так и активной адресации матричных ЖКЭ. Метод модуляции аппаратурно обеспечивается структурой драйвера столбцов. По шине данных для каждого пикселя ЖКЭ передается 4…8-битовый код, которому соответствует от 16 до 256 градаций шкалы серого. Коды градаций яркости записываются в регистр столбцового драйвера, а затем преобразуются в длительность импульсов пропорционально коду.

Таким образом, в ЖКЭ нет четко покадровой смены визуальной информации, так как полный синтез полутонового изображения может осуществляться за 64 кадра.

Таблица 10.1.

Число воспроизводимых цветовых оттенков в зависимости от количества градаций шкалы серого

Число воспроизводимых ЖКЭ цветовых оттенков полностью определяется числом градаций шкалы серого для каждого цветного пикселя. Подсчет числа оттенков выполняется по следующей формуле:

N 2n 2n 2n 23n ,

где N – общее число цветовых оттенков; n – разрядность кодирования каждого субпикселя. Для примера в табл. 10.1 показана зависимость числа цветовых оттенков от разрядности кодирования.

Воспроизведение полутонового изображения цветными ЖКЭ с гаммой фактически 17 млн. цветовых оттенков достигается за счет применения восьмиразрядного кодирования для каждого цвета (28 28 28 16,77 млн.).

Если смотреть ЖК-телевизор в полной темноте, то черный цвет будет выглядеть серым, в то время как яркие сцены будут излишне слепить глаза. Компания Philips предложила окружать ЖК-экран, цветным световым ореолом, создаваемым светодиодной подсветкой и назвала эту технологию Ambilight. Разноцветный ореол как бы «аккомпанирует» демонстрируемому на экране изображению, с ним картинка на экране стала выглядеть гораздо естественней, а сам просмотр оказался при этом более зрелищным.

10.4.8. Увеличение контрастности воспроизводимых жидкокристаллическим экраном изображений

Правильное воспроизведение световых градаций телевизионных изображений возможно лишь в случае отсутствия контрастных искажений в воспроизводящем устройстве, например, когда полностью отсутствует паразитная засветка за счет внешних источников света. Схема возникновения паразитной засветки жидкокристаллических матриц представлена на рис. 10.38.

В случае наличия паразиткой засветки La контраст воспринимаемого изобра-

жения К оценивается соотношением К = (Lmax + La)/(Lmin + La), где Lmax, Lmin – соответственно максимальное и минимальное значения воспроизводимой яркости ЖК-панелью. Естественно, что снижение воспринимаемого контраста наиболее сильно сказывается на темных участках изображения, в особенности, если La достигает величины, большей, чем минимальная визуально различимая яркость.

Рис. 10.38. Схема отображения световых лучей внешней засветки от жидкокристаллической матрицы

Один из основных мировых производителей ЖК экранов тайваньская компания Litemax при изготовлении жидкокристаллических дисплеев использует патентованную технологию AOT (Advanced Optoelectronic Technology), приме-

нение которой позволяет улучшить качество воспроизводимых изображений за счет уменьшенной отражательной способности поверхности экрана ЖК панелей. Эффект улучшения достигается путем введения «Оптической связки» (Optical Bonding) вместо воздушного зазора между внешним стеклом панелей и ЖК-матрицей [71]. На рис. 10.38 показаны составляющие отраженного жидкокристаллической панелью света от внешней (R1), внутренней (R2) поверхностей стекла и от поверхности ЖК-матрицы (R3). В традиционных жидкокристаллических экранах значение отраженных составляющих света примерно равны 4,5% от уровня яркости внешнего источника света, а общий уровень отраженного света 13,5% (R1 + R2 + R3), который и определяет величину внешней паразитности засветки La. Нанесение антибликовых покрытий (AR – Anti Reflective) на внешнюю и внутреннюю стороны защитного стекла и на поверхность ЖК-матрицы уменьшает уровень отраженного света до 0,9%, введение в

зазор «оптической связки» снижает величину отражения до 0,5%. В качестве «оптической связки» для согласования индексов преломления поверхностей материалов жидкокристаллических панелей, изготавливаемых по технологии АОТ, компания Litemax применяет специальную полимерно-силиконовую пленку (Index-matching Polymer Silicon). Визуально эффект внедрения АОТ проявляется как «протирка запотевшего стекла».

Жидкокристаллические экраны, изготовленные по технологии АОТ, обеспечивают воспроизведение изображений с высоким разрешением при значительных уровнях внешнего освещения. ЖК-панели категории АОТ Optical Bonding обеспечивают контрастность воспроизводимых изображений от 400:1 до 3000:1 с разрешением 1920 1080 пикселей, то есть Full HD.

10.5. Устройства управления жидкокристаллическим экраном

Формирование изображения на экране цветного ЖКЭ TFT-типа производится столбцовыми и строчными драйверами. Строчные драйверы обеспечивают управление выборкой по строкам, а через столбцовые драйверы производится доставка данных в адресуемые пиксели ЖКЭ.

Рис. 10.39. Структура схемы управления матричным жидкокристаллическим экраном

Типовая схема управления ЖКЭ показана на рис. 10.39 [65]. В данной схеме сигналы управления строками и столбцами формируются отдельными функциональными драйверами.

Драйвер строк (RD – Row Driver) содержит сдвиговый регистр на N разрядов, схему преобразования логических уровней в уровни управления строками, а также схему управления сменой полярности. Сигналом начала кадра в регистр записывается логическая «1». По заднему фронту сигнала строчной развертки «бегущая единица» будет сдвигаться по разрядам регистра, пока не достигнет последнего разряда. Для наращивания разрядности используется несколько микросхем драйверов строк. При каскадировании используются эстафетный механизм: как только в последнем разряде сдвигового регистра появится логическая «1», будет активизирована микросхема следующего драйвера и следующим импульсом сигнала строчной развертки логическая «1» запишется в первый разряд сдвигового регистра следующего драйвера строк.

Драйвер столбцов (CD – Column Driver) имеет другую структуру. Он содержит М-разрядный регистр, запись в который может производиться по 8-, 4-, 2- или одноразрядной шине данных. Конечно, 8-разрядная шина обеспечивает большую пропускную способность, но для этого требуется прокладка четырех лишних проводников данных. На практике, как правило, используются четырехразрядные шины данных. По сигналу тактирования производится последовательная запись в регистр данных драйвера столбцов. По сигналу строчной развертки данные из буферного регистра переписываются в выходной регистр. Логические уровни выходного регистра схемой смещения преобразуются в рабочие уровни напряжений для управления столбцами ЖКЭ.