как работают вещи

 ак работают вещи: статьи и обзоры

√лавна€ | ‘орум |  ак работают вещи | «наки | Ёнциклопеди€ |  аталог сайтов |  арта | —татистика | ѕодписка





































”х ты!
оказываетс€, фурии, это такие богини ... подробнее







Rambler's Top100




 ак работают вещи: статьи омпьютеры”стройство & перифери€

 ак работает ∆  монитор


ѕрин€то выдел€ть три агрегатные состо€ни€ вещества Ч твердое, жидкое и газообразное. Ќо некоторые органические вещества способны при плавлении в определенной фазе про€вл€ть свойства, присущие как кристаллам, так и жидкост€м. ѕриобрета€ текучесть, свойственную жидкост€м, они в этой фазе не тер€ют упор€доченности молекул, свойственной твердым кристаллам. Ёту фазу вполне можно назвать четвертым агрегатным состо€нием. ѕравда, не следует забывать, что имеют ее только некоторые вещества и только в определенном диапазоне температур.
ѕространственна€ ориентаци€ молекул ∆  в так называемом положении отдыха называетс€ пор€дком жидких кристаллов.

—огласно классификации ‘ридел€, различают три основные категории пор€дка ∆ : смектический, нематический и холестерический (рис.1).


–ис.1. ¬иды пор€дка жидких кристаллов

—мектические ∆  наиболее упор€дочены и ближе по структуре к обычным твердым кристаллам. ” них, кроме простой взаимной ориентации молекул, присутствует еще и деление их на плоскости.

Ќаправление преимущественной ориентации длинных осей молекул в жидких кристаллах обозначаетс€ вектором единичной длины, называемым директором.

ќсновной интерес представл€ют материалы с нематическим пор€дком, они примен€ютс€ в современных жидкокристаллических панел€х всех типов (TN, IPS и VA). ¬ нематиках нормальным состо€нием €вл€етс€ положение молекул с упор€доченной по всему объему ориентацией молекул, свойственной кристаллам, но с хаотическим положением их центров т€жести, свойственным жидкост€м. ћолекулы в них сориентированы относительно параллельно, а вдоль оси директора смещены на различные рассто€ни€.

∆идкие кристаллы с холестерическим пор€дком по структуре напоминают нематики, разбитые на слои. ћолекулы в каждом последующем слое повернуты относительно предыдущего на некоторый небольшой угол и директор плавно закручиваетс€ по спирали. Ёта слоиста€ природа, образуема€ оптической активностью молекул, и €вл€етс€ основным признаком холестерического пор€дка. ’олестерики иногда называют Ђскрученными нематикамиї.

√раница между нематическим и холестерическим пор€дками €вл€етс€ в некоторой степени условной. ’олестерический пор€док можно получить не только у холестерического материала в чистом виде, но и при помощи добавлени€ к нематическому материалу специальных добавок с содержанием хиральных (оптически активных) молекул. “акие молекулы содержат асимметрический атом углерода и, в отличие от молекул нематиков, €вл€ютс€ зеркально-несимметричными.

ѕор€док в жидких кристаллах определ€етс€ междумолекул€рными силами, которые создают упругость ∆  материала. ƒа, здесь можно говорить именно об упругих свойствах, хот€ природа их отлична от упругих свойств обычных кристаллов, так как жидкие кристаллы все же обладают текучестью. ¬ нормальном (или основном) состо€нии молекулы стрем€тс€ вернутьс€ в свое Ђположение отдыхаї, например, в нематическом материале Ч в положение с одинаковой ориентацией директора.

”пругость ∆  меньше упругости обычных кристаллов на несколько пор€дков и дает совершенно уникальную возможность управл€ть их положением при помощи внешних воздействий. “аким воздействием может служить, к примеру, электрическое поле.

“еперь подробней о том, каким образом это поле может вли€ть на ориентацию молекул.

¬озьмем образец, состо€щий из двух стекл€нных пластин, пространство между которыми заполнено нематическим материалом. –ассто€ние между верхней и нижней пластиной и, соответственно, толщина сло€ жидких кристаллов составл€ет несколько микрон. ƒл€ задани€ нужной ориентации директора молекул в материале примен€етс€ специальна€ обработка поверхности подложек. ƒл€ этого на поверхность наноситс€ тонкий слой прозрачного полимера, после чего специальной протиркой (rubbing) поверхности придаетс€ рельеф Ч тончайшие бороздки в одном направлении. ¬ыт€нутые молекулы кристаллов в слое, непосредственно соприкасающемс€ с поверхностью, ориентируютс€ вдоль рельефа. ћежмолекул€рные силы заставл€ют все остальные молекулы принимать такую же ориентацию.

”пор€доченное расположение молекул жидких кристаллов определ€ет анизотропию их некоторых физических свойств (напомню, анизотропией называетс€ зависимость свойств среды от направлени€ в пространстве). ∆идкости с их хаотичным расположением молекул €вл€ютс€ изотропными. ј вот жидкие кристаллы уже обладают анизотропией, что €вл€етс€ важным качеством, позвол€ющим вли€ть на характеристики проход€щего через них света.

ƒл€ управлени€ положением молекул используетс€ анизотропи€ диэлектрической проницаемости. ќна представл€ет собой разность

Δε = ε|| + ε где ε|| Ч диэлектрическа€ проницаемость в направлении, параллельном вектору директора, ε Ч диэлектрическа€ проницаемость в направлении, перпендикул€рном вектору директора. «начение Δε может быть как положительным, так и отрицательным.

¬озьмем образец, состо€щий из двух стекл€нных пластин с рассто€нием между пластинами в несколько микрон, заполненный нематическим материалом и запечатанный. ƒл€ задани€ нужной ориентации директора молекул в материале примен€етс€ специальна€ обработка поверхности подложек, дл€ этого на поверхность наноситс€ тонкий слой прозрачного полимера, после чего специальной протиркой поверхности придаетс€ рельеф Ч тончайшие бороздки в одном направлении. ¬ыт€нутые молекулы кристаллов в слое, непосредственно соприкасающемс€ с поверхностью, ориентируютс€ вдоль рельефа, межмолекул€рные силы заставл€ют все остальные молекулы принимать такую же ориентацию. ≈сли создать в образце электрическое поле, энерги€ жидких кристаллов в этом поле будет зависеть от положени€ молекул относительно направлени€ пол€. ¬ случае, если положение молекул не соответствует минимальной энергии, произойдет их поворот на соответствующий угол. ¬ материале с положительным значением диэлектрической проницаемости (положительной диэлектрической анизотропией) молекулы будут стремитьс€ повернутьс€ вдоль направлени€ электрического пол€, в материале с отрицательной диэлектрической анизотропией Ч поперек направлени€ пол€. ”гол поворота, соответственно, будет зависеть от приложенного напр€жени€.

ѕусть материал в образце имеет положительную диэлектрическую анизотропию, направление электрического пол€ перпендикул€рно исходной ориентации молекул (рис.2). ѕри подаче напр€жени€ молекулы будут стремитьс€ повернутьс€ вдоль пол€. Ќо они изначально сориентированы по рельефу внутренних поверхностей образца, созданных протиркой и св€заны с ними довольно значительным сцеплением.  ак следствие, при изменении ориентации директора будут возникать крут€щие моменты обратного направлени€. ѕока поле достаточно слабое, силы упругости удерживают молекулы в неизменном положении. ѕри увеличении напр€жени€, начина€ с некоторого значени€ Ec, ориентационные силы электрического пол€ превышают силы упругости, и начинает происходить поворот молекул. Ёта переориентаци€ под воздействием пол€ носит название перехода ‘редерикса. ѕереход ‘редерикса €вл€етс€ фундаментальным дл€ организации управлени€ жидкими кристаллами, на нем основан принцип работы всех ∆ -панелей.


–ис.2. ѕереход ‘редерикса дл€ молекул ∆  с положительной диэлектрической анизотропией

ќбразуетс€ работоспособный механизм: Ч с одной стороны, электрическое поле будет заставл€ть молекулы жидких кристаллов поворачиватьс€ на нужный угол (в зависимости от значени€ приложенного напр€жени€); Ч с другой стороны, упругие силы, вызванные межмолекул€рными св€з€ми, будут стремитьс€ вернуть исходную ориентацию директора при сбросе напр€жени€.

≈сли исходна€ ориентаци€ директора и направлени€ электрического пол€ не строго перпендикул€рны, то пороговое значение пол€ Ec снижаетс€, благодар€ чему становитс€ возможным воздействовать на положение молекул значительно меньшим полем.

¬ этом месте придетс€ немного отвлечьс€ от жидких кристаллов, дл€ того, чтобы по€снить пон€ти€ Ђпол€ризаци€ светаї и Ђплоскость пол€ризацииї Ч без них дальнейшее изложение будет невозможно.

—вет можно представить, как поперечную электромагнитную волну, электрическа€ и магнитна€ составл€ющие которой колеблютс€ во взаимно перпендикул€рных плоскост€х (рис.3).


–ис.3. Ёлектромагнитна€ волна

ƒалее дл€ простоты будет упоминатьс€ только направление вектора E, поскольку направление вектора H однозначно им определ€етс€.

≈стественный свет (называемый также естественно пол€ризованным или непол€ризованным) содержит колебани€ вектора E, равноверо€тные во всех направлени€х, перпендикул€рных вектору k (рис.4).


–ис.4. Ќаправление колебани€ вектора E в естественном и пол€ризованном свете

„астично пол€ризованный свет имеет преимущественное направление колебани€ вектора E. ” частично пол€ризованного света в поле световой волны амплитуда проекции ≈ на одно из взаимно перпендикул€рных направлений всегда больше, чем на другое. ќтношение между этими амплитудами определ€ет степень пол€ризации.

Ћинейно пол€ризованный свет Ч это свет, имеющий единое направление вектора E дл€ всех волн. ѕон€тие линейно пол€ризованного света €вл€етс€ абстрактным. Ќа практике, говор€ о линейно пол€ризованном свете, обычно имеют в виду частично пол€ризованный свет с высокой степенью пол€ризации.

ѕлоскость, в которой лежат вектор E и вектор направлени€ волны k, называетс€ плоскостью пол€ризации.

“еперь вернемс€ к ∆ .

¬торым после диэлектрической анизотропии важнейшим физическим свойством жидких кристаллов, используемым дл€ управлени€ световым потоком через них, €вл€етс€ оптическа€ анизотропи€. ∆идкие кристаллы имеют различные значени€ коэффициента преломлени€ света дл€ параллельного и перпендикул€рного директору направлени€ распространени€. “о есть, скорость распространени€ светового луча параллельно или перпендикул€рно директору будет различной Ч при более высоком коэффициенте она, как известно, будет ниже. ќптическа€ анизотропи€ или анизотропи€ коэффициента преломлени€ есть разность между двум€ коэффициентами:

Δn = n|| + n где n|| Ч коэффициент преломлени€ дл€ плоскости пол€ризации, параллельной директору; n Ч коэффициент преломлени€ дл€ плоскости пол€ризации, перпендикул€рной директору.

ѕрисутствие в материале двух различных значений дл€ n|| и n вызывает эффект двойного лучепреломлени€.  огда свет попадает в двулучепреломл€ющий материал, каким €вл€етс€ нематик, происходит разбиение электрического полевого компонента световой волны на два векторных компонента Ч вибрирующий в Ђбыстройї оси и вибрирующий в Ђмедленнойї оси. Ёти компоненты нос€т название соответственно обыкновенного (ordinary) и необыкновенного (extraordinary) лучей. Ќаправлени€ пол€ризации обыкновенного и необыкновенного лучей взаимно ортогональны. ј наличие в материале Ђбыстройї и Ђмедленнойї осей обусловлено тем, о чем говорилось выше Ч различными коэффициентами преломлени€ дл€ лучей, распростран€ющихс€ соответственно параллельно или перпендикул€рно направлению директора.

Ќа рис.5 показано распространение волн вдоль Ђбыстройї и Ђмедленнойї осей. Ќужно подчеркнуть, что ось в данном случае Ч это не фиксированна€ пр€ма€, а направление плоскости, в которой происход€т колебани€ волны.


–ис.5. ¬ращение плоскости пол€ризации

ѕоскольку фазовые скорости обыкновенного и необыкновенного луча различны, разность их фаз будет мен€тьс€ по мере распространени€ волны. »зменение разности фаз этих ортогональных компонентов вызывает изменение направлени€ пол€ризации световой волны. Ќа рисунке дл€ нагл€дности сумма ортогональных компонентов представлена результирующим вектором Er. ћожно видеть, что по мере распространени€ волны происходит вращение направлени€ вектора Er. “аким образом, сложение волн на выходе из двулучепреломл€ющего материала даст волну с измененным относительно исходного направлением пол€ризации.

”гол поворота плоскости пол€ризации будет зависеть от ориентации молекул в материале.

 онструкци€ панели

—уществует несколько технологий ∆ -панелей. ƒл€ иллюстрации конструкции в данном случае приведена TN, как наиболее распространенна€ (рис.6).

¬се жидкокристаллические панели дл€ мониторов €вл€ютс€ трансмиссивными Ч изображение в них формируетс€ за счет преобразовани€ светового потока от расположенного сзади источника. ћодул€ци€ светового потока осуществл€етс€ за счет оптической активности жидких кристаллов (их способности вращать плоскость пол€ризации проход€щего света). –еализуетс€ это следующим образом. ѕри прохождении через первый пол€ризатор свет от ламп подсветки становитс€ линейно пол€ризованным. ƒалее он следует через слой жидких кристаллов, заключенный в пространстве между двум€ стеклами. ѕоложение молекул ∆  в каждой €чейке панели регулируетс€ электрическим полем, создаваемым за счет подачи напр€жени€ на электроды. ќт положени€ молекул зависит поворот плоскости пол€ризации проход€щего света. “аким образом, за счет подачи на €чейки нужного значени€ напр€жени€ происходит управление поворотом плоскости пол€ризации.

ƒл€ доставки напр€жени€ к субпикселю служат вертикальные (data line) и горизонтальные (gate line) линии данных, представл€ющие собой металлические токопровод€щие дорожки, нанесенные на внутреннюю (ближайшую к модулю модсветки) стекл€нную подложку. Ёлектрическое поле, как уже говорилось, создаетс€ напр€жением на электродах Ч общем и пиксельном. Ќапр€жение используетс€ переменное, поскольку применение посто€нного напр€жени€ вызывает взаимодействие ионов с материалом электродов, нарушение упор€доченности расположени€ молекул ∆ -материала, и приводит к деградации €чейки. “онкопленочный транзистор играет роль переключател€, который замыкаетс€ при выборе адреса требуемой €чейки на линии сканировани€, разрешает Ђзаписатьї требуемое значение напр€жени€ и по окончании цикла сканировани€ вновь размыкаетс€, позвол€€ сохран€ть зар€д в течение некоторого периода времени. «ар€дка происходит в течение времени T = Tf /n, где Tf Ч врем€ вывода кадра на экран (например, при частоте обновлени€ 60 √ц врем€ вывода кадра составл€ет 1 с / 60 = 16.7 мс), n Ч количество строк панели (например, 1024 дл€ панелей с физическим разрешением 1280х1024). ќднако, собственной емкости жидкокристаллического материала недостаточно дл€ сохранени€ зар€да в интервале между циклами обновлени€, что должно вести к спаду напр€жени€ и, как следствие, снижению контрастности. ѕоэтому, кроме транзистора, кажда€ €чейка оснащаетс€ запоминающим конденсатором, который также зар€жаетс€ при открытии транзистора и помогает компенсировать потери напр€жени€ до начала очередного цикла сканировани€.

¬ертикальные и горизонтальные линии данных при помощи подклеенных плоских гибких шлейфов соединены с управл€ющими микросхемами панели - драйверами, соответственно столбцовым (source driver) и строчным (gate driver), которые обрабатывают поступающий с контроллера цифровой сигнал и формируют соответствующее полученным данным напр€жение дл€ каждой €чейки.


–ис.6. ∆идкокристаллическа€ панель TN в разрезе

ѕосле сло€ жидких кристаллов расположены цветовые фильтры, нанесенные на внутреннюю поверхность стекла панели и служашие дл€ формировани€ цветной картинки. »спользуетс€ обычный трехцветный аддитивный синтез: цвета образуютс€ в результате оптического смешени€ излучений трех базовых цветов (красного, зелЄного и синего). ячейка (пиксель) представл€ет собой три раздельных элемента (субпиксел€), каждому из которых сопоставлен расположенный над ним цветовой фильтр красного, зеленого или синего цвета, комбинаци€ми из 256 возможных значений тона дл€ каждого субпиксел€ можно получить до 16,77 миллионов цветов пиксел€.

—труктура панели (металлические вертикальные и горизонтальные линии данных, тонкопленочные транзисторы) и пограничные области €чеек, где нарушена ориентаци€ молекул, должны быть скрыты под непрозрачным материалом, чтобы избежать нежелательных оптических эффектов. ƒл€ этого примен€етс€ так называема€ черна€ матрица (black matrix), котора€ напоминает тонкую сетку, заполн€ющую промежутки между отдельными цветовыми фильтрами. ¬ качестве материала дл€ черной матрицы используетс€ хром или черные смолы.

«аключительную роль в формировании картинки играет второй пол€ризатор, часто называемый анализатором. ≈го направление пол€ризации смещено относительно первого на 90 градусов. „тобы представить назначение анализатора, можно условно удалить его с поверхности подключенной панели. ¬ этом случае мы увидим все субпиксели максимально освещенными, то есть ровную белую заливку экрана вне зависимости от выведенной на него картинки. ќт того, что свет стал пол€ризованным, и плоскость его пол€ризации вращаетс€ каждой €чейкой по-разному, в зависимости от приложенного к ней напр€жени€, дл€ наших глаз пока ничего не изменилось. ‘ункци€ анализатора как раз и состоит в отсечении нужных компонентов волн, что позвол€ет увидеть на выходе требуемый результат.

“еперь о том, как это отсечение нужных компонентов происходит. ¬озьмем дл€ примера пол€ризатор с вертикальным направлением пол€ризации, т.е. пропускающий волны, ориентированные в вертикальной плоскости.


–ис.7. ѕрохождение световой волны через пол€ризатор

Ќа рис.7 показана волна, распростран€юща€с€ в плоскости, лежащей под некоторым углом относительно вертикального направлени€ пол€ризации. ¬ектор электрического пол€ падающей волны можно разложить на две взаимно перпендикул€рных составл€ющих: параллельную оптической оси пол€ризатора и перпендикул€рную ей. ѕерва€ составл€юща€, параллельна€ оптической оси, проходит, втора€ (перпендикул€рна€) блокируетс€.

ќтсюда очевидны и два крайних положени€: Ч волна, распростран€юща€с€ в строго вертикальной плоскости, будет пропускатьс€ без изменений; Ч волна, распростран€юща€с€ в горизонтальной плоскости, будет блокироватьс€, как не имеюща€ вертикальной составл€ющей.

Ёти два крайних положени€ соответствуют полностью открытому и полностью закрытому положению €чейки.

ѕодытожим:

  • ƒл€ максимально полной блокировки проход€щего света €чейкой (субпикселем) требуетс€, чтобы плоскость пол€ризации этого света была ортогональна плоскости пропускани€ анализатора (направлению пол€ризации);
  • ƒл€ максимального пропускани€ света €чейкой плоскость его пол€ризации должна совпадать с направлением пол€ризации;
  • ѕлавно регулиру€ напр€жение, подаваемое на электроды €чейки, можно управл€ть положением молекул жидких кристаллов и, как следствие, поворотом плоскости пол€ризации проход€щего света. » тем самым измен€ть количество пропускаемого €чейкой света.
  • “ак как угол поворота плоскости пол€ризации зависит от рассто€ни€, пройденного светом в слое жидких кристаллов, этот слой должен иметь строго выдержанную толщину по всей панели. ƒл€ поддержани€ равномерности рассто€ни€ между стеклами (со всей нанесенной на них структурой) примен€ютс€ специальные распорки (spacers).

    ѕростейшим вариантом €вл€ютс€ так называемые шариковые распорки (ball spacers). ќни представл€ют собой прозрачные полимерные или стекл€нные шарики строго определенного диаметра и нанос€тс€ на внутреннюю структуру стекла путем распылени€. —оответственно, располагаютс€ они хаотично по всей площади €чейки и их наличие отрицательно вли€ет на ее однородность, так как распорка служит центром дл€ дефектной области и непосредственно возле нее молекулы ориентируютс€ неправильно.


    –ис.8. Ўариковые распорки и распорки колонного типа

    ѕримен€етс€ и друга€ технологи€ - распорки колонного типа (column spacer, photo spacer, post spacer). –асполагаютс€ такие распорки с фотографической точностью под черной матрицей (рис.8). ѕреимущества такой технологии очевидны: повышение контрастности за счет отсутстви€ световых утечек возле распорок, более точный контроль однородности зазора за счет упор€доченного расположени€ распорок, повышение жесткости панели и отсутствие р€би при нажиме на поверхность.

    ѕанель TN, конструкци€ которой была приведена на рис.6, €вл€етс€ самой недорогой в производстве, что определ€ет ее доминирование на рынке массовых мониторов.  роме нее существует еще несколько технологий, различающихс€ расположением, конфигурацией и материалом электродов, ориентацией пол€ризаторов, используемыми ∆ -микстурами, исходной ориентацией директора в жидкокристаллическом материале и т.д. —огласно исходной ориентации директора все существующие технологии можно разделить на две группы:

    1. ѕланарна€ ориентаци€

    —юда относ€тс€ все IPS-технологии (S-IPS, SA-SFT и др.), а также FFS (в насто€щее врем€ Ч AFFS), разработанна€ и продвигаема€ компанией Boe HyDis. ћолекулы выравниваютс€ горизонтально, параллельно основанию подложек, в направлении, заданном протиркой, верхн€€ и нижн€€ подложки протерты в одном направлении. ¬се электроды, как пиксельные, так и общие, наход€тс€ на одной стекл€нной подложке панели Ч внутренней, вместе с лини€ми данных и транзисторами. ¬ IPS-технологи€х пиксельные и общие электроды расположены параллельно, череду€сь друг с другом (рис.9). —иловые линии пол€ проход€т горизонтально, но под некоторым углом относительно направлени€ протирки. ѕоэтому при подаче напр€жени€ молекулы, обладающие в данном случае положительной диэлектрической анизотропией, стрем€сь выстроитьс€ по направлению приложенного пол€, поворачиваютс€ в той же плоскости на угол, завис€щий от его (пол€) напр€женности. ¬ случае FFS общий электрод расположен под пиксельным Ч при такой конструкции приложенное к электродам напр€жение образует электрическое поле, имеющее как горизонтальную, так и вертикальную составл€ющие. ≈сли дл€ IPS в приведенных на рис.9 координатных ос€х поле можно охарактеризовать как Ey, то дл€ FFS соответствующие значени€ будут выгл€деть как Ey и Ez. “акое расположение силовых линий пол€ позвол€ет использовать ∆ -материалы как с положительной, так и с отрицательной диэлектрической анизотропией. ѕоворот молекул, аналогично IPS, происходит в той же плоскости по направлению горизонтальной составл€ющей пол€, но при этом из-за меньшего количества пограничных зон поворачиваетс€ значительно большее количество молекул, что позвол€ет сузить ширину решетки черной матрицы и достичь более высокого отношени€ апертуры панели.


    –ис.9. “ехнологии IPS и FFS

    ќдним из основных плюсов технологий с планарной ориентацией директора €вл€етс€ крайне незначительный цветовой сдвиг (color shift) палитры при изменении угла обзора. Ёта стабильность объ€сн€етс€ конфигурацией спирали, образуемой молекулами жидкокристаллического материала под действием пол€, котора€ в данном случае имеет симметричную форму. Ќа рис.9 схематично показано положение ∆ -молекул при поступлении напр€жени€ на электроды Ч очевидно, что максимальный угол поворота достигаетс€ в средних сло€х. “ака€ неоднородность обусловлена тем, что, как уже говорилось, ориентаци€ молекул в нужном направлении параллельно основанию подложек получена за счет предварительной обработки (протирки) их поверхностей. ѕоэтому подвижность молекул в непосредственно граничащем с подложкой слое ограничиваетс€ рельефом подложки, а последующих близлежайших сло€х Ч межмолекул€рными силами. ¬ результате под воздействием пол€ молекулы образуют спираль, напоминающую форму ленты с зафиксированными в одной плоскости концами и повернутой центральной частью. —уществует пон€тие оптического пути, завис€щего от коэффициента преломлени€ среды, в которой распростран€етс€ луч и результирующего фазового набега по направлению его следовани€. —ветовые лучи, проход€щие через слой жидких кристаллов, имеют различную длину оптического пути в зависимости от угла прохождени€. —имметрична€ форма спирали молекул позвол€ет получить дл€ каждого серого уровн€ точное дополнение длины оптического пути в своих верхней и нижней половинках, следствием €вл€етс€ практически полное отсутствие зависимости отображаемых оттенков от углов обзора. Ѕлагодар€ такому свойству, IPS-панели используютс€ в подавл€ющем большинстве мониторов, ориентированных на работу с графикой.

    ѕри прохождении световой волны направление врашени€ результирующего вектора (см. рис.5) частично повтор€ет форму изгиба спирали, образуемой молекулами. ѕоэтому вращение плоскости пол€ризации при прохождении волны через первую часть ∆ -материала происходит в одном направлении, а через вторую Ч в противоположном. –азличное, в зависимости от приложенного напр€жени€, запаздывание по фазе одного из компонентов волны приводит к тому, что направление результирующего вектора Er на выходе из сло€ жидких кристаллов отличаетс€ от исходного, это позвол€ет определенной части светового потока пройти через анализатор. —ветопропускающие плоскости пол€ризатора и анализатора, как и во всех остальных технологи€х смещены относительно друг друга на угол 90 градусов.

    ¬о всех выпускаемых в насто€щее врем€ вариаци€х (S-IPS, AFFS, SA-SFT) используетс€ 2-доменна€ конструкци€ €чейки. ƒл€ этого примен€ютс€ электроды зигзагообразной формы, которые вызывают поворот молекул в двух направлени€х. ѕервоначальные версии, обозначавшиес€ как просто ЂIPSї и ЂFFSї, без приставок ЂSuperї и ЂAdvancedї, были монодоменными, поэтому имели цветовой сдвиг и меньшие углы обзора (от 140/140 по падению контрастности до 10:1 у первых IPS).

      планарной ориентации обычно причисл€етс€ и твист-ориентаци€ (или закрученна€ ориентаци€). ¬ыравнивание молекул вдоль основани€ подложек в этом случае также достигаетс€ протиркой их поверхностей, с той разницей, что направлени€ протирки верхней и нижней подложек смещены друг относительно друга. ¬ результате такого выравнивани€ в нематическом материале директор образует спираль, напоминающую холестерическую, дл€ правильного формировани€ спирали в ∆ -микстурах примен€ютс€ специальные добавки с содержанием хиральных молекул. “вист-ориентаци€ используетс€ в наиболее широко распространенной TN (или TN+Film) технологии. ќписывать и иллюстрировать конструкцию TN здесь не имеет смысла, это неоднократно сделано в многочисленных материалах на аналогичные темы Ч можно сказать, что она хорошо известна.

    2. √омеотропна€ ориентаци€

      этой группе принадлежат MVA и PVA. ƒиректор ориентирован перпендикул€рно основанию стекл€нной подложки, это достигаетс€ применением в покрытии подложки поверхностно-активных веществ. ќбщие и пиксельные электроды расположены на противоположных подложках, поле ориентировано вертикально. «десь используютс€ жидкокристаллические материалы с отрицательной диэлектрической анизотропией, поэтому приложенное напр€жение вызывает поворот молекул ∆  против силовых линий пол€. MVA отличаетс€ наличием микроскопических продольных выступов (protrusion) дл€ преднаклона молекул на верхней, либо на обеих подложках, поэтому исходное вертикальное выравнивание не €вл€етс€ полным. ћолекулы, выравнива€сь по этим выступам получают небольшой преднаклон, что позвол€ет задать дл€ каждой области (домена) €чейки определенное направление, в котором будет происходить поворот молекул под воздействием пол€. ¬ PVA такие выступы отсутствуют и в отсутствие напр€жени€ директор ориентирован строго перпендикул€рно поверхности, а пиксельный и общий электроды смещены друг относительно друга так, что создаваемое поле не строго вертикально, а содержит наклонный компонент (рис.10).


    –ис.10. “ехнологии MVA и PVA

      технологи€м с гомеотропной ориентацией директора относитс€ также ASV, разработанна€ компанией Sharp. ¬ пределах субпиксел€ здесь располагаетс€ несколько пиксельных электродов, имеющих форму квадратов со скругленными кра€ми. ќсновные принципы те же: общий электрод расположен на противоположной подложке, молекулы в отсутствие пол€ ориентированы вертикально, используютс€ жидкокристаллические материалы с отрицательной диэлектрической анизотропией. —оздаваемое поле имеет выраженный наклонный компонент и молекулы, поворачива€сь против направлени€ пол€, создают структуру, направление директора в которой напоминает форму зонтика с центром в середине пиксельного электрода.

    —уществует также деление ∆ -модулей по типам в зависимости от состо€ни€ €чеек в отсутствие напр€жени€. Ќормально белыми (normally white) называютс€ панели, у которых при нулевом напр€жении на €чейках они полностью открыты Ч соответственно, на экране воспроизводитс€ белый цвет. Ќормально белыми €вл€ютс€ все панели, изготовленные по технологии TN. ѕанели, блокирующие прохождение света при отсутствии напр€жени€, относ€тс€ к нормально черным (normally black), к этому типу принадлежат все остальные технологии.

    ћодуль подсветки

    —квозь тело панели (пол€ризаторы, электроды, цветофильтры и пр.) проходит лишь незначительна€ часть изначального светового потока от ламп подсветки, не более 3%. ѕоэтому собственна€ €ркость модул€ подсветки должна быть довольно значительной Ч как правило, примен€емые лампы имеют €ркость свыше 30000 кд/кв.м.

    ƒл€ подсветки примен€ютс€ CCFL Ч флуоресцентные лампы с холодным катодом. CCFL-лампа представл€ет собой запечатанную стекл€нную тубу, наполненную инертным газом с небольшой примесью ртути (рис.11).  атоды в данном случае €вл€ютс€ равноправными электродами, так как дл€ питани€ используетс€ переменный ток. ¬ сравнении с лампами с накаливаемым (гор€чим) катодом, электроды у CCFL имеют другое строение и больший размер. –абоча€ температура катода существенно отличаетс€: 80-150oC против приблизительно 900oC у ламп с гор€чим катодом, при близкой температуре самой лампы Ч 30-75oC и 40oC соответственно. –абочее напр€жение дл€ CCFL составл€ет 600-900 ¬, пусковое напр€жение Ч 900-1600 ¬ (цифры достаточно условные, так как спектр примен€емых ламп очень широк). ќбразование света происходит при ионизации газа, а необходимым условием ее возникновени€ в лампе с холодным катодом €вл€етс€ высокое напр€жение. ѕоэтому дл€ запуска такой лампы требуетс€ на несколько сотен микросекунд подать на электроды напр€жение, значительно превышающее рабочее. ѕриложенное высокое переменное напр€жение вызывает ионизацию газа и пробой зазора между электродами, возникает разр€д.

    ѕробой разр€дного промежутка происходит по следующим причинам. ¬ обычных услови€х наполн€ющий лампу газ €вл€етс€ диэлектриком. ѕри по€влении электрического пол€ небольшое количество ионов и электронов, всегда присутствующее в объеме газа, приходит в движение. ≈сли подать на электроды достаточно высокое напр€жение, электрическое поле сообщает ионам настолько высокую скорость, что при столкновении с нейтральными молекулами происходит выбивание из них электронов и образование ионов. ¬новь образовавшиес€ электроны и ионы, двига€сь под воздействием пол€, также вступают в процесс ионизации, процесс принимает лавинообразный характер. ѕосле того, как ионы начинают получать достаточную энергию, чтобы выбивать электроны ударами о катод, возникает самосто€тельный разр€д. ¬ отличие от ламп с гор€чим катодом, где разр€д €вл€етс€ дуговым, тип разр€да в CCFL Ч тлеющий.


    –ис.11. ”стройство CCFL

    ѕоддержание разр€да происходит за счет так называемого катодного падени€ потенциала. ќсновна€ часть падени€ потенциала (напр€жени€) в разр€де приходитс€ на прикатодную область. »оны, пробега€ этот промежуток с высокой разностью потенциалов, приобретают большую кинетическую энергию, достаточную дл€ выбивани€ электронов из катода. ¬ыбитые электроны за счет той же разности потенциалов ускор€ютс€ обратно в разр€д, производ€ там новые пары ионов и элекронов. »оны от этих пар возвращаютс€ к катоду, ускор€ютс€ падением напр€жени€ между разр€дом и катодом, и снова выбивают электроны.

    Ёнерги€ электрического тока вызывает переход наход€щейс€ в лампе ртути из жидкого состо€ни€ в газообразное. ѕри столкновении электронов с атомами ртути происходит выделение энергии, вызванное возвращением атомов из нестабильного состо€ни€ в стабильное. ѕри этом возникает интенсивное излучение в ультрафиолетовой области Ч дол€ ультрафиолета составл€ет около 60% общего излучени€.

    ¬идимый свет образуетс€ за счет люминофорного покрыти€, нанесенного на внутреннюю поверхность стекла. ”льтрафиолетовые фотоны, выпущенные ртутью, возбуждают атомы в люминофорном покрытии, повыша€ уровень энергии электронов.  огда электроны возвращаютс€ к первоначальному уровню энергии, атомы в покрытии производ€т энергию в виде фотонов видимого света. Ћюминофор €вл€етс€ важнейшим компонентом лампы, от него завис€т характеристики спектра излучени€. —пектр CCFL крайне неровный, в нем присутствуют €рко выраженные узкие пики. ѕоэтому при производстве панели дл€ достижени€ приемлемого цветового охвата необходим еще и точный подбор цветовых фильтров, полосы пропускани€ которых должны максимально соответствовать пикам спектра излучени€ ламп.

    ƒл€ формировани€ напр€жени€ в несколько сотен вольт, необходимого дл€ работы ламп, используютс€ специальные преобразователи Ч инверторы. –егулировка €ркости CCFL осуществл€етс€ двум€ способами. ѕервый заключаетс€ в изменении тока разр€да в лампе. «начение тока в разр€де составл€ет 3-8 мј, значительна€ часть ламп имеет еще более узкий диапазон. ѕри меньшем токе страдает равномерность свечени€, при большем Ч существенно сокращаетс€ срок службы лампы. Ќедостаток этого способа регулировки состоит в том, что он позвол€ет измен€ть €ркость в очень небольшом диапазоне, существенное ее снижение при этом невозможно. ѕоэтому мониторы с такой регулировкой при работе в услови€х слабого внешнего освещени€ часто оказываютс€ излишне €ркими даже при нулевом значении €ркости. ѕри втором способе генерируетс€ широтно-импульсна€ модул€ци€ (Ў»ћ) питающего лампы напр€жени€ (осуществл€етс€ управление шириной, т.е. длительностью импульса, за счет изменени€ ширины единичного импульса регулируетс€ средний уровень напр€жени€.). ¬ недостатки такому способу иногда приписываетс€ по€вление мерцани€ лап при реализации Ў»ћ на низкой частоте - 200 √ц и ниже, по сути же регулировка с помощью Ў»ћ представл€ет собой наиболее разумный подход, так как позвол€ет измен€ть €ркость в широком диапазоне.

    ƒл€ равномерного распределени€ света ламп примен€етс€ система из световодов, рассеивателей и призм. ¬ариантов организации распределени€ света существует множество.

    –ешени€ с расположением ламп по верхней и нижней торцевым сторонам панели €вл€ютс€ наиболее распространенными, така€ компоновка позвол€ет значительно снизить общую толщину издели€. ¬ 17- и 19-дюймовых модул€х, как правило, устанавливаетс€ четыре лампы: две по верхней стороне и две по нижней. ¬ торцевой части корпуса подобных панелей существуют специальные технологические отверсти€, поэтому разбирать корпус дл€ извлечени€ ламп не требуетс€ (рис.13-б). Ћампы при такой компоновке часто объединены в блоки из двух штук (рис. 13-а).

    ƒругим вариантом €вл€етс€ расположение ламп по всей площади обратной стороны модул€ (рис.13-в) Ч такое решение примен€етс€ в многоламповых панел€х с количеством ламп восемь штук и более, а также при использовании U-образных CCFL.


    –ис.13. ј Ч блок из двух CCFL-ламп; Ѕ Ч в панел€х с торцевым расположением ламп дл€ их извлечени€ предназначены технологические отверсти€; ¬ Ч модуль подсветки с расположением ламп по задней поверхности ∆ -панели

    ћинимальный срок службы ламп производител€ми панелей в насто€щее врем€ обычно указываетс€ от сорока до п€тидес€ти тыс€ч часов (срок службы определ€етс€ как врем€, за которое светимость ламп снижаетс€ на 50 %).

    »сточник: Electronic-World.ru







    —мотри также:
    ¬от как устроен компьютер
     ак работает плазменна€ панель
     ак работает глаз
     ак работает диод
     ак работает транзистор
     ак работает Ё¬ћ
     ак делают бетонные дороги
    ѕочему курсор мыши наклонен влево, а клавиши на клавиатуре не по алфавиту?
     ак поставить вентиль на газ
     ак работает био-регенератор?


    Loading...


    Ќовые статьи на сайтах портала:
     ак организм сжигает жир?
         ак работают вещи: статьи„еловекќрганизм человека /
     ак создали свет€щиес€ растени€?
         ак работают вещи: статьи“ехнологииЌовые технологии /
     ак светитс€ светл€чок?
         ак работают вещи: статьићир вокруг∆ивотный мир /
     ак работает большой адронный коллайдер
         ак работают вещи: статьи“ехнологии»сследование мира /
     ак нестандартно использовать вилку?
         ак работают вещи: статьи“вой дом—воими руками /
     ак вилка покорила мир?
        ѕроисхождение знаковѕроисхождение традиций«астольные /
     ак работает дополненна€ реальность?
         ак работают вещи: статьи“ехнологииЌовые технологии /


    Ќовые комментарии:

      √остева€ книга:
    clydegr11 : Browse over 500 000 of the bes...
    johnniefs3 : Teen Girsl Pussy Pics. Hot gal...
    careyvw18 : Sexy teen photo galleries htt...
    mattiebb2 : New sexy website is available ...
    Legenda7 : –Т–Р–°–Ш–Ы–Ш–°–Ђ–Э–Ю –°–І–Р–°...
    julianua69 : Scandal porn galleries, daily ...
    Flintdooring : For cells growing in denial di...
    hermanjo16 : Hot teen pics http://latina.p...
    hermanbh60 : Dirty Porn Photos, daily updat...





    © 2008-2011 ¬сЄ, права защищены.
    »нтернет-журнал "как работают вещи"
    ¬опросы и предложени€ ждем по адресу ashestopalov@yandex.ru

    √лавна€ |  ак работают вещи | «наки | Ёнциклопеди€
     аталог сайтов |  арта | ¬се статьи раздела | —татистика | Ќовости
    јвторы | јвторам