ЖК – мониторы ЭЛТ – мониторы

 

 

Условные обозначения: (+) достоинство, (~) допустимо, (-) недостаток.

Из рассмотрения вышеприведенных характеристик следует, что дальнейшее развитие ЖК-мониторов будет связано с повышением четкости и яркости изображения, увеличением угла обзора и уменьшением толщины экрана. Так, например, уже существуют перспективные разработки LCD-мониторов, выполненных по технологии с использованием поликристаллического кремния. Это позволяет, в частности, создавать очень тонкие устройства, поскольку микросхемы управления размещаются в этом случае непосредственно на стеклянной подложке дисплея. Кроме того, новая технология обеспечивает высокую разрешающую способность на сравнительно небольшом по размеру экране (1024x768 точек на 10,4-дюймовом экране).

 

Структура управления ЖК–дисплеем

 

Полноценный ЖК–дисплей состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК–матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса.

Электроника.

Существуют два типа дисплейных интерфейсов — аналоговый и цифровой. В аналоговом интерфейсе информация представлена сигналами RGB основных цветов, а также сигналами строчной и кадровой развертки. Данный тип интерфейса широко используется для связи видеоконтроллера как с традиционными ЭЛТ-дисплеями, так и с TFT ЖК-мониторами.

Схема (см. рис.2.55) транспортировки данных от видеоконтроллера до схемы управления разверткой дисплея для аналоговых и цифровых интерфейсов примерно одинакова. Процессор (хост) формирует в буферном ОЗУ видеоконтроллера образ изображения. Каждому пикселю изображения, состоящему из трех цветных пикселей, соответствует от 6 до 8 разрядов в памяти видеобуфера. Шести разрядам на каждый цвет соответствует 18 бит на пиксель, а 8-битовому кодированию — 24 бита на пиксель.

При реализации аналогового интерфейса данные, выбранные из ОЗУ, преобразуются с помощью трехканального быстродействующего ЦАП в аналоговую форму и затем передаются в схему управления дисплеем, т.е. между ОЗУ и видеоконтроллером вводится дополнительно ЦАП.

В цифровых дисплейных интерфейсах транспортировка данных от видеоконтроллера до дисплея производится в цифровой форме. Формирование изображения на экране цветных TFT ЖК-дисплеев производится столбцовыми и строчными драйверами. Строчные драйверы обеспечивают управление выборкой по строкам, а через столбцовые драйверы производится доставка данных в адресуемые пиксели ЖК экрана. Микросхемы современных столбцовых драйверов ЖК-дисплеев имеют цифровые шины данных. Поэтому для оптимального управления необходимо использовать цифровые дисплейные интерфейсы. Цифровые дисплейные интерфейсы в зависимости от функционального назначения можно разделить на четыре группы:

-      интерфейс между видеоконтроллером и модулем ЖК экрана в ноутбуках

(длина соединения 30...50 см);

-      интерфейс между платой видеоконтроллера компьютера и внешним

ЖК-монитором (длина соединения 120...150 см);

-   внутренний дисплейный интерфейс между дисплейным контроллером имикросхемами драйверов столбцов (длина соединения 20...30 см);

-   интерфейс между видеоконтроллером и удаленным (выносным) ЖК-монитором (длина соединений от нескольких метров до нескольких сотен метров).

 

Рис. 2.55. Структура управления ЖК-дисплеем на основе TFT.

Для ЖК-экранов с пассивной и активной матрицей, имеющих форматы до VGA. Используется прямая передача данных между памятью видеоконтроллера и столбцовыми драйверами. При увеличении дисплейных форматов (от SVGA с разрешением от 800х600 и выше) увеличились скорости передачи данных и в состав дисплея был введен дополнительный дисплейный контроллер TCON (Timing Controller) для синхронизации, приема и распределения данных по столбцовым драйверам (см. рис.2.56). Таким образом, дисплейный интерфейс состоит из двух шин: а) шины дисплейного интерфейса для передачи данных от кодера –передатчика шины видеоконтроллера, б) внутренней шины, реализующей распределение и доставку данных от приемника-декодера шины контроллера TCON до столбцовых драйверов ЖК-экрана.

   

Рис. 2.56. Маршрут данных от видео – ОЗУ до столбцовых драйверов

Любой интерфейс в первую очередь характеризуется полосой пропускания. Полоса пропускания, необходимая для передачи дисплейных данных, определяется форматом дисплея, длиной битового кодирования одного пикселя, а также частотой кадровой развертки. Для сравнительной оценки необходимой полосы пропускания ниже приведена таблица основных дисплейных форматов (см. таблицу). В ней представлены параметры наиболее популярных графических  форматов, используемых в современных ЖК-дисплеях.

Таблица    1. Дисплейные форматы

В графе «Объем кадра» имеется в виду цветной пиксель, состоящий из трех элементов (RGB) изображения. Полоса пропускания, необходимая для передачи данных соответствующего каждому формату, вычисляется по формале:

 

Название формата	й	Пропорции Н / V	Объем кадра в млн. пикселей
CIF	352 х 288	4:3	0.1
VGA	640x480	4:3	0.3
SVGA	800x600	4:3	0.5
XGA	1024x768	4:3	0.8
HDTV(720 строк)	1280x720	16:9	0.9
SXGA	1280x1024	5:4	1.3
SXGA+	1400x1050	4:3	1.5
UXGA	1600x1200	4:3	1.9
HDTV(1080 строк)	1920x1080	16:9	2.1
QXGA	2048x1536	4:3	3.1
VXGA	2048x2048	1:1	4.2
GXGA/QSGXA	2560x2048	5:4	5.2
Photo CD (16Base)	3072x2048	3:2	6.3
Photo CD (64 Base)	6144x4096	3:2	25.0

 

В графе «Объем кадра» имеется в виду цветной пиксель, состоящий из трех элементов (RGB) изображения. Полоса пропускания, необходимая для передачи данных соответствующего каждому формату, вычисляется по формуле:

F=НхVхЗх√NхFh                (1.27)

Где:

Н и V разрешение по горизонтали и вертикали в цветных пикселях;

3 — число пикселей в цветном (RGB);

N — число градаций для каждого цвета;

Fh — частота кадровой развертки в герцах.

 

Например, при использовании формата XVGA+, частоты развертки 85 Гц и 256 градаций для каждого цвета (свыше 17 млн оттенков цвета), для шины, соединяющей видеоконтроллер и столбцовые драйверы ЖК-экрана, потребуется полоса пропускания информации около 374 Мбайт/с.

Время, расходуемое на передачу синхросигналов, может достигать несколько процентов для ЖК-дисплеев и свыше 25% для дисплея ЭЛТ. Это означает, что для передачи данных необходима полоса больше рассчитанной выше. Шина интерфейса должна иметь дополнительный запас пропускной способности.

Модуль подсветки

Жидкокристаллические дисплеи  являются пассивными устройствами отображения информации. Для того чтобы сформированное изображение воспринималось глазом человека, его необходимо освещать, в простейшем случае — естественным внешним светом. При недостаточном естественном освещении или его отсутствии для дисплея может быть использован искусственный источник света. В ЖК-мониторах индикаторов кругового обзора (Display Unit) РЛС применяются только мониторы с искусственным источником света. Прием, при котором используется специальный источник света, получил название «подсветка» (backlight).

Подсветка ЖК - экранов, как было указано выше, выполняется в основном на экономичных люминесцентных лампах с холодным катодом CCFL или с использованием светодиодов (LED).

Подсветка флуоресцентными лампами с холодным катодом ( CCFL) Посредством CCFL обеспечивается подсветка больших поверхностей, поэтому она используется преимущественно в больших плоскопанельных мониторах и телевизорах. Количество ламп подсветки  напрямую связано с их размером и яркостью. В типичном современном 17- или 19-дюйм мониторе стоят четыре лампы, в 20-дюйм моделях — уже шесть ламп, а в телевизионных панелях с большими диагоналями и яркостями число ламп может достигать двух и более десятков (так, в 46-дюйм Samsung LTA460H1-L01 установлено 40 ламп подсветки). В мониторах  ИКО, поскольку они предназначены для работы и на ярком свету, даже при небольших размерах экранов (10-12 дюйм) используется до 12 ламп подсветки. Для CCFL подсветки характерны относительно малое энергопотребление и очень яркий белый свет. Используются две конструкции модуля подсветки: прямая и боковая (рис. 2.57).

                                                

Рис. 2.57.Конструктивы прямой и боковой подсветки на лампах CCFL.

В обоих случаях источником света являются CCFL лампы, свет от которых распределяется по всей площади экрана диффузорами (прямая подсветка) и световодами (боковая подсветка). Боковая подсветка позволяет реализовать модули малой толщины и с меньшим энергопотреблением, однако в отличие от прямой подсветки ,эта конструкция без применения специального рассеивателя света не может обеспечить равномерной подсветки по всему экрану. Поэтому над световодом располагается матовый рассеиватель, дополнительно улучшающий однородность освещения, и система микропризм, коллимирующих рассеянный свет (то есть превращающих его в параллельный пучок, направленный перпендикулярно экрану). Коллимированный пучок еще раз проходит через матовый рассеиватель и наконец попадает на ЖК-матрицу. Коллимация света позволяет увеличить яркость экрана, измеряемую при взгляде перпендикулярно экрану, более чем в 2,5 раза, (см. рис.2.58),  но так как коллиматор не усиливает свет, а лишь меняет его угловое распределение, при отклонении взгляда от перпендикуляра яркость будет падать быстрее, чем это было бы без коллиматора.

С точки зрения пользователя вышеописанные особенности организации боковой подсветки приводят к тому, что дисплеи с такой подсветкой могут быть применимы там, где не требуется большой угол обзора, например, в ноутбуках и настольных ПК.

В прямой подсветке лампы располагаются непосредственно под ЖК-панелью (на рис обозначено как LCD дисплей), что упрощает конструкцию, но увеличивает её габариты. Большим достоинством CCFL является возможность получения бумажно-белого цвета единственным источником подсветки цветных дисплеев.

Отличительные особенности подсветки флуоресцентными лампами с холодным катодом (CCFL):

-      высокая яркость;

-      долговечность;

-      малое энергопотребление;

-      излучение белого цвета;

-      прямая и боковая подсветка.

Используется с многоцветными и/или точечно-матричными модулями ЖК-дисплеев.

Рис. 2.58. Влияние коллиматора на яркость ЖК-матрицы.

 В ЖК-панелях для мониторов, используемых в индикаторах кругового обзора (Display Unit) РЛС, где требуется большой угол обзора и высокая максимальная яркость экрана, а габариты ЖК-экрана по глубине большого значения не имеют, применяют ЖК-матрицы с прямой задней подсветкой, с равномерно распределенными по всей площади лампами. В случае применения большого количества ламп или увеличения их мощности мониторы имеют принудительное охлаждение с помощью установленных в них вентиляторов.  

 Светодиодная ( LED) подсвета

Светодиодная подсветка характеризуется самым длительным сроком службы — минимум 50 тыс. часов — и большей, чем у других видов подсветки, кроме CCFL, яркостью. Подсветка обеспечивается твердотельными приборами и, следовательно, может работать непосредственно от источника напряжения 5в без использования преобразователей. Однако для ограничения тока через светодиод необходима установка токоограничительных резисторов. Цепочка светодиодов располагается вдоль боковых поверхностей дисплея или в виде матрицы под диффузором (рассеивателем) и обеспечивает яркую равномерную подсветку (рис. 4.2.59, а, б).

Боковая подсветка используется в модулях с количеством знакомест в строке до 20. При количестве знакомест свыше 20 в центре LCD (ЖК) панели образуется более темная, чем на краях, область. Для устранения этого недостатка применяют специальные меры, например дополнительную подсветку сверху.

Матричная LED-подсветка обеспечивает более яркий и равномерный свет. При разработке такой подсветки определяющим фактором является энергопотребление. Не рекомендуется ее использовать в устройствах с батарейным питанием, в которых требуется постоянно включенная подсветка.

Потребление подсветки определяется количеством включенных светодиодов, и, следовательно, с увеличением размера дисплея растет потребление, составляющее от 30 до 200 мА и более.

Цвет LED-подсветки может быть разным, в том числе и белым, но чаще всего используется желто-зеленая подсветка. Возможно управление яркостью свечения посредством потенциометра или ШИМ-регулятора Отличительные особенности светодиодной подсветки:

-      низкое напряжение питания, нет необходимости использовать специальные преобразователи;

-      длительный жизненный цикл — в среднем свыше 100 тыс. часов;

-      возможность подсветки красного, зеленого, оранжевого и белого цветов или многоцветной подсветки (с переключением);

-      боковая или матричная подсветка;

-      типовое напряжение питания — 4,2в; потребление 30 до — 200 мА и выше; яркость — 250 кд/м.

Рис. 2.59. Конструктивы матричной и боковой LED-подсветки

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться: