ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Плоскопанельные телевизоры

ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Изображение на экране любого телевизора формируется из точек, именуемых пикселями. Пиксель всегда состоит из трёх субпикселей. Каждый субпиксель отвечает за свой цвет - красный, зелёный или синий. С помощью смешивания трех этих цветов в разных пропорциях можно получить практически любой цвет. Расстояния между центрами субпикселей очень малы, поэтому для человеческого глаза три горящих субпикселя в большинстве случаев выглядят как одна точка.

При помощи пикселей и субпикселей формируется изображение на всех существующих типах экранов: жидкокристаллических, ЭЛТ и плазменных.

ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТЕЛЕВИЗОРЫ (LCD)

Конструкция и принцип работы ЖК-телевизора

Схема работы LCD-телевизора:

Внутри корпуса у задней стенки расположена одна или несколько ярких ламп подсветки, интенсивность свечения которых можно изменять. Перед лампой находится матрица. Матрица - плоский массив однотипных элементов. В данном случае элементом является жидкий кристалл со светофильтром красного, синего или зеленого цвета. Снаружи матрицу защищает стеклянный экран, иногда дополненный специальной пленкой.

Лампа подсветки создает постоянный свет. Между лампой и экраном находится матрица. К каждому жидкому кристаллу матрицы отдельно подведено электричество. При изменении электрического напряжения меняется структура жидкого кристалла, и он пропускает больше или меньше света. Чем больше света пропускает кристалл, тем ярче светится точка на экране.

Перед каждым кристаллом стоит светофильтр, который пропускает свет только с одной длиной волны (синий, красный или зеленый). Кристалл и светофильтр формируют субпиксель. Субпиксели красного, синего и зеленого цвета объединяются в группы (триады) и формируют пиксель изображения.

Теперь немного усложним описание:

Световые волны потому и называются волнами, что представляют собой электромагнитные колебания. В отличие от волн на поверхности воды, электромагнитные волны (и свет в том числе) могут колебаться в разных плоскостях (не только вверх-вниз, ной в любой другой плоскости).

Поляризационный фильтр пропускает через себя волны с определенным направлением колебаний, а остальные поглощает. В этом и заключается таинственный процесс поляризации, который так часто встречается при описании ЖК-телевизоров.

Устройство TFT-панели:

1 - Стеклянные пластины.

2, 3 - Горизонтальный и вертикальный поляризаторы.

4 - RGB-светофильтр.

5, 6 - Горизонтальные и вертикальные управляющие шины.

7 - Слои прочного полимера,

8 - Разделители.

9 - Тонкоплёночные транзисторы.

10 - Фронтальный электрод.

11 - Задние электроды.
Стрелка - свет от внешнего источника.

В ЖК-телевизорах используются две пластины из поляризующего материала, между которыми находится раствор жидких кристаллов - молекул стержневидной формы. В отсутствие внешнего воздействия кристаллы пропускают свет через поляризаторы, в результате чего видна подложка. Электрическое поле, приложенное к жидкости, ориентирует кристаллы в одном направлении. В результате кристаллы поворачивают плос-кость поляризации света, и он не может пройти через эту сборку. В результате этого ячейка кристаллов, к которой приложено напряжение, выглядит тёмной. Таким образом, система «поляризационные фильтры + жидкий кристалл» пропускает или не пропускает идущий через них от лампы-подсветки свет.

Технологии изготовления ЖК-экранов

TN+film (Twisted Nematic + film)

Частица «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно от 90° до 150°). К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на существующий момент одно из лучших, а вот уровень контрастности нет. TN+film - самая простая технология.

Матрица TN+film работает следующим образом: если к субпикселям не прилагается напряжение, жидкие кристаллы поворачиваются относительно друг друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. Так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если желтые, зеленые и голубые субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.

К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц.

IPS (In-Plane Switching)

Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN+film. Хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне

Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Отображение черного цвета является идеальным. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.

При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.

Особенности LCD-технологии

Яркость и контрастность

Яркость субпикселя в современных моделях плавно меняется за счет поляризации светового потока в диапазоне от 0 до 90 градусов. Благодаря этой особенности LCD-телевизоры лишены недостатка плазменных панелей (хуже отображают темные оттенки) и хорошо отображают темные оттенки, которые легко отличимы друг от друга.

Изменение яркости

Жидкие кристаллы не обладают мгновенной реакцией на управляющий импульс, поэтому смена яркости субпикселей происходит не мгновенно. Проходит определенное время, пока молекула жидкого кристалла изменится. Отсюда ограниченная скорость реакции субпикселя и, как следствие, проблемы с отображением быстро меняющихся динамических сюжетов. Эти две характеристики связаны между собой, поэтому будем рассматривать их вместе. Чем ярче экран, тем легче будет на него смотреть при ярком солнечном свете. Производители пишут в характеристиках большие значения яркости и выдают это за плюс. Вот тут мы подходим к определению контрастности.

Контрастность - это коэффициент, выражающий отношение между максимальным и минимальным значениями яркости. Чем выше контрастность, тем более чёткой будет картинка, тем более резкими будут казаться границы предметов на экране. Но оказалось, что повысить контрастность очень легко. Для этого достаточно увеличить яркость, с чем у технологии LCD нет никаких проблем. Вот и получается: на коробке написан высокий коэффициент контрастности, но это значение достигается при максимальной яркости экрана, а при такой яркости на телевизор смотреть просто невозможно. На сегодняшний день всё не так плохо. На выручку производителям опять приходят такие технологии как IPS. Как мы помним, в этих технологиях жидкие кристаллы в расслабленном состоянии не пропускают свет. При этом получается настоящий чёрный цвет и приличные показатели контрастности

Угол обзора

LCD-технологии изначально присущи проблемы с углами обзора. Как мы помним, LCD-дисплей похож на бутерброд, который состоит из нескольких слоев. Стоит зрителю отклониться от плоскости экрана, свет сразу изменяет угол поляризации и изменяется яркость пикселя. Разработчики прилагают максимум усилий, чтобы решить эту проблему. Углом обзора считается такой сектор, в пределах которого контрастность меняется не более, чем в 10 раз. Значит, если производитель пишет в характеристиках, что угол обзора равен 160 градусов, то при отклонении в одну либо другую сторону на 80 градусов контрастность будет составлять не менее 10% от исходной. Таким образом, стоит сдвинуться немного в сторону, как заметно изменится цветопередача и упадёт контрастность, а о просмотре телевизора на граница углов обзора лучше сразу забыть. Если уж контрастность упала в 10 раз, что говорить про цвета?

«Битый пиксель»

Если управляющий транзистор выйдет из строя (кристалл не ломается, если что-то и выходит из строя, то только транзистор), то пиксель перестанет функционировать. В зависимости от технологии битый пиксель может выглядеть как светящаяся или как черная точка. Если по технологии кристалл в отключенном состоянии не пропускает свет, то битый пиксель будет незаметным (черным), если кристалл в отключенном состоянии пропускает максимум света, то, естественно, битый пиксель будет гореть.

«Черный цвет»

Молекулы жидкого кристалла никогда не могут поляризовать весь свет на 90 градусов. Даже если приложить к ним максимальное напряжение, они будут пропускать какую-то часть света. Поэтому чёрный цвет никогда не получается идеальным. Вместо чёрного на экране ЖК-телевизора отображаются оттенки темно-серого.

Угол обзора

У плазменных панелей угол обзора составляет не менее 160 градусов как по горизонтали, так и по вертикали. Это вполне честные показатели, и при отклонении на 80 градусов от центра экрана изменения контрастности незаметны, цвета на картинке остаются без изменений. Это означает, что можно смотреть фильмы из любой точки комнаты (в том числе и развалившись на кушетке в противоположном от панели углу). Кроме того, плазменная панель вполне комфортно разместится под потолком бара и будет незаменима, например, для коллективного просмотра футбольных матчей (угла обзора по вертикали и по горизонтали для этого хватит).

Яркость и контрастность

Яркость измеряется в канделах на квадратный метр. Для ЭЛТ-телевизоров отличным показателем считается яркость порядка 400 кд/м2. Плазменные панели очень редко опускаются ниже этой отметки. Это означает, что просмотр одинаково комфортен при любом свете и не зависит от того, под каким углом на экран падает свет. Но гнаться за высокими показателями по этому параметру не стоит, ведь просмотр ТВ при максимальной яркости вряд ли можно считать комфортным

В PDP-технологии выключенный пиксель совсем не излучает свет, поэтому получается глубокий чёрный цвет. Если добавить к этому высокую яркость, то получим отличные показатели контрастности.

LED ТЕЛЕВИЗОРЫ

Всё познаётся в сравнении. До недавнего времени мы пользовались жидкокристаллическими телевизорами и мониторами, в большинстве своём оснащёнными традиционной подсветкой на основе так называемых флуоресцентных (люминесцентных) ламп с холодным катодом (Cold Cathode Fluorescent Lamps, CCFL), проще говоря, ламп дневного света. И всё бы хорошо, но подсветка с помощью флуоресцентных ламп имеет ряд недостатков, которые можно считать фундаментальными. Например, при CCFL подсветке достаточно сложно реализовать действительно глубокие чёрные тона – постоянно включенные лампы всё равно создают определённую " утечку" света даже на тех фрагментах изображения, которые по задумке в данный момент должны быть тёмными. Отсюда также логически вытекает субъективно воспринимаемое снижение чёткости картинки.

Помимо этого, подсветка с помощью флуоресцентных ламп затрудняет передачу множества цветовых оттенков, в результате чего добиться хорошей цветовой насыщенности оказывается очень сложно.

Среди других проблем технологии CCFL LCD также нельзя не отметить сложность с достижением высоких частот развёртки, ограниченный срок службы ламп, сравнительно высокое энергопотребление, и, наконец, экологический нюанс - необходимость использования ртути в составе ламп.

LED-подсветка бывает разная

К настоящему времени разработан ряд различных технологий подсветки ЖК экранов с помощью светодиодов. Как правило, для создания модулей подсветки (Back Light Unit, BLU), используют LED-массивы, составленные из белых (White) или разноцветных - RGB (Red, Green, Blue; красных, зелёных, голубых) светодиодов.

Принцип подсветки также представлен двумя основными вариантами прямой (Direct) и торцевой (Edge). В первом случае это массив светодиодов, расположенный позади ЖК-панели. Другой способ, позволяющий создавать сверхтонкие дисплеи, получил название Edge-LED и предусматривает размещение светодиодов подсветки по периметру внутренней рамки панели, а равномерное распределение подсветки осуществляется с помощью специальной рассеивающей панели, расположенной за ЖК экраном – как это делается в мобильных устройствах.

Сторонники прямой светодиодной подсветки обещают более качественный результат за счёт большего количества светодиодов и технологии локального затемнения для снижения цветовых разводов. Обратная сторона прямой подсветки – большее количество светодиодов и сопутствующее повышение расхода энергии и цены. К тому же о сверхтонком дизайне телевизора придётся забыть.

По своей сути ЖК экран - это многослойный " пирог", составленный из фильтров цвета, массивов жидких кристаллов, ламп подсветки и пр. Ячейки жидких кристаллов сами по себе не светятся, но, в зависимости от уровня поданного на них напряжения, открываются для пропускания света полностью, приоткрываются частично или просто закрыты в случае отображения тёмного участка картинки.

Роль ламп подсветки во всей это истории – просветить приоткрывшиеся ЖК ячейки, чтобы на экране получилась финальная картинка. В случае использования традиционных флуоресцентных ламп слой подсветки оказывается настолько толстым, что занимает больший объём, нежели все остальные слои вместе взятые.

Немаловажный фактор – расход электричества. Традиционные ЖК телевизоры, конечно же, экономнее былых моделей с электронно-лучевыми кинескопами, но не стоит забывать, что и диагонали нынче уже не те, так что с большими ЖК телевизорами электросчетчики и сейчас крутятся достаточно быстро. Что касается новых LED-моделей, светодиодная подсветка позволяет значительно сократить расход энергии без ущерба для яркости изображения

Плоскопанельные телевизоры

ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТЕЛЕВИЗОРЫ (LCD)

12 3 Следующая ⇒