close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Российская научно-социальная программа для молодёжи и школьников
«Шаг в будущее»
ЖК монитор
Автор:
Герасимов Дмитрий,
МОУ «Средняя общеобразовательная
школа №5»,
9 класс
Руководитель:
Пищалев Федор Александрович,
учитель информатики высшей
квалификационной категории
МОУ «Средняя общеобразовательная
школа №5»
г. Усть-Илимск,
2011 год
Содержание:
Страница:
2
1. Введение
1.1.
Актуальность
3
1.2.
Объект исследования
3
1.3.
Цель работы
3
1.4.
Задачи работы
3
2. Основная часть
2.1.
Методы исследования
4
2.2.
Методика исследования
4
2.3.
Краткая история возникновения ЖК мониторов
4
2.4.
Устройство и принцип работы ЖК монитора
4
2.4.1. Современные технологии
5
2.4.2. Будущие технологии отображения информации
7
2.5.
Исследовательская часть
8
2.5.1. Создание устройства
8
2.5.2. Обсуждение
9
2.5.3. Выводы
9
3. Заключение
10
4. Список литературы
10
1. Введение
3
1.1. Актуальность.
Жидкокристаллический (ЖК) монитор – устройство для просмотра визуальной
информации, которое есть почти в каждой семье в составе домашнего кинотеатра,
компьютера или в виде обычного телевизора. Он стал просто необходимым предметом в
нашей жизни. Но большинство людей просто пользуются такими мониторами, не
задумываясь о том, как они устроены. А ведь это интересно! По крайней мере, неплохо знать
историю их возникновения, где они начали применяться, как устроен современный ЖК
монитор и неплохо бы заглянуть в будущее – что нас ждёт в ближайшие годы, а также
самому поучаствовать в этом процессе, изготовив своё самодельное устройство, используя
ЖК
матрицу монитора. На эту работу меня вдохновили статьи
изобретателей,
опубликованные на Интернет-сайтах www.thg.ru, www.ferra.ru, www.3dnews.ru.
1.2. Объект исследования
 ЖК монитор
 Проектор-кодоскоп
Предмет исследования:
 Интернет литература по данному вопросу.
 Данные, полученные в результате исследовательской работы.
1.3. Цель работы
Я поставил себе цель – познакомиться с историей возникновения ЖК мониторов и их
устройством для того, чтобы применить полученные знания на практике, в самодельном
устройстве отображения информации.
1.4. Задачи:
1. Найти сведения об истории создания ЖК мониторов.
2. Найти сведения об устройстве ЖК мониторов.
3. Разобрать ЖК монитор и понять назначение различных частей.
4. Совместив кодоскоп и ЖК матрицу, получить ЖК проектор.
5. Оценить плюсы и минусы изделия, сделать выводы.
6. Подготовить демонстрационную работу.
2. Основная часть
4
2.1. Методы исследования
В процессе работы использованы следующие методы:
 Анализ литературы по ЖК мониторам и области их применения
 Анализ литературы по кодоскопам
 Анализ и синтез
 Поиск, сравнение, обобщение
 Компьютерная обработка фотографий
2.2. Методика исследования
Для исследования я изучил историю ЖК монитора, устройство и принцип работы ЖК
монитора и кодоскопа, провёл исследовательскую работу по совмещению ЖК матрицы и
кодоскопа, получил результаты и сделал выводы, подготовил демонстрационный образец.
2.3. Краткая история возникновения ЖК мониторов
Существование жидких кристаллов было установлено очень давно, почти столетие тому
назад, а именно в 1888 году. Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, был австрийский
ученый-ботаник Рейнитцер, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации
Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не
пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Лишь в конце
1966 года, корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD — цифровые часы.
Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Первый в мире
калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975-го
уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во
второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических
индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 году Sharp
выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе
LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов. [1]
2.4. Устройство и принцип работы ЖК монитора
Жидкие кристаллы - это вещества, которые под напряжением меняют количество
пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор состоит из двух пластиковых или
стеклянных пластин, между которыми находится суспензия. В этой суспензии кристаллы
расположены друг к другу параллельно, это позволяет проникать сквозь панель свету. При
приложении
электрического поля положение кристаллов меняется, таким образом,
5
уменьшается прохождение света. (Прилож.I) Эта технология широко применяется в
проекционном оборудовании, компьютерах и телевизорах. [2]
2.4.1. Современные технологии
Основными технологиями при изготовлении ЖК дисплеев являются TN+film, IPS (SFT)
и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей
пластины и фронтального электрода. Большое значение имеют чистота и тип полимера со
свойствами жидких кристаллов, применённый в конкретных разработках.
TN+film (Twisted Nematic + film)
TN + film — самая простая и распространенная технология. Часть film в названии
технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора
(ориентировочно — от 90° до 150°). В настоящее время приставку film часто опускают,
называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и
времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа
матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности - нет.
Матрица TN+film работает следующим образом: если к субпикселям не прилагается
напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают)
поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве
между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине
составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет
проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на
экране образуется белая точка. К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое
время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.
Недостатки: худшая цветопередача, наименьшие углы обзора.
IPS (In-Plane Switching) или SFT (Super Fine TFT)
Технология In-Plane Switching (Super Fine TFT) была разработана компаниями Hitachi и
NEC. Эти компании пользуются этими двумя разными названиями одной технологии - NEC
technologies ltd. использует SFT, а Hitachi - IPS. Технология предназначалась для избавления
от недостатков TN + film. Хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до
170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, но поначалу время отклика
оставалось на низком уровне. На настоящий момент матрицы, изготовленные по технологии
IPS (SFT), — единственные из ЖК мониторов, всегда передающие полную глубину цвета
RGB — 24 бита, по 8 бит на канал. Старые TN-матрицы имеют 6-бит на канал, как и часть
6
MVA. Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не
поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через
него не проходит. Поэтому отображение чёрного цвета близко к идеалу. При выходе из строя
транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а
чёрным. При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются
перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет. IPS в настоящее время
вытеснено технологиями S-IPS (Super-IPS) с меньшим временем отклика, AS-IPS (Advanced
Super IPS — расширенная супер-IPS,) с улучшенным уровнем контрастности, A-TW-IPS
(Advanced True White IPS — расширенная IPS с настоящим белым), AFFS (Advanced Fringe
Field Switching) с ещё большими углами обзора, увеличенной яркостью и уменьшенным
межпиксельным расстоянием.
*VA (Vertical Alignment)
Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и
по потребительским качествам. MVA (Multi-domain Vertical Alignment). Эта технология
разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями.
Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160° (на
современных моделях мониторов до 176—178°), при этом благодаря использованию
технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени
отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и
точности их воспроизведения. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном
напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не
пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на
экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения
не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки. Достоинствами
технологии MVA являются глубокий чёрный цвет и отсутствие, как винтовой структуры
кристаллов, так и двойного магнитного поля. Недостатки MVA в сравнении с S-IPS:
пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса
изображения от угла зрения. Аналогами MVA являются технологии PVA (Patterned Vertical
Alignment) и Super PVA от Samsung., Super MVA от CMO.
Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma
Addressed Liquid Crystal — плазменное управление жидкими кристаллами), которая
соединила в себе преимущества ЖК (яркость и сочность цветов, контрастность) и
плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту и вертикали, высокую скорость
обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные
7
плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК матрица. Технология PALC
позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает наилучшую
управляемость и качество изображения. [3]
В 2011г внедрена новая технология японской компании Sharp – Quattron - состоящая в
добавлении к трем основным цветам - красному, зелёному и синему – четвертого цвета жёлтого, позволяет увеличить количество оттенков цветов на экране и одновременно снизить
потребляемую энергию. Удвоение традиционной частоты смены кадров с 50 до 100 Гц
улучшает чёткость изображения и плавность перехода между кадрами при просмотре
кинофильмов и спортивных передач. [4]
Лазерные дисплеи и их технология
За последние годы разработано столько дисплейных технологий, что неискушенный
покупатель только головой качает, глядя на бесчисленные малопонятные аббревиатуры:
LCD, SED, plazma, LCoS, DLP... Недавно этот список пополнил лазерный телевизор на
технологии Laser TV. Вся история развития телевидения однозначно указывает на главный
критерий качества ТВ-изображения - это его соответствие реальности, т.е. чем ближе
изображение к реальной жизни, тем лучше. Поэтому экран будущего должен быть как бы
окном в реальный мир. Из этого общего положения следуют два основных требования: по
размерам этого окна и по качеству изображения. Новшество лазерных мониторов и
телевизоров состоит в том, что здесь в качестве подсветки используется лазер, из-за этого
цвета становятся более четкими и сочными. Новый дисплеи поддерживают все современные
стандарты вывода видеокартинки, в том числе и Full HD 1080р и лазерный монитор выдает в
два раза более четкое изображение в сравнении с жидкокристаллическими и плазменными
панелями той же диагонали.
2.4.2. Будущие технологии отображения информации
3D мониторы и телевизоры, их особенности
В мире все большую популярность набирают технологии объемного изображения. Это и
выпуск новых компьютерных игр в 3D формате, и оборудование кинотеатров новыми
техническими средствами для просмотра 3D фильмов, и развитие 3D телевидения. И если
создание и передача контента в 3D формате не от нас зависит, то приобретение 3D монитора
зависит уже от покупателя. Все лидеры в производстве телевизионной техники начали
осваивать выпуск 3D телевизоров и другой техники этого формата, как например
проигрыватели для дисков с 3D фильмами и другое. Основное развитие в 3D формате
8
получили плазменные и ЖК телевизоры. В силу технологических особенностей плазменные
3D телевизоры показывают лучшее качество, чем LCD 3D телевизоры, из-за строгого
требования ко времени отклика матрицы (должно быть меньше 3 мили секунд). Но цена
плазменных телевизоров всегда была выше, чем ЖК. Тем не менее, из-за покупательского
спроса развитие ЖК 3D телевизоров и мониторов идет очень большими темпами, постоянно
появляются новые модели.
Телевизоры и мониторы OLED
Используемый термин LED телевизоры (Light Emitting Diode) был применен впервые
компанией Samsung для своих новых ЖК телевизоров. Затем этот термин стали применять и
другие фирмы. Такие телевизоры и мониторы делаются с применением матрицы на жидких
кристаллах, и их отличие от обычных ЖК телевизоров состоит только в применении для
подсветки не люминесцентной лампы, а светодиодов. То есть нельзя сказать, что это
телевизоры со светодиодным экраном. Настоящие светодиодные экраны обозначаются как
OLED, AMOLED, OEL. В них картинку действительно формирует светоизлучающий диод.
По технологии OLED (Organic Light-Emitting Diode), экраны строятся на органических
светодиодах, при воздействии тока свет излучают органические полимерные материалы.
Дисплеи OLED для мониторов и телевизоров не требуют подсветки, они легче, экономичней,
имеют лучшую цветопередачу и больший диапазон яркости. В будущем, может быть, они и
заменят ЖК экраны. Но сегодня применять OLED экраны больших размеров экономически
не выгодно из-за технологических трудностей, поэтому речь не идет о массовом
производстве. [5] [6]
2.5. Исследовательская часть
2.5.1. Создание устройства
В качестве эксперимента я решил совместить ЖК матрицу ноутбука и проекционное
устройство - школьный кодоскоп (сокращение от «классная оптическая доска», он
проецирует изображение с прозрачной пленки или кальки на стену, прилож.II), чтобы
получить аналог промышленного компьютерного проектора. Это устройство, которое я
назвал ЖК проектором, позволит показывать статичные (тексты, таблицы) или подвижные
(клипы, фильмы) изображения большому количеству зрителей, например, всему классу.
Сначала я разобрал верхнюю крышку ноутбука (Прилож.III), убрал светоотражающие и
защитные слои, оставив только матрицу, которую поместил на верхнюю крышку кодоскопа,
запустил ноутбук и включил кодоскоп (Прилож.IV). Подрегулировав высоту объектива,
расположенного на стойке, я получил довольно-таки чёткое изображение, но различимое
только в тёмном помещении. Требовалась бОльшая яркость изображения, соответственно,
9
мощность лампы подсветки, а, следовательно, и лучшее её охлаждение. Как оказалось, ламп
накаливания нужной мощности (1000…2000Вт) с требуемыми мне размерами в продаже не
нашлось. Поэтому пришлось добавить к имеющейся лампе мощностью 650 Вт ещё две
галогенные лампы, каждая по 500Вт (Прилож.V)
и установить в корпусе кодоскопа
дополнительное охлаждение из двух 120-миллиметровых компьютерных вентиляторов
(Прилож.VI). После установки всего вышеописанного, изображение стало хорошо различимо
и при дневном свете, но при этом потерялась резкость (чёткость) изображения, из-за того,
что источник света перестал быть точечным и не фокусировался линзой Френеля. Поэтому я
решил дополнительные лампы убрать (Прилож.VII),
используя получившийся проектор
только в вечернее время. Так же, чтобы предотвратить перегревание и повреждение
матрицы, я разместил её на двух полочках, вырезанных из пенопласта, и поставил между
ними ещё четыре 80-миллиметровых вентилятора (Прилож.VIII). В будущем, если удастся
найти и установить более яркий точечный источник света (например, ксеноновую лампу на
напряжение 220В), то возможно получение яркого чёткого изображения даже и при дневном
освещении, при этом, возможно, с несколько худшими показателями яркости, контраста и
четкости по сравнению с промышленно производимыми проекторами. Это следствие того,
что они, имея ту же мощность лампы подсветки, просвечивают дорогостоящую
специализированную очень маленькую по размеру ЖК матрицу. Но, учитывая, что
настоящий проектор из-за неё стоит 20-50 тыс. рублей, а я использовал лишь бывшие в
употреблении детали, результат себя вполне оправдал (Прилож.IX).
2.5.2. Обсуждение
В ходе испытаний «проектора» были получены следующие результаты:
1. Чёткое изображение с помощью проектора на белом экране или стене.
2. Демонстрация статических и динамических изображений с помощью «проектора», в
затемнённом помещении или в вечернее время суток.
2.5.3. Выводы
Эксперимент по совмещению кодоскопа и ЖК матрицы, в общем, завершился
положительным результатом – устройство работает. Использование его возможно в учебных,
просветительских или рекламных целях, в различных презентациях. Мною были выявлены и
его недостатки – малая яркость, контрастность изображения, и преимущества перед
обычным ЖК монитором – возможность показа изображения не одному-двум зрителям, а
небольшой аудитории из 15-30 человек, т.е. например, одновременно всему классу.
3. Заключение
10
Я изучил историю создания и основные отличия технологий производства ЖК матриц,
сделал работающий аналог настоящего компьютерного проектора из подручных материалов.
Современный монитор – это результат долгой, кропотливой исследовательской работы
ведущих мировых конкурирующих фирм, имеющих собственных исследовательские
лаборатории, большое количество конструкторов, имеющих отличное образование и
необходимое высокотехнологичное оборудование. Это направление науки и техники имеет
не только историю, настоящее, но и будущее, ведь лозунг древних греков «хлеба и зрелищ!»
всегда был и будет оставаться актуальным.
4. Список литературы
1. Компьютерная документация Hardline.ru – Жидкокристаллические дисплеи. История,
принципы работы, преимущества и недостатки. http://www.hardline.ru/ © 2006
2. BestReferat.ru – банк рефератов – реферат: ЖК Мониторы,
http://www.bestreferat.ru/referat-52813.html, © 2005-2009
3. Интернет–издание «Википедия – свободная энциклопедия», на русском языке - ЖКдисплей, http://ru.wikipedia.org, © 1997-2011.
4. ЖК-телевизоры, http://www.sharp.eu/cps/rde/xchg/ru/hs.xsl/-/html/zhk-televizory.htm
5. Все о телевизорах - 3D телевизоры и их особенности, http://fergat.ru/ © 2009
6. Ежемесячный журнал «Ремонт & Сервис электронной техники», г. Москва, ООО
Издательство «Ремонт и Сервис 21», № 1(148), 2011г., http://www.remserv.ru © 2011.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа