Журнал `Компьютерра` N731

Первые ЖК-индикаторы и матрицы были пассивными. Устройство ячейки такой простейшей матрицы или индикатора показано на рис. 1. Здесь слой жидких кристаллов толщиной несколько микрон находится между двумя стеклянными электродами, причем молекулы ориентированы параллельно плоскости электродов. Сверху и снизу такого "сэндвича" расположены пластины-поляризаторы, ориентированные перпендикулярно друг другу. Толщина слоя жидких кристаллов рассчитана так, что в исходном состоянии он поворачивает плоскость поляризации световой волны ровно на 90 . В результате в обесточенной ячейке (на рис. 1 слева) свет беспрепятственно проходит через весь "пирог", отражается от зеркала (оно сделано матовым, чтобы не отражало окружающих предметов) и возвращается обратно. Подобная матрица в обесточенном состоянии выглядит, как обычная стеклянная пластинка.

Когда на электроды подается напряжение (на рис. 1 справа), электрическое поле ориентирует молекулы жидкого кристалла вдоль силовых линий, то есть перпендикулярно плоскости электродов. Жидкий кристалл теряет свои свойства и перестает поворачивать плоскость поляризации света. За счет перпендикулярной ориентации поляризационных пластин весь "пирог" перестает пропускать свет. Образуется черная точка (или сегмент цифрового индикатора - в зависимости от конфигурации электродов).

Энергия в такой ячейке расходуется только на перезаряд конденсатора, образованного электродами. Управлять сегментами, кстати, приходится с помощью переменного тока, потому что однажды "засвеченный" сегмент может оставаться в таком состоянии часами даже после снятия напряжения с электродов и возвращать в исходное состояние его приходится принудительно, подачей напряжения противоположной полярности.

Такие ЖК-дисплеи широко используют и поныне - вы их не раз встречали в тех же часах, дисплеях калькуляторов, плейеров, магнитол, фотокамер, в портативных измерительных приборах. Огромное преимущество сегментных ЖК-дисплеев почти перед любыми другими разновидностями устройств отображения информации заключается в том, что они практически не потребляют энергии, расходуяя ее лишь на изменение состояния кристалла. Зато обеспечить полутоновые изображения в таких пассивных матрицах напрашивающимся методом изменения величины подаваемого на электроды напряжения крайне сложно. Кроме того, простая пассивная матрица имеет неплохую контрастность в отраженном свете, но при наличии лампы-подсветки, увы, черного цвета в ней не добиться.

TN и ее сестры

По этим причинам в компьютерных дисплеях простые пассивные матрицы практически не использовали. Сначала придумали ячейки, использующие технологию STN (Super TN[TN означает Twisted Nematic - от наименования типа жидких кристаллов ("закрученные нематические").]), с помощью которой удалось увеличить угол "закручивания" поляризованного света внутри ЖК-ячейки с 90° до 270°, что позволило обеспечить лучшую контрастность изображения и более плавное управление полутонами. Дальнейшим усовершенствованием стала технология DSTN, где попросту взгромоздили друг на друга две STN-ячейки, молекулы которых при работе поворачиваются в противоположные стороны. Это позволило довести контрастность в проходящем свете до такой величины, что появилась возможность изготовить цветной дисплей, в котором на каждый пиксел приходится три ЖК-ячейки (субпиксела), каждая со своим цветным фильтром.

Кроме контрастности, большой проблемой пассивных матриц было огромное время прорисовки изображения. Система параллельных электродов по сути представляет собой конденсатор, да еще и заполненный электролитом (жидкими кристаллами), будто специально для увеличения его емкости. Вместе с неизбежно высоким сопротивлением тончайших прозрачных электродов ячейка образует отличный фильтр низкой частоты. Поэтому время реакции при подаче импульса напряжения было удручающе большим - сотня-другая миллисекунд считалась очень хорошим показателем. Это некритично для цифровых индикаторов в часах, но для компьютерных дисплеев с частотой обновления экрана порядка 60 Гц никуда не годится.

Быстродействие ячеек удалось повысить, поставив в каждой из них дополнительный тонкопленочный транзистор (TFT). Он резко улучшил временные характеристики упомянутого фильтра, в результате чего время обновления снизилось до приемлемых десятков миллисекунд.

Такие дисплеи стали называться активноматричными[Собственно, маркетологи давно могли бы убрать навязшую в зубах аббревиатуру TFT из названий мониторов, чтобы не вызывать лишних вопросов у "чайников", так как все мониторы теперь только с активными матрицами.]. К сожалению, транзисторы имеют обыкновение иногда сгорать, и при их количестве в несколько миллионов вероятность такого события становится весьма ощутимой - вот тогда и появляются всем известные битые пикселы, которые в технологии TFT TN выглядят, как бросающиеся в глаза ярко светящиеся точки.