Что такое ЖК монитор и как он работает

02.04.2025

Экраны телевизоров, компьютерных мониторов, ноутбуков делают по разным технологиям. Наиболее распространены сейчас жидкокристаллические дисплеи, которые также называют экранами LCD. Рассказываем про их особенности, принцип работы, преимущества и недостатки.

Что такое ЖК-экран?

Долгое время экраны для телевизоров и компьютерных мониторов делали на основе технологии ЭЛТ – электронно-лучевых трубок. У них было множество недостатков, в том числе большие размеры, значительный вес, высокое потребление электроэнергии. Поэтому ученые постоянно искали альтернативу ЭЛТ-экранам.

Интересный факт: жидкие кристаллы были открыты до появления технологии электронно-лучевых трубок. Их в 1888 году обнаружил австрийский ботаник и химик Фридрих Рейнитцер, когда изучал свойства некоторых веществ, содержащихся в моркови. Но использовать их научились только в 1960-е годы. Именно тогда инженерам американской компании RCA удалось создать первый в мире LCD-экран. В 1970-х годах такие дисплеи уже годились для коммерческого применения, их устанавливали в калькуляторы, электронные часы, измерительные приборы.

Важную роль в продвижении жидкокристаллических дисплеев сыграли компании из Японии. Им удалось создать первый в мире портативный телевизор с ЖК-экраном и цветной дисплей с технологией LCD. Это привело к тому, что во второй половине 1990-х годов началось широкое внедрение жидкокристаллической технологии в сферу производства телевизоров и мониторов. В первом десятилетии XXI века ЖК-дисплеи стали применять для изготовления смартфонов, планшетов, а в сегменте телевизоров и мониторов они активно вытесняли модели с электронно-лучевыми трубками.

Жидкокристаллический экран создан на основе жидких кристаллов – так называют физическое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных обстоятельствах (давлении, температуре, концентрации в растворе). Они одновременно обладают свойствами жидкости и кристалла, по структуре вязкие. Важная особенность жидких кристаллов, позволяющая использовать их для изготовления дисплеев, – способность изменять ориентацию молекул под воздействием электромагнитного поля. Это дает возможность формировать на ЖК-экранах изображение.

ЖК-дисплеи могут быть монохромными либо цветными. Сами по себе они не светятся, поэтому необходима подсветка. Также в прошлом в них применялись пассивные матрицы, которые обновляли изображение построчно, довольно медленно. В настоящее время ЖК-экраны создают на основе активных матриц, обеспечивающих более быстрое обновление картинки.

Устройство ЖК-экрана

Жидкокристаллический дисплей – плоский, он состоит из нескольких слоев.

Подсветка.Необходима, чтобы экран светился и был достаточно ярким. Первоначально в качестве подсветки применяли газоразрядные лампы, но сейчас вместо них используют светодиоды. Им не требуется высокое напряжение, они более экономно потребляют электроэнергию, для их работы не нужна ртуть. От типа светодиодной подсветки во многом зависят яркость и цветопередача экрана.
Рассеиватели и световоды. Так как каждый светодиод представляет собой световую точку, без них изображение на экране было бы зернистым. Комбинация отражателя, световода и рассеивающей пленки обеспечивает равномерное свечение без зернистости.
Поляризационные фильтры. Они устанавливаются до и после слоя жидких кристаллов, их задача – направлять световые лучи так, чтобы они под воздействием электрических полей формировали изображение.
ЖК-матрица. Представляет собой слой жидких кристаллов, располагающийся между стеклянными пластинами либо слоями прозрачной полимерной пленки. На ней формируется картинка. Существует три основных технологии изготовления матриц – TNFilm, IPS, VA. Первая считается устаревшей, применяется в бюджетных мониторах.
Цветовые фильтры. Так как светодиоды создают белый свет, его нужно окрасить. Эту функцию выполняют цветовые фильтры, которые способны создать любой цвет и оттенок из классической триады RGB – красного, зеленого и синего.

На внешнем стекле обычно есть дополнительное покрытие:

глянцевое – делает изображение более ярким;
антибликовое – препятствует появлению бликов, которые могут возникать при ярком естественном или искусственном освещении и искажать картинку на экране.

Принцип работыLCD-дисплея

Принцип работы жидкокристаллического экрана обусловлен его многослойной конструкцией.

Световой луч от подсветки движется к жидкокристаллической матрице. Структурным элементом матрицы является пиксель, разделенный на три ячейки-субпикселя. В каждом субпикселе находятся жидкие кристаллы.

Когда на ЖК-матрицу начинает действовать электрическое поле, угол поворота плоскости поляризации света изменяется. Но поляризационные фильтры, которые установлены с обеих ее сторон, пропускают лишь ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Через первый фильтр проходят вертикальные световые колебания, через второй – горизонтальные.

В зависимости от отсутствия или наличия напряжения, световые волны:

проходят через оба фильтра – на экране отображается яркий красный, зеленый или синий свет;
проходят только через первый фильтр – свет отсутствует (экран остается черным) либо становится более тусклым.

Управление напряжением позволяет формировать для каждого субпикселя свой световой поток определенного цвета и яркости. Они смешиваются, за счет этого разные участки экрана подсвечиваются по-разному. Так на выходе получается цветное изображение.

Типы подсветки ЖК-экранов

Технология газоразрядных ламп (CCFL, флюоресцентные лампы с холодным катодом) использовалась на ранних этапах истории ЖК-дисплеев, но в некоторых моделях применяется и в настоящее время. Такие источники света изнутри покрыты люминофором и заполнены парами ртути. Когда на электроды подается напряжение, ртуть воздействует на люминофор, который начинает светиться.

У этой технологии есть множество недостатков по сравнению с LED-подсветкой:

телевизор или монитор будет более толстым, чем при использовании LED-подсветки, из-за необходимости размещать в изолированном отсеке лампы и трансформатор;
длительность эксплуатации – до 50 000 часов, это меньше, чем у моделей с LED-подсветкой;
меньшая яркость при более высоком энергопотреблении.

Однако некоторые пользователи считают, что газоразрядные лампы обеспечивают более приятный для глаз свет, меньше раздражают и утомляют при работе и просмотре фильмов.

LED-подсветка делается из светодиодов, покрытых люминофором. Ее преимущества:

сравнительнонизкоеэнергопотребление;
длительный срок эксплуатации;
высокая яркость.

Яркость и цветопередачу можно улучшить, используя, например, технологию квантовых точек – такие экраны называют QLED или QNED.

Преимущества и недостатки ЖК-технологии

Яркость, цветопередача, углы обзора ЖК-мониторов и телевизоров, а также другие их характеристики во многом зависят от типа матрицы. Поэтому в наиболее качественных моделях обычно используют матрицы IPS и VA, которые особенно хорошо раскрывают возможности ЖК-технологии.

Преимуществажидкокристаллическихэкранов:

меньшие размеры и вес по сравнению с моделями, созданными по технологии ЭЛТ – телевизоры и мониторы с ЖК-дисплеями плоские, их можно размещать вплотную к стене;
отличная фокусировка, точное сведение лучей, отсутствие геометрических изображений – картинка получается четкой, без размытости;
высокая разрешающая способность – в настоящее время производятся экраны с разрешением до 8K (7680х4320 пикселей), а формат 4K (3840х2160 пикселей) для телевизоров стал нормой;
широкие углы обзора – до 178° по вертикали и горизонтали;
сравнительнонизкоеэнергопотребление;
длительный срок службы, причем без выгорания всей матрицы или ее отдельных элементов.

Недостатки у жидкокристаллических дисплеев тоже есть:

меньшая яркость по сравнению с плазменными панелями и OLED-экранами – хотя технология IPS обеспечивает высокий уровень яркости;
по цветопередаче некоторые матрицы могут уступать экранам, сделанным по другим технологиям: например, IPS хорошо воспроизводит цвета, за исключением черного, а VA отлично отображает глубокий черный, но слабее справляется с другими цветами и оттенками, в то время как OLED-экраны предельно реалистично отображают все цвета и оттенки, в том числе глубокий черный.

Сравнение LCD с другими типами экранов

По некоторым параметрам другие технологии, использующиеся для изготовления экранов телевизоров и компьютерных мониторов, превосходят жидкокристаллические дисплеи. Например, у плазменных панелей и экранов, созданных по технологии OLED (органические светодиоды, позволяющие обойтись без отдельного слоя подсветки), лучше цветопередача. Особенно хорошо они отображают глубокий черный цвет. У OLED-дисплеев лучше обстоят дела с четкостью и контрастностью.

Но у телевизоров и мониторов с ЖК-экранами, созданными на основе матриц IPS и VA, есть ряд бесспорных преимуществ:

более доступны по цене;
дольше служат владельцам;
не подвержены выгоранию изображения.

Они могут уступать устройствам с экранами, созданными на основе других технологий, по таким параметрам, как толщина корпуса и энергопотребление. Но разница при этом может быть минимальной и не иметь существенного значения.

IPS-мониторы, прошедшие специальную калибровку, обладают превосходной цветопередачей. Часто их используют профессиональные фотографы и художники – при этом они не торопятся менять привычные IPS-экраны на OLED-дисплеи.

Телевизоры и мониторы с ЖК-экранами производства LG

Компания LG устанавливает жидкокристаллические дисплеи:

Для производства телевизоров мы используем как традиционные ЖК-матрицы, так и экраны, созданные по технологии квантовых точек. Например, 65-дюймовый QNED-экран с разрешением 4K установлен в модели LGAI 65QNED80T6A.

Жидкокристаллические матрицы IPS и VA применяются во многих игровых мониторах из линейки UltraGear™. Также ЖК-экраны, созданные по технологии IPS, используются в моделях из линейки Ergo, которые отлично подходят для работы дома и в офисе.

Широкий ассортимент телевизоров и мониторов LG с жидкокристаллическими экранами дает каждому возможность выбрать модель, соответствующую его предпочтениям.

Несмотря на то, что по некоторым параметрам ЖК-дисплеи уступают экранам, созданным по другим технологиям, например, OLED, они все еще соответствуют требованиям сегодняшнего дня и остаются востребованными.