Технологии производства панелей мониторов

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный  технический университет

Факультет радиотехники и электроники

Кафедра конструирования  и технологии радиоэлектронных средств

 

 

 

 

 

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине информатика

тема: «Технологии производства панелей мониторов»

 

 

 

 

 

 

Выполнил                                                            Проверил

Группа: РК6-11                                                    Преподаватель: Бизяев А.А.

Студент: Альпинский С.А.                                 Оценка:

                                                                              Дата:

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2011

 

Содержание

 Введение…………………………………………………………3

1. ЖК мониторы………………………………………………...4

1.1. Технология производства…………………………………5

1.2 Тип матриц TN……………………………………………...6

1.3 Тип матриц IPS……………………………………………...7

1.4 Тип матриц  VA……………………………………………..8

1.5. Преимущества и недостатки……………………..………..9

2. Стерео мониторы……………………………………….…..11

2.1. Технология производства…………………………...…...13

2.2 Поляризационные 3D мониторы…………………….......13

2.3 Автостереоскопические 3D мониторы…………………..14

2.4. Преимущества и недостатки……………………….....….14

3. Плазменные мониторы………………………………….….15

3.1. Технология производства………………………………..16

3.2. Преимущества и недостатки……………………………..17

Заключение……………………………………………… ……18

 Список литературы……………………………………………19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 Важной частью настольного  персонального компьютера является  монитор. Все мониторы можно  классифицировать:

  -По схеме формирования изображения.

  -По своим размерам.

  -По способу воздействия на человека.

 Как правило, все  широко распространенные современные  мониторы, по схеме формирования  изображения, делятся на два  типа:

- на основе электронно-лучевой  трубке (ЭЛТ, или CRT);

- на основе жидких  кристаллов (ЖК-панель, LCD-панель).

 ЭЛТ-мониторы очень похожи на телевизоры. У них тот же принцип формирования сигнала – направленный электронный пучок вызывает свечение точек на экране. Этот тип мониторов позволяет создание изображения с максимальной контрастностью, яркостью и цветностью. Их недостатки – высокое потребление электроэнергии и вред, наносимый здоровью.

 ЖК-мониторы формируют  изображение за счет того, что  определенные точки экрана становятся  прозрачными или непрозрачными  в зависимости от приложенного  электрического поля. Поскольку  жидкокристаллические ячейки сами  не светятся, ЖК-мониторам нужна  подсветка. ЖК-мониторы имеют  малое потребление энергии, изображение  на них приятно глазам, отсутствует  радиационное излучение монитора. Их недостатки – малая контрастность  изображения и малые скорости  регенерации (обновления изображения)  экрана.

 

 

 

 

 

 

 1.ЖК МОНИТОРЫ

 

 Первые жидкокристаллические  материалы были открыты более  100 лет назад австрийским ученым  Ф. Ренитцером. Со временем было обнаружено большое число материалов, которые можно использовать в качестве жидкокристаллических модуляторов, однако практическое использование технологии началось сравнительно недавно.

 Дисплей на жидких  кристаллах используется для  отображения графической информации  в компьютерных мониторах (также  и ноутбуков), телевизорах, телефонах,  цифровых фотоаппаратах, электронных  книгах, навигаторах, также —  электронных переводчиках, калькуляторах,  часах и тп. а также во многих других электронных устройствах.

 Изображение в нём  формируется с помощью отдельных  элементов, как правило, через  систему развёртки. Простые приборы  с дисплеем (электронные часы, телефоны, плееры, термометры и пр.) могут  иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей. Многоцветное изображение формируется с помощью RGB-триад.

 В основе принципа  работы ЖК-монитров лежит поляризация света. То есть, две панели (поляризационные пленки) выступают в качестве преграды для светового потока, тогда, как расположенный между ними тонкий слой кристаллов способствуют преломлению света, пропущенного первой пленкой. Таким образом, происходит свечение экрана, которое можно регулировать. В качестве подсветки обычно используется несколько ламп (от 4 до 6) и дополнительные зеркала (для равномерного распределения света).

 Содержащиеся между  двумя панелями кристаллы могут  изменять свое положение под  воздействием электрического импульса. Современные цветные матрицы  состоят из пикселей, каждый из  которых имеет три ячейки, отвечающие  за красный, зеленый и синий цвета соответственно.

 

 

 

1.1Технология производства ЖК мониторов

 

 Процесс изготовления  ЖК-панелей очень схож с производством  полупроводников. 

 На стекло наносится  слой хромовых проводников для  создания проводящей структуры  транзисторов и запоминающих  конденсаторов. Затем добавляется  тонкий слой оксида кремния,  который будет работать в качестве  диэлектрика для затворов транзисторов  и конденсаторов. После этого  для создания канала транзистора  наносится слой аморфного кремния.  Затем две зоны транзистора  легируются N+ для создания стока и истока. Наконец, наносится слой металлических проводников, чтобы связать транзистор (слева) с запоминающим конденсатором (справа). Этот слой также обеспечивает подключение к металлической шине данных. Хромовая решётка, соединяющая все транзисторы в строчке, работает в качестве горизонтальной адресной линии. Наконец, весь комплекс покрывается оксидной плёнкой для защиты компонентов.

 Так как транзистор  на аморфном кремнии имеет  не такие хорошие характеристики, как транзистор на легированной  подложке, к решётке прикладывается  отрицательное напряжение (-5 В), которое  гарантирует, что транзистор открыт (выключен). Как только транзисторный  слой будет нанесён, можно добавлять  жидкие кристаллы. 

 Чтобы две стеклянные  пластины не соприкасались друг  с другом, добавляется специальный  разделитель (spacer). Затем наносятся жидкие кристаллы и электроды из оксида индия и олова. После этого добавляются цветовые фильтры (в нашем случае зелёный), передняя стеклянная панель и ещё один поляризатор, ось которого перпендикулярна оси первого поляризатора.

 Над транзистором наносится  чёрный фильтр. Причина проста: в  этой области напряжение не  контролируется, в отличие от  пространства под электродом. Оно  зависит от напряжения в линии  данных, которое может меняться даже тогда, когда наш пиксель вовсе не адресуется. Поэтому лучше "замазать" эту область, чтобы она не влияла на результат.

 Сегодня производство  ЖК-матриц происходит по разным  технологиям, соответственно каждая  из них относится к определенному  типу. Различают такие основные типы ЖК-матриц, используемых сегодня для ноутбуков:

 • Twisted Nematic (TN)

 • In-Plane Switch (IPS)

 • Vertical Alignment (VA).

 

 1.2 Тип матриц TN

 

 Тип матриц, изготовленных по технологии TN, можно смело отнести к «ветеранам труда». Матрицы характеризуются своеобразным расположением кристаллов, что сказывается на световом потоке, проходящем через поляризационную пленку. Интенсивность подачи света зависит от напряжения, оказываемого на кристаллы. В таких матрицах весьма проблематично добиться эффекта полного черного цвета. Тем не менее, тип матриц TN имеет свои достоинства, впрочем, как и недостатки.

 Итак, к преимуществам  TN матрицы относятся:

 • максимальная скорость  «реагирования» ячейки;

 • экономичное потребление  электроэнергии;

 • дешевизна относительно  остальных типов матриц.

 Недостаток TN матриц состоит, в первую очередь, в несинхронности движения кристаллов при поворотах. Так, например, когда все кристаллы должны уже закончить разворот, некоторая их часть его только начинает, в результате чего световой поток рассеивается. Также характерно неравномерное изображение картинки под разными ракурсами. (Рис.1)

Рис.1

 

 1.3 Тип матриц IPS

 

 Для тех, кто увлекается  фотографией и компьютерной графикой  трудно найти более подходящий  вариант монитора, чем типы ЖК-матриц, изготовленные по технологии  IPS. Производством этих матриц занимаются такие гиганты электроники, известные всему миру качеством и надежностью техники, как Philips, LG и другие.

 Данный тип матриц  подразумевает собой стабильное  расположение кристаллов (параллельно  полотну монитора), которые синхронно  поворачиваются, обеспечивая безупречную  картинку. Такого эффекта удалось  достичь благодаря использованию  дополнительных электродов, расположенных  на нижней части каждой отдельно  взятой ячейки. О неисправности  ячейки можно судить в том  случае, если при включении она  продолжает иметь черный оттенок.  (Рис.2)

Рис.2

 Оценивая тип матриц  IPS по качеству конечного изображения, можно с уверенностью сказать, что это идеальный вариант.

 К преимуществам технологии  можно причислить:

 • отличную цветопередачу; 

 • широкие углы  обзора.

 К недостаткам же  относятся: 

 • меньшая скорость (по сравнению с предыдущей  технологией) «срабатывания»;

 • оказывающая негативное  воздействие на глаза, слишком  явная межпиксельная сетка; 

 • высокая цена.

 

1.4 Тип матриц  VA

 

 Проанализировав типы  ЖК-матриц IPS и TN, можно сделать вывод, что первый вариант – недостаточно идеален в плане качества изображения, тогда как второй не всем по карману. На самом деле это не проблема. Те, кто привык находить оптимальные решения для поставленных задач, оценят компромиссный вариант – технологию VA.

 Этот тип матриц  отличаются глубоким и насыщенным  черным цветом. Особенность его  заключается в наличии мультимедийной  структуры, благодаря которой  даже при повороте матрицы  можно достичь максимального  эффекта равномерного расположения  кристаллов, то есть приемлемого  изображения для человеческого  глаза под разными ракурсами  монитора. (Рис.3)

Рис.3

 MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. 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) от Samsung.

 • Super PVA от Samsung.

 • Super MVA от CMO.

 Характеристики матриц Premium MVA и S-PVA:

 • хорошая цветопередача,  почти не уступающая IPS;

 • насыщенный черный  цвет;

 • высокая скорость  отклика; 

 • широкие углы  обзора;

 • высокие показатели  яркости и контрастности изображения.

 

1.5Преимущества и недостатки

 

 В настоящее время  ЖК-мониторы являются основным, бурно  развивающимся направлением в  технологии мониторов. К их  преимуществам можно отнести:  малый размер и вес в сравнении  с ЭЛТ. У ЖК-мониторов, в отличие  от ЭЛТ, нет видимого мерцания, дефектов фокусировки и сведения  лучей, помех от магнитных полей,  проблем с геометрией изображения  и четкостью. Энергопотребление  ЖК-мониторов в 2—4 раза меньше, чем у ЭЛТ и плазменных экранов  сравнимых размеров. Энергопотребление  ЖК-мониторов на 95 % определяется  мощностью ламп подсветки или  светодиодной матрицы подсветки  (англ. backlight — задний свет) ЖК-матрицы. Во многих мониторах 2007 года для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более герц.

 Светодиодная подсветка  в основном используется в  небольших дисплеях, хотя в последние  годы она все шире применяется  в ноутбуках и даже в настольных  мониторах. Несмотря на технические  трудности её реализации, она  имеет и очевидные преимущества  перед флуоресцентными лампами,  например более широкий спектр излучения, а значит, и цветовой охват.

 С другой стороны,  ЖК-мониторы имеют и некоторые  недостатки, часто принципиально  трудноустранимые, например:

 • В отличие от  ЭЛТ, могут отображать чёткое  изображение лишь в одном («штатном»)  разрешении. Остальные достигаются  интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320×200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах.

            • Цветовой охват и точность цветопередачи ниже, чем у плазменных панелей и ЭЛТ соответственно. На многих мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах).

 • Многие из ЖК-мониторов  имеют сравнительно малый контраст  и глубину чёрного цвета. Повышение  фактического контраста часто  связано с простым усилением  яркости подсветки, вплоть до  некомфортных значений. Широко применяемое  глянцевое покрытие матрицы влияет  лишь на субъективную контрастность  в условиях внешнего освещения. 

 • Из-за жёстких  требований к постоянной толщине  матриц существует проблема неравномерности  однородного цвета (неравномерность  подсветки).

 • Фактическая скорость  смены изображения также остаётся  ниже, чем у ЭЛТ и плазменных  дисплеев. Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.

 • Зависимость контраста  от угла обзора до сих пор  остаётся существенным минусом  технологии.

 • Массово производимые ЖК-мониторы плохо защищены от повреждений. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей.

  • Предельно допустимое количество дефектных пикселей, в зависимости от размеров экрана, определяется в международном стандарте ISO 13406-2 (в России - ГОСТ Р 52324-2005). Стандарт определяет 4 класса качества ЖК-мониторов. Самый высокий класс — 1, вообще не допускает наличия дефектных пикселей. Самый низкий — 4, допускает наличие до 262 дефектных пикселей на 1 миллион работающих.

 • Вопреки расхожему мнению пиксели ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения, за исключением лазерных дисплеев, не подверженных деградации пикселей.

 

 

 

 

 

2.СТЕРЕО МОНИТОРЫ

 

 Развитие информационных  технологий привело к тому, что  принципиально изменилась технология  многих производственных процессов  и научных исследований. Люди  привыкли получать исходные данные  в цифровом виде, обрабатывать  их на компьютере и наблюдать  результаты на экране монитора. В большинстве случаев мы не  отдаем себе отчета в том,  что изображение на мониторе  плоское, тогда как окружающий  мир мы видим объемным.

 Тем не менее, сегодня  большой интерес потребителей  и разработчиков вызывает все,  что направлено на «углубление»  нашего восприятия компьютерной  информации. Трехмерное компьютерное  видение чрезвычайно важно в  таких областях, как фотограмметрия, химия, медицина, для различных  научных изысканий, в моделировании,  дизайнерском деле, а также в  индустрии компьютерных игр. 

 Повышение качества  исходных данных, совершенствование  программного обеспечения, создание  мощных компьютеров и видеокарт  позволяет надеяться на возможность  получения качественного 3D-изображения при наличии соответствующего средства визуализации. На сегодняшний день таким средством все чаще становятся специальные стерео мониторы.

 Современные стереомониторы можно разделить на несколько типов по способу стерео-визуализации: стереоскопические, голографические и волюметрические (на объемных носителях). Последние два типа не получили массового распространения и представляют собой в основном лабораторные или демонстрационные образцы, а потому в данном обзоре рассматриваться не будут.

 Стереоскопические мониторы  используют в качестве средства  стереовизуализации стереоскопию и получили наибольшее развитие. Такие мониторы воспроизводят два ракурса объемной сцены, один из которых предназначен для левого, а другой - для правого глаза.

 

2.1Технология производства стерео мониторов

 

 Стероскопические мониторы, в свою очередь, делятся на автостереоскопические (не требующие дополнительно использования очков для разделения левого и правого изображений стереопары) и те, которые подразумевают использование облегченных поляризационных очков.

 

 2.2 Поляризационные 3D мониторы

 

 В 3D технологии поляризационных 3D мониторов изображение для левого и правого глаза разделяется с помощью поляризации света от матрицы LCD-стереомонитора. Данный 3D эффект достигается с помощью различных поляризационных фильтров-пленок. К стереомонитору прилагаются поляризационные 3D очки, которые пропускают изображение для каждого глаза отдельно.

 Производители: JVC, Zalman. Преимущества стереоскопической технологии поляризационных 3D мониторов: доступная цена 3D оборудования, простота установки 3D оборудования, поляризационный 3D монитор может служить как обычный монитор.

 Недостатки стереоскопической  технологии поляризационных 3D мониторов: среднее качество стереоизображений и 3D видео, падение разрешения 3D, ограниченный угол просмотра 3D видео, 3D кино и 3D изображений (нужно находиться строго перед поляризационным 3D монитором).

 Таким образом, при  использовании автостереоскопического лантикулярного монитора применяются различные технологии. Требуется специализированная компьютерная обработка видео сигнала (специальные драйвера, софт и контент), необходима высокоточная оптика со специальными свойствами и высокоточная сборка.

 

2.3 Автостереоскопические 3D мониторы (без специальных очков)

 

 В 3D технологии автостереоскопических мониторов (без очков) изображение для левого и правого глаза разделяется с помощью специальной растровой пленки-фильтра на LCD автостереоскопическом мониторе, который состоит из микроколб. Для просмотра 3D не требуются специальные 3D очки.

 Пространство перед  автостереоскопическим 3D монитором разбивается на несколько зон, если зритель попадает в одну из таких зон, то он видит стереоизображение на автостереоскопическом 3D мониторе. При переходе из одной зоны стереоскопического монитора в другую 3D изображение искажается. Наиболее комфортный просмотр 3D изображения будет с расстояния 3-5 метров от монитора.

 Наиболее известными  решениями по автостереоскопическим дисплеям являются мониторы: Philips и SuperD. Преимущества 3D технологии автостереоскопических мониторов: отсутствие 3D очков, компактность, автостереоскопический монитор можно использовать как обычный монитор.

 Недостатки 3D технологии автостереоскопических мониторов: малая глубина 3D изображения, специальная дорогая обработка 3D видео роликов, меньшее разрешение 3D изображения, требования к положению зрителя, высокая стоимость оборудования.

 

2.4 Преимущества и недостатки

 

 Данная технология  только начинает активно внедряться, поэтому существуют некоторые  ограничения, которые будут улучшаться  в ближайшее время. 

 Основными проблемами  на данном этапе являются:

1. Падение разрешения  при отображении 3D стерео изображений, однако, планируется выход новых версий мониторов с большим разрешением. Меньшее разрешение позволяет формировать более глубокий стерео эффект.

2. Требования к зоне  просмотра. Хотя можно смотреть  изображение на современных 3D телевизорах под различными углами и на различном расстоянии, наиболее комфортный стерео эффект достигается на расстоянии 3-6 метров от монитора с углом в 60 градусов.

3. Специальный контент.  Хотя мониторы позволяют отображать  многие приложения «на лету»  (системы виртуального окружения  EON, Virtools, Quest3D и другие, поддерживаются Google Earth, Google SketchUp, такие игры, как Counter Strike, Quake 3, Warcraft 3 и др.), пока нельзя просматривать обычное видео и обычные приложения в 3D без специальной обработки.

 Преимуществами стерео  мониторов являются:

 • изображение более  четкое 

 • исключено мерцание, свойственное электронно-лучевому  дисплею

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.ПЛАЗМЕННЫЕ МОНИТОРЫ

 

 Плазменный эффект  известен науке довольно давно:  он был открыт еще в 1966 году. Неоновые вывески и лампы дневного  света - лишь некоторые виды  применения этого явления свечения  газов под воздействием электрического  тока. А вот производство плазменных  мониторов для массового потребительского  рынка начинается только сейчас. Это связано и с дороговизной  таких мониторов, и с их ощутимой "прожорливостью". И хотя технология  изготовления плазменных дисплеев  несколько проще, чем жидкокристаллических, тот факт, что она еще не  поставлена на поток, способствует  поддержанию высоких цен на  этот пока экзотический товар. 

 Прежде всего, хочется  отметить, что плазменные мониторы - это, как правило, мониторы  с очень большой диагональю (40 - 60 дюймов), с совершенно плоским  экраном, а сами мониторы являются  очень тонкими (толщина их обычно  не превышает 10 см) и одновременно  очень лёгкими. И при всех  этих достоинствах плазменные  мониторы позволяют сохранить  качество изображения на очень  высоком уровне.

 

3.1Технологии производства плазменных мониторов

 

 Плазменная технология  используется при создании сверхтонких,  плоских экранов. Лицевая панель  такого экрана состоит из двух  плоских стеклянных пластин, расположенных  на расстоянии около 100 микрометров  друг от друга. 

 Между этими пластинами  находится слой инертного газа (как правило, смесь ксенона  и неона), на который воздействует  сильное электрическое поле. На  переднюю, прозрачную пластину нанесены  тончайшие прозрачные проводники - электроды, а на заднюю - ответные  проводники. В современных цветных  дисплеях переменного тока задняя  стенка имеет микроскопические  ячейки, заполненные люминофорами  трех основных цветов (красного, синего и зеленого), по три ячейки  на каждый пиксель. Именно при помощи смешения в определённых пропорциях этих трёх цветов и получаются различные оттенки цветного изображения в каждой точке экрана монитора. Газ, который находится между двух пластин, переходит в плазменное состояние и излучает ультрафиолетовый свет. Благодаря необычайной цветовой четкости и высокой контрастности перед вами возникает просто очень качественное изображение.

 

3.2Преимущества и недостатки плазменных мониторов

 

 Плазменные мониторы  обладают наряду с вышеперечисленными  особенностями еще и выдающимися  качествами: повышенную чёткость  изображения, яркость (до 500 Кд/кв.м), контрастность (до 400:1) и очень высокую сочность цветов. Все эти качества наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. небольшое время регенерации (время между посылкой сигнала на изменение яркости пикселя и фактическим её изменением).

 Рассмотрим самые основные  недостатки плазменных мониторов: 

 • очень высокая  цена 

 • довольно высокая  потребляемая мощность, возрастающая  при увеличении диагонали монитора 

 • низкая разрешающая  способность, обусловленная большим  размером элемента изображения 

 • сравнительно небольшой  срок службы 

 • интерференция 

 Если сопоставить все  достоинства и недостатки плазменных  мониторов, то налицо существенное  преобладание всевозможных достоинств. Не нужно забывать, что технический  прогресс не стоит на месте,  и в условиях жёсткой конкуренции  фирмы-производители плазменных  мониторов стремятся постоянно  повышать качество выпускаемой  продукции. 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 Впрочем, геометрический  подход не подразумевает под  собой ничего, кроме формы; ученые  активно работают и над традиционными  технологиями, постоянно совершенствуя  их качество, и одновременно создают  принципиально новые. Некоторые  из этих технологий уже доведены  до уровня промышленных изделий,  другие еще только проходят  лабораторные испытания, однако  уже сегодня обещают перегнать  в характеристиках своих нынешних  собратьев. 

 Если говорить об  изменениях мониторов в чисто  геометрическом плане, то действительно  можно сказать, что они эволюционируют  от трубки к пластине.

 По прогнозам экспертов,  в будущем будет происходить  постепенное слияние мониторов  и телевизоров, поэтому привычные  экраны мониторов с соотношением  величин сторон экрана 4:3, вероятно, будут приведены к стандарту  телевидения высокой четкости (ТВЧ,  с разрешением 1920 x 1080) и DVD, с соотношением длин сторон изображения 16:9.

Для наглядности сведем все  плюсы и минусы современных ЖК-технологий в одну таблицу.

Название	TN	MVA	PVA	S-IPS
Производитель	(все)	(многие)	Sumsung	LG,Phihlips
Реализация	средняя	высокая	высокая	высокая
Контраст	средний	высокий	очень высокий	средний
Углы обзора	плохие	хорошие	хорошие	отличные
Время отклика	хорошее	плохое	плохое	среднее
Цветопередача	плохая	хорошая	хорошая	отличная
Оптимальное применение	текст, деловая графика,	текст, дизайн, моделирование	текст, дизайн, моделирование	графика, видео, мультимедиа