Жидкокристаллические дисплеи и система управления цифрового фотоаппарата

Жидкокристаллические матрицы с графическим представлением информации подразделяются на два типа - пассивные и активные. Ячейки пассивных матриц работают так же, как и ячейки сегментных матриц. Отличия в размерах ячеек - у пассивной матрицы с графическим представлением информации размер ячейки не превышает 0,28 мм, соответственно существенно меньше размеры подводящих потенциалы электродов, а площадь матрицы, панели подсветки и поляризационных фильтров - больше.

Пассивные монохромные матрицы до сих пор устанавливаются в недорогие карманные компьютеры, ноутбуки специального назначения и в контрольно-измерительные приборы. То есть в устройства, не требующие динамического обновления изображений, при котором сказывается основной недостаток пассивных матриц - высокая инерционность изображения. При этом пассивные матрицы обладают низким энергопотреблением и долговечностью. В пассивных матрицах не бывает "битых" пикселей. Они сохраняют работоспособность в течение 10 и более лет.

Эффект инерционности проявляется в том, что при резком перемещении курсора или при воспроизведении видео (запуске игр, любого приложения, в котором экранная картинка изменяется быстро) изображение смазывается, а курсор становится неразличимым.

Инерционность пассивной жидкокристаллической матрицы обусловлена ее конструктивными особенностями. Потенциалы ячеек матрицы обновляются с определенной частотой (стандартное значение 60 Гц). В промежутке между обновлениями кристаллы стремятся вернуться в исходное хаотичное положение. А при подводе потенциала на кристаллы действуют разнонаправленные силы - сила инерции, стремящаяся вернуть кристалл в первоначальное положение, и электромагнитное поле, стремящееся придать кристаллу упорядоченное положение. На преодоление противодействия инерции уходит некоторое время, в результате матрица не "успевает" отреагировать на сигналы контроллера дисплея.

Положение можно исправить, если подвести к каждой ячейке матрицы не электрод, а транзистор, который меняет полярность потенциала на своих выводах только при подаче на него явным образом электрического тока иной направленности. По этому принципу и устроена активная жидкокристаллическая матрица. Вместо электродов каждая ячейка матрицы снабжена тонкопленочным транзистором. Пока контроллер не изменит состояние транзистора, послав соответствующий электрический сигнал, транзистор сохраняет электрический потенциал и удерживает положение жидких кристаллов в неизменном положении. К тому же транзистор способен усиливать электрический ток, а потому управляющий потенциал ячейки активной матрицы имеет большую величину, чем потенциал на электроде ячейки пассивной матрицы.

Технологически производство активных жидкокристаллических матриц намного сложней, чем производство матриц пассивных. Конструкторам приходится решать две противоположные задачи - снабдить каждую ячейку надежно работающим транзистором, но при этом сами транзисторы должны быть прозрачными и не препятствовать прохождению света через матрицу.

До сих пор мы говорили о принципах работы монохромных жидкокристаллических матриц. Но в цифровые фотоаппараты устанавливаются исключительно цветные матрицы. Как в жидкокристаллических матрицах реализован вывод цветного изображения?

Известно, что цветное изображение можно получить сложением базовых цветов по модели RGB - красного, зеленого и синего. Есть и другие цветовые модели (например, применяющаяся в печатающих устройствах CMYK - Cyan, Magenta, Yellow, blacK - зелено-голубой, красно-малиновый, желтый и черный, аббревиатура составлена по выделенным буквам), но модель RGB оказывается наиболее простой и, соответственно, наиболее технологичной.

Чтобы получить цветное изображение на жидкокристаллической матрице, каждый ее элемент, ячейку с жидкими кристаллами, приходится делить на более мелкие субэлементы. При этом каждая ячейка состоит из трех субэлементов и называется триадой. Размер субэлемента втрое меньше размера ячейки. Каждый из субэлементов оснащен микросветофильтром - красным, зеленым или синим. При подаче на транзистор субэлемента сигнала определенной полярности жидкие кристаллы изменяют свое положение относительно проходящего через слои матрицы света от лампы подсветки, либо препятствуя прохождению световой волны, либо не препятствуя. В результате субэлементы триады формируют цвет пикселя матрицы.

При всей сложности и хрупкости жидкокристаллической матрицы, которая изготавливается из тончайших пластин оптического стекла, это достаточно прочная и надежная деталь цифрового фотоаппарата. Дисплей, установленный на камере, защищен толстым покровным стеклом, обладающим повышенной устойчивостью к царапинам. Однако случайный удар по поверхности покровного стекла, например, при падении камеры, выведет дисплей из строя. Поэтому владельцу цифрового фотоаппарата придется беречь не только оптику камеры, но и контрольный дисплей. Для обеспечения сохранности дисплея чаще всего используются специальные экранные протекторы - прозрачные пластиковые пленки, удерживающиеся на поверхности экрана посредством статики (клей не применяется), обеспечивающие защиту от царапин и придающие покровному стеклу экрана большую механическую прочность.

Характерной особенностью эксплуатации цифрового фотоаппарата является его использование в любых условиях, в том числе и при ярком солнечном освещении. Идеальные для большинства фотолюбителей условия съемки противоречат условиям беспроблемного функционирования жидкокристаллической матрицы. Изображение на экране дисплея при ярком освещении трудно рассмотреть потому, что яркости и контрастности любой, даже самой совершенной, матрицы оказывается недостаточно для отображения информации на экране, залитом ярким дневным светом. Для сравнения - показатель яркости изображения жидкокристаллических матриц не превышает 1:250 (соотношение яркостей между полностью погасшей и максимально светящейся точками), а электронно-лучевых телевизионных трубок 1:500 и выше. При этом солнечные лучи, попадающие через окно на экран телевизора, делают изображение неразличимым. Что же говорить о ЖК матрице?

Для преодоления этого эффекта дисплеи цифровых фотоаппаратов снабжаются лампами подсветки с регулируемой яркостью свечения. Радикальным способом решения проблемы можно считать применение матриц с рефлективной подсветкой. Добавим - казалось бы, можно. На самом деле не все так просто, и рефлективная подсветка проблемы не решает.

Матрица с рефлективной подсветкой от обычной активной матрицы отличается, как мы уже говорили, устройством внутренней панели, на которую возлагается роль источника света. В обычном случае эта панель представляет собой стеклянную плоскую призму, по боковым сторонам которой располагаются лампы. Подсвечивая торец призмы, лампы приводят к свечению всей ее поверхности. У матрицы же с рефлективной подсветкой стеклянная пластина покрыта отражающей амальгамой и расположена под углом к нижней поверхности матрицы. С одной стороны отражающей пластины располагаются лампы подсветки. При включенных лампах экран освещается ими, при отключенных - лучами солнечного света, проходящими через прозрачные слои матрицы и отражающимися от амальгамы стеклянной пластины. Другой вариант - стеклянная пластина выполнена в виде треугольной с узких торцов призмы, то есть имеет переменную толщину от одного длинного края к другому. Наконец, пластина может состоять из двух расположенных под небольшим углом частей или быть выполненной в виде такой же плоской призмы. Конструкций множество, технология производства компактных жидкокристаллических дисплеев бурно прогрессирует...

Недостаток дисплеев с рефлективной подсветкой - значительные цветоискажения. При ярком солнечном освещении лампа подсветки отключается и экран дисплея подсвечивается отражающей пластиной. Изображение на экране хорошо различимо, но цветопередача, контраст и яркость изображения при этом зависят от параметров внешнего источника света. Поворот экрана, тень, упавшая на камеру (а дисплей фотоаппарата всегда находится в тени), отражение от какой-либо поверхности (например, кирпичной стены или цветной рубашки фотографа), все это влияет на экранное изображение. Более того, даже при включенной лампе изображение на экране дисплея с рефлективной подсветкой имеет пониженную яркость. Это не позволяет правильно оценить только что отснятый цифровой камерой кадр и сильно мешает в визуальной оценке качества цветопередачи.

Стоит ли в таком случае говорить о рефлективных матрицах? Стоит, если учесть, что кроме собственно фотоаппаратов существует такой класс цифровых устройств, как смартфоны. К примеру, популярнейшие смартфоны Nokia семейства S60, оснащенные 2-х и 3-х мегапиксельными сенсорами CMOS активно используются владельцами в качестве фотоаппаратов. Экраны в этих смартфонах установлены именно рефлективные (точнее - трансфлективные, еще более независимые от внешней яркой засветки). Правда, качество снимков, получаемых посредством смартфона, не позволяет даже думать о каком-либо творчестве. Это лишь карманный фоторегистратор, простой аппарат для быстрой документальной съемки и не более того. Но, заметим, потрясающе привлекательный...

Рис. 6.6. Смартфон Nokia, который может работать в качестве простого цифрового фотоаппарата