अगर टीएफटी का आविष्कार कभी नहीं किया गया तो क्या होगा? CSTN मैट्रिक्स एलसीडी

प्रविष्टि

जब CRT पर नज़र रखता है, तो निम्नलिखित तर्क को उनके पक्ष में आगे रखा गया था: सभी सुधारों के बावजूद, एलसीडी डिस्प्ले छवि गुणवत्ता में ट्यूब डिस्प्ले को कभी भी बेहतर नहीं बनाएगा। वे, पहले की तरह, केवल वहीं आवेदन पाएंगे जहां ऊर्जा दक्षता और छोटी मोटाई की आवश्यकता होती है [1]। दशकों बीत चुके हैं, और अब हम जानते हैं कि क्या इस तर्क के समर्थक सही थे। लेकिन आज उस समय के एलसीडी को देखना दिलचस्प है: क्या वे वास्तव में इतने खराब हैं? 2019 में CSTN मैट्रिक्स को देखना कैसा है?



बाएँ TFT, दायां CSTN, दोनों नब्बे के दशक से प्रदर्शित होते हैं

पिछली सदी में एलसीडी

टीएफटी पर स्विच करने से पहले, लैपटॉप कंप्यूटरों में विभिन्न प्रकार की प्रदर्शन तकनीकों का उपयोग किया गया था। सबसे पहले, उन्होंने डेस्कटॉप कंप्यूटरों की तरह ही CRT मॉनिटर का इस्तेमाल किया, केवल छोटे वाले। उदाहरण के लिए, कॉम्पैक पोर्टेबल (1983), आईबीएम 5155 (1984) या कमोडोर एसएक्स -64 (1984 भी)।



IBM 5155, लेखक: सूपमिस्टर, लाइसेंस: CC-BY-SA-2.0, यहाँ से

हर जगह आपके साथ ऐसे पीसी को ले जाना कठिन था, एक पूरी तरह से अलग चीज - एक लैपटॉप जिसमें टीएन-एलसीडी (ट्विस्ट नेमैटिक), उदाहरण के लिए, आईबीएम 5140 (1986), तोशिबा टी 1000 (1987)। इन डिस्प्ले में कम कंट्रास्ट और व्यूइंग एंगल है।



मोनोक्रोम टीएन-डिस्प्ले के साथ तोशिबा T1100, लेखक: जोहान एच। एडिक्स, लाइसेंस: जीएफडीएल, इसलिए लिंक टूट गया है, मूल में भी

कुछ निर्माताओं ने गैस डिस्चार्ज मैट्रीस के साथ प्रयोग किया, क्योंकि तोशिबा टी 3200 (1987) और आईबीएम पीएस / 2 पी 70 (1991) ने दिन के प्रकाश को देखा। उन्होंने लाल-नारंगी प्रकाश की चमक के उच्च विपरीत और कई ग्रेड प्रदान किए, लेकिन वे काफी महंगे थे। अंत में, STN-LCDs (सुपर्विस्ट नेमैटिक) को विकसित किया गया, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक्स MC1504 और इसके प्रोटोटाइप तोशिबा T1100 में। इसके विपरीत बहुत बेहतर था - व्यवसाय अनुप्रयोगों के लिए 1: 5 से 1:50 तक, और चमक के कई उन्नयन पर्याप्त थे (रोजमर्रा की जिंदगी में लैपटॉप का उपयोग करना अभी भी बहुत महंगा था)। लेकिन क्या होगा यदि उपयोगकर्ता एक रंगीन छवि चाहता है? इस मामले में, उन्हें दो तकनीकों की पेशकश की गई थी: टीएफटी और सीएसटीएन (रंग सुपरटविस्ट नेमैटिक)। TFT - NEC PC9801NC के साथ पहला लैपटॉप - 1990 में पेश किया गया था, उन वर्षों के लिए छवि की गुणवत्ता सभी प्रशंसा से ऊपर थी, लेकिन इसकी कीमत "ऐसा खिलौना" अन्य महंगे लैपटॉप की तुलना में बहुत अधिक महंगा है। खैर, एक सीएसटीएन डिस्प्ले सिर्फ एक एसटीएन डिस्प्ले होता है, जिस पर एक फिल्टर लगाया जाता है। लंबे समय तक, लैपटॉप ने दोनों प्रकार के मैट्रिस का उपयोग किया। और न्यूयॉर्क मेट्रो में, CSTN मॉनिटर अभी भी काम करते हैं।



उनमें से एक, स्रोत: पारगमन + प्लस

CSTroN

लेखक CSTN प्रदर्शन को देखना चाहता था। कैसे? शुरुआत के लिए, बस एक पुराना लैपटॉप खरीदें और उसका उपयोग करें। यह एक एएमडी 5x86-P133 प्रोसेसर निकला। यही है, सबसे गतिशील चीज जो आप इस पर चला सकते हैं वह है डॉस गेम्स (ओह अच्छी तरह से, MPEG1 प्रोग्राम में QV - अनुवादक को खींच लेगा)। बेशक, उनका खेलना बहुत अच्छा है, लेकिन मैं यह देखना चाहता था कि YouTube, उदाहरण के लिए, या एक आधुनिक गेम इस तरह के प्रदर्शन पर कैसा दिखता है - लेकिन यह असंभव है।

या?

सामान्य तौर पर, आपको किसी तरह इसमें वीजीए या एचडीएमआई इनपुट जोड़ने की आवश्यकता होती है - और आप कुछ आधुनिक से एक संकेत भेज सकते हैं। लैपटॉप से ​​टीएफटी-स्क्रीन को बहुत बार मॉनिटर में रीमेक किया जाता है। बस एक बोर्ड खरीदें जो मैट्रिक्स से मेल खाता हो - और आपका काम हो गया। और आप FPGA पर अपना खुद का उपसर्ग बना सकते हैं, जो एक वीजीए या एचडीएमआई सिग्नल को पिक्सेल डेटा स्ट्रीम में परिवर्तित करता है।

एक बार, सीएसटीएन मेट्रिसेस को वीजीए मॉनिटर में बदलने के लिए बोर्ड का भी उत्पादन किया गया था, लेकिन अब यह नहीं पाया जाता है। लेकिन आप इसके लिए FPGA ML505 के लिए डिबग बोर्ड को अनुकूलित कर सकते हैं।



तैयार परिणाम। CSTN डिस्प्ले पर इसका निरीक्षण करना बहुत ही असामान्य है: 16 GB RAM।

मैट्रिक्स प्रबंधन

आइए बुनियादी बातों से शुरू करें। किसी भी मैट्रिक्स डिस्प्ले की तरह, CSTN डिस्प्ले में रो और कॉलम होते हैं। क्या आपने कभी एक माइक्रोकंट्रोलर से एक एलईडी मैट्रिक्स को नियंत्रित किया है? यहाँ भी ऐसा ही है, लेकिन वोल्टेज परिवर्तनशील हैं। आपको चयनित और अचयनित दोनों पंक्तियों और स्तंभों के लिए कुछ संकेतों को लागू करने की आवश्यकता है - और चयनित पंक्ति और स्तंभ के चौराहे पर पिक्सेल आपको वह दिखाएगा जो आपको चाहिए। संकेतों का आकार बहुत जटिल है, और वोल्टेज का माध्य वर्ग मान, पंक्ति और स्तंभ पर वोल्टेज के बीच चरण बदलाव, और ऑफसेट ... और इसलिए, पिक्सेल द्वारा पिक्सेल, एक छवि बनाई जाती है।

सौभाग्य से, FPGAs को इन सभी संकेतों को उत्पन्न करने की आवश्यकता नहीं है, और यहां तक ​​कि इतनी बड़ी संख्या में लाइनों पर भी। यह सब प्रदर्शन में निर्मित मॉड्यूल द्वारा किया जाता है। वहां, पल्स कनवर्टर निरंतर वोल्टेज को बढ़ाता है, यह विभक्त और पुनरावर्तक से गुजरता है, इसलिए पूर्वाग्रह वोल्टेज प्राप्त होता है। पंक्ति और स्तंभ ड्राइवर इस वोल्टेज को आवश्यक आकार के एक चर में बदल देते हैं। सभी की आवश्यकता है कि प्रदर्शन मॉड्यूल के लिए पिक्सेल राज्य डेटा की एक धारा प्रस्तुत करना है।

DPI इंटरफ़ेस (डिजिटल समानांतर इंटरफ़ेस) के साथ TFT-LCD पर, एक पिक्सेल के बारे में सभी डेटा एक चक्र में एक बार आता है। क्षैतिज और फ्रेम तुल्यकालन की रेखा पर, प्रत्येक पंक्ति और फ्रेम के बाद, क्रमशः दाल प्राप्त होती है। पिक्सेल बस लाइन द्वारा लगातार संचरित होते हैं, फ्रेम द्वारा फ़्रेम। यदि पूर्ण फ्रेम ट्रांसमिशन 1/60 एस लेता है, तो ताज़ा दर 60 हर्ट्ज है। डेटा बस की चौड़ाई बिट्स में रंग की गहराई के बराबर होती है, आमतौर पर 16 (लाल और नीले रंग के लिए 5 बिट्स, हरे रंग के लिए 6), 18 (प्रत्येक रंग के लिए 6 बिट्स), या 24 (प्रत्येक रंग के लिए 8 बिट्स)। LVDS एक ही बात है, केवल बिट्स समानांतर में संचरित नहीं होते हैं, लेकिन क्रमिक रूप से अंतर जोड़े में होते हैं, लेकिन MIPI DSI में उन्हें पैकेट में भी जोड़ा जाता है। SPI / i80 बस आपको कंट्रोलर को विभिन्न कमांड्स को प्रेषित करने की अनुमति देता है, और जो उन्हें निष्पादित करते हुए DPI या इसी तरह के इंटरफ़ेस के लिए सिग्नल उत्पन्न करता है। जो बदले में, कुछ हद तक वीजीए की याद दिलाता है, केवल प्रत्येक रंग की चमक पर डेटा एनालॉग में नहीं, बल्कि डिजिटल रूप में प्राप्त होता है। DPI कन्वर्टर्स के लिए VGA और इसके विपरीत हैं। बोर्ड बहुत सुविधाजनक हैं, जिससे आपको रास्पबेरी पाई से वीजीए सिग्नल प्राप्त करने की अनुमति मिलती है, हालांकि शुरू में यह कंप्यूटर केवल एचडीएमआई और समग्र वीडियो का उत्पादन करता है।

डीपीआई इंटरफेस के साथ टीएफटी मैट्रिक्स को आपूर्ति किए गए सिग्नल के समान सिग्नल को सीएसटीएन मैट्रिक्स के डिस्प्ले मॉड्यूल को आपूर्ति की जानी चाहिए। SX21V001 [2] पर डेटाशीट से पता चलता है कि 640x480 के रिज़ॉल्यूशन के साथ CSTN डिस्प्ले को कैसे नियंत्रित किया जाए:



यह पूरे फ्रेम के हस्तांतरण को दर्शाता है। संकेत प्रत्येक रेखा के बाद लाइन CL1 पर, प्रत्येक फ्रेम के बाद FLM पर आता है। और 16 लाइनों का एक डेटा बस है। दरअसल, इस आंकड़े में एक त्रुटि की गई थी: पहली और दूसरी लाइनों के प्रसारण के दौरान, डेटा Y1 और Y2, और नहीं X1 और X2, लेकिन क्रमशः Y140 और Y242, UD0-UD7 लाइनों पर प्राप्त होते हैं। यहां यू और एल क्रमशः, ऊपरी और निचले हैं, अर्थात्, प्रदर्शन में दो मैट्रिक्स होते हैं जिसमें 640x240 का रिज़ॉल्यूशन होता है, जो एक के ऊपर एक स्थित होता है। यहां यह एक पुराने लैपटॉप विज्ञापन से रहस्यमय "दोहरी स्कैन" है, जिसमें से पूरी स्क्रीन पर एक क्षैतिज पट्टी आती है। एसटीएन और सीएसटीएन डिस्प्ले के लिए, विपरीत लाइनों की संख्या के विपरीत आनुपातिक है, इसलिए यह पृथक्करण इसे बढ़ाने की अनुमति देता है। लेकिन यह एकमात्र तरीका नहीं है जो वे TFT से नियंत्रित किए जाने के तरीके में भिन्न होते हैं।



यह स्पष्ट नहीं है कि क्षैतिज अक्ष को वाई क्यों कहा गया था ... लेकिन किसी भी मामले में, सीएल 2 यहां घड़ी दालों की आपूर्ति के लिए एक पंक्ति है जो पिक्सेल स्विच करते हैं। लेकिन एक चक्र में यूडी और एलडी बसों पर, टीएफटी के रूप में एक बहु-बिट पिक्सेल के बारे में डेटा नहीं प्रसारित किया जाता है, लेकिन एक साथ कई पिक्सेल के बारे में डेटा, प्रत्येक में तीन बिट्स। प्रति रंग एक बिट, पिक्सेल प्रति तीन बिट्स - कुल आठ रंग।



लेकिन ऐसा कैसे? यह स्पष्ट है कि सीएसटीएन डिस्प्ले में कुछ रंग हैं, उदाहरण के लिए, 4096 या 32768, लेकिन 8 नहीं। यह पता चला है कि पीडब्लूएम यहां लागू होता है। एलईडी को इस तरह से नियंत्रित किया जाता है, जिसका अर्थ है कि एलसीडी पिक्सेल संभव हैं। आपको उदाहरण के लिए, 50% की चमक की आवश्यकता है - पिक्सेल को भी फ्रेम में चालू करें और इसे विषम फ्रेम में बंद करें। इस विधि को एफआरसी (फ्रेम दर नियंत्रण) कहा जाता है, लेकिन इस संदर्भ में पीडब्लूएम को उसी तरह पिक्सेल चमक नियंत्रण कहा जाता है, लेकिन दो या अधिक फ़्रेमों के भीतर, लेकिन एक। एफआरसी एक बाहरी उपकरण को लागू करता है, और पीडब्लूएम उपकरण मॉड्यूल चिप्स को प्रदर्शित करता है, अगर इस फ़ंक्शन के लिए समर्थन है। लेखक को पता नहीं है कि सीएसटीएमएन पीडब्लूएम के साथ प्रदर्शित होता है, लेकिन वह सुझाव देता है कि ये एचपीए-टाइप मैट्रीस हैं। किसी भी मामले में, चूंकि पीडब्लूएम उपलब्ध नहीं है, इसलिए एफआरसी का उपयोग करके आवश्यक रंग की गहराई प्राप्त की जा सकती है।



चंचलता इस की कीमत होगी, इसलिए राक्षसी (टीएफटी की तुलना में) फ्रेम दर सीएसटीएन डिस्प्ले में मिल सकती है। उदाहरण के लिए, इस मॉड्यूल में शुरू में 120 हर्ट्ज थे, और लेखक ने इसे 240 पर ओवरक्लॉक किया।

इसे कैसे लागू किया गया

डेवलपर को एक साथ कई कठिनाइयों का सामना करना पड़ा:

- इनपुट सिग्नल की फ्रेम दर 60 हर्ट्ज है, इसे दोगुना या चौगुना होना चाहिए

- इनपुट सिग्नल में, फ्रेम 640x240 पिक्सल के ऊपरी और निचले हिस्सों में विभाजित नहीं है, लेकिन यहां यह आवश्यक है

- आपको एफआरसी लागू करने की भी आवश्यकता है, अन्यथा रंग की गहराई प्रति पिक्सेल 3 बिट होगी

पहले दो बिंदुओं का मतलब है कि एक फ्रेमबफ़र की आवश्यकता है, और एक साधारण एक नहीं, बल्कि दो-पोर्ट एक है। खैर, तीसरा टास्क GLDP LUT (ग्रेस्केल-लेवल डिस्प्ले पैटर्न लुकअप टेबल) [3] का उपयोग करके हल किया गया है। लुकअप तालिका में दो प्रकार के इनपुट डेटा होते हैं: प्रदर्शित किया जाने वाला रंग, और फ़्रेम काउंटर की स्थिति। और एक प्रकार का आउटपुट: उन तीन बिट्स जिन्हें किसी दिए गए पिक्सेल के सबपिक्सल्स को एक निश्चित समय पर सबमिट करने की आवश्यकता होती है। इसलिए, निम्न नोड्स की आवश्यकता होगी:



पहली बात यह है कि पूरी स्क्रीन को कुछ रंग से भरना है। इस स्तर पर, यह जानना आवश्यक नहीं है कि कौन सा पिक्सेल कहाँ स्थित है, यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त है कि प्रदर्शन मॉड्यूल मैट्रिक्स को आवश्यक आकार संकेतों को वितरित करता है। FPGA भरने के लिए कोड यहाँ है ।



अब कुछ बाहर लाने की कोशिश करें, और अधूरी चमक के साथ भी। झिलमिलाहट को कम करने के लिए FRC लुकअप टेबलों की तलाश। लेखक एक चेकरबोर्ड पैटर्न में पिक्सल पर लागू दो तालिकाओं के साथ आया था। इसलिए, हर दो पड़ोसी पिक्सल अतुल्यकालिक रूप से झिलमिलाहट करते हैं। कोड यहाँ है ।



इसलिए, हमने पहले ही छवि को प्रदर्शित करने के लिए बोर्ड को "सिखाया", अगली चीज़ जो आवश्यक होगी वह एक फ्रेमबफ़र है। प्रत्येक रंग के लिए 640x480 और 5 बिट्स पर, इसकी मात्रा लगभग 600 किलोबाइट होगी। ज्यादा नहीं, लेकिन FPGAs में इतने सारे। खैर, बोर्ड में इसे नियंत्रित करने के लिए DDR2 और Xilinx MIG जैसी रैम है। दो एफआईएफओ कार्यान्वित किए जाते हैं, एक पढ़ने के लिए और दूसरा लेखन के लिए। मध्यस्थ तय करता है कि DDR2 के साथ अगला डेटा एक्सचेंज पढ़ा या लिखा गया है या नहीं। दो बफ़र हैं, रिकॉर्ड एक में जाता है, दूसरे से पढ़ना, और जब फ्रेम बदलते हैं, तो वे स्थान बदलते हैं। मध्यस्थ कोड यहाँ है ।

यह वीडियो कैप्चर को लागू करने के लिए बना हुआ है, पिछली परियोजनाओं में से एक में लेखक के पास पहले से ही एक समान परिचालन समय है, शोधन के बाद, वीजीए से डीपीआई के लिए कनवर्टर का कोड इस तरह का हो गया है ।

और क्या हुआ?

इसे देखो!


यह लेखक के लिए तीसरा FPGA प्रोजेक्ट है, यह Xilinx MIG और DDR2 के साथ-साथ एक साधारण कन्वेयर के साथ काम करना दिलचस्प था। डेल्टा सिग्मा मॉड्यूलेशन के साथ एक बेहतर एफआरसी की योजना बनाई गई है, साथ ही साथ तीव्र एचपीए (हाई परफॉर्मेंस एड्रेसिंग) तकनीक का उपयोग करके बाद में सीएसटीएन पैनलों के साथ प्रयोग किए गए हैं।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद!

सूत्रों का कहना है

1. ली, डब्ल्यू।, और गुओ, क्यू। (2000)। लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले एप्लीकेशन टेक्नोलॉजी। बीजिंग: इलेक्ट्रिकल इंडस्ट्री प्रेस।

2. HITACHI (1999)। SX21V001-Z4 ग्राहक की स्वीकृति विनिर्देशों।

3. होन्देश, वाई।, और ली, जे। (2008)। एलसीडी फ्रेम दर नियंत्रक के लिए छवि सुधार विधि। 2008 उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स पर IEEE अंतर्राष्ट्रीय संगोष्ठी। doi: 10.1109 / isce.2008.4559534