LCD – od histórie k súčasnosti
LCD – od histórie k súčasnosti
Medzi LCD displejmi existujú dve rôzne technológie, ako vytvoriť na displeji
žiadaný obrazec. Staršia z nich pracuje na princípe mriežky, kde každý zobrazovací bod displeja (pixel) je v matici zadaný vodorovnou a
zvislou súradnicou. Aktivácia príslušného zobrazovaného bodu v mriežke sa vykoná tak, že sa aktivuje vodič v príslušnom riadku a stĺpci
matice. Tým sa kryštály v oblasti daného pixelu vplyvom elektrického poľa natočia a bod sa zobrazí. Displeje s týmto spôsobom
zobrazovania sa označujú ako pasívne. Oproti tomu aktívne displeje využívajú pre každý z obrazových bodov samostatnú vrstvu tranzistorov,
ktoré zaisťujú aktiváciu pixelu. Odtiaľ plynie tiež ich označenie TFT (Thin Film Transistor). Výhoda aktívnych displejov spočíva hlavne vo
vyššej obnovovacej frekvencii, ktorá je užitočná pri zobrazovaní rýchlych animácií alebo videoklipov. Ďalšou výhodou je väčší
pozorovací uhol. Na aktívny displej sa môžeme pozerať aj šikmo a obraz je stále čiteľný (do určitého uhla). Aktívne displeje
majú naviac i ostrejší a čistejší obraz. Nevýhodou aktívnych displejov sú vyššie výrobné náklady, ktoré sa pochopiteľne premietnu do
ceny takto vybavených zariadení.
1.0 Tekuté kryštály
Tekuté kryštály sú základom fungovania LCD
dysplejov. Čo sú to vlastne tekuté kryštály? Medzi pevným a kvapalným skupenstvom existuje prechodná oblasť, v ktorej niektoré organické
látky prekazujú kryštalické vlastnosti pevných látok, tj. usporiadanie molekúl podľa určitých pravidiel, súčasne s vlastnosťami
typickými pre kvapaliny. Jednoducho povedané sú to organické látky, ktorých molekuly, po pripojení na napätie, majú schopnosť natáčať
sa.
1.1 TN technológia
LCD (Liqiud Crystal Displays) - displej z tekutých kryštálov patrí k
najrozšírenejším plochým obrazovkám. Medzi prvé ploché displeje zaraďujeme pasívne TN displeje. Tekuté kryštály sú v nich umiestnené
medzi dvoma sklenenými doskami na ktorých sú nanesené elektródy a polarizačný filter. V dôsledku privádzaného elektrického napätia na
elektródy, tyčinky transparentných tekutých kryštálov vďaka svojim optoelektronickým vlastnostiam priestorovo preorientujú a polarizujú
svetlo prechádzajúce sklenenými doskami. V dôsledku toho polarizačný filter na danom mieste svetlo pohltí, čo sa opticky javí ako čierny
bod. Obraz vzniká na základe kontrastu pasívnych (bielych) a aktívnych (čiernych) bodov. Ak napätie privádzané na elektródy zrušíme,
tyčinky sa vrátia do kľudového stavu a svetlo je prepúšťané cez polarizačnú vrstvu. Nevýhodou tejto technológie je dvojitý lom
dopadajúceho svetla, pričom dôjde k pohlteniu niektorých jeho vlnových dĺžok. Toto má za následok zmenu farby svetla. Množstvo pohltených
vlnových dĺžok je závislé od výšky LC vrstvy. Bod na ploche sa neobjaví biely ale farebný tiež v dôsledku toho, že dopadajúce svetlo sa
láme viac alebo menej podľa rôznych vlnových dĺžok každej farby. Táto vlastnosť sa popisuje v literatúre ako farebná chyba typická pre
pasívne displeje. Slabý kontrast, ktorý je druhou nevýhodou tejto technológie je spôsobený pohlcovaním svetla sklenenými doskami v dôsledku
čoho svetlo stráca na intenzite. Výsledný dosahovaný kontrast takto spôsobený bol 3:1 (biely bod je trikrát svetlejší ako tmavý).
1.2 STN technológia
Táto technológia, ako už vyplýva z jej názvu, výchádza z technológie TN. Princíp rotácie
tyčiniek TN diplejov bol zachovaný. Čo však na technológii pasívnych STN displejov bolo nové, bolo to zväčšenie uhlu ich natáčania. Ak
uhol natáčania zväčšíme asi na 240 stupňov hovoríme o Super Twisted Nematic. Táto vlastnosť zlepší kontrast až k hranici 7:1. V dôsledku
toho je aj možnosť zväčšenia uhla pohľadu na obrazovku. Nevýhodou tejto technológie je väčšie farebné skreslenie v dôsledku toho, že lom
a absorbcia svetla sú vzhľadom k väčšiemu twistu výraznejšie. Pozadie, ktoré by malo byť biele má nádych žltej, oranžovej alebo zelenej
farby. Ďalšou negatívnou vlastnosťou je tvorba tieňov za pohybujúcim sa obrazom. Táto vlastnosť je spôsobená pomalou aktiváciou a
inaktiváciou obrazových bodov.
1.3 DSTN technológia
Snaha o vylepšenie displejov pokračovala. Znížiť
farebné skreslenie sa snažili firmy umiestnením dvoch STN displejov na seba. Pretože sa jedná o dvojicu displejov nesie označenie Double Super
Twisted Nematic.Prvá vrstva označovaná ako aktívna je ovplyvniteľná elektrickým pólom tak, že sa tyčinky prestanú otáčať. Druhá STN
vrstva, ležiaca nad aktívnou sa nazýva pasívna a je elektrickým pólom twistovateľná. Tyčinky sa otáčajú ako pri STN displejoch o 240
stupňov proti smeru hodinových ručičiek. Lom svetla dopadajúci na prvú vrstvu sa lomí rovnako ako pri STN paneloch. Druhá vrstva však
vzniknutú chybu koriguje. Výsledkom tejto technológie je pomer jasu 10:1 a 24 bitov‚ farebné zobrazenie (16.7 mil. farieb/. Nevýhody ako
pomalé prekresľovanie a zotrvačnosť obrazu pri pohybe však naďalej pretrvali.
1.4 TFT technológia
Už
spomenuté technologie sa v dnešnej dobe používajú len pre displeje mobilných telefónov(aj to pre nižšie modelové rady). No
v LCD televýzoroch sa používa práve tá najnovšia a najlepšia TFT technológia.
Pri tejto technike
sa jedná o Thin Film Transistor, čiže tenkofilmové tranzistorové displeje. Názov je odvodený od procesov používaných v technológii tenkých
vrstiev. Vrstva však na rozdiel od STN displejov s konvenčným riadením kryštálov je osadzovaná tranzistormi. Každý z osadených tranzistorov
má na starosti riadenie jedného bodu obrazu. Táto technika výrazne urýchľuje prekreslenie a znižuje reakčné doby obrazu. Odstránené sú aj
chyby zobrazovania farieb. Naviac kontrastný pomer dosahuje hodnoty 100:1 a spotreba oproti DSTN displejom nižšia.
1.5 LCD
panel – jeho časti a ich funkcie
Vtejto časti sa zameriame na najčastejšie používané „spotrebné“ LCD panely so zadným
osvetlením (back light) s aktívnou maticou (active matrix).
Základný princíp LCD panelov je, cez neustále zdokonalovanie použitých
technológií, v zásade rovnaký:
Podsvietenie panelu (back light - najčastejšie plochá nízkotlaká
výbojka), ktoré sa nachádza za panelom, emituje svetlo, ktoré na vstupe prechádza lineárnym polarizačným filtrom
(tu s vertikálnou polarizáciou). Potom nasledujú dve dosky / elektródy z vodivého skla, medzi nimi sa nachádzajú tekuté
kryštály (liquid crystal - odtiaľ všeobecný názov týchto displejov - LCD). Tekuté kryštály - pokiaľ nie sú v elektrickom poli – vo
svojom prirodzenom skrútenom stave „otáča“ prechádzajúce svetlo o cca 90 stupňov. To potom hladko
prechádza, pobodobne natočeným
druhým polarizačným filtrom (tu s horizontálnou polarizáciou).Celá sústava
sa správa ako otvorený „svetelný ventil“..
Pokiaľ na interné elektródy privedieme napätie (presnejšie povedané vyvoláme medzi nimi elektrické pole),
spôsobíme, že sa molekuly tekutých kryštalov „narovnajú“ a prestanú natáčať prechádzajúce svetlo. Polarizácia výstupného filtru je
však na pôvodný lúč kolmá – „nenatočené“ svetlo nim neprejde. Celý „svetelný ventil“ je takto elektricky uzavretý a tento bod se
teda javí ako „čierny“.
Zones.sk – Zóny pre každého študenta