Marko Cimerman

FGG- oddelek za Geodezijo Študijsko leto 2002/2003

Univerzitetni študij- 1. Letnik

LCD

(Tekočekristalni prikazovalniki)

LCD (Liquid crystal display) tehnologija ali po slovensko tekočekristalni zaslon je že zelo star pojem. Prav tako pa tudi izjemno širok, saj se je LCD tehnologija razvijala in se še razvija na mnoge različne tehnološke zvrsti prikaza, ki še zmeraj vse temeljijo na istem principu. Tekoče kristale je leta 1888 odkril avstrijski botanik Friedrich Reinitzer (po navedbi ;Iztok Kramberger; revija SWPower; številka 101; str 12; pa Kerr leta 1875), poimenoval pa jih je kmalu za tem nemški fizik Otto Lehman. To odkritje takrat še ni revolucioniralo sveta, čeprav ga danes s pridom uporabljajo mnoge naprave od digitalnih ur, mobilnih telefonov, do računalniških zaslonov.

Gre za snov, ki je po fizikalnih lastnostih med tekočim in trdnim stanjem. Svetloba prodira skozi tekoče kristale v smeri kamor so obrnjene molekule, ki sestavljajo tekoče kristale, kar je lastnost trdnih snovi. V začetku šestdesetih let prejšnjega stoletja pa so odkrili, da lahko z električnim tokom vplivamo na razporeditev molekul in s tem na prehajanje svetlobe skozi tekoče kristale, zato se uvrščajo med tekočine.

Tekoči kristali se za prikaz slike uporabljajo od začetka 70. let. Vendar je od takrat iz našega stališča neuporabnih zaslonov tehnologija tako napredovala, da pričakujemo da bodo zasloni LCD povsem izpodrinili tiste s katodno cevjo (CRT ali catod ray tube).

V primerjavi s starimi prikazovalniki s katodno cevjo, imajo novi, ki temeljijo na LCD tehnologiji mnogo prednosti kot so:

·

velikost, saj pri enaki delovni površini zaslona zavzemajo precej manj prostora kot stari CRT prikazovalniki.

· teža

· kontrastna in ostra slika

· ni »škodljivega« elektromagnetnega sevanja

DELOVANJE:

Kot že rečeno temelji osnovni princip prikaza slike s pomočjo tekočih zaslonov na efektu vpliva električnega polja na razprostiranje svetlobe. Zaslon je sestavljen iz dveh polarizacijskih plasti, med katere je ujeta plast tekočih kristalov. Ti tekoči kristali imajo paličaste molekule med plastema zvite v vijačnico. Ob prisotnosti električne napetosti se molekule zravnajo. In prav ta lastnost tekočih kristalov omogoča vrtenje polaritete svetlobe. Polarizacijski plasti sta postavljeni tako, da ne prepuščata svetlobe, če ni vmesne plasti, torej jo prepuščata samo takrat, ko so molekule kristalov zavite v vijačnico. Na pa takrat, ko so ravne. S preklapljanjem toka na elektrodah torej prižigamo in ugašamo piko.

PRIMER MONO-KROMATIČNEGA PRIKAZOVALNIKA

Delovanje zaslona si bomo ogledali na osnovnem mono-kromatičnem prikazovalniku, ki je najbolj značilen za digitalne ure. Sestavljata ga dve stekleni plošči, med katerima se nahajajo tekoči kristali in elektrode v obliki prikazanih cifer. Na prednji strani zaslona je polarizacijsko steklo, na hrbtni strani zaslona pa ogledalo. Polarizacijsko steklo predstavlja gosta mreža vzdolžnih rež, ki so tako goste, da lahko svetloba skozi preide le v določeni smeri (polarizacija svetlobe). Svetloba, ki preide polarizator, je torej polarizirana in se razprostira v enaki smeri. Polarizirana svetloba preide skozi tekoče kristale in se odbije od hrbtnega zrcala.

Če tekoči kristali niso bili pod vplivom električnega polja, potem ti niso vplivali na smer razprostiranja svetlobe in le ta lahko potem nemoteno preide skozi polarizator. To predstavlja svetle dele zaslona. V primeru, da so tekoči kristali pod vplivom električnega polja, se svetlobi spremeni smer razprostiranja in ta po novi odbiti poti več ne more skozi polarizator. To predstavlja temne dele zaslona.

Količina zatemnitve slikovnih točk je odvisna od jakosti električnega polja, ki vpliva na razprostiranje (odklon) svetlobe. Torej močnejše kot je električno polje, večji je tudi kontrast slike.

Zasloni z zrcalom na hrbtni strani za prikaz slike uporabljajo kar svetlobo iz okolice, ki jo polarizirajo in krmilijo tako, da uporabnik vidi ustrezno informacijo. Ta princip je trenutno v najpogostejši rabi. Uporabo v temi, kjer ni svetlobe iz okolice, pa omogoča uporaba dodatne osvetlitve, ki je vgrajena v zaslon. Vsako slikovno točko zaslona torej predstavljata dve elektrodi v njeni velikosti, ki pod vplivom električnega polja po potrebi zatemnita dano točko.

PRIMER RAČUNALNIŠKEGA ZASLONA

Računalniški zasloni so neprimerno bolj zapleteni od mono-kromatskih. Točke zaslona, ki tvorijo matriko so enakomerno razporejene v horizontalni in vertikalni smeri. Da pa bi tekoče kristale postavili pod vpliv električnega polja, je potrebno do elektrod posamezne točke zaslona pripeljati električno napetost. Vsi zasloni v ta namen uporabljajo horizontalno in vertikalno mrežo prevodnikov zato, da lahko krmilijo elektrode za vsako točko zaslona posebej. Prav tako je za krmiljenje elektrode potreben tranzistor kot stikalo, ki vključi ali izključi napetost na elektrodah.

Ločijo se pa tudi po tem, da morajo biti za normalno delo osvetljeni od zadaj. V grobem jih delimo na dve skupini (ta dva termina se pogosto uporabljata, kadar govorimo o skupinah izdelkov):

· zasloni s pasivno matriko

· zasloni z aktivno matriko

Zasloni s pasivno matriko so energijsko dokaj nepotratni, kar je tudi vzrok za njihovo splošno razširjenost. Pri tovrstnih zaslonih pike prižigamo in ugašamo tako, da skozi vodnika, ki se križata ob njej spustimo električni tok. Krmilimo torej samo vertikalne in horizontalne prevodnike zaslona na robovih le tega, kjer so pri pasivni matriki nameščeni dodatni tranzistorji. Slabost teh zaslonov pa je v počasni odzivnosti teh zaslonov, saj predstavlja vsakemu tranzistorju, ki krmili enega izmed prevodnikov, le ta (dolg prevodnik) sorazmerno veliko kapacitivnost, ki jo mora prazniti in polniti. Kar pa zahteva svoj čas, kar je posebej dobro vidno pri velikih zaslonih.

Zasloni z aktivno matriko (TFT) se razlikujejo od tistih s pasivno po tem, da ima vsaka pika svoj tranzistor, ki skrbi za prižiganje in ugašanje. Le ti se dandanes uporabljajo v računalniških zaslonih.

Na barvnem zaslonu je vsaka pika sestavljena iz treh pik (RGB- rdeče, zelene in modre), zato je teh tranzistorjev ogromno (npr. pri 18 palčnem monitorju jih je skoraj 4 milijone). Sama izdelava je zato draga in zahtevna, saj je težko zagotoviti delovanje vsake pike na zaslonu. Prva težava, ki pri tem nastopi je, da se zaradi velike količine tranzistorjev zmanjša tudi prosojnost zaslona. Zato je potrebno povečat osvetlitev in energijsko posledično tudi energijsko porabo. Tranzistorji poznajo tudi vmesna stanja, kar nam omogoča ustvariti učinke sivin, kadar kristali svetlobo le delno prepuščajo. V primeru barvnih zaslonov, si pomagamo z barvnimi filtri, saj vsako piko sestavljajo trije tranzistorji, ki skrbijo vsak za svojo izmed treh komponent barve (rdečo, zeleno in modro). Vsak tranzistor lahko prikaže 256 različnih stanj, tako, da je dandanes največje število barv, ki jih prikaže sodoben monitor 16,7 milijona.

Svetilnost žarnice, ki je vgrajena v zaslone določa osvetlitev, njen spekter pa kvaliteto prikaza barv. Ker pa je svetilo nameščeno v samem zaslonu, se na hrbtni strani zaslona namesto zrcala nameščen dodaten polarizator. Ti zasloni ne uporabljajo svetlobe iz okolice. Ker pa polarizator usmerja svetlobo pretežno v smeri opazovalca, ki zaslon opazuje od spredaj, ti zasloni trpijo glede na kot pogleda.

RAZLIČNI TIPI LCD TEHNOLOGIJ

PASIVNA MATRIKA

TN – twisted nematic (standardni in prvi LCD zasloni v proizvodnji z pasivno matriko)

STN – super twisted nematic (uporablja večjo napetost na elektrodah za izmenjavo stanja posamezne točke, kar med drugim tudi omogoča lažje in hitrejše osveževanje zaslona=

AKTIVNA MATRIKA

TFT – thin film tranzistor (standardni LCD z aktivno matriko)

Super TFT - (dopolnjen TFT tako, da so elektrode nameščene le na eni izmed dveh steklenih površin zaslona. Tekoči kristali se sedaj usmerjajo horizontalno namesto vertikalno, kar izboljša vidni kot zaslona)

ALTERNATIVNE TEHNOLOGIJE

PLAZEMSKI ZASLONI – (so popularni predvsem pri zaslonih z velikimi diagonalami, so precej podobni LCD zaslonom, glavni princip pa je izkoriščanje lastnosti nekaterih plinov, da pri majhnem tlaku ob visoki napetosti oddajajo svetlobo)

FED – field emission display (najbolj podobni klasičnim zaslonom s katodno cevjo)

MiniCRT – (ena izmed različic FED, pri kateri se za prikaz slike uporabljajo miniaturne katodne cevi )

OLED – organic light emitting displays (zaslon je sestavljen iz plasti organskih polimerov, stisnjenih med prosojno anodo in kovinsko katodo. Polimeri oddajajo svetlobo, če so pod tokom. Ker polimeri oddajajo svetlobo ni potrebe po osvetlitvi, prav tako pa niso omejeni z ločljivostjo kot LCD)

LITERATURA

Peter Šepetavc; revija Monitor; letnik 12, številka 10; str. 48

Peter Šepetavc; revija Monitor; letnik 11, številka 7-8; str. 88

Iztok Kramberger; revija SWPower; številka 101; str 12

Iztok Kramberger; revija SWPower; številka 115; str 14