Wyświetlacze LCD
Krótki wstęp historyczny: 1888 Austriacki botanik Friedrich Rheinitzer odkrywa ciekłe kryształy 1936 Firma The Marconi Wireless Telegraph opatentowała pierwsze praktyczne zastosowanie tej technologii. 1968 pierwszy LCD oparty na dynamicznym trybie rozpraszania (dynamic scattering mode) opracowany przez George a Heilmeiera 1969 James Fergason z Kent State University odkrył efekt skręconego nematyka (twisted nematic TN). 1970 Sharp prezentuje kalkulator z wyświetlaczem LCD.
Krótki wstęp historyczny: 1971 LXD Incorporated buduje pierwszy wyświetlacz do zegarka dla szwajcarskiej firmy Brown Boveri wykorzystujący efekt skręconego nematyka. Wyświetlacze tego typu szybko wyparły ekrany wykorzystujące efekt DSM. 1973 George Gray odkrył ciekłe kryształy stabilne w normalnej temperaturze i pod normalnym ciśnieniem, co pozwoliło na dalszy rozwój technologii 1979 Konstruktorzy firmy Matsushita zbudowali kolorowy ekran ciekłokrystaliczny 1983 T.Scheffer i J.Nehring odkryli efekt STN (super twisted nematic) 1986 NEC wyprodukował pierwszy przenośny komputer z ekranem ciekłokrystalicznym 1995 rozpoczęto produkcję paneli LCD dużych przekątnych przekraczających 28'' (71 cm). Hitachi wprowadza technologie IPS zwiększony kąt widzenia 2002 LCD wyprzedza CRT na rynkach sprzedaży monitorów 2004 Samsung przedstawia monitor o przekątnej 103.
Fizyczne podstawy działania ania wyświetlaczy wietlaczy LCD: Ciekłe kryształy są to substancje, które posiadają zarówno właściwości cieczy jak i ciał stałych. Utrzymują one porządek w jednym lub dwóch kierunkach. Dzięki temu są zdolne do fluktuacji jak ciecze ale również wykazują pewien porządek ułożenia molekuł. Ciekły kryształ jest substancją organiczną o ciekłej formie i krystalicznej strukturze molekularnej. Problemem związanym z ciekłymi kryształami jest ich duża wrażliwość na temperaturę. Wraz ze spadkiem temperatury czas reakcji tych substancji może znacznie wzrosnąć. Cząsteczki substancji ciekłokrystalicznych mają wydłużony kształt, ich rozmieszczenie przestrzenne, decydujące o właściwościach fizycznych, jest kryterium podziału ciekłych kryształów na trzy zasadnicze typy : smektyczny, nematyczny, cholesteryczny
Fizyczne podstawy działania ania wyświetlaczy wietlaczy LCD: Faza smektyczna; cząsteczki wykazują tendencję do układania się w powłoki/płaszczyzny. Ruch tych cząstek jest ograniczony w obrębie płaszczyzny. Faza nematyczna charakteryzuje się tym, że cząsteczki nie zajmują uporządkowanych pozycji jednak mają tendencję do ustawiania się w tym samym kierunku. W fazie cholesterycznej (nematycznej skręconej) cząsteczki ułożone są podobnie jak w fazie nematycznej, ale każda następna warstwa cząsteczki jest skręcona o pewien kąt. Daje to w efekcie strukturęśrubową.ważnym parametrem jest skok linii śrubowej p. Ze względu na brak związków wykazujących wszystkie potrzebne właściwości w rzeczywistych konstrukcjach wykorzystuje się kompozycje nawet 16 różnych substancji ciekłokrystalicznych.
Fizyczne podstawy działania ania wyświetlaczy wietlaczy LCD: Działanie wyświetlaczy ciekłokrystalicznych opiera się na czterech zjawiskach: Światło może być polaryzowane (wł. odkryta w roku 1808 przez E. Malusa). Ciekłe kryształy mogą przepuszczać i zmieniać polaryzację spolaryzowanego światła. Struktura ciekłego kryształu może być zmieniona poprzez przyłożenie napięcia elektrycznego. Istnieją przeźroczyste substancje przewodzące prądelektryczny.
Budowa wyświetlaczy wietlaczy LCD: Na dwie płaszczyzny szklane nanosi się przezroczystą substancję przewodzącą prąd elektryczny oraz polimer polerowany następnie w jednym kierunku i ustawia tak żeby kierunki były względem siebie prostopadłe. Między elektrodami umieszcza się cienką warstwę ciekłych kryształów. Oddziaływania powierzchniowe między cząsteczkami ciekłego kryształu a powierzchnią elektrod powodują powstanie określonej tekstury molekularnej w warstwie ciekłokrystalicznej. Spośród wielu znanych tekstur molekularnych ciekłych kryształów najważniejsze są: tekstura homeotropowa charakteryzująca się prostopadłym ułożeniem cząsteczek ciekłego kryształu w stosunku do płaszczyzny elektrod. tekstura planarna o równoległym ułożeniu cząstek Bardzo ważną odmianą tekstury planarnej jest konfiguracja TN tzw. skręconego nematyka, która charakteryzuje się skręceniem o kąt 90 osi cząsteczek równolegle ułożonych przy obu powierzchniach. Wewnątrz warstwy uzyskuje się ciągłą deformację śrubową ułożenia cząsteczek, nadającą
Budowa wyświetlaczy LCD: Jeżeli po zewnętrznej stronie płytek szklanych dodamy polaryzatory o prostopadłej płaszczyźnie polaryzacji to taka struktura będzie przepuszczała światło. Jeśli jednak do elektrod przyłożymy napięcie to cząsteczki ciekłych kryształów ułożą się wzdłuż linii pola elektrycznego i nie będą skręcać płaszczyzny światła, tym samym zatrzymując światło na drugim polaryzatorze.
Budowa wyświetlaczy LCD: Podsumowując możemy stwierdzić, że świecenie komórki zależy od przyłożonego napięcia. Niestety ciekłe kryształy nie świecą samoistnie, a jedynie filtrują zewnętrzne światło. Wymagają więc dodatkowego źródła światła. Wyróżniamy trzy rodzaje wyświetlaczy: transmisyjne matryca jest podświetlana od spodu, refleksyjne światło padające na matrycę jest odbijane przez lustro znajdujące się za matrycą, Transrefleksyjne za matrycą znajduje się warstwa refleksyjna oraz dodatkowe źródło światła.
Adresowanie matrycy LCD: Ze względu na sposób załączania (adresowania) komórek matryce możemy podzielić na dwa rodzaje: pasywne piksel leży na skrzyżowaniu linii adresowej i linii danych. Działanie polega na sterowaniu całym wierszem pikseli. Wybieramy jedną linię adresową i ustawiamy odpowiednio wszystkie linie danych. Rozwiązanie takie jest bardzo tanie, jednak ma ogromną wadę, mianowicie piksele powoli wracają do stanu spoczynkowego, a także występują sprzężenia linii sterujących. aktywne dzałają podobnie jak pasywne, ale dodatkowo przy każdej komórce znajduje się tranzystor oraz kondensator pamiętający stan piksela. Wybierając linię adresową włączamy wszystkie tranzystory podpięte do tej linii umożliwiając zmianę wartości odpowiadających im
Adresowanie matryc LCD: Ze względu na bezwładność samych ciekłych kryształów nie od razu przyjmą one orientację wynikłą z przyłożonego pola elektrycznego. W odróżnieniu od matryc pasywnych, gdzie pole działało tylko w momencie adresowania danego subpiksela, tutaj wpływa aż do momentu ponownego zaadresowania. Prowadzi to do znacznego zredukowania czasu reakcji matrycy (nawet poniżej 25ms) w stosunku do matryc pasywnych (powyżej 100ms).
Podział matryc ciekłokrystalicznych: Wyróżniamy trzy podstawowe typy matryc ciekłokrystalicznych: TN, MVA oraz IPS. Zasadnicza różnica polega na osiach obrotu ciekłych kryształów. TN (Twisted Nematic), to rozwiązanie dające lepsze czasy reakcji, ale gorszy obraz. Jedną z gorszych cech tych matryc jest mały zakres kątów widzenia. Szczególnie kiedy patrzymy na ekran od spodu, powyżej kąta 45 obraz staje się niemalże czarny. Matryce tego typu są najtańsze. Jest to najlepsze rozwiązanie jeśli zależy nam na szybkich zmianach obrazu. Cząsteczki obracają się wokół osi równoległej do powierzchni szybki.
Podział matryc ciekłokrystalicznych: MVA (Multi domain Vertical Aligment) zapewnia nam bardzo duży kąt widzenia, oraz lepsze kolory niż TN. Możemy oglądać obraz pod kątem nawet 170 w każdej płaszczyźnie bez straty jakości. Pozwala nam na to rozwiązanie multi domain. Każdy piksel podzielono na strefy, widziane pod różnymi kątami. Dzięki temu nie mamy luk w kącie widzenia. To rozwiązanie charakteryzuje się niewielkim wzrostem czasu reakcji. Jest również droższe niż TN o ok. 30%. Na rysunku widać większy porządek poukładania cząstek. Możemy je dostrzec patrząc z każdej strony
Podział matryc ciekłokrystalicznych: IPS (In Plane Switch) miało w założeniu poprawić wszystkie wady technologii TN. W rezultacie uzyskano dużo lepsze kąty widzenia. Do tego piksel nie spolaryzowany napięciem pozostaje nie skręcony, dzieki czemu ekran ma głęboką czerń, a martwe, czarne subpiksle są mało widoczne. Niestety jednak przez zastosowanie dwóch elektrod znacznie wzrosły czas reakcji (nawet 60ms) oraz pobierana moc. Cząsteczki obracają się wokół osi prostopadłej do wyświetlacza, dzięki temu są zawsze równoległe do szyby.
Elastyczny wyświetlacz TFT. Firma HP wraz ze Stanowym Uniwersytetem w Arizonie, ogłosiły powstanie działającego, elastycznego prototypu wyświetlacza zbudowanego całkowicie z włókien węglowych i giętkich tworzyw sztucznych. Dzięki zastosowaniu technologii SAIL (Self aligned Imprint Litography) wykonano matrycę TFT na podłożu z tworzyw sztucznych. Dzięki temu uzyskano giętki ekran. Wyświetlacz posiada matrycę aktywną umożliwiająca wyświetlanie ruchomych obrazów. Ponadto wykorzystuje technologię Vizplex E Ink zapożyczoną z e book ów. Według HP produkcja elastycznych ekranów jest znacznie tańsza i bardziej przyjazna środowisku niż produkcja dotychczasowych monitorów LCD. Niestety nie ujawniono jeszcze kiedy produkcja nowoczesnych ekranów miałaby wejść w życie. Źródło: electronista.com
LCD w kinowym formacie. Aby umożliwic widzom oglądanie obrazu w pełnym kinowym formacie firma Philips wypuściła na rynek pierwszy na świecie telewizor LCD w formacie 21:9. Ekran telewizora ma przekątną 56 cali (1,41 m). Maksymalna rozdzielczość urządzenia wynosi 2560 1080 punktów obrazu czyli około 2,7 megapikseli. W modelu zastosowano nową technologię układu HD Perfect Pixel, który zapewnia niezbędne skalowania obrazu z formatu PAL, HD i Full HD do rozdzielczości ekranu.