LCD displeje LCD = Liquid Crystal Display (displej z tekutých krystalů) Tekutými krystaly se označují takové chemické látky, které pod vlivem elektrického pole (resp. elektrického napětí) mění svoji molekulární strukturu a díky tomu určují množství procházejícího světla. Chovají se jako kapalina, ale vykazují optické vlastnosti krystalických látek U LCD displejů se využívá tekutých krystalů, které jsou složeny z podlouhlých molekul orientovaných v jednom směru, tzv. nematické uspořádání (viz. obrázek). Konstrukce LCD displeje Každý bod (pixel) LCD displeje se skládá z molekul tekutých krystalů uložených mezi dvěma průhlednými elektrodami a mezi dvěma polarizačními filtry, přičemž osy polarizace filtrů jsou na sebe kolmé. Bez krystalů mezi filtry by bylo světlo procházející jedním filtrem blokováno filtrem druhým. - MONOCHROMATICKÉ LCD DISPLEJE 1. s odrazem světla (pasivní) 1
Nemají podsvícení, potřebují vnější zdroj světla, který na LCD displej dopadá. Za normálního stavu jsou tekuté krystaly průhledné, světlo prochází na zadní reflexní (odraznou) elektrodu, odráží se a vystupuje ven. Celý displej je světle zelený. Vytvořením elektrostatického pole u příslušné transparentní (průhledné) elektrody dochází k natočení molekul, světlo se rozptýlí, neodráží se, místo je tmavší. Transparentní elektrody mají tvar segmentů, z kterých se vytváří požadovaný znak. 2. s průchodem světla (aktivní) U tohoto zařízení je displej podsvícený. Má svůj zdroj světla, displej je čitelný i ve tmě. Světlo prochází tam, kde mezi elektrodami nepůsobí elektrostatické pole. - BAREVNÉ LCD DISPLEJE Jednotlivé obrazové body LCD displeje fungují jako světelné ventily - samy nezáří, jen regulují množství procházejícího ze zdroje světla, který se nacházejí za panelem lampy CCFL (Cold Cathod Fluorescent Lamp) popřípadě LED diody. Abychom dosáhli barevného zobrazení, musíme do systému zařadit soustavu filtrů základních barev (RGB - červená / zelená / modrá) - výsledný počet buněk (subpixelů) je pak dán: výška x šířka (v obrazových bodech) x3 elementární barvy (RGB). Pokud jsou RGB "ventily" v zatemnělém stavu, získáme dojem černé barvy, pokud všechny subpixely svítí na maximum, získáme dojem bílé barvy. Ostatní 2
odstíny jsou tvořené mixováním poměru RGB barev. Každý subpixel je řízen jedním tranzistorem (některé displeje využívají dva tranzistory na každý bod RGB) umístěným u každé barevné buňky. Vzhledem k tomu, že tyto jednotlivé tranzistory jsou umístěné na celé ploše panelu, ujal se název TFT (Thin Film Tranzistor) - tenký foliový tranzistor. Technologie TN+film TN Twisted Nematic (kroucené, spirálovité uspořádání nematických molekul) U displejů s technologií TN je tekutý krystal nanesen mezi vzájemně pootočené polarizační filtry. Na obr. A je zachycena situace, kdy je tekutý krystal v základním stavu (bez elektrického napětí). V tomto případě je světlo natáčeno takovým způsobem, že může projít druhým polarizačním filtrem a v konečném důsledku prochází plný jas podsvětlujících lamp CCFL vzniká bílá barva. Na dalším obr. B je znázorněna situace, kdy jsou krystaly pod plným elektrickým napětím, molekuly tekutého krystalu se srovnají ve směru elektrostatického pole a světlo nemůže projít druhým polarizačním filtrem. Vzniká černý obrazový bod. Uvedeným způsobem lze optické vlastnosti tekutého krystalu regulovat v několika desítkách až stovkách různých stavů a vzniká tak výsledný jas barevných odstínů. Protože se obrazový bod skládá ze tří barevných subpixelů, vznikají tak statisíce až miliony různých barev. 3
Nevýhodou této technologie je velká ztrátovost světla a fakt, že vždy nějaké světlo projde i v uzavřeném stavu nelze vytvořit dokonale černou barvu (tmavě šedá). Jas daného bodu závisí také na tom, pod jakým úhlem jej budeme pozorovat: jestli kolmo nebo ze strany. Na povrchu displeje je vytvořena vrstva, pro zvýšení pozorovacího úhlu. Tyto displeje se vyznačují pomalou dobou odezvy. Poškozené pixely trvale propouštějí světlo (jasně svítí). Výhodou je, že se jedná se o velice jednoduchou technologii s levnou výrobou. Technologie IPS IPS In Plane Switching (molekuly tekutých krystalů jsou vyrovnané souběžně se základní rovinou) 4
V základním stavu (bez elektrického napětí mezi elektrodami) filtr nepropouští světlo. Po přivedení napětí se molekuly tekutých krystalů pootočí až o 90 stupňů. Oba krajní stavy jsou tedy mnohem přesnější a lépe definované. Panely IPS proto vynikají věrnými barvami a širokými pozorovacími úhly. Při změně úhlu pohledu navíc prakticky nedochází ke změně odstínu barev tak jako u panelů TN. Jelikož elektrody jsou umístěné v jedné (spodní) rovině, zabírají více prostoru než u panelů typu TN nebo MVA, dalším problémem je slabší elektrostatické pole na okrajích buněk, kde se část molekul plně neotáčí - to ve výsledku způsobuje nižší jas a kontrast těchto panelů (je na úrovní panelů typu TN). U panelů IPS zůstává poškozený bod tmavý. Technologie MVA MVA - Multi-Domain Vertical Alignment (orientace molekul tekutých krystalů vertikálně) U původní technologie Mono-VA (obrázek vlevo) byla problémem byla silná závislost jasu daného bodu na úhlu pozorování (záviselo dokonce na straně L-P pohledu). Proto byly buňky rozdělené na domény (Multidomain VA), které tuto závislost vzájemně kompenzují. Ve výsledku je jas daného bodu stejný jako při čelním pohledu. 5
Pozn.: Firma Samsung vyrábí vlastní variantu této technologie s označením PVA (Patterned Vertical Alignment) Výhodou těchto panelů je dobré podání barev, dobrý kontrast, dobré pozorovací úhly a velmi dobrá doba odezvy. Parametry LCD monitorů 1. Maximální rozlišení - je to maximální počet obrazových bodů, který je monitor schopen zobrazit při poměru stran obrazovky 4:3 nebo častěji 16:9. 2. Úhlopříčka, zobrazovací plocha displeje 3. Svítivost udává se v cd/m2 a jeho hodnota se měří podle svítivosti všech pixelů, které zobrazují bílou barvu. (pozn.: cd = jednotka svítivosti kandela) 4. Kontrast jeho hodnota je vypočítána z poměru svítivosti bílé a černé. Typická hodnota u dnešních LCD panelů je 1000:1. 5. Doba odezvy určuje čas, za který se dokáže změnit stav z černé barvy na bílou a zpět na černou. Někdy se udává údaj pouze jednosměrný tedy doba změny z černé na bílou nebo z bílé na černou. 6. Pozorovací úhly - tento údaj udává, že v tomto rozmezí (stupně) by měl být obraz stále stejný a kvalitní. Pokud se do této výseče uživatel nevejde (např. při pozorování obrazu z boku, vedle monitoru, nadhled či podhled), barvy rychle ztrácí odstín, obraz šedne a může docházet například k inverzi barev. Výhody LCD: viditelná celá plocha panelu (15 LCD odpovídá 17 CRT) ploché displeje malé rozměry a váha nízká spotřeba energie žádné elektromagnetické vyzařování Nevýhody LCD: pomalejší zobrazování oproti CRT celoplošné podsvícení, tedy i pro body, které mají zůstat černé (nemají svítit) dokonalost černé barvy (zvláště u technologie TN) pozorovací úhly U leštěných panelů (pro notebooky) zvýšená odrazivost okolního světla Současné LCD monitory lze propojit s počítačem pomocí rozhraní: 6
7