Monitory LCD

Ciekłe kryształy to substancje prawie przezroczyste, mogące przyjmować stan zarówno stały, jak i ciekły. Światło przechodzące przez ciekłe kryształy podąża za ułożeniem tworzących je molekuł.

Zasada działania monitora LCD polega a zmianie polaryzacji światła, na skutek zmian położenia cząstek ciekłego kryształu pod wpływem pola elektrycznego.

W oparciu o ciekłe kryształy buduje się obecnie monitory ciekłokrystaliczne zwane monitorami LCD (ang. Liquid Crystal Display). Wszystkie obecnie produkowane monitory ciekłokrystaliczne składają się z czterech podstawowych elementów:

- komórek, w których zatopiona jest mała ilość ciekłego kryształu,

- elektrod będących źródłem pola elektrycznego działającego bezpośrednio na kryształ,

- dwóch cienkich folii: polaryzatora i analizatora,

- źródła światła.

Polaryzator jest urządzeniem optycznym przepuszczającym światło o określonej polaryzacji liniowej. Analizator to polaryzator, w którym określona jest płaszczyzna polaryzacji. Za ekranem znajduje się źródło światła np. lampa fluorescencyjna. W zależności od wielkości panelu LCD ilości tych lamp waha się od dwóch (monitory 15") do ośmiu (monitory 20-21"). Panele 17" najczęściej mają zamontowane 4 lampy fluorescencyjne. Światło pochodzące od źródła światła przechodzi w początkowej fazie przez tzw. dyfuzor - element zapewniający równomierne oświetlenie całego panelu LCD. W następnej kolejności światło przepuszczane jest przez pierwszy filtr polaryzacyjny czyli grupę elektrod sterujących ułożeniem cząstek ciekłego kryształu. Następnie światło przedostaje się przez warstwę orientującą - warstwę ustawiającą molekuły ciekłego kryształu w odpowiednim stanie (najczęściej spoczynkowym). Znajdująca się dalej warstwa ciekłego kryształu odchyla (skręca) płaszczyznę polaryzacji światła o 90 stopni.. Ciekły kryształ ma krystaliczną strukturę. Cząsteczki kryształu mają kształt pręcików, są ustawiane w równoległych rzędach i steruje się nimi przy użyciu pola elektrycznego. Substancja ciekłokrystaliczna jest umieszczona w kilku milionach pojedynczych komórek. Komórki te tworzą matrycę pikseli. Aby światło mogło ulec skręceniu musi nastąpić odpowiednie ułożenie pałeczkowatych cząstek. Aby takie ułożenie uzyskać stosuje się wyżej wymienione warstwy orientujące. Światło po przejściu przez ciekły kryształ napotyka drugi filtr polaryzacyjny. W zależności od kąta padania światła w stosunku do osi polaryzacji filtra światło wydostaje się z panela LCD, a użytkownik widzi jasny punkt na ekranie.

Świecenie kryształu

Ekran LCD zbudowany jest z dwóch warstw ciekłych kryształów umieszczonych pomiędzy dwiema odpowiednio wyprofilowanymi powierzchniami, z których jedna jest ustawiona pod kątem 90 stopni wobec drugiej. Monitor LCD w przeciwieństwie do modeli CRT pracuje z maksymalną jakością tylko w rozdzielczości rzeczywistej, bo LCD ma stałą liczbę pikseli. Oczywiście prezentacja obrazu z inną rozdzielczością jest możliwa, jednak wtedy mamy do wyboru dwa sposoby oglądania obrazu - wyświetlany na fragmencie matrycy odpowiadającej danej rozdzielczości (np. 640x480 na panelu o rzeczywistej rozdzielczości 1024x768) lub

prezentowany na całej powierzchni ekranu przy użyciu algorytmów skalowania.

Filtr selektywny.

Występuje na powierzchni ekranu monitora LCD. Kieruje w stronę oczu dwa obrazy o różnej perspektywie. Mózg przetwarza otrzymaną informację i tworzy trójwymiarową scenę.

Zalety monitorów LCD:

- mała waga,

- mały rozmiar,

- brak emisji szkodliwego promieniowania,

- małe zapotrzebowanie na energię,

- obraz wysokiej jakości,

Wady monitorów LCD:

• trudny do uzyskania kontrast,

• pochłanianie części światła,

• obraz widziany pod kątem zanika,

Matryce monitorów LCD możemy podzielić na pasywne i aktywne. Kryształy w matrycach pasywnych (zwane czasem ekranami STN, DSN lub TSN) są adresowane poprzez ładunki lokalne, przy czym nic nie powstrzymuje ładunków elektrycznych przed rozpływaniem się na boki i wpływaniem na położenie kryształów sąsiednich. Stąd rozmyty obraz matrycy pasywnej, smugi i cienie ciągnące się za obiektami. Pasywna matryca LCD składa się z kilku warstw. Tylną stanowi element podświetlający, czyli najczęściej lampa jarzeniowa. Światło powstałe w ten sposób przechodzi przez element rozpraszający tak, aby możliwie równomiernie podświetlić cały panel. Następną warstwą jest filtr polaryzacyjny, a zaraz za nim przezroczyste elektrody umieszczające ciekłe kryształy

w położeniu spoczynkowym. Za tym elementem znajduje się warstwa ciekłych kryształów powodująca skręcenie” światła o 90°. W ten sposób uzyskujemy obraz na ekranie panelu. Jeśli obraz na panelu ma być kolorowy, to niezbędna jest dodatkowa warstwa z filtrem trzech podstawowych barw.

Matryce aktywne zbudowane są z tranzystorów cienkowarstwowych (thin film transistor, TFT), które gromadzą i utrzymują ładunki elektryczne, zapobiegając ich rozlewaniu się na inne piksele. Taki tranzystor przekazuje odpowiednie napięcie tylko do jednego kryształu, dzięki czemu nie ma smużenia ani rozmycia obrazu. Obecnie stosuje się praktycznie wyłącznie matryce aktywne. Światło pochodzące z umieszczonego w tle źródła przechodzi przez dwa filtry polaryzacyjne, filtr koloru (niebieski, czerwony lub zielony) oraz warstwę

ciekłego kryształu, po czym dociera do oka użytkownika.

Odświeżanie w LCD

Każdy piksel matrycy LCD jest aktywowany oddzielnie i znajduje się w stanie włączonym albo wyłączonym. Dzięki większej bezwładności w monitorach LCD prezentacja stabilnego obrazu nie wymaga częstego odświeżania. Wystarczy częstotliwość rzędu 60 Hz.

Martwe punkty

Tzw. martwy punkt (ang. dead pixel) to taki, w którym komórka czerwona, zielona lub niebieska pozostaje trwale włączona lub trwale wyłączona. Najczęściej komórki "zastygają" w trybie aktywności. Ich nieprzyjemną cechą jest silne wyróżnianie się na ciemnym tle (jako czerwone, zielone lub niebieskie kropki). Mimo że nawet kilka takich punktów na ekranie może być dość nieprzyjemną usterką, producenci stosują dość zróżnicowane kryteria przy określaniu jaka liczba martwych punktów kwalifikuje wyświetlacz do wymiany. Bywa, że istotna jest nie tylko ich liczba, ale i położenie. Na szczęście, ciągłe ulepszanie technik produkcji zmniejsza prawdopodobieństwo, że będziemy musieli oglądać takie zjawisko na nowo zakupionym ekranie.

Budowa i zasada działania monitorów organicznych OLED (ang. Organic Light Emitting Diodes)

Panel ciekłokrystaliczny monitorów LCD nie świeci sam z siebie i musi być zawsze podświetlony od tyłu. Ciekłe kryształy sterują zaś wyłącznie natężeniem przechodzącego przez nie światła. Taka konstrukcja wyświetlacza zwiększa zużycie energii, które jest i tak mniejsze niż w monitorach CRT, ale jest to szczególnie ważne w przypadku urządzeń przenośnych. Ponadto mniejszy jest też kontrast generowanego obrazu. Tych wad

pozbawione są najnowsze typy wyświetlaczy wykonane w technologii OLED (Organic Light Emitting Diodes).

Panel OLED składa się z kilku elementów, a jego konstrukcja jest zdecydowanie prostsza niż matrycy LCD. Dwa polimerowe półprzewodniki typu p i n muszą zostać ze sobą złączone, a następnie należy przez nie przepuścić prąd. Skutkiem zachodzących w tym procesie zmian jest emisja światła. Problemem przy konstrukcji panelu OLED jest za to uzyskanie równomiernego rozświetlania powierzchni tworzywa. Różnice w szybkości przepływu ładunków dodatnich i ujemnych sprawiają, że w prosty sposób nie można równomierne rozświetlić ekranu. W celu zapewnienia równomierności rozprowadzania ładunków elektrycznych stosuje się specyficzne substancje. Innego rodzaju środki chemiczne niezbędne są do uzyskania powierzchni świecącej kolorami czerwonym, zielonym i niebieskim (czyli barwami podstawowymi). Wyświetlacze OLED są aktywne lub pasywne.

---