Image176

To warto wiedzieć

Filtr

polaryzacyjny

Rys. 21

0 Płytka szklana

0^Clekł*

kryształ

(7) ^F,,try

® Separator

pasywnych wyświetlaczy LCD. Bardzo trudne okazało się zbudowanie wyświetlaczy typu passive matrix (zwykle STN LCD) o satysfakcjonującym kontraście i rozdzielczości powyżej 100 linii. Maksymalna liczba linii (rzędów) w matrycowych wyświetlaczach pasywnych sięga co najwyżej 500. Tymczasem dziś do wyświetlenia obrazów dobrej jakości potrzeba nie setek, nie tysięcy, ale setek tysięcy, a nawet milionów punktów, a liczba linii znacznie przekracza 500. Obecnie już przestarzały wyświetlacz standardu VGA lub ekran klasycznego telewizora ma mieć rozdzielczość odpowiednio 640x480 i 720x576 punktów, co daje ponad 300 tysięcy pikseli nawet w wersji monochromatycznej, nie mówiąc o kolorowej.

Aby przekroczyć te bariery, trzeba było znaleźć inne rozwiązanie. W przypadku wyświetlaczy zawierających setki tysięcy, a nawet miliony pikseli, sterowanie musi odbywać się w bardziej złożony sposób. Owszem, piksele nadal mają być połączone w^r rzędy i kolumny, ale każdy punkt ekranu wymaga dodatkowo co najmniej jednego tranzystora sterującego. W ten sposób budowany jest wyświetlacz LCD z aktywną matrycą, czyli AM LCD (Active Matrix LCD). Zasadę działania wyświetlacza z aktywną matrycą pokazuje rysunek 19. Tranzystory (zaznaczone kolorem czerwonym) są sterowane matrycowo, a bardzo ważną rolę odgrywa pojemność elektryczna komórki LCD (zaznaczona kolorem niebieskim jako kondensator), ponieważ ładunek elektryczny zgromadzony w tej pojemności niejako podtrzymuje działanie czy stan danego elementu w czasie, gdy są obsługiwane inne rzędy.

Problem w tym, gdzie umieścić takie tranzystory sterujące. W przypadku małych wyświetlaczy refleksyjnych (odbiciowych) tranzystory mogłyby być umieszczone pod wyświetlaczem. Natomiast w klasycznych dużych wyświetlaczach transparentnych nie ma innego wyjścia, tylko tranzystory sterujące muszą być zamontowane na powierzchni ekranu, w bezpośrednim sąsiedztwie sterowanego piksela. Trzeba więc na powierzchni szkła ekranu w jakiś sposób wytworzyć setki tysięcy tranzystorów (które przy okazji niestety będą zatrzymywać część światła). Nie wchodzą tu w grę klasyczne metody wytwarzania tranzystorów na płytkach krzemowych. Na powierzchnię szkła nanosi się lokalnie cienką warstwę bezpostaciowego (amorficznego)

Y1 Y2 Y3

krzemu, co przy wykorzystaniu specyficznych technologii umożliwia wykonanie tranzystora. Tranzystora cienkowarstwowego - po angielsku Thin Film Transistor. Stąd powszechnie spotykany skrót -TFT LCD, oznaczający wyświetlacze LCD z matrycą aktywną zawierającą tranzystory cienkowarstwowe. Próbowano też zrealizować wyświetlacze z diodami cienko warstwo w^fy mi - TFD LCD (Thin Film Diodę), ale słuch o nich zaginął. Rysunek 20 pokazuje w uproszczeniu budowę monochromatycznego wyświetlacza TFT LCD.

Kolory

Koncepcja aktywnej matrycy i tranzystorów cienkowarstwowych wytwarzanych na powierzchni szkła otworzyła drogę do użytecznych ekranów' kolorowych o rozdzielczości wymaganej do telewizorów i monitorów komputerowych. Ogólna idea jest niezmiennie bardzo prosta - nadal jest to wyświetlacz z aktywną matrycą. Jednak jedną komórkę-piksel tworzą trzy elementarne punkty (subpiksele). Każdy subpiksel wyposażony jest w dodatkowy maleńki filtr w jednym z podstawowych kolorów RGB (czerwony, zielony, niebieski) i przepuszcza światło tylko „swojego” koloru. Na ekranie powstaje matryca subpikseli, umożliwiająca wyświetlenie obrazu w dowolnych kolorach i odcieniach. Rysunek 21 pokazuje budowę kolorowego wyświetlacza ciekłokrystalicznego (LCD) z matrycą pasywną (stosowane do dziś w mniejszych wyświetlaczach), a fotografia 18 -bardzo powiększony fragment rzeczywistego ekranu z tranzystorową matrycą aktywną (TFT LCD).

Jak widać, część powierzchni subpiksela jest nieprzezroczysta i niewykorzystana - jest zajęta przez tranzystor sterujący.

Ze względu na małą ruchliwość nośników prądu w krzemie amorficznym, powierzchnia tego tranzystora jest znacząca. Postęp polega m.in. na zmniejszaniu rozmiarów tranzystora, by zajmował on jak najmniej powierzchni subpiksela.

Kierunki rozwoju

Idea umieszczenia (cienkowarstwowych) tranzystorów na powierzchni szkła okazała się trafna. Dziś podziwiamy potężne płaskie telewizory LCD o przekątnej ekranu rzędu dwóch metrów i wysokiej jakości monitory z ekranami TFT LCD. W marcu bieżącego roku Samsung zaprezentował 82-calowy (208cm) telewizor TFT-LCD, w którym szklana płyta ekranu ma 1,87 x 2,20 metra - fotografia 19. Kontrast wynosi 1200:1, jasność sięga 600cd/m\ a czas reakcji wynosi co najwyżej 8ms.

Droga do takich osiągnięć nie była jednak prosta. Na przykład sposób wytwarzania tranzystorów cienkowarstwowych (TFT) został opracowany już w roku 1973 w firmie Wes-tinghouse w USA. Ogólnie biorąc, choć zręby techniki wyświetlaczy ciekłokrystalicznych powstały w Europie i USA, jednak tam z początku nie doceniono drzemiącego w nich potencjału, uważając technikę za zbyt skomplikowaną i niemającą szans na przyszłość. Innego zdania byli producenci w Azji. I właśnie firmy japońskie od początku miały największe osiągnięcia w zakresie wyświetlaczy LCD. poczynając od pierwszego kalkulatora (1973) i pierwszego notebooka z kolorowym ekranem (1988) firmy Sharp. Później dołączyły

element

aktywny

(tranzystor)

ciekły

kryształ

światło

elektroda X elektroda Y

Rys. 20

©Filtr

polaryzacyjny

Warstwa kierunkująca

kolorowe

Przezroczyste

elektrody

Elektronika dla Wszystkich Wrzesień2005 67