Zasada działania płaskiego ekranu LCD (Liquid Crystal Display - wyświetlacz ciekłokrystaliczny) dla wielu osób wciąż jest tajemnicą. Warto poznać rodzaje i budowę matryc LCD, aby móc wybrać najodpowiedniejszy dla siebie monitor czy telewizor. Spróbujemy przybliżyć Państwu zasady działania, oraz technologie zastosowane w tych urządzeniach.
Trochę historii
Ciekłe kryształy
zostały wynalezione w XIX wieku przez austriackiego botanika
Friedricha Reinitzera. Sam termin "ciekły kryształ"
zaproponował niemiecki fizyk Otto Lehmann.
Ciekłe kryształy
to substancje prawie przezroczyste, mogące przyjmować stan zarówno
stały, jak i ciekły. Światło, przechodząc przez nie, podąża za
ułożeniem molekuł, które je tworzą. W 1960 roku odkryto,
że pobudzenie napięciem elektrycznym ciekłych kryształów
zmienia ich położenie, a w konsekwencji, sposób przenikania
przez nie światła.
Od tego czasu materiału tego zaczęto
stosować w różnego rodzaju urządzeniach, które znamy
dzisiaj, np. monitorach komputerowych, telewizorach, projektorach,
cyfrowych kamerach wideo czy aparatach fotograficznych.
Ciekły kryształ w powiększeniu
Działanie ekranów LCD
W telewizorach LCD wykorzystuje się
właściwości ciekłego kryształu. W odróżnieniu od plazmy
piksel w LCD nie świeci, a jedynie jest filtrem, który
przepuszcza światło. Źródłem światła jest lampa
fluoroscencyjna, która emituje białe światło, które
przechodzi przez ekran złożony z milionów pikseli. Każdy
piksel składa się z trzech subpikseli, różniących się
kolorem filtra: czerwonego, niebieskiego i zielonego.
Większość ciekłych kryształów to związki organiczne złożone z cząsteczek, które w naturalnym stanie są rozmieszczone chaotycznie, lecz ustawione równolegle względem swojej dłuższej osi. Istnieje jednak możliwość precyzyjnej kontroli położenia molekuł, co pozwala ciekłym kryształom przepływać przez odpowiednio uformowaną powierzchnię. Położenie molekuł zmienia się wówczas względem kształtu tej powierzchni.
Technologia ciekłokrystaliczna pozwala
na transmisję sygnału. Wyświetlacz emituje różną ilość
białego światła o stałej intensywności, które
przepuszczane jest przez aktywny filtr. Czerwone, zielone oraz
niebieskie subpiksele są uzyskiwane dzięki filtrowaniu białego
światła.
Ekran telewizora LCD składa się z dwóch warstw ciekłych
kryształów umieszczonych pomiędzy dwiema odpowiednio
wyprofilowanymi powierzchniami, ustawionymi prostopadle względem
siebie. Jeśli molekuły na jednej powierzchni ustawione są z
północy na zachód, to na drugiej powierzchni znajdują
się już w położeniu ze wschodu na zachód. Molekuły
znajdujące się pomiędzy nimi muszą zmienić położenie o 90
stopni, podobnie jak światło podążające za tym położeniem.
Całość okalają dwie warstwy szkła. Za generowanie światła
odpowiadają natomiast lampy umieszczone z tyłu matrycy. Ich liczba
i rozmieszczenie zależą od właściwości konstrukcyjnych danego
modelu.
Do ciekłych kryształów wystarczy przyłożyć
napięcie elektryczne, a molekuły przemieszczą się pionowo,
pozwalając przepuścić światło bez zmiany położenia o 90
stopni.
Istotną kwestią budowy panelu LCD są własności
filtrów polaryzacyjnych i samego światła. Naturalne fale
świetlne promieniują pod określonym kątem. Filtr polaryzacyjny
jest zestawem równoległych linii, które działają na
zasadzie siatki, blokując wszystkie fale światła oprócz
tych, które przypadkiem są do nich ułożone równolegle.
Drugi filtr polaryzacyjny, którego linie są rozmieszczone pod
kątem 90 stopni w stosunku do fal światła, blokuje z kolei te
fale, które są idealnie równoległe z siatką
pierwszego filtru lub pasują do układu filtru drugiego.
Sterowanie ekranem LCD odbywa się podobnie jak w panelach plazmowych, przez łączenie pikseli do wspólnych elektrod w kolumny i rzędy oraz nadanie każdemu pikselowi dwóch współrzędnych będących jego adresem.
