WyświetlaczeLCD

Krótki wstęp historyczny:Krótki wstęp historyczny:

‐ 1888  ‐ Austriacki botanik  Friedrich Rheinitzer odkrywa ciekłe kryształy‐ 1936 ‐ Firma  The  Marconi  Wireless  Telegraphopatentowała pierwsze praktyczne zastosowanie tejtechnologii.‐ 1968 ‐ pierwszy LCD oparty na dynamicznym trybierozpraszania (dynamic  scattering  mode)  opracowanyprzez George’a Heilmeiera‐ 1969 ‐ James Fergason z Kent State University odkryłefekt skręconego nematyka (twisted nematic – TN).‐ 1970  ‐ Sharp prezentuje  kalkulator  z  wyświetlaczem LCD. 

‐ 1971 ‐ LXD  Incorporated buduje pierwszy wyświetlacz do zegarka dlaszwajcarskiej firmy Brown–Boveri wykorzystujący efekt skręconegonematyka.  Wyświetlacze tego typu szybko wyparły ekranywykorzystujące efekt DSM.

‐ 1973 ‐ George  Gray odkrył ciekłe kryształy stabilne w  normalnejtemperaturze i  pod  normalnym ciśnieniem,  co  pozwoliło na dalszyrozwój technologii

‐ 1979 ‐ Konstruktorzy firmy Matsushita zbudowali kolorowy ekranciekłokrystaliczny

‐ 1983 ‐ T.Scheffer i J.Nehring odkryli efekt  STN (super twisted nematic)‐ 1986  ‐ NEC wyprodukował pierwszy przenośny komputer z  ekranemciekłokrystalicznym

‐ 1995 ‐ rozpoczęto produkcję paneli LCD dużych przekątnychprzekraczających 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”.

Krótki wstęp historyczny:Krótki wstęp historyczny:

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 równieżwykazują 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  właściwościachfizycznych,  jest  kryterium podziału ciekłych kryształów na trzyzasadnicze typy : smektyczny, nematyczny, cholesteryczny

FizyczneFizyczne podstawypodstawy dziadziałłaniaania wywyśświetlaczywietlaczy LCDLCD::

FizyczneFizyczne podstawypodstawy dziadziałłaniaania wywyśświetlaczywietlaczy LCDLCD::

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  zajmująuporządkowanych pozycji  jednak mają tendencję do ustawiania się w tym samym kierunku.W  fazie cholesterycznej (nematycznej skręconej) cząsteczkiułożone są podobnie jak w  fazie nematycznej,  ale  każda następnawarstwa cząsteczki jest  skręcona o  pewien kąt.  Daje to  w  efekciestrukturę śrubową.Ważnym parametrem jest skok linii śrubowej p.

Ze względu na brak związków wykazujących wszystkie potrzebne właściwości  w  rzeczywistych  konstrukcjach  wykorzystuje  siękompozycje nawet 16 różnych substancji ciekłokrystalicznych.

FizyczneFizyczne podstawypodstawy dziadziałłaniaania wywyśświetlaczywietlaczy LCDLCD::

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 polaryzacjęspolaryzowanego światła.Struktura ciekłego kryształu może być zmieniona poprzez przyłożenie napięcia elektrycznego.Istnieją przeźroczyste substancje przewodzące prąd elektryczny.

BudowaBudowa wywyśświetlaczywietlaczy LCDLCD::

Na  dwie  płaszczyzny  szklane  nanosi  się przezroczystą substancjęprzewodzącą prąd  elektryczny  oraz  polimer  polerowany  następnie w jednym  kierunku  i  ustawia  tak  żeby  kierunki  były  względem  siebie prostopadłe.  Między  elektrodami  umieszcza  się cienką warstwęciekłych  kryształów.  Oddziaływania powierzchniowe międzycząsteczkami ciekłego kryształua  powierzchnią elektrod powodują powstanie określonej teksturymolekularnej w  warstwie ciekłokrystalicznej.  Spośród wielu znanychtekstur molekularnych ciekłych kryształów najważniejsze są:tekstura homeotropowa ‐ charakteryzująca się prostopadłymułożeniem cząsteczek ciekłego kryształu w  stosunku do  płaszczyznyelektrod. tekstura planarna – o  równoległym ułożeniu cząstek Bardzo ważnąodmianą tekstury planarnej jest  konfiguracja TN tzw.  skręconegonematyka, która charakteryzuje się skręceniem o kąt 90° osi cząsteczekrównolegle ułożonych przy obu powierzchniach. Wewnątrz warstwyuzyskuje się ciągłą deformację śrubową ułożenia cząsteczek, nadającą

d l k ł l ł d d

Budowa wyświetlaczy LCD: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: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: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 ik li

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).

Adresowanie matryc LCD:Adresowanie matryc LCD:

Cząsteczki obracają się wokół osi równoległej do powierzchni szybki.

Podział matryc ciekłokrystalicznych: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.

Na rysunku widać większy porządek poukładania cząstek. Możemy je dostrzec patrząc z każdej strony

MVA  (Multi‐domain VerticalAligment)  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%.

Podział matryc ciekłokrystalicznych:Podział matryc ciekłokrystalicznych:

Cząsteczki obracają się wokół osi prostopadłej do wyświetlacza, dzięki

temu są zawsze równoległe do szyby.

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.

Podział matryc ciekłokrystalicznych:Podział matryc ciekłokrystalicznych:

Elastyczny wyświetlacz TFT.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 VizplexE‐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.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.