LCD

1. LCD Liquid crystal display

2. LCD (engl. liquid crystal display) su ekrani koji se temelje na tehnologiji tekućih kristala. Oni su česti u potrošačkim uređajima kao što su video playeri, gaming uređaji, satovi, kalkulatori, tei telefoni. LCD je ravni, tanki monitor čiji je ekran sastavljen od određenog broja piksela koji su poredani ispred nekog svjetlosnog izvora. Troši veoma malo električne energije, te zauzima malo prostora. Tekuće kristale otkrio je još 1888. godine austrijski botaničar F. Reintzer, kada je proučavao tvar po imenu cholesteryl benzoate. Taljenjem te tvari, dobio je mutnu tekućinu koja se hlađenjem bistrila i na kraju kristalizirala. Međutim, tek je 1968. godine pronađena tvar koja je na sobnoj temperaturi imala ove karakteristike. Prvi LCD televizor su konstruirali stručnjaci Japanske kompanije Epson 1973. godine. Prvi LCD televizor u boji proizveden je 1984. godine.

3. Tehnologija LCD • LCD predstavlja skupni naziv za tanki ravni oblik displeja, koji se sastoji od većega ili manjeg broja piksela koji se nalaze u mreži ispred nekog izvora svjetla, velika prednost ovakvih displeja jest upravo izvanredno mala potrošnja električne energije, čime su pogodni za ugradnju u uređajima koji se napajaju preko baterija. Svaki piksel na LCD-u sastoji se od sloja molekula tekućih kristala koji se nalazi između dva prozirna sloja elektroda i dva polarizirajuća filtra, na kojima se nalaze utori okomiti jedni na druge.

4. Dok nema električnog napona, tekući kristali se nalaze u takozvanomerelaksiranom (kaotičnome) stanju. Kada tekućim kristalima dovedemo napon, oni se "slože" uz mikroskopske žljebove na elektrodama. Utori na dvjema elektrodama su međusobno okomiti pa se molekule "slažu" u koncentričnim krugovima. Svjetlo što emitira izvor koji se nalazi iza elektroda se zato zakreče dok prolazi kroz sloj kristala, Što mu omogućuje da prođe kroz drugi polarizirajući filtar. Pola intenziteta svjetla apsorbira se na prvome polarizirajućem filtru, ali je u pravilu cijeli sklop potpuno proziran. Kada se na elektrode dovede električni naboj, molekule tekućih kristala se smještaju paralelno s električnim poljem, što za posljedicu ima umanjeno skretanje svjetla.Kada bismo tekuće kristale potpuno polarizirali, prolazeće svijetlo bi bilo polarizirano okomito na drugi filtar i samim time bi svjetlo bilo potpuno blokirano, piksel se ne bi upalio.

5. Kontrolirajući zakretanje kristala svakog piksela, svjetlo može većim ili manjim intenzitetom prolaziti kroz filtre omogućavajući osvjetljenje piksela. Kako bi se uštedjelo u proizvodnji LCD prijamnika, u pravilu se koristi tehnika multipleksiranja. Kod multipleksiranih displeja elektrode se grupiraju i spajaju zajedno u retke i stupce, svaki sa svojim napajanjem i kontrolom napajanja. Softver koji pokreće elektroniku tada pali retke i stupce po određenome redoslijedu. Otuda pojam refresh rate-a (fast response time odnosno vrijeme odziva) kao jedna od osnovnih značajki televizija i monitora.

6. Brojevi koje vrlo često možete naći na kutijama LCD prijamnika, 8 ms ili 4 ms, predstavljaju vrijeme koje prođe dok LCD osvježi pojedini piksel dvaput uzastopce. Kod kolor LCD displeja, svaki se pojedini piksel sastoji od tri ćelije ili potpiksela (subpiksela), koji su obojeni u plavu, zelenu i crvenu boju pomoću jedne od metoda - pigment, boja ili oksidi metala. Svaki se potpiksel može zasebno kontrolirati i kombiniranjem se mogu generirati milijunske nijanse boja. Visokorezolucijski displeji u boji koji se rabe u modernim LCD računalnim monitorima i televizorima koriste takozvane aktivne matrice. Riječ je o matrici thin-film transistors, bolje poznatoj pod akronimom TFT, koja se dodaje polarizirajućem i kolor filtru. Svaki piksel iza sebe ima svoj tranzistor, čime se duž svakog reda i stupca može pristupiti pojedinom filtru. Aktivna matrica omogućuje puno veću oštrinu prikaza i znatno veću svjetlinu te ima puno bolje vrijeme odziva, što ukupno znači bolju sliku i veće veselje kod vlasnika tv-a, naročito za multimedijalni sadržaj.

7. Budući da se u pozadini tehnologije krije mreža tranzistora moguće je da pojedini tranzistor, bilo zbog manjkavosti proizvodnog procesa, bilo zbog naglih fizičkih pokreta ili udaraca pri manipulaciji, otkaže. Kao posljedica oštećenja tranzistora dolazi do pojave stalno upaljenih piksela ili takozvanih mrtvih piksela (pikseli kroz koje svjetlost ne prolazi kao posljedica nemogućnosti polarizacije kristala zbog defekta na tranzistoru). Očituje se kad je na prijamniku jednobojna slika kao piksel druge boje (npr. ako je crna slika na prijamniku pojave se zelene točkice tj. mrtvi piksel).

8. Moderni LCD displej potpuno je digitalni uređaj (ne samo u programskom rješenju, nego i fizički) i zbog razloga kompatibilnosti često se “bori” s analognim signalima koje mu šalje većina trenutno aktuelnih grafičkih kartica. Analogni video signal je korisniji CRT monitorima, jer ga on neće obrađivati digitalno, nego će sve ostati u analognoj domeni. To znači da će ulazni signal uz vrlo malo smetnji sa strane biti vjerno prikazan na ekranu. Kod LCD displeja - monitora slika je sastavljena od diskretnih tačaka koje se mogu precizno adresirati. Stoga LCD monitor ulazni analogni signal mora pretvoriti u digitalni oblik.

9. Taj se postupak naziva AD konverzija (analogno-digitalna pretvorba). Problem s AD konverzijom je da on neminovno dovodi do pogreške, tj. unosi određenu količinu smetnji. Proces pretvorbe obavlja se tako da monitor u određenom taktu (sampling frequency) očitava vrijednost amplitude ulaznog analognog signala i pretvara ga u diskretnu numeričku vrijednost. Podrazumijeva se da je digitalizacija to bolja što je frekvencija uzorkovanja veća, no u ovako složenom slučaju kao što su LCD monitori, situacija nije tako jednostavna. Vrlo je važno da se amplituda ulaznog signala pročita upravo u trenutku kada on zaista opisuje aktivni piksel slike, tj. u trenutku kada bi se na standardnom analognom CRT monitoru iscrtala ta tačka.

10. Prednost LCD-a je i u potrošnji (stoga se koriste u lap-top računarima na napajanje baterijom). Dok je kod CRT-a donja granica potrošnje 100 W, kod LCD-a još nije dosegnuta tako velika, gornja granica. Većina popularnih modela troši oko 25-50 W, stoga im je za ventilaciju potreban vrlo mali prostor. Za razliku od CRT monitora koji svoje transformatore i sklopove za napajanje drže u unutrašnjosti kučišta, većina će ih LCD monitora izbaciti na svjetlo dana i gotovo u svakom paketu naći će se (uz LCD) i omanja crna kutijica koju treba s jedne strane priključiti na monitor (DC IN), a s druge se priključuje na gradsku mrežu. Izdvajanjem napajanja smanjuje se količina topline koja se proizvodi u kućištu, ali se otežava pristup radnom mjestu, jer se povećava količina kabela. Stoga neki preferiraju ugradnju napajanja u podnožje monitora, a tako se, usput, pridonosi i stabilnosti monitora (zbog njegove male mase). Za razliku od CRT monitora, LCD-i mogu ponuditi zakretanje ugla ekrana. Oni nemaju veliku masu, pa ne zahtijevaju jake vodilice, a neosjetljivi su na Zemljino magnetsko polje. Svaka im je tačkica jednako razmaknuta i vertikalno i horizontalno, pa su u stanju u bilo kojoj poziciji ekrana dati jednako kvalitetnu sliku. Kod LCD monitora do izražaja dolazi latencija.

11. Pasivna I aktivnamatrica

12. Pasivnamatrica Pasivno-matrica LCD koristiti jednostavanu mrežu za opskrbu zaduženu za određeni piksel na zaslonu. Stvaranje mreže je priličan proces! Ono počinje s dva sloja stakla koja se zovu podloga. Jedan slojdaje red, a drugi dajekolone od transparentnog vodljivog materijala. To je obično indium-tin oxide. Redovi ili kolone su spojeni na integrirane sklopove koji kontrolisukada je naboj poslao dole određeni red ili kolonu. Materijaltekuciskristalaje u sendviču između dvije staklene podloge, i polarizirajući film je dodat da s vanjske strane svakog supstrata. Za uključivanje piksela, integrirani sklop šalje punjenjedonjegdijeladate koloneI aktiviranjeispravnogreda druge. Red i kolonasijeku se pod određenim pikselimakoji pružaju napon tekućih kristala na tom pikselu. Pasivnamatrica je prilicnojednostavna, ali ima značajne nedostatke, osobito sporo vrijeme odziva i nepreciznu regulaciju napona. Neprecizno regulacija napona otežava pasivnom matricom sposobnost da utječu na samo jedan piksel na vrijeme. Kada napon primjenjuje se ispraviti jedan piksel, pikseli oko njega također djelomično ispraviti, zbog čega se pojavljuju slike fazi i nedostaje kontrasta.

13. Principrada LCD matrice

14. Aktivnamatrica Aktivna matrica LCD-zavisi od tankog filma tranzistora (TFT). Uglavnom, TFT su mali prebacivcki tranzistori i kondenzatori. Oni su raspoređeni u matrici na staklenoj podlozi. Da bi se riješio određeni piksel, pravilan red je uključen, a zatim punjenje je poslato dolena ispravnired. Budući da svi ostali redovicijesukolone isključene, samo kondenzator na određen piksel prima naknadu. Kondenzator je u mogućnosti dadrzipunjenje do sljedećeg osvježavanja ciklusa. A ako smo pažljivo kontrolisali količinu napona dobijenog na kristal, možemo gaučiniti da se okrenesamo dovoljno da bi nešto svjetla proslo. Na taj način, vrlo tačno, vrlo malim koracima, LCD može stvoriti sive skale. Većinadisplejadanas prikazuju 256nivoasvjetlosti po pikselu.

15. Prikazpiksela u LCD matrici

16. Za razliku od CRT monitora u kojem se koriste vrlo brzi fosforni premazi s kratkim vremenom latencije, u LCD-ima se koriste tekući kristali koji svaki put kad trebaju promijeniti stanje osvijetljenosti piksela ili subpiksela mijenjaju svoje kristalično stanje. Ta je promjena prilično spora, pa se kaže da LCD-i imaju relativno veliko vrijeme latencije. To se u praksi iskazuje pri prikazivanju scena koje se brzo mijenjaju pa dolazi do određenog zamućivanja slike. U trenucima dok je slika stacionarna, tih problema nema.