Monitor LCD to urządzenie wyświetlające obraz, którego zasada działania oparta jest na zmianie polaryzacji światła na skutek zmian orientacji cząsteczek ciekłego kryształu pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.

Historia

W trakcie badań biologicznych w 1888 r. Friedrich Reinitzer zupełnie przez przypadek odkrył ciekły kryształ. Dalsze długoletnie badania własności ciekłych kryształów wykazały możliwość sterowania własnościami optycznymi tej substancji, co umożliwiło skonstruowanie pierwszego wyświetlacza ciekłokrystalicznego w roku 1964 (George H. Heilmeier) przez firmę RCA.

W 1972 roku Westinghouse złożył patent na pierwszy kolorowy ekran LCD wykonany w technologii TFT, natomiast dopiero w 1982 r. powstał pierwszy komercyjny kieszonkowy telewizor zbudowany przez Seiko-Epson, a 4 lata później ta sama firma wprowadziła pierwszy projektor TFT LCD. W roku 1989 na wystawie Funkausstellung w Berlinie firma Hitachi zademonstrowała prototyp ekranu LCD o przekątnej 10 cali, który był później montowany w laptopach. Produkcja została podjęta w zakładach Mohara w Japonii, gdzie od pewnego czasu były wytwarzane w tej samej technice ekrany o przekątnej 5 cali. Cena ekranu 10-calowego miała się kształtować w przedziale 1400–2000 dolarów. Pierwszy ekran typu IPS pojawił się w 1994 r. za sprawą Hitachi, typu MVA po 2 latach wprowadził Fujitsu, a PVA po kolejnych 2 latach – Samsung.

Pierwsze monitory z ekranem TFT LCD, za sprawą firmy Hoshiden, weszły na rynek w latach 1995–96, natomiast telewizory z tego typu ekranami o przekątnej ponad 10″ pojawiły się w 1999 roku za sprawą Sharpa, a już kilka lat później były dostępne modele o przekątnej 40″ i 50″

Konstrukcja i działanie

Wszystkie rodzaje wyświetlaczy ciekłokrystalicznych składają się z czterech podstawowych elementów:

  1. komórek, w których zatopiona jest niewielka ilość ciekłego kryształu;
  2. elektrod, które są źródłem pola elektrycznego działającego bezpośrednio na ciekły kryształ;
  3. dwóch cienkich folii, z których jedna pełni rolę polaryzatora a druga analizatora;
  4. źródła światła.

Zasadę działania wyświetlacza najłatwiej jest prześledzić na przykładzie pasywnego wyświetlacza odbiciowego, ze skręconą fazą nematyczną. W wyświetlaczu tym światło wnikające do niego jest wstępnie polaryzowane pionowo przez filtr polaryzacyjny (1), następnie przechodzi przez szklaną elektrodę (2) i warstwę ciekłego kryształu (3). Specjalne mikrorowki na elektrodach (2 i 4) wymuszają takie uporządkowanie cząsteczek tworzących warstwę ciekłokrystaliczną, aby przy wyłączonej elektrodzie nastąpiło obrócenie polaryzacji światła o 90°. Dzięki temu światło może przejść przez folię (5) pełniącą rolę analizatora światła, która przepuszcza tylko światło spolaryzowane poziomo, odbić się od lustra (6), przejść ponownie przez analizator (5), ulec ponownej zmianie polaryzacji o 90° na warstwie ciekłego kryształu i ostatecznie opuścić bez przeszkód wyświetlacz, przez górną folię polaryzacyjną. Po przyłożeniu napięcia do elektrod, generowane przez nie pole elektryczne wymusza taką zmianę uporządkowania cząsteczek w warstwie ciekłego kryształu, że nie obraca ona polaryzacji światła. Powoduje to, że światło nie przechodzi przez analizator, co daje efekt czerni

Rodzaje paneli LCD

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne mogą pracować w trybie transmisyjnym, odbiciowym (reflektywnym) lub administracyjnym (trans-reflektywnym).

Wyświetlacze transmisyjne są oświetlane z jednej strony, a powstające na nich obrazy ogląda się od drugiej strony. Stąd aktywne piksele w takich wyświetlaczach są zawsze ciemne, a nieaktywne jasne. Tego typu wyświetlacze są stosowane w przypadku, gdy potrzebna jest duża intensywność obrazu, np: w projektorach multimedialnych lub monitorach komputerowych. Wyświetlacze transmisyjne są zwykle stosowane razem z aktywnymi matrycami, choć czasem są też stosowane bierne wyświetlacze transmisyjne np. w zegarkach z uchylnymi wyświetlaczami.

Wyświetlacze odbiciowe (reflektywnym) posiadają na swoim dnie lustro, które odbija dochodzące do powierzchni wyświetlacza światło. Tego rodzaju wyświetlacze mogą pracować wyłącznie w trybie biernym i posiadają zwykle niezbyt dużą intensywność generowanego obrazu, ale za to pobierają bardzo małe ilości energii. Są one najczęściej stosowane w kalkulatorach i zegarkach, aczkolwiek czasami można je też spotkać w przenośnych komputerach i palmtopach.

Istnieją także wyświetlacze trans-reflektywne, które posiadają zalety obu trybów. Przy włączonym podświetleniu obraz na nich ma dużą jasność, natomiast w celu zmniejszenia poboru mocy podświetlenie można wyłączyć i przejść w tryb odbiciowy. Wyświetlacze trans-reflektywne są praktycznie niestosowane w urządzeniach większych niż palmtopy.

Każdy panel LCD wyświetla określoną liczbę kolorów wyrażoną w bitach nazywaną głębią koloru. Najczęściej stosowanymi (dla jednego z 3 składowych kolorów RGB) panele:

  • 6 bitowe (18bit RGB)
  • 8 bitowe (24bit RGB)
  • 10 bitowe (30 bit RGB)
  • 12 bitowe (36 bit RGB)
  • 14 bitowe (42 bit RGB)
  • 16 bitowe (48 bit RGB)
  • 18 bitowe (54 bit RGB)

(źródło https://pl.wikipedia.org/wiki/Wy%C5%9Bwietlacz_ciek%C5%82okrystaliczny)

Budowa LCD

Liquid Crystal Display – ekran ciekłokrystaliczny. Monitory LCD zaczęły podbijać rynek w 2007 roku. Starsze modele nadawały się tylko do pracy biurowej, nie było mowy o oglądaniu chociażby filmu, w którym brakowało koloru czarnego. Obecne monitory LCD poradziły sobie z tą przeszkodą i wyparły już praktycznie kineskopy.

Wewnątrz cienkiego monitora znajduję się ciekły kryształ który pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego zmienia polaryzacje światła. Ciekły kryształ to związki organiczne, których położenie jest precyzyjnie uformowane poprzez odpowiednią powierzchnię.

Wyświetlacz emituje tylko białe światło o tej samej intensywności, które jest przepuszczane przez aktywny filtr. Właśnie dzięki niemu uzyskiwane są subpiksele koloru czerwonego, zielonego oraz niebieskiego. Stąd w monitorach LCD nadana jest fabrycznie rozdzielczość natywna, w której monitor powinien pracować. Jest ona zaraz maksymalną rozdzielczością, jaką monitor jest w stanie wyświetlić. Oczywiście jest możliwość uzyskania niższej rozdzielczości, ale obraz jest wówczas interpolowany (skalowany) i nie będzie on tak samo wyraźny jak w natywnej.

Jednym z problemów jakie przyszło technologii LCD zwalczyć, to czas reakcji matrycy. Mówi to nam o czasie w jakim biały piksel potrafi przejść do czarnego i z powrotem do białego. Drugi sposób jaki wymyślono na korzyść marketingu, to dopalenie kryształu matrycy podczas wznoszenia się piksela. Jednak jest to standard mierzenia czasu reakcji pomiędzy kolejnymi poziomami szarości. GtG (ang. Gray-to-Gray) szary w szary. Monitory w tym standardzie poruszają się już w czasie krótszym niż 2 ms.

Jak powstaje obraz

W zależności od modelu LCD, światło z podświetlenia matrycy przechodzi przez polaryzator i ustawia je w odpowiedniej płaszczyźnie – pionowej lub poziomej. Następnie trafia ona na matrycę LCD, w której poszczególne komórki są wypełnione ciekłym kryształem poprzez nałożonego napięcia, skręcają polaryzację światła. Intensywność skręcenia jest uzależnione od nadanego napięcia, nad którym steruje procesor monitora, na podstawie otrzymywanych informacji od karty graficznej. Drugi polaryzator, który jest niezbędny do otrzymania obrazu na ekranie, ustawiony jest prostopadle do pierwszego. Ponieważ jeśli polaryzacja światła, która przeszła przez ciekły kryształ nie ulegnie zmianie, to drugi polaryzator wygasi wiązkę dając w konsekwencji czarny punkt. Jeśli zostanie obrócone o 90° to całe światło przejdzie dalej tworząc na ekranie jasny punkt.

Typ matrycy

Monitory LCD dzielą się na grupy : lepsze droższe, wyświetlające zadowalające barwy i cieszące się dobry kątami widzenia, oraz słabsze o wyraźnie gorszych parametrach wyświetlanego obrazu.
(źródło http://4upremium.hekko.pl/index.php?p=1_5_Monitor)

Opracował: Piotr Pełechaty 2Tb (2015/16)