LCD
Tečne kristale je krajem 19. vijeka prvi pronašao austrijski botaničar Friedrich Reinitzer, a sam termin "tečni kristal" smislio je malo kasnije njemački fizilar Otto Lehmann. Tečni krstali su gotovo providne supstance, koji imaju osobine i čvrste i tečne materije. Svetlo koje prolazi kroz tečne kristale prati poredak molekula od kojih se oni sastoje - što je osobina čvrste materije. 1960-ih godina otkriveno je da naelektrisavanje tečnih kristala mijenja njihov molekularni poredak i samim tim i način kako svjetlo prolazi kroz njih - što je osobina tečnosti. Od njihove pojave kao medijuma za displeje 1971. godine, tečni kristali su ušli u razlicite oblasti koje obuhvataju minijaturnu televiziju, digitalne fotoaparate, video kamere i monitore, a danas mnogi veruju da je LCD tehnologija koja će najverovatnije zamijeniti monitor sa katodnom cevi. Od svog početka, tehnologija se značajno razvila, tako da današnji proizvodi više ne liče na stare, nespretne monohromatske uređaje. Ona se pojavila prije tehnologija ravnih ekrana i ima neosvojiv položaj u oblasti prenosnih i ručnih PC računara, gdje je na raspolaganju u dva oblika:
• jeftiniji DSTN (dual-scan twisted nematic - obrnuti nematik sa dvostrukim
skaniranjem) i
• tranzistor sa tankim filmom TFT (thin film transistor) za sliku visokog kvalieta.
LCD je transmisivna tehnologija. Displej radi tako što propušta promjenljive količ ine bijelog pozadinskog svetla stalnog intenziteta kroz aktivni filtar. Crveni, zeleni i plavi elementi piksela dobijaju se jednostavnim filtriranjem bijelog svetla. Većina tečnih kristala su organska jedinjenja koja se sastoje od dugaih molekula u vidu šipke koji se, u svom prirodnom stanju, raspoređuju tako da su im podužne ose približno paralelne. Moguće je precizno kontrolisati poravnanje ovih molekula ako se tečni kristal nanosi na fino izbrazdanu površinu. Poravnanje molekula tada prati brazde, pa ako su one sasvim paralelne, takav ce biti i raspored molekula. U svom prirodnom stanju, LCD molekuli su raspoređeni na slobodan način, sa paralelnim podužnim osama. Međutim, kada dođu u dodir sa površinom izbrazdanom u stalnom pravcu, oni se poredaju paralelno duž tih brazda Prvi princip jednog LCD displeja sastoji se u postavljanju tečnog kristala u "sendvic" izmedju dvije fino izbrazdane površine, gdje su brazde na jednoj površini normalne (pod uglom od 90 stepeni) u odnosu na brazde na drugoj površini. Ako su molekuli na jednoj površini poredani u pravcu sjever-jug, a molekuli na drugoj u pravcu istok-zapad, onda su oni između prisiljeni da budu u stanju obrtanja od 90 stepeni. Svjetlost prati poredak molekula i zato se obrne za 90 stepeni dok prolazi kroz tečni kristal. Medjutim, na osnovu otkrića u RCA America, kada se tečni kristal stavi pod napon, molekuli se sami poredaju vertikalno, dozvoljavajući svjetlu da prođe bez obrtanja. Drugi princip jednog LCD displeja oslanja se na osobine polarizujucih filtara i same svetlosti. Talasi prirodne svjetlosti su orijentisani pod slučajnim uglovima. Polarizujući filtar je jednostavno skup neverovatno finih paralelnih linija. Ove linije djeluju kao mreža, zaustavljajući sve svjetlosne talase osim onih koji su (slučajno) orijentisani paralelno tim linijama. Drugi polarizujući filtar čije su linije raspoređene normalno (pod uglom od 90 stepeni) u odnosu na linije prvog filtra bi zato potpuno zaustavio tu već polarizovanu svjetlost. Svjelost bi prošla kroz drugi polarizator ako bi njegove linije bile tačno paralelne sa prvim, ili ako bi sama svjetlost bila obrnuta tako da odgovara drugom polarizatoru. Tipičan obrnuti nematicki (TN – twisted nematic) tečni kristal sastoji se od dva polarizujuća filtra sa međusobno normalno raspoređenim linijama (pod uglom od 90 stepeni) koji bi, kao što je opisano, zaustavili svu svjetlost koja bi pokušala da prođe kroz njih. Ali, između ovih polarizatora se nalaze obrnuti tečni kristali. Zato se svetlost polarizuje pomoću prvog filtra, obrće za 90 stepeni pomocu tečnih kristala i najzad potpuno prolazi kroz drugi polarizujući filtar. Međutim, kada se priključi električni napon na tečne kristale, molekuli se prestroje vertikalno, dozvoljavajući svjetlosti da prođe kroz njih bez obrtanja, ali se ona zaustavlja na drugom filtru. Posledica toga je da ako nema napona - svjetlost prolazi, a ako se napon uključi - nema svjetlosti na drugom kraju. Kristali u LCD displeju mogli bi biti alternativno raspoređeni, tako da svetlost prolazi kada ima napona, a ne prolazi kada ga nema. Međutim, kako su ekrani sa grafičkom spregom skoro uvijek uključeni, štedi se električna energija ako se kristali rasporede tako da kada nema napona - prolazi svetlost.
Stvaranje boja
Da bi se stvorile nijanse potrebne za displej sa vjernim bojama, moraju da postoje neki srednji nivoi osvjetljenosti između punog svjetla i potpunog odsustva svjetla koje prolazi kroz ekran. Mijenjanje nivoa osvetljenosti koje se traži da bi se napravio displej sa vjernim bojama postiže se promjenom napona pod koji se stavljaju tečni kristali. Tečni kristali se u stvari obrću brzinom koja je direktno srazmerna naponu, omogućavajući tako da se upravlja količinom svjetlosti. U praksi, ipak, promena napona današnjih displeja sa tečnim kristalima nudi samo 64 različite nijanse po elementu (6 bita), suprotno od displeja u boji sa katodnim cevima koji mogu da stvore 256 nijansi (8 bita). Uz upotrebu tri elementa po pikselu, to ima za rezultat da displeji sa tečnim kristalima u boji mogu da daju maksimalno 262144 različite boje (18 bita), poređeno sa monitorima u pravoj boji sa katodnim cevima koji daju 16777216 boja (24 bita). Kako multimedijske primene postaju sve rasprostranjenije, nedostatak prave 24-bitne boje na displejima sa tečnim kristalima postaje ozbiljno pitanje. Dok su 18 bita dobri za većinu primjena, to je nedovoljno za fotografiju ili video. Neke konstrukcije displeja sa tečnim kristalima uspjele su da prošire dubinu boje na 24 bita prikazujući naizmjenično različite nijanse na uzastopnim osvježavanjima kadra, što je tehnika poznata kao FRC (Frame Rate Control - kontrola brzine kadra). Međutim, razlika je suviše velika, zapaža se treperenje. Firma Hitachi je razvila tehniku gdje se priključuje napona na susjedne ćelije da bi se stvorile vrlo male promjene uzorka u sekvenci od tri do četiri kadra. Sa njom, Hitachi može da simulira ne baš 256 nivoa sivog, ali još uvek vrlo prihvatljivih 253 nivoa sivog, što se prevodi u više od 16 miliona boja - i gotovo se ne može razlikovati od prave 24-bitne boje.
Poredjenje sa displejima sa katodnom cevi
Sljedeća tabela daje poređenje između displeja sa tečnim kristalima od 13,5 inča sa pasivnom matricom (PMLCD), sa aktivnom matricom (AMLCD) i monitora od 15 inča sa katodnom cevi:
vrati na vrh