Zaslon s tekočimi kristali (LCD): definicija, delovanje in uporaba

Zaslon s tekočimi kristali (pogosto kratek izraz LCD) je tanka, ravna plošča, ki prepušča ali blokira svetlobo v posameznih območjih (pikah). Za razliko od LED ne proizvaja lastne svetlobe, temveč spreminja način, kako skozi zaslon prehaja svetloba iz zunanjega vira ali notranje osvetlitve. Plošča je sestavljena iz številnih majhnih blokov ali pik (subpik), vse skupaj napolnjenih s tekočimi kristali. S spreminjanjem električnega polja v posameznem bloku se molekule tekočih kristalov preuredijo, zaradi česar del postane bolj prozoren ali bolj neprozoren za polarizirano svetlobo.

Osnovno delovanje

Temeljni del LCD je kombinacija dveh polarizatorjev, dveh steklenih podlag z nanesenimi elektrodam in plasti tekočih kristalov med njima. V nemodificiranem stanju tekoči kristali zavijejo polarizacijo svetlobe, kar omogoči prehod skozi drugi polarizator (zaslon je svetel). Ko na elektrode privedemo napetost, se molekule poravnajo drugače in zavijanje polarizacije preneha — svetloba se blokira (piksel je temen). Ta proces omogoča natančno krmiljenje svetlosti vsakega posameznega subpiksla.

Vrste in tehnologije LCD

• TN (Twisted Nematic) – hitri odzivni čas, pogosto nižji koti gledanja in manjša reprodukcija barv, cenovno ugodna izbira za osnovne zaslone.
• IPS (In-Plane Switching) – boljši koti gledanja in natančnejše barve; primeren za grafično delo in mobilne naprave visokih zahtev.
• VA (Vertical Alignment) – boljši kontrast in globlja črna v primerjavi s TN; vmesna rešitev med TN in IPS.
• Pasivna matrika in aktivna matrika (TFT) – sodobni monitorji in televizorji uporabljajo TFT aktivno matriko, kjer ima vsaka pika lasten tranzistor za natančnejše in hitrejše krmiljenje.
• Transmisivni, reflektivni in transflektivni zasloni – transmisivni potrebujejo notranjo osvetlitev, reflektivni uporabljajo le zunanjo svetlobo (npr. digitalne ure), transflektivni pa kombinacijo obeh za boljšo vidljivost na prostem in v zaprtih prostorih.

Barve in podpiksli

Polnobarvni LCD uporablja barvne filtre za razdelitev vsake pike na tri subpiksle (rdeč, zelen, moder). Z različno intenziteto svetlobe skozi te filtre zaslon reproducira širok spekter barv. Natančnost barv in pokritost barvnih prostorov (npr. sRGB, Adobe RGB) sta odvisni od kvalitete filtrov, osvetlitve in kalibracije zaslona.

Osvetlitev (backlight)

Ker LCD ne svetli sam, sodobni zasloni potrebujejo vir svetlobe:

• Starejši LCD so uporabljali fluorescenčno luč s hladno katodo (CCFL), kar je zagotavljalo enakomerno osvetlitev, vendar je bilo večje porabe in vsebujejo žlahtne kovine (merkur).
• Danes prevladujejo LED osvetlitve (LED) — so varčnejše, tanjše, z daljšo življenjsko dobo in omogočajo boljše upravljanje kontrasta (edge-lit, direct-lit, ali local dimming pri bolj naprednih modelih).

Pri napravah, kot so ure ali kalkulatorji, zasloni pogosto delujejo brez lastne osvetlitve in izkoriščajo okoljsko svetlobo; zato se takšni zasloni pogosto uporabljajo v napravah na baterijski pogon (na baterijski pogon), saj porabijo zelo malo električne energije.

Uporaba

LCD zasloni so zelo razširjeni in najdemo jih v:

• pametnih telefonih, tablicah in prenosnikih (večinoma različice IPS ali druge napredne izvedbe),
• računalniških monitorjih za delo in igranje,
• televizorjih z ravnim zaslonom (televizorje z LED osvetlitvijo),
• instrumentnih ploščah, zaslonih potrošniških naprav (ure, kalkulatorji), industrijskih vmesnikih in medicinski opremi.

Prednosti in slabosti

• Prednosti: tanki in lahki zasloni, nizka poraba energije pri statični uporabi brez osvetlitve, visoke ločljivosti, relativno nizka cena pri masovni proizvodnji, širok nabor velikosti.
• Slabosti: potrebujejo vir osvetlitve v temi, nekateri tipi imajo omejene kote gledanja in slabše črne barve v primerjavi z OLED, občutki zameglitve pri hitrem premikanju (odvisno od odzivnega časa), in morebitno staranje osvetlitve (sledovi rumenenja/izgube svetlosti pri starejših CCFL/LED).

Vzdrževanje in okoljski vidiki

LCD zasloni so na splošno trajni, vendar se sčasoma zmanjša svetlost osvetlitve in lahko pride do neenakomernosti. LCD zasloni praviloma niso tako nagnjeni k trajni "burn-in" kot nekateri drugi tipi zaslonov, vendar dolgotrajna enakomerna uporaba lahko povzroči poškodbe ali izravnavo barv. Pri odstranjevanju stare opreme je pri CCFL osvetlitvah treba upoštevati okoljske predpise zbog vsebnosti žlahtnih kovin (npr. živec). LED-osvetljeni zasloni so okoljsko prijaznejši in energetsko učinkovitejši.

Kratek povzetek

LCD je vsestranska tehnologija zaslonov, ki s pomočjo tekočih kristalov in polarizatorjev nadzoruje prehod svetlobe. Zaradi nizke porabe pri uporabi brez osvetlitve, tankosti in razpoložljivosti v različnih izvedbah je prisoten v številnih napravah — od preprostih digitalnih ur do sodobnih monitorjev in televizorjev. Kljub konkurenci (npr. OLED) ostaja LCD zaradi svojega razmerja med kakovostjo in ceno ena najpogostejših izbir za množično rabo.

Gradnja

LCD uporablja tehnologijo, imenovano elektrooptična modulacija. To pomeni, da z električno energijo spreminja količino svetlobe, ki prehaja skozenj.

Vsak piksel (blok) LCD-ja je sestavljen iz tanke plasti molekul med dvema elektrodama in dvema polarizacijskima filtroma. Elektrodi zagotavljata električno energijo plasti tekočih kristalov in ne blokirata svetlobe. Svetloba potuje s "polarnostjo" ali smerjo, polarizacijski filter pa prepušča le svetlobo z eno vrsto polarnosti, kot bi poskušali potisniti ravnilo skozi ozko odprtino. Le če je ravnilo pravilno postavljeno, se bo prileglo. Ta dva filtra sta pravokotna drug na drugega, zato sta ozki odprtini v različnih smereh. To pomeni, da bi brez tekočih kristalov med njima preprečila prehod vsej svetlobi - vsa svetloba, ki pride skozi prvi filter, ne bo šla skozi drugi filter.

Plast tekočih kristalov med obema filtroma lahko "zasuka" svetlobo tako, da se spremeni polarnost. To pomeni, da lahko svetloba prehaja skozi oba filtra in piksel je videti jasen. Če na tekoče kristale pošljemo električni tok, se molekule ne zasukajo in ne spremenijo svetlobe. Filtra nato blokirata svetlobo in piksel je videti temen.

Ko je na zaslonu potrebno veliko število slikovnih pik, je težko imeti dovolj žic in elektrod za nadzor vsake slikovne pike in še vedno imeti čist zaslon. Namesto tega je zaslon multipleksiran. Pri multipleksiranem zaslonu so elektrode na eni strani zaslona združene in ožičene skupaj (običajno v stolpcih). Na drugi strani so elektrode prav tako združene (običajno v vrstah), pri čemer ima vsaka skupina svoj odvodnik napetosti. Z vklopom ene vrstice in enega stolpca lahko vsak piksel krmilimo po vrsti.

LCD budilka


LCD z zgornjim polarizatorjem, odstranjenim iz naprave in postavljenim na vrh, tako da sta zgornji in spodnji polarizator vzporedna.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je zaslon s tekočimi kristali?

V: Ali LCD proizvaja lastno svetlobo?

V: Zakaj se LCD-ji pogosto uporabljajo v napravah, ki se napajajo z baterijami?

V: Kako se LCD-ji pogosto skrajšano imenujejo?

V: Kje se običajno uporabljajo LCD-ji?

V: Ali vsi LCD-ji potrebujejo osvetlitev?

V: Kaj je vgrajeno v izdelke, kot so pametni telefoni, računalniški monitorji in televizorji, za zagotavljanje osvetlitve?

Išči po črki