LCD displej

Liquid Crystal Display (Displej z kapalných krystalů).


Ukázka LCD monitoru 32".

  • LCD panely využívají technologii kapalných krystalů, objevenou již v roce 1888.
  • kapalné krystaly jsou schopny stáčet polarizační rovinu světla, takže umístěné mezi dva polarizační filtry mohou světlo buď propustit, nebo odrazit
  • kapalné krystaly se vyskytují ve třech strukturách: smektické, nematické a cholesterické, pro výrobu LCD displejů se využívá nematické struktury
  • elektrody se vyrábějí napařováním průhledného vodivého materiálu, jeho tvar je naprosto libovolný, takže je možno vytvořit jak čtvercový bod v matici, segment digitálního čísla, tak i například postavičku v digitální hře
  • bez přiloženého napětí stáčí kapalné krystaly polarizační rovinu světla, které druhým polarizačním filtrem (otočeným o 90°) projde
  • po přiložení napětí na elektrody (minimálně asi 5V) se struktura srovná tak, že procházející světlo přestane stáčet a to druhým filtrem neprojde
  • technologie kapalných krystalů neprodukuje žádné světlo
  • při zobrazení barev je nutno (stejně jako u klasické obrazovky) vytvořit světlo tří základních barev, ze kterých se pak každý obrazový bod skládá, k tomu se využívají barevné filtry



Princip funkce LCD panelu při připojeném a nepřipojeném napětí.

Pasivní displeje

  • technologie DTN (Dual Twisted Nematic) a DSTN (Dual Super Twisted Nematic)
  • pro adresaci jednotlivých buněk se využívala matice vodivých linií, kde se v místě křížení vyvolalo elektrické pole, které narovnalo strukturu kapalných krystalů
  • toto vedlo k nepřesnosti a hlavně pomalosti reakce krystalů na napětí a tak tyto displeje měly rozmazaný obraz, velkou dobu odezvy (projevuje se v rozmazání pohybujících se objektů) a nízký kontrast
  • používali se hlavně v noteboocích a ještě dnes se mohou objevit u levných mobilních telefonů
Aktivní displeje

  • technologie TFT (Thin Film Transistor)
  • k řízení obrazového bodu se používá malý, napařený tranzistor, který řídí otevření nebo zavření jednotlivé buňky. U barevných panelů je pro každou barvu určen vlastní tranzistor.
  • výhodou je, že tranzistor si dokáže pamatovat svůj předchozí stav a není tedy nutno neustále obnovovat svit jednotlivých bodů. Odpadá zde blikání, které při nižších obnovovacích frekvencích může u klasických monitorů způsobit únavu očí nebo bolesti hlavy
  • při nejmenším rozlišení 640×480 bodů je třeba vyrobit 640*480*3=921600 tranzistorů. Při dnes běžném rozlišení 1280×1024 jsou to již 4 milióny tranzistorů
  • to představuje velkou náročnost a složitost výroby. Teprve v poslední době se podařilo zmenšit počet špatných tranzistorů a snížit cenu displejů


LED LCD

Označení LED displej nebo TV není přesnou formulací této technologie. Ve skutečnosti se jedná o LED LCD monitory, toto označení především zdůrazňuje druh podsvícení za pomocí LED diod LCD displeje. LED diody neslouží k vytváření obrazu, ale k podsvícení LCD panelu! V současné době existují 3 technologie podsvícení LED.


Technologie EDGE a DIRECT:



Na obrázku můžete vidět rozdíly v podsvícení LED displeje, vlevo EDGE (vznikají při černé barvě barevné podsvity na obrazovce).

  • RGB LED – maticové rozmístění diod na ploše za panelem
  • červené, modré a dvě zelené LED diody
  • Pro docílení skutečnější černé barvy využívá „local dimming“
  • Direct LED – stejné jak RGB10 LED, pouze poskytuje bílé diody
  • Edge LED – diody rozmístěny po obvodu panelu
  • pomocí světlo vodivé desky světlo z diod rozptýleno po celém panelu.
  • nelze použít „local dimming“


Local dimming:

  • funkce lokálního stmívání jedné nebo malé skupiny LED diod.
  • umožňuje ztlumení jednotlivých LED diod u technologií RGB LED a Direct LED
  • dosažení skutečnějších tmavých barev (černá, šedá)


IPS technologie

Technologie IPS řeší problematiku pozorovacího úhlu, kde nedochází při bočním pozorování monitoru k zkreslení obrazu a barev. Umožňuje pozorovací úhel až 178°. IPS technologie neslouží pouze jako pozorovací úhel, ale drží zároveň kvalitu a sytost barev a navíc monitor, který má integrovanou IPS technologii má nižší spotřebu oproti běžným LCD TFT panelům. 

 

Výhody:

  • úspora energie (větší účinnost)
  • větší jas a kontrast (dosažení skutečné černé barvy)
  • rychlejší odezva
  • větší životnost
  • možnost vyrobit tenké a lehké panely

 

Nevýhody:

  • žádné?

 

Problémy LCD technologie

Pixelové vady

  • pokud dojde ke zničení některého tranzistoru (jeho elektrické proražení nebo přerušení), není žádný způsob jak ovládat daný obrazový bod (nebo spíše jeho jednu barevnou složku)
  • výsledek je takový, že při tmavé scéně bude v jednom místě neustále svítit například modrý bod
  • u dříve kupovaných panelů se mohlo stát, že i nový panel měl několik vadných pixelů, dnes je ale technologie tak vyspělá, že by se to stávat nemělo
  • na výrobci záleží, zda uzná reklamaci takovéto vady. Někteří vyměňují panel při pouhém jednom špatném bodu, někteří až od pěti apod. někdy také záleží na tom, kde se problém nachází (je-li to u středu nebo na kraji)

Doba odezvy

  • každému bodu chvíli trvá než přejde z jednoho stavu do druhého
  • průměrná doba mezi přechody z bílé na černou a z černé na bílou se označuje jako doba odezvy
  • pokud je větší než 35ms, tak za pohybujícími se objekty je vidět jejich stopa (to vadí hlavně při scrollování dokumentu, sledování filmů nebo při hraní počítačových her)
  • dnešní panely mají dobu odezvy pod 1-2ms

Pozorovací úhly

  • díky své polarizační charakteristice dochází při pohledu na plochu panelu z boku (mimo rozsah stanovený pozorovacími úhly) k ztrátě jasu doprovázené zkreslením barev (v extrémním případě se obraz obrací až do negativu)
  • tento jev je více zřetelný v případě levných panelů DSTN (ty se dnes už nepoužívají).
  • při zdokonalení technologie se pozorovací úhly zvětšily až na 160° horizontálně i vertikálně (uvádí se většinou součet úhlů na obrázku)
  • u některých aplikací nízké pozorovací úhly nevadí a záměrně se dále snižují. Mohou to být displeje v bankách, nebo na bankomatech.

Extrapolace nižších rozlišení

  • každý panel má udané nativní rozlišení (fyzický počet obrazových bodů na panelu)
  • při zobrazení v nižším rozlišení je nutno přepočítat buňky tak, aby několik buněk vedle sebe zobrazovalo jediný obrazový bod
  • může zde dojít k rozmazání nebo ztrátě informace z některých bodů