Technológia tekutých kryštálov je stará už veľa rokov. V jej počiatkoch bolo použitie najjednoduchších kryštálov v displejoch kalkulačiek a podobných prístrojoch, ktorých bunky boli velké a existovali prakticky dva stavy – zapnuté, vypnuté. Za posledné roky intenzívneho výskumu a vývoja sa tekuté kryštály zdokonalili natoľko, že LCD (=Liquid Crystal Display) technológiu je možné aplikovat na moderné monitory, u ktorých sa počíta zo zobrazovaním miliónov farieb a veľkostí bodu iba pár desiatok milimetra.

LCD monitory sa stávajú trendom poslednej doby a čoskoro začnú zatlačovať klasické CRT (katódové) monitory do ústrania. Vyrobiť TFT displej s aktívnou maticou je veľmi komplikovaná vec, ktorá by sa dala prirovnať k výrobe procesorov. Displeje sa skladajú z veľmi tenkých vrstiev skla, ktorých vzdialenosti musia byť presné a ku každému bodu je priradený tranzistor (odtial TFT = Thin Film Transistor). Pretože tranzistorov je na moderných TFT displejoch mnoho v rádoch milióny, je výroba náročná a výťaznosť klesá s rastúcou uhlopriečkou.

Princíp funkcie TFT LCD displejov

Pre začiatok by som rád uviedol, že technológia, ktorú si dnes predstavíme, je iba súčasťou trhu s plochými displejmi. Medzi tento sortiment výrobkov môžeme zaradiť taktiež LED (Light Emitting Diode), FED(Field Emission Displays), LTPS (Low Temperature Polysilicon) alebo PDP (Plasma Displays) displeje, ktoré majú vlastné vyžarovanie a podsvietenie LCD displeja s pasívnou maticou (STN). My sa budeme zaoberať podsvetlenými LCD displejmi s aktívnou TFT maticou.

Každý obrazový bod (teda pixel) je aktívne ovládaný jedným tranzistorom. Aby vznikol obraz, potrebujeme dve zložky – svetlo a farbu. Svetlo je zaistené podsvietujucími katódami, ktoré sú u týchto displejov velmi jasné. Primárne ide o svetlo a je na LCD technológii, aby vyprodukovala vyslednú farbu. Ako iste poznáte z optiky, akúkoľvek farbu môžeme zložiť z troch farebných zložiek – červenej, zelenej a modrej. A pre každú farebnú zložku každého pixelu existuje jeden tranzistor ovládajuci tekuté kryštály.

Tekuté kryštály sú materiály, ktoré pod vplivom elektického napätia menia svoju molekulárnu štruktúru a vďaka tomu určujú množstvo prechádzajúceho svetla. Každý obrazový bod je ohraničený dvoma polarizačnými filtrami, farebným filtrom (pre červenú,zelenú alebo modrú) a dvoma vyrovnávacími vrstvami, všetko je vymedzené tenkými sklenenými
panelmi.

Tranzistor patriaci k obrazovému bodu kontroluje napätie, ktoré prechádza vyrovnávacími vrstvami a elektrické pole zpôsobí zmenu štruktúry tekutého kryštálu a ovplivní natočenie jeho častí.

A to už sme u základného princípu. Týmto zpôsobom možme kryštál regulovať v nekoľko desiatkách až stovkách rôznych stavou a tak výsledný jas farebných odtieňov. Pretože sa obrazový bod skladá z troch farebných sub-pixelov, vznikajú tak státisíce a ž milióny rôznych farieb, aj keď tekuté kryštály stále nie sú presné, aby dokázali zobraziť 32-bitovú farebnú hľbku, teda 16,777,216 farieb.

Na prvom obrázku je zachitená situácia, keď je tekutý kryštál v základnom stave (bez prechádzajuceho napätia). V tomto prípade je svetlo natočené takým spôsobom, že môže prejsť druhým polarizačným filtrom a v konečnom dôsledku prechádza plný jas pdsvecujúcich katód.

Na druhom obrázku je znázonená situácia, keď prechádza možné napätie a svetlo je pohlcované polarizačným filtrom. Dôsledkom tejto situácie by mala byť čierna.

Ako som povedal v skutočnosti sa každý pixel skladá s troch sub-pixelov. Tieto body sú usporiadané horizontálne na seba, a tak v prípade natívneho (prorodzeného) rozlišenia displeja 1600x1200 je vedľa seba v skutočnosti 4800 sub-pixelov. Šírka týchto bodov musí byť samozrejme veľmi malá a pohybuje sa štandardne v rozmedzí cca 0,24-0,29mm, u najvyspelejších panelov môže klesnúť až na 0,12mm. Rozptyl bodov takisto ovlivňuje maximálne rozlišenie pri dannej uhlopriečke, a preto sa iba výnimočne objavujú malé monitory s vysokým rozlišením.

Technológia uhlu pohľadu

Existujú tri základné technológie výroby (nepočítam už vyššie uvedenú a nepoužívanú Twisted Nematic), ktoré majú rôzne vlastnosti ohľadom pozorovacích uhlov a zároveń ovplivňujú i dobu odozvy displeja. Jedná sa o technológie TN+Film, ISP a MVA, ktoré si stručne predstavíme:
• TN+Film – Táto najlacnejšia a najjednoduchjšia technológia výroby je založená na technike Twisted Nematic (TN), ale naviac je na povrch displeja aplikovaná vrstva, ktorá zvyšuje pozorovacie uhly (horizontálne az 90º). Avšak prevžujú nevýhody – slabý kontrast a pomalá doba odozvy – výhodou môže byť snaď len lacná výroba.

• In-Plane Switching (IPS) – taktiež nazývaná Super-TFT. Technológia IPS od spoločnosti Hitachi je založená na zarovnaniu tekutých kryštálov paralelne so substrátom.Najväčšiou výhodou je uhol pohladu až okolo 170º, ale na druhú stranu kvôli paralelnému usporiadaniu kryštálov je nutné umiestniť elektódy „hrebenovite“ na zadnú sklenenú plochu.

Dôsledkom je nízky kontrast displeja a doba odozvy taktiež nie je najlepšia.

• Multi-Domain Vertical Alignment (MVA) – Pravdepodobne najlepšou technológiou výroby je tzv. Multi-Domain Vertical Alignment od Fujitsu. Široké pozorovacie uhly až okolo 160º sú zaistené použitím „výčnelku“ (protrusions), ktoré, ako je zrejmé z obrázku, taktiež čiastočne blokujú priechod svetla. Vďaka vertikálnemu usporiadaniu tekutých kryštálov sú pre zmenu zaistené skvelé doby odozvy, pretože natočenie netrvá tak dlho ako u TN alebo IPS. MVA je akýmsi kompromisom medzi technológiami výroby.

Zhrnutie znie asi takto: Technológie TN+Film je kvôli použitiu zastaralého zpôsobu Twisted Nematic nedostatočná a jej jedinou výhodou je cena. Pravdepodobne najrozšírenejšia In-Plane Switching má širokú podporu a prináša veľké pozorovacie uhly,zatialčo kontarst a doba odozvy zaostávajú. Asi najlepšia, ale paradoxne najmenej rozšírená technológia je MVA od Fujitsu, ktorá spája dobré uhly pohľadu s rýchlou odozvou.

Výhody a nevýhody TFT LCD displejov

Technológie TFT LCD sa používa už dlhšiu dobu a prináša zo sebou niekoľko výhod a nevýhod. Výhody LCD technológie, ktoré presvedčili už veľa uživatelov, sú v princípe tieto:
• Geometria, ostrosť - Vďaka presnému usporiadaniu jednotlivých pixelov prinášajú LCD monitory obraz s dokonalou geometriou, aké u CRT nemôžete dosiahnuť (nakalibrovať katódové delo k presnému premietaniu na rovinu nie je jednoduché). V natívnom (prirodzenom) rozlišení tak isto nemôže dochádzať k rozmazávaniu, pretože pixely u výstupu z grafickej karty odpovedajú presne bodom na monitore. Obraz je teda čistý a ostrý, čo je veľký rozdiel hlavne u písma. • Jas - Podsvietenie displeja je vďaka katódam veľmi jasné a u kvalitnejších monitorov i dokonale rovnomerné. V porovnaní s CRT monitormi môžu byť LCD až dvakrát jasnejšie a hlavne večer vám LCD displej presvieti celú izbu. • Veľkosť – Pokiaľ nemáte miesto na stole, nie je lepšie riešenie ako si kúpiť LCD monitor. V dnešnej dobe zaberie cca 20cm do hĺbky kvôli podstavcu, ale samotný panel býva najviac 5cm hlboký, čo umožňuje jeho montáž aj na stenu. • Spotreba - LCD monitory odľachčia aj vašmu elektromeru, pretože ich spotreba je oproti CRT polovičná a pohybuje sa do 50W. Nižšia spotreba samozrejme súvisí i s vyžarovaným teplom, takže podsvetlovacie katódy hrejú podstatne menej než katódové delo. • Štýl - Nemali by sme zabúdať, že vlastniť v dnešnej dobe LCD monitor je taktiež o štýlu. Preto sú pre reprezentačné účely vždy vyberané veľké a kvalitné LCD panely, zatialčo CRT by pôsobil neohrabane.

Vďaka slušným pozorovacím uhlom IPS či MVA je možné použiť LCD monitory i pre prezentácie, kam sa svojím vzhľadom hodia. • Viditeľná plocha - Poslednou výhodou LCD panelov je to, že udávaná uhlopriečka je omnoho bližšie skutočnej veľkosti než u katódových monitorov. Preto môžme 17-palcové LCD zrovnávať približne s 18-19" CRT monitorom.

Okrem týchto nesporných výhod majú LCD technológie radu zlých vlastností:
• Interpolácia - Ako bolo spomenuté vyššie, LCD monitory disponujú určitým natívnym (prirodzeným) rozlišením, ktoré udáva počet pixelov. Problém nastáva, ak chcete použiť rozlišenie nižšie. Pri zmene rozlišenia dochádza k tzv. interpolácii, kedy sa obraz roztiahne na celú plochu a dochádza k rozmazaniu, takže výsledok vypadá hrozivo, hlavne v prípade textu. Jediný prípad, kedy ide "beztrestne" znížiť rozlišenie je u veľkých monitorov, kde môžete s rovnako kvalitným výsledkom prezentovať napr. 1600x1200 a 800x600 (jeden pixel reprezentuje 2x2 body). Tento jav je nepríjemný napríklad v hrách, kedy s neveľmi výkonnou grafickou kartou nemáte šancu spustiť náročné hry v natívnom rozlišení monitoru a obraz je teda rozmazaný. • Doba odozvy - Tekuté kryštály stále nie sú dosť rýchle, aby dokázali to, čo CRT monitory. Než sa kryštály naorientujú zo stavu, kedy prepúšťajú všetko svetlo do stavu "zavretého", musia prejsť molekulárnou zmenou, ktorá trvá určitý čas. Tú nazývame dobou odozvy a udáva dobu prechodu pixelu z čiernej na bielu. Na začiatku boli hodnoty ozaj neprijateľné, ale u nových LCD monitorov sa dostávajú na dobu 15-30ms. Vysoká doba odozvy je na škodu predovšetkým vo filmoch a akčných hrách, kde sa následné objavujú duchovia. • Pozorovacie uhly - Tento zápor už nie je v dnešnej dobe tak aktuálny ako na začiatku vývoja, ale aj tak sú obmedzené pozorovacie uhly občas nepríjemné. Tato vlastnosť tekutých kryštálov môže zpôsobiť napr. farebné anomálie, kedy pod vplivom zlého uhla pohľadu dôjde k zkresleniu farieb na niekoľko blízkych odtieňov. U menej kvalitných LCD displejov takisto nastáva problém, keď chce monitor sledovať viac ľudí, pretože s iným pozorovacím uhlom klesá kontrast a menia sa farby. • Vadné pixely - Na 17-palcových LCD monitoroch sa vyskytuje zpravidla 3,9 milionov bodov (1280x1024 x 3 farebné zložky) a pomerne často sa stáva, že nie sú všetky riadiace tranzistory v poriadku. V prípade, že je niektorý s pixelov vadný, je buď trvalo rozsvietený, alebo zhasnutý, čo môže byť na obtiaž. S takto mŕtvym bodom nie je možné nič spraviť a monitor môžete reklamovať až v prípade 5-7 vadných pixelov (záleží od výrobcu).

• Farby – Aj keď je u všetkých LCD avizovaná podpora 32-bitových farieb, nikdy takej hĺbky nedosiahnete. Tekuté kryštály proste nie sú schopné realisticky reprodukovať všetkých 16,7 milióna farieb a tým im chíba sýtosť. Opeť záleží na výrobcovi, niektorí dokážu vyrábať monitory s veľkým farebným rozpätím, iný majú farby bledé nič nehovoriace.
• Kontrast – Kontrast je jedným z faktorov určujúcu kvalitu monitoru. V prípade, že sú všetky tri farebné zložky zhasnuté, mala by byť zobrazená čierna, avšak s ohľadom na jas podsvieťujúcich katód a na fyzikálne vlastnosti tekutých kryštálov tomu tak vždy nie je. Iba vysoko-kontrastné monitory majú schopnosť zobraziť ozajstnú čiernu, ale u ostatných sa jej dočkate iba pri vypnutí panelu.
• Cena – Ako poslednú nevýhodu som zaradil cenu, ktorá je ešte stále vysoká. Vďaka vetšej viditeľnej ploche môžeme veľkosťou porovnávať 17“ LCD a 19“ CRT, avšak ich cena je stále rozdielna, hlavne ak vezmeme v úvahu ich dolnú hranicu. Bezpochyby však v poslednej dobe ceny klesajú, a preto stúpa aj predaj LCD monitorov.

Záver

I keď je na konci článku vypísana rada nevýhod LCD technológií, ich výhody začínajú prevažovať, a preto mnohý z nás dávajú v dnešnej dobe prednosť TFT monitorom. Tažko môžeme povedať, či sa LCD v dnešnej dobe vyplatia, hlavne v dobe, keď ide pokrok každým dňom vopred. CRT monitory, ktoré sú po dlhom vývoji technologicky na vrchole sú stále dobrou volbou, ale záleží na každom, pre aký typ sa rozhodne. Záleží takisto na cene, LCD monitory sú zatial určené hlavne pre kancelárie, domáce použitie zvládnu lacnejšie CRT monitory.

	Tento článok bol vytlačený zo stránky https://referaty.centrum.sk

Technológia: TFT LCD displeje