Dnes na TECHBOX.sk štartuje prakticky nekonečný seriál „Čo je to…“, v ktorom vám budeme postupne približovať technológie, funkcie, skratky a všetko možné, čo sa týka technológií okolo nás. V prémiovej prvej časti sa pozrieme na to, čo je to vlastne LCD, displej z tekutých kryštálov.
V skratke…
LCD (Liquid Crystal Display) je špeciálny panel z tzv. tekutých kryštálov, ktoré na základe zmeny stavu elektrického napätia menia svoju polohu, vďaka čomu nimi môže prechádzať svetlo, alebo nie.
Stručná história LCD
História LCD monitora siaha až do roku 1888, kedy botanik Friedrich Reinitzer objavil jav, pri ktorom sa cholesterylbenzol stáva pri určitej teplote kvapalným až čírim. O rok neskôr sa v laboratóriu „hral“ fyzik Otto Lehmann, ktorý objavil dva stavy jodidu strieborného s benzoátu cholesterolu – pevný a kvapalný. Nazval ich tekutými kryštálmi. V roku 1904 k svojim objavom vydal aj komplexnú prácu Flussige Kristalle.
Tekuté kryštály majú unikátnu vlastnosť – byť kvapalinou, ale zároveň mať vlastnosti pevných látok.
Až po prvej svetovej vojne sa k tekutým kryštálom vrátil Georges Freidel, ktorý skúmal ich správanie. Zistil, že ich molekuly sa orientujú v smere elektrického poľa. Na základe svojich poznatkov vytvoril tri schémy pre tekuté kryštály – nematic, smectic a cholesteric.
V roku 1936 si spoločnosť Marconi Wireless Telegraph patentovala prvé využitie tekutých kryštálov. Počas vojny sa však výskumu a vývoju už nik nevenoval.
Až v polovici minulého storočia sa im opäť začali venovať inžinieri, ktorí videli ich prínos v zobrazovačoch. Prvé LCD bolo vyrobené v roku 1968 v spoločnosti RCA (Radio Corporation of America), ktorá sa ich výskumom zaoberala od roku 1962.
Koncom roka 1970 si spoločnosť Hoffmann-LaRoche nechala patentovať twisted nematic efekt v tekutých kryštáloch. Tak vznikli TN-LCD, ktoré poznáme dodnes.
Prvé LCD monitory s aktívnou maticou prišli v roku 1972. O 11 rokov neskôr sa zas výskumníkom vo Švajčiarsku podarilo vytvoriť Super-Twisted Nematic (STN) LCD.
Prvé displeje typu LCD boli využívané hlavne v kalkulačkách, digitálnych hodinkách a iných jednoduchých zariadeniach, neskôr sa objavili v mobilných telefónoch (spomínate si na Nokiu 3310?), PDA zariadeniach, automobiloch… Postupne nahradili CRT monitory, ktoré boli veľké a energeticky náročné.
V súčasnosti už prakticky neexistuje elektronický produkt, ktorý by nemal LCD. Hoci LCD postupne výrobcovia nahrádzajú OLED panelmi, ešte potrvá dlhé roky, kým LCD vymiznú, ak vôbec.
Princíp fungovania LCD
Hoci sa na prvý pohľad môže zdať, že LCD musí byť poriadna veda, už to tak nie je. Najjednoduchšie LCD majú jednoduchý princíp fungovania.
Na to, aby displej z tekutých kryštálov zobrazil nejaký obraz, či už farebný, alebo čierno-biely, potrebuje mať zdroj svetla.
Najčastejším zdrojom svetla je v súčastnosti technológia LED, ktorá sa osvedčila ako tá najspoľahlivejšia. Kedysi využívané katódy CCFL – Cold Cathode Fluorescent Lamp mali obmedzenie hlavne kvôli potrebe vysokého napätia. Využívali sa hlavne v televízoroch či monitoroch.
Niektoré displeje však nevyžadujú podsvietenie. Stačí im svetlo (zväčša slnečné), ktoré prechádza cez displej a na zadnej časti sa odráža späť. Takéto displeje si našli miesto v hodinkách či prvých vreckových herných konzolách.
Tým sa dostávame aj k princípu fungovania LCD. Displej z tekutých kryštálov je ako sendvič. Je zlepený z viacerých častí. Základom je tenká vrstva tekutých kryštálov, ktorá je medzi dvomi vrstvami polarizovaného skla .
Spodná, najvzdialenejšia časť displeja od pozorovateľa je zároveň pokrytá tenkou vrstvou metal oxidu, ktorý sa správa ako elektróda. V závislosti na type displeja má určité usporiadanie – matica či iné obrazce.
LCD tak na základe princípu polarizácie zobrazuje obraz podľa toho, ako mu to ovládacia elektronika prikáže. Tekuté kryštály totiž na základe konkrétneho napätia menia svoje molekulárne usporiadanie a tým menia polarizáciu svetla, ktorá cez ne prechádza.
Svetlo v pozadí tohto sendviča prechádza najskôr cez prvú vrstvu polarizovaného skla, pričom tekuté kryštály ho podľa potreby zastavia (čierna farba), prepustia (biela farba) alebo čiastočne prepustia (odtiene sivej alebo konkrétne farby v prípade farebného displeja), aby dopadlo na druhú vrstvu polarizovaného skla.
V prípade farebného LCD monitora sa farby, ktoré vidíme na displeji vytvárajú z RGB farebného spektra vďaka červenému, zelenému a modrému subpixlu (farebný filter), ako na tomto diagrame:
Modrené LCD sú komplikovanejšie a komplexnejšie, ako základné LCD. O jednotlivých typoch LCD ako TFT, IPS, VA apod. si povieme v samostatných častiach už čoskoro.