Displej s kvapalnými kryštálmi (LCD): princíp, konštrukcia a použitie

Ako LCD funguje

Základný princíp stojí na polarizácii svetla a riadenom natočení molekúl kvapalných kryštálov v elektrickom poli. Medzi dvoma polarizačnými filtremi sú umiestnené sklenené podložky s priehľadnými elektrodlami a vrstvou tekutých kryštálov. Keď sa na elektrody aplikuje napätie, orientácia kryštálov sa zmení a upraví priepustnosť polarizovaného svetla — výsledkom je, že príslušný pixel prepúšťa svetlo alebo ho zablokuje. Farby vznikajú kombináciou troch subpixelov (červený, zelený, modrý) prekrytých farebnými filtrami.

Konštrukcia a hlavné varianty

Typické LCD obsahuje nasledujúce vrstvy: dve sklenené platne s elektrodami, zarovnávacia vrstva, tekuté kryštály, farebné filtre a polarizačné filtre. Podľa spôsobu riadenia molekúl a usporiadania elektród rozlišujeme niekoľko komerčných technológií, z ktorých najbežnejšie sú:

• Twisted Nematic (TN) — rýchla odozva a nízke náklady, horšie pozorovacie uhly a reprodukcia farieb.
• In-Plane Switching (IPS) — lepšie pozorovacie uhly a vernejšie farby, častejšie v monitoroch a telefónoch.
• Vertical Alignment (VA) — lepší kontrast a hlbšia čierna, kompromis medzi TN a IPS.

Elektronické riadenie môže byť realizované ako passive matrix alebo ako active matrix (TFT), pričom aktívna matica s tranzistormi (TFT) je štandardom pre väčšinu súčasných monitora a televízorov kvôli presnejšiemu a rýchlejšiemu adresovaniu jednotlivých pixelov.

Podsvietenie a režimy zobrazenia

Keďže LCD panely nevyžarujú svetlo, často potrebujú zdroj svetla. Existujú tri základné prístupy: reflexné displeje, ktoré používajú okolné svetlo; transflektívne, ktoré kombinujú zrkadlové a podsvietené vlastnosti; a transmittívne, ktoré vyžadujú integrované podsvietenie. Najčastejšie používané podsvietenie v spotrebnej elektronike sú LED diódy (pre úsporu energie a tenký profil) alebo žiarivky so studenou katódou (CCFL) v starších modeloch. Niektoré nízkoenergetické hodinky alebo merače fungujú bez podsvietenia len na odraz svetla.

Použitie, výhody a obmedzenia

LCD sa uplatňujú tam, kde je dôležitá nízka spotreba energie, kompaktnosť a relatívne vysoká kvalita obrazu. Typické použitia sú digitálne hodinky, kalkulačky, prístrojové panely, prenosné zariadenia, notebooky, monitory a televízory. Medzi hlavné výhody patrí nízka spotreba pri statickom obraze, nízka hrúbka panelu a možnosť masovej výroby. Nevýhody zahŕňajú obmedzený kontrast pri sledovaní z ostrých uhlov (u niektorých typov), jas závislý od podsvietenia, občasné problémy s odozvou pri rýchlom pohybe a komplikovanejšie dosiahnutie dokonalého čierneho podania v porovnaní s displejami, ktoré emitujú svetlo samé.

Krátka história a vývoj

Vývoj LCD sa začal v polovici 20. storočia výskumom kvapalných kryštálov a ich optických vlastností. V druhej polovici 20. storočia vznikli prvé praktické zobrazovacie riešenia; nárast kvality a znižovanie nákladov v 80. a 90. rokoch umožnili nástup LCD v prenosnej elektronike a neskôr aj v plochých paneloch pre počítače a televízie. Po zavedení aktívnej matice TFT sa LCD stalo dominantnou technológiou obrazoviek pred rozšírením alternatív, ako sú OLED.

Poznámky a súvislosti

Pre porovnanie s inými technológiami je užitočné vedieť, že LCD nevyžaruje svetlo samo osebe — na rozdiel od LED alebo organických diód. Tekuté kryštály, ktoré riadia priechod svetla, sú chemicky a fyzikálne odlišné materiály: pozri všeobecné informácie o tekutých kryštáloch. V prenosných zariadeniach sa často zdôrazňuje úspora energie pri statických obrazoch, čo je dôvod, prečo sú LCD obľúbené v zariadeniach napájaných z batérií (batérie) a iných nízkonapäťových aplikáciách. Pre spotrebiteľské rozhodnutia sa oplatí zvážiť spotrebu (energetická náročnosť), vhodnosť pre televízory (ploché televízory), použitie v smartfónoch (smartfóny) či počítačových monitoroch (monitory).