Tehnologija LCD displeja

Maturski, seminarski i diplomski radovi iz informatike.

Od kada postoje računari, uvek je bio neophodan neki način da ljudi mogu da vide šta računar radi. Nije potrebno ni spominjati današnje multimedijalne mogućnosti računara. Dugi niz godina za to su se koristili monitori sa katodnom cevi (CRT – cathode-ray tube). Polako, ali sigurno ih zamenjuju monitori sa tečnim kristalom (LCD – liquid cristal display). Iako izgleda neverovatno ova tehnologija ima korene u 1888. godini kada je Fridrih Rainicer istopio holesteril benzoat. Bila je to mutna tečna smesa, koja se menjala u plavu nesijajuću supstancu kada se ohladi. Holesteril benzoat je vrlo gusta supstanca. Obično je organizovana kao spirale koje se drže zajedno. Iako današnji LCD monitori ne koriste ovaj materijal, supstance u upotrebi imaju slična svojstva.
Ovde ćemo izložiti detaljno objašnjenje nekih parametara LCD displeja, koji su neophodni za analizu i upoređivanje LCD displeja. Osim toga, pošto je većina parametara LCD displeja određena tipom matrice na kojoj je baziran monitor, prikazaćemo i četiri glavne matrice koje se koriste za izradu LCD displeja. To su: TN+Film, S-IPS, MVA and PVA.
Jedna od glavnih mana današnjih LCD monitora je da im nedostaje raznovrsnost upotrebe jednog modela. Jedan dobar CRT monitor je uvek dobar, nevezano šta se na njemu radi (rad sa tekstom, obrada fotografija, igranje igara, itd.), dok kod LCD monitora to nije slučaj. Ako je LCD monitor dobar za igranje igara, neće biti dobar za obradu fotografija (ima brz odaziv piksela, ali je kvalitet reprodukcije boja loš), a ako ima odličnu reprodukciju boja, neće biti dobar za dinamične igre.
Zvanično, svi najnoviji modeli LCD monitora imaju takve tehničke parametre, koji omogućavaju rad u bilo kojoj oblasti. Proizvođači tvrde da njihovi monitori imaju ugao vidljivosti od 160o (ugao pod kojim ne dolazi do većeg pogoršanja kvaliteta slike), vrednost kontrasta od 500:1 (što je veći kontrast crna boja izgleda “crnje”), istinski prikaz svih 16 miliona boja. Razlike između proizvođača su zanemarljive (da li ljudsko oko, koje nije opremljenmo uređajima za merenje, može da primeti razliku između 160o vidljivosti dobre TN+Film matrice i 170o PVA, MVA ili IPS matrice?). Postavljanjem dva monitora, jednog sa TN+Film i drugog sa IPS matricom, naprimer, ipak se može prilično jasno uvideti razlika u pojedinim parametrima, koji zavise od tehnologije koja se koristi.
Proizvođači nekad namerno navedu bolje karakteristike nego što one stvarno jesu, da bi naveli kupca da kupi njihov proizvod. Češći slučaj je da proizvođači ne navedu precizno šta podrazumevaju pod nekim parametrom i kako ga mere. Tako može doći do velikih razlika između vrednosti parametara koje navede proizvođač i našeg rezultata, zbog različitih tehnika ispitivanja. Potrebno je obratiti pažnju na sve parametre i metod koji se koristi u testiranju LCD displeja (kada proizvođač proverava i navodi parametre) pre kupovine.

OSNOVE LCD TEHNOLOGIJE

LCD tehnologija zasniva se na svojstvima sastava hemijskih spojeva poznatih kao tekući kristali (engl. Liquid Crystals). Oni predstavljaju prozirnu materiju koja ima osobinu i tečnosti i čvrstih tela. Pri prolasku kroz tečni kristal svetlost prati raspored molekula koji ga sačinjavaju – što je osobina čvrstih tela, a 60-ih godina ovog veka otkriveno je da se izlaganjem tečnih kristala delovanju električnog napona menja raspored i orjentacija molekula – što je osobina tečnosti. Ova poslednja osobina je posebno važna zbog saznanja da se promenom primenjenog napona na tečni kristal može uticati na način prolaska svetlosti kroz njega.

LCD se sastoji od dva polarizirajuća filtera čije su linije pod pravim uglom (vidi sliku 1). Te linije na svakom filteru stvaraju finu mrežu koja blokira one zrake svetlosti koje nisu paralelni sa njenim linijama. Izvor svetlosti nalazi se iza prvog filtera. Svetlost koja bi prošla kroz prvi filter bila bi zaustavljena na drugome, jer su njihove linije međusobno verikalne. Zbog toga se između dva filtera nalazi sloj tečnog kristala čiji su molekuli tako postavljeni da bez delovanja napona izazivaju zaokret zraka svetlosti za 90 stepeni - tako da oni mogu proći i kroz drugi polarizirajući filter. Primenom električnog napona menja se zaokret molekula, pa, u zavisnosti od iznosa napona, samo deo svetlosti može proći kroz drugi filter. Na taj način se kontroliše nivo osvetljenosti slike na ekranu.

Sam ekran podeljen je, inače, na slikovne elemente (engl. pixel, picture element) koji sačinjavaju sliku. Kod LCD-ova u boji, svaki pixel ima crveni, zeleni i plavi filter. Prema načinu adresovanja pojedinih pixela, u matrici koja sačinjava sliku razlikujemo dva tipa LCD-a: (a) passive matrix i (b) active matrix LCD.
a) Passive matrix predstavlja najjednostavniji (i najjeftiniji) način adresovanja pixela. Na stakla koja se nalaze iznad i ispod tečnog kristala postavljeni su transparentni električni provodnici koji predstavljaju redove i kolone matrice. Da bi se mogla odrediti osvetljenost za pojedini pixel, prvo se odredi kolona na koju se primjenjuje napon, a zatim elektronski sklopovi
“skeniraju” matricu primenjujući napon na svaki red u odabranoj koloni. Kada se dođe do dna ekrana, prelazi se na sledeću kolonu itd.

Loša strana ovakvog načina adresovanja jeste ta što se, radi sprečavanja pojave treperenja, koriste tečni kristali sa sporim električnim odzivom (oko 300 ms) - što ih čini nepogodnim za prikazivanje slika koje se brzo izmenjuju (full motion video). Dalji nedostatak pasivnog adresovanja jeste i pojava preslušavanja (engl. crosstalk) - kada adresovani pixeli deluju na susedne pa se dešava da su neki delovi ekrana jače ili slabije osvetljeni. Da bi se sprečila ta pojava, proizvođači dele ekran u dva dela i osvežavaju ih posebno. Ta tehnologija se naziva Dual Scan Twisted Nematic (DTSN) i najčešća je u praksi.

b) Active matrix LCD (AMLCD) koristi električne sklopke (tranzistore, TFT – Thin Film Transistor) za adresovanje svakog pojedinog pixela - čime se omogućava korišćenje tečnog kristala sa bržim odzivom (oko 25ms). Ta tehnologija takođe eliminiše pojavu preslušavanja zbog toga što su pojedini pixeli izolovani od susednih.