M
ONITORY
LCD, LED,
OLED
Łukasz Wiśniewski
Kl. III TIE
M
ONITORY
LCD, LED,
OLED
Łukasz Wiśniewski
Kl. III TIE
M
ONITORY
LCD
Monitor ciekłokrystaliczny LCD (ang. Liquid Crystal
Display) - specjalny rodzaj monitora, którego działanie
oparte jest na zastosowaniu tzw. ciekłych kryształów.
Między dwoma szklanymi płytami znajduje się
substancja aktywna(ciekłe kryształy), która poddawana
jest odziaływaniu napięcia elektrycznego. Pod wpływem
napięcia elektrycznego kryształy zmieniają swoje
położenie, a ich pozycja określa ilośd przepuszczonego
światła z lampy podświetlającej.
T
ECHNOLOGIA
LCD
W trakcie badao biologicznych w 1888 r. Friedrich
Reinitzer zupełnie przez przypadek odkrył ciekły kryształ.
Jednak dopiero w 1969 roku zjawiskiem tym
zainteresowała się firma Radio Corporation of America i
to jej zawdzięczamy wynalezienie wyświetlacza
ciekłokrystalicznego. W 1969 roku James Fergason
odkrył efekt skręconego nematyka(TN) było to ważne
odkrycie ponieważ wszystkie wyświetlacze LCD działają
w oparciu o tą zasadę. W 1973 George Gray odkrył ciekłe
kryształy stabilne w normalnej temperaturze i pod
normalnym ciśnieniem. W 1986 NEC wyprodukował
pierwszy przenośny komputer z ekranem
ciekłokrystalicznym a w 1995 rozpoczęto produkcje
paneli LCD o przekątnych przekraczających 28″.
BUDOWA WYŚWIETLACZA LCD
Wszystkie rodzaje wyświetlaczy ciekłokrystalicznych
składają się z czterech podstawowych elementów:
komórek, w których zatopiona jest niewielka ilośd
ciekłego kryształu
elektrod, które są źródłem pola elektrycznego
działającego bezpośrednio na ciekły kryształ
dwóch cienkich folii, z których jedna pełni rolę
polaryzatora a druga analizatora.
źródła światła
ZASADA DZIAŁANIA
Każdy element (piksel) to warstwa ciekłego kryształy,
umieszczona pomiędzy dwoma filtrami polaryzacyjnymi.
Cechą charakterystyczną stosowanych obecnie ciekłych
kryształów jest skręcanie płaszczyzny polaryzacji
przepuszczanego światła, przy odpowiedniej grubości
warstwy uzyskujemy skręcenie płaszczyzny polaryzacji o
90 stopni. Taki układ jest optycznie przezroczysty. Gdy
ciekły kryształ znajdzie się w polu elektrycznym, kąt
skręcenia przepływającego światła maleje wraz ze
wzrostem natężenia pola elektrycznego – element staje
się coraz mniej przezroczysty. Dalej odpowiednie źródło
światła podświetla cała powierzchnię ekranu od spodu
a filtry barwne umożliwiają nadanie poszczególnym
elementom barw podstawowych RGB.
Każdy piksel LCD składa się z trzech subpikseli barw
podstawowych. Światło emitowane przez lampę
fluorescencyjną przechodzi przez ciekłe kryształy, w
których przy pomocy filtra RGB nadawany jest mu
odpowiedni kolor. Regulując ilośd światła
przechodzącego przez kryształ, można kontrolowad
jasnośd barw podstawowych emitowanych przez dany
piksel.
MATRYCE
WYŚWIETLACZY(PASYWNE)
W technologii CSTN kryształy adresowane były za pomocą
ładunków lokalnych. Ładunki te mogły swobodnie rozpływad
się na boki i oddziaływad na kryształy położone w najbliższym
otoczeniu. Była to przyczyna rozmytego obrazu i niskiego
kontrastu na matrycy pasywnej.
Producenci matryc, w celu zminimalizowania tego zjawiska,
stworzyli ekrany Dual Super Twisted Nematic (DSTN).
Charakteryzowały się one wykorzystaniem dwóch warstw
ciekłego kryształu. Rozwiązanie to co prawda pomogło
poradzid sobie z przekłamaniami koloru, ale generowało
ogromne opóźnienia. Drugim równie ważnym mankamentem
wykorzystywania matryc pasywnych było to, że zaadresowany
piksel, po odłączeniu napięcia, zaczynał niezwłocznie wracad
do swojego pierwotnego stanu. Powodowało to utratę
ostrości.
MATRYCE
WYŚWIETLACZY(AKTYWNE)
W martycach TFT TN do każdego piksela dodano
tranzystor, który działa jak przełącznik. Gdy przełącznik
jest zamknięty (włączony), w kondensatorze można
zapisad dane, Gdy jest otwarty (wyłączony), kondensator
podtrzymuje dane działając jak pamięd analogowa. Ta
technologia ma wiele zalet. Gdy przełącznik zostaje
zamknięty, dane pozostają w kondensatorze, i dzięki
temu na koocówkach kryształów nadal jest napięcie,
nawet gdy linia adresuje inny piksel. Oznacza to, że nie
powróci on do stanu początkowego, co miało miejsce w
przypadku matryc pasywnych. Czas zapisu do
kondensatora jest o wiele krótszy niż czas obrotu
kryształu, co oznacza, że dane mogą byd zapisane, a
kolejny piksel zaadresowany natychmiast, bez opóźnieo.
Podstawowym typem matryc są układy TN (ang. Twisted Nematic), czyli
tzw. skręcony nematyk. Są one zbudowane z warstwy nematycznych
ciekłych kryształów ułożonych pomiędzy dwiema płytkami szklanymi.
Płytki są od siebie oddzielone równomiernie rozmieszczonymi,
niewielkimi elementami dystansowymi, dzięki którym jest
utrzymywana stała odległośd pomiędzy nimi. Sam ciekły kryształ składa
się z wielu cząsteczek o cylindrycznym kształcie, które w zależności od
ustawienia zmieniają swoje własności optyczne. Na wewnętrznej
stronie szklanych płytek znajdują się przeźroczyste elektrody, których
układ odpowiada rozmieszczeniu pikseli na ekranie. Wewnętrzne
powierzchnie szkieł są pokryte warstwą polimerową, uformowaną w
taki sposób, że cząsteczki ciekłego kryształu przylegające do jednej ze
szklanych płytek są ułożone prostopadle do cząsteczek znajdujących się
przy drugiej warstwie.
Wyposażonych jest w nią około 90% obecnie produkowanych
monitorów. Do zalet tego typu matryc można zaliczyd cenę i bardzo
szybki czas reakcji. Jako wady należy wymienid bardzo słabe kąty
widzenia zwłaszcza w pionie, brak stałości kolorów w czasie i
jednorodności na całej powierzchni matrycy, raczej słabe przejścia
tonalne i nierównomiernośd podświetlenia.
EFEKT SKRĘCONEGO
NEMATYKA
Inna grupa LCD to matryce wykonane w technice VA (ang.
Vertical Alignment) lub wywodzące się z niej. Ich cechą
charakterystyczną jest pionowe, a zarazem ukośne ułożenie
ciekłych kryształów względem powierzchni panelu. Pierwsze z
nich, VA, charakteryzowały się małymi kątami widzenia i
dosyd długimi czasami reakcji, ale technika ta bardzo szybko
ewoluowała i została zastąpiona przez MVA (ang. Multi-
domain Vertical Alignment). MVA różni się od VA
niejednolitym ułożeniem kryształów. Dzięki temu, że są one
pochylone w dwie strony, obserwowany obraz wygląda
podobnie niezależnie od kąta patrzenia. W przypadku VA
obraz był najciemniejszy, gdy się na niego patrzyło z jednego
boku, i najjaśniejszy, gdy był obserwowany z przeciwległej
strony.
Układ ciekłych kryształów i zasada działania
wyświetlaczy MVA
Następną ważną techniką matryc LCD jest IPS (ang. In-
Plane Switching). Ciekłe kryształy są ułożone tak, że
przemieszczają się równolegle względem powierzchni
ekranu, podczas gdy w TN są skręcone tak, że w dużej
mierze są prostopadłe do ekranu. Zastosowanie IPS to
większe kąty widzenia i większa paleta barw, niż w
tradycyjnych TFT TN, kosztem większych opóźnieo. Te
panele pozwalają na wyświetlanie 24-bitowego.
M
ONITORY
LED
LCD LED - wyświetlacze LED wyposażone są w takie
same matryce LCD jak monitory standardowe, różnią się
jednak sposobem podświetlania ekranu. Zamiast lamp
jarzeniowych wykorzystywane są bloki diod LED (jeden
moduł składa się z diod w kolorze czerwonym, zielonym i
niebieskim), które występują nawet w liczbie kilkuset. W
rezultacie, powierzchnia ekranu podświetlana jest
bardzo równomiernie. Użytkownik może można
korygowad poziom intensywności świecenia każdej z
diod, przez co nawet o dłuższym czasie działania
monitora możliwe jest uzyskiwanie takiego samego
podświetlenia całej powierzchni ekranu.
Z
ALETY
LED
Diody pozwalają na uzyskanie znacznie szerszego
spektrum barw niż w przypadku standardowych
monitorów LCD, kolory na monitorze LED są więc żywsze
i bardziej zróżnicowane.
Monitory LED charakteryzują się dłuższą żywotnością,
lepszym kontrastem oraz mniejszym zużyciem prądu.
WYŚWIETLACZE OLED
Organiczna dioda elektroluminescencyjna, OLED
(ang. Organic Light-Emitting Diode) to dioda
elektroluminescencyjna (LED) wytwarzana ze związków
organicznych.
OLED oznacza klasę wyświetlaczy graficznych, opartych
na tej technologii. Wyświetlacze tego typu
charakteryzują się dośd prostą metodą produkcji –
warstwa organiczna, składająca się z pikseli-diod w
trzech kolorach (lub czterech – dodatkowy biały), jest
nakładana na płytę bazową w procesie podobnym do
drukowania stosowanego przez drukarki atramentowe.
Dodatkowe wprowadzenie warstwy pośredniej
pomiędzy płytą a emiterem podnosi sprawnośd i jasnośd
ekranu.
OLED składa się z warstwy emisyjnej, warstwy
przewodzącej, podłoża oraz anody i katody.
Warstwy złożone są z cząstek organicznych
polimerów przewodzących. Ich poziom
przewodzenia znajduje się w zakresie między
izolatorami a przewodnikami, z tego względu
nazywane są one półprzewodnikami
organicznymi.
Przyłożenie napięcia do OLED powoduje
przepływ elektronów od katody do anody, zatem
katoda podaje elektrony do warstwy emisyjnej, a
anoda pobiera elektrony z warstwy przewodzącej,
innymi słowy anoda podaje dziury elektronowe do
warstwy emisyjnej.
Schemat OLED: 1 – katoda (−), 2 – warstwa
emisyjna, 3 – emisja promieniowania, 4 –
warstwa przewodząca, 5 – anoda (+)
Podobnie jak LCD matryce OLED dzielą się na pasywne i
aktywne. W PMOLED (ang. Passive Matrix OLED)
poszczególne diody są zapalane cyklicznie dzięki siatce
elektrod. Zaletą tej techniki są niewielkie rozmiary i bardzo
niskie koszty budowy, ale ze względu na ilośd prądu
potrzebnego do rozświetlenia pikseli PMOLED zużywają
więcej energii niż AMOLED. Te drugie wykorzystują matrycę
aktywną (ang. Active Matrix OLED) i są oparte, podobnie jak
większośd LCD, na siatce tranzystorów TFT, które sterują
poszczególnymi pikselami lub subpikselami w przypadku
wyświetlaczy wielokolorowych. Podtrzymują one stały mały
prąd, zmniejszając tym samym całkowite zużycie energii przez
wyświetlacz. Umożliwiają tworzenie dosyd dużych ekranów o
wysokiej rozdzielczości.
Przy wykorzystaniu odpowiedniej technologii można
wytwarzad kilka typów matryc OLED, w tym giętkie
(FOLED – ang. Flexible OLED) i przeźroczyste (TOLED –
ang. Transparent OLED). Te pierwsze znajdą
zastosowanie w szeregu niewielkich urządzeo
przenośnych, a drugie – np. w samochodach, w których
posłużą do wyświetlania informacji na przedniej szybie.
o
P
ÓŁPRZEŹROCZYSTY WYŚWIETLACZ
TOLED
Elastyczny wyświetlacz FOLED
Technika OLED wkracza obecnie na rynek
wyświetlaczy kilkunastocalowych, czyli ten, na
którym zdecydowanie królują teraz LCD. Jej
niewątpliwe zalety, takie jak: mniejsze zużycie
energii, większa jasność, mniejsze wymiary, z
całą pewnością pozwolą jej wyprzeć LCD z
licznych zastosowań.
