LCD - monitory
Mezi hlavní výhody LCD displejů patří zejména dokonalá geometrie obrazu (pixely jsou na obrazovce pevně určeny, obrazovka je dokonale plochá), malá hmotnost a rozměry (LCD panel je i s podstavcem hluboký pouze několik centimetrů), možnost otočení některých displejů o 90 stupňů (můžeme pak pracovat například se stránkou na výšku). LCD displeje také nereagují negativně na vnější magnetické pole. Mají také nízký příkon a mnohem nižší elektromagnetické vyzařování než CRT monitory. LCD displeje pracují na základě propouštění a blokování světla, které je reflektované buď z vnějšího zdroje světla a nebo je zajištěné bočním, případně zadním podsvícením. Základem jsou tzv. kapalné krystaly, což je označení pro molekuly, které se v určitém teplotním rozmezí shlukují do různých nepravidelných tvarů. V současnosti jsou používané materiály, které mají potřebné vlastnosti v rozmezí teplot –5 až +75 st. C. Existují tři základní způsoby uspořádání krystalů uvnitř kapaliny.
LCD displeje jsou vyráběné s pasivní nebo s aktivní maticí.
Pasivní matice
LCD monitory s pasivní maticí mají mřížku vodičů s pixely nacházejícími se na každém průsečíku v mřížce. Proud protéká dvěma vodiči v mřížce, aby aktivoval světlo pro každý pixel. Takové monitory mají elektrody v řádcích na jedné polovině skla monitoru a na druhé polovině jsou elektrody umístěné ve sloupcích. Elektrody jsou zpravidla vyráběné z ITO, což je poloprůhledný metal – oxid. Průsečíky řádků a sloupců tvoří pixel. Když elektrický impuls projde jedním řádkem a jestliže určitý sloupec je uzemněný, tak vznikne elektrické pole, které může změnit stav kapalného krystalu (z bílého na černý). Opakováním tohoto procesu vznikne na monitoru obraz. Problémy vznikají, když počet řádků a sloupců narůstá, protože s vyšší hustotou pixelů musí být velikost elektrody redukovaná a velikost napětí nutně narůstá. Vybraný pixel je aktivní (černý), ale okolí je rovněž částečně aktivní (šedé). Částečně aktivní pixely snižují kontrast a kvalitu obrazu na monitoru. Problémem je i rychlost zobrazování tekutého krystalu. Displej musí být schopný reagovat za méně než 40 milisekund. Většina tekutých krystalů s rychlostí zobrazování mezi 150 a 250 milisekundami má problémy s rychlostí přepínání mezi černým a bílým obrazem, jestliže to musí provést velmi rychle. To se projevuje v rozmazaném obraze při použití rychlé grafiky, například při přehrávání videa. Monitory s tekutými krystaly se skládají ze dvou rovnoběžných skleněných destiček, z vrstvy vodivého materiálu, elektrody na definování pixelů a z ovladače integrovaného obvodu na adresování sloupců a řádků. Mezi skleněnými destičkami vzdálenými od sebe asi 20 mikrometrů je uzavřená kapalina s nematickou strukturou. Na vnitřní straně přední destičky jsou napařené elektrody z průhledného vodivého materiálu. Zadní destička je pokrytá vrstvou vodivého materiálu. Když na elektrody připojíme velké napětí (min. 5V), na místech, kde působí elektrické pole, vznikne turbulentní proudění krystalů. Kapalina se zakalí a vznikne dynamický rozptyl. Použití střídavého napětí je výhodnější, protože se při něm nevyskytují parazitní jevy, které nepříznivě ovlivňují životnost zobrazovací jednotky (elektrolýza, rozpouštění diod apod.) Jde o pasivní zobrazovací jednotku, která negeneruje světlo. Tyto displeje můžeme běžně vidět na kalkulačkách. Znaky je možné pozorovat v dopadajícím světle, proti tmavému pozadí nebo v průhledu při osvětlení zadní strany. Symboly jsou nečitelné tehdy, když na zobrazovací jednotku nedopadá dostatečné množství světla. Čas potřebný na vznik dynamického rozptylu je asi 10 až 20 ms, obraz zmizí asi za 80 ms po zániku elektrického pole. Velkou výhodou zobrazovacích jednotek s pasivní maticí je i extrémně malý příkon. Například při výšce znaku 13 mm, napájecím napětí 25 V a frekvenci 50 Hz je proud na jeden segment 1 mikroampér. Některé LCD monitory s pasivní maticí mají duální scanovaní (snímání), což znamená, že scanují (snímají) mřížku s proudem dvojnásobnou rychlostí. Nejjednodušší LCD zobrazovače s pasivní maticí jsou sedmisegmentové zobrazovače. V monitoru bez připojeného napětí jsou osy tekutých krystalů rovnoběžné s povrchem destiček nebo jsou na ně kolmé a celá destička má stejné optické vlastnosti – je čirá a průhledná. Molekuly kapalných krystalů jsou umístěny kolmo na skleněné destičky. Mezi elektrodami není napětí. Orientace molekul na obou destičkách je pootočená o 90 stupňů. Molekuly jsou tedy orientované ve tvaru šroubovice mezi dvěma skly. Na buňku jsou z vnější strany přilepené polarizátory, jejichž směry polarizace jsou rovněž pootočené o 90 stupňů. Světlo, které proniká displejem, je lineární a polarizované prvním polarizátorem. Ve stavu bez napětí otáčí vrstva kapalných krystalů směr polarizace světla o 90 stupňů. Monitor je pak jasný. Po připojení střídavého napětí několika voltů se molekuly krystalů otočí kolmo na desku. Světlo se pohltí v druhém polarizátoru a displej bude tmavý.
Aktivní matice
LCD displeje s aktivní maticí byly vyvinuty, aby eliminovaly problémy monitorů s pasivní maticí. Jsou známé též jako TFT displeje. Maticové zobrazovače mají tranzistor nebo diodu na každém průsečíku pixelů, takže potřebují méně proudu na ovládání svítivosti pixelů. Díky tomu může být proud v maticovém zobrazovači vypínaný a zapínaný mnohem častěji, čímž se zvýší obnovovací frekvence obrazovky (refresh rate), tj. frekvence s jakou se obnovuje obraz na obrazovce. TFT displej může obsahovat amorfní křemík anebo polykrystalický křemík. TF tranzistory kompletně izolují jeden pixel od ostatních v displeji a eliminují tak problémy vznikající při částečně aktivních pixelech. Jeden pixel představuje nejmenší zobrazovatelnou jednotku na obrazovce, což však platí v případě monochromatických displejů. U barevných displejů jeden pixel tvoří tři další subpixely, červený, zelený a modrý. Na výrobu plně funkčního barevného VGA displeje pro rozlišení 640x480 musí být pro každý bod (pixel) použity 3 TF tranzistory, což znamená celkem 921 600 TF tranzistorů. Existují dva druhy rozložení pixelů na TFT displejích. Pruhové rozložení určené pro obyčejné LCD monitory. Při tomto rozložení se na obrazovce střídají pásy červené, zelené a modré barvy. Trojúhelníkové rozložení určené pro multimediální a promítací displeje. Barevné pixely jsou rozložené v trojůhelníkovém tvaru. Výhodou LCD monitorů je, že časem neztrácejí kvalitu zobrazování, protože tekutý krystal, který se v nich nachází, se vrátí do normálního stavu vždy, když se monitor odpojí od napájecího napětí. Další výhodou LCD monitorů jsou nízké radiační emise.
Nevýhody LCD
Teplota ovlivňuje LCD zobrazovače tím, že při nízkých teplotách je pohyblivost elektronů velmi malá, a proto je čas reakce větší. Naopak, když je monitor velmi teplý, mění se odpor tekutého krystalu a výkon klesá. Požadované příčné elektrické napětí se přes LCD zobrazovač tedy mění v závislosti na teplotě okolí. Polarizátory a tekutý krystal absorbují více než 50% dopadajícího světla. Když paprsek světla dopadne na krystal, ten se rozštěpí na dva samostatné paprsky tak, že jsou na sebe kolmé. Když se paprsky rozdělí, jejich dráhy jsou různě dlouhé a dosáhnou uživatelovo oko v nepatrně jiném čase. Toto je podstatná věc, protože když se uživatel dívá na monitor v jiném zorném úhlu než je přímý, může se stát, že bude vidět oba dva paprsky najednou, a to způsobí, že barvy zmizí anebo budou pomíchané např. světlé barvy budou tmavé a tmavé barvy budou světlé. Kvůli optickým vlastnostem LCD monitorů je malý zorný úhel, kterým je možné se na monitor dívat. Díky stále se zlepšující technologii polarizátorů a materiálu tekutých krystalů se však budou objevovat monitory s větším počtem zobrazovaných barev a s větším možným zorným úhlem.
U monitoru by se měla provádět korekce teploty barev. Většina monitorů nabízí barevné teploty 9 300 K a 6 500 K. Při vyšší teplotě je bílá znatelně zářivější, s mírným nádechem do modra, při nižší teplotě jsou barvy intenzivnější, ale přitom se silnějším červeným nádechem. Je samozřejmě důležité, aby nastavení color managementu souhlasilo s teplotou nastavenou na monitoru.