Ciekłe kryształy

Powszechnie zaakceptowanym podejściem do konstrukcji ekranu barwnego jest: najpierw uzyskać dobry ekran czarno-biały, a następnie nałożyć na niego trzy filtry (czerwieni, zieleni i niebieskiego) i przez kombinacje ich odcieni uzyskiwać pożądane kolory. Nie wszyscy jednak przystają na tę technikę. Firma In Focus Systems podeszła do sprawy w inny sposób. W ekranach kolorowych ich produkcji wykorzystywana jest naturalna dwójłomność i dichroizm cieczy nematycznej. Barwy uzyskiwane są poprzez odejmowanie z widma niepożądanych długości fal. Uzyskuje się to dzięki wzbogaceniu nematyka w pigmenty o barwach: purpurowej, niebiesko-zielonej i żółtej, których zadaniem jest absorbcja niepożądanych odcieni. Odkryto bowiem, że do cieczy nematycznej można wprowadzii odpowiednie pigmenty, ktorych cząsteczki zachowywać się będą zgodnie z zachowaniem nematyka. Problemem jest tylko takie ustalenie składu pigmentów, aby uniknąć znacznego obniżenia jasności i kontrastu ekranu. Przedstawiciele firmy twierdzą, że obraz uzyskany tą motodą jest jaśniejszy i o wyższym kontraście, niż ten, który powstaje metodą tradycyjną.

Obecnie stosuje się dwie techniki tworzenia barwnego wizerunku - tzw. formę delta lub formę pionowego pasa (w literaturze określane mianami: Deltaform oraz Vertical-Stripe-Form). Punkt ekranu w formie delta ma kształt trójkąta, w którym każdemu wierzchołkowi przyporządkowana jest jedna z barw składowych. Zaś w formie VSF w postaci jest to prostokąt, w którym barwy leżą obok siebie.

W technikach opisanych dotychczas, każdy punkt ekranu pobudzany jest przez przyłożenie napięcia do pary wzajemnie prostopadłych. Przewodniki tworzą kolumny i rzędy na przeciwległych płytach szklanych, ograniczających obszar ciekłego kryształu. Jasny pixel pojawi się na skrzyżowaniu odpowiedniego "wiersza" i "kolumny". Zatem w standardzie VGA mono należy wybrać jedną parę spośrod 1120 przewodów.

Sposób ten ma pewne ograniczenia. Sporą wadą jest dość długi czas reakcji ekranu na podany sygnał (zatem bezużyteczna jest myszka, niemożliwe jest prezentowanie poruszających się obiektów), lecz jeszcze poważniejszym mankamentem jest pojawiająca się na ekranie poświata. Jej obecność wynika z dość prostej przyczyny: pole elektryczne powstaje nie tylko w miejscu przecięcia przewodów (jasny punkt ekranu), ale również wzdłuż obu przewodów. Wprawdzie owo pole jest słabsze, niż w miejscu przecięcia, ale wystarczająco silne aby spowodować minimalne zmiany w orientacji molekuł ciekłego kryształu. To zaś prowadzi do pojawiania się na ekranie nie chcianych smug o różnych stopniach szarości (tzw. zjawisko cross-talk).

Matryce aktywne

Opisane niedogodności zlikwidowano w ekranach wykonanych w technologii active-matrix - matrycy czynnej, aktywnej (AM-LCD). Różnica polega na zastosowaniu tranzystorow (bądź diod) do włączania i wyłączania punktów ekranu. To pozwala uniknąć zjawiska cross-talk. Nie bez znaczenia również jest fakt, że AM-LCD oferują wyższy kontrast (od 40:1 do ok. 100:1), szybkość reakcji poniżej 50 ms oraz jasność często przekraczającą 50 kandeli na m2.

Ponad połowa wyprodukowanych ekranów AM-LCD nie wytrzymuje kontroli jakości i nie opuszcza fabryk.

W przeciwieństwie do tej techniki ekrany pobudzane tylko dzięki sieci przewodów, bez żadnych elementow czynnych, takie jak np. STN, DSTN czy TSTN określono terminem ekrany passive matrix. Ich obecnie najpopularniejsze zastosowanie to komputery klasy palmtop.

W ekranach AM-LCD jest kilka newralgicznych punktów, nad którymi ciągle trwają prace udoskonalające. Podstawowym elementem są tranzystory. Wytwarzanie (w postaci cienkiej warstwy na szkle ograniczającym nematyk - stąd inna nazwa ekranów active-matrix - thin film transistor TFT) bardzo podniosło cenę ekranu. Powstały więc konstrukcje zastępujące tranzystory diodami, ale efekty były mniej niż zadowalające. Szczególnie szwankowało nasycenie barw, kontrast i szybkość reakcji.

Budowa ekranu active matrix to: połączenie 4 milionow elementow, ponad 100 faz w produkcji w sumie zajmujących ok. 4 tygodnie, ścisły reżim normy czystości Klasa 100 (czyli w pomieszczeniu produkcyjnym nie może być więcej, niż 100 cząsteczek kurzu na stopę kwadratową, tj. ok. 1100 na metr2).

Dąży się również do osiągania jak najwyższej szybkości, z którą pojedynczy piksel można włączać i wyłączać. Obecnie obwody są wytrawiane w cienkich warstwach (film) krzemu bezpostaciowego. W tej chwili szybkość reakcji takich obwodów jest wystarczająca, ale może się okazać zbyt mała po zwiększeniu powierzchni ekranu. W maju 1993 roku w Seattle na konferencji SID (Society for Information Display) Sharp przedstawił opis ekranu o przekątnej 63 cm, do budowy którego użyto krzemu polikrystalicznego. Tamże rownież pracownicy kanadyjskiej gałęzi firmy Litton Systems zaproponowali selenek kadmu w miejsce krzemu. Tektronix natomiast przedstawił kolorowy ekran AM (przekątna 18 cm), w którym piksele (300x300) są kontrolowane przez "wyłączniki" plazmowe, a nie tranzystory (plasma addressed liquid crystal - PALC). Na razie, co prawda, rozdzielczość nie jest najmocniejszą stroną tego ekranu, ale Tektronix twierdzi, że możliwe będzie osiągnięcie rozdzielczości 1280x1024, wymaganej przez stacje robocze. Firma Photonics Imaging dostarczyła (jako część programu demonstracyjnego) Departamentowi Obrony Stanów Zjednoczonych ekran plazmowy, kolorowy, o rozdzielczości 1024x768. Konferencja SID była również okazją do oznajmienia, że Fujitsu w 1994 r. będzie oferować na rynku amerykańskim prototypowe ekrany plazmowe zgodne ze standardem tamtejszej telewizji w cenie ok. 8 tys. USD.

Kolejne ograniczenie stanowią wymiary szkieł, między którymi umieszcza się ciekły kryształ. Obecne technologie pozwalają budować absolutnie płaskie szkło o przekątnej 33 cm (np. NEC). Niektóre firmy twierdzą, że mają prototypy o 10 cm większe. Uważa się, iż w najbliższych latach możliwe będzie osiągnięcie na skalę przemysłową przekątnej ok. 50 cm, a w przyszłości (z obecnym stanem techniki) ok. 75 cm.


TOP 200