Powiększenie pikseli na wyświetlaczu LCD

Pasywny wyświetlacz LCD oparty na skręconej fazie nematycznej

Wyświetlacz ciekłokrystaliczny, LCD (ang. Liquid Crystal Display) - urządzenie wyświetlające obraz, którego zasada działania oparta jest na zmianie polaryzacji światła na skutek zmian orientacji cząsteczek ciekłego kryształu pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.

W trakcie badań biologicznych w 1888 r. Friedrich Reinitzer zupełnie przez przypadek odkrył ciekły kryształ. Dalsze długoletnie badania własności ciekłych kryształów wykazały możliwość sterowania własnościami optycznymi tej substancji, co umożliwiło skonstruowanie pierwszego wyświetlacza ciekłokrystalicznego w roku 1964 (George H. Heilmeier).

Wszystkie rodzaje wyświetlaczy ciekłokrystalicznych składają się z czterech podstawowych elementów:

- komórek, w których zatopiona jest niewielka ilość 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

Zasadę działania wyświetlacza najłatwiej jest prześledzić na przykładzie pasywnego wyświetlacza odbiciowego, z fazą nematyczną, skręconą. W wyświetlaczu tym światło wnikające do niego jest wstępnie polaryzowane pionowo przez filtr polaryzacyjny (1). Następnie światło przechodzi przez szklaną elektrodę (2) i warstwę ciekłego kryształu (3). Specjalne mikrorowki na elektrodach (2 i 4) wymuszają takie uporządkowanie cząsteczek tworzących warstwę ciekłokrystaliczną, aby przy wyłączonej elektrodzie nastąpiło obrócenie polaryzacji światła o 90°. Dzięki temu światło może przejść przez folię (5) pełniącą rolę analizatora światła, która przepuszcza tylko światło spolaryzowane poziomo, odbić się od lustra (6), przejść ponownie przez analizator (5) ,ulec ponownej zmianie polaryzacji o 90° na warstwie ciekłego kryształu i ostatecznie opuścić bez przeszkód wyświetlacz, przez górną folię polaryzacyjną. Po przyłożeniu napięcia do elektrod, generowane przez nie pole elektryczne wymusza taką zmianę uporządkowania cząsteczek w warstwie ciekłego kryształu, że nie obraca ona polaryzacji światła. Powoduje to, że światło nie przechodzi przez analizator, co daje efekt czerni.

Transmisyjne, odbiciowe oraz administracyjne

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne mogą pracować w trybie transmisyjnym, odbiciowym lub administracyjnym. Transmisyjne wyświetlacze są oświetlane z jednej strony, a powstające na nich obrazy ogląda się od drugiej strony. Stąd aktywne piksele są w takich wyświetlaczach zawsze ciemne, a nieaktywne jasne. Tego typu wyświetlacze są stosowane w przypadku, gdy potrzebna jest duża intensywność obrazu (np: w projektorach multimedialnych, czy monitorach komputerowych). Wyświetlacze transmisyjne są zwykle stosowane razem z aktywnymi matrycami, choć czasem są też stosowane bierne wyświetlacze transmisyjne w np. zegarkach z uchylnymi wyświetlaczami.

Wyświetlacze odbiciowe posiadają na swoim dnie lustro, które odbija dochodzące do powierzchni wyświetlacza światło. Tego rodzaju wyświetlacze mogą pracować wyłącznie w trybie biernym i posiadają zwykle niezbyt dużą intensywność generowanego obrazu, ale za to mają one bardzo mały pobór mocy. Są one najczęściej stosowane w kalkulatorach i zegarkach, aczkolwiek czasami można je też spotkać w przenośnych komputerach i palmtopach.

Istnieją także wyświetlacze mieszane - transreflektywne, które potrafią działać w obu trybach. Tryb odbiciowy jest stosowany, gdy wyświetlacz pracuje przy niedoborze mocy (np: w laptopie pracującym na własnej, prawie wyczerpanej baterii), a tryb transmisyjny, gdy mocy jest odpowiednio dużo.

Wyświetlacze oparte na fazie SmGC

W zależności od rodzaju użytej fazy ciekłokrystalicznej rozróżnia się wyświetlacze nematyczne (N), nematyczne skręcone (N*) i smektyczne C skręcone (SmC*).

Wyświetlacze nematyczne i nematyczne skręcone, są z natury zawsze monochromatyczne. Aby uzyskać z ich pomocą barwne obrazy konieczne jest albo stosowanie filtrów (w przypadku wyświetlaczy z matrycą bierną), albo źródeł światła o określonym kolorze. Ze względu na to, że w wyświetlaczach o dużej rozdzielczości z matrycą aktywną, każdy wyświetlany piksel musi posiadać własne źródło światła (zwykle w formie diod LED) wymaga to zastosowania minimum trzech takich źródeł o różnej barwie (zwykle czerwona, zielona i niebieska) na każdy wyświetlany piksel, co bardzo komplikuje produkcję takich wyświetlaczy i ogranicza ich maksymalną rozdzielczość. Kolejną wadą wyświetlaczy nematycznych jest to, że działają one tylko w dwóch trybach - każdy piksel może być więc tylko albo włączony albo wyłączony - co powoduje, że uzyskiwanie efektów szarości lub różnej intensywności kolorów wymaga sterowania intensywnością światła emitowanego przez diody, co dodatkowo komplikuje konstrukcję tych wyświetlaczy.

Faza SmC* oprócz zmieniania kierunku polaryzacji światła posiada też zdolność selektywnej zmiany barwy i intensywności przepuszczanego światła. Powoduje to, że tego rodzaju wyświetlacze mogą okazać się znacznie prostsze w produkcji (tylko jedna celka i dioda na jeden piksel), posiadać większą intensywność generowanych obrazów - nawet przy pracy w trybie biernym. Problemem jest tylko znalezienie mieszanin związków, które z jednej strony będą posiadać szeroki zakres temperaturowy występowania fazy SmC* a z drugiej strony będą miały tzw. liniową charakterystykę odpowiedzi na zmiany intensywności lub kierunku pola elektrycznego.

Wyświetlacze ultracienkie i niewymagające zewnętrznego zasilania

Marzeniem wielu osób zajmujących się rozwojem wyświetlaczy ciekłokrystalicznych jest uzyskanie jak najcieńszych i jednocześnie pobierających jak najmniejszą moc urządzeń. Ideałem byłoby tu urządzenie nie pobierające energii w ogóle i cienkie jak papier - tzw. papier elektroniczny.

Pierwsze tego rodzaju urządzenie zostało zaprezentowane w 2000r. przez firmę ZBD Displays Limited, ale technologia jego produkcji okazała się na tyle droga i złożona, że nie zostało ono nigdy wdrożone do masowej produkcji.

Od lipca 2003 r. na Tajwanie rozpoczęto produkcję na większą skalę tego rodzaju urządzenia, na razie o wielkości znaczka pocztowego, na bazie dokonań francuskiej firmy Nemoptic. Nie jest to jednak "papier elektroniczny" w pełnym tego słowa znaczeniu - ze względu na trudności z produkcją wyświetlaczy o większej powierzchni. Wyświetlacze te jak na razie, mają szansę zastąpić stare wyświetlacze odbiciowe stosowane w kalkulatorach i zegarkach, gdyż są mniej szkodliwe dla oczu i lżejsze.