Vedelkristallkuvar (LCD): mis see on ja kuidas töötab

Vedelkristallkuvar (tavaliselt lühendatult LCD) on õhuke lame ekraan, mis ei tekita ise valgust, vaid laseb valgust läbi või blokeerib seda. Erinevalt LED-st ei ole vedelkristallmaterjalid valgusallikas — neid kasutatakse valguse suunamiseks ja blokeerimiseks. Paneel on jagatud väikesteks plokkideks ehk pixeliteks; iga plokk on täidetud vedelkristallidega, mille läbipaistvust või valguse blokeerimise omadust muudetakse rakendades elektrivälja. Vedelkristallide asendamist või reorientatsiooni kontrollivad õhukesed elektroodid, kattes kihid ja polarisatsioonifiltrid.

Kuidas LCD töötab

LCD-ekraani põhilised komponendid ja nende roll:

• Tagantvalgustus: valgusallikas ekraani taga (enamasti LED või külmkategooria luminofoorlamp (CCFL)), mis annab kogu ekraanile valgust.
• Polarisaatorid: kaks polariseerivat kihti (üks ekraani ees ja teine taga), mis võimaldavad läbi lasta või blokeerida valguse sõltuvalt vedelkristalli orientatsioonist.
• Klaasplaadid ja elektroodid: juhtivad mustrid klaasplaatidel loovad elektrivälja iga piksli juures.
• Vedelkristalli kiht: selle kiirust ja orientatsiooni muudetakse elektriväljaga, mis kontrollib, kas antud piirkond laseb valgust läbi.
• Värvifiltrid: iga piksel jaguneb tavaliselt kolmele alampiksli: punane, roheline ja sinine (RGB), mis koos moodustavad täisvärvi pildi.

Tüüpiline tööpõhimõte: tagantvalgustus saadab läbi polarisaatori ja vedelkristalli kihtide. Kui elektriväli muudab vedelkristalli orientatsiooni, pöörab või ei pöörab vedelkristall valguse polariseerumist ja see kas pääseb läbi esimesest polarisaatorist või jääb kinni — tulemusena näeme heledat või tumedat ala.

LCD tüübid ja omadused

• Twisted Nematic (TN): kiire reageerimisaeg, madalam tootmiskulu, piiratumad vaatenurgad ja halvem värviedastuse täpsus — tihti kasutusel odavamates monitorides ja mänguseadmetes, kus oluline on kõrge värskendussagedus.
• In-Plane Switching (IPS): parem värvi- ja kontrastsuse püsivus laiematel vaatenurkadel, aeg-ajalt veidi pikem reageerimisaeg kui TN-l; populaarne graafika-, foto- ja professionaalsete monitoride seas.
• Vertical Alignment (VA): kõrge kontrastsus ja sügavamad mustad toonid, vaatenurgad ja värviedastus jäävad IPS-i ja TN-i vahele.

Värv, kontrast ja vaatenurk

LCD-ekraani pildikvaliteeti määravad peamiselt järgmised parameetrid:

• Kontrastsus: suhe heledaimast tumedaimani; VA-paneelid annavad sageli parema staatilise kontrasti.
• Värviedastus ja värvigamma: sõltub värvifiltritest ja paneeli kalibreerimisest; professionaalse töö jaoks otsitakse laia värviruumi (sRGB, Adobe RGB, DCI-P3).
• Vaatenurk: kui ekraani vaatate äärmiselt küljelt, võivad värvid ja kontrast muutuda — IPS annab kõige stabiilsema tulemuse.
• Reageerimisaeg ja värskendussagedus: mängimiseks ja kiire liikuva pildi jaoks on oluline madal reageerimisaeg (ms) ning kõrge värskendussagedus (Hz).

Toide ja kasutus

Vedelkristallkuvarid on energiasäästlikud, mistõttu neid kasutatakse sageli akutoitega seadmetes, näiteks digitaalkellades ja kalkulaatorites, kuna need tarbivad vähe elektrit. Samuti on LCD-tekniika levinud televiisorites, arvutimonitorides ja nutitelefonide ekraanides (kuigi mobiilides on nüüd sagedamini kasutusel ka OLED-tehnoloogia). Paljudel seadmetel on sisse ehitatud tagantvalgustus — tavaliselt LED-id — mis tagab ekraani nähtavuse hämaras või pimedas.

Eelised ja puudused

• Eelised:
  • õhuke ja kerge konstruktsioon
  • madal energiatarve võrreldes CRT-ekraanidega
  • hea tootmiskulu ja laialdased rakendused
  • ei koge sama tüüpi püsivat kujutise "burn-in"-i, mis võib häirida OLED-ekraane
• Puudused:
  • ekraan ise ei valgusta — nõuab tagantvalgustust
  • vaatenurkade, kontrasti ja värvitäpsuse erinevused sõltuvalt paneeli tüübist
  • mõnedel paneelidel aeglasem reageerimisaeg või liikumise udusus kiiretes stseenides

Kuhu ja miks kasutatakse

LCD-tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt tänu paindlikkusele: nii väikestes seadmetes (näiteks kellad, kalkulaatorid) kui ka suurtes ekraanides (TV-d, monitorid). Valiku tegemisel arvestage kasutusotstarvet:

• kontoritöö ja interneti sirvimine: piisab tavalisest IPS- või TN-paneelist;
• videote vaatamine ja teler: eelistatud kõrge kontrastsusega VA või IPS-paneel;
• professionaalne kujundus ja pilditöötlus: otsige paneeli, mis katab laia värviruumi ja on hästi kalibreeritav;
• mängimine: oluline on madal reageerimisaeg ja kõrge värskendussagedus.

Nõuanded ostjale

• kontrolli paneeli tüüpi (IPS/VA/TN) vastavalt vajadusele;
• vaata tehnilisi näitajaid: resolutsioon, kontrastsus, värskendussagedus, reageerimisaeg ja heledus (cd/m²);
• kui värvitäpsus on oluline, otsi tehasest kalibreeritud mudeleid või võimalust järeltöötluseks;
• mõtle tagantvalgustuse tüübile: LED-tagantvalgustus on kõige levinum ja energiatõhus;
• proovi ekraani erinevate nurkade alt, et kontrollida vaatenurka ja värvide püsivust.

Kokkuvõttes on vedelkristallkuvar (LCD) mitmekülgne ja majanduslikult efektiivne lahendus paljude ekraanivajaduste katmiseks. Kuigi tänapäeval konkureerib see tehnoloogia OLED-iga ning mõnes valdkonnas ka MicroLED-iga, jääb LCD tänu täiendustele (nt IPS ja täiustatud tagantvalgustused) väga levinuks ja praktiliseks valikuks.

Ehitus

LCD kasutab tehnoloogiat, mida nimetatakse elektrooptiliseks modulatsiooniks. See tähendab, et see kasutab elektrienergiat, et muuta valguse läbivuse ulatust.

Iga LCD-piksel (plokk) koosneb kahe elektroodi ja kahe polarisatsioonifiltri vahel olevast õhukesest molekulikihist. Elektroodid annavad vedelkristallkihile elektrienergiat ja ei blokeeri valgust. Valgus liigub "polaarsuse" ehk suuna järgi ja polarisatsioonifilter laseb läbi ainult ühe polaarsusega valgust, nagu püüaksime joonlauda läbi kitsa avause libistada. Ainult siis, kui joonlaud on õigesti joondatud, mahub see sisse. Need kaks filtrit on üksteise suhtes risti, nii et kitsad avad on eri suundades. See tähendab, et ilma vedelkristallideta nende vahel blokeeriksid nad kogu valguse läbipääsu - mis iganes valgus ka läbi esimese filtri pääseks, ei mahu läbi teise filtri.

Kahe filtri vahel olev vedelkristallide kiht võib valguse "keerata", nii et selle polaarsus muutub. See tähendab, et valgus läbib mõlemad filtrid ja piksel ilmub selgeks. Kui anda vedelkristallidele elektrivoolu, siis molekulid väänduvad lahti ja valgus ei muutu. Seejärel blokeerivad filtrid valguse ja piksel paistab tumedana.

Kui ekraanil on vaja suurt arvu piksleid, on raske leida piisavalt palju juhtmeid ja elektroode, et kontrollida iga pikslit ja saada ikkagi puhas ekraan. Selle asemel on ekraan multipleksitud. Multipleksitud kuvaris on elektroodid ühel pool kuvarit grupeeritud ja ühendatud (tavaliselt veerudena). Teisel küljel on elektroodid samuti grupeeritud (tavaliselt ridades), kusjuures iga rühm saab oma pingevälja. Ühe rea ja ühe veeru sisselülitamisega saab iga pikslit juhtida ükshaaval.

LCD äratuskell


LCD, mille ülemine polarisaator on seadmest eemaldatud ja asetatud ülesse, nii et ülemine ja alumine polarisaator on paralleelsed.

Küsimused ja vastused

K: Mis on vedelkristallkuvar?

K: Kas vedelkristallkuvar toodab ise valgust?

K: Miks kasutatakse LCD-d sageli akutoitega seadmetes?

K: Mis on LCD-ekraanide lühend?

K: Kus kasutatakse tavaliselt LCD-displeiereid?

K: Kas kõik LCD-ekraanid vajavad taustavalgustust?

K: Mis on sisse ehitatud sellistesse toodetesse nagu nutitelefonid, arvutimonitorid ja telerid, et tagada taustvalgustus?

Otsing