Erinevus lehekülje "Vedelkristallkuvar" redaktsioonide vahel

P
resümee puudub
P (pisitoimetamine)
P
Märgised: Visuaalmuudatus tekstilink teise vikisse
'''Vedelkristallkuvar''' ehk '''LCD-kuvar''' (ingl ''Liquid Crystal Display'') on [[kuvar]], mille talitlus põhineb vedelkristallides ilmnevatel elektrooptilistel nähtustel.
 
==Vedelkristallid <ref name="iBZpL" /> ==
| width=125 | [[Pilt:LiquidCrystalDisplay-field on.jpg|150px]]
|-
| width=125 |Elektriväli puudub, kristallide suund väändub klaasplaatide vahel 90°, valgus pääseb läbi
| width=125 |Elektrivälja mõjul asetuvad kristallid välja suunda ja valgus läbi ei pääse
|}
==Tööpõhimõte<ref name="LhqrZ" />==
 
LCD-seadises asub vedelkristalliline aine õhukese, umbes 10 [[mikromeeter|µm]] paksuse kihina kahe klaasplaadi vahel. Selleks et vedelkukihi läbipaistvust saaks elektriväljaga muuta, rakendatakse valguse [[polarisatsioon|polariseerimist]] ja polarisatsioonitasandi pööramist.
 
Valguse polariseerimiseks on kummagi klaasplaadi välisküljel fooliumist polarisaator, mis laseb talle langevast valgusest läbi ainult valguse seda osa, mis võngub polarisatsioonitasandis. Klaasplaatide sisepinnale on tekitatud ühesuunalise töötlemisega (söövitamisega, harjamisega) rööbitised vaod. Niisugune pind sunnib külgnevaid nemaatilisi kristalliosakesi asetuma ühes kindlas sihis piki pinda. Vastaspinna juures on vagude siht pööratud 90°. Seetõttu peab molekulide suund vedelikus kruvijooneliselt muutuma (väänduma). Seda vedelkristallides toimuvat nähtust tuntakse väändnemaatikana (lühend TN, ingl k sõnadest ''Twisted Nematic field effect'') ja sellel põhineb paljude LCD-kuvaseadiste talitlus.
 
[[Pilt:LCD-Layers.svg|pisi| Peegeldava numbernäidiku kihid
 
==Peegelduva valgusega LCD-näidik==
Pingestamata (neutraalses) seadises pääseb polariseeritud valgus takistamatult läbi mõlema polarisaatori, sest polarisatsioonitasandite sihid ühtivad kummalgi pool kristallimolekulide pikitelgedega. Vedelkristallikihi läbinud valgus peegeldub reflektorilt tagasi, nii et numbrid pole nähtavad. Kui aga numbrisegmendid pingestada, s.t luua vedelkristallikihi vastaselektroodide vahele elektriväli, siis nendes kohtades vedelkristall peegelduvat valgust läbi ei lase ja segmendid on mustad. Niisuguste näidikute korral on vajalik piisav välisvalgus.
Et kuva oleks nähtav ka pimedas ja kontrast piisav, kasutatakse tagantvalgust, enamasti [[valgusdiood]]idega (LED).
 
Monokromaatilised (must-valged) LCD-näidikud on kasutusel nt kellades, taskukalkulaatorites jm patareitoitega seadmetes. Niisuguse tagantvalgustuseta näidiku energiatarve on sedavõrd väike, et toiteallikaks võib olla väike [[päikesepatarei|päikeseelement]].
 
===Värviline LCD-ekraan===
Värvilised vedelkristallekraanid töötavad samadel põhimõtetel, aga iga värviline piksel (pildielement) koosneb punasest, rohelisest ja sinisest alampikslist. Selleks on klaasplaatide vahele paigutatud värvifiltrid. Alampikslite erinevate heleduste kombineerimisel on võimalik saada miljoneid värvitoone.
 
== Passiiv- ja aktiivmaatrikskuvar ==
LCD-kuvari pikslid moodustavad maatriksi, s.o ridade ja veergude kaupa korrastatud kogumi. Varasema passiivmaatriksi asemel, mis tekitas võrdlemisi lahja ja inertse kujutise, kasutatakse värvikuvarites ja paneelides alates 1999. aastast aktiivmaatrikstehnikat. Siin tüüritakse iga pildielemendi heledust (tegelikult küll läbipaistvust) iga piksli pinnal asuva pisikese [[kiletransistor]]iga TFT (lühend ingl k sõnadest ''Thin-Film Transistor''); seetõttu nimetatakse aktiivmaatriksiga LCD-kuvareid sageli ka TFT-kuvareiks.
 
LCD-kuvari ekraani piksleid aktiveeritakse ristuvate rea- ja veeru- tüürelektroodide abil, millele antakse järgemööda tüürsignaalid. Seetõttu saab korraga juhtsignaali üksainus piksel, ülejäänud peavad meeles pidama eelmises kaadris saadud oleku. Seda ülesannet täidabki TFT-[[väljatransistor]], säilitades piksli heledusele vastava elektrilaengu kaadriperioodiks. Võrreldes passiivmaatrikskuvariga, kus transistorlüliti asemel oli ainult kondensaator, tagab TFT-struktuur palju suurema kontrastsuse ja toimekiiruse.
 
Lihtsates LCD-näidikutes pole tüürmaatriksit vaja, sest iga märk või märgielement (nt digitaalkella iga numbrisegment) saab tüürsignaali otse protsessorikiibist.
 
== Aktiivmaatrikstehnikad ==
 
===TN-tehnika ===
TN- (''Twisted Nematic'') 'tehnika korral on vedelkristalli molekulide väändenurk 90°. Monokroomses (must-valges) maatriksis saadakse halltoonid sel teel, et muudetakse tüürpingega väändenurka vahemikus 0–90°. Värvimaatriksis muudetakse kolme alampiksli läbipaistvust.
 
TN-paneelidele on omane kiire reageerimine ja väike energiatarve, kuid piiratud vaatenurk (mitte üle 150°), väike kontrastsus ja värviedastuse sõltuvus vaatenurgast.
|Advanced super-IPS||AS-IPS||2002||Hea läbipaistvus||130/250||Suurem kontrastus, mis on lähedane S-PVA-le
|-
|IPS-provectus||IPS-Pro||2004||Suur kontrastsus||137/313||Avaram värviruum ja suurem kontrastsus, võrreldav PVA ja ASV kontrastsusega
|-
|IPS alpha||IPS-Pro||2008||Suur kontrastsus|| || IPS-Pro järgmine põlvkond
|Horizontal IPS||H-IPS||2007||Veelgi parem kontrastsus ja laiem vaatenurk, värvid jäävad muutumatuks kogu laias vaatenurgas (tänu NEC-i polarisatsioonikilele Advanced True Wide Polarizer)
|-
|Enhanced IPS||e-IPS||2009||Parem pikslite läbipaistvus, mis võimaldab kokku hoida tagantvalguseks kuluvat energiat; suurem diagonaalne vaatenurk; reaktsiooniaeg vähendatud 5 millisekundini
|-
|Professional IPS||P-IPS||2010||3×10-bitise värvisügavusega on värvitoonide arv viidud 1,07 miljardini ja sellega parandatud värviedastust
 
{|class="wikitable" style="font-size:90%"
|+ Firma NEC SFT-tehnoloogiad<ref name="GVZ7X" />
!width="12%"|Nimetus
!Tähis
|Super-advanced SFT||SA-SFT||2002|| Hea pikslite läbipaistvus || 1,4 korda suurem maksimaalne heledus kui A-SFT korral
|-
|Ultra-advanced SFT||UA-SFT||2004||Suur kontrastsus|| 1,2 korda suurem maksimaalne heledus kui SA-SFT korral
|}
 
=== MVA ===
Firma Fujitsu esitas 1996. aastal oma VA-aktiivmaatriksit: piksli väljalülitatud olekus paiknevad vedelkristallid teise polarisaatori suhtes risti (VA – ''Vertical Alignement'', ’vertikaalne joondus’) ja järelikult ei saa valgus ristsuunalisi polarisaatoreid läbida. Pingestamisel väändub kristallide suund kuni 90° ja piksli läbipaistvus vastavalt suureneb.
 
VA-tehnika edasiarendus MVA (''Multi-Domain Vertical Alignment'', 1996) sisaldab TN- ja IPS-tehnika tugevaid külgi. Tulemuseks on lai vaatenurk, sügav must (ristvaates) ja kiire valgelt mustale üleminek tänu spetsiaalsele kiirendustehnikale. MVA puudusteks S-IPS-tehnikaga võrreldes on detailide kadumine pildi tumedates kohtades ja värvitasakaalu ning kontrastsuse sõltuvus vaatenurgast – kui see ületab 30° ristsihist, muutuvad veidi värvitoonid ja ka must muutub tumehalliks.
 
=== PLS ===
PLS (''Plane-to-Line Switching'') on IPS-tehnika edasiarendus Samsungilt (2011), mis pakub paremat pikslite läbipaistvust (või sama heleduse juures väiksemat energiakulu), ka puudub mõnedele IPS-paneelidele omane kilgendusnähtus.
 
==Reaktsioonaeg ja vaatenurk==
LCD-paneelide inertsust iseloomustavad tootjad üldiselt reaktsiooniajaga, mis kulub üleminekuks mustalt valgele või üleminekuks ühelt hallväärtuselt teisele (GTG, ''grey-to-grey''). Reaalse värvikujutise korral kestavad üleminekud siiski märksa kauem – IPS-paneelidel kuni kaks korda, MVA-paneelidel veelgi veidi rohkem. Sellest lähtudes võib rahuldavaks lugeda paneeli reaktsiooniaega 6–8 ms.
 
LCD-kuvarite puuduseks oligi esialgu pikslite pikk reaktsiooniaeg (16 ms või rohkem) ja sellest tulenevad moonutused, seda eriti kiire liikumise edasiandmisel. Täiustatud paneelitehnoloogiaga on see näitaja viidud väärtuseni 4–6 ms; veelgi suurem reageerimiskiirus (1–2 ms) saavutatakse enamasti mõne muu parameetri, nt vaatenurga arvel.
 
LCD-kuvarite sagedasema puudusena tuuakse esile ka kitsast vaatenurka, milles värviedastus on püsiv ja musta tase hea. Mitmete tehniliste täiustustega on praegusaegsete kuvarite vaatenurk viidud tootjaandmete kohaselt kuni 178 kraadini. MVA-paneelidel on siiski märgata teatavat värvitooni ja kontrastsuse muutust juba palju väiksema nurga all.
 
==Tagantvalgustus ==
LCD-pildielemendid ise valgust ei kiirga (erinevalt nt [[plasmateler|plasmapaneeli]] pikslitest). LCD-elemendid (nende värvifiltritega alampikslid) muutuvad nähtavaks ainult neid läbiva valguse arvel. Läbiv valgus absorbeerub vähemal või suuremal määral vedelkristallides, millest jääb mulje, nagu helendaksid pildielemendid ise. LCD-paneelides annavad valgust LCD-maatriksi taga asetsevad valgusallikad.
 
Valgus peab jagunema üle kogu ekraani pinna võimalikult ühtlaselt. Seda saavutatakse lampide suure arvuga ja nende valguse hajutamise teel difuusorpinna abil. Värvipikslite valgustus peab sisaldama kõiki põhivärvusi.
 
Valgusallikateks olid LCD-kuvarites pikka aega[[luminofoorlamp|luminofoorlambid]], alates 2010. aastast on neid aga kuvari- ja teleripaneelides hakanud asendama [[leedlamp|leedlambid]]. LED-tagantvalgustusega paneeli nimetatakse vahel ka LED-ekraaniks; see aga on eksitav, sest tegelikus [[LED-ekraan]]is loovad valgusdioodid pildielementidena ise kujutise (niisuguseid LED-paneele kasutatakse peamiselt suurte reklaam- ja infotabloodena; teleriekraanidena on välja töötatud ja edasiarendamisel [[OLED]]-paneelid).
 
=== CCFL-tagantvalgustus ===
Luminofoorlampidest kasutatakse tagantvalgustuseks külmkatoodiga ehk huumlahenduskatoodiga luminofoortorusid (lühend CCFL, ''Cold Cathode Fluorescent Lamp''). Niisugune toru erineb tavalisest luminofoortorust selle poolest, et elektroodidel puudub hõõgniit. Külmkatoodtorus kutsub huumlahenduse esile elektroodide (katoodi ja anoodi) vahele rakendatav kõrge pinge; seda tekitab [[inverter|vaheldi]] ja ferriittrafoga [[elektroonikalülitus]] või [[piesoelekter|piesoelektriline]] kõrgepingetrafo (sülearvutites). Elektronide emissiooni külmkatoodilt kutsub esile järsk pingelang katoodi vahetus läheduses. Kütteniitide ja starteri puudumine suurendab oluliselt töökindlust ja kiirendab süttimist. Võimsustarve on siiski võrdlemisi suur. Valguse ühtlaseks jaotamiseks peavad torud paiknema LCD-maatriksist teatud kaugusel ning arvestades ka torude endi läbimõõtu, ei saa paneeli paksust vähendada alla 35&nbsp;mm.
 
=== LED-tagantvalgustus ===
* pikem tööiga.
 
<gallery widths="200px" heights="130px" perrow="3" align="left">
Pilt:Hintergrundbeleuchtung mit Kaltkathodenröhren.JPG|Tagantvalgustus CCFL-torudega
Pilt:LCD-Hintergrundbeleuchtung mit Edge-LEDs.JPG|LED-tagantvalgustus äärtelt
 
==Ajaloost==
Vedelkristallide väändnemaatilise nähtuse avastas USA teadlane [[:en:James Ferguson|J.James Ferguson]] [[Ohio]] ülikoolis 1969. aastal ja juba 1971. aaastal tootis tema firma esimesed sellel nähtusel põhinevad [[näidik]]ud. LCD-kuvaseadised olid esialgu kasutusel kellades ja kalkulaatorites, seejärel näidikuna ka paljudes muudes patareitoitega elektronriistades, nt mobiiltelefonides, mõõteriistades, süle- ja pihuarvuteis. Arvutikuvareina ja teleriekraanidena hakkasid LCD-paneelid kineskoope välja tõrjuma alates sajandivahetusest.
 
==Vaata ka==
*[[Lamekuvar]]
*[[Kineskoopkuvar]]
 
==Viited==
<ref name="GVZ7X">[http://www.nec-lcd.com/en/technology/sft_wide_color.html Super Fine TFT technology]</ref>
}}
 
==Vaata ka==
*[[Lamekuvar]]
*[[Kineskoopkuvar]]
 
== Välislingid ==
114 123

muudatust