LCD-екран или ЛЦД-екран (, ) — тенок, рамен, електронски визуелно - излезен уред кој го користи својството на течните кристали за да ја модулира светлината и за да создаде слика. LCD-екраните не зрачат сопствена светлина, неопходен им е светлосен извор, па затоа се класифицираат во пасивни екрани. Некои видови LCD-екрани наместо посебен извор на светлина, можат да ја искористат сончевата светлина или собното осветление. Постојат повеќе видови LCD-екрани дизајнирани за специјална или за генерална употреба. Истите можат да се оптимизираат за статични и детални слики или за динамични и брзи видео содржини.
Во современиов свет LCD-екраните се користат насекаде: во компјутерските монитори, телевизорите, екраните на мерните уреди, контролните уреди во авионите, итн. Корисничките уреди, како видео плеерите, играчките конзоли, часовниците и дигитроните не можат да се замислат без ЛЦД-екран, па полека но сигурно ги истиснуваат од употреба старите катодни екрани. За разлика од катодните и плазма екраните, LCD-екраните се покомпактни, полесни, поевтини и можат да се изработат во најразлични величини. Тие, исто така, трошат помалку енергија од катодните екрани и полесно се уништуваат, односно рециклираат. Бидејќи расходот на енергија им е помал, LCD-екраните масовно се употребуваат во мобилните уреди кои се напојуваат преку батерии.
Екраните со течни кристали се оптички уреди кои се модулираат со помош на ел. енергија. Составени се од променлив број оптички точки (попознати како пиксели) исполнети со течни кристали и подредени во матрица пред светлосен извор (позадинска ламба или рефлектор) за да се создаде слика во боја или еднобојна слика. Најраниот пронајдок кој довел до развојот на технологијава се течните кристали. Тој датира уште од 1888 година. Во 2008 продажбата на LCD-екраните ја надминува продажбата на катодните екрани. Принцип на работа
Секој пиксел од екранот се состои од молекуларен слој. Слоевите се подредени помеѓу две проѕирни електроди и два поларизирачки филтри, чии оски на поларизација најчесто се поставени нормално (под агол од 90 степени) една на друга. Доколку помеѓу поларизирачките филтри не би постоел течен кристал, светлината што поминува низ првиот филтер бидува впиена (апсорбирана) од вториот филтер. Површината на електродите која го допира течниот кристал е способна да ги подредува молекулите на кристалите во точно определена насока. Постапкава лесно се изведува доколку тенок слој на полимер се протрие со волнена облека во одредена насока. На тој начин насоката на подредба на кристалите се утврдува според насоката на триење.
Пред вклучување на електричното поле, подреденоста на молекулите на течните кристали зависи од поставеноста на површините на електродите. Кај извртените нематски уреди површините на двете електроди се нормално поставени една на друга и кај нив молекулите се подредуваат спирално. Така се намалува поларизацијата од надворешната светлина и екранот изгледа сив. Доколку напонот е соодветен молекулите во средиштето на пикселот воопшто не се извртуваат, па на тој начин поларизацијата на светлината што поминува низ пикселот останува неизвитоперена (неизротирана). Ваквата светлина бидува поларизирана од вториот (нормално поставен) филтер, правејќи го пикселот црн. Со контролирање на напонот се добиваат мноштво нијанси на сивата боја.
Оптичкиот ефект на извртените нематски уреди што се под напон не зависи од дебелината на екранот како кај исклучените уреди. Поради ова, ваквите екрани често се прават со вкрстени поларизирачки филтри во пикселите, при што изгледаат посветли кога не се под напон, затоа што човечкото око е почувствително на нијанси на темно отколку на нијанси на светло. Ваквите екрани може да бидат направени и со паралелни поларизирачки филтри, при што светлите и темните состојби им се обратно поставени. Кога не се под напон, ваквите екрани изгледаат како прошарени поради малите разлики во дебелината на пикселите. Двата слоеви, и течните кристали и поларизирачките филтри, содржат јонски компоненти. Ако електродите се под напон подолг период, јоните од другите слоеви се лепат на нив и се намалува функционалноста на екранот. Ефектов се избегнува или со употреба на наизменична струја или со промена на половите на електродите пред пуштање во функција, што не го променува правецот на подредба на молекулите.
Кај екраните со многу пиксели технички е невозможно да се доведат посебни електроди за секој пиксел, па затоа електродите се групираат во редови. Предните електроди се групирани во вертикални, а позадинските во хоризонтални редови. Секој ред добива засебен напон. На едната страна електродите примаат влезен напон, а на другата примаат излезен напон. Групите се така дизајнирани за секој пиксел да прима комбинација од влезен и излезен напон, додека програмите што го контролираат напојот го претвораат излезниот напон во секвенци, па така го напојуваат секој пиксел поодделно.
Особености Суштествени одлики кои треба да се спазат при проценка на ЛЦД-екран:
Резолуција: Големината на екранот (хоризонтално и вертикално) изразена во број на пиксели, на пример 1920х1080. За разлика од катодните, LCD-екраните имаат вградена резолуција за да постигнат подобар визуелен ефект. Ширина на фугите: Растојанието меѓу централните точки на два соседни пиксели. Колку помало е растојаниево, толку поостра и поквалитетна е сликата. Вертикалните и хоризонталните фуги најчесто се исти. Величина: Должината на LCD-екранот мерена во дијагонала. Овој дел од екранот е попознат како активен дел. Време на доцнење: Минималното време неопходно за пикселот да ја промени својата боја или светлост. Времето на доцнење се дели на осветлувачко и затемнувачко. Кај LCD-екраните тоа се мери според таканареченото „од црно до црно“ или „од сиво до сиво“. Но ваквите различни стандарди за мерење ја отежнуваат проценката. Време до приказ (прикажување): Временскиот интервал од мигот кога екранот ја добива сликата до мигот кога истата се појавува на него. Ваквото доцнење најчесто е предизвикано од внатрешни обработки на сликата, како промена на величината, намалување на шумот, приспособување на деталите, како и понапредни техники од типот на додавање на „меѓуслики“. Времето до прикажување може да достигне до 4 прикажани слики / 4 fps. (обично се прикажуваат по 24 слики во секунда) или до 67 ms. за слики со помала резолуција. Кај некои екрани и монитори е вграден посебен режим на работа за играње на видеоигри, кој ги избегнува ваквите обработки и ја прикажува сликата според својата резолуција. Стапка на освежување: Бројот на слики кои мониторот ги прикажува за време од една секунда. Бидејќи пикселите на мониторот не се исклучуваат и вклучуваат меѓу две прикажани слики, кај нив не постои трепкање на сликата без разлика колку е ниска стапката на освежување. Големите телевизорите со LCD-екран денес достигнуваат стапка на освежување до 240 Hz со што и се дава простор на обработката на слика да вметне „меѓуслики“ помеѓу постоечките, со цел да се подобри квалитетот на видео материјалот. Ваквата постапка е неопходна за новите видео материјали со висока резолуција и 24 слики во секунда (анг. High Definition). Понекогаш високата стапка на освежување не може да се достигне поради потребното време до прикажување, а тоа повлекува дополнително време за обработка на сликата. Тип на матрица: Активна (или на анг. TFT) и Пасивна. Агол на гледање: или попознат како правец на гледање. Боја: Колку бои поддржува (на англиски попозната како color gamut). Светлост: Количеството на светлина произведена од екранот. Контраст: Разликата во заситеноста меѓу најсветлите и најтемните бои произведени од екранот. Размер на графички приказ: Размерот помеѓу ширината и висината на екранот (на пример 4:3, 5:4, 16:9 или 16:10). Влезни приклучоци (на пример DVI, VGA, LVDS, стандардна порта за монитор, па дури S-Video и HDMI). Исправка на гама-осветлувањето.
Кратка историја
Во 1888 г.: Фридрих Рајницер (1858-1927) го открива својството на холестеролот добиен од моркови да ствара течни кристали. Тие имале две точки на топење и произведувале бои. Ова свое откритие тој го објавил на состанокот на виенското хемиско друштво на 3 мај 1888 година. 1904 г.: Ото Лехман го издава своето дело “Flüssige Kristalle” (Течни кристали). 1911 г.: Чарлс Маугуин прв прави експерименти со течни кристали затворени меѓу две проводнички плочи. 1922 г.: Џорџ Фридел ја опишува структурата на течните кристали и ги класифицира во 3 типа: нематски (анг. nematics), смектични (анг. smectics) и холестерични (анг. cholesterics). 1936 г.: Маркони Вајрлес телеграф компани (Marconi Wireless Telegraph company) прва ја патентира направата наречена „Светлосен вентил од течни кристали“. Во 1962 година е објавено првото дело на англиски јазик кое се осврнува на технологијава “Molecular Structure and Properties of Liquid Crystals” (Молекуларната структура и својства на течните кристали) од Џорџ В. Греј. 1962 г.: Ричард Вилијамс од Радио корпорацијата на Америка, открива дека течните кристали имаат интересни електро-оптички својства и го пронаоѓа електро-оптичкиот ефект откако исцртува шари врз тенок слој од течни кристали со помош на ел. напон. Ефектов настанува поради елкро-хидродинамичката нестаблиност во кристалите и денес се нарекува Вилијамсови домени. 1964 г.: Џорџ Х. Хајлмајер, кој работел на ефектот на Вилијамсовите домени во лабораториите на RCA, со помош на ел. поле постигнал промена на боите кои ги произведуваат кристалите, преку преориентирање на двохроничните бои на хомеотропски ориентираните течни кристали. Практичните проблеми при овој процес го натерале Хајлмајер да работи на оптичко-распрскувачките ефекти на течните кристали и на крајот го создал првиот функционален екран од течни кристали заснован на она што тој го нарекол Режим на динамичко распрскување (анг. dynamic scattering mode) или DSM екран. Кај ваквите екрани, проѕирниот екран под напон ја менува бојата во млечномаглива бела боја. DSM екраните можеа да функционираат во проѕирен или рефлективен режим, но за нивно функционирање било потребно поголемо количество на енергија. Џорџ Х. Хајлмајер бил примен во Националната легија на славни пронаоѓачи во САД за неговото откритие на LCD-екраните. Во 60-тите години од минатиот век, од страна на Кралската радарска служба на Обединетото кралство, била преземена истражувачка дејност која била клучна за создавањето на денешните LCD-екрани. Нивниот научен тим ја поддржал работата на научниот тим од Универзитетот Хал, предводен од Џорџ Греј, кој успеал да создаде течни кристали од цијанобифенил. Истите имале одлична стабилност и температурни својства за примена во LCD-екраните. На 4 Декември, 1970 година, ефектот на нематското извртување со помош на ел. поле бил патентиран од страна на компанијата Хофман-Ла Рош во Швајцарија, со Волфганг Хелфрих и Мартин Шат како изумители на истиот. Хофман-Ла Рош подоцна му издадва лиценца за производство на оваа технологија на Швајцарскиот производител Браун, Бовери и Ци (Brown, Boveri & Cie) кои произведувале екрани за рачни часовници за време на 70-тите. Истата лиценца ја добива и Јапонската електронска индустрија која наскоро ги произведува првите кварцни рачни часовници со вграден TN-LCD-екрани. Џејмс Фергусон кој работел во Сардари Аурора (Sardari Arora) и Алфред Сауп од Институтот за течни кристали при државниот Универзитет во Кент во државата Охајо, поднеле барање за регистрација на идентичен патент во САД на 22 април 1971 година. Во 1971 година компанијата на Фргасон, Иликско (ILIXCO) го произведува првиот LCD-екран заснован на ефектот на нематско извртување (анг. TN-LCD display), чија продажба ја надминува продажбата на екраните со динамичко распрскување на светлината, поради нивната помала потрошувачка на ел. енергија. 1972 г.: Првиот LCD екран со активна матрица бил произведен во САД, од страна на Т. Питер Броди. 2007 г.: Во четвртиот квартал од 2007 година, продажбата на LCD-екраните за првпат ја надминува продажбата на катодните екрани.