LCD grafický displej

Pokud sedíte u ploché barevné LCD obrazovky monitoru, podívejte se silnou lupou na displej (ne na černou plochu). Při dostatečném zvětšení uvidíte, že obraz je složen s velkého množství malých barevných bodů (červená, modrá, zelená) z jejichž poměru svítivosti je složena výsledná barva a intenzita jednoho konkrétného bodu - pixelu plochy. Jeden pixel je tedy složen ze tří nezávisle ovládaných barevných zdrojů (bodů), subpixelů. Ne každý má v šuplíku potřebnou lupu, takže přistoupíme k standardnímu popisu.

Pixel - grafický bod

Pixel (picture element), bezrozměrný obrazový prvek, ve zkratce "px" je bodová jednotka používaná u grafických displejů. Pixel je jeden svítící bod na monitoru, displeji, kdy rozsvícením několika bodů je vykreslen (zobrazen) objekt, jako je alfanumerický znak nebo jiný grafický objekt. Podle provedení displeje může pixel svítit/nesvítit u monochromatického podání nebo může být částečně rozsvícen, kdy vytváží stupně odstínu. U barevného podání pak v poměru základních barev RGB (nebo CMYK) emituje/propouští světlo odpovídající barvy a odpovídající intenzity. U monochromatických displejů je pixel nejmenším optickým prvkem celé plochy (která obsahuje tisíce i miliony pixelů), u barevných displejů je pixel tvořen ještě třemi subpixely, kdy každý odpovídá jedné základní barvě RGB. Barva subpixelu je definována jednoduše barevnou RGB maticí, kterou prochází bílé světlo z podsvícení.

Při porovnání počtu prvků v displeji: malý monochromatický displej 640x480 bodů obsahuje 307.200 pixelů, barevný displej obsahuje sice stejný počet pixelů ale ty jsou tvořeny celkem 921.600 subpixely. Pro ilustraci je monochromatický a násobnost barevného pixelu zobrazena na obrázku 1.

Obrázek 1
Pixel displeje monochromatický (nahoře), barevný (dole)

Popis k obrázku: v levé části je zobrazen obecný výřez displeje s lomenou čárou; ve střední části je zobrazeno vykreslení čáry rozdělené na pixely; v pravé části nahoře pak detail pixelu u monochromatického displeje a v pravé části dole detail pixelu pro barevné provedení s jednotlivými barevnými subpixely. Velikost subpixelů je tak malá a jsou umístěny tak těsně vedle sebe, že lidské oko není schopno rozlišit jednotlivé barevné plochy a výslednou barvu si složí z barevných bodů (v tomto případě bílou). Pokud bychom šli dál do detailu do provedení subpixelů, tak i tyto jsou tvořeny několika menšími elementy podle technologie výroby ale již stejné barvy. V podstatě to odpovídá pohledu na velkoplošný barevný LED displej, z velké vzdálenosti, kdy již nelze rozeznat jednotlivé LED diody.

STN - Super Twisted Nematic

Displejů na principu technologie STN je několik druhů: DSTN (Double STN), FRSTN (Fast Response STN), FSTN (Film compensated STN), FFSTN (Double film STN), MSTN (Monochrome STN) a CCSTN (Color Coded STN), dále se podíváme jen na dvě aplikační provedení.

MSTN

MSTN (Monochrome Super Twisted Nematic), je monochromatická pasivní LCD matice. Tento typ displeje byl vyvinut ve společnosti v Brown Boveri Research Center v Badenu (Švýcarsko) v roce 1983 a dlouhou dobu byl nejlepším systém pro multiplexování. Standardní TN LCD s rotací pouze 90° není však vhodný pro pasivní maticové řešení z důvodu nízkého kontrastu. Provedení STN pracuje s rotací od 180 - 270°, což již poskytuje vynikající podání obrazu, první prototyp byl velikosti 540x270 pixelů z roku 1984 a byl průlomem do dalšího rozvoje technologie.

CSTN

CSTN (Color Super Twisted Nematic) je již barevná verze STN podobná pasivní matici vyvinutá firmou Sharp Electronics v roce 1990. CSTN používá červené, zelené a modré filtry pro zobrazení barev ale mají pomalou odezvu a duchy (rozmazání). Další úpravy a vylepšení technologe, jako pozorovací úhel 140° a kvalitní barevné podání udržely toto provedení v aplikacích a užití i nadále, i když odezva 100 ms je stále větší než u TFT displejů (< 8ms), ale výrobní náklady jsou cca poloviční oproti provedení TFT. Novější pasivní maticové technologie High-Performance adresování (HPA) již nabízí lepší dobu odezvy a kontrast než CSTN.

TFT - Thin Film Transistor

TFT (Thin Film Transistor) je konstruován s použitím specielních tenkých unipolárních tranzistorů (s izolovaným hradlem IGFET, MISFET), nanesením tenké aktivní polovodičové vrstvy, dielektrické vrstvy a kovových spojů na nosný ale nevodivý substrát. Nejčastěji se používá sklo, protože primární aplikace je využití kapalných krystalů a tím se liší od klasického tranzistoru, kde se jako substrátu využívá křemíku, vývoj provedl Paul K. Weimer na počátku roku 1960 v RCA Laboratories.

Vstvení displeje je podobné jako STN ale s konstrukčním rozdílem (horní vertikální polarizační filtr, skleněná vrstva, barevná RGB maska, horní elektroda, horní polymerní vsrtva, distanční vrstva, dolní polymerní vrstva, horizontální a vertikální (řádková a sloupcová) matice vodičů, dolní skleněná vrstva, dolní horizontální polarizační filtr).

Reference:

LCD - STN:
• Kelly, Stephen M. (2000). Flat Panel Displays: Advanced Organic Materials. Royal Society of Chemistry. pp. 115–117. ISBN 0-85404-567-8.
• European Patent No. EP 0131216: Amstutz H., Heimgartner D., Kaufmann M.,Scheffer T.J., "Flüssigkristallanzeige," October 28, 1987.
• T.J. Scheffer and J. Nehring,"A new highly multiplexable LCD," Appl. Phys. Lett., vol. 45, no. 10, pp. 1021–1023, November 1984
LCD - TFT:
• Paul K. Weimer: The TFT A New Thin-Film Transistor. In: Proceedings of the IRE. Band 50, Nr. 6, 1962, S. 1462–1469, doi:10.1109/JRPROC.1962.288190.
• Kanicki, Jerzy (1992). Amorphous & Microcystalline Semiconductor Devices Volume II: Materials and Device Physics. Artech House, Inc. ISBN 0-89006-379-6.