Skystųjų kristalų ekranas (LCD) – tai plonas, plokščias skydelis, kuris pats šviesos negamina, bet leidžia pro save praeiti arba blokuoja šviesą. (Skirtingai nei šviesos diodas, jis nėra savaiminis šviesos šaltinis.) Ekranas sudarytas iš daugelio mažų elementų (pikselių), o kiekvienas pikselis gali užimti įvairias formas ir dydžius. Pikseliai pripildyti skystųjų kristalų, kurių optinės savybės keičiasi priklausomai nuo elektrinio lauko – taikant įtampos impulsą, skystieji kristalai gali keisti savo orientaciją ir taip leisti arba blokuoti praeinančią šviesą. Skystųjų kristalų ekranai dažnai sutrumpintai vadinami LCD.

Kaip tai veikia (supaprastintai)

  • Ekrano gale arba už jo yra šviesos šaltinis (foninis apšvietimas) arba ekran leidžia naudoti aplinkos šviesą.
  • Šviesa praeina pro pirmąjį poliarizatorių, tada pro skystųjų kristalų sluoksnį, kurių orientacija priklauso nuo pritaikytos įtampos.
  • Skystieji kristalai keičia praeinančios šviesos polarizaciją; antras poliarizatorius arba leidžia šiai šviesai išeiti, arba ją užblokuoja – taip susidaro šviesūs arba tamsūs pikseliai.
  • Norint gauti spalvas, kiekvienas pikselis suskaidomas į tris subpikselius su spalvų filtrais – raudonu, žaliu ir mėlynu (RGB).

Pagrindinės konstrukcijos dalys

  • Du ploni stikliniai substratai su laidžiais šviesą praleidžiančiais elektrodais (dažnai padengtais ITO).
  • Skystųjų kristalų sluoksnis, esantis tarp substratų, kurio molekulės orientuojamos specialiomis poliravimo dangomis.
  • Poliarizatoriai – vienas priekinis ir vienas galinis, reikalingi kontroliuoti praeinančios šviesos polarizaciją.
  • Spalvų filtrai subpikseliams (RGB), kurie sudaro vaizdo spalvas.
  • Valdymo elektronika – pasyviniai arba aktyviniai tinkleliai (pvz., TFT) leidžiantys valdyti kiekvieną pikselį atskirai.
  • Foninis apšvietimas – LED arba CCFL, arba ekrano konstrukcija gali būti perduodamojo tipo (naudojanti išorinę šviesą).

LCD tipai

  • TN (Twisted Nematic) – greitas reagavimas, pigesni, bet ribotos žiūrėjimo kampų ir spalvų atkūrimo galimybės.
  • IPS (In-Plane Switching) – geresni žiūrėjimo kampai ir spalvų tikslumas, plačiai naudojami monitoriuose ir planšetėse.
  • VA (Vertical Alignment) – aukšta kontrasto vertė, gilūs juodi atspalviai, bet gali būti vidutinis reagavimo laikas.
  • Pasyvinis vs aktyvinis valdymas – senesni pasyviniai (matriciniai) ekranai tinka paprastiems rodmenims (pvz., skaitmeniniai laikrodžiai), o šiuolaikiniai aktyvūs TFT ekranais užtikrina greitą, aukštos raiškos vaizdą.

Foninis apšvietimas

LCD ekranai savaime neskleidžia šviesos, todėl jie dažnai turi įmontuotą foninį apšvietimą. Tai gali būti:

  • LED – šiuolaikinis sprendimas (kraštinis arba tiesioginis apšvietimas), taupo energiją ir leidžia geresnį ryškumą bei kontrastą.
  • CCFL (šaltojo katodo fluorescencinė lemputė) – anksčiau plačiai naudotos, bet reikalauja daugiau energijos ir gali turėti šiek tiek mažesnį kontrastą.
  • Atspindžiuojantis arba transflective dizainas – kai ekrano konstrukcija leidžia naudoti ir aplinkos šviesą (pvz., laikrodžiai, kišeninės skaitmeninės priemonės).

Privalumai ir trūkumai

  • Privalumai: plonos konstrukcijos, mažesnis energijos suvartojimas nei CRT, didelės raiškos galimybės, plačiai pritaikomi (telefonai, monitoriai, televizoriai).
  • Trūkumai: nėra tobulo juodo fono (ypač senesni modeliai), riboti žiūrėjimo kampai (priklausomai nuo tipo), galimas judesio suliejimas dėl riboto reagavimo laiko, priklausomybė nuo foninio apšvietimo.

Pritaikymas ir panaudojimo sritys

Skystųjų kristalų ekranai dažnai naudojami baterijomis maitinamuose prietaisuose, pavyzdžiui, skaitmeniniuose laikrodžiuose ar skaičiuotuvuose, nes kai kuriems tipams nereikia stipraus apšvietimo ir jie sunaudoja mažai elektros energijos. Taip pat LCD yra plačiai naudojami kompiuterių monitoriuose, televizoriuose, išmaniuosiuose telefonuose ir kitose prietaisų grupėse. Daugelis ekranų veikia puikiai, kai aplink yra pakankamai šviesos (transmisiniai arba refleksiniai dizainai), tačiau daugelyje vartotojo prietaisų papildomai montuojamas foninis apšvietimas.

Keletas techninių pastabų

  • Atsako laikas (ms) – svarbu vaizdo judesiams; mažesnis laikas reiškia mažiau judesio suliejimo.
  • Raiška ir pikselių tankis – lemia vaizdo aštrumą; didesnis PPI skirtas mažesniems atstumams (pvz., telefonams).
  • Kontrastas – nurodo skirtumą tarp šviesiausio ir tamsiausio taško; VA panelės dažnai turi aukštą kontrastą.
  • Spalvų gylis ir filtrų kokybė – svarbios profesionaliam vaizdo apdorojimui ir fotografijai.
  • Aplinkos sąlygos – stipri saulės šviesa gali sumažinti matomumą, jei foninis apšvietimas nepakankamas.

Priežiūra ir aplinkosauga

LCD ekranai paprastai nereikalauja daug priežiūros – reikia vengti stipraus mechaninio poveikio, ilgo veikimo aukšta temperatūra ir tiesioginių smūgių. Senesnėse įrangoje su CCFL foniniu apšvietimu gali būti naudojamas gyvsidabris, todėl (remonto ar utilizacijos atveju) reikėtų paisyti atliekų tvarkymo taisyklių.

Apibendrinant, LCD yra plačiai paplitusi ekrano technologija dėl savo plonumo, galimybės rodyti aukštos raiškos vaizdą ir santykinai mažo energijos suvartojimo. Vis dėlto sprendžiant, ar pasirinkti LCD, verta atsižvelgti į tokias savybes kaip kontrastas, žiūrėjimo kampai ir foninio apšvietimo tipas.