LCD TV

Története

A szilárd kristályos anyagok belső szerkezete rendezettséget mutat, míg a folyadékok belső szerkezetére a belső rendezetlenség a jellemző. 1888-ban egy Friedrich Reinitzer nevű osztrák botanikus észrevette, hogy az általa előállított észternek különös módon két olvadáspontja van. A folyadékkristály elnevezés azonban Otto Lehmanntól származik, aki mikroszkóp alatt vizsgálta meg ezeket a vegyületeket.

A folyadékkristályok tehát már a 19. század végén ismertek voltak, de a kijelzőkben való használatra az 1960-as évek elejéig nem került sor. A princetoni David Sarnoff kutatóközpont tudósai jöttek rá, hogy folyadékkristály segítségével a rajtuk áthatoló fény egyes tulajdonságai megváltoztathatók. Később – még ebben az évtizedben – ugyanitt készültek el a folyadékkristályos kijelzők prototípusai is. 1968-ban készülhetett el az első működőképes LCD , de a hétköznapi használat még tovább váratott magára. Az első elfogadható minőségű és valóban használható LCD-kijelzőt a James Fergason által vezetett ILIXCO cég készítette el a 70-es évek elején. Először karórákban alkalmazták tömegesen.

A korai LCD-k természetesen rossz minőségű, kezdetleges kijelzők voltak. Csupán előre-definiált alakzatokat tudtak megjeleníteni 2 állású (monokróm) üzemmódban, tehát nem voltak képesek árnyalatok megjelenítésére. Ilyen tudású LCD-kijelzők a mai napig nagy számban láthatók ott, ahol az olcsóság és az alacsony fogyasztás a fontos: karórákban, mobiltelefonokban, híradástechnikai és háztartási eszközökben stb. Még sokáig sorolhatnánk az alkalmazási területeket, ahol jelenleg találkozhatunk a korai LCD-panelekhez hasonló tudású monokróm kijelzőkkel.

korai lcd

A később megjelenő, képpontmátrix alapú LCD-k nagyon gyorsan igen népszerűvé váltak azokon az alkalmazási területeken, ahol az LCD minimális helyigényére és relatív alacsony fogyasztására volt szükség. A hordozható számítógépek a kezdetektől LCD-kijelzőkkel működtek és ez a mai napig változatlan, csupán a kijelzők minősége egyre jobb. A gyártási technológia fejlődése mára lehetővé tette, hogy az LCD-alapú képernyők színesek, nagy felbontásúak legyenek, továbbá a korai modellekhez képest jóval nagyobb képméretet és sokkal jobb képminőséget biztosítsanak.

A folyadékkristályok

A folyadékkristályok titka molekuláik hosszúkás szerkezetében rejlik. Melegítéskor ezért a kristályok nem veszik fel azonnal a rendezetlen, a folyadékokra jellemző alakot, hanem a két struktúra közötti állapotok is kialakulnak. Ezekben az állapotokban érdekes jelenségekkel találkozhatunk. Így például a folyadékkristályok különböző hőmérsékleten különböző színűek lehetnek. Ezen a jelenségen alapszik a folyadékkristályos hőmérő működése is.

A hosszú szerves molekulákból álló folyadékkristályok szerkezetükből adódóan kiralitást mutatnak, azaz a rajtuk áthaladó polarizált fény síkját képesek elforgatni. A királis molekulák sok szempontból érdekesek, mi sem bizonyítja ezt jobban, mint az, hogy a 2001. évi kémiai Nobel-díj is ezen vegyületekhez kapcsolódik. Hőmérséklet vagy elektromos feszültség hatására megváltozhat a folyadékkristály molekuláinak szerkezete, így a polarizált fénnyel való kölcsönhatásuk is. Az egyik legelterjedtebb alkalmazás a folyadékkristályos kijelző (LCD – liquid crystal display), mely megtalálható a számológépekben, órák, számítógépek és sok más hétköznapi eszköz kijelzőjén.

Az LCD működése

Az LCD (liquid crystal display), azaz a folyadékkristályos kijelző lelke egy folyadékristály réteg, melyen polarizált fény halad keresztül.

A látható fény (nem polarizált) először áthalad egy ún. polárszűrőn, ennek következtében az polarizálódik (a fény rezgései csak egy síkban történnek). Az ember szabad szemmel nem tudja megkülönböztetni egymástól a polarizált és a nem polarizált fényt.

A kijelzőben az immár polarizált fény áthalad a folyadékkristályt tartalmazó rétegen, melyet két elektród közé helyezünk. Az áthaladás után a polarizált fény síkja 90 fokkal elfordul a folyadékkristállyal való kölcsönhatás következtében. Amennyiben feszültséget kapcsolunk a folyadékkristályos rétegre, akkor nem a polarizált fény síkja nem fordul el.

A különleges rétegen áthaladó polarizált fény ismét egy polárszűrőre esik, melyen csak akkor halad át, ha a fény síkja a fentire merőleges. Ha áthalad rajta, akkor az alul elhelyezkedő tükörről visszaverődve a kijelzőn világosságot látunk. Amennyiben a folyadékkristályos rétegre, vagy annak egy részére feszültséget kapcsolunk, a kijelzőn sötétséget észlelünk. A folyadékkristályos réteg kiképzésétől függően számokat, betűket, rajzokat is meg lehet jeleníteni a kijelzőn.

Alapelvek

Az LCD-képernyők alapja egy elektromos áram vezetésére alkalmas kristályos anyag, amely a folyékony és a szilárd halmazállapot között ingadozik. A folyadékkristályok általában hosszú, egyenes, pálcika alakú molekulák, amelyek szívesen sorakoznak fel egymás vagy bármi más mellé, amit maguk körül találnak. Ha egy folyadékkristály-réteget barázdás üveglapok közé teszünk, akkor a molekulák a barázdák mentén helyezkednek el. Ha az egyik lapot 90 fokkal elforgatjuk, a laphoz közeli molekulák újra elrendeződnek, és merőlegesek lesznek a másik laphoz közeli molekulákra. A két lap között a kristályrács többi része negyedfordulatnyi csavart ír le. Az így kapott lapka a rajta áthaladó fény polarizációs síkját 90 fokkal elforgatja. A kijelzőkben használt folyadékkristályok molekuláinak egyik vége egy kissé pozitív, a másik egy kissé negatív töltésű. Ha az üveglapokra egy kis feszültséget kapcsolunk, a molekulák ennek megfelelő helyzetet vesznek fel, és a folyadékkristály már nem forgatja el az áthaladó fény polarizációs síkját. Ha a feszültséget lekapcsoljuk, a rács visszatér az előző állapotába.

A kijelző készítésekor az üveglapokat olyan lineáris polarizációs szűrőkkel egészítik ki, amelyek egymással derékszöget zárnak be. A beérkező fényt az első szűrő polarizálja, a folyadékkristály 90 fokkal elforgatja, majd a fény áthalad a második szűrőn, és kilép a másik üveglapon. Ha feszültséget kapcsolunk a kijelző elektródájára, a beérkező fény anélkül halad át a folyadékkristályon, hogy az elforgatná a polarizációs síkot, ezért nem tud áthatolni a második polarizációs szűrőn. Az eredmény: az elektródák által lefedett felületen a kijelző elfeketedik.

A fenti módszerrel egyszerű, monokróm háttér-világításos LCD-kijelző készíthető. Ha a lapka aljára fényvisszaverő réteg kerül, akkor a kijelző háttérvilágítás nélkül működhet, de ilyenkor a kapott kép kontrasztja már jelentősen gyengül, és sötétben nem használható.

A korszerű színes LCD-megjelenítők (tévék, monitorok) a fentiekben ismertetett alapelven működnek, de felépítésük jóval bonyolultabb. A kijelző képpontjait a szokásos RGB-színkeverés alapszíneire osztott alképpontok (sub-pixelek) alkotják. Az egyes alképpontok alapszíne a felettük elhelyezett színszűrővel határozható meg. Az alképpontokhoz tartozó elektródákon közölt feszültség finom adagolásával árnyalatok megjelenítésére képes a kijelző. A mai, aktív mátrixos LCD-kijelzők alképpontjai 256 különböző árnyalatra képesek, elviekben pedig 16 millió különböző színárnyalat elektronikus megjelenítésére van lehetőség.

Az LCD-alapú megjelenítők gyakorlatilag egyeduralkodónak tekinthetők a lapos kijelzők piacán.Mai, modernizált életünkben elkerülhetetlen, hogy LCD-kijelzőkkel találkozzunk. A legkomolyabb tudással a számítógép-monitorok és az újabban egyre népszerűbb LCD tévék paneljei büszkélkedhetnek. Ma már egyes modellek elérik a 800:1 on/off kontrasztot – ami LCD-viszonylatban egészen jó eredmény -, felbontásuk akár meghaladhatja a HDTV-megjelenítéshez szükséges 1920×1080 képpontot, a legnagyobb képátló pedig megközelíti a 120 centis méretet. Mivel az utóbbi években a folytonos fejlődés mellett a megjelenítők ára folyamatosan csökkent, az LCD-monitorok az asztali számítógép-monitorok piacára hatalmas lendülettel törtek be. A televíziós képernyőként használt LCD-k még kevésbé népszerűek a nagyméretű panelek magas árai miatt, de ha a fejlődés és az árak csökkenése a mostani ütemben halad, akkor az LCD valószínűleg ezen a területen is felzárkózik.

Előnyök, hátrányok

Az LCD-panellel épített monitorok és tévékészülékek vitathatatlan előnye, hogy helytakarékosak, elegáns megjelenésűek, laposak, könnyűek és alacsony fogyasztásúak. Az LCD-k nagy fejlődésen mentek keresztül a hosszú évek alatt, de mindig vannak megoldandó nehézségek. Igaz ugyan, hogy a CRT-megjelenítőkkel szemben itt nem tapasztalhatók a megszokott konvergenciai, geometriai és beégési gondok, de néhány szempontból képminőségben még a legújabb LCD-monitorok is jóval elmaradnak CRT-s társaiktól.

Az egyik legnagyobb probléma az, hogy mivel a panel fedettsége nem eléggé magas, ezért a háttérvilágítás a teljesen zárt állapotú LCD-panelen is túlzottan átvilágít, így a készülék on/off-kontrasztja nem lesz kellőképpen magas. Emiatt az LCD-kijelzők fekete-megjelenítése még most is gyenge. Ez főleg grafikai alkalmazások, valamint videolejátszás terén jelenthet gondot. LCD-t házimozi-megjelenítőként vagy tévékészülékként használva gyakran találkozunk rosszul bevilágított, sötét jelenetekkel. Ilyen esetekben gyakori, hogy a kijelző „feketéje” jól láthatóan világít, a képnek nincs mélysége, a látvány alacsony kontrasztú lesz.

A legújabb LCD-k pixelei már elégségesen gyors válaszidővel rendelkeznek, ezért a mozgókép elmosódása manapság már ritkán jellemző, de még mindig gondot jelent, hogy a kép csak bizonyos látószögön belül jó igazán. Oldalról vagy felülről nézve a kép elszíneződhet, jelentősen veszíthet kontrasztosságából. Bár az LCD kijelzők a színmegjelenítésben is sokat fejlődtek, még mindig gyakran látni tolakodó, túl élénk színvilággal ellátott készülékeket.

A fentieken túl egyéb apróságokat is el kell viselnünk, ha LCD-kijelzős megjelenítőt használunk. Ilyenek az esetleges pixelhibák (világító és halott pixelek), a háttérvilágítás egyenetlenségéből adódó képhomogenitási gondok, a homogén felületeken megjelenő enyhe Fixed Pattern Noise (egy helyben álló zaj), esetenként lassú pixelválaszidő miatti mozgókép-utánhúzás. Fontos ezeken felül megemlíteni, hogy az LCD tévék esetében a képminőség nem csak a panel tudásától függ. A digitalizáló és képfeldolgozó áramkör, a deinterlacer/scaler minősége jelentősen befolyásolhatja a végeredményt. Nem egyszer találkoztunk már olyan LCD tévével, amelynek esetében a rossz videó-feldolgozás sokat rontott a végeredményen.

Mindezen hibák ellenére az LCD tévék és monitorok használata egyáltalán nem ellenszenves, hiszen a villogásmentes kép és a minimális elektromágneses sugárzás ergonómiai szempontból fontos érvek a CRT-megjelenítőkkel szemben. Amennyiben pedig nagy felbontású képek megjelenítésére, esetleg HDTV-megjelenítőre van szükségünk, mindenképp érdemes kipróbálni egy-egy újabb készüléket, hiszen a 16:9 képarányú modellek magas felbontása (legtöbbször 1280×720 vagy 1280×768) kiválóan alkalmas a HDTV videokép megjelenítésére.Az LCD televíziók esetében is önálló képpontok pixelek adják a képet. Ezek szintén két áttetsző lap között helyezkednek el, azonban nem nemesgázzal vannak megtöltve, mint a plazma TV-k, hanem folyadékkristályokkal. Ezek a kristályok adják a technológia nevét is Liquid Crystal Display.

Fehérszínű háttérmegvilágítása folyamatosan, többé-kevésbé állandó intenzitással sugárzik a hátsó táblaüvegre. Mivel a technológia különböző, a plazma és LCD televíziók a képek megjelenítésénél másként viselkednek.

Ennek fő oka az, hogy a képük sokkal szebb valamint sok nagyon hasznos funkcióval rendelkeznek a készülékek. A digitális technika fejlődésének köszönhetően, az LCD tv sok fejlődésen ment át, és egyre jobb minőséget valamint élményt biztosít. Az árak egyre alacsonyabbak, szóval elérhető áron megvásárolható egy-egy LCD tv. Persze itt is vannak alsóbb és felsőbb kategóriás készülékek. A legkedveltebb gyártók egyébként az LG, a Samsung, a Toshiba, a Sony, Philips és a Panasonic készülékek.

Fő fogalmak

Mielőtt a készüléket megvásárolnánk nem árt pár fogalommal tisztában lennünk. Mint pl, HD, Full HD, HD-ready, HDMI, felbontás, színmélység, kontrasztarány stb. Akkor kezdjük az LCD tv felbontásával. Manapság két típusú szabvány az elterjedt leginkább. Az felbontása lehet 720p, amely 1280*720 pixelt jelent a képernyőn, ez a HD minőség is, a másik pedig az 1080p amely 1920*1080 képpontot jelent. Az 1080i az interlaced felbontás amely azt jelenti hogy váltósoros és egyszerre csak a páratlan vagy a páros sorokat rajzolja ki a képen. Tehát 1920*540-es pixelszámról beszélünk ezen esetben. Ha egy LCD tv valóban FULL HD akkor azonban tudni kell az 1080p-s felbontást mindenképpen. A HD felbontás is remek egyébként, ezen LCD TV-k ára olcsóbb is,a FULL HD azonban még nagyobb élményt nyújt, ezen készülékek ára azonban magasabb. A megjelenítendő kép aránya 16:9-es arányú szokott lenni, ez az alapszabvány általában, a megszokott 4:3-as arány helyett.

A kontraszt arány is egy fontos tényező az LCD tvk-nél. Ennek jelentése a kép sötét és világos pontja között a maximális fényerőeltérés mértéke. A CCFL Háttér megvilágosítású LCD tvk-nél ezen érték 1000: és 2000:1 szokott lenni. A felső kategóriás Tv modelleknél ez az arány elérheti azonban a 3000:1, 5000:1, 10000:1, 30000:1 értékeket is. A dinamikus kontrasztú tv -nek a hátránya az ha a filmben fényerő változik, a TV készülék igyekszik majd a neki megfelelő fényerőre állítani a háttérvilágítást, ami sajnos észrevehető lesz, függően az LCD TV típusától és technikai megoldásától. Ezt a LED háttér világosítással lehet kiküszöbölni, amikor tehát nem fénycsövek, hanem sok sok kis LED-panel adja a háttérfényt a tv-ben. Ezek fényereje külön külön is szabályozható.

Az LCD tv-k fényerejének mutatója a candela (cd). A készülékek fényereje lehet pl. 400-650 cd/m2. A különbség nem nagy a két érték között. Ha a készülék fényereje túl nagy akkor azonban kissé zavaró képet adhat. A fényerő tehát azt jelenti, hogy kijelző mekkora fénnyel képes maximumon világítani. A betekintési szög, az az hogy mekkora szögből nézhetünk rá úgy a kijelzőre, hogy annak színei és kontrasztaránya szinte nem változik még semmit. Ha pl. oldalról nézzük kissé a tévét, és a betekintési szöge alacsony a kijelzőnek, akkor a kép minősége már kevésbé lesz szép. A TN+film paneles technikájú LCD-k esetén 25-35%szögből is jó képet ad kijelző.

Digi tuner (DVB-T):ez egy olyan tuner amely a digitális adás vételéhez szükséges, egyes gyártók azonos szériájú készülékeiket árulják beépített digi tunerrel, és valamivel alacsonyabb áron a nélkül is. Napjainkban itthon 2013 október 31-től mindenki számára hozzáférhető, hét ingyenes csatornával . Az LCD tv összeköthető a számítógéppel is, amelyet a HDMI összekötés tesz lehetővé, ami nem más mintegy olyan összekötés a számítógép és az LCD között amely által a videó kártyák drivere alapból tudni fogja a TV által szolgáltatott felbontásokat és különféle képfrissítési módokat.