Kristal likidozko pantaila

Kristal likidozko pantaila edo LCD (ingelesez: Liquid Crystal Display) pantaila mehe eta lau bat da, eta hainbat pixelez osatuta dago, hauek argi-iturri baten aurrean jarrita egoten dira. Normalean pilak erabiltzen dituzten dispositibo elektronikoetan erabiltzen da, energia elektriko gutxi erabiltzen duelako.

LCD baten pixel bakoitza bi elektrodo garden eta bi iragazki polarizaturen artean molekulak lerrokatuta egotean datza.

Kristal Likidozko materialekin kontaktuan dauden elektrodoen gainazala, kristal likidoen molekulak noranzko jakin batean jartzeko tratatua dago. Tratamendu hau normalean polimerozko geruza mehe batean aplikatu daiteke, eta oihal batekin igurtzita egoten da, beti noranzko berean, eta lerrokatzearen noranzkoa horren araberakoa izango da.

Eremu elektrikoaren aplikazioa baino lehen kristal likidoaren molekulak gainazalaren moldaketak zehaztuta dago. Twisted nematic, TN (kristal likidoen artean gailurik ohikoena) gailu batean, bi elektrodoen gainazalaren lerrokatzea bien artean perpendikularra da. Materiala kristal likido birrefringentea denez, iragazki polarizagarrian zehar pasatzen duen argia biratzen da kristal likidoko geruzan zehar, horrela polarizatutako bigarren iragazkitik pasatzea baimenduz. Lehen iragazki polarizagarriak argi intzidentearen erdia xurgatzen du, baina gainontzean muntaketa guztia gardena da.

Elektrodoen bidez tentsio bat ematen denean, bira-indar batek orientatzen ditu kristal likidoko molekula paraleloak eremu elektrikora, non egitura helikoidala (hau jasan daiteke, molekulak azaleretara mugatuta daudenez gero, indar elastikoei esker) distortsionatzen duten. Honek argi intzidentearen polarizazioaren txandakatzea txikiagotzen du, eta gailua gris agertzen da. Aplikatutako tentsioa behar bezain handia bada, geruzaren zentroko kristal likidoko molekulak ia guztiz zabalduta dira eta argi intzidentearen polarizazioa ez da biratua, kristal likidoko geruzan zehar pasatzen delako. Argi hau, batez ere, bigarren iragazkiaren perpendikularki polarizatuko da, eta horregatik blokeatuko da eta pixela beltz agertuko da. Pixel bakoitzeko kristal likidoko geruzan zehar emandako tentsioaren kontrolagatik, gris-tonu desberdinak izanez, argia kantitate desberdinen bidez pasatzea baimentzen da.

Tentsioaren egoerako twisted nematic (TN) gailu bateko efektu optikoak, mendekotasun txikiagoa du gailuaren lodiera aldaketetan konpentsazio-tentsioaren egoeran baino. Honengatik, gailu hauek gurutzatutako polarizatzaileen artean erabili ohi dira, zeinek tentsiorik gabeko brillanteak diruditen (begia brillantean baino askoz sentiberagoa da egoera iluneko aldaketekin ). Gailu hauek paraleloan ere funtziona dezakete polarizatzaileen artean, zeinen kasuan argia eta iluntasuna alderantzikatutako egoerak diren. Konfigurazio honen egoera iluneko konpentsazio tentsioa gailu guztiko lodiera aldaketa txikiengatik gorrituta agertzen da. Bai kristal likidoko materialek, bai lerrokatze-geruzakoek konposatu ionikoak dauzkate. Polaritate jakineko eremu elektrikoa luzatutako aldi batean ematen bada, material ioniko hau azalerarantz erakartzen da eta gailuaren errendimendua degradatzen da. Hau saihesten saiatzen da, korronte alternoko aplikazioaren bitartez edo gailura (kristal likidoko geruzaren erantzuna berdin-berdina da, aplikatutako alorren polaritateko independenteki) zuzenduta dagoen eremu elektrikoaren polaritatearen inbertsioagatik.

Gailu batek pixel-kopuru handia behar duenean, gailu bakoitza zuzenki gidatzea ez da bideragarria, horrela pixel bakoitzak elektrodo-kopuru independentea behar izaten baitu. Ordea, pantaila multiplexada da. Multiplexadako pantaila batean, pantaila alboko elektrodoak kableekin batera elkartzen dira (zutabeetan normalean), eta talde bakoitzak bere tentsio-iturria du. Bestalde, elektrodoak ere (ilaretan normalean) elkartzen dira, talde bakoitzak hustubide-tentsio bat lortzen duelarik. Taldeak pixel bakoitzak iturri eta hustubideetako eskainitako konbinazio bakar bat izateko diseinatuak daude. Kontrolatzen dituen zirkuitu elektronikoak edo software-ak, hustubideak segidan aktibatzen ditu eta hustubide bakoitzaren pixelen iturriak kontrolatzen ditu.

Faktore hauek oso garrantzitsuak dira kristal likidoak ebaluatzerakoan:

Dimentsio horizontal zein bertikalak pixeletan adierazita daude. HD pantailek 1280x720 pixeletatik (720p) 3840×2160 pixeletarainoko (4K) bereizmena dute.

Alboan dauden bi pixelen zentruen arteko distantzia da. Zenbat eta txikiagoa izan puntuaren zabalera orduan eta irudi hobea izango da. Nahiz eta salbuespenak egon normalean puntuaren zabalera bai horizontalki eta bai bertikalki berdina izaten da.

LCD baten tamaina bere diagonalean neurtzen da eta hazbetetan adierazten da.

Pixel batek kolore batetik bestera aldatzeko behar duen denbora da.

Aktiboa, pasiboa eta erreaktiboa.

LCD bat ikusi ahalden angelurik handiena da, kalitatea galdu gabe. Pantaila berriak 178º-ko ikuspegi-angeluarekin datoz.

Kolore kantitatea, hau da, kolore sorta.

Pantailak luzatutako argi kantitatea, argitasuna ere esaten da.

Distiratsuenaren eta ilunenaren arteko erlazioa.

Zabaleraren eta altueraren arteko proportzioa.

Adibidez: Digital Visual Interface (DVI), Video Graphics Array (VGA), LVDS edo eta High-Definition Multimedia Interface (HDMI). Gaur egun jadanik ari dira USBaren puertoa erabiltzen pantailetan, honek argaztien, bideoen eta musikaren erabilpena onartzen du.

Friedrich Reinitzerrek (1858-1927) azenarioetatik ateratako esterolak kristal likidoak zirela konturatu zen, hau da, bi punturen bat-egitea eta kolore sorta aurkitu zituen; eta bere ondorioak Vienako Gizarte Kimikoan publikatu zituen 1888ko maiatzaren 3an.

Otto Lehmannek Kristal likidoak izeneko bere lana argitaratu zuen.

Charles Mauguinek kristal likidoen egitura eta propietateak deskribatu zituen.

Marconi Wireless Telegraph konpainiak teknologiaren lehenengo erabilera patentatu zuen, The Liquid Crystal Light Valve.

Erresuma Batuetako Royal radarrek kristal likidoen lan aintzindaria 1960ko hamarkadan egin zuen Malvernen. RRE taldeak George Grayren eta bere taldekideak Hullkeko unibertsitatea ari ziren lana sostengatu zuen.

Ingelesez egin zen lehen argitaratze garrantzitsuena, gai honi buruz: Molekulen egitura eta kristal likidoen propietateak, George W. Gray-k egina.

RCAko Richard Williams-ek hainbat kristal likidok elektro-optikoaren propietate interestagirri batzuk zituztela aurkitu zuen eta tentsioaren aplikazioagatik kristal likidozko material mehe batean elektro-optikoak eginiko efektuarekin konturatu zen. Efektu honen oinarria sortutako hidrodinamika ezegonkorra da, kristal likidoaren barneko Williams-en dominio ere deitua.

1964ko udazkenean George H. Heilmeier-ek, RCAren laborategietan Williamek aurkitutako efektuan ari zenean lanean, dikroikozko tinten egokitzapenak eraginda koloreen trukaketaz ohartu zen. Efektu berri honek arazo berriak sortu zituenez Heilmeierrek lanean jarraitu zuen kristal likidoen sakabanatze efektuak ikertuz. Azkenik, kristal likidozko lehenengo pantaila burutu zuen, berak deituriko sakabanatze dinamikoaren gainean (DSM). Tentsio batetik DSM gailu baterako aplikazioa aldatu egiten da kristal likido garden batetik geruza arre eta esne itxurako batera. DSM-a gailuek transmisioan eta gogoetan opera lezakete, baina korronte-fluxu nabarmena eskatzen dute bere funtzionamendurako.

1970eko abenduaren 4ean, kristal likidoetan twisted nematic eremuaren efektuaren patentea Hoffmann-LaRoche-k aurkeztu zuen Suitzan Wolfgang Helfrich eta Martin Schadt-ekin batera. Hoffmann-Rochek asmakuntza suitzako Brown, Boveri & Cie-ri eman zion, hau da, 1970 urteetan zehar erlojuetako gailuak egin zituen fabrikari. Japoniar industria elektronikoari ere eman zion eta honek laster sortu zuen kuartzoko lehenengo eskumuturreko erloju digitala. Erloju hau TN, LCD pantailak eta beste hainbat produktu erabiliz sortu zen. Kent State University-en, James Fergason-ek patente berdin-berdina aurkeztu zuen 1971ko apirilaren 22ko Estatu Batuetan. 1971n, Fergasonen ILIXCO konpainiak (gaur egun LXD Incorporated) TN efektuan oinarritutako lehen LCD-ak produzitu zituen. Honek kalitate txarreko DSM-ak ordezkatu zituen laster, eragiketa baxuagoko tentsio hobekuntza eta energia kontsumoaren murriztapena medio izanik.

Joseph A. Castellanok Liquid Gold, The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry argitaratu zuen, bertan jatorriaren eta kristal likidozko pantailen historiaren deskribapena barneko pertsona baten ikupegitik kontatzen du. Hiroshi Kawamotok The History of Liquid-Crystal Displays argitaratu zuen, aurrekoaren historia bera da, baina ikuspegi ezberdin batetik.

Kolorezko LCD pantailetako pixel bakoitza hiru zeluletan zatitzen da kolore gorria, berdea eta urdina. Zati bakoitza independenteki kontrola daitezke eta horrela milioika kolore lor daitezke pixel bakoitzarentzan. CRT pantailek ere egitura bera erabiltzen dute fosforoaren erabileraren bitartez, baina CRT-etan erabilitako elektroi analogiko sortak ez dituzte pixel kopuru zehatza ematen.

Koloreen osagarriak pixelen hainbat forma geometrikotan ezarri daitezke, pantailaren erabileraren arabera. Softwareak baldin badaki zein geometria mota erabiltzen ari den LCDa pantailaren bereizmena hobetu dezake. Teknika hau anti-aliasing testurako oso erabilgarria da.

Sektore kopuru txikia duten LCD pantailak, erloju digitaletan eta sakeleko kalkuladoreetan bezala, segmentu bakoitzarentzat kontaktu elektriko indibidualak dituzte. Segmentu bakoitzaren kontrolerako kanpoko zirkuitu batek karga elektrikoa ematen du.

Pantaila monokromatiko txikiak, antolatzaile pertsonaletan agertzen modukoak edo ordenagailu eramangarri zaharren pantailak matrize pasiboaren egitura dute, bertan super-twisted nematic (STN) edo geruza bikoitza STN (DSTN) eta kolorearen STN (CSTN) bezalako teknologiak erabiltzen dituzte. Pantailako ilara bakoitzak zirkuitu elektriko bakarra dute. Pixelak batera mugitzen dira ileretatik. Mota honetako pantailei matrize pasibo-zuzenak deritze, pixelek beraien egoera kontserbatu behar dutelako karga elektrikotik ezer hartu gabe. Zenbat eta pixel kopuru handiagoa, pantaila hauek ez dira batere egokiak izaten. LCDei zuzendutako matrize pasiboetan gertatzen diren gauza komunetakoak dira hauek: erantzun-denbora motela eta kontraste ahula.

Bereizmen handiko kolorezko gailuetan egungo LCD pantailetan eta telebistetan moduan matrize aktiboaren egitura erabiltzen dute. Pelikula finen transistoreen (PFT) matrize bat polarizaziora eta koloreen iragazkira elkartzen da. Pixel bakoitzak bere transistorea du, horrela zutabe bakoitzeko lerroetako bakoitzari pixel batera sartu dezake. Ilara bateko lerro bat aktibatuta dagoenean zutabeko lerro guztiak pixelen lerro batera konektatuta dago eta elikatze-tentsio zuzen bat doa zutabeko lerroetara. Ilarako lerroa desaktibatzen denean, berriz, ilarako hurrengo lerroa aktibatzen da. Matrize aktiboa distira gehiagorekin eta tamaina handiagoarekin zuzentzen da gailuetara matrize pasiboak baino.

Twisted nematic pantailak gradu ezberdinetan bildu eta zabaldutako kristal likidozko elementuak daude, argia horietatik igarotzeko. TN kristal likido batera tentsiorik ezartzen argia polarizatu egiten da zelulatik igaro ahal izateko. Ezarritako tentsioaren proportzioan, LC zelulak 90º-raino biratzen dira polarizazioa aldatuz eta argia oztopatzen.

In-plane switching LCD teknologia bat da eta kristal likidoen gelaxkak horizontalki lerrokatzen ditu. Modu honetan, kristalaren mutur bakoitzetik eremu elektrikoa ezartzen da, baina honek pixel bakoitzeko bi transistore eskatzen ditu eta ez bat aurretik aipatu dugun moduan. Honek tranmisio eremuan blokeo handiagoa egotea ekartzen du, atzealdean distira gehiago edukitzea ere eskatzen du, hau da, energia gehiago kontsumitzen du, beraz, ez da oso erosoa mota honetako pantailak ordenagailu eramangarrietan edukitzea.

Vertical alignment pantailak LCD pantaila mota bat da, non kristal likidozko materialak egoera bertikalean agertzen diren eta aparteko transistoreak ezabatzen ditu. Tentsiorik ez dagoenean kristal likidoen gelaxkak bertikalki jarraitzen dute, beraz, pantaila beltz bat sortzen da.

LCD pantaila batzuk akastun transistoreak dituzte, horren ondorioa pixelak etengabe itzali eta piztu egiten direla da. Pixel akastun gutxi dituzten LCD pantailak oraindik erabili ahal dira zirkuitu integratuak ez bezala. Gainera galarazlea da ekonomikoki pixel akasdun gutxi dituzten pantaila horiek baztertzea, LCD pantailak IC pantailak baino askoz handiagoak baitira. Fabrikatzaileek arau ezberdinak dituzte pixel akasdun kopurua zehazterakoan. LCDentzako pixel akasdun maximoa asko aldatzen da. Hasieran Samsung-ek Korean saltzen ziren LCD pantailetan tolerantzia zero zuen. Baina gaur egun ISO 13406-2 estandarrera atxikitzen da. Beste enpresa batzuetan 11 pixel akasdun onartzeraino iritsi dira. Pixel akasdunen politika fabrikanteen eta bezeroen arteko eztabaida da. Hau konpontzeko ISOk ISO 13406-2 estandarra argitaratu zuen, baina ez dute fabrikatzaile guztiek modu berdinean interpretatzen.

LCD pantailek probabilidade gehiago dute akatsak izateko IC pantailek baino beraien tamainagatik. Orain araua gehiago betetzen da dagoen konpetentziagatik. LCD SVGA pantaila batek 4 pixel akasdun edukiz gero pantaila akasduna kontsideratzen da eta bezeroek berri batengatik aldatu dezakete. Fabrikante batzuk, batez ere Hegoaldeko Korean daudenak, adibidez LG, zero pixel akasduneko segurtasunadute, eta ez bada hori betetzen berri batengatik aldatu dezakete. Baina segurtasun hori ez dutenetan ere pixel akasdunen posizioa oso garrantzitsua da, izan ere, bata bestearengandik gertu egonez gero ezin da onartu.

Zenithal bistable device-k (ZBD) korronterik gabe irudi bat mantendu dezake. Kristalak bi orientzio egonkorretako batean egon daitezke (beltza edo txuria) eta korrontea irudia aldatzeko soilik behar da. ZBD Displays fabrikak ZBD gailuak gris-eskalean zein koloretan egiten ditu.

Nemoptic-ek, enpresa frantsesak, beste potentzia zero duen papel bat garatu du. Teknologia hau electronic shelf labels, Liburu elektroniko, Dokumentu elektriko, etab. bezalako aplikaziotan erabiltzeko zuzenduta dago. Potentzia zero duten kristal likidozko pantailak tinta elektronikoko kategoria bat da.

Kent Displays-ek ere korronterik gabeko pantailak garatu ditu, hauek Polymer Stabilized Cholesteric Liquid Cristales-etan (ChLCD) erabiltzen dira. ChLCD-en arazorik handiena bere freskatze tasa motela da, batez ere tenperatura baxuetan.

2004ean Oxfordeko Unibertsitateko ikertzaileek zero potentziako LCD biegonkorreko bi mota berri frogatu zituzten, Zenithalen biegonkorren tekniketan oinarritu zen.

LCD teknologiak oraindik eragozpenak ditu ikuskatzeko beste teknologia batzuk ez bezala:

Nahiz eta CRT-ak bideoaren askotariko bereizmena erakusteko gai den, LCDak irudi garbiak bere "berezko bereizmenean" soilik produzitu dezakete, eta batzuetan jatorrizko bereizmenean, beraz, berezko bereizmenean ez daudenean irudiak ez dira ongi ikusten. Gainera LCD asko ez dira kapazak bereizmen baxuko pantailak erakusteko.

Nahiz eta LCD-ek CRT-ak baino irudi zirraragarri|dardaratzaile gehiago eta mundu errealaren kontraste hobea (kontrastea mantentzeko ahalmen eta giro argidunetako kolore aldaketa) izan ohi duten, beltzen sakontasunari dagokionez, CRT-ak baino kontraste txikiagoa dute. Kontrastea pizte osoaren (zuria) eta pixel-desaktibazioaren arteko desberdintasuna (beltza) da, eta LCD-ek "atzeko-argitako odolustea" izan dezakete, non argia (eskuarki, pantailako izkinetatik ikusia) iragazten duten eta beltz-ihesak gris bihurtzen diren. 2007ko abenduan, LCD onenak plasmazko pantailen kontrastera hurbil daitezke, beltz-sakontasun emateari dagokionez, baina LCD-en gehiengoak atzera jarraitzen dute.

• LCD gailuak erantzun-denbora motelagoa dute berari dagokion plasma pantailak eta CRT-ak baino.

• LCD pantaila batzuk oso ekarpen atzeratuak dituzte; atzerapen hori oso handia bada pantaila horrekin ezin izango da saguarekin mugimendu azkarrak egin.

Plasma pantailekin eta CRT-ekin aldenduz LCD-ak angelu mugatua dute. Honek esan nahi du pantaila pertsona guztiek ez dutela ikusten, hau argi ikusten da ordenagailu eramangarrien pantailekin. Honek energia gutxiago gastatzea ekartzen du pantailak distira gutxiago baitu. LCD pantailak asko hobetu diren arren oraindik asko dago hobetzeko.

LCD pantailak beraiei dagokien CRT pantailak baino hauskorragoak dira. Hauskortasun horren arrazoia babesteko kristal lodirik ez duela da; eta bere iraunkortasuna erabileraren mendean dago. Fabrikanteek erabiltzailearen testuliburuan gutxi gorabeherako iraunkortasuna jartzen dute, baina hau alda daiteke ordenagailuaren erabilpenaren arabera, adibidez distira zenbatean erabiltzen deun.

• Pelikula finen transistorea.