Technologie: TFT LCD displeje

Technologie tekutých krystalů je stará již mnoho let. V jejích počátcích naleznete použití nejjednodušších krystalů v displejích kalkulaček a podobných přístrojů, jejichž buňky byly ale velké a existovaly prakticky dva stavy - zapnut, vypnut. Za těch několik let intenzivního výzkumu a vývoje se tekuté krystaly zdokonalily natolik, že LCD (= Liquid Crystal Display) technologii lze dnes aplikovat na moderní monitory, u kterých se počítá se zobrazování milionů barev a velikostí bodu pouze pár desetin milimetru.

LCD monitory se stávají trendem poslední doby a brzy začnou zatlačovat klasické CRT (katodové) monitory do pozadí. Jako důkaz uvedu pár čísel: Ze všech prodaných monitorů zaujímají LCD 13,8%, v roce 2002 činily tyto monitory 26,7% prodaných kousků, na rok 2003 se předpokládá nárůst na 30% s tím, že v posledním čtvrtletí by se pro tuto technologii mělo rozhodnout 46% všech zákazníků. Čísla ještě nejsou tak vysoká, protože často bývá rozhodujícím faktorem cena.


Vyrobit TFT displej s aktivní maticí je velmi komplikovaná věc, která by se dala přirovnat k výrobě procesorů. Displeje se skládají z velice tenkých vrstev skla, jejichž vzdálenosti musí být přesné a ke každému bodu je přiřazen tranzistor (odtud TFT = Thin Film Transistor). Protože tranzistorů je na moderních TFT displejích množství v řádu milionů, je výroba náročná a výtěžnost klesá s rostoucí úhlopříčkou.

Princip funkce TFT LCD displejů

Pro začátek bych rád uvedl, že technologie, kterou si dnes představíme, je pouze jednou součástí trhu s plochými displeji. Mezi tuto sortu výrobků můžeme zařadit také LED (Light Emitting Diode), FED (Field Emission Displays), LTPS (Low Temperature Polysilicon) či PDP (Plasma Displays) displeje, které mají vlastní vyzařování a podsvětlené LCD displeje s pasivní maticí (STN). My se budeme nyní zabývat podsvětlenými LCD displeji s aktivní TFT maticí.

Každý obrazový bod (čili pixel) je aktivně ovládán jedním tranzistorem. Aby vznikl obraz, potřebujeme dvě složky - světlo a barvu. Světlo je zajišťováno podsvětlujícími katodami, které jsou u těchto displejů velice jasné. Primárně jde o světlo bílé a je na LCD technologii, aby vyprodukovala výslednou barvu. Jak jistě znáte z optiky, jakoukoliv barvu můžeme složit ze tří barevných složek - červené, zelené a modré. A pro každou barevnou složku každého pixelu existuje jeden tranzistor ovládající tekuté krystaly.

Tekuté krystaly jsou materiály, které pod vlivem elektrického napětí mění svoji molekulární strukturu a díky tomu určují množství procházejícího světla. Každý obrazový bod je ohraničen dvěma polarizačními filtry, barevným filtrem (pro červenou, zelenou či modrou) a dvěma vyrovnávacími vrstvami, vše je vymezeno tenkými skleněnými panely. Tranzistor náležící k obrazovému bodu kontroluje napětí, které prochází vyrovnávacími vrstvami a elektrické pole pak způsobí změnu struktury tekutého krystalu a ovlivní natočení jeho částic.

A to už jsme u základního principu. Tímto způsobem lze krystal regulovat v několika desítkách až stovkách různých stavů a tak vzniká výsledný jas barevných odstínů. Protože se obrazový bod skládá ze tří barevných sub-pixelů, vznikají tak statisíce až miliony různých barev, ačkoliv tekuté krystaly stále nejsou tak přesné, aby dokázaly zobrazit 32-bitovou barevnou hloubku, tedy plných 16,777,216 barev.

Zde je grafické schéma popsané TFT LCD technologie, konkrétně tzv. Twisted Nematic TFT:


Na prvním obrázku je zachycena situace, kdy je tekutý krystal v základním stavu (bez procházejícího napětí). V tomto případě je světlo natáčeno takovým způsobem, že může projít druhým polarizačním filtrem a v konečném důsledku prochází plný jas podsvětlujících katod.


Na druhém obrázku je znázorněna situace, kdy prochází veškeré možné napětí a světlo je pohlcováno polarizačním filtrem. Důsledkem této situace by měla být černá.

Pozn.: Na další straně naleznete popis technologie výroby LCD displejů (více odborný), zajímají-li Vás výhody a nevýhody LCD technologie, můžete přeskočit přímo na třetí stranu.