Jak funguje - LCD displej

Zajímalo Vás někdy při pohledu na displej kalkulačky, hodinek či notebooku, jak je možné, že tak tenký displej může fungovat? Odpověď je jednoduchá a pokud znáte jen pár věcí z fyziky, pochopení pro Vás bude snažší. A pokud neznáte, zde si je stejně připomeneme. Nejprve ale něco na úvod. 

Nejdůležitější první kroky vývoje:

1. Objevitelé těchto tekutých krystalů je podle všeho skupinka 3 lidí - Virchow, Mettenheimer a Valentin. Tito lidé zjsitili při pokusu s nervovým vláknem po vložení do vody, že světlo jim procházející se chová neobvykle.
2. Existenci fáze tekutých krystalů objevil v r. 1888 rakouský botanik Friedrich Reinitzer při pokusech s látkou podobnou cholesterolu. Zjistil, že látka roztavená na 145,5°C tvoří mezifázi a kapalná je teprve až při teplotě 178,5°C.
3. V r. 1922 George Friedel objevil, že se molekuly tekutých krystalů orientují ve směru elektrického pole.
4. Až v r. 1963 Richar Wiliams objevil, že světlo které prochází tenkou krystalickou vrstvou se ohýbá podle struktury krystalů. 
5. Pomocí těchto poznatků se mu a jeho kolegovi Georgovi Heilmeirovi r. 1968. povedlo vyrobit první experimentální displej.

Tekutý krystal

Sousloví "Tekuté krystaly" je poněkud zvláštní, už z toho důvodu, že krystal je pevné skupenství a tekutý nám vzniká jakýsi protiklad. Látka zvaná Cholesterylbenzonát, která má podobu zakalené tekutiny, se při vzrůstající teplotě uvolňují její molekuly (viz. obrázek) a látka přechází do kapalného skupenství. Když ji zahřejeme jen malinko, dosáhneme mezifáze a máme náš Tekutý krystal. LCD zobrazovač se tedy mění v závislosti na teplotě. Však při velkém zahřátí se mohou krystaly poničit.

(Na záčátku je v pevném skupenství a po zahřátí se rozpadá pevný tvar a molekuly se uvolňují. temperature = teplota)

Princip LCD

Abychom mohli přečíst znaky, obrázky, apod. na displeji, je zapotřebí displej podsvítit, čemuž napomáhá luminescenční výbojka. Světlo z této výbojky, které se šíří ve formě vln, které si můžeme představit jako sinusoidy, prochází přes 1. polarizační filtr ale jen jejich část projde, tedy jen horizontální sinusovky (podle obr.). Mezi 2 orientačními filtry se nachází skleněné destičky, kde první je  vertikální propustnosti a druhá horizontální, tedy pomocí Twisted Nematic (viz. obrázek - kroucení skla přes krystaly).

Twisted Nematic

Mezi těmito destičkami se pak nachází velmi tenká vrstva tekutých krystalů. Molekuly krystalů jsou prozatím ve tvaru spirály a tím pádem světlo, jehož sinusovka na začátku procházela ve vertikálním tvaru se obrátila na horziontální tvar, a tím pádem přes druhou průhlednou destičku světlo projde a displej svítí.

To znamená pro nás ale, že displej nic nezobrazuje, světlo prochází a my vidíme jen takovou tu zelenou barvu (v případě 2 barevného LCD). Teprve až přivedené napětí na elektrody tekutého krystalu, molekuly se narovnají, čímž způsobí neprůchodnost druhou skleněnou destičkou. Světlo tedy neprochází a my vidíme tekuté krystaly jako tmavé pole - například u kalkulačky se zobrazí číslice. V případě, že bychom potřebovali měnit jas displeje, se reguluje příchozí napětí na elektrodách.

Barevný LCD

Barevný displej LCD funguje na stejném principu, až nato, že každý bod je orzdělen ještě na další 3 sub-body (sub-pixely), kde každý roeprezentuje jednu ze 3 základních složek R, G a B (Red, Green, Blue) filtry. Světlo prochází každým tímto menším bodem zvlášť a dohromady tvoří bod jako barevnou tečku. Ke každému tomuto sub-bodu je přivedena elektroda zvlášť a tím tak můžeme ovládat zvlášť každý sub-bod.

Kdyby lidské oko bylo stoprocentní, vnímali bychom displej jako nekvalitní, nebo spýše matici s asi miliony body. Dnes mívá takový barevný LCD displej 256 úrovní svítivosti na jednotlivém sub-bodě, tímto dosáhneme (spočítáme pomocí matematické kombinace - C(3,256)) 16.8 miliónů barev, což znamená, že dokáže vygenerovat až 16.8 milionů různých odstínů ze všech barev.