Inleiding Het vloeibaar kristal (Liquid Crystal)

Liquid Crystal Displays (LCD) vervangen de beeldschermen met een Cathode Ray Tube (CRT).

Er zijn drie aggregatietoestanden in materie : vast, vloeibaar of gasvormig.
Het vloeibaar kristal verwijst naar de verschijningsvorm tussen vast (kristal) en vloeistof.
Wanneer kristallen, met een robuuste moleculaire ordening, worden gesmolten, verdwijnt de moleculaire structuur.
Vloeibare kristallen echter zijn organische moleculen die in een vloeibare toestand een uniforme richting aanhouden.
Dankzij hun diëlektrische eigenschappen en hun lichtbrekingsindex, vinden vloeibare kristallen een toepassing in beeldschermen.

Onder een microscoop

Fig 5.10

Een Liquid Crystal Display (LCD) heeft vloeibaar kristalmateriaal dat tussen twee glasplaten is ingeklemd.
De oriëntatie van de kristallen wordt beïnvloed door twee elektroden.
Zonder enige spanning tussen transparante elektroden, worden vloeibare kristalmoleculen parallel uitgelijnd met het glasoppervlak.
Licht uit de kunstmatige lichtbron wordt niet doorgelaten.
Als er spanning staat over de elektroden, veranderen de moleculen van richting en draaien ze verticaal naar het glasoppervlak.
Het licht wordt nu wel doorgelaten.

Passieve matrix

Een LCD bestaat uit vele beeldpixels.
Elk beeldpunt wordt gevormd door drie pixels in de kleuren rood groen en blauw.
Een beeldschermresolutie van 1080p bevat 1920x1080x3 = 6.220.800 RGB-kleurenpixels.
Om deze miljoenen pixels te activeren is een matrix schakeling voorzien.
Een schakelaar voor elke RGB-pixel.

Een passieve matrix bestaat uit twee lagen substraat.
Een laag bevat de transparante geleiders voor de kolommen.
De andere laag bevat geleiders voor de rijen.
Voor de transparante geleiders wordt indium-tin oxide gebruikte.
De schakelingen van kolommen en rijen wordt door een geïntegreerde circuits aangestuurd.
Deze matrix-sturing is eenvoudig maar heeft een lage reactietijd en een onnauwkeurige spanningsregeling.
Dit leidt tot veegeffecten bij snelle beweging.
Een spanningsregeling is niet in staat om slechts één pixel tegelijk te beïnvloeden.
Naburige pixels draaien mee om : beelden worden minder scherp afgelijnd, wazig of contrast-loos.

Actieve Matrix

Fig 5.11

De actieve matrix maakt gebruik van de Thin Film Transistor (TFT).
Het is een halfgeleider en het regelt de spanning over het vloeibare kristal voor elke RGB-pixel.
Om een bepaalde pixel aan te sturen, schakelt men de rij in. Een lading wordt naar betreffende kolom gestuurd.
Alle rijen die de kolom kruisen, zijn uitgeschakeld. De TFT heeft een buffercapaciteit.
Enkel de condensator van de betreffende schakelaar, vangt de lading.
De condensator kan de lading vasthouden tot aan de volgende refresh.
De spanning over het kristal kan lokaler afgemeten worden, zonder de naburige pixels te beïnvloeden.

De lichtbron

Merk op dat het LCD beeldscherm het licht doorlaat van een ingebouwde lichtbron.
De vloeibare kristallen stralen zelf geen licht uit.
Als lichtbron gebruiken we een fluorescentiebuis.
Deze is ingebouwd onderin of aan de zijkant van het beelscherm.
De lamp is een Cold Cathode Fluorescentie Lamp (CCFCL).
Ze zijn slechts een pink dik in diameter maar hebben een grote lichtopbrengst.
Bovenal wordt dit type lamp gekozen omdat ze weinig warmte produceert.
Back Lit : de lichtbron bevindt zich achter de kleurenkristallen.

Onderdelen

Fig 5.12 Part1 Part 2

De LCD Monitor is een flat screen.
De dikte van het beeldscherm is slechts enkele centimeters.
Binnenin het LCD scherm vinden we een voedingsblok, een videoboard met signaalingangen,
de lichtbron, een TFT controller en het LCD paneel bovenop reflectors en diffusors als vellen papier.

Fig 5.13 Layers

Het licht van de lichtbron, vertrekt onderaan.
Het wordt naar voren geprojecteerd en gelijkmatig verdeeld over het gehele schermoppervlak.
Een reflector stuurt het licht naar voor.
Twee diffusers verspreiden het licht gelijkmatig over het gehele oppervlak.
Een polariser laat enkel de horizontale lichtbundels door naar het LCD paneel.
Een film of glas, beschermd het paneel met vloeibare kristallen.
Al die lagen, elk slechts millimeters dik, worden samengehouden door het rearpanel en het frontpanel.

Eigenschappen

Kijkhoek

In de periode dat CRT beeldbuizen werden vervangen door LCD schermen dook het probleem van de kijkhoek op.
Een operator die met een schuine blik de bewakingscamera kon bekijken op de beeldbuis die lichtjes gebogen was, moest zich nu verzetten en plaats nemen in een haast rechte hoek voor het LCD scherm.
De beperkte kijkhoek wordt veroorzaakt door het gepolariseerde licht en de vlakke RGB-pixels.
Het probleem van de kijkhoek wordt grotendeels gecompenseerd door het ruime aanbod van montagebeugels met VESA interface.

Helderheid

De kracht van de lichtbron die kan gebruikt wordt in LCD monitoren wordt beperkt door de krappe inbouwruimte binnenin het flatscreen.
Het vloeibare kristal kan bovendien geen verhitting verdragen.
De helderheid van een paneel wordt uitgedrukt in nits
De nit is een populaire maateenheid die niets anders is dan de oorpronkelijke lichtsterke (luminositeit) uitgedrukt in candela per vierkant meter 1 nit = 1 cd/m².

Fig 5.14 Nits

Een standaard scherm bedoeld voor CCTV heeft een helderheid van 300 cd/m².
Public Displays, schermen die we terugvinden in openbare ruimtes of in etalages van winkels, halen een helderheid van 700 nits / 700 cd/m².
Monitoren bedoeld voor buiten halen 1500 cd/m²

Zie ook H13 1 Verlichting : 01. Verlichting begrippen

Contrast Ratio

Voor LCD’s is de contrast ratio de verhouding tussen de lichtintensiteit op het beeldscherm (gemeten in Cd/m²) van het helderste wit en het donkerste zwart.

Frontglas

De standaard LCD schermen hebben slechts een folie die het schermoppervlak behoeden voor krassen.
Met een wijsvinger is het al mogelijk om de vloeibare kristallen samen te drukken.
De iets robuustere monitoren hebben een glazen frontplaat.
Die is krasbestendig, anti-reflecterend en gemakkelijk te reinigen.

VESA interface

De VESA-interface (Video Electronics Standard Association) is de afstand tussen de vier montagegaten aan de achterkant van het beeldscherm. (weergegeven als "horizontale afstand x verticale afstand").
LCD’s tot 32 inch hebben een VESA 100x100 mm.
VESA 200x200 mm is gangbaar voor schermen tot 55 inch.
Monitoren groter dan 55 inch hebben een VESA 300x300 of 400x400 mm.

Anti burn in

Het inbranden van een beeldscherm dateert van de tijd van de zwart-wit beeldbuizen.
Als een zwart wit monitor, jarenlang hetzelfde beeld van een bewakingscamera projecteert – een ingang met een hek en een gesloten slagboom - branden de contouren van het beeld in het grijze fosfor.
Een gesloten slagboom blijft in het beeld verschijnen ook als is de slagboom open.
Inbranden op LCD schermen treedt op wanneer pixels bijna nooit naar hun ontspannen toestand kunnen terugkeren.
Wanneer een statisch beeld gedurende lange tijd op het scherm is weergegeven, krijgen de kristallen op die pixels een permanent geheugen.
LCD schermen voor CCTV toepassingen, passen een techniek toe waarbij een statisch beeldpunt elke 4 uur ongemerkt even uit en terug aan gaat.

De kleuren zwart & wit

Flatscreens hebben grote moeite om zwart (donker) weer te geven.
Het backlight (de led-strip onderaan in het scherm) laat geen lichtregeling toe.
De uitgestraalde lichtintensiteit is voor alle pixels dezelfde.

Dan doen nieuwste OLED schermen het beter in de weergave van 'alle tinten grijs'.

De OLED is een Organische Licht-Emitterende Diode.
Het is een polymeer molecule die licht kan produceren zoals de LED.
Waar de LED een felle puntbron is, is OLED een vlakstraler.
De OLED displays werken zonder achtergrondverlichting.
De techniek is uiterst geschikt voor grotere schermformaten.