Elektroninio skydelio LCD ekranai

Kaip atsirado LCD technologija mūsų gyvenime

Prisimenu, kaip vaikystėje žavėjausi pirmaisiais skaitmeniniais laikrodžiais su juodais skaičiais ant pilko fono. Tada dar nesupratau, kad tai buvo LCD technologija, kuri vėliau pakeitė beveik visus ekranus mūsų aplinkoje. Šiandien LCD ekranai yra visur – nuo automobilio prietaisų skydelio iki šaldytuvo durų, nuo mikrobangų krosnelės iki išmaniojo telefono. Bet kaip iš tiesų veikia šie keisti ekranai, kurie gali rodyti informaciją naudodami tokį mažą energijos kiekį?

LCD reiškia „Liquid Crystal Display” arba skystųjų kristalų ekranas. Pavadinimas skamba moksliškai, bet principas yra gana įdomus ir suprantamas. Skystieji kristalai – tai tokia keista medžiagos būsena, kuri yra tarsi tarp skysčio ir kietojo kūno. Įsivaizduokite medų, kuris gali keisti savo struktūrą priklausomai nuo to, ar per jį leidžiate elektros srovę ar ne. Būtent šis unikalus gebėjimas ir leidžia LCD ekranams veikti.

Kas vyksta po stiklu

Elektroninio skydelio LCD ekranas susideda iš kelių sluoksnių, kurie dirba kartu kaip gerai suderinta komanda. Pirmasis sluoksnis – tai poliarizuojantis filtras, kuris praleidžia tik tam tikros orientacijos šviesos bangas. Galite tai palyginti su žaliuzėmis, kurios praleidžia šviesą tik viena kryptimi.

Toliau eina skystųjų kristalų sluoksnis, kuris yra tikrasis šou žvaigždė. Šie kristalai yra suspausti tarp dviejų labai plonų stiklo ar plastiko sluoksnių. Ant šių sluoksnių yra užnešti skaidrūs elektrodai – dažniausiai iš indžio alavo oksido. Kai per šiuos elektrodas leidžiate elektros srovę, skystieji kristalai pakeičia savo orientaciją. Tai tarsi jie pasisuka ir keičia tai, kaip šviesa gali per juos praeiti.

Paskutinis sluoksnis – dar vienas poliarizuojantis filtras, kuris yra pasuktas 90 laipsnių kampu lyginant su pirmuoju. Be elektros srovės, skystieji kristalai išsidėsto taip, kad šviesa gali prasukti ir praeiti pro abu filtrus – ekranas atrodo šviesus. Kai tiekiama elektra, kristalai persiorientuoja ir šviesa nebegali praeiti – matome tamsų segmentą.

Kodėl elektroniniuose skydeliuose naudojami būtent LCD

Automobilio prietaisų skydelyje ar buitinėje technologijoje LCD ekranai yra pasirinkti ne be priežasties. Pirmiausia, jie naudoja itin mažai energijos. Skirtingai nuo senųjų LED ekranų, kurie patys spinduliuoja šviesą, LCD ekranams reikia tik apšvietimo iš nugaros pusės arba jie gali veikti su atspindėta šviesa. Tai reiškia, kad jūsų automobilio akumuliatorius nesikrauna taip greitai.

Antra priežastis – puikus matomumas įvairiomis sąlygomis. Geriau suprojektuoti LCD ekranai puikiai matosi tiek ryškioje saulės šviesoje, tiek tamsoje. Daugelis šiuolaikinių automobilių prietaisų skydelių turi reguliuojamą apšvietimą, kuris automatiškai prisitaiko prie aplinkos sąlygų.

Trečia – patikimumas ir ilgaamžiškumas. LCD ekranai gali dirbti dešimtmečius be jokių problemų. Jie nėra jautrūs vibracijom, gali veikti plačiame temperatūrų diapazone ir nereikalauja jokios priežiūros. Tai ypač svarbu automobiliuose, kur temperatūra gali svyruoti nuo -30 iki +80 laipsnių Celsijaus.

Skirtingi LCD tipai skirtingoms reikmėms

Ne visi LCD ekranai yra vienodi. Paprasčiausi yra segmentiniai LCD, kuriuos matote skaitmeninius laikrodžius ar paprastose mikrobangų krosnelėse. Jie gali rodyti tik iš anksto nustatytus simbolius – skaičius, raides ar paprastus piktogramų. Kiekvienas segmentas turi savo elektrodą, kuris jį įjungia ar išjungia.

Sudėtingesni yra taškinio tipo arba grafiniai LCD ekranai. Jie susideda iš tūkstančių ar net milijonų mažyčių pikselių, kurie gali būti valdomi atskirai. Tokius ekranus rasite šiuolaikiniuose automobiliuose, kur prietaisų skydelis gali rodyti sudėtingą grafiką, žemėlapius ar net vaizdo kamerų vaizdą.

Yra ir spalvotų LCD ekranų, kurie naudoja spalvų filtrus. Kiekvienas pikselis susideda iš trijų subpikselių – raudono, žalio ir mėlino. Valdant šių subpikselių intensyvumą, galima sukurti milijonus skirtingų spalvų. Tačiau elektroniniuose skydeliuose dažniau naudojami vienspalviai arba kelių spalvų ekranai, nes jie yra paprastesni, patikimesni ir vartoja mažiau energijos.

Kaip valdomas LCD ekranas

Už LCD ekrano veikimą atsakingas specialus valdiklis – mikroschema, kuri gauna duomenis iš pagrindinio įrenginio procesoriaus ir juos paverčia signalais, kuriuos supranta ekranas. Tai tarsi vertėjas tarp kompiuterio kalbos ir fizinių elektros impulsų.

Paprastuose segmentiniuose ekranuose valdymas yra gana tiesioginis. Kiekvienas segmentas turi savo laidą, ir mikroschema tiesiog įjungia ar išjungia reikiamus segmentus. Tačiau grafiniuose ekranuose su tūkstančiais pikselių toks metodas būtų neįmanomas – reikėtų per daug laidų.

Čia į pagalbą ateina matricinis valdymas. Pikseliai išdėstyti eilutėmis ir stulpeliais, ir kiekvienas pikselis valdomas per dviejų laidų sankirtą. Tai tarsi šachmatų lenta – norėdami pasiekti tam tikrą langelį, nurodote eilutę ir stulpelį. Tokiu būdu tūkstančiai pikselių gali būti valdomi naudojant tik šimtus laidų.

Šiuolaikiniai LCD ekranai naudoja aktyviosios matricos technologiją, kur kiekvienas pikselis turi savo mažytį tranzistorių (TFT – Thin Film Transistor). Šis tranzistorius veikia kaip jungiklis ir atmintis, leidžiantis pikseliui išlaikyti savo būseną tol, kol jis bus atnaujintas. Tai leidžia pasiekti greitesnį atnaujinimo dažnį ir geresnę vaizdo kokybę.

Problemos ir jų sprendimai

Nors LCD technologija yra brandžia ir patikima, ji nėra be trūkumų. Viena dažniausių problemų – „mirę” pikseliai. Tai atsitinka, kai tranzistorius ar elektrodas nustoja veikti, ir pikselis lieka visada įjungtas arba išjungtas. Didelėje gamyboje tai neišvengiama – net ir geriausi gamintojai leidžia kelis defektinius pikselius milijone.

Kita problema – matomumo kampas. Senesni LCD ekranai blogai matėsi žiūrint iš šono, nes skystųjų kristalų orientacija veikė skirtingai priklausomai nuo žiūrėjimo kampo. Šiuolaikiniai ekranai naudoja pažangesnes kristalų struktūras, tokias kaip IPS (In-Plane Switching), kurios leidžia matyti vaizdą beveik iš bet kokio kampo.

Temperatūra taip pat gali būti problema. Labai žemoje temperatūroje skystieji kristalai tampa per lėti ir ekranas gali atsilikti arba net visai nustoti veikti. Labai aukštoje temperatūroje kristalai gali prarasti savo struktūrą. Elektroniniuose skydeliuose, ypač automobiliuose, naudojami specialūs skystųjų kristalų mišiniai, kurie gali veikti plačiame temperatūrų diapazone.

Ateities perspektyvos ir naujos technologijos

LCD technologija nuolat tobulėja, nors daugelis mano, kad ji jau pasiekė savo ribą. Naujausi LCD ekranai naudoja kvantinių taškų (Quantum Dot) technologiją, kuri leidžia pasiekti daug platesnį spalvų spektrą ir didesnį kontrastą. Tai ypač aktualu automobilių pramonėje, kur prietaisų skydeliai tampa vis sudėtingesni ir informatyvesni.

Lankstūs LCD ekranai – tai dar viena nauja kryptis. Nors OLED ekranai šioje srityje yra populiaresni, LCD technologija taip pat gali būti pritaikyta lankstiems paviršiams. Tai atvertų naujas galimybes dizainui ir funkcionalumui.

Reflektyvūs LCD ekranai, kurie nenaudoja jokio apšvietimo ir veikia tik su atspindėta šviesa, tampa vis populiaresni įrenginiuose, kurie turi veikti ilgai be įkrovimo. Elektroniniai knygų skaitytuvai su E-Ink technologija yra panašaus principo, nors tai nėra tikri LCD ekranai.

Praktiniai patarimai prižiūrint LCD ekranus

Jei turite įrenginį su LCD ekranu, yra keletas dalykų, kuriuos turėtumėte žinoti. Pirma, niekada nespauskite ekrano per stipriai. Skystųjų kristalų sluoksnis yra labai plonas ir jautrus spaudimui. Stiprus spaudimas gali sugadinti kristalų orientaciją ir palikti nuolatinę dėmę.

Valant LCD ekraną, naudokite tik minkštą, švarią medžiagą ir specialius ekranų valiklių. Jokių alkoholio turinčių valiklių ar šiurkščių medžiagų. Geriausia – mikrofibrų šluostė, šiek tiek sudrėkinta vandeniu. Daugelis ekranų turi apsauginį sluoksnį, kurį lengva subraižyti netinkamomis valymo priemonėmis.

Jei jūsų automobilio prietaisų skydelio ekranas tampa sunkiai įskaitomas, pirma patikrinkite, ar nėra užterštas. Dulkės ir purvas gali labai sumažinti kontrastą. Jei ekranas vis tiek blogai matosi, gali būti, kad apšvietimas nustatytas per silpnai arba automatinis ryškumo reguliavimas veikia netinkamai.

Kodėl LCD vis dar laimi rungtynes su OLED

Nors OLED technologija gauna daug dėmesio dėl savo gražių spalvų ir giliojo juodojo, LCD ekranai vis dar dominuoja daugelyje taikymų. Priežastis paprasta – jie yra pigesni gaminti, patikimesni ir ilgaamžiškesni. OLED ekranai kenčia nuo „įdegimo” problemos, kai ilgai rodomas tas pats vaizdas gali palikti nuolatinę šmėklą ekrane.

Elektroniniuose skydeliuose, kur dažnai rodoma ta pati informacija (pavyzdžiui, spidometro skalė), LCD yra akivaizdus pasirinkimas. Jie gali rodyti tą patį vaizdą dešimtmečius be jokių pasekmių. Be to, LCD ekranai geriau veikia ryškioje šviesoje, nes jie neatspindi šviesos taip stipriai kaip OLED.

Energijos vartojimo požiūriu, LCD ir OLED yra maždaug lygūs, priklausomai nuo rodomo turinio. LCD naudoja pastovų apšvietimą, todėl energijos suvartojimas nepriklauso nuo to, kiek šviesus vaizdas. OLED pikseliai patys spinduliuoja šviesą, todėl tamsesni vaizdai vartoja mažiau energijos, o šviesūs – daugiau. Elektroniniuose skydeliuose, kur dažnai rodomi šviesūs simboliai tamsiame fone, LCD gali būti efektyvesnis.

Taigi LCD technologija, nors ir atsiradusi prieš dešimtmečius, vis dar yra gyva ir stipri. Ji evoliucionavo nuo paprastų segmentinių ekranų iki sudėtingų spalvotų ekranų su milijonais pikselių. Ir nors ateina naujos technologijos, LCD vis dar turi savo vietą mūsų kasdieniame gyvenime – nuo virtuvės iki automobilio, nuo laikrodžio iki pramoninės įrangos. Tai puikus pavyzdys, kaip gera technologija gali būti tobulinama ir pritaikoma vis naujoms reikmėms, išliekant patikima ir efektyvi.