I když již před mnoha lety mnozí prorokové i někteří odborníci říkali, že LCD displeje jsou již za svým zenitem a že je v brzké době v multimediálních průmyslových přístrojích nahradí nové technologie, roky postupně plynou a technologie LCD, i když již dosti modifikovaná, se stále drží na špici mezi ostatními zobrazovacími technologiemi. Navíc rozhodně nic nesvědčí tomu, že by v budoucnosti měla své dobyté pozice vyklidit, ba spíš naopak. LCDčka budou ještě více kolem nás než v současnosti. Samozřejmě, že současné LCD v mobilních telefonech, fotoaparátech, kamerách, monitorech počítačů, nebo velkoplošných televizorech, nejsou strukturou ty stejné LCD displeje, které se vyráběly třeba před 5 lety. I když základní princip funkce je samozřejmě stejný, jeho vlastnosti velcí výrobci stále vylepšují novými úpravami, čímž dosahují nejen stále většího rozlišení a nižší spotřeby, ale také lepší čitelnosti na přímém slunci, lepšího podání barev, většího zorného úhlu nebo rychlejší odezvy.

Mezi takové přední výrobce LCD displejů patří i společnost NEC LCD Technologies Ltd., která svoje displeje vylepšuje některými velmi zajímavými principy a nápady. V následujících několika odstavcích jsem se pokusil uvést i shrnout některé zajímavé věci, které jsou v různých řadách displejů ukryty.

Technologie SFT

U SFT LCD displejů se kapalné krystaly natáčí pouze horizontálně     V LCD specifikaci se pod pojmem zobrazovací úhel (viewing angle) rozumí maximální úhel od kolmice displeje, pod kterým má zobrazený obraz ještě akceptovatelný kontrast, obvykle 10:1. I když poměr kontrastu je nejběžnějším faktorem hodnocení kvality obrazu, nic nám neřekne o tom, jak budou vypadat barvy při pohledu pod úhlem 80° i když kontrast může být ještě ucházející. Navíc obraz na dvou LCD displejích se stejným maximálním zobrazovacím úhlem, ale s rozdílnými LCD drivery může ze stejného úhlu vypadat různě. Jak již patrně všichni ví, u LCD se reguluje množství jím procházejícího světla velikostí přiloženého napětí na sendvičovou strukturu tvořenou molekulami kapalných krystalů mezi dvěma polarizačními skly, kdy dochází ke změně vyrovnání a směru natočení molekul. Mnoho LCD displejů aplikuje napětí ve vertikálním směru, které natáčí kapalné krystaly vertikálně. U SFT displejů (Super Fine TFT) se však napětí přikládá v horizontálním směru, který natáčí molekuly vodorovně. Když jsou totiž molekuly kapalných krystalů plně horizontální, jejich velikost se jeví stejná nezávisle na úhlu, pod kterým se na ně díváme. Ve výsledku je tak rozdíl v jasu a barvě při různém zorném úhlu u SFT LCD displejů výrazně menší než u konvenčních LCD.   Navíc molekuly kapalných krystalů se snadněji a plynuleji otáčí v horizontálním směru než ve vertikálním. Pokud je tedy budeme natáčet jen v horizontálně, jako je tomu u SFT LCD displejů, dosáhneme výrazně rychlejší odezvy (response time) nezávisle na velikosti posuvu v šedé škále. Zobrazování pohybujícího se obrazu je tak výrazně čistější a přesnější, protože zde nejsou náhlé poklesy v časové odezvě mezi přechody šedé škály. Dalšími podstatnými prvky k dosažení vysoké kvality obrazu LCD je i vysoká svítivost obrazovky a široký rozsah barev (gamut). Dosud však bylo možné vždy vylepšit jen jednu zmíněnou vlastnost na úkor té druhé. Obecně barevná reprezentace LCD displeje je dosažena prostřednictvím kombinace barevných filtrů a zdroje světla. Rozšíření barevné škály může být dosaženo použitím barevných filtrů se slabšími barevnými vrstvami. Pokud je filtr kombinován se systémem zadního podsvícení, vždy klesá propustnost (transmisivita) displeje a tím samozřejmě i jas. Nasazení SFT technologie v této oblasti dovoluje dosáhnout zároveň vysoké svítivosti i široké škály barev. Vznikly tak displeje označené jako SA-SFT, A-SFT a UA-SFT. Barevná škála tak přesáhla 70% možné barevné škály formátu NTSC, bez známky snížení jasu. Toho se hlavně využívá pro potřeby náročných aplikací, jako je práce s grafikou nebo pro lékařské účely (např. prohlížení snímků z magnetické rezonance apod.).

Technologie SR-NLT   Příklady možného použití displejů s technologií SR-NLT   NEC LCD technologie označená jako SR-NLT (Super-Reflective NLT) snižuje spotřebu displeje při současném zvýšení čitelnosti jak ve tmě, tak na přímém slunci. Technologie SR-NLT totiž využívá tzv. transflektivní (semitransmisivní) strukturu, která v sobě kombinuje transmisní i reflexní systém využití světla procházejícího strukturou LCD displeje. Ve tmě nebo v šeru (při slabém okolním osvětlení) se displej provozuje v transmisním režimu, tedy využívá se modulace světla z podsvícení displeje jedním průchodem strukturou LCD, zatímco při velkém okolním osvětlení (na přímém slunci), se využívá reflexního režimu, který na spodní straně displeje odráží na displej dopadající okolní světlo. Tím se nejen dosahuje výborné čitelnosti displeje za všech světelných podmínek, ale i snížené spotřeby el. energie díky vypnutí podsvícení, když displeje pracuje v reflexním režimu. Proto se technologie SR-NLT hlavně využívá u displejů kapesních počítačů PDA, přístrojů satelitní navigace (GPS), mobilních telefonů a podobných přenosných a bateriově napájených přístrojů a zařízení.   Transflexní LCD displeje (Transflective LCDs) jsou tedy složené z kombinace podsvěcovaných transmisních polí a reflexních polí využívající okolní dopadající světlo. Rozdělení pixelů do dvou zón tak značně určuje základní vlastnosti SR-NLT displejů. Velké transmisní pole sice zvyšuje jas při režimu provozu s podsvícením, ale zase snižuje množství odráženého světla v reflexním režimu z důvodu malé odrazné plochy. Naopak velké reflexní pole snižuje spotřebu displeje a zlepšuje čitelnost v denním světle, ale snižuje prostupnost světla a tím i účinnost podsvícení a čitelnost (jas) ve tmě. SR-NLT toto řeší prostřednictvím patentovaného optického systému, který zvyšuje intenzitu světla z transmisního pole a tedy i účinnost podsvícení, ale zároveň speciálně upravená odrazná plocha také umožňuje velmi dobře odrážet velké množství okolního světla bez velkého vlivu na účinnost podsvícení. Poměr složky intenzity světla z podsvícení a z odrazu vnějšího světla je také při výrobě displeje optimalizován s ohledem na předpokládané použití v tom či onom prostředí.

Technologie ST-NLT   Příklady možného použití displejů s technologií ST-NLT   ST-NLT (Super-Transmissive NLT) je další zajímavá technologie, kterou využívají transmisní LCD displeje NEC a která provádí zvýšení účinnosti podsvícení a minimalizuje povrchový odraz okolního světla, který zhoršuje čitelnost. Díky tomu mají ST-NLT displeje vysoký kontrast obrazu i při venkovní použití na přímém světle. S tím souvisí i širší rozsah reprodukce barev než u běžného reflexního LCD.   U transmisivních LCD displejů se totiž viditelnost obrazu mimo jiné mění řízením množství světla generovaného podsvícením, a které následně prochází skrz jednotlivé pixely displeje. U běžných transmisních displejů je viditelnost obrazu na přímém světle špatná díky malému rozdílu jasu displeje vůči okolnímu světlu a odrazu dopadajícího světla od svrchní plochy i plošek ve struktuře. K zajištění lepší čitelnosti je pak obvykle nutné zvýšit intenzitu podsvícení na maximum, což výrazně zvyšuje spotřebu el. energie. Proti tomu optické provedení ST-NLT displeje zvyšuje účinnost průchodu světla LCD strukturou od podsvícení a zároveň vytváří takovou strukturu a povrch displeje, že se okolní světlo na něm téměř neodráží, což velkou měrou přispívá k dobré čitelnosti zobrazovaných informací. V nabídce NECu lze nalézt ST-NLT displeje o úhlopříčkách od 5,5 palců (QVGA) až do 15 palců (XGA), které jsou vhodné pro ATM, měřící přístroje, prodejní a výdejní automaty a jiná průmyslová zařízení u nichž se předpokládá provoz na přímém slunci.

Technologie VIT - obvody i displej na jednom substrátu

VIT (Value Integrated TFT) je významná moderní technologie společnosti NEC pro potřeby vylepšení a zjednodušení výroby nových kompaktních LCD displejů, kde sendvičová LCD struktura a veškeré řídí obvody tvoří jeden kompaktní celek. VIT totiž umožňuje integrovat všechny periferní a řídící elektrické obvody přímo na skleněný substrát displeje.

Obecně se dá říct, že v současné době existují dva trendy ve výrobě displejů:

1. Cílem je maximální kompaktnost displeje, co nejnižší spotřeba energie a maximální spolehlivost pro přenosné spotřebiče a měřící a řídící elektroniku
   


2. Cílem je maximální výkon a velikost displeje s co nejlepším rozlišením, kontrastem a svítivostí pro potřeby multimediálních aplikací

Ať již jde o tu či onu cílovou skupinu využití LCD, v obou případech lze uplatnit a NEC také uplatňuje poznatky a vývoj technologie VIT.

Zatímco obvody běžného LCD, včetně budících TFT obvodů, jsou realizovány prostřednictvím LSI čipů, u přímé implementace na sklo pomocí VIT odpadá vývoj LSI struktur a kombinace více různých technologií dohromady, což je vždy složité na sériovou linkovou výrobu. Dosud využívané "moderní" technologie COF (Chip In Film) a COG (Chip On Glass) to neumožňují vůbec nebo jen ve velmi omezené míře.

Pomocí VIT lze totiž integrovat i vysokorychlostní budící a řídící elektronické prvky a obvody, včetně procesoru, přímo na skleněný substrát LCD displeje rozprostřeně přímo těsně vedle a okolo zobrazovací plochy. To značně snižuje nejen velikost celého modulu displeje, ale i počet, délku a organizaci připojovacích a propojovacích vodičů (a to nejen od displeje k procesorům, ale i na samotném modulu displeje) zvláště u LCD s velkým počtem pixelů. Stále ještě je dnes běžné, že modul displeje je tvořen samotným skleněným LCD displejem, který je napevno připájený na tvrdou destičku či pružnou fólii (Flexible Film), která obsahuje komunikační obvody, řadič a budící obvody displeje apod. Samotná skleněná struktura tak vlastně neumí nic jiného než převádět elektrické signály na optickou informaci (světlo). Technologie VIT však umožňuje všechny integrované prvky umístit rozprostřeně přímo na základní nosnou skleněnou podložku (skleněný substrát) okolo sendvičové struktury LCD displeje, takže například pixely v horním levém rohu jsou ovládány budičem umístěným v levém horním rohu atd. To například v důsledku znamená, že přímo na displeji mohou být jen 4 vývody, dva pro napájení a dva pro sériovou komunikaci s okolím. Takto by v blízké budoucnosti měl vypadat tzv. Zero Chip Display™, který může být přímo připojen k MPU sběrnici systému (procesoru) a kde veškeré obvody a prvky potřebné pro displej, jako jsou DC/DC měnič, řadič (MCU), obvody komunikačního rozhraní a obrazová paměť, budou již integrovány na společném skleněném substrátu přímo okolo sendvičové struktury LCD displeje. Vše ostatní je již pevnou neoddělitelnou součástí displeje skleněného těla displeje. Tím se i významně snižuje vznik poruchy typu špatný kontakt některého z mnoha vývodů jejejichž pomocí komunikuje s okolím běžný displej, vliv okolního elmag. pole a rušení, výrazně se zvyšuje odolnost na otřesy a hlavně celý modul displeje je výrazně slabší a lehčí, což jsou parametry, které se u dnešních přenosných a kapesních přístrojů obzvláště sledují a hodnotí.

Technologie VIT (Value Integrated TFT) představuje nejen integraci typu "všechno na sklo", ale zahrnuje a implementuje v sobě použití technologie nízkoteplotního polykrystalického křemíku (polysilicon). Zatímco TFT tranzistory jsou nepostradatelné jako spínače pro řídící napětí přiváděné na každý pixel, jejich neprůhlednost snižuje průhlednou plochu pixelu pro světlo z podsvícení (pixel aperture ratio). VIT řeší tento problém vytvořením TFT tranzistorů z nízkoteplotního polykřemíku. Ten nabízí výrazně vyšší pohyblivost elektronů než dosud pro tento účel používaný amorfní křemík, čímž lze TFT tranzistory udělat méně než poloviční v porovnání s běžnými TFT. Výsledkem je tak významné zlepšení poměru průhledné a neprůhledné plochy pixelu (parametr pixel aperture ratio) a tedy i účinnost podsvícení, protože prostě tranzistor méně brání průchodu světla (méně stíní).

Závěr

Jak je vidět společnost NEC patří nejen ke známým výrobcům LCD displejů, ale také k předním vývojářům nových technologií, které LCD postrkují kvalitativně dál a dál a tím udržují náskok technologie LCD před jinými systémy zobrazování obrazu, které se snaží ho do budoucna předčít a nahradit. Osobně si myslím, že podle současného rozšíření LCDéček, bude jejich nadvláda ještě dlouho pokračovat, minimálně v oblasti monitorů a televizorů, kde se zatím nerýsuje žádná adekvátní technologie (spolehlivá, levná a jednoduchá na výrobu). V oblasti malých obrazovek a displejů se pak jako hlavní konkurent jeví technologie OLED. Otázkou je, zda se prosadí i u velkých obrazovek ...

DOWNLOAD & Odkazy

• Stránky společnosti NEC LCD Technologies Ltd. , zaměřené na LCD - http://www.nec-lcd.com
• Stránky evropského zastoupení společnosti NEC - www.eu.necel.com/products/display/
• Stránky českého distributora LCD NEC, firmy Gleichmann & Co. Electronics-CZ s.r.o. - www.msc-ge.com
• Různé informační e-maily a datasheety, které mi byly zaslány společností NEC
  
• Další zajímavé články nejen o displejích, ale i o ostaních HMI najdete na stránkách automatizace.HW.cz