Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 5, Hoofdstuk 11, Paragraaf 11,3 Blz 367-373

LCD Schermen kent iedereen wel en de meeste mensen hebben wel zo scherm in huis staan. Maar hoe werkt nou zijn scherm en wat kan je er allemaal mee doen? Kom daar achter in onderstaand artikel!

Liquid Crystal Display (LCD)-displays

Een Liquid Crystal Display (LCD-beeldscherm maakt gebruik van LCD-technologie en kan voor monochroom of voor kleurweergave worden toegepast. Wanneer er op vloeibare kristallen (liquid cristals) een elektrische spanning wordt gezet zal het kristal in staat zijn om de polarisatierichting van licht te 90° om te draaien.

Door nu gebruik te maken van een horizontaal- en verticaal polarisatiefilter kan als gevolg van de verdraaiing van de polarisatierichting de doorlating van licht worden beïnvloed.

LCD TV

Het niet doorlaten van het licht wordt waargenomen op het displayvenster als een schaduw. Op deze manier kunnen donkere afbeeldingen, zoals letters, cijfers en symbolen worden weergegeven op een monochroom LCD-beeldscherm.

Met monochroom wordt bedoeld dat er in één kleur wordt gepresenteerd. Ach ter het beeldscherm bevindt zich een lichtreflector of een lamp. Wanneer een beeldpunt wordt aangestuurd zal deze het achtergrondlicht blokkeren, waardoor het beeldpunt donker blijft.

Om de afleesbaarheid van een LCD -display beter te maken wordt soms gebruik gemaakt van een geïnverteerde weergave. De LCD -displays zijn hiervoor apart ontworpen. Hierbij worden de zichtbare segmenten of beeldpunten transparant  gemaakt.

In plaats van zwart-op-wit wordt dan de presentatie wit-op-zwart. Voor deze weergave zijn speciale elektronische schakelingen voor de aansturing nodig. Deze zijn normaal gesproken, net als alle andere aansturingmodules, in IC-vorm verkrijgbaar.

LCD-beeldschermen kunnen reflectief uitgevoerd zijn, waarbij gebruikgemaakt wordt van binnenvallend licht dat via een spiegelende achterwand weerkaatst wordt. Is een LCD-beeldscherm transmissief, dan wordt gebruikgemaakt van een kunstmatige lichtbron aan de achterzijde van het display.

Het voordeel van een transmissief LCD-beeldscherm is dat de aflezing niet door de hoeveelheid omgevingslicht beperkt wordt. Wel zorgt de kunstmatige lichtbron voor een hoger energieverbruik. Ook bestaat er een combinatie van bovenstaande methoden. Die noemen we transflectief. Dan wordt gebruikgemaakt van een interne licht bron en van licht dat van buiten op het beeldscherm valt. De meeste LCD beeldschermen die in vliegtuigen gebruikt worden zijn transmissief en van het type TFT.

Aansturing LCD-beeldscherm

Elk beeldpunt bestaat uit een vloeibaar kristalmolecuul tussen twee glasplaten en twee polarisatiefilters. De polarisatierichtingen van de twee filterlagen staan haaks op elkaar. Is het vloeibare kristal niet geactiveerd door elektroden, dan zal het kristal de polarisatierichting van het licht 90° doen verdraaien. Hierdoor zal het gepolariseerde licht dat de eerste filter is gepasseerd, nu ook het twee. de polarisatiefilter passeren. In dit geval zal het beeldpunt het achtergrondlicht doorlaten.

Een LCD-beeldscherm bevat een veld met beeldpunten (pixels) welke afzonder lijk worden aangestuurd. Door op de onderste glasplaat verticale banen te etsen (commons) en op de bovenste plaat horizontale banen (segments) wordt een raster (matrix) verkregen waarmee de afzonderlijke beeldpunten kunnen worden aangestuurd. Meestal is de elektronica voor de aansturing in de behuizing van het beeldscherm opgenomen.

Wanneer het vloeibare kristal geactiveerd is, zal dat niet langer de polarisatie richting van het doorvallende licht verdraaien. Hierdoor zullen beide polarisatie filters zowel het horizontaal gepolariseerde licht als het verticale gepolariseerde licht blokkeren. Het betreffende beeldpunt zal daardoor geen licht doorlaten, waardoor het beeldpunt donker blijft. Hierdoor zal het beeldpunt zwart worden weergegeven. Door patronen van geactiveerde en niet-geactiveerde beeldpunten kunnen zo willekeurige afbeeldingen worden weergegeven.

LCD-kleurenweergave

LCD

Voor de kleurenweergave op een LCD-scherm wordt gebruikgemaakt van kleurenfilterstrippen onder de laag van vloeibare kristallen. Hierbij worden de filter kleuren rood, groen en blauw toegepast. De onderste elektroden (y₁, y, en y worden drievoudig onder de filterstrippen aangebracht.

De elektroden boven de laag van vloeibare kristallen worden drievoudig en bovendien 90° verdraaid aangebracht (x₁, x, en x₁). Door de activatie van een bepaalde combinatie x-en y-elektroden kan een beeldpunt in de gewenste kleur worden geactiveerd.

LCD Werking

Wist je dat…

 voor cockpitbeeldschermen vaak maar een beperkt aantal kleuren wordt toege past? Op deze manier blijft de weergave voor de vlieger overzichtelijk.

LCD-TFT-kleurenbeeldschermen (actieve matrix-LCD’s)

Dit type beeldscherm heeft een dunne laag met transistors (Thin Film Transistor TFT). Elke pixel bevat bij dit type 3 transistors met voor elke basiskleur RGB één transistor. Door een elektronische aansturing van de transistors (pixels) verkrijgen we nu de beeldopmaak.

De meest voorkomende actieve matrix-LCD is het TFT-scherm. Het grote ver schil met een zogenaamd ‘passief’ LCD-beeldscherm is dat in het TFT-scherm voor elke subpixel een zeer klein transistortje is verwerkt op de glasplaat dat de informatie voor elk subpixel kan vasthouden. Deze complexe microscopische structuur (die je met het blote oog niet of nauwelijks kan waarnemen als de pixel oplicht) kan door diverse fotolithografistappen op het glas worden aangebracht

(net zoals dat in de fabricage van een microchip gebeurt). Voordelen zijn sneller schakelen wat goed is voor bewegende beelden, grotere contrasten en kleuren verzadigingen en meer grijswaarden of kleuren (tot 16,7 miljoen).

De werking van LCD-TFT-kleurenbeeldschermen TFT-schermen zijn platte beeldbuizen die werken met een dunne laag vloeibare

kristallen (LCD). Deze kristallen zijn verdeeld in kleine vakjes die op hun beurt weer per 3 samengevat worden in één pixel. Zo’n vakje heet een subpixel. Elke subpixel zorgt voor één kleur. Er is binnen één pixel een aparte subpixel voor rood, groen en blauw. Door de rode, de groene en de blauwe subpixel aan te passen kan je met elke pixel een groot aantal kleuren weergeven. Het beeldoppervlak van het TFT-scherm is de verzameling van alle pixels.

Het aanpassen van de intensiteit van een subpixel gaat als volgt. Liquid cristal of vloeibaar kristal is een stof die zich bevindt tussen de vaste en de vloeibare staat. Deze (semi-) vloeibare kristallen zijn gevoelig voor elektrische stroom en veranderen afhankelijk van het voltage van vorm. Normaal liggen de kristallen gedraaid en onder invloed van het voltage van de transistor ‘ontspannen’ de kris tallen zich. Met deze beweging kan je veel doen.

Zo kan je bijvoorbeeld twee (minuscule) lichtfilters ten opzichte van elkaar laten bewegen. Deze lichtfilters bepalen aan de hand van hun draaiing ten opzichte van elkaar hoeveel licht er wordt doorgelaten.

Het licht dat doorgelaten wordt door de transistor valt op een kleurfilter. Elk van de drie subpixels in een pixel gebruikt of een rood of een blauw of een groen kleurenfilter. Door het voltage van de transistor aan te passen, ontspannen de kristallen zich. Hierdoor komen de lichtfilters onder een andere hoek te staan waardoor ze een bepaalde hoeveelheid licht doorlaten.

Dat licht valt op het kleurfilter van de subpixel. Zo kan de intensiteit van een subpixel afgesteld wor den en kunnen er rood – groen – blauw-combinaties gemaakt worden die de pixel als geheel zijn kleur geven.

Reactietijd TFT-beeldschermen

Een belangrijke graadmeter voor de kwaliteit van een TFT-scherm is de reactie tijd (response time). De reactietijd heeft betrekking op de tijd die benodigd is om de pixels van een kleur A naar een kleur B te krijgen. De definities van de response time die verschillende fabrikanten gebruiken lopen zeer uiteen.

De ene fabrikant meet de tijd die nodig is om van donker (zwart) naar maximaal licht (wit) te gaan, terwijl de ander meet hoe lang het duurt om van lichtgrijs naar donkergrijs te gaan omdat die situatie vaker voorkomt.

Verschil met CRT-beeldschermen

Een belangrijk verschil tussen CRT-monitoren en TFT-schermen is dat de licht uitstraling van een TFT-scherm constant is en die van een CRT niet. In feite knippert een CRT-scherm heel snel en dat is vermoeiend voor je ogen. Een moderne CRT-monitor gaat zo’n 85 à 100 keer per seconde uit, terwijl oudere schermen knipperen met een snelheid van soms maar 60 keer per seconde. Dat kan erg vermoeiend zijn voor de ogen.

De subpixels in een TFT-scherm geven constant dezelfde hoeveelheid licht door totdat ze door de transistor van kleur (intensiteit) veranderd worden. Dat is een stuk rustiger voor de ogen. Daarnaast is het energieverbruik van een LCD zonder backlight teen stuk lager. Omdat de DU’s in vlieg tuigen meestal voorzien zijn van een backlight valt deze winst grotendeels weg.

Helderheid TFT-beeldschermen

De helderheid of luminantie wordt gemeten in candele per vierkante meter (cd/ m²) en varieert van ongeveer 200 tot 450 cd/m². Het gemiddelde TFT-scherm heeft een helderheid van zo’n 300 cd/m².

Contrast TFT-beeldschermen

De contrastratio is een maatstaf voor de puurheid van de kleuren in een afbeel ding. Een hogere contrastratio betekent dat het scherm mooiere kleuren kan weergeven waardoor een rijker en dieper beeld ontstaat.

Inkijkhoek TFT-beeldschermen

De inkijkhoek bij TFT-beeldschermen is in het begin een probleem geweest. Deze is bij de nieuwere typen beter. Wellicht ken je het verschijnsel van laptops: als je naast iemand staat die achter een TFT-scherm zit zie je soms niet alles. Dat komt doordat TFT-schermen niet in elke richting evenveel licht uitstralen.

Bij oudere laptops is de inkijkhoek vaak laag, maar bij nieuwere TFT-schermen is de inkijkhoek vaak groter. Soms wordt bij de specificaties van een TFT-scherm zowel de horizontale als de verticale inkijkhoek aangegeven. De horizontale inkijkhoek bepaalt hoe goed je het beeld van opzij kan zien en de verticale in kijkhoek bepaalt logischerwijs hoe goed het beeld zichtbaar is bij een afwijking in verticale richting.

Een TFT-scherm met een grote verticale inkijkhoek hoef je minder vaak af te stellen op je zithouding. Dat element is erg belangrijk voor gebruik in de cockpit waarbij de beide vliegers op elkaars beeldschermen mee moeten kunnen kijken.

Dode pixels in TFT-beeldschermen

Dode pixels in TFT-schermen zijn inmiddels een bekend en tevens gehaat fenomeen. Eigenlijk zouden we van dode subpixels moeten spreken omdat het vaak de subpixels zijn die het begeven. Een gekleurd puntje in beeld is vaak een teken van een dode subpixel. Helaas zijn dode (sub)pixels niet te herstellen. Hoewel je dode subpixels niet altijd ziet (of ze opvallen hangt af van de kleur van de omringende pixels) kunnen ze wel behoorlijk vervelend zijn.

Resolutie

TFT-schermen hebben altijd een basisresolutie. Bij 17 inch schermen is dit 1280 x 1024 pixels. Op deze resolutie zal het scherm het scherpst zijn. TFT-schermen kunnen wel schalen naar een andere resolutie, maar daarvan wordt het beeld meestal wat minder van kwaliteit. Het ene TFT-scherm verliest minder kwaliteit bij schalen dan het andere TFT-scherm.

LCD Scherm

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 5, Hoofdstuk 11, Paragraaf 11,3 Blz 367-373

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.