Werking plasma TV

1. Inleiding LCD

Liquid cristal is ontdekt door de Oostenrijkse botanist Fredreich Rheinizer in 1888. Liquid cristal is noch vast noch vloeibaar.

In de jaren 60 toonden wetenschappers aan dat vloeibare kristallen die gestimuleerd werden door een elektrische spanning de eigenschappen van doorgaand licht konden veranderen.

In dit hoofdstuk kom je te weten hoe de platte LCD-schermen werken.

2. Werking LCD

Het beeld wordt gevormd door een reeks van 'lichtschakelaars'. Bepaalde vloeibare kristallen (LCD) vertonen speciale eigenschappen.

Optische eigenschap: de kristallen geven het licht een polarisatie volgens hun eigen ligging.

Elektrische eigenschap: de kristallen richten zich evenwijdig met elkaar bij een voldoend groot elektrisch veld, anders proberen ze zo goed mogelijk de richting van de buren te volgen.

Door een speciale behandeling van de glasplaten (rubbing) waartussen de vloeibare kristallen zich bevinden, zullen de kristallen zich richten naar de voorkeursrichting van de plaat. De richting van de ene plaat staat loodrecht op die van de andere plaat. Doordat de kristallen zich ook richten naar hun buur, zal er een spiraalvorm ontstaan van de ene plaat naar de andere. Ook het licht dat door deze kristallen gaat, zal een draaiing van 90° ondergaan.

Indien we de platen op een geleidende laag aanbrengen en hier een spanning over plaatsen, zullen de kristallen zich echter allen op één lijn plaatsen, waardoor er geen draaiing meer optreedt. Door de spanning op die platen te regelen, kunnen we dus ook de polarisatie van het licht beïnvloeden.

Het licht komt aan één kant de LCD binnen, en wordt gestuurd volgens één polarisatierichting. Indien dit gepolariseerde licht door een polarisatiefilter moet, dan zal enkel het licht met de juiste polarisatie erdoor geraken. Door het beïnvloeden van de spanning over het kristal kunnen we dus ook het doorlaten van het licht beïnvloeden. Het LCD-scherm zal zelf geen licht uitstralen, zoals we wel weten van bij een horloge. Door achter de display een lichtbron aan te brengen, kunnen we wel beelden zien: back-lit. Kleuren bekomt men door bij iedere optische schakelaar een rood, groen of blauw filtertje aan te brengen.

 

 

 

 

 

 

Kort samengevat:

Een LCD bestaat uit 2 glazen platen (polarisators) met vloeibare kristallen tussen. Erachter is een backlight. Verder is er nog een TFT-paneel en een kleurfilter. Door de spanning tussen die twee glazen platen te regelen kunnen we de lichtdoorlaat regelen. We hebben dus geen systeem met subframes nodig zoals bij PDP's. Navolgens het potentiaalverschil gaan die vloeibare kristallen licht doorlaten of niet. De vloeibare kristallen draaien zich tussen het TFT-glas en het kleurfilterglas. Er bestaan twee soorten LCD's. Er zijn er dit alle licht doorlaten bij een potentiaalverschil van 0 V. Meer spanning betekent dan minder lichtdoorlaat. Er zijn er die geen licht doorlaten bij 0 V. Meer spanning betekent dan meer licht.

TFT-glas (Thin Film Transistor) heeft zoveel TFT's als het aantal dots. Het aantal kleurfiltertjes is ook gelijk aan het aantal dots.

3. Segment versus matrix display

De segment methode (directe methode, segmenten aansturen) wordt gebruikt voor simpele displays (bv. rekenmachines). De matrix methode (dots aansturen) wordt gebruikt voor beeldschermen, computerschermen en TFT monitors.

 

4. Passieve en actieve matrix LCD's (PMLCD - AMLCD)

Voor de aansturing van de verschillende pixels van een matrix display zijn er meerdere mogelijkheden. De eerste is de passieve matrix. Op de twee glazen platen zijn er geleidende, doorzichtige lagen aangebracht. Op de ene plaat zijn er geleidende stroken als kolommen aangebracht. Op de andere plaat zijn ze als rijen gerangschikt. Door op een bepaalde kolom en rij al dan niet een spanning aan te brengen, ontstaat er een veranderende spanning over het elementje dat gevormd wordt door de kruising van die ene rij en die andere kolom. Die cel zal daarop licht doorlaten indien dit nodig is, en een gekleurd filtertje dat ervoor gemonteerd is, zal het licht een bepaalde kleur geven.

Het grote nadeel van dit systeem is dat als er veel cellen zijn, hoge definitie, slechts een klein contrast mogelijk is, omdat iedere cel slechts gedurende een korte tijd geactiveerd kan worden. Een groter contrast is mogelijk bij de actieve matrix LCD. Iedere pixel is op te vatten als een capaciteit: de vloeibare kristallen vormen de isolator, de geleidende rijen en kolommen de platen. Door een lading hierop te zetten en te houden, blijft ook de schikking van de kristallen onder invloed van de spanning behouden. De lading wordt op de capaciteit geplaatst via een TFT en er ook door tegengehouden. Dus op ieder kruispunt van de elektrodes is er een capaciteit en een schakelaar (TFT) geïntegreerd.

Hieronder is de vertikale structuur te zien van een dot en zijn equivalent circuit:

Als we op de gate bus-line een spanning zetten van bv. 20 V, zal de data van de data bus-line worden geladen (TFT wordt aangezet) in Cs en Clc en behouden worden.

Actieve adressering van een 3x3 matrix

De gate bus-lines worden na elkaar gescand. Dan wordt er een bepaalde spanning gezet op alle source bus-lines in een bepaalde sequentie. Zo kunnen we alle pixels adresseren.

5. Structuur van een kleuren TFT LCD-scherm

6. De vertikale structuur van een kleuren TFT LCD-scherm

De TFT-matrix bestaat uit de TFT's, de opslagcondensatoren en de pixel elektrodes. De kleurfilter bestaat uit de black matrix en harsfilm die rood, groen of blauw is. De twee glassubstraten zijn ineengemonteerd met een sealant (dichting) en de afstand ertussen worden behouden door spacers. De vloeibare kristallen zitten ertussen. De twee polarisators zijn vastgemaakt aan de twee buitenkanten van de sandwich.

6. LCD en kleur

 
Bron: Stereo House (Frans Van Eeckhout)