מרכז מידע

ההיסטוריה של ה-LCD

LCD (ראשי תיבות של Liquid Crystal Display - תצוגת גביש נוזלי) היא טכנולוגיה לבניית צגים דקים העשויים ממספר מקטעים. בדרך כלל, כל מקטע מהווה מרכיב צבע אחד מפיקסל. יתרונותיו העיקריים, העובי הדק וצריכת חשמל נמוכה, הפכו את הטכנולוגיה למתאימה לשימוש במכשירים אלקטרוניים ניידים המופעלים באמצעות סוללה. יתרונות נוספים של איכות תמונה נותנים לטכנולוגיה עדיפות גם לייצור צגי מחשב וטלוויזיות.

LCD (ראשי תיבות של Liquid Crystal Display - תצוגת גביש נוזלי) היא טכנולוגיה לבניית צגים דקים העשויים ממספר מקטעים. בדרך כלל, כל מקטע מהווה מרכיב צבע אחד מפיקסל. יתרונותיו העיקריים, העובי הדק וצריכת חשמל נמוכה, הפכו את הטכנולוגיה למתאימה לשימוש במכשירים אלקטרוניים ניידים המופעלים באמצעות סוללה. יתרונות נוספים של איכות תמונה נותנים לטכנולוגיה עדיפות גם לייצור צגי מחשב וטלוויזיות.

כל מקטע (או תת-פיקסל) בצג מורכב מאוסף מולקולות הגביש הנוזלי, הנתונות בין שתי אלקטרודות שקופות, ובין שני מקטבים אשר בדרך כלל מצויים בקיטוב אנכי זה לזה. ללא מולקולת הגביש, אור שיעבור דרך אחד המקטבים, ייחסם על ידי השני. מולקולות הגביש מסתדרות בסיבוב כך, שאור שיעבור דרכם ישנה את קיטובו בהדרגה ויוכל לעבור דרך המקטב השני.

מולקולות הגביש הן בעלות צד חיובי וצד שלילי מבחינה חשמלית. כאשר מופעל שדה חשמלי (על ידי מתח באלקטרודות) יסתובבו המולקולות כתוצאה מהכוח האלקטרוסטטי. שינוי זווית המולקולות יגרום לשינוי קיטוב האור, כך שחלק מהאור ייחסם במקטב. רמת המתח המופעל באלקטרודה שולטת על מידת האור העובר.

היסטוריה

שליטה באלקטרודות

שליטה ישירה

שליטה על ידי מטריצה של פיקסלים מול שליטה ישירה במקטע באמצעות Seven Segment Displayבתצורה הפשוטה ביותר, כל אלקטרודה מחוברת ישירות למעגלי הבקרה. צורה זו מתאימה למחשבונים או שעוני יד דיגיטליים, והיא מבוססת בדרך כלל על רכיב אלקטרוני בשם Seven Segment Display, אשר מסוגל להציג כל סיפרה בין 0-9 (ואת הסמלים ההקסאדצימליים A-F) באמצעות הדלקה וכיבוי של 7 מקטעים נפרדים (ראה תמונה משמאל). בצג מחשב או טלוויזיה בהם ישנם יותר ממיליון סגמנטים (תת-פיקסלים) לא סביר לשלוט בכל אחד בנפרד ולכן פותחו שתי שיטות להתגבר על כך: מטריצה פסיבית ומטריצה אקטיבית.

מטריצה פסיבית

מטריצה פסיבית היא מערך פשוט של אלקטרודות שקופות המונחות על לוחות הזכוכית העוטפות את הגבישים הנוזליים במסך - על לוח זכוכית אחד מולבשות אלקטרודות אופקיות (שורות) ועל האחר מולבשות אלקטרודות אנכיות (טורים). שתי האלקטרודות מחוברות למעגל חשמלי משולב. על מנת להאיר פיקסל מסוים במסך נשלח מטען בשורה ובטור המתאים לפיקסל. כאשר המטענים נפגשים הגביש באותו פיקסל משנה את זוויתו ומאיר את הפיקסל. בדרך זו מוארים הפיקסלים המתאימים על המסך ואנו חוזים בתצוגה בשלמותה. בעיות שנוצרות עקב שימוש בשיטה זו היא זמן תגובה נמוך ומתח לא מדויק שנשלח לאלקטרודות. זמן התגובה הנמוך מתבטא ביכולת המסך לרענן את התצוגה. דוגמה קלאסית לכך היא גרירת העכבר לרוחב המסך וצפיה במין "שובל רפאים" שנוצר עקב אי היכולת לרענן את המסך במהירות מספיקה. הבעייתיות במתח מתבטאת בירידה בחדות של המסך, כיוון שמטען המתח שנשלח מסובב את הגביש באותו הפיקסל, המתח מסובב חלקית גם את הגבישים מסביב לאותו הפיקסל, מה שמביא לירידה בחדות ולתמונות מעט מעורפלות.

מטריצה אקטיבית (TFT)

מטריצה אקטיבית (Thin Film Transistors) היא שיטה בה מסודרים במטריצה קבלים וטרנזיסטורים. על מנת להאיר פיקסל, הקבלים באותה השורה מודלקים, ונשלח זרם לאורך הטור המתאים. כל השורות בהן עובר הזרם לא יאירו, חוץ מהפיקסל המיועד כיוון שהקבל של אותו פיקסל יקבל את הזרם וישמור בטרנזיסטור את המטען, עד מחזור הרענון הבא. בינתיים, המטען בטרנזיסטור מסובב את הגביש בהתאם כך שהפיקסל מאיר. ניתן לשלוט בזרם וכך לא לסובב לגמרי את הגביש אלא רק מעט כך שהפיקסל מאיר בחוזק שונה.

יצירת האור והצבע

האור שעובר דרך הגביש הנוזלי יכול להגיע מהסביבה, כמו בשעונים דיגיטלים, או על ידי תאורה אחורית מיוחדת. השיטה הפופולרית בימינו היא תאורה פלרוסנטית קרה (CCFL).שיטה נוספת היא שימוש בלדים בשלושה צבעים כך שיתקבל אור רקע לבן. כדי להפוך את האור הלבן לתצוגה צבעונית נדרשים מסנני צבע (color filters). כדי ליצור צג צבעוני נדרשת שליטה לכל פיקסל בשלושה צבעים לפחות. בדרך כלל הפיקסל מחולק לשלושה מקטעים: אדום, כחול וירוק.
מרחב הצבע שניתן ליצור תלוי במידת הרוויה של כל צבע בסיס. במקרים רבים לא מגיעים צגים המבוססים על CCFL ומסנני צבע לכל מרחב הצבע שמסך CRT (שפופרת קרן קתודית) מציג. (הגדרה מקובלת למרחב של CRT הוא sRGB). שימוש בלדים משפר מצב זה ואף מאפשר הצגת מרחב צבע גדול יותר מ CRT רגיל.

לאחרונה הופיעו מסכים בהם נוצר הצבע על ידי ריבוב זמני בין לדים צבעוניים. באופן עבודה זה, כל פיקסל משנה את רמתו שלוש פעמים במהלך מסגרת (FRAME) אחת. בכל פעם, נדלק LED בצבע אחר בהתאמה. מכיוון שקצב שינוי זה מהיר מתגובת העין, מתקבלת תמונה ללא ריצוד.

עוד שיטה להרחבת תחום הצבעים האפשרי הוא שימוש ביותר משלושה צבעי בסיס.

מקור וויקיפדיה

הפיתוח הראשוני היה פתרון של תצוגה מונוכרומטית לאור יום של ספרות, בעיקר עבור שעונים דיגיטליים. התצוגה ניצלה את העובדה שאור שעובר בגבישים מסוימים משנה את מישור הקיטוב שלו לפי המתח המופעל על הגביש, והתפתחה בהדרגה לתצוגה המובילה במערכות דיגיטליות, כמסכי מחשב, טלוויזיה, מצלמות ונגני מוזיקה דיגיטליים.