Daniel Hruska Nestekidenäyttöjä käytetään nykyään monilla teollisuudenaloilla. Tätä seikkaa auttaa suuresti mahdollisuus valmistaa erikokoisia LCD-näyttöjä – yleensä lävistäjillä yhdestä useaan kymmeneen tuumaan. Apple on erittäin tietoinen tästä edusta, joten voimme löytää LCD-näytön iPod nanosta, mutta myös 27 tuuman iMacista.
Mitä ovat nestekiteet?
Jokaisella aineella on tietyllä hetkellä tietty muoto, jota kutsutaan tilaksi. Aineen kolme perustilaa ovat kiinteä, nestemäinen ja kaasu. Aine pystyy siirtymään näiden tilojen välillä ympäristön paineesta ja lämpötilasta riippuen.
Kiinteiden aineiden hiukkasten väliset voimat ovat niin voimakkaita, että hiukkaset eivät voi liikkua vapaasti, vaan vain värähtelevät tasapainoasemiensa ympärillä. Hiukkasjärjestelyn säännöllisyydestä riippuen kiinteät aineet jaetaan kiteisiin ja amorfisiin. Kiteisten aineiden hiukkaset on järjestetty niin kutsuttuun kidehilaan ja muodostavat siten säännöllisiä kolmiulotteisia kuvioita - kiteitä. Päinvastoin, amorfisten kiinteiden aineiden hiukkaset eivät ole järjestetty millään säännöllisellä tavalla.
Jos kiinteän aineen lämpötila nostetaan sulamispisteensä yläpuolelle, se alkaa muuttua nesteeksi. Nestemäisten hiukkasten väliset voimat eivät enää ole tarpeeksi suuria säilyttämään alkuperäisen järjestelynsä. Neste saa siten säiliön muodon, johon se asetetaan. Nesteiden hiukkaset voivat liikkua keskenään tai virrata. Nestekiteet ovat tällöin erityistapaus aineista, joilla on sekä kiinteiden että nestemäisten aineiden ominaisuuksia, ja ne muodostavat siten oman erillisen kategoriansa aineiden tilan luokittelussa.
Nestekiteiden tyypit ja faasit
Kuten esimerkiksi kiinteät aineet jaetaan hiukkasrakenteensa mukaan kiteisiin ja amorfisiin, myös nestekiteet jaetaan muihin luokkiin. Tarkemmin sanottuna nämä ovat lyotrooppisia ja termotrooppisia nestekiteitä. Lyotrooppiset nestekiteet muuttavat järjestystä riippuen niiden pitoisuudesta liuottimessa. Nykypäivän näytöissä käytetään yleisimmin termotrooppisia nestekiteitä, jotka muuttavat molekyylien järjestystä lämpötilasta riippuen. Jos lämpötila on liian alhainen, nestekiteet jähmettyvät kiteiseksi kiinteäksi aineeksi. Päinvastoin, liian korkeissa lämpötiloissa nestekiteet muuttuvat isotrooppiseksi nesteeksi (jolla on samat ominaisuudet kaikkiin suuntiin). Näiden lämpötilapisteiden rajoissa, joissa muutos muihin tiloihin tapahtuu, on nestekiteitä eri faaseissa. Kussakin vaiheessa nestekidemolekyylit on järjestetty ja pyöritetty eri tavalla. Molekyylit ovat tyypillisesti sauvan muotoisia (ns. calamitic), kupin muotoisia tai kiekon muotoisia. Nestekiteiden faasien välisiä siirtymiä havaitsi ensimmäisen kerran vuonna 1888 Friedrich Reinitzer, joka työskentelee Prahan Kaarlen yliopiston luonnontieteellisessä tiedekunnassa, vaikka hänellä ei silloin ollut niistä aavistustakaan. Kolesterolibentsoaatin kiinteä kide sulai kiraalisessa nemaattisessa faasissa (kutsutaan myös kolesteriseksi) nestekiteiksi, jotka myöhemmin muuttuivat kirkkaaksi isotrooppiseksi nesteeksi.
Nemaattinen vaihe (N)
Nemaattisessa vaiheessa kalamiittinen molekyyli on orientoitunut keskimäärin yhteen suuntaan, jota kutsutaan ohjaajaksi (n), mutta ne ovat täysin epäjärjestyneet keskenään. Molekyyleillä on korkea juoksevuus ja ne voivat virrata kaikkiin kolmeen suuntaan. Samanaikaisesti niiden alhaisen viskositeetin kanssa on mahdollista muuttaa molekyylien suuntausta sähkökentässä. Korkean viskositeetin neste estää molekyyliensä tai kappaleidensa liikkumista siinä nesteessä enemmän kuin neste, jonka viskositeetti on alhainen.
Molekyylit, joilla on kiraalinen luonne, ovat erikoistapaus. Nämä eivät ole identtisiä peilikuvansa kanssa, mikä saa nestekiteet kiertymään vasen- tai oikeakätisiin spiraalirakenteisiin. Sitten se on edellä mainittu kiraalinen nemaattinen faasi (N*). Molekyylien kiertyminen heliksiksi tapahtuu yhtä akselia pitkin, joka on kohtisuorassa ohjaajaan nähden. Helix-langan pituus lyhenee lämpötilan laskeessa, päinvastoin, pitenee lämpötilan noustessa.
LCD-näyttö ei syty
Koska nestekiteet eivät säteile valoa, niiden alle on asetettava ylimääräinen valonlähde. Apple valaisee tuotteensa yksinomaan valkoisilla LED-valoilla. Aikaisemmin suuremmissa näytöissä käytettiin taustavaloa kylmäkatodiloistelampuilla (CCFL). Nämä ovat kuitenkin ympäristölle vaarallisia elohopean vuoksi, ja ne poistetaan vähitellen käytöstä jopa halvemmissa pöytätietokoneissa.
LCD-toiminnan periaate
Taustavalon, CCFL-putkien tai LEDien, lähettämä valo värähtelee säteeseen nähden kohtisuorassa tasossa kaikkiin suuntiin. Kun luonnonvalo kulkee polarisaattorin läpi, tapahtuu niin sanottua polarisaatiota. LCD-näytöt käyttävät lineaarista polarisaatiota – valo värähtelee vain yhdessä tasossa, joka on kohtisuorassa sädettä vastaan, jonka antaa polarisaattorin polarisaatioakseli. Joissakin näyttötyypeissä käytetään myös optista hidastajaa, joka auttaa vähentämään kontrastisuhteen riippuvuutta katselukulmista.
Itse nestekideseos asetetaan kahden uritetun kohdistuskerroksen väliin. Kohdistuskerroksen urat, jotka sijaitsevat lähempänä polarisaattoria, ovat samansuuntaisia sen polarisaatioakselin kanssa. Toisessa kohdistuskerroksessa on analysaattorin polarisaatioakselin suuntaiset urat. Nämä urat kohdistavat sauvamaiset nemaattiset molekyylit tarkasti polarisaattorin ja analysaattorin polarisaatioakseleita pitkin puristamattomassa tilassa, jolloin ne kiertyvät kierteeksi. Ohittava polarisoitu valo kääntyy täsmälleen kierteen kierteen mukaan. Kun se osuu analysaattoriin ja koska se on kierretty täsmälleen analysaattorin polarisaatioakselin suuntaiseen tasoon, se kulkee läpi. Pikseli näkyy sitten valaistuna. Tämä on esimerkiksi syy siihen, miksi ns. kuollut pikseli palaa edelleen.
Nestekiteet pystyvät pyörimään sähkökentän vaikutuksesta. Kiteiden pitkä akseli kiertyy aina sähkökentän suuntaan. Suljetussa tilassa kiteiden väliin syötetään sähköjännite, kierteinen järjestely häiriintyy, polarisoitu valo ei taipu analysaattorin polarisaatioakselin tasossa ja pikseli näyttää siksi tummalta.
Jos et ole vieläkään viisaampi yllä olevasta tekstistä, älä masennu. Seuraavassa on kuvaus omenamaailman tärkeimmistä LCD-tekniikoista - TN-LCD ja IPS-LCD 3D-animaatioineen.
TN-LCD (Twisted Nematic LCD)
Tämä on tunnetuin LCD-näyttötekniikka. TN-LCD:n toimintaperiaate ei poikkea yllä mainitusta kaaviosta, vain kytkemättömässä tilassa olevat nestekiteet kiertyvät tasan 90° kulmassa.
Älä sekoita TN-LCD:tä TFT-LCD:hen. Lyhenne TFT (Thin Film Transistor) osoittaa vain tavan, jolla yksittäiset osapikselit osoitetaan (jokainen pikseli koostuu punaisesta, vihreästä ja sinisestä osapikselistä). Kaikissa alipikseleissä on pieni, enimmäkseen läpinäkyvä transistori, joka "kertoo" tietylle osapikselille, onko se päällä vai pois päältä. Jos olisimme johdonmukaisia, meidän pitäisi puhua TN-TFT-LCD:stä tai IPS-TFT-LCD.
TN-LCD:llä on yleensä huonompi värintoisto ja pienemmät katselukulmat. Löydämme sen näistä laitteista:
- iPhone "2G"/3G/3GS
- kaikki iPodien sukupolvet ja muunnelmat
- MacBook Pro/Air
- iMac (2008 asti)
- Apple Studio, Cinema ja LED Cinema Display (2008)
IPS-LCD (In-Plane Switching LCD)
In-Plane Switching -teknologian kehitti vuonna 1996 japanilainen Hitachi, ja sen tehtävänä oli parantaa TN-LCD-näyttöjen huonoja katselukulmia ja huonompaa värintoistoa. Jatkuvasti laskevien hintojen myötä IPS-LCD-näytöistä on tulossa sopiva vaihtoehto TN-LCD-näytöille.
Kuvan mukaan IPS-LCD-näytön rakenne poikkeaa TN- ja STN-tekniikoista. In-Plane Switching, eli in-plane switching -tekniikka, elektrodeja ei sijoiteta kerroksittain päällekkäin, vaan tasoon.
Kuten TN-LCD:ssä, nestekiteet on kierretty kierteeksi, jonka suuntaa kierretään 90°, mutta yhdessä tasossa olevien elektrodien ansiosta niiden pyöriminen tapahtuu eri tavalla. Kytkemättömässä tilassa nestekiteet ovat rinnakkain toistensa yläpuolella, joten polarisoitunut valo ei taivu lainkaan ja absorboi analysaattoria. Vasta sähkövirran syöttämisen jälkeen IPS-LCD-näytön nestekiteet kiertyvät kierteeksi. Kun alipikselitransistori epäonnistuu, annettu osapikseli näyttää tummalta. Se on siten vähemmän häiritsevä kuin viallinen TN-LCD-alipikseli.
TN-LCD:hen verrattuna IPS:ssä on uskollisempi värintoisto, joka ei kärsi edes äärimmäisissä katselukulmissa. Olet varmasti kaikki nähnyt iPhone 4:n tai iPadin livenä, joten saat varmasti käsityksen tämän tekniikan ominaisuuksista.
IPS-LCD löytyy näistä Apple-laitteista:
- iPhone 4 / 4S
- IPad 1 / 2
- iMac (2009+)
- LED Cinema Display (2010+)
- Thunderbolt-näyttö
Ja mitä tapahtuu LCD:lle seuraavaksi?
Vaikka LCD-näytöt ovat käyneet läpi useita vuosikymmeniä kehitystyötä ja löytäneet tiensä erilaisiin laitteisiin – kelloista suuriin televisioihin – ne ovat jo saavuttamassa näyttöominaisuuksiensa rajoja. Suuri haittapuoli on tarve valaista näyttöä lisävalolla, jonka voi absorboida jopa kaksi kolmasosaa näytön kaikkien kerrosten läpi kulkevasta valosta. Myöskään vasteaika ei voi jatkaa lyhenemistä ilman nestekideseokseen syötetyn sähköjännitteen radikaalia lisäystä. Käyttölämpötilat voivat myös olla rajoittavia. Suorassa auringonvalossa nestekiteiden lämpötila voi nousta niin paljon, että ne muuttuvat isotrooppiseksi nesteeksi. Näyttö näyttää sitten mustalta ja saattaa vaurioitua pysyvästi.
Päinvastoin, etuna on niiden alhaiset tuotantokustannukset, jotka laskevat jopa uudemmilla teknologioilla, kuten IPS. Yleisesti oletetaan kuitenkin, että LCD-näytöt korvataan muutaman vuoden sisällä OLED-näytöillä, joiden mekaanisia ja näytön ominaisuuksia parannetaan jatkuvasti ja joiden tuotantokustannukset laskevat vähitellen.
Onko TNka tärkeä MacBookeissa ja iMaceissa? Lopettaa?
Ja jos uskaltaudut "All about..." -tyyppiseen villiin, voit todella vetää kaiken irti. Tarjolla on myös PVA- ja MVA-matriiseja sekä low-endovej e-IPS. OLED-laitteista tiedetään jo tarkempaa tietoa...
Katso, älä ole fiksu. Koska kyseessä on Applea käsittelevä verkkosivusto, tämä artikkeli on enemmän kuin tarpeeksi tykkäyksiä varten. Jos haluat tietää jotain lisää, mene toiselle sivustolle...
Lisäksi tietääkseni OLED-tekniikalla ei ole mitään tekemistä LCD:n kanssa...
Apple ei käytä VA:ta, joten tästä tekniikasta ei tarvitse kirjoittaa Jablíčkárassa.
Ja LCD:stä puhuen, halusin kalibroida omani.
Valitettavasti MAC OS:ssä kalibrointiohjelma ei toimi eikä sen tehnyt henkilö tiedä vaihtoehtoa Macille.
Verrattuani kalibroitua LCD-näyttöä Acerin kalibroimattomaan näyttöön, ajattelin, että se todella auttaa.
Mutta verrattuani kalibroitua Aceria MBP:heni, huomasin, että en todellakaan tarvitse kalibrointia, koska se näyttää silti paremmalta kuin kalibroitu.
:-D
Ongelma ratkaistu, hanki Apple, ole onnellinen.
Um, sanoisin myös, että iMacissa on IPS...muuten macbookeissa on tn, ei siitä mitään.
Ilmeisesti IPS:ää ei voitu käyttää MBAirissa sen rakenteen "paksuuden" vuoksi verrattuna TN:ään. Kuitenkin, jos se sopii iPadiin, se on mielestäni hieman hämmentävää.
iMac on 100 % IPS CinemaDispistä riippumatta. (CD) on identtinen iMacin kanssa. Lisäksi Apple esitteli CD-levyn myös sopivana laajennuksena iMacin työpöydälle, ja jokainen, joka on koskaan yrittänyt rakentaa suurta TN- ja IPS-näyttöä, tietää, että se "ei toimi"...
Mitä tulee nykyisiin MBProihin, ottaen huomioon Applen tavoitteen ja kilpailun (Sony pakkaa IPS:n parhaimpiin NB:ihinsä), odotan myös niissä IPS:ää, mutta se ei luultavasti pidä paikkaansa. Näyttää siltä, että helvetin TN otetaan talteen
iMacin osalta Apple siirtyi IPS:ään vuonna 2009, ainakin Wikipedian mukaan olemme korjanneet artikkelin