Az LCD kijelzők piaca a közelmúltban robbanásszerű növekedésnek indult. Bár a folyadékkristályos kijelzőket magas áruk, valamint képminőségbeli korlátaik miatt hosszú ideig csak mobil eszközökben alkalmazták, a közelmúlt árcsökkentései, illetve a technológia csiszolódása egyértelművé tette: Eljött az LCD kora.

Talán meglepőnek tűnik, de amikor egy katódsugárcsöves (CRT - Cathode Ray Tube) monitorra, illetve televízióra nézünk, valójában egy több, mint száz éves technológiát látunk. Bár nyilvánvaló, hogy a katódsugárcső feltalálása óta a technológia óriási fejlődésen ment keresztül, sajnos a legnagyobb problémákat, a nagy méretet illetve súlyt, valamint részben a torz, homályos képet nem sikerült kiküszöbölni. Az új, lapos kijelzők azonban mentesek ezektől a problémáktól.

A jelenlegi, második számú megjelenítőtípus a katódsugárcső (CRT) után az LCD, azaz folyadékkristályos kijelző (Liquid Crystal Display). Igaz az LCD csak egy azon technológiák közül, amelyeket lapos kijelzők készítésére fejlesztettek ki a kutatók, immár teljesen nyilvánvaló, hogy a számítástechnikában használatos CRT monitorok helyét ez a technológia veszi át.

A notebookokban, kéziszámítógépekben és projektorokban már jelenleg is általánosan megtalálható LCD technológia történelme egészen 1888-ig nyúlik vissza, amikor is Friedrich Renitzer osztrák biokémikus felfedezte a folyadék kristályoknak nevezett anyagokat. A folyadékkristályos anyagok nevük első tagjának megfelelően folyékonyak, a molekulák szintjén azonban részben rendezettek, amely tulajdonság pedig a szilárd, kristályos anyagokra jellemző. Ezután egy meglehetősen hosszú, 85 éves csendes időszak következett, mígnem a japán Sharp Electronics 1973-ban kiadta az első elektronikus számológépet LCD digitális kijelzővel.


Az LCD-k egyik lényeges tulajdonsága, hogy nem képesek közvetlen fénykibocsátásra, ellenben elnyelhetik, átereszthetik, illetve visszaverhetik azt. Az LCD kijelzők ezért minden esetben valamilyen belső vagy külső fényforrást használnak a megjelenítésre, ami lehet belső megvilágítás, vagy akár külső, természetes környezeti fény is. A belső fényforrású folyadékkristályos kijelzők az úgynevezett transzmissziós kijelzők, a külső megvilágítású változatokat pedig reflexiós LCD-knek nevezik.

Az LCD kijelzőknek alapvetően két típusa létezik. A DSTN (Dual-Scan Twisted Nematic) passzív-mátrix kijelzők megjelenítési sebessége sajnos meglehetősen lassú, ezért az ilyen LCD-k képén gyorsan mozgó objektumok esetén egy úgynevezett "csóva" látható. E jelenség oka az, hogy az előző pillanatban megjelenített képet követően a kijelző képpontjai még nem álltak át a jelenlegi képnek megfelelő színűre, illetve sötétségűre.

A DSTN technológiájú LCD kijelzők reakcióideje hozzávetőleg 300 ms, ami másodpercenként 3,33 különböző kép kirajzolását teszi lehetővé. Nem nehéz belátni, hogy ez a típus nem használható olyan területeken, ahol gyorsan változó kép megjelenítésére van szükség: ilyen lehet például a videólejátszás. A DSTN technológia egyre inkább kiszorul a piacról, bár egyes olcsóbb notebookokban még mindig megtalálható valamelyest feljavított, gyorsított frissítésű változataiban.

A TFT (Thin Film Tranzistor - Vékony Filmtranzisztor) LCD kijelzők már sokkal igéretesebb technológiának tűnhetnek. Mint neve is utal rá, ebben a kijelzőtípusban tranzisztorok végzik az egyes képpontok vezérlését. Mivel a nagyszámú tranzisztor túlságosan megnövelné a kijelző fogyasztását, a TFT LCD-kben az úgynevezett FET (Field Effect Tranzistor - Térvezérlésű Tranzisztor) változatok kaptak helyet, amelyek csak igen kis, szinte alig mérhető áramot vesznek fel.

A FET tranziszorokat a kijelzőkre egy rendkívül vékony rétegben viszik fel, innen származik a vékony filmtranzisztor elnevezés. A TFT kijelző minden képpontját egy aktív elem, egy tranzisztor vezérli, ezért az ilyen LCD-ket aktív-mátrix kijelzőknek hívják. A TFT LCD-k jellemző reakcióideje sokkalta jobb, mint a DSTN változatoké, és típusoktól függően 20-30 ms körül mozog, ami átlagosan 40 kép megjelenítését teszi lehetővé másodpercenként. Mivel az emberi szem hozzávetőlegesen 25 különböző képet tud érzékelni másodpercenként, ez a sebesség már elegendő lehet ahhoz, hogy a gyorsan mozgó illetve változó képet zökkenőmentesnek lássuk. Sajnos a TFT technológia előnyei erősen tükröződnek az árban is, az ilyen működési elvű kijelzők térhódításával azonban ez a magas ár szerencsére egyre alacsonyabbá válik. Problémák az LCD technológiával

Az LCD kijelzők egyik nagy hátránya az, hogy sok esetben gyakorlatilag csak szemből nézve látható megfelelően képük. Bár a transzmisszív, háttérvilágítással ellátott LCD-k cellafelépítése fizikai kialakítását tekintve valójában egyáltalán nem hasonlít a szívószáléra, fényvezető tulajdonságaik azonban nagyfokú hasonlóságot mutatnak. Egy szívószálat valamilyen fényforrás felé irányítva szemből látjuk a rajta áthaladó fényt. Amennyiben viszont kissé oldalról nézzük a szívószálat, nem látjuk benne a fényt, noha az ugyanúgy keresztülhalad rajta, mint eddig.

A legegyszerűbb megoldás a problémára az úgynevezett diffúziós réteg felvitele a kijelző felületére. A diffúziós réteg szétszórja az egyirányban kifelé haladó fénysugarakat, így azok nagyobb szögtartományból láthatóak. A hatás azonban korántsem tökéletes. A "multi-domain" technológia során a kijelző minden egyes celláját régiókra osztják, amelyeket különböző irányokba döntenek el. Az eljárással megoldható, hogy a kijelző képe oldalról, sőt alulról és felülről is jól látható legyen. Hátránya azonban, hogy meglehetősen bonyolult, így megvalósítása költséges.

A folyadékkristályos kijelzők másik problémája a színmélység. A katódsugárcsöves (CRT) monitorok gyakorlatilag végtelen számú színárnyalat megjelenítésére képesek, mivel analóg elven működnek. A katódsugárcső esetében a gyorsítófeszültség változtatásával viszonylag egyszerűen beállítható az adott képpont fényessége. A CRT-khez hasonlóan a folyadékkristályos kijelzők esetében is a feszültséggel lehet változtatni a képpont fényességét, a pixelek külön vezérlésére azonban csak az aktív-mátrix változatoknál van lehetőség. A passzív-mátrix megoldások esetében a színárnyalatok száma korlátozott, mivel ezeket a kijelzőket csak soronként, illetve oszloponként lehet vezérelni.

Akárcsak a színes katódsugárcsövek esetében, a színes LCD-k esetében is a vörös, zöld, és kék (RGB) alapszínek additív keverésével jönnek létre az árnyalatok. A folyadékkristálynak nincs színe, ezért a különböző színű alpixelek esetében vörös, zöld, illetve kék filtereket használnak. Jelenleg a legtöbb aktív-mátrix LCD digitális jelvezérlővel rendelkezik, és csak kevésbe építenek analóg változatot. Egy 8 bites vezérlő 256 különböző szürkeárnyalatot képes megjeleníteni, ami a három színű filterekkel 256^3, azaz 16777216 különböző színt jelent. Az így kapott 24 bites színmélység megfelelőnek tűnhetne, mivel azonban az emberi szem a kisebb fényességű tartományokban jóval érzékenyebb a színek változására, mint a fényesebb területeken, ezen tartományban még tökéletesebb színreprodukcióra van szükség.


A kijelzőkben a színárnyalatok növelésére térbeli, illetve időbeli szürkeárnyalást alkalmaznak (spatial, illetve temporal dithering). A térbeli szürkeárnyalás a nyomtatónál is használatos megoldással egyező, vagyis minden képpont több, általában négy részre van bontva. Két szürkeárnyalat fokozat közötti sötétségű pont hozható létre, amennyiben a szorosan egymás mellett lévő pontokból az egyik sötétebb, a másik világosabb a kívánt árnyalatnál. A megoldás hátránya, hogy csökkenti a kép felbontását, ezért a gyártók nem is kedvelik. Az időbeli szürkeárnyalás során az adott képpont egy képkocka megjelenési ideje alatt többször árnyalatot vált. Amennyiben mindez elég gyorsan zajlik, a szemlélő köztes sötétségű árnyalatot lát. Mivel ez a technológia nem csökkenti a felbontást, a gyártók ezt alkalmazzák szélesebb körben.

Az LCD kijelzők jelentős hátrányban vannak a CRT változatokkal szemben a megjelenítési sebességet illetően is. A katódsugárcsöves monitorok esetében az elektronágyú feszültségének változásával egyidőben az aktuális képpont fényessége szinte azonnal megváltozik. Az LCD-k esetében azonban olyan változásoknak kell végbemenni a folyadékkristályok elhelyezkedését illetően, amelyhez több idő szükséges.

A jelenlegi leggyorsabb passzív-mátrix LCD kijelzők képfrissítési ideje 150 ms (7 kép/mp) körül mozog, ami nem elegendő gyorsan mozgó képek, például videók megjelenítésére. A korszerű aktív-mátrix változatok 25 ms körüli frissítési ideje azonban már elfogadható, 40 kép/másodperces (Frame Per Second) képváltást tesz lehetővé. Igéretes technológia az LCD-k gyorsaságának megnövelésére

A japán Mitsubishi Electric által kifejlesztett Feed Forward (FFD - Előtöltés) technológia rendkívül igéretes megoldásnak tűnik az LCD kijelzők képfrissítési sebességének megnövelésére. A technológia arra a tényre épül, miszerint a folyadékkristályos kijelzők megjelenítési ideje nagymértékben függ attól, hogy milyen megelőző állapotból milyen fényességűre kell beállítani az adott képpontot.

A kutatók hosszas mérések után megállapították, hogy a világos cella feketébe váltása igényli a legkevesebb időt, ami körülbelül 8 ms. A feketéből világosba (fehérbe) váltás szintén rövid, 17 ms-os idő alatt megy végbe. Nagy időigényű művelet viszont az egyik köztes szürkeárnyalatból (illetve köztes fényességi állapotból) a másikba váltás. Ez a művelet 30-40, esetenként 54 ms-ot is igénybe vehet. A magyarázat meglehetősen egyértelmű: feketébe váltáskor a cellára maximális feszültséget kell kapcsolni, ami meggyorsítja a folyadékkristály reakcióját. Fehérbe váltáskor a feszültség nullára esik, ami szintén viszonylag gyors változást idéz elő. Köztes árnyalatból egy másikba váltás azonban a szükséges feszültség precíz beállítását igényli. Bár mindezen művelet elektronikus megvalósítása gyors, a kis feszültségkülönbség miatt maga a folyadékkristály lassan reagál.

Egyre nagyobb teret hódítanak a Tablet Pc-k
Felvetették a kérdést a kutatók, mi történik akkor, ha a cellának nem a kismértékű sötétedésre, illetve világosodásra adnak utasítást, hanem a fekete, illetőleg fehér állapotba váltáshoz, a vezérlőfeszültség azonban megszűnik, mielőtt a cella teljesen elsötétülne, vagy kivilágosodna. A vizsgálatok teljes sikerrel zárultak, vagyis a megoldás működött, méghozzá jóval gyorsabban, mint hagyományos vezérlés esetén. Meg kell azonban jegyezni, hogy bizonyos műveletek, mint például a fehérből feketébe váltás, illetve ennek fordítottja értelemszerűen nem lett gyorsabb az FFD alkalmazásával sem. Ezen műveletek azonban eddig is viszonylag gyorsan zajlottak, ezért ez nem jelent különösebb problémát. Az FFD technológiát alkalmazó LCD prototípusok meglepően jó minőségű, gyors frissítésű képet alkottak, és a hirtelen változó képek, ami például videók esetében gyakori, nem hagytak csóvát.

A kezdeti teszteket később hosszas vizsgálatok követték, amelynek célja az volt, hogy a kutatók megállapítsák, a meghatározott állapotváltozásokhoz milyen úton lehet a legrövidebb idő alatt eljutni. Ezek az adatok később eltárolásra kerültek, és szükségesek lesznek az FFD kijelzők, illetve vezérlőik gyártásához. A Mitsubishi képviselői szerint az első FFD eljárást alkalmazó LCD kijelzők 2002 első negyedévében jelenhetnek meg. Rivális technológiák

Számos területen igéretes alternatívát jelenthetnek az LCD paneleknek a plazma kijelzők. Az ilyen típusú kijelzőkben a gázt elektromos áram segítségével plazmává alakítják, amely ultraibolya (UV) fényt bocsát ki. Az UV fény ezután látható fényt gerjeszt a kijelző felületére felvitt foszforrétegen. A plazma kijelzők frissítési ideje rövid, ezért ezek az eszközök alkalmasak gyorsan mozgó képek megjelenítésére is, például televíziókban. A technológiával vékony és könnyű kijelzők építhetőek, amelyek saját fénykibocsátással rendelkeznek, így képük éles szögből is jól látható. A plazma kijelzők hátránya a viszonylag nagy fogyasztás, valamint a katódsugárcsöveknél általában rövidebb élettartam (10 ezer üzemóra). A technológia emellett meglehetősen drága.


Az OLED (Organic Light Emitting Diode - Organikus Fénykibocsátó Dióda) technológia az ipar jelenlegi üdvöskéje, és számos óriáscég komoly összegeket fektetett tökéletesítésébe. A technológia olyan szén-alapú molekulákra épül, amelyek elektromos töltés hatására különböző színű fényt bocsátanak ki. Az OLED előnye, hogy fogyasztása kicsi, a kijelző könnyű, és még az LCD-knél is vékonyabb lehet, saját fénykibocsátással rendelkezik, így éles szögből, illetve sötétben is jól látható, élettartama pedig nagy. Hátránya, hogy még nem kiforrott technológia, elterjedésére egy ideig még várni kell. Leginkább a termelékenységgel vannak problémák, ami miatt egyelőre drága.

A Field Emitter Display (FED - Térkibocsátásos Kijelző) alapelve, hogy a képernyő minden képpontját megtestesítő foszforpontja saját elektronágyúkkal rendelkezik, ellenben a CRT-vel, amely esetében három (RGB) elektronágyú pásztázza végig az egész képfelületet. Előnye, hogy fénykibocsátó, ezért jól látható képet ad, igen vékony, képfrissítése gyors, szerkezete egyszerű. Mivel minden képponthoz több miniatűr elektronágyú kapcsolódik, ha ezek akár 10 százaléka hibás, a fényerőcsökkenés szinte észrevehetetlen, ezért a termelékenység igen jó. Hátránya a viszonylag nagy fogyasztás, illetve a tény, hogy 15 hüvelykesnél nagyobbat ezidáig nem sikerült készíteni belőle. A nagyobb cégek elpártoltak e technológiától.

Az Elektroluminescens (EL - Elektroluminescent) kijelzők szintén olyan anyagokat alkalmaznak, amelyek elektromos áram hatására fényt bocsátanak ki. Előnye, hogy egyszerű körülmények között, olcsón előállítható, képfrissítése gyors, ráadásul szintén fénykibocsátó, ezért jól látható. Hátránya, hogy nem alkalmas nagyfelbontású képek megjelenítésére, így elsősorban szegmentált kijelzőkben, illetve televíziókban jelenthet megfelelő megoldást.

Az LCD kijelzők jövője

Az LCD kijelzők igen magas áruk, valamint viszonylagosan gyenge képminőségük miatt hosszú éveken keresztül csak speciális alkalmazási területeken voltak felhasználva, mint például a különféle hordozható eszközök. Az LCD-k 3-5-szörös ártöbblete a CRT modellekhez képest a nagyobb, 17 hüvelyk fölötti képátlójú modellek esetében ráadásul további, éles növekedést mutat. Az elmúlt években azonban az LCD technológia olyan mértékű fejlődésen ment keresztül, ami egyrészről már megfelelő képminőséget eredményezett, másrészt az előállítási költségeket is sikerült jelentősen csökkenteni. A technológia fokozatos terjedésével a gyártók szállítási mennyisége drasztikusan megnövekedett, ami újabb áresésekhez vezetett.

Alig egy-két évvel ezelőtt egy általános, 14-15 colos asztali LCD kijelző ára jóval 1000 dollár (300 ezer Ft) fölött volt. A technológia térhódítása, valamint a fokozódó konkurenciaharc azonban azt eredményezte, hogy a hosszú ideig tartó, folyamatos árcsökkenések után immár 400 dollár környékére esett az olcsóbb 15 colos modellek ára. Az elemzők szerint a folyadékkristályos kijelzőt alkalmazó asztali monitorok ára az elkövetkezendő időszakban további csökkenést fog mutatni, ez pedig megalapozza a technológia általánossá válását. Számos szakember úgy véli, a katódsugárcsöves monitorok folyamatos technológiai fejlődése ellenére a megoldás felett végleg eljárni látszik az idő. Ezt támasztja alá az a tény is, miszerint egyre több gyártó áll le a CRT egységek gyártásával, és kizárólag az LCD technológiára összpontosít.

Közel van már tehát az az idő, amikor a termetes katódsugárcsöves monitorok, valamint televíziók helyét végleg átveszik a lapos panelre épülő, könnyű, esztétikus, helytakarékos, és nem utolsósorban megfizethető megoldások.