LCD TFT Ekranların Tarihçesi
İlk keşfinden 103 yıl sonra nobel aldıran bir konu.
CRT keşfedildiğinde artık bunun ötesi olmadığını düşünmüşlerdi fakat bilim hayalleri bile zorladı ve onların düşüncelerini geçti. Fakat günümüzdede olduğu gibi bu tez yalanlandı.
Peki ya yarın ne olacak?
Likit kristal dünyada ilk olarak Avusturyalı bir botanikçi olan Fredreich Rheinizer tarafından 1888 yılında keşfedildi.
İnsanlığın, bu keşfin teknoloji için nedenli yeni ufuklar açabileceğinden habersiz olması nedeni ile, uzun yıllar sürüncemede kalmasına rağmen teknolojinin diğer uzuvlarına nispetle oldukça ağır gelişim göstermiştir.
Likit kristal, oldukça basit olarak; sabun köpüğü gibi ne tam katı ne de tam sıvı halde bulunan, kendine özgü bir yapı olarak tarif edilebilir.
Keşfinden yaklaşık 80 yıl sonra, 1960'lı yılların ortalarına doğru, bilim adamları, elektriksel bir yük uygulaması altında, likit kristalin içerisinden geçirilmekte olan ışığın özelliklerini değişime uğrattığını gösterince, birden bu özel solüsyonun yıldızı parlayıverdi.
1960'lı yılların sonlarına gelindiğinde, artık likit kristal teknoloji ile görüntü oluşturma denemelerinin ilk prototipleri ile insanlık tanışmıştı.
Ancak; bu ürünler, likit kristalin elektrikle kontrolündeki henüz mevcut bilinmezler nedeni ile sabit ve kesin sonuçlar vermiyorlardı fakat buda kısa sürede aşıldı.
LCD TFT Nedir, Nasıl Çalışır ?
Günümüzün LCD televizyon ve monitörleri, yapıları açısından incelendiğinde, adeta bir sandwich gibi, üst üste katmanların bir araya getirilmesinde oluşur.
TFT, "
Thin Film Transistör" kelimelerinin,
LCD ise "
Liquid Cyristal Display"
kelimelerinin baş harflerinin yan yana getirilmesinden türetilmiş kısaltmalardır.
Yine oldukça yalın olarak; iki cam levhanın arasında doldurularak sıkıştırılmış likit kristalden oluşur.
Diğer görüntü birimlerinden bildiğiniz gibi; görüntünün en küçük bileşeni olan ve görüntüyü oluşturan noktacık olarak tarif edilebilecek "piksel" kavramı LCD monitörler için de geçerlidir.
TFT LCD ekranda, her bir pikselin oluşumundan sorumlu bir
TFT (transistor yapı) hücresi bulunur. Bu hücreler TFT cam katmanında dizilmişlerdir. Aynı şekilde; piksellere rengi veren bir renk filtresi yapısı da cam filtre üzerinde oluşturulmuş durumdadır. Bu iki tabaka arasında sıkıştırılmış likit kristaller, TFT cam ile renk filtre camı arasında oluşturulan voltaj (gerilim) farkına bağlı olarak yer değiştirirler. Zemine uygulanan ışık hüzmesinin büyüklüğü ise likit kristallerin yer değişimlerine göre belirlenir. Böylece istenen renk yapısına ulaşılmış olur.
LCD MONİTÖRLER
Tüplü ekranlara göre ince ve hafif olan LCD'lerin yapısı CRT'ye göre olduk çafaklıdır. LCD yani likit kristal monitörler aslında bilinenin tersine sıvı değil katı-sıvı arası özel bir materyal kullanılırlar. Bu sıvı-katı karışımı özel materyal ekran içerisinde normal halde düzensiz şeklinde bulunan ve elektrik verildiği zaman düzenli bir şekil alan özel bir sıvı kristaldir. Bu yapıyı oluşturabilmek oldukça zordur. Bu yüzden tüplü ekranlara göre fiyatları oldukça daha yüksektir. yalnız bu özel madde sayesinde LCD ekran; elastikiyet, düşük yansıtma oranı gibi özelliklere sahip olur.
LCD monitörler her şeyden önce CRT monitörlere göre oldukça az yer kaplarlar. Kapladıkları alan sadece ekran içindir. Tüp kullanmadıkları için hafiftirler ve sadece ekran içindir. Tüp kullanmadıkları için hafiftirler ve ısınma sorunları da yoktur. oldukça az güç tüketirler ve radyasyon yaymazlar. Ayrıca CRT monitörlerin aksine manyetik alanlardan etkilenmezler.
LCD monitörlerin en önemli iki dezavantajı vardır.
- oldukça pahalıdırlar.
- CRT nonitörler gibi geniş bir görüş açısı sunmazlar.
Resim1- LCD Ekranın kesit ve bileşenleri
Gelişen teknoloji ile bu işlemlerin maliyeti düşerse LCD ekranlar tüplü ekranların yerini alırlar.
Taşınabilir sistemlerdeki ekranların tamamı LCD tabanlıdır. LCD monitörlerde yada notebook'larda 3 katman bulunur. En altta yansıtıcı v,bir materyal ortada sıvı kristal bir karışım ve en üstte de yine yansıtıcı bir materyal bulunur. Bu noktadaki sıvının atasında dolaşan akım kristallerinin aralarından ışık geçemeyecek şekilde sıralanmasını sağlar.Bu yüzden her kristal bir nevi diyafram mantığı ile ışığı geçirecek yada tutacak bir mekanizma vardır.
Resim2 -
LCD ekranın çalışma düzeni; Başlangıç seviyesi (1)
Resim3-
LCD ekranın çalışma düzeni; Hareketli seviye (2)
LCD TÜRLERİ
TFT ( Thin Film Transistör ) ve Aktif Matris LCD Ekran : Bu teknolojide ekrandaki her piksel bir ile dört adet transistör aracılığı ile yönlendirilir. Aktif matris teknolojisinde görüntü hücresinin yönetimi panelin kendi üzerine entegre ediliyor. Her bir hücrede elektronların gerilimini ayarlayan bir ince film transistör bulunuyor. Yerinde yönetim ile görüntü noktaları arasındaki baskınlık hemen tümüyle ortadan kaldırılıyor. Böylece panelin tepki verme süresi gözle görülür bir şekilde iyileşiyor. Üst sınıf cihazlar, video sunumu için bile yeterli olan yaklaşık 35 milisaniyelik görüntü oluşturmak sürelerine ulaşıyor.
Passive Matrix LCD Ekran : Bu tür ekranlarda yatay ve dikey kablolar kullanılıyordu. bu yatay ve dikey kabloların kesiştiği yerde tek bir piksel bulunuyor ve ışığın geçmesine veya kalmasına karar veriyor. Daha ucuz olmasına karşın kısıtlı bir kalite elde ediliyor. 90'ların ortalarından itibaren nadir kullanılmaya başlanan bu tip ekranlar son zamanlarda DSTN, CSTN ve HPA teknolojileri ile tekrar geri dönmeye hazırlanıyor.
Bu monitörler daha olduk çataşınabilir PC'lerde kullanılır. LCD monitör, plastik bir tabaka içindeki sıvı kristalin ışığı yansıtması ilkesine göre çalışır. Pek oldukça LCD monitörde bulunan bazı dezavantajlar şunlardır:
- Ekran tazeleme hızı düşüktür.
- Renk kontrastları azdır.
- Ortamdaki fazla ışığı yansıtırlar. Görüntü net değildir.
- Hareketli görüntüler bulanıktır.
-Sıvı kristal akışının yavaşlığı görüntü izinin hemen silinmemesine neden olur.
Bu dezavantajların yanısıra, düşük güç harcamaları, oldukça küçük hacimleri ile taşınabilir PC'ler için vazgeçilmezdir. Bazı LCD modellerinde, "arkadan aydınlatma" yöntemi kullanılarak bulunduğu ortamdaki ışık dengelenir. Böylece ekrandaki istenmeyen yansımalar bir ölçüde önlenir. LCD monitörlerde şuan aktif matris monitör çeşidi kullanılmaktadır. Pasif matriks monitörlerin tersine aktif matrikslerde, her pixeli kontrol eden ayrı ayrı transistörler vardır. Bu transistörler, piksellerin henüz parlaklığını yitirmeden yenilenmesini sağlar. Her pixelin kendine ait bir regülatörü vardır. Bu regülatör yardımı ile her bir pixele ait voltaj değerini etkilemediğinden daha iyi görüntüler elde edilir.
LCD monitörler henüz her kullanıcıya hitap edemiyorlar çünkü fiyatları gerçekten oldukça yüksek. LCD ekranlar sıvı kristal ekranlardan yapılıyorlar. Sıvı kristal ekranların öncelikle oldukça büyük avantajı var. En büyük özelliği sadece 1mm’lik bir kalınlığa sahipler. Bu yüzden notebook bilgisayarlarda ve bazı masaüstü ki masrafından dolayı pek tutulmuyor. 15 cm’lik kasa kalınlığıyla –hatta daha az olanları da var- normal bir 17'' monitörden yaklaşık olarak üç kat daha az yer kaplıyor. Yalnız bu ekranların fiyatları birkaç bin dolar.
Likid kristal bir ekranda resim çeşit dağılımlı bir arka plan aydınlatması, iki cam arasındaki sıvı kristal yüzey ve pikselin kontrolünü sağlayan iletken indiyum – kalay – oksit (ITO) matris ile sağlanıyor. Sıvı kristalin molekülleri bir resim noktasının arka plan aydınlatması ile aydınlanıp aydınlanmayacağına karar veriyor.
Sıvı kristaller, sabit kafes yapılarından dolayı sıcaklık, ışık veya elektriği etkini yönüne göre etkileyebiliyor. Bu olaya verilen ad ‘antisotropi’... Sıvı maddelerde ise gelişi güzel dağılım sebebiyle ışığın geliş yönü o kadar da önemli değil. Çubuk şeklindeki karbon, hidrojen ve oksijen molekülleri de anisotrop davranıyorlar ve ışığı kırıyorlar. Katı cisimlerin moleküllerinin aksine yönlerini değiştirebiliyorlar ve böylece ışık sübabı görevini görebiliyorlar.
Sıvı Kristal Teknolojisi Piyasada Varlığını Sürdürüyor
Sıvı kristal alanlarda elektrik alanlarından etkileniyor. Kristalden bağımsız olarak çubuklar elektriğin etkisiyle dikey (pozitif dielektrik anisotropisi) yada yatay (negatif dielektrik anisotropisi) olarak pozisyon alıyorlar. Sıvının genel şekli sadece elektriğe değil, aynı zamanda sıcaklığa da bağlı. Sıcaklığa bağlı olarak farklı düzenler oluşturuyor. Bu düzenlerden biri de “nematik” düzen ve LCD monitörlerin bir çoğu da bu düzene göre çalışıyor.
Arka aydınlatmadan yola çıkan ışık sıvı kristal tabaka sayesinde iki kere kırılıyor. Eliptik salınımdan sonra renkli ışığa dönüşüyor. Beyaz bir arka plan rengi için cam tabakalar üzerindeki folyolar belli bir salınım düzenine sahip ışığı perde üzerine bırakıyor. Burada oluşan sorun ise ışığın büyük bir bölümünün kaybolması sonucu parlaklık ve aydınlığın yetersiz kalması.
Twisted-Nematic-LCD’de ise bu sorun bir hile ile çözülüyor. Cam tabakalardan iri 90 derece döndürülmüş olarak monte ediliyor. Yüzeye yakın sıvı kristal molekülleri de bu 90 derecelik tabakaya uyarak dönüyor. Daha akım verilmeden sıkı ve düzenli bir ağ kurulmuş oluyor. Salınım düzlemine gelen ışık ikinci polarizasyon filtresine ulaşıyor, ama onu geçemiyor.
Super-Twisted-LCD’de (STN) ve pahalı notebooklar’da kullanılan Double-Super-Twisted-Nematic-LCD’de (DSTN) ortaya çıkan sonuçlar olduk ça iyi.
Her Noktadan Elektrik Geçiyor
Işık sübaplarının açılıp kapatılması için iletken ve ışık geçirgen ITO-Matrisi cam tabaka üzerine yerleştiriliyor. Bir dikey ve bir yatay satıra elektrik akımı verildiği zaman keşişim noktasında oluşan elektrik alanı sıvı kristal molekülü yakmak için yeterli. Böylece bir piksel aydınlanıyor. Buradaki sorun bir satır boyunca piksellerin hafifçe aydınlanması. Zayıf elektrik alanı ve moleküllerin etkilemesi sonucu kirli satırlar elde ediliyor.
TFT-Ekran kullananlar bu sorunları yaşamıyor. TFT ekranlarda elektriksel alan sadece istenilen noktada oluşuyor. Yine her piksel zayıf bir akıma maruz kalıyor, ancak küçük bir transistör (Thin Film Transistör) ile istenilen nokta güçlendiriliyor.
Twisted-Nematic (TN) modunda çalışan TFT ekranlarda elektrik alanı LC (sıvı kristal – liquid crystal) hücresi içinde oluşuyor. Elektrotlar cam yüzeyine yayılıyor.
IPS ekranlarda ise 160 derecelik bir açıya kadar sabit kalıyor. LC hücresinin çalışma prensibi radikal bir şekilde basitleştirilerek tekrar Akım=Işık denklemine geliniyor. Normally White modunda ise tam tersi; Eğer elektrik alan yok ise pikseller parlıyor. IPS monitörler Normally Black modunda çalışıyor: Elektrik alanı kuvveti arttıkça, moleküller dönerek daha fazla geçirgen hale geliyor. Alan şiddeti arttıkça, ışık ta artıyor.
Daha fazla ışığın sağlanabileceği yöntemler gereksiz oluyor. Bunun yanında parlaklık sadece ışık kümesinden oluşmuyor. Siyah hücrelerin de etkisi büyük. Cam yüzeyler üzerine 90 derece açıyla monte edilmeyen folyolar da yanlış salınım ile ön yüzeydeki polarizatöre erişilmesine sebep oluyor.
LCD Ekran Kullanımında Dikkat Edilecek Noktalar
Piksel hataları : Bir 15 inç TFT ekranı 2,359,296 transistörden oluşur. Bu yüzden en titiz üretime rağmen hatalı resim noktalarının sö konusu olabileceğinin belirtmek gerekir. Üreticiler ise 10 piksel hatasından fazlasında cihazı bozuk olarak kabul ederler. bunun için LCD bir monitör seçimi için bu nokta öncelikle ve özenle gözden geçirilmelidir.
Bakış açıları : LCD ekranlar da görüntüye tam karşısından değil de bir başka açıdan bakıldığında renk netliği ve kontrast değerleri düşüşte oluyor. Bu da önemli bir alım etkenini oluşturuyor.
Bağlantı aranıyor : Yaygın olarak kullanılan analog bağlantı yönetiminde PC bilgisayarların dijital görüntü sinyali, TFT'ye aktarıldıktan sonra yeniden dijitalleştirmek üzere, grafik kartı tarafından analog bir sinyale dönüştürülüyor. Bu da dönüşüm sırasında gereksiz bazı kayıpların meydana gelmesine sebep oluyor. Bu yüzden gelecekte düz ekran monitörlerin dijital bağlantılarla donatılması gerekecek.
Likit Kristal Ekran:
Likit Kristal Ekranlar (LCD’ler), hem standart hem de geniş form faktörleri ile pek oldukça boyutta mevcuttur.
Monitör ve becerileri ile ilgili temel bilgileri içeren standart bir veri formatı olan Genişletilmiş Ekran Tanımlama Verileri (EDID), bu LCD’lerde mevcuttur, dolayısıyla temel panel özelliklerinin kolaylıkla tanımlanmasını sağlar.
* 4:3’lük bir en-boy oranına sahip standart boyuttaki LCD’ler 14.1 inç ve 15.0 inç olarak mevcuttur.
* En-boy oranı 16:10 olan geniş LCD’ler, 14.1 inç ve 15.4 inçtir
Sıvı kristal ekran ( Liquid Crystal Display), elektrikle kutuplanan (İngilizce: Polarization) sıvının ışığı tek fazlı geçirmesi ve önüne eklenen bir kutuplanma filtresi ile gözle görülebilmesi ilkesine dayanan bir görüntü teknolojisidir. Sıvı kristal ekranlar, düşük enerji tüketimleri ile eskiden kullanılan vakumlu fluoresan ekranların yerini almıştır.
Başlangıçta tek renkli ve oldukça düşük çözünürlüklü olan sıvı kristal ekranlar; hesap makineleri, saatler, cep telefonları vb. basit görüntüleme işlerinde kullanılmıştır. Nokta matrisli (İngilizce: Dot matrix) yüksek çözünürlüklü ve renkli sürümlerinin ortaya çıkması bu ürünlerin kullanımını yaygınlaştırmıştır.
Az yer kaplamaları, düşük enerji tüketimleri ve katot ışınlı tüplere göre yok denecek kadar az radyasyon yayımları nedeni ile bilgisayar ekranları ve TV cihazlarında yoğun olarak kullanılmaktadır. Eskiden tazeleme hızları yavaş olan bu ekranlar hızlı görüntü değişiminde gölgeleme (ghosting) sorunu yaşamaktaydı. Teknolojinin ilerlemesi ile 2 milisaniye civarına kadar inen piksel hızı, bu sorunu ortadan kaldırmıştır.
Yansıtmalı çevrilmiş şematik sıvı kristal ekran.
1. Dikey film filtresi giren ışığı kutuplar etmektedir.
2. ITO elektrotlu cam alt katman. Bu elektrotların şekilleri LCD çalışmadığında oluşan karanlık görüntüden sorumludur. Yüzeye çizilmiş dikey çizgiler sıvı kristalin kutuplanmış ışık ile aynı hizada olmasını sağlar.
3. Çevrilmiş şematik sıvı kristaller.
4. Yatay filtre ile aynı hizada yerleştirilmiş, yatay çizgili ortak elektrot filmli (ITO) cam alt katman.
5. Geçen ışığı blok/geçirme özelliğine sahip yatay film filtre.
6. İzleyiciye ışığı geri gönderen yansıtıcı yüzey.
De Gennes, 1991 yılında, günümüzde televizyonlarda ve bilgisayar ekranlarında kullanılan, hem sıvı, hem katı özelliklere sahip bir madde olan likit kristallerle ilgili önemli çalışması dolayısıyla Nobel Fizik Ödülü sahibi olmuştu.
Nobel Komitesi, ödülü açıklarken, de Gennes’den “Günümüzün Isaac Newton’u” olarak bahsetmişti. (1932-2007)
