Vedelkristallkuvar

Vedelkristallkuvar ehk LCD-kuvar (ingl Liquid Crystal Display) on kuvar, mille talitlus põhineb vedelkristallides ilmnevatel elektrooptilistel nähtustel.

Peegelduva valgusega LCD-näidik

Pingestamata (neutraalses) seadises pääseb polariseeritud valgus takistamatult läbi mõlema polarisaatori, sest polarisatsioonitasandite sihid ühtivad kummalgi pool kristallimolekulide pikitelgedega. Vedelkristallikihi läbinud valgus peegeldub reflektorilt tagasi, nii et numbrid pole nähtavad. Kui aga numbrisegmendid pingestada, s.t luua vedelkristallikihi vastaselektroodide vahele elektriväli, siis nendes kohtades vedelkristall peegelduvat valgust läbi ei lase ja segmendid on mustad. Niisuguste näidikute korral on vajalik piisav välisvalgus. 
Et kuva oleks nähtav ka pimedas ja kontrast piisav, kasutatakse tagantvalgust, enamasti valgusdioodidega (LED).
Monokromaatilised (must-valged) LCD-näidikud on kasutusel nt kellades, taskukalkulaatorites jm patareitoitega seadmetes. Niisuguse tagantvalgustuseta näidiku energiatarve on sedavõrd väike, et toiteallikaks võib olla väike päikeseelement.

Värviline LCD-ekraan

Värvilised vedelkristallekraanid töötavad samadel põhimõtetel, aga iga värviline piksel (pildielement) koosneb punasest, rohelisest ja sinisest alampikslist. Selleks on klaasplaatide vahele paigutatud värvifiltrid. Alampikslite erinevate heleduste kombineerimisel on võimalik saada miljoneid värvitoone.

Passiiv- ja aktiivmaatrikskuvar

LCD-kuvari pikslid moodustavad maatriksi, s.o ridade ja veergude kaupa korrastatud kogumi. Varasema passiivmaatriksi asemel, mis tekitas võrdlemisi lahja ja inertse kujutise, kasutatakse värvikuvarites ja paneelides alates 1999. aastast aktiivmaatrikstehnikat. Siin tüüritakse iga pildielemendi heledust (tegelikult küll läbipaistvust) iga piksli pinnal asuva pisikese kiletransistoriga TFT (lühend ingl k sõnadest Thin-Film Transistor); seetõttu nimetatakse aktiivmaatriksiga LCD-kuvareid sageli ka TFT-kuvareiks.
LCD-kuvari ekraani piksleid aktiveeritakse ristuvate rea- ja veeru- tüürelektroodide abil, millele antakse järgemööda tüürsignaalid. Seetõttu saab korraga juhtsignaali üksainus piksel, ülejäänud peavad meeles pidama eelmises kaadris saadud oleku. Seda ülesannet täidabki TFT-väljatransistor, säilitades piksli heledusele vastava elektrilaengu kaadriperioodiks. Võrreldes passiivmaatrikskuvariga, kus transistorlüliti asemel oli ainult kondensaator, tagab TFT-struktuur palju suurema kontrastsuse ja toimekiiruse.
Lihtsates LCD-näidikutes pole tüürmaatriksit vaja, sest iga märk või märgielement (nt digitaalkella iga numbrisegment) saab tüürsignaali otse protsessorikiibist.

Aktiivmaatrikstehnikad

Eri otstarveteks on välja töötatud ja kasutusel mitmesuguseid LCD-paneelide tehnilisi lahendusi, millest tõusevad esile kolm põhitüüpi: TN, IPS ja MVA. Igal neist on oma tugevad ja nõrgad küljed.

TN-tehnika

TN- (Twisted Nematic) tehnika korral on vedelkristalli molekulide väändenurk 90°. Monokroomses (must-valges) maatriksis saadakse halltoonid sel teel, et muudetakse tüürpingega väändenurka vahemikus 0–90°. Värvimaatriksis muudetakse kolme alampiksli läbipaistvust.
TN-paneelidele on omane kiire reageerimine ja väike energiatarve, kuid piiratud vaatenurk (mitte üle 150°), väike kontrastsus ja värviedastuse sõltuvus vaatenurgast.

PLS

PLS (Plane-to-Line Switching) on IPS-tehnika edasiarendus Samsungilt (2011), mis pakub paremat pikslite läbipaistvust (või sama heleduse juures väiksemat energiakulu), ka puudub mõnedele IPS-paneelidele omane kilgendusnähtus.

Reaktsioonaeg ja vaatenurk

Pildielementide sisse- ja väljalülitamiseks ja seega kaadri ülesehitamiseks kulub teatav aeg. LCD-telerite kaadrisagedusel 50 või 60 Hz on kaadri kestus vastavalt 1/50 või 1/60 sekundit, s.o 20 või 16,7 millisekundit.
LCD-paneelide inertsust iseloomustavad tootjad üldiselt reaktsiooniajaga, mis kulub üleminekuks mustalt valgele või üleminekuks ühelt hallväärtuselt teisele (GTG, grey-to-grey). Reaalse värvikujutise korral kestavad üleminekud siiski märksa kauem – IPS-paneelidel kuni kaks korda, MVA-paneelidel veelgi veidi rohkem. Sellest lähtudes võib rahuldavaks lugeda paneeli reaktsiooniaega 6–8 ms.
LCD-kuvarite puuduseks oligi esialgu pikslite pikk reaktsiooniaeg (16 ms või rohkem) ja sellest tulenevad moonutused, seda eriti kiire liikumise edasiandmisel. Täiustatud paneelitehnoloogiaga on see näitaja viidud väärtuseni 4–6 ms; veelgi suurem reageerimiskiirus (1–2 ms) saavutatakse enamasti mõne muu parameetri, nt vaatenurga arvel.
LCD-kuvarite sagedasema puudusena tuuakse esile ka kitsast vaatenurka, milles värviedastus on püsiv ja musta tase hea. Mitmete tehniliste täiustustega on praegusaegsete kuvarite vaatenurk viidud tootjaandmete kohaselt kuni 178 kraadini. MVA-paneelidel on siiski märgata teatavat värvitooni ja kontrastsuse muutust juba palju väiksema nurga all.

Tagantvalgustus

LCD-pildielemendid ise valgust ei kiirga (erinevalt nt plasmapaneeli pikslitest). LCD-elemendid (nende värvifiltritega alampikslid) muutuvad nähtavaks ainult neid läbiva valguse arvel. Läbiv valgus absorbeerub vähemal või suuremal määral vedelkristallides, millest jääb mulje, nagu helendaksid pildielemendid ise. LCD-paneelides annavad valgust LCD-maatriksi taga asetsevad valgusallikad.
Valgus peab jagunema üle kogu ekraani pinna võimalikult ühtlaselt. Seda saavutatakse lampide suure arvuga ja nende valguse hajutamise teel difuusorpinna abil. Värvipikslite valgustus peab sisaldama kõiki põhivärvusi.
Valgusallikateks olid LCD-kuvarites pikka aegaluminofoorlambid, alates 2010. aastast on neid aga kuvari- ja teleripaneelides hakanud asendama leedlambid. LED-tagantvalgustusega paneeli nimetatakse vahel ka LED-ekraaniks; see aga on eksitav, sest tegelikus LED-ekraanis loovad valgusdioodid pildielementidena ise kujutise (niisuguseid LED-paneele kasutatakse peamiselt suurte reklaam- ja infotabloodena; teleriekraanidena on välja töötatud ja edasiarendamisel OLED-paneelid).

CCFL-tagantvalgustus

Luminofoorlampidest kasutatakse tagantvalgustuseks külmkatoodiga ehk huumlahenduskatoodiga luminofoortorusid (lühend CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp). Niisugune toru erineb tavalisest luminofoortorust selle poolest, et elektroodidel puudub hõõgniit. Külmkatoodtorus kutsub huumlahenduse esile elektroodide (katoodi ja anoodi) vahele rakendatav kõrge pinge; seda tekitab vaheldi ja ferriittrafoga elektroonikalülitus või piesoelektriline kõrgepingetrafo (sülearvutites). Elektronide emissiooni külmkatoodilt kutsub esile järsk pingelang katoodi vahetus läheduses. Kütteniitide ja starteri puudumine suurendab oluliselt töökindlust ja kiirendab süttimist. Võimsustarve on siiski võrdlemisi suur. Valguse ühtlaseks jaotamiseks peavad torud paiknema LCD-maatriksist teatud kaugusel ning arvestades ka torude endi läbimõõtu, ei saa paneeli paksust vähendada alla 35 mm.

Ajaloost

Vedelkristallide väändnemaatilise nähtuse avastas USA teadlane James Ferguson Ohio ülikoolis 1969. aastal ja juba 1971. aastal tootis tema firma esimesed sellel nähtusel põhinevad näidikud. LCD-kuvaseadised olid esialgu kasutusel kellades ja kalkulaatorites, seejärel näidikuna ka paljudes muudes patareitoitega elektronriistades, nt mobiiltelefonides, mõõteriistades, süle- ja pihuarvuteis. Arvutikuvareina ja teleriekraanidena hakkasid LCD-paneelid kineskoope välja tõrjuma alates sajandivahetusest.