LCD (bildskärm)

LCD-skärm eller bara LCD (av engelska liquid crystal display, ungefär "skärm av flytande kristaller"), ibland flytande kristall-skärm (även "flytkristallskärm"), är en typ av bildskärm, som tillverkas från små moduler med ett fåtal siffror (7-segmentsdisplay) och symboler exempelvis i armbandsur, till stora bildskärmar som kan visa datorgrafik eller TV-bild. 

LCD-skärmen är en typ av plattskärm, där ett tunt lager av celler med flytande kristaller bildar skärmbilden. En LCD-skärm fungerar genom att egenskaperna hos flytande kristaller bestämmer den optiska genomträngningsförmågan hos ljusstrålar beroende av pålagd spänning över kristallen. Skärmen är inte lambertiell, det vill säga synligheten är beroende på vilken synvinkel ögat har för att upptäcka ljusstrålarna. Fenomenet upptäcktes 1888 och började användas i stor skala på 1970-talet, i miniräknare, klockor, spel etc. Bildskärmar med monokrom punktgrafik förekom i bärbara datorer från 1980-talet. 2008 gick LCD-skärmarna om katodstråleskärmarna i antal sålda enheter för dator- och TV-bruk, som anses ha ersatts helt i vanligare tillämpningar.

En LCD-skärm är en digital bildskärm, dvs. oavsett insignal hanteras bildinformationen av digital elektronik som styr respektive bildpunkt ("pixel").

Transmittiv och reflektiv skärmtyp 

LCD:er kan antingen vara transmittiva eller reflektiva. En transmittiv LCD har ett lysande lager på ena sidan och ses från den andra. Aktiva celler är därför mörka medan inaktiva celler är ljusa. Denna typ av LCD används i skärmar som kräver hög kontrast. Vanligtvis konsumerar lampan mer energi än själva LCD:n.

En reflektiv LCD, som vanligtvis används av miniräknare och armbandsur, använder ljus från omgivningen som reflekteras i bakre delen av skärmen. Skärmen har ofta lägre kontrast eftersom ljusstrålen passerar två gånger genom LCD innan den når ögat. Fördelarna med denna skärm är att det inte finns någon lampa som konsumerar energi och därmed förlängs ett eventuellt batteris hållbarhet.

En transflektiv(transflexiv) LCD använder en kombination av transmittiv och reflexiv teknik.

Färgskärmar 
Flytande kristaller som används i LCD:er släpper ut ljus oberoende av våglängden, men olika förbättringar har lagts till för att producera färger.

I en färg-LCD delas varje pixel upp i tre komponenter: en med ett rött filter, en med ett grönt filter och en med ett blått filter. Pixeln kan fås i godtycklig färg genom att variera respektive färgkomponents ljusstyrka (gråskalenivå). 

Även pixelgeometrin, det vill säga hur de tre komponenterna är ordnade, inverkar på färgen.

Aktiva och passiva skärmar 
Kristallskärmar med få segment (pixlar), som de i armbandsur, miniräknare eller den ”digitala siffran” (som ofta baserar sig på lysdioder), dvs 7-segmentsdisplayen, är ofta kopplade med en kontakt var för sig, det vill säga varje segment adresseras med en egen ledning. Den elektriska signalen för att driva varje segment kommer från en yttre krets. Denna så kallade direkta adressering blir snabbt komplex, och displayens storlek begränsas av ledningsdimensionen som måste dras till varje segment, om inte mer kostsamma framställningsmetoder används.

Halvstora skärmar, som till exempel monokroma fickdatorer och vissa små TV-skärmar, har en så kallad matrisadressering. Denna typ har kontakter för varje rad och kolumn, istället för varje individuell pixel. Nackdelen är dock att endast en pixel kan adresseras åt gången. Övriga pixlar måste komma ihåg deras tillstånd till dess att kontrollkretsen har tid att förändra dem. Detta resulterar i försämrad kontrast och dålig bild för snabba rörelsebilder. Ju fler pixlar som displayen har, desto mer ökar nackdelarna. Tekniken i dessa displayer är ofta supertwistad nematik (STN), eller en variant med dubbellager, så kallad dubbelt supertwistad nematik (DSTN), som korrigerar färgskiftningsproblemet hos STN-baserade displayer. Det finns dock övrig teknik som kan komma att utnyttja passiv matrisadressering, där varje beståndsdel av pixeln har någon form av bistabilitet från ämnets ferroelektriska eller ferromagnetiska egenskaper.

För färgskärmar med hög upplösning, som till exempel datorskärmar, används aktiv matrisadressering. LCD-panelen innehåller då också en matris av tunnfilmstransistorer (TFT) som täcker varje enhet (varje pixel utgörs av tre enheter). Denna enhet bevarar det elektriska tillståndet för varje pixel när de andra pixlarna håller på att uppdateras. På så sätt har man skapat en konstgjord bistabilitet, så kallad "flip-flop"-egenskap. Denna metod resulterar i ljusare och skarpare skärm än displayer av samma storlek baserade på passiv matrisadressering.

LCD-skärmens fördelar 
 Vikten och tjockleken är oftast mycket lägre jämfört med CRT-skärmar och plasmaskärmar.
 Förhållandevis billig i storlekar upp till 42 tum.
 Låg strömförbrukning
 Alltid perfekt bildgeometri eftersom konvergensfel inte kan förekomma.

LCD-skärmens nackdelar 
 Dyrare än plasmaskärmar i storlekar över 42 tum.
 Använder lampor eller lysdioder som bakgrundsbelysning vilket försämrar kontrastförhållandet.
 Kortare livslängd runt 60 000 timmar jämfört med plasmans ofta 100 000 timmar (30 år).
 Har i allmänhet sämre återgivning av svärta och färger jämfört med plasma. och CRT, även om en del LCD-skärmar som använder sig av LED belysning oftast får lite bättre resultat över traditionella LCD-skärmar med CCFL lysrör.
 Liksom plasmaskärmar så finns det även en del LCD-modeller som inte heller bör fraktas liggande.
 Bilden blir suddig vid snabba rörelser (vissa nyare modeller har inte detta problem)
 Fördröjning på grund av digital processering (input lag).
 Fast pixelmatris vilket gör att lägre upplösningar kräver uppskaling för att fylla hela bilden.
 Kan ha döda pixlar.
 Ej perfekta betraktningsvinklar.

Tillverkare som gör LCD-skärmar 
 Fujitsu
 LG Electronics
 Hitachi
 NEC
 Panasonic Corporation (tidigare Matsushita)
 Philips
 Samsung
 Sony
 Toshiba
 Sharp

Se även 
 Elektrokrom skärm
 Katodstrålerör (CRT)
 Organisk ljus-emitterande diod (OLED)
 7-segmentsdisplay
 Plasmaskärm
 Surface-conduction electron-emitter display (SED)
 Laser phosphor display (LPD)
 Kondensatorpest - Defekta kondensatorer vid tillverkningen som ödelägger elektronik i förtid
 Synligt högenergiljus - Faror med det blå/UV spektrumet

Källor 
 Liquid Crystal Displays: addressing schemes and electro-optical effects, E. Lueder, Wiley (2001).

Noter

Elektronik
Skärmteknik