Afiajul cu cristale lichide (englez Liquid Crystal Display, prescurtat LCD) este un dispozitiv de afiare pentru litere, cifre, grafic i imagini, fiind constituit dintr-o matrice de celule lichide care devin opace sau i schimb culoarea sub influena unui curent sau cmp electric.[1] Din p.d.v. fizic fenomenul se explic prin proprietatea cristalelor lichide de a influena direcia de polarizare a luminii atunci cnd ele sunt puse sub o anumit tensiune electric. Afiajele cu cristale nu produc ele nsele lumin, i au un consum de energie foarte mic. Un afiaj LCD se prezint sub forma unui ecran afior (display) care este comandat electronic printr-un decodificator de caractere numerice i alfabetice. Este folosit frecvent n construcia ceasurilor digitale (ceasuri care au n locul acelor arttoare un afior de tip LCD), la afirile de date la maini CNC, maini de uz casnic, inscripii i semnalizri electronice.Cristalele lichide sunt, n cazul de fa, combinaii chimice de natur organic aflate n stare lichid. Ele au proprietatea de a putea fi comandate de o corespunztoare tensiune electric, astfel nct i ordoneaz moleculele trecnd de la stare transparent la stare netransparent. Concret, este vorba de o polarizare electric a unor molecule lichide care n contrast cu restul cmpului formeaz o imagine vizibil.MONITOARE LCD Acestea au ecrane care reflecta foarte putin lumina, sunt complet plate si consuma foarte putin (5 wati, fata de 100 wati ct consuma un monitor obisnuit). Calitatea culorii unui panou LCD cu matrice activa o depaseste n realitate pe cea a majoritatii monitoarelor cu tub catodic.Totusi, pna acum, ecranele LCD sunt mai limitate ca rezolutie fata de tuburile catodice tipice. De exemplu, un panou LCD tipic de 15 inci (care ofera aproximativ aceeasi suprafata vizibila ca un monitor CRT de 17 inci) are o rezolutia maxima de 1024768, pe cnd un tub catodic tipic de 17 inci poate oferi o rezolutie maxima de 12801024 sau 16001200.Este, nsa, important sa observam ca un ecran LCD asigura o imagine vizibila mai mare dect un monitor CRT de aceeasi dimensiune.Cele mai raspndite tipuri de monitoare cu matrice pasiva folosesc o structura nematica supertorsadata (supertwist nematic design), astfel ca aceste panouri sunt, deseori, numite STN.Panourile cu matrice activa folosesc, de obicei, o structura de tranzistor pe film subtire (thin-film transistor design) si sunt, de aceea, denumite TFT.Panourile LCD de 15 inci mai ieftine folosesc conectorul VGA analogic traditional si trebuie sa converteasca semnalele analogice napoi n semnale digitale, pe cnd panourile LCD de 15 inci mai scumpe sau panourile LCD mai mari asigura att conectorul VGA analogic, ct si conectorul DVI digital regasit pe multe placi video cu performante ridicate sau medii.V.5.1 Principiul afisarii cu ajutorul cristalelor lichidentr-un monitor LCD, un filtru de polarizare creeaza doua unde luminoase separate. Filtrul de polarizare permite trecerea numai a undelor luminoase aliniate la acesta. Dupa ce trec prin filtrul de polarizare, undele luminoase ramase sunt aliniate toate n aceeasi directie. Daca un al doilea filtru de polarizare este aliniat n unghi drept fata de primul, toate undele luminoase vor fi blocate. Prin schimbarea unghiului celui de-al doilea filtru de polarizare, cantitatea de lumina careia i se permite sa treaca poate fi modificata. Rolul celulelor de cristal lichid consta din a schimba unghiul de polarizare si de a controla cantitatea de lumina care trece. Cristalele lichide reprezinta molecule de forma cilindrica, care curg ca un lichid. Ele permit trecerea luminii, dar o sarcina electrica modifica orientarea lor si a luminii care trece prin ele. Chiar daca monitoarele cu cristale lichide monocrome nu dispun de filtre de culoare, ele pot avea celule multiple pentru fiecare pixel spre a controla tonurile de gri.1. Filtru vertical pentru polarizarea luminii exterioare2. Substrat de sticla cu electrozi, a caror forma vor determina forma zonelor ntunecoase3. Cristale lichide twisted nematic4. Substrat de sticla cu un film electrod comun5. Filtru orizontal ce blocheaza/permite trecerea luminii6. Suprafata reflectoare a luminii catre privitorn cazul unui ecran LCD color, exista nca un filtru, care are trei celule pentru fiecare pixel- cte una pentru culorile rosu, verde si albastru si un tranzistor corespondent fiecarei celule. Celulele rosie, verde si albastra care realizeaza un pixel sunt, uneori, denumite subpixel.Monitoarele LCD si cele cu plasma genereaza imaginea similar tubului catodic, dar la acestea imaginea nu este generata de catre fluxul de electroni; n loc de pixeli individuali sunt asignate elemente care pot fi adresate succesiv. Imaginea pe monitor este generata linie cu linie, iar cursele inverse de ntoarcere nu joaca nici un rol, ntoarcerea fiind efectuata simplu prin modificarea adresei elementelor adresate.Pixeli mortiUn asa-zis pixel mort este unul n care celula rosie, verde sau albastra se blocheaza n stare activa sau n stare inactiva. Blocarea n stare activa este cea mai obisnuita. n special, pixelii care ramn n starea activa sunt foarte vizibili pe un fundal ntunecat ca puncte rosii, verzi sau albastre stralucitoare. Chiar daca numai unele dintre ele pot distrage atentia, fabricantii difera n ceea ce priveste politica lor fata de numarul de pixeli morti necesari pentru a obtine nlocuirea display-ului. Unii furnizori iau n considerare att numarul total de pixeli morti, ct si pozitiile lor. Din fericire, mbunatatirile n calitatea productiei reduc tot mai mult posibilitatea aparitiei unui ecran cu pixeli morti pe sisteme desktop sau pe afisajul unui calculator notebook.V.5.2 Display-uri cu matrice activaCele mai multe display-uri cu matrice activa folosesc o matrice de tranzistoare pe film subtire (thin-film transistor, TFT). TFT este o metoda de ncapsulare a unui numar de unul (monocrom) pna la trei (culoare RGB) tranzistoare per pixel ntr-un material flexibil care este de aceeasi dimensiune si forma ca display-ul. n acest mod, tranzistoarele pentru fiecare pixel sunt asezate direct n spatele celulelor de cristale lichide pe care le controleaza.Doua sunt metodele de fabricatie TFT care pot fi luate n consideratie pentru majoritatea monitoarelor cu matrice activa de pe piata actuala: cu siliciu amorf hidrogenat (a-Si) si cu polisiliciu la temperatura scazuta (p-Si). Aceste metode difera, n primul rnd, prin costul lor. La nceput, cele mai multe display-uri TFT erau fabricate folosind metoda a-Si, deoarece necesita temperaturi mai reduse (sub 400oC) dect metoda p-Si la timpul respectiv. Astazi, procesele de fabricatie p-Si la temperatura mai scazuta fac din aceasta metoda o alternativa economica viabila la procedeul a-Si.Pentru a mbunatati unghiurile de vizibilitate orizontala n diplay-urile LCD cele mai recente, unii furnizori au modificat structura TFT clasica. De exemplu, structura de comutatie plana (in-plane switching, IPS) de la Hitachi cunoscuta si ca STFT orienteaza paralel cu sticla celulele individuale ale display-ului cu cristale lichide, facnd sa circule curentul electrice pe lateralele celulelor si rotind pixelii pentru a asigura o distributie mai uniforma a imaginii pe ntreaga suprafata a panoului. si tehnologia Super-IPS de la Hitachi rearanjeaza moleculele de cristale lichide ntr-un model mai degraba n zig-zag dect pe linii si pe coloane, spre a reduce modificarile de culoare si a mbunatati uniformitatea culorii. Tehnologia de orientare verticala multidomeniu (multidomain vertical alignment, MVA) dezvoltata de Futjitsu mparte ecranul n regiuni diferite si modifica unghiul regiunilor.Att tehnologia Super-IPS, ct si tehnologia MVA asigura un unghi de vizibilitate mai larg dect monitoarele TFT traditionale. Deoarece display-urile LCD de dimensiuni superioare (de 17 inchi sau mai mult) sunt suficient de mari spre a cauza deplasari ale unghiului de vedere chiar pentru un utilizator singular, aceste tehnologii avansate sunt tot mai mult folosite de fabricantii de display-uri.V.5.3 Display-uri cu matrice pasivan cazul unui ecran LCD cu matrice pasiva, care pot echipa calculatoarele de tip notebook mai vechi sau mai putin costisitoare, fiecare celula este controlata de sarcinile electrice a doua tranzistoare, determinate de pozitia celulei pe ecran (rndul si coloana n care se gaseste). Numarul de tranzistoare pe orizontala si pe verticala determina rezolutia ecranului. De exemplu, un ecran cu o rezolutie de 1024768 are 1024 de tranzistoare pe orizontala si 768 pe verticala. Reactionnd la sarcinile celor doua tranzistoare ale sale, celula rasuceste raza de lumina, sarcina mai mare producnd o rasucire mai mare. Supertorsionarea se refera la orientarea cristalelor lichide, comparnd modul aprins cu modul stins cu ct rasucirea este mai mare, cu att mai mare va fi contrastul.Sarcinile ecranelor LCD cu matrice pasiva sunt de tip puls, motiv pentru care acestor display-uri le lipseste stralucirea matricei active, care asigura o sarcina constanta fiecarei celule. Pentru a mari stralucirea, aproape toti producatorii s-au orientat spre o tehnica denumita LCD cu scanare duala, care mparte ecranele cu matrice pasiva n doua jumatati, superioara si inferioara, marind intervalul dintre pulsuri. Pe lnga faptul ca maresc stralucirea, modelele cu scanare dubla, reduc timpul de raspuns al ecranului, ceea ce recomanda acest tip de monitor pentru aplicatiile cu imagini n miscare sau pentru altele care necesita schimbari rapide ale informatiilor afisate.V.5.4 Comparatie ntre display-urile cu matrice activa si cele cu matrice pasivantr-un ecran LCD cu matrice activa, precum cele folosite pe majoritatea display-urilor notebook-urilor actuale si pe panourile LCD ale sistemelor desktop, fiecare celula are propriul ei tranzistor, n spatele panoului, care o ncarca electric pentru a torsiona unda luminoasa. Astfel, un monitor de 1024768 cu matrice activa (cea mai obisnuita rezolutie pentru panourile LCD de 15 inci) are 786.432 de tranzistoare. Aceasta asigura o imagine mai stralucitoare dect cea furnizata de un ecran cu matrice pasiva, ntruct celula poate pastra o sarcina constanta, n loc de una momentana. Totusi tehnologia matricei active foloseste mai multa energie dect cea a matricei pasive, ceea ce duce la o viata mai scurta a bateriei pe sistemele portabile. Avnd cte un tranzistor pentru fiecare celula, display-urile cu matrice activa sunt mai greu de realizat si cu costuri mai mari, dar, n compensare, ele ofera un afisaj mai rapid care poate fi folosit n conditii de exterior, ca si n conditii de interior, la unghiuri vizibile mai largi dect cele ale display-urilor cu scanare dubla.Att pentru monitorul LCD cu matrice activa, ct si pentru cel cu matrice pasiva, al doilea filtru de polarizare controleaza cantitatea de lumina care trece prin fiecare celula. Celulele schimba lungimea de unda a luminii, pentru ca aceasta sa corespunda celei careia i se permite sa treaca prin filtru. Cu ct prin filtru trece mai multa lumina spre fiecare celula, cu att mai luminos va fi pixelul.Monitoarele LCD monocrome folosite n sistemele handheld si n panourile LCD industriale afiseaza tonuri de gri (pna la 64), prin varierea stralucirii unei celule sau prin combinarea celulelor ntr-un model de tipul aprins-stins. Pe de alta parte, pentru a obtine diverse culori pe ecran, display-urile LCD color combina cele trei celule de culoare si le controleaza stralucirea. Display-urile LCD cu matrice pasiva si cu scanare duala (cunoscute si ca DTSN) au fost folosite, n ultimii ani, n unele modele de notebook-uri cu pret scazut, deoarece ele ating calitatea monitoarelor cu matrice activa, dar realizarea lor nu costa cu mult mai mult dect a monitoarelor cu matrice pasiva.Chiar daca panourile DTSN ofera o calitate a vizibilitatii mai buna frontal (chiar din fata), performantele de vizibilitate laterala (vederea dintr-un unghi) sunt nca reduse comparativ cu panourile cu matrice activa (TFT).O alternativa la ecranele LCD o reprezinta tehnologia plasmei, cunoscuta n principal datorita ecranelor portocaliu cu negru ale unor calculatoare notebook mai vechi. Unele firme ncorporeaza aceasta tehnologie pentru ecranele sistemelor desktop si pentru ecranele plate, utilizate n televiziunea cu definitie mare (high-definition television, HDTV). Deocamdata, tehnologia plasmei integral colorata nu este rentabila pentru display-urile calculatoarelor.Din punct de vedere istoric, marea problema a display-urilor LCD cu matrice activa a fost faptul ca productivitatea este mai scazuta dect pentru display-uri LCD cu matrice pasiva, ceea ce determina preturi mai mari. Aceasta nseamna ca multe dintre display-urile produse au mai multe tranzistoare defecte dect un numar maxim prevazut. Productivitatea scazuta care rezulta limiteaza capacitatea de productie si conduce la preturi ntru-ctva mai ridicate. mbunatatirile recente ale tehnologiei si existenta mai multor fabrici producatoare de panouri LCD au contribuit la reducerea preturilor panourilor LCD ale notebook-urilor si ale sistemelor desktop si au determinat utilizarea panourilor LCD cu matrice activa n aproape toate notebook-urile existente n prezent pe piata.n trecut, pentru a lumina un ecran LCD era nevoie de cteva tuburi CRT miniatura fierbinti, dar producatorii de calculatoare portabile folosesc n prezent un singur tub de dimensiunea unei tigari. Tehnologia fibrei optice mprastie uniform pe ntreaga suprafata a ecranului lumina emisa de acest tub.Gratie monitoarelor LCD cu supertorsadare si cu torsadare tripla, ecranele actuale va permit sa le vedeti clar din mai multe unghiuri, la un contrast si o luminare mai bune. Pentru a mbunatati lizibilitatea, mai ales n caul unei lumini scazute, aproape toate laptopurile folosesc iluminarea din spate (back-lightning) sau iluminarea laterala (edge-lightning, denumita si side-lightning). Ecranele iluminate din spate primesc lumina de la un panou din spatele LCD. Ecranele cu iluminare laterala preiau lumina de la mici tuburi fluorescente montate de-a lungul marginilor ecranului. Unele laptop-uri mai vechi au eliminat aceste sisteme de iluminare, pentru a prelungi viata bateriei. Caracteristicile de gestionare a consumului de energie ncorporate n notebook-uri va permit sa folositi iluminarea din spate cu un consum redus de energie, ceea ce estompeaza ecranul, dar prelungeste viata bateriei.