Vloeibaar kristal stuurt
licht de bocht om

Lcd-schermen –bekend van horloges, wekkers, rekenmachines en draagbare computers– zijn wondertjes van techniek.

Het scherm is opgebouwd uit twee glasplaten voorzien van doorzichtige elektrodes. Tussen de glasplaten is een kleine ruimte, slechts 0,005 millimeter, met daarin een vloeibaar-kristallijne stof. Dat is een soort tussenvorm tussen een vloeistof en een kristal; de staafvormige organische moleculen kunnen niet vrij en ongeorganiseerd bewegen zoals in een vloeistof, maar ze liggen ook niet zo netjes gerangschikt als in een kristal.

De binnenkant van de glasplaten van het lcd-scherm is gegroefd, zodat de moleculen zich keurig rangschikken in de lengterichting van de groeven. Omdat de bovenste glasplaat een kwartslag gedraaid is ten opzichte van de onderste glasplaat, liggen de lagen vloeibaar kristal in een soort spiraalvorm boven elkaar. Een opvallende eigenschap van sommige vloeibare kristallen is dat ze de richting van doorvallend licht beïnvloeden. Die eigenschap verliezen de moleculen zodra ze zich in een elektrisch veld bevinden.

Lcd-schermen maken op een slimme manier gebruik van de eigenschappen van vloeibare kristallen. De doorvallende lichtdeeltjes bewegen zich normaal in allerlei richtingen, maar speciale filters kunnen dat licht polariseren, zodat alleen lichtdeeltjes passeren die één richting uitgaan. Twee haaks op elkaar geplaatste polarisatiefilters laten dus geen licht meer door.

Boven en onder een lcd-scherm zijn twee zulke filters geplaatst. De filters staan haaks op elkaar, maar omdat het vloeibare kristal de richting van de lichtdeeltjes een kwartslag draait, kan al het licht passeren door het onderste filter. Zodra er een spanning is aangebracht over het beeldpunt, raakt het vloeibare kristal 'gedesoriënteerd', zodat het licht er rechtdoorheen valt. In dat geval blokkeert het onderste filter het licht en blijft het beeldpunt dus donker.

'Tralies'
Sterk uitvergroot lijkt een lcd-scherm op een uitgebreid 'traliewerk', dat de ruimte tussen de glasplaten in duizenden vakjes verdeelt. De vloeibare kristallen maken de vakjes, afhankelijk van de spanning die er al of niet op staat, ondoorzichtig of transparant; achter de vakjes brandt een lichtbron. Bij een kleuren- lcd-scherm zit voor elk vakje een filter dat zorgt voor de rode, groene of blauwe kleur.

Om uit al die duizenden beeldpunten een duidelijke afbeelding te vormen, is het nodig elk vakje apart aan en uit te kunnen schakelen. Daarom zitten er boven en onder de vakjes elektroden die voor een spanningsveld zorgen. Hoe fijnmaziger het 'traliewerk', hoe scherper het beeld. Een beeldscherm met 640 bij 480 beeldpunten bestaat uit 3 x 640 kolommen van 480 vakjes, de factor 3 komt van de drie basiskleuren.

Het 'klassieke' lcd-scherm heeft boven en onder elk vakje een elektrode, die vanaf de rand van het scherm bediend worden. Dat systeem heeft als nadeel dat meestal lekstromen optreden: ook beeldpunten in de omgeving van het bedoelde vakje worden aangeschakeld. Dat is verholpen in de moderne lcd-schermen, die direct onder elk vakje een aparte transistor hebben die het beeldpunt aanstuurt. Op hun beurt worden de transistoren bediend door chips die langs de rand van het beeldscherm aangebracht zijn. Er is nu minder stroom nodig en het scherm werkt veel sneller.

De jongste uitvinding van Sharp betekent dat nu ook de chips langs de rand niet meer nodig zijn, ze kunnen aan de rand van de glasplaat geïntegreerd worden in het silicium. Zo is het mogelijk een complete computer te maken die zo dun is als een glasplaat.