De nye instrumentpanelene er tekniske vidundere. For femti år siden var flate TV-skjermer med flytende krystaller bare en våt drøm.
Bildet øverst: ContiTechs forslag til komplett, vinklet skjerm. Men her ser du da ikke veien om du er kortvokst? Det kommer nok en smartere variant. (Foto: Continental)
Av Stein Bekkevold
I dag ser vi fargeglade og sylskarpe flatskjermer over alt. I Saabs fly-divisjon på 1960-tallet drømte vi om å gi jagerpilotene flate skjermer der all info var samlet og sylskarpt presentert i et utall farger.
I dag ser du LCD-skjermer over alt, før hadde vi bare tunge apparater med digre bilderør. LCD står for Liquid Crystal Display. Og utviklingen handlet om å få TV som en tavle på veggen.
Så hva er en flatskjerm? Hvordan virker den?
Vannrett lys
Skjermen har to glassplater med flytende plastkrystaller mellom seg. I dette mellomrommet sitter tynne elektriske ledere i et rutenett, de gir en mengde krysningspunkter. I hvert punkt får en svak strøm en krystall til å stille seg opp og avgi lys i ulike farger; vi har en flat fargeskjerm.
LCD-elementer virker ved polarisering. Dette ser du i polaroide solbriller – de slipper bare gjennom vannrett lys så du slipper blending fra vann, snø/is eller bilpanser. LCD-skjermen har flere lag med slike flytende krystaller. Det første gitteret slipper gjennom vannrett lys. Når strømmen der er avslått, vil det vannrette lyset gå rett gjennom og havne i det vertikale gitteret og skape andre bilder – i den bakre glassplaten.
Bildeskjermens oldemor var en beskjeden svarthvit TV med katodestrålerør der en elektrisk «kanon» sendte elektroner mot en bildeskjerm, der hundrevis av fosforpunkter skapte et (ganske utydelig) bilde. Primitivt, men spennende på 1950-tallet. Her er verdens første serieproduserte. (Foto: RCA)
Bakgrunn
Krystallene sender ikke ut eget lys, men lager bilder med bakgrunns-lys eller reflektor. Optiske filtre legges til hvitt på blå LCD-skjermer for å gi dem deres utseende.
LCD-skjermer brukes nå over alt – i TV, dataskjermer, instrumentpaneler, cockpitskjermer for fly – og innendørs og utendørs skilting. Små skjermer er jo blitt vanlige i LCD-projektorer og digitale kameraer, klokker, kalkulatorer og mobiltelefoner.
Koster mer
Men: LCD blir etter hvert erstattet av OLED-enheter (Organic LED), som enda enklere kan bygges i ulike former, har kjappere respons, bredere fargespekter, uendelig fargekontrast og visningsvinkler, lavere vekt per cm2 og slankere profil – fordi OLED bruker ett enkelt glass- eller plastpanel; tykkelsen på panelene må øke med størrelsen for å ha nok (mekanisk) styrke, og dette merkes enda mer i LCD. OLED har også lavere forbruk fordi strømmen bare er påsatt ved behov – denne skjermen har ikke bakgrunnslys. Men den koster mer pga de dyre materialene – spesielle fosforvarianter – som trengs.
Spennende!
Forsøk på å styrke konkurranseevnen til LCD er kvantepunktskjermer, kalt SUHD, QLED eller Triluminos. De har blå LED-bakgrunnsbelysning, og en Quantumfilm (QDEF) som endrer deler av blått til rødt og grønt, med omtrent samme effekt som en OLED-skjerm, men til lavere pris. Så dette blir spennende for fansen!
Virkemåte
Hvert bildeelement (piksel) i en LCD er som sagt spesielle molekyler mellom to hårtynne elektroder, ofte indiumtinnoksid – to polariserende, loddrette og vannrette filtre. Krystallene kan være alkyler eller fenyler. Med påslått strøm vris deres polaritet opptil 90 grader og slipper gjennom lys.
Hvert piksel består av tre LCD-elementer med primærfargene rødt, grønt og blått. Ved å styre lysintensiteten i de ulike fargene får hvert bildeelement sin egen farge. En kritisk egenskap er hvor kjapt bildet oppdateres, viktig for skarp visning av levende bilder (og for dataspill i baksetet!).
De tidlige LCD-skjermene, i bærbare PCer, hadde passiv matrise. Da måtte hvert element holdes i gang mellom tilstanden av og på. Det ga langsom reaksjon, så skjermene passet ikke for TV. Nå brukes aktive matriser. Hvert LCD-element styres av en tynnfilmtransistor (TFT). Transistorene i en og samme bildelinje er felles styrt. Også alle transistorer i samme vertikale linje er slik styrt. Bildet styres altså i en lynkjapp matrise.
Så fort de bildeskarpe og fargeglade flatskjermene kom, satte luringer seg ned og fant ut hvordan de kunne styre dem uten mus, bare med en lett fingerberøring, og The touch screen kom. (Foto: meetingtomorrow.com)
Kortere levetid
Fra starten av hadde vi jo bare LCD- og plasmaskjermer med fordeler og ulemper. Det negative var at krystallene ikke godt nok dempet lyset, og derfor ga redusert (gråere) svartnivå og –kontrast. Der er OLED en klar konkurrent. Matrisene der kan være passive eller aktive.
I de aktive (AMOLED, Active Matrix OLED) har hvert bildeelement en mikro tynnfilmtransistor som styrer lysstyrken, så det er styrematrisen som avgjør hva elementet gjør. Dette gir lynrask respons, viktig for TV. En annen fordel med OLED er at skjermbelegget også kan trykkes på tynne, fleksible skjermer – som kan rulles opp. Fargene er klarere og dynamikken større for OLED enn for LCD, og strømforbruket er lavt. En ulempe med OLED i forhold til LCD er at levetiden er kortere (!) pluss at OLED kan være mer følsom for fukt. Dette krever ekstra kapsling.
Berøringsskjerm
Ideen om berøringsskjerm kom i 1965. De første sto klar på 1970-tallet. En mer effektiv skjerm kom i 1973. Den første ble laget i 1975, i serie fra 1982. I dag støtter alle PCer slik berøringsskjerm, og de fleste bærbare datamaskiner (og mobiltelefoner) har en slik. Produsenter er Acer, Dell, HP, Lenovo, Microsoft og noen til.
Berøringspanelet er lagdelt, og ligger utenpå en vanlig flatskjerm. Skjermen er ofte LCD-, AMOLED- eller OLED, mens maskinen jo er en bærbar PC, et nettbrett eller en smarttelefon. Brukeren gir input med pekepenn eller finger. Den ytre skjermen er trykkfølsom og inneholder et rutenett av input-organer koblet til prosessoren. Smart!
Teknisk sett
Mange kjemiske forbindelser har en eller flere flytende krystallinske faser. Til tross for store ulikheter i kjemien har molekylene liknende kjemiske og fysiske egenskaper. Det er tre typer: termotropiske, flytende krystaller; diskotiske, koniske (skålformede) – og stavformede molekyler.
De diskotiske er skivelignende med flat kjerne av aromatiske ringer. Dette muliggjør todimensjonal innretning. Stavformede molekyler har en langstrakt, anisotropisk geometri og kan stille seg horisontalt. Molekylene bør være tynne, flate eller koniske, spesielt i de stive. Lengden bør være minst 1,3 nanometer, som lange alkylgrupper ved romtemperatur. Lavt smeltepunkt er best.
KI
En høyaktuell ting er kunstig intelligens i bil, basert på programmer og maskinlæring. KI et tverrfaglig fagområde innen informatikk, matematikk og noe snodig som kalles beregningsorientert statistikk. Dette er vitenskap som utvikler algoritmer (styring) slik at datamaskiner klarer å lære.
Viktig er å lære gjenkjenning av komplekse mønstre og ta «intelligente» valg. Læringen bruker treningsdata for å utvikle atferd. Et problem er at all mulig atferd gir alle mulige inntrykk, for mange til å dekkes av antall registrerte reaksjoner. Algoritmen må derfor klare å generalisere (noe vår egen hjerne driver med hele tiden), og finne smarte løsninger på nye problemer.
Viktig er beslutningsstøtte der KI skal trekke ut korte oversikter fra massive data (informasjonsutvinning), talegjenkjenning, selvstyring av kjøretøy, og områder med redusert mulighet for forprogrammering og innkoding av respons på mulige scenarier.
