LCD (Liquid Crystal Display) adalah teknologi layar digital yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Penggunaan LCD sudah sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Kalkulator dan jam tangan digital merupakan contoh LCD monokrom. Sedangkan LCD berwarna digunakan pada layar televisi, laptop, handphone, dan beberapa peralatan elektronik sejenis. Jenis LCD berwarna biasanya menggunakan TFT (Thin Film Transistor) untuk menghidupkan setiap cell.
Prinsip Kerja LCD
Secara umum prinsip kerja dari LCD adalah mengaplikasikan sifat cahaya putih yang dapat diuraikan menjadi cahaya berwarna dengan sudut refleksi tertentu. Sederhananya, LCD terdiri dari beberapa lapisan. Lapisan paling belakang adalah sumber sinar (backlight) yang menghasilkan cahaya putih. Cahaya putih tersebut kemudian dilewatkan pada filter pengatur (polarizing) berupa elektroda horizontal yang bertujuan agar cahaya dapat terpolarisasi. Cahaya yang telah terpolarisasi kemudian melewati lapisan yang berisi ribuan bintik kristal cair yang ditempatkan pada sebuah unit yang disebut cell. Setiap sel dijajarkan membentuk barisan pada layar; satu cell atau lebih akan membentuk satu pixel (ukuran titik terkecil pada sebuah layar). Pada LCD berwarna, setiap pixel menyimpan tiga unit sel yang memiliki filter merah, hijau, dan biru (RGB/red-green-blue). Fungsi dari kristal cair pada LCD adalah untuk memfilter dengan cara mengatur refleksi cahaya. Kristal cair dapat bergerak membentuk sudut tertentu untuk melewatkan cahaya yang diinginkan. Sumber elektrik di sekeliling LCD membentuk sebuah medan elektrik yang akan menggetarkan molekul kristal, sama seperti medan magnet yang mempengaruhi molekul metal. Kombinasi posisi sudut dari kristal-kristal pada unit sel akan melewatkan warna tertentu yang akan ditampilkan pada layar. Setalah melewati kristal cair, cahaya akan diterima oleh elektroda display yang disusun vertikal (tegak lurus dengan elektroda bagian belakang).
Pada LCD monokrom seperti pada kalkulator dan jam digital, kristal cair hanya bertugas melewatkan maupun menghalangi semua sumber cahaya backlight. Untuk melewatkan cahaya, kristal harus membuka selebar-lebarnya, sedangkan untuk menahan cahaya, susunan kristal harus menghalangi seluruh cahaya.
Material LCD
Secara umum LCD disusun atas lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan Indium Tin-Oxide (ITO). ITO merupakan paduan material inorganik oksida yang terdiri atas sepersepuluh timah oksida dan sisanya indium oksida. Material ITO digunakan untuk menunjukkan performa tinggi dari segi transparansi terhadap cahaya tampak dan tingkat konduktifitas yang tinggi. Material inorganik oksida, atau unsur yang bersenyawa dengan oksigen, pada ukuran yang sangat tipis bersifat tembus cahaya. Hal ini dikarenakan adanya celah energi (gap) antara pita valensi dengan pita konduksi yang jamak terdapat pada material semikonduktor. Berbeda dengan logam yang tidak memiliki celah energi, dalam material semikonduktor celah ini mengahalangi pergerakan elektron dari pita valensi ke pita konduksi.
Indium Tin-Oxide (ITO) adalah salah satu jenis dari Transparent Conducting Oxide (TCO) yang dipakai untuk keperluan komersial. Karena sifatnya yang transparan dan konduktif, material TCO berperan sebagai lapisan luar sekaligus lapisan elektroda (kutub negatif dan positif) yang mengalirkan arus listrik dari sumber arus searah DC sekaligus berfungsi sebagai lapisan yang meneruskan gambar ke mata pengguna. Sifat konduktif TCO disebabkan oleh karakteristik ikatan kimiawinya yang berjenis ikatan ionik yang memungkinkan atom terlepas dengan sendirinya dari posisi normalnya ke posisi lain yang pada akhirnya menyebabkan pula elektron terlepas pula di dalam struktur oksida tersebut. Seiring banyaknya atom yang terlepas dari posisi normalnya maka semakin banyak pula jumlah elektron di dalam material TCO, sehingga apabila kita mengalirkan arus listrik ke material tersebut, maka elektron tersebut akan menghantarkan arus listrik sehingga material ini bersifat konduktif.
LCD telah mengalami beberapa kali penyempurnaan sehingga terdiri dari berbagai macam jenis dengan kualitas yang juga semakin meningkat. Awalnya, LCD sering digunakan pada layar-layar sederhana seperti layar kalkulator. Pada LCD jenis ini layar hanya berisi cairan yang dapat dipolarisasi dengan bantuan arus listrik, sehingga cahaya dapat tembus melalui cairan (transparan) atau sebaliknya cahaya diblokir tidak tembus (tidak transparan). Sedangkan untuk jenis LCD yang digunakan pada layar-layar device keseharian kita seperti handphone, laptop, maupun TV, LCD terdiri dari pixel yang terbagi menjadi 3 sel dengan warna dasar RGB. Agar warnanya terlihat, maka dibelakang panel LCD tersebut harus ada sumber cahaya. Sumber cahaya ini disebut dengan Back Light dan yang digunakan adalah lampu Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL) atau biasa disebut sebagai lampu neon.
Terdapat ribuan pixel atau elemen pada LCD dan setiap pixel ini mempunyai satu transistor untuk bisa menyalakan maupun mematikan pixel tersebut. Transistor ini terbuat dari bahan silicon yang dibentuk menjadi kristal tipis. Kristal ini kemudian dibentuk dengan PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) gas silane untuk menghasilkan film silicon amorf. PECVD adalah proses pengendapan lapisan film yang dalam fasa gas dan mengubahnya menjadi fasa solid. Polycrystalline silicon atau disebut juga dengan Low Temperature Poly Si (LTPS) adalah bahan yang digunakan dalam LCD untuk meningkatkan kualitas performa gambar.
Untuk bagian panel sendiri, LCD memiliki panel yang terbuat dari bahan plastik/acrylic transparan sehingga terasa lunak saat disentuh.
Bahan utama dan terpenting dalam LCD tentu saja liquid crystal atau kristal cair. Kristal cair merupakan sebuah fasa baru diantara padat dan cair yang pertama kali ditemukan oleh seorang ahli botani Austria, F. Renitzer pada tahun 1888. Kristal ini memiliki struktur molekul seperti cair namun lebih rapat dan lebih teratur. Jika dilihat, kristal cair berbentuk seperti cairan putih yang keruh.
Terdapat berbagai macam kristal cair yang telah dikembangkan sampai sekarang, dan tipe kristal cair yang sangat cocok untuk LCD adalah kristal cair nematik (kristal cair berbentuk benang). Kristal cair benang ini memiliki molekul-molekul tersusun sejajar bergerak bebas dalam tiga dimensi tetapi hanya berputar pada sumbu panjangnya. Orientasi molekul dalam lapisan tipis kristal cair nematik mudah diubah melalui tekanan dan medan listrik. Orientasi yang telah diubah ini mempengaruhi sifat optik dari lapisan. Selain itu kristal cair tipe ini mempunyai kestabilan yang lebih tinggi dibandingkan bahan lainnya juga memiliki rentang suhu yang lebar.
Kristal cair dapat dibentuk dengan cara memanaskan kristal yang terbentuk dari satu atau campuran lebih dari dua senyawa. Namun tidak semua senyawa memiliki sifat kristal cair. Kristal cair muncul dalam rentang suhu dimana kristal meleleh sampai suhu dimana kristal mencair sepenuhnya. Untuk LCD, seperti yang telah dijelaskan di atas, lebih banyak menggunakan Indium Tin-Oxide ITO sebagai bahan krisal cair ini.
Sintesis Indium Tin-Oxide
Banyak cara dalam mensintesis Indium Tin-Oxide dalam bentuk kristal maupun nanokristal. Yang paling terkenal adalah metode hidrotermal. Metode hidrotermal ini menempatkan campuran berbentuk gel dari larutan asam hidrochloric dari logam indium dan timah dengan larutan hidrous sodium hidroksida ke dalam autoclave hidrotermal pada suhu 240 ᵒC selama 12 jam. Selanjutnya setelah melewati proses sentrifugasi dan pencucian, sol di keringkan pada suhu 80 ᵒC selama 12 jam. Terakhir, sampel akan melalui proses penyinteran pada suhu 500 ᵒC selama 2 jam. Untuk membuat Indium Tin-Oxide yang diharapkan, maka harus dilakukan pemanasan lebih lanjut pada suhu tertentu
Cara lain dalam mensintesis ITO adalah dengan metode pechini yang telah dimodifikasi. Yang dilakukan pertama kali adalah mengubah logam indum menjadi indium nitrida dengan cara melarutkannya dalam asam nitrat. Indium nitrida ini lalu ditambahkan ke dalam hidrous timah klorida, anhidrous asam sitrat, dan etilena glikol. Molar rasio dari indium ion di jaga sebesar 12%. Semua substrat yang telah dilarutkan kedalam air yang telah di deionisasi, di campur di dalam ultrasonic cleaner dan menghasilkan larutan transparan. Larutan ini dijaga pada suhu 80 ᵒC sampai pembentukan resin. Resin yang terbentuk akan melalui proses penyinteran pada suhu 600 – 900 ᵒC.
Sumber :
http://www.en.m.wikipedia.org/wiki/Liquid_crystal_display
http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma-enhanced_chemical_vapor_deposition
https://www.facebook.com/notes/mitra-maju-electronic/tv-crt-plasma-lcd-dan-led/10150167070648738
http://www.iopscience.iop.org/1742-6596/146/1/012033/pdf/jpconf9_146_012033.pdf
http://www.newbie2571.wordpress.com/2008/10/14/cara-kerja-monitor-lcd-liquid-cristal-display/
http://www.madehow.com/Volume-1/Liquid-Crystal-Display-LCD.html#b
http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/lc/intro.htm
http://www.wtec.org/loyola/dsply_jp/c2_s2.htm
http://www.youtube.com/watch?v=O3aITfU_UvE&feature=youtube_gdata_player
conimarsha 