Ploché obrazovky

Ploché obrazovky

Nejrozšířenějšími plochými obrazovkami jsou LCD PR "LCD" - Liquid Crystal Displays to je displeje z tekutých krystalů. První ploché obrazovky měly technologii pasivních TN PR "TN" - TWIST NEMANTIC displejů. TN krystaly přiložením napětí polarizovaly světlo, které neprošlo přes polarizátor (skleněná deska). Tím se na obrazovce objevil černý bod. Docílený kontrast byl 3:1. Nevýhodou byl lom světla, a tedy obrazovka byla pod různými úhly pohledu různě barevná. Následuje technologie STN PR "STN" SUPER TWIST NEMANTIC, které pouze zvýšily kontrast. Přechodem na aktivní displeje se odstranilo zanechávání stop u pohybujících se bodů.

Dnes používané displeje dělíme na

· světlo pohlcující a

· emisní.

Světlo pohlcující displeje

- jsou

A. pasivní matrice (PM) - svítící pixel je dán okamžitým výběrem bodu, tj. průsečík vodorovné a svislé matrice. Může ovlivňovat sousední body. Vzhledem ke krátké délce aktivovaného pixelu obrazovka bliká a k dosažení určitého jasu obrazovky je zapotřebí velké energie svítícího bodu.

B. aktivní matrice (AM) - výběr ovládacích prvků je obdobný jako u PM, ale tyto prvky si podrží požadované napětí pro aktivaci po určitou dobu (max po celý snímek). Pixely se neovlivňují. Potřeba pro stejný jas menší energie (bod svítí déle).

Princip činnosti

LCD obrazovky.

(PMLCD PR "PMLCD" -Pasive Matrix LCD PR "LCD" (el.pole může ovlivnit i sousední krystaly), AMLCD PR "AMLCD" -Active Matrix LCD). Jednotlivé pixely selektivně propouští a nebo nepropouští dopadající světlo resp. světlo z pozadí. Tekuté krystaly jsou tvořeny tyčinkovitými krystaly kianobifenylu PR "kianobifenyl" , které svou orientací reagují na elektrické pole. Tyto krystaly jsou uloženy mezi dvě skleněné desky, z nich jedna je polarizována, vzdálené 5um až 7um. Na těchto deskách jsou elektrody (na jedné vodorovné, na druhé svislé) (kontrast 3:1). U twistového uspořádání TN PR "TN" (pootočeného o 90^O) se přiloženým napětím natáčí o 90O. Světlo procházející displejem má také polarizaci 90O. Při stejné orientaci polarizovaného světla umožňují jeho průchod druhou podložkou. Jsou velmi choulostivé na otřesy, teplotu a vibrace. LCD využívající dopadající světlo potřebují dobré osvětlení okolí. Obrazovka se skládá se stejných malých elementů, ovládaných překříženými vodiči a tak se částečná změna přenáší i na sousední elementy (u rýhovaných skel se zvýší kontrast na 5:1). Dalšímu vylepšení kontrastu je supertwistu STN PR "STN" , to je otočení až na 270O . (kontrast 7:1). Odstranění barevné chyby přináší technologie DSTN PR "DSTN" - Double STN. Zde jsou dvě vrstvy STN nad sebou, první vytváří obraz s barevnými chybami a druhá tyto chyby koriguje (kontrast 10:1). Tato technologie již umožňuje vytvářet barevné displeje. Barevné LCD využívají na subpixlech červené, zelené a modré filtry, které snižují rapidně procházející světlo (až na 5%). Proto vyžadují energeticky náročné podsvícení. (Polarizace 50%, barevná filtrace 30%, modulovaná plocha obrazovky zujímá pouze 50% celkové plochy. Z toho plyne účinnost u barevných obrazovek pouye 5%.

Fa Epson začala vzrábět v r.1995 zobrazovače z kapalných krystalů NTN (neutralized Twisted Nemantic), tj technologií, která vytváří barevné jevy pomocí druhé vrstvy komplemntárně otočných krystalů. Předností je ostrý obraz a navíc se lze přepnout na inverzní obraz (na čeném nebo bílém podkladě). Další technologií je FTN (Film Twisted Nemantic), která využívá speciální film pracující jako komplementární druhá vrstva. Tyto displeje jsou transmisní. V černobílém provedení mají NTN i FTN široký pozorovací úhel a rozlišení 1024x768, při velikosti bodu 0,22x0,22mm. Barevné mají 640x480 při osmi barevných odstínech.

Pasivní obrazovky

K pasivním patří:

1. PMLCD -Pasive Matrix LCD - jsou pomalé (doba odezvy 200ns) aby se snížilo mihotání, ale naopak vytváří duchy pro pohybující se obraz. Jsou pro počítače nevhodné.

2. STN supertwist pasivní černobílé - mají větší kontrast a širší zorný úhel. Tecnologicky se liší větším počtem natáčecích tělísek. Barevné s korekcí barev DSTN (double STN) mají kontrast 10:1 a zobrazují 16mil barev. DSTN diodové pasivní super twist Nemantic LCD obrazovky 11,3“ .

aktivní obrazovky

K aktivním patří

1. TFT thin field tranzistor - aktivní matice tranzistorů - zobrazovacích bodů - pixelů. V dnešní době je to nejpoužívanější druh buzení LCD obrazovek. Doba odezvy je podstatně kratší než u pasivních -> kurzor nemizí. Barevná. Příkon 6W vyjímečně 4.3W. Výroba pole TFT je složitá má obdobu výroby IO. Výtěžnost se zvětěuje náhradním zapojováním redundantních TFT. Prodloužení osvitu bodu se děje nabitím a pomalým vybíjením kapacity na vstupu TFT. (Aktivní je pouze 50% plochy obrazovky.) Kontrast je 100:1. Jsou tenčí než DSTN .

buzení řádku

buzení TFT

sloupce

elekroda

obraz.

bodu

Velikosti (úhlopříčka):

7.8cm 640x480 ,pixelPitch 0.1mm 2W B/W projekce

20cm 640x480 0.25 subnotebook

24cm

26cm 0.33 3W 26k notebook

30,4cm - 12“ SVGA (800x600) minimální požadavek roku 1997

34 cm s rozlišením 1024x768 a 262 144 barev (NEC-IV.1996, Fujitsu) - tl. Obrazovky 6cm, zabudované reproduktory.

11,2“ širokoúhlá (16:9) 241x142

MicroScan4T jsou obrazovky 17“. srozlišením 1024x768. Pro nižší rozlišení si sami přepočítavají obraz tak, aby byl na celou obrazovku. Další novinkou je přepočet na obrazovku, která lze otočit na svislo, tedy na formát A4.

Displeje se vyrábí do vellikosti 40“ (101cm), ale teoreticky neexistuje velikostní limit.

Diodové řízení zvyšuje aktivní plochu obrazovky na 70%, a tím i její účinnost. Jednou diodou se přivádí k prvku napětí a druhou se náboj odvádí.

2. Plazmové obrazovky, PALC PR "PALC" (plasma Addres Liquid Crystal) neboli Plasmatronové displeje PR "Plasmatronové displeje" PR "displeje:plasmatronové" jsou aktivní LCD displeje, u nichž spínačová matrice je tvořena spolehlivějšími kanálky s inertním plynem místo tenkovrstvých transistorů. Ionizovaný plyn napojí elektrody každého pixelu s datovou linkou. Spínací doba je kratší cca 5us, což umožňuje obrazovou frekvenci 30Hz. V r. 1996 firma Fujitsu dodává 42“ obrazovky vysoké kvality.

3. FLCD PR "FLCD" Ferroelectric Liquid Crystal DISPLAY obsahuje tekuté krystaly smektického typu na bázi železa. Tyto krystaly drží na rozdíl od LCD PR "LCD" elektrický náboj a tedy jsou bistabilní (projevuje se hystereze - nemusí překreslovat statický obraz). Jejich charakteristika má hysterezi, a tedy k překlopení vyžadují určitou vstupní energii. Proto u těchto aktivních obrazovek odpadá složité a málo spolehlivé TFT PR "TFT" pole. Výroba FLCD je náročnější, protože vzdálenost obou skleněných desek je jen 1-2 um, narozdíl od 5 - 7 um u LCD. To může způsobit nepříjemný zig-zag efekt.Tyto obrazovky se vyrábí do velikosti 15" a výhledově 20" a 30" s rozlišením 1280x1024 pixelů. Na změny reagují rychleji než LCD. Pixely mohou být pouze bílé nebo černé, takže šedá barva (dithering) se dociluje buď střídou spínání daného bodu, nebo rozdělením pixelu na subpixely.. Nevýhodou je velká hmotnost (až 9kg).

Přepolarizace obrazových bodů se dosahuje pomocí dvojice impulsů opačné polarity (první impuls má polaritu stávajícího stavu -kvalitnější), nebo pomocí unipolárních impulsů (rychlejší, ale zhoršení kontrastu, musí být dodržena správná energie impulsu, aby obraz nebyl zrnitý)

Adresování: zadávají se pouze body, kde jetřeba změnit jas, nemusí být tzv. oživování signálů jako u twistových semantických obrazovek.

4. DHF PR "DHF" Deformed Helix Ferroelectic využívá deformaci šroubovitých buněk FKK (ferroelekrické kapalné krystaly) pomocí elektrického pole. Jená se lineární ferroelektrický jev (nikoliv bistabilní). Umožňuje i střídavé napájení (velikost intenzity ovlivňuje světelnou propustnost). Má vysokou rychlost (v us), vysoký kontrast a široký pozorovací úhel. Buňka je i otřesuvzdorná.

5. AFKK PR "AFKK" (antiferroelektrické kapalné krystaly) pro střídavé napájení a jsou schopné realizovat stupně šedé.. Mají vysoký kontrast (1:40 a více), uchovávání obrazu bez přítomnosti napětí. Vzdálenost elektrod 2um. Vhodné pro velkoplošné obrazovky. Zatím ve formě prototypů.

Emisivní

tj. obsahující zdroj záření. Pracují obdobně jako Klasické obrazovky.

Elektroluminiscenční, ACTFEL

emitují světlo elekronovou exitací luminoforu. Luminofor je uložen mezi průhlednými dielektrickými vrstvami. Jedná se vlastně o kondenzátor. Elektrickým polem vzniklým na tomto kondenzátoru jsou emitovány aurychlovány elektrony, které prochází luminoforem. Zvýšení jasu se děje zvýšením frekvence nebo zvýšením kapacity.

Používá se pro monochromatické i barevné displeje. Dosahuje se vysoký kontrast, velký pozorovací úhel. Rozměr uhlopříčky do 19“.

ACPDP (AC Plasma Display Panel)

tvoří světlo ionizací inertního plynu (argon + neon) s nízkým tlakem. Je to obdobný výboj jako u neonových trubic. Pokud se na řádkovou a sloupcovou elektrodu přivede dostatečné napětí, plyn dosáhne plasmatického stavu a probíhá monochromatický jantarově žlutý nebo UV [1] výboj. Výboj musí být zhášen - obrazovka s pamětí. Při UV záření dopadající záření vybudí na luminoforu viditelné světlo. Pro zhášení je zapotřebí opět náboj ale opačné polarity. Princip umožňuje konstrukci velkých obrazovek i s úhlopříčkou 150cm. Pro ušetření vysoké budící energie (přebíjení kondenzátorů) je využíván náboj vstupních kondenzátorů pro buzení v dalším cyklu a pro zhášení jiných kondenzátorů. U barevných obrazovek se vnitřní strana obrazovky pokrytá různými luminofóry osvětluje UV plazmovým výbojem. Nevýhodou je, že fosfor časem (asi po pěti letech) degraduje a ztrácí se jas dipleje [1].

Dosahuje se vysokých jasů, dobrých barev a 256 odstínů šedi. Efektivita výboje je dána poměrem výbojky a plochy, kterou zaujímá. Spotřeba je několik set wattů.

Využívají se jako informační panely.

Vakuově fluorescenční FED

Obrazovky FED (Field Emision Display) jsou obdobné klasickým obrazovkám, tj. m,ají stínítko s luminoforem, které vyzařuje světlo exitované dopadajícími elektrony, ale každý pixel má své elektronové dělo, takže zde chybí vychylování a obrazovky jsou ploché. Elektronové děloje realizováno hrotem s vysokým napětím, ze kterého jsou emitovány elektrony. Jejich spotřeba energie je malá. Nevytváří závadné mg. pole a jejich vyzařování rtg. paprsků je také zanedbatelné. Mají velké rozlišení a dobrou stupnici šedé. Problémy jsou s luminofory, které musí zářit již od 0.5kV do 1,5kV (u CRT je to kolem 10kV).

Zatím byly vyrobeny obrazovky o velikosti 10,5“.

Projekční displeje

(Podrobnosti viz projektory.doc)

umožňují projekci dat z počítače, videovstupu (PAL,NTSC,SECAM), S-VHS. Lze na nich dělat zoom, a výřezy posouvat. Při vstupu s vštšímpočtem zobrazovacích bodů, než má projektor provede projektor komprimaci dat. Dosahované kontrasty jsou 125:1. Prosvětlování se obykle děje výbojkou, která má životnost 250 hodin.

Obrazovkové projektory CRT

Projektory se skládají ze tří synchroně nastavených monochromatických obrazovek R-G-B a přesné optiky, která zajistí jejich překrytí

LCD

projektory jsou dnes nejpoužívanější.

· Barevný LCD prosvětlovaný bílým světlem. Obrazový čip TFT displej má 1,3“.

· tři LCD prosvětlované displeje; princip obdobný CRT. Mají větší světelnou propustnost ale jsou podstatně dražší.

DMD digitální mikrozrcadla

Myšlenkou, na které je technologie DLP a DMD postavena, je využít svělo nikoliv obarvené nekvalitním displejem, ale kvalitními barevnými filtry a světlo následně odrážet do optické soustavy digitálním čipem [3].

DMD PR "DMD" - Digital Micromirror Device PR "Digital Micromirror Device" je označení čipu vyrobeného výhledovou technologií DLP PR "DLP" (do r. 1999). Jedná se o maticové uspořádání 16um mikromechanických hliníkových zrcadlových elementů na křemíkové desce s mezerou 1um. Každé zrcadlo představuje jeden monochromatický bod. Definovaným naklápěním o úhel ±10^o je dopadající světlo selektivně odráženo směrem ke stínítku. Ve třetí poloze - neutrální je v době, kdy se nevyužívá. Jednotlivé elementy mají velikost 17um x17um a jsou řízeny integrovaným dynamickým přepínačem. Zrcadlo se může měnit polohu až 1000krát za sekundu. Díky tomu lze dosahovat 8 až 10 bitového rozlišení. Proměnlivou dobou natočení se dosahuje světlo různé intenzity. Bylo vyrobeno zrcadlo 2048x1152 elementů. Jsou vhodné pro přední i zadní projekci.

Barvy se vytváří buď jedním čipem DMD a rotujícím průhledným kotoučem s výsečemi v barvách RGB, nebo 2 čipů (červená a azurová - oko je na zelenou nejcitlivější, a tedy je promítána jen z 50% doby a červená se ztrácí při promítaní výbojkami, a tedy je promítána po celou dobu ) a 3 čipy DMD (pro každou barvu RGB zvlášť po celou dobu). Různých odstínů barev se dosahuje rychlým kmitáním zrcátek. [2].

Matice zrcátek tvoří souvislou plochu a tak rozmítaný obraz je také souvislý a není tvořen pruhy nebo body. Odraz světla dává větší účinnost než LCD displeje. Dále DMD a DLP nemají takřka žádné zpoždění oproti LCD a řádkování lze ještě lépe odstranit pomocí interpolace.

Nedostatkem je hluk ventilátorů a nižší jas v rozích [2]. Účinnost světla je 0,6.

Zrcátko čipu

závěs

adresová elektroda

zrcátko