Bankovní institut vysoká škola Praha Katedra matematiky, statistiky a informačních technologií
Moderní zobrazovací jednotky Bakalářská práce
Autor:
Viktor Cenefels Informační technologie, Správce informačních systémů
Vedoucí práce:
Praha
Ing. Bohuslav Růţička, CSc.
Duben 2012
Prohlášení: Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a v seznamu uvedl veškerou pouţitou literaturu. Svým podpisem stvrzuji, ţe odevzdaná elektronická podoba práce je identická s její tištěnou verzí, a jsem seznámen se skutečností, ţe se práce bude archivovat v knihovně BIVŠ a dále bude zpřístupněna třetím osobám prostřednictvím interní databáze elektronických vysokoškolských prací.
V Praze dne 27. 4 2012
Viktor Cenefels
Poděkování
Tímto bych rád poděkoval svému vedoucímu bakalářské práce, panu Ing. Bohuslavu Růţičkovi, za jeho čas na konzultace, cenné připomínky, návrhy a ochotu při tvorbě bakalářské práce.
Anotace Předložená práce se zabývá popisem, výrobou a problematikou jednotlivých moderních zobrazovacích jednotek. Konkrétně LCD a plazmovými displeji. V první části práce popisuji jednotlivé technologie, ve druhé je charakterizuji a ve třetí se zabývám jejich uplatněním. Charakteristiky částečně provádím již při popisu jednotlivých technologií. Snažím se o zachování souvislostí, aby čtenář neztratil v textu přehled. Klíčová slova: Zobrazovací jednotka, Displej, Monitor, LCD, PDP, OLED
Annotation The present work deals with the description, production and individual problems of modern visual units, specifically for LCD and Plasma displays. The first part describes the various technologies, the second characterizes them and the third deals with the application of these technologies. I characterize the different technologies in their descriptions. I have tried to be consistent so that readers do not lose the thread of the text. Key words: Visual devices, Display, Monitor, LCD, PDP, OLED
Obsah
1
Popis pouţívaných technologií ............................................................................. 8 1.1
Historie zobrazovacích technologií ...................................................................... 8
1.1.1
Digitron.............................................................................................................. 8
1.1.2
Sedmisegmentová jednotka .............................................................................. 8
1.1.3
CRT televize ...................................................................................................... 9
1.2
LCD ..................................................................................................................... 13
1.2.1
Princip LCD technologie ................................................................................ 13
1.2.2
Princip LCD .................................................................................................... 14
1.2.3
Vada pixelů...................................................................................................... 18
1.2.4
Panely TN, IPS, MVA .................................................................................... 20
1.2.5
LCD-LED technologie .................................................................................... 24
1.3
OLED .................................................................................................................. 29
1.3.1
Technologie OLED ......................................................................................... 30
1.3.2
Problémy OLED.............................................................................................. 33
1.4 1.4.1 1.5
Elektronický papír ............................................................................................... 34 Výroba a princip e-papíru ............................................................................... 34 Plazmové displeje ............................................................................................... 37
1.5.1
Princip plazmových displejů ........................................................................... 38
1.5.2
Technologie výroby plazmových displejů. .................................................... 40
2
Charakteristiky jednotlivých technologií ........................................................... 41 2.1
Ţivotnost LCD a plazmových displejů............................................................... 41
2.2
Porovnání kvality obrazu LCD-LED a LCD-Plazma ........................................ 41
2.3
Energetická spotřeba LCD-LED a LCD-Plazma ............................................... 43
2.4
Vybavení televizorů I/O rozhraními................................................................... 44
2.5
3D technologie na moderních zobrazovačích .................................................... 46
2.5.1
Realizace 3D vjemu ........................................................................................ 46
2.5.2
Anaglyfická stereoskopie ................................................................................ 46
2.5.3
Pasivní 3D stereoskopická technologie .......................................................... 47
2.5.4
Aktivní 3D stereoskopická technologie.......................................................... 48
3
Návrh na uplatnění uvedených technologií pro různé účely. ............................ 49 3.1
Vyuţití LCD panelů ............................................................................................ 49
3.1.1
TN .................................................................................................................... 49
3.1.2
S-IPS ................................................................................................................ 49
3.1.3
MVA a PVA .................................................................................................... 50
3.2
Velkoplošné obrazovky ...................................................................................... 50
3.3
OLED .................................................................................................................. 52
3.3.1
Uţití AM-OLED ............................................................................................. 53
3.3.2
Uţití PM-OLED .............................................................................................. 53
3.3.3
Uţití T-OLED ................................................................................................. 54
3.4
E-papír ................................................................................................................. 54
3.5
Plazma panely ..................................................................................................... 55
Úvod
Téma Moderní zobrazovací jednotky jsem si zvolil, neboť vztah k tomuto oboru jsem získal vlastně generačně. Zvláště můj děd dosáhl v oboru přenosové techniky několika vysokých ocenění (byl spolutvůrcem vůbec první přenosové techniky na našem území – MT11).
V současné době je na trhu několik typů zobrazovacích jednotek, které mezi sebou soutěţí. Ve své práci se snaţím vyhodnotit jednotlivé technologie, jejich klady a specifika.
Cílem této práce je usnadnit čtenáři (spotřebiteli) orientaci na současném trhu dle jeho individuálních potřeb.
1 Popis používaných technologií 1.1 Historie zobrazovacích technologií 1.1.1 Digitron Digitron neboli znaková výbojka. Zobrazovací část se nachází ve skleněné baňce, ve které je vytvořeno vakuum. V baňce je umístěna anoda, která má tvar síťky nebo tenkého drátu a sada katod ve tvaru číslic nebo symbolů. Přivedením napětí na určitou katodu a anodu dojde k rozsvícení příslušné katody, na které se zobrazí symbol v jejím tvaru. Tato technologie slouţila jako zobrazovací jednotka pro měřicí přístroje nebo také digitální hodiny.
Obr. 1 Digitron1
1.1.2 Sedmisegmentová jednotka Displej skládající se ze sedmi segmentů, který tvoří obrazec číslice osm. Tato zobrazovací jednotka se výhradně pouţívá k zobrazení decimálních cifer nula aţ devět, ale v omezené míře umí zobrazit i některá písmena a speciální znaky. Nejčastěji se tato technologie vyuţívá v kalkulačkách, hodinkách, digitálních teploměrů nebo na místech, kde se dává důraz na přehlednost a čitelnost číslic a popřípadě některých písmen a znaků. Existuje mnoho různých typů segmentových displejů, které se liší v počtu a uspořádání jejich segmentů. Segmenty jsou tvořeny převáţně z LED diod, LCD krystalů anebo velkoformátové segmenty z klasických zářivek. Pro ovládání těchto segmentů se pouţívají klopné obvody s binárním 4 bitovým kódování.
1
Zdroj:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/dc/ZM1082_operating_animation_front_250px.gif/100pxZM1082_operating_animation_front_250px.gif
8
03.03.2012
Obr. 2 Rozložení segmentů2
Obr. 3 Mapa segmentů3
1.1.3 CRT televize Televize je radioelektrický přenos rychle se střídajících statických obrázků na dálku. Za jednu sekundu 25 celých obrázků (dle sítě 50 Hz), z nichţ je kaţdý rozloţen na maličké body. Počet řádků se stanovil na 625. Poměr stran u obdélníkového obrazu byl stanoven 4:3 (nyní 16:9). Abychom při sledování obrazu o snímkové frekvenci fS= 25 Hz a 625 řádcích nepostřehli blikání, pouţívá se prokládaného řádkování => Snímek s 625 řádky se rozloţí na dva půlsnímky se 312,5 řádky, které paprsek snímá. Tyto řádky tvoří lichý půlsnímek (řádky 1, 2, …, 313). Potom se paprsek vrací zdola nahoru zpětným během a vyplňuje mezeru mezi nepárovými řádky. Tak vzniká sudý půlsnímek (řádky 313, 314, …, 625). Půlsnímky do sebe přesně zapadají a obraz nebliká, protoţe se frekvence půlsnímku zvýšila na 50 Hz (fps) (u modernějších televizorů se setkáváme s frekvencí 100 Hz (fps) a více).
Obr. 4 Řádkování4
2
Zdroj: http://it-slovnik.cz/img/sedmisegmentovka.png Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d1/7-segment.svg/120px-7-segment.svg.png 4 Zdroj: Studijní materiály ISŠNP 3
9
03.03.2012 03.03.2012 2007
Sloţení bodů v televizoru do obrázku provede dokonale katodová trubice, která se jmenuje Braunova lampa. Přijímač zachytí vysílání a rozdělí obrazové a zvukové informace a pomocí obrazového signálu řídí intenzitu (jas) obrazu. Čím je proud silnější, tím jasnější bod. Aby vznikl obrázek, musí se elektronový paprsek pohybovat po obrazovce. Tento pohyb obstarávají dvě vychylující cívky. Jedna způsobuje pohyb po řádku, druhá po sloupcích.
Obr. 5 CRT obrazovka5 1 -Elektronové děla (emitor), 2 - Svazky elektronů, 3 - Zaostřovací cívky, 4 - Vychylovací cívky, 5 - Připojení anody, 6 - Maska pro oddělení paprsků pro červenou, zelenou a modrou část zobrazovaného obrazu, 7 - Luminoforová vrstva s červenými, zelenými a modrými oblastmi 8 Detail luminoforové vrstvy, nanesené z vnitřní strany obrazovky
Televizory zachycují rádiové vlny, které se pak mění na elektrické signály. Na obrazovce se mění tyto elektrické signály na světelné. Obrazovka je nejdůleţitější část televizoru, je vyrobena z tlustého skla a z jejího nitra je vyčerpán vzduch. Barevný obraz vytvářejí tři elektronkové paprsky, po jednom pro kaţdou ze základních barev (červená, modrá a zelená). Na vnitřní straně obrazovky je vrstva fluorescenčních chemických látek, které se rozzáří po dopadu elektronů, a vytváří tři základní barvy. Všechny ostatní barvy na televizní obrazovce vznikají mícháním těchto tří barev. Vzhledem k vysokému kmitočtu (6 milionů bodů za sekundu) se předávání informací vysílá jen na krátkých vlnách, většinou 44750 kHz. Na stejných vlnách obrazu se přenáší i zvuk.
5
Zdroj: http://umt.wikispaces.com/V%C3%BDvoj+technick%C3%BDch+prost%C5%99edk%C5%AF+z%C3% A1znamu+a+zpracov%C3%A1n%C3%AD+videa
10
12.06.2011
Satelitní televizní programy se šíří na vysokofrekvenčních vlnách (mikrovlny), tyto frekvence rovněţ slouţí pro mezinárodní telefonní a televizní přenos. Jako zajímavost uvádím, ţe mikrovlny lze pouţít i k ohřevu jídel v mikrovlnných troubách. Kromě pozemního a satelitního televizního vysílání existuje ještě i kabelová televize. Její kanály se nešíří vzdušnou cestou, ale speciálními kabely, které přivádějí obraz přeměněný na elektrické signály aţ do domu.
1.1.3.1
Černobílá obrazovka
Obrazovka je elektronka, kde se emitované elektrony soustředí do úzkého paprsku, který po dopadu na stínítko vyvolá světélkování v luminoforu. Luminofor je látka, která po dopadu elektronů uvolňuje světelné záření. Luminoforem je natřeno zevnitř stínítko obrazovky, takţe dopad elektronového paprsku je vně viditelný. Soustava katoda a řídící mříţka se nazývá elektronové dělo. Obrazovka je vlastně jediná elektronka, která se ve velkém měřítku pouţívá. Princip je zřejmý z následujícího obrázku.
Obr. 6 Princip CRT obrazovky6
6
Zdroj: Studijní materiály ISŠNP
2007
11
1.1.3.2
Masky použité u CRT zobrazovačů
Delta Název delta je odvozen z uspořádání bodů na masce ve tvaru řeckého písmene Delta Δ. Maska se skládá z kruhových otvorů a stínítko je ve tvaru výřezu koule. Tento druh stínítka byl pouţit u prvních barevných televizorů. Z principu jsou také elektronová děla rozmístěna ve tvaru delta (viz Obr. 5).
Obr. 7 Maska Delta7
Inline Tento druh masky má elektronová děla uspořádána v rovině, jednotlivé body jsou tvořeny třemi luminofory, které jsou uspořádány v podobě vzájemně posunutých obdélníků. Obrazovka Inline obsahuje masku pro přesný dopad elektronového paprsku na jednotlivé luminofory. Elektronový paprsek dopadá na stínítko obrazovky tvořené luminoforem a v místě dopadu vzniká tzv. světelná stopa. Jas této stopy bude tím větší, čím větší bude proud elektronového paprsku.
Obr. 8 Maska Inline8
7 8
Zdroj: http://hardwareinp.wz.cz/806.jpg Zdroj: http://hardwareinp.wz.cz/807.jpg
03.03.2012 03.03.2012
12
Trinitron Pojem Trinitron je obchodní název firmy Sony pro uspořádání bodů na masce do sloupců, coţ je výhodnější k seřízení vychylování. Dráha elektronových paprsků je odlišná, typické je válcové stínítko, které umoţňuje pravoúhlý obraz v rozích. Tímto uspořádáním byl zredukován neprůhledný povrch mezi body. Obrazovka s maskou Trinitron je typická stopou dvou vodorovných výztuţných drátů nepatrně viditelných a zvyšující pevnost velmi křehké masky.
Obr. 9 Maska Trinitron9
1.2 LCD 1.2.1 Princip LCD technologie Moderní ploché obrazovky se zakládají na technologií LCD (Liquid Cristal Display). LCD je zkratka pro pouţité kapalné krystaly v kaţdém pixelu na obrazovce. Ke kaţdému pixelu je přiváděno napětí, které slouţí k natočení tekutých krystalů, kterými je určena propustnost světla. Plochá obrazovka se skládá ze zobrazovacích prvků (pixelů). Kaţdý pixel se skládá ze třech sub-pixelů obsahující barvu RGB. Patnácti palcový displej má většinou 1024 x 768 pixelů, tzn. 2,4 mil. sub-pixelů. Řídící napětí nejen ovlivňuje celkový jas, ale i barevné reprodukce obrazu. Světlo prochází pixely, které se skládají ze tří buněk opatřených barevnými filtry RGB.
9
Zdroj: http://hardwareinp.wz.cz/808.jpg
03.03.2012
13
Př.: LCD s rozlišením 1024 x 768 pixelu má přesně 3 x 1024 x 768 buněk (sub-pixelů) a tranzistorů, které ovládají průsvitnost jednotlivé buňky. Podle aditivního míchání barev vzniká výsledný odstín smícháním 3 základních barev (červená, modrá, zelená). Nejběţnější 8bitové kódování odstínů rozeznává 256 úrovní. Pro 3 základní barvy a 256 odstínů dostaneme 16,7 miliónů barev, ze kterých vzniká celkový obraz.
Obr. 10 Pixel10
1.2.1.1
Výroba LCD
Stejně sloţité, jako struktura je i výroba LCD displejů. Pracuje se tu s mnoha různými materiály a tenkými vrstvami skla. Na tyto tenké skelné vrstvy mohou být připojeny miniaturní tranzistory, které později řídí barevné prvky (subpixely). Zpracování musí být sto procentně přesné. Při úhlopříčce 42 palců a této extrémní přesnosti je míra odmítnutí dle normy ISO 13406-2 velmi vysoká viz bod 1.2.3.
1.2.2 Princip LCD LCD se zakládá na vyuţití polarizačních filtrů v kombinaci s optickými vlastnostmi tekutých krystalů, které odklánějí světlo do určitého úhlu. Při průchodu polarizačním filtrem se světlo polarizuje na určitou úroveň světelné roviny, tedy světelné kmity dále procházejí jen v jedné rovině. Jestliţe poloţíme tyto skla na sebe a pootočíme proti sobě o 90°,tak světlo projde sice přes první sklo, ale přes druhé jiţ neprojde, jelikoţ je natočeno příčně a to světelné vlny filtruje. Mezi nimi je vrstva tekutých krystalů, která má přirozenou schopnost vlnovou délku světla natáčet tak, aby prošlo i přes druhé polarizační sklo čili vlnová délka světla je natočena LCD krystaly o 90 stupňů. 10
Zdroj: Studijní materiály ISSNP
2005
14
Jestliţe přivedeme napětí, molekuly tekutého krystalu se otočí od své přirozené polohy a tím bude procházet méně světla buňkou a pixel ztmavne (v případě TN panelu). Kaţdá buňka je řízena vlastním tranzistorem. K podsvícení displeje se pouţívají malé fluorescenční zářivky (které se ve větším měřítku pouţívají pro osvětlení prostorů).
Obr. 11 Krystaly pod napětím11
1.2.2.1
Obr. 12 Krystaly v klidném stavu12
Provoz LCD displejů
Provozní režim může být vysvětlen ve třech fázích: V první fázi – Podsvícení, které se skládá z několika zářivek „CCFL“ (Cold Cathode Fluorescent Lamp = svítící trubice se studenou katodou) nebo dnes LED diody. V první úrovni světlo prochází filtry, které světlo polarizují na určitou vlnovou délku, kterou dále vedou natočené tekuté krystaly bez připojeného napětí na další filtr. Jestliţe vlnová délka světla nebude o 90° pootočena k druhému polarizačnímu filtru, tak neprojde ţádné světlo. Filtr propustí pouze to světlo, jehoţ polarizační rovina je shodná s polarizační rovinou filtru, kterou pootočí tekuté krystaly viz Obr. 13.
Ve druhé fázi – Světlo je méně, nebo více natočeno pomocí tekutých krystalů. Průchod světla se reguluje velikostí přivedeného napětí. Jestliţe přivedeme malé napětí, tak se krystaly začnou pomalu natáčet do nepropustného stavu. O ovládání těchto krystalů se starají tranzistory (TFT).
11 12
Zdroj: http://elsin.cz/images/lcd_princip3.gif Zdroj: http://elsin.cz/images/lcd_princip2.gif
13.03.2011 13.03.2011
15
Ve třetí fázi – Světelné vlny naráţí na druhý polarizační filtr, který je kolmý k prvnímu filtru. Intenzita propuštěného světla je závislá na regulovatelném natočení krystalů. Jestliţe nebude přivedeno ţádné napětí na TFT, krystaly se natočí tak, ţe světelné vlny mohou bez překáţek procházet přes polarizační filtry. V případě, ţe se přivede napětí na TFT, tak se krystaly orientují rovně a tím znemoţní průnik světla. Z toho vyplývá: čím více napětí na TFT, tím méně světelných vln bude propuštěno skrz druhý polarizační filtr.
Obr. 13 Princip polarizačního filtru13
Shrnutí: Světelný zdroj vyzařuje světlo. První polarizační filtr propouští světlo pouze horizontálně orientované s danou vlnovou délkou světla. Vrstva kapalných krystalů se natáčí dle přivedeného napětí. Dále světlo projde barevným filtrem (RGB). Nakonec světlo projde druhým vertikálně orientovaným polarizačním filtrem, který znovu filtruje natočené světlo a propouští určitou vlnovou délku. Barevné světelné paprsky se smíchají a divákům se jeví jako barevné body (pixely). Kaţdý pixel se skládá ze tří barevných buněk RGB. Ve vrstvě tekutých krystalů jsou tranzistory (TFT), které ovládají průchod světla pro jednotlivé barevné buňky.
13
Zdroj: http://digitalne.centrum.cz/jak-funguje-lcd/
12.06.2011
16
1.2.2.2
Čas reakce
Při zobrazování mají stále mnohé LCD displeje problémy. Důvodem jsou dlouhé reakční doby tekutých krystalů. Doba odezvy se pohybuje mezi 2–20 ms. Př.: Standardní film zobrazuje 25 snímků za vteřinu, tzn. 1 snímek, by měl být zobrazen 40 ms. Dlouhá setrvačnost tekutých krystalů vede k rozmazání obrazu třeba při průletu tryskového letounu obrazem.
1.2.2.3
Odezva pixelů
Odezva má zásadní význam pro plynulý pohyb obrazu. Hodnota odezvy je doba překlopení pixelu na opačnou pozici. Ve většině případů se jedná o polohu GtG (Gray To Gray) čili neúplné otočení krystalů z bílé na černou. Vhodná hodnota jsou 2 ms. Starší LCD monitory s odezvou 8 ms jednoznačně vykazují „ducha“ za myší, i kdyţ s ní pohybujeme vcelku pomalu. Odezva pixelů s obnovovací frekvencí takřka nesouvisí. Mnohem důleţitější je řízení panelů.
1.2.2.4
Obnovovací frekvence
Obnovovací frekvence obrazu či míra reprodukce obrazu popisuje, jak často se obraz během jedné sekundy obnoví (překreslí) tento jev se udává v Hz. Hertz (Hz): Hertz je počet cyklů za sekundu nebo kmity za sekundu. Čím častěji se snímek zobrazí v jedné sekundě, tím přirozeněji na nás pohyb na obrazovce působí. Při nízkém kmitočtu 50 Hz je obraz rozmazaný a hrbolatý, jestliţe dojde k rychlému pohybu. Existuje stále více LCD televizorů s obnovovací frekvencí 100 aţ 200 Hz. Standardní vysílání s padesáti obrázky za sekundu se na televizorech s technologií 100 nebo 200 Hz přehraje plynuleji. Důvodem je, ţe televizor propočítá dílčí snímky podle analýzy dvou předchozích snímků. Tak je reprodukce snímků klidnější.
17
Shrnutí: U CRT monitorů je obraz vykreslován řádek po řádku elektronovým dělem. Tento proces se musí opakovat co nejdříve. Opakovanou rekonstrukci obrazu téţ nazýváme obnovovací frekvence. Na rozdíl od televizní obrazovky mají monitory kratší dosvit, tedy ţe luminofory poměrně rychle zhasnou. Frekvence pro CRT má být minimálně 75 Hz nebo vyšší pro citlivé lidi. U LCD ve srovnání s CRT se obraz nevykresluje znovu celý. Jednotlivé pixely si ponechávají svůj stav, neţli se změní. U LCD displejů jednotka 60 Hz neznamená, ţe se snímek 60x za sekundu zobrazí, ale aktualizace s frekvencí 1/60 sekundy. Kaţdou 1/60 sekundy je obsah snímku vystaven aktualizaci, ale ty, které se nemění, svítí stále stejně, proto LCD obraz nebliká. Z toho vyplývá, ţe pixel, který změní svojí nynější barvu, je aktualizován.
1.2.3 Vada pixelů Chybám pixelů u LCD obrazovek je téměř nemoţné se vyhnout. Při výrobě LCD obrazovek je technologicky podmíněné, ţe se chyby vyskytnou. Některé z miliónů pixelů nefungují správně. Jsou bud trvale vypnuté, nebo zapnuté, záleţí na pouţité technologii. Následky jsou, ţe pixel svítí bíle, nebo je černý čili vypnut tím, ţe jím neprochází ţádné světlo. Dále můţe nastat to samé u sub-pixelů, to poznáme, ţe zůstane svítit jedna z RGB barev. Nová ISO norma nyní zajištuje ţe, LCD obrazovkám bude přidělena třída chybovosti pixelů. Zařazení bude vycházet z chybovosti pixelů a kvality viz Tabulka 1 níţe.
Obr. 14 Vadný pixel14
14
Zdroj: http://www.abax.cz/img/Lcd_display_dead_pixel.jpg
20.03.2011
18
Tabulka 1 Pixelové vady15
1.2.3.1
LCD obrazovky třídy 2
Pozorovateli jsou nápadnější bíle pixely neţ černé a barevné. Proto jsou tyto poţadavky velmi přísné u jednotlivých tříd. Vzhledem k tomu ţe výrobní techniky třídy 1 v sérií je skoro nemoţné tak platí, ţe třída 2 je dobrou známkou kvality. Zde jsou povoleny aţ 2 bílé a 2 černé pixely pro 1 milión pixelů a aţ 5 defektních sub-pixelů. Norma ISO 13406-2 je pro spotřebitele záruka kvality. Výrobce poskytuje záruční lhůty dle třídy chybovosti pixelů.
1.2.3.2
LCD obrazovky třídy 3 a 4
Levné LCD obrazovky se vyskytují nejčastěji ve 3 a 4 třídě, jelikoţ jsou tu vyšší limity tolerance poruch neţ u třid 1 a 2. U miliónu pixelů ve třídě 3 můţe být maximálně vadných pět, které svítí bíle, 15 černě a 50 defektních subpixelů. Defektní subpixely jsou pixely, které stále svítí určitou barvou RGB nebo nesvítí vůbec, a to má za příčinu defektní TFT tranzistor. Čím více defektních pixelů, tím více je vnímáme. Je však třeba mít na paměti, ţe ve třídě 4 je to méně neţ půl promile defektních pixelů, takţe defektní můţe být pouze 1 pixel z 2000.
15
Zdroj: http://www.realtimetec.cz/files/pt_files/32-reklamace_lcd.pdf
20.03.2011
19
1.2.4 Panely TN, IPS, MVA S novými technologiemi přicházejí i nové problémy, výhody a nevýhody. Není LCD panel který by byl pro kaţdého na míru. Mezi největší nevýhody řadíme pozorovací úhel a odezvu pixelů. Proto tyto problémy mají více řešení. Kvalitní CRT monitor je vhodný pro práci s grafikou, textem a i k hraní her, ale nevýhodou je spotřeba a hlavně velikost a váha. LCD panely mají mnoho výhod a to zejména velikost a váha. Dále mají přesný a kontrastní obraz. LCD panel určený pro grafické úpravy má věrnější barvy, ale delší odezvu a tím je nevhodný pro počítačové hry. Docházelo by k dlouhé odezvě pixelů, tudíţ by se obraz mlţil.
1.2.4.1
Panel TN
Twisted Nematic (TN) displeje se pouţívají stále nejčastěji a to z důvodu malé pořizovací ceny. Molekuly, které tvoří nematický kapalný krystal, jsou rozloţeny asymetricky v prostoru, tak ţe leţí ve vrstvách, které jsou vzájemně pootočené. To znamená, ţe ve vertikálním směru tvoří spirálu.
Obr. 15 TN Krystaly16
V TN displejích jsou krystaly umístěny mezi polarizačními filtry. Jestliţe by krystaly nebyly mezi polarizačními filtry, světlo by nemělo jak procházet. Struktura krystalů do spirály vede světlo (natočením mění úhel světla) a tím projde i druhým filtrem. Jestliţe připojíme napětí na TFT, tak se struktura krystalů do spirály rozpadne a molekuly se srovnají do směru elektrického pole. Vrstva tekutých krystalů funguje na principu ventilu, to znamená, ţe průsvitnost můţeme regulovat. Doba odezvy je velkou nevýhodou displejů. Krystaly potřebují jistý čas na změnu stavu a v tom jim brání jejich setrvačnost, váha a kapalné prostředí.
16
Zdroj: http://www.compulog.ru/img/TN%2BFilm.gif
22.03.2011
20
Obr. 16 Pozorovací úhly TN displejů17
Panely TN jsou stále nejrozšířenějším, nejstarším a nejlevnějším typem LCD displejů. Nevýhody generace (2–8 ms) jsou svítící poškozené pixely, nízký kontrast způsobený subpixely v zavřeném stavu, jelikoţ jsou tmavě šedé a dále rozdílné pozorovací úhly ve vodorovné a svislé rovině. Nová generace s odezvou 2 ms zlepšila technologii rychlosti krystalů a pozorovací úhly. Panely s odezvou 2 ms jsou v podstatě identické s předchozími modely. Ke změně došlo pouze u elektronických obvodů. U nových technologií téměř vţdy platí, ţe zlepšení jednoho parametru je na úkor jiných. Dále malý pozorovací úhel 140 stupňů, coţ u velkých panelů způsobuje obtíţnější pozorování ze stran.
1.2.4.2
IPS panel
Technologií IPS vyvinula firma Hitachi z důvodu odstranění nedostatků TN technologie. IPS (In-Plane Switching) přepínaní v ploše, kde se krystaly nacházejí ve stejné rovině. IPS vyřešilo malé pozorovací uhly a nízký kontrast.
Obr. 17 IPS Krystaly18 17
Zdroj: http://www.prad.de/images/monitore/samsung_p2770hd/samsung-2270hd-blickwinkel-thumbnail.jpg
21
22.03.2011
V základním vypnutém stavu panel světlo nepropouští z důvodu vyrovnaných molekul krystalů souběţně se základní rovinou. Jestliţe připojíme napětí na TFT, tak se tekuté krystaly pootočí o 90 stupňů, stavy na kraji jsou v tom okamţiku lépe definovatelné. Z toho důvodu technologie IPS vyniká širokým pozorovacím úhlem a sytějšími barvami. U IPS panelu zůstává poškozený sub-pixel tmavý.
Obr. 18 Pozorovací úhly IPS displejů19
IPS je starší technologie uţ předehnaná svým nástupcem S-IPS (Super-IPS), za kterým stojí LG-Philips LCD. Panely S-IPS byly cenově stejné jako TN. Dnešní S-IPS panely mají vynikající barvy a pozorovací uhly. Jestliţe změníme úhel pohledu, tak ke změně odstínu barev nedochází. S-IPS panely často vyuţívají grafici pro jejich barevnou sytost. Nevýhodou je pomalejší odezva.
1.2.4.3
MVA a PVA panel
Multi-domain Vertical Aligment (MVA) a Patterned Vertical Alignment (PVA) bylo cílem dosáhnout vysokého kontrastu a krátké reakční doby. Původní princip byl nedostačující, jelikoţ šlo o silnou závislost pohledu a záleţelo na pohledu zprava, nebo zleva. Proto došlo k rozdělení buněk na dvě skupiny (Multi-domain VA), kde dochází ke kompenzaci těchto pohledů (obr. 20). Z pohledu levé strany a pravé jas zůstává stejný jako při čelním pohledu. Chyby pohledu se tudíţ vykompenzují. Jeden z největších výrobců LCD panelů je firma Samsung, která se zabývá vlastním vývojem MVA, ale nazývá jej PVA.
18 19
Zdroj: http://img1.grafika.cz/grafika/images3/LCD-technologie_004.jpg Zdroj: http://www.prad.de/images/monitore/hp_lp2480zx/hp-lp2480zx-blickwinkel.jpg
22
22.03.2011 22.03.2011
To nejdůleţitější je široký úhel pozorování a podání černé barvy totoţné jako vypnutý panel. Vadné pixely panelu MVA/PVA jsou zhasnuté, tudíţ nezáří jako v případě panelu TN. Ve srovnání s panely S-IPS zjistíme, ţe S-IPS má jasnější kontrast barev, ale mají delší odezvu. U panelů PVA a MVA je nutné rozlišovat různé generace a výrobce.
Obr. 19 Pohledy na MVA20
1.2.4.4
Obr. 20 MVA Krystaly21
Quattron
Běţné televizory pouţívaly během posledních 50 let jen RGB barvy. Firma Sharp jako první na světě uvedla na trh LCD televizor obohacený o čtvrtý (ţlutý) subpixel. Tato technologie RGBY s přidaným ţlutým filtrem obohatila reprodukci barev a výrazně rozšířila škálu zobrazitelných barev. To platí zejména pro ţlutou, zelenou a jisté odstíny modré. Barvy jsou intenzivnější a ostřejší s vysokým kontrastem.
Obr. 21 Detail RGBY22
Obr. 22 Porovnání RGB s RGBY23
20
Zdroj: http://www.compulog.ru/img/mva.gif Zdroj: http://img.tomshardware.com/us/2002/01/14/comparison_of_15/gris.gif 22 Zdroj: http://www.best-lcd-tvs.net/wp-content/uploads/2010/05/sharp-quattron.jpg 23 Zdroj: http://www.sharp.eu/sharp/apps/eu/aquos-quattron-2010-3d/en/product/img/img_quattron_technolory_02.gif 21
23
21.03.2011 21.03.2011 23.03.2012 23.03.2012
1.2.5 LCD-LED technologie Jedná se pouze o druh podsvícení. Mnoho lidí si myslí, ţe se jedná o LED jako zobrazovací jednotku. Podsvícení je rozváděno pomocí sítě speciálních světlovodů s odraznými ploškami pro rovnoměrné rozptýlení světla za LCD panelem. Tyto diody jsou umístěny po celé ploše, nebo v rámu TV a tím se sníţily náklady a spotřeba energie a vedlejším efektem je i tenký design. Podsvícení v rámu (EDGE-LED) má nevýhodu, ţe je nevhodný pro větší úhlopříčky, jelikoţ diody na kraji nemají takovou svítivost, aby prosvětlily celou obrazovku.
1.2.5.1
Podsvícení LED
Na druhu podsvícení LCD panelů záleţí téměř nejvíce. Na počátku se k podsvícení LCD panelů u monitorů, televizorů a notebooků pouţívaly CCFL trubice neboli výbojky. Tato trubice byla umístěna za LCD panelem a měla dodávat světlo do všech koutů se stejnou intenzitou. Ale tomu tak nebylo, protoţe světlovodiče byly v dané době nekvalitní a docházelo tím k nedosvětlení rohů panelu.
Obr. 23 CCFL zářivky24
Obr. 24 Rozmístění CCFL25
Tím byl nejjasněji podsvícený střed panelu a kraje byli jasně tmavší. CCFL podsvícení bylo pasivní z principu LCD technologie. Aktivním „podsvícením“ disponovaly plazmové panely, coţ bylo jejich předností. U aktivní technologie je kaţdý sub-pixel ovládán samostatně, kde se přivedl elektrický impuls a vzniklo plazma (viz kapitola 1.5). 24 25
Zdroj:http://img.alibaba.com/img/pb/505/298/238/1269100742510_hz_myalibaba_web8_2947.jpg Zdroj: http://www.nfcorp.co.jp/english/pro/cp/ccf/
24
21.03.2011 19.03.2011
Výrobci nebyli spokojeni s nárůstem úhlopříček a jejich podsvícením CCFL trubicí, jelikoţ nebyli schopny osvítit celý panel. Dalším krokem bylo zvýšení počtu CCFL trubic na 2 a více. Tím se výrazně zvýšil jas a částečně i kontrast.
Obr. 25 Druhy podsvícení LED26
Vyuţití technologie LED diod bylo velkým technologickým krokem a zároveň krokem úsporným a na první pohled ekologickým. Úsporným ve smyslu energetické spotřeby LED diod. Dále ekologickým z důvodu nepouţívání CCFL trubic plněných plynem na bázi rtuti z důvodu rychlého záţehu katodové trubice. Technologie LED nevyuţívá ţádných jedovatých plynů, ale pouze jedovatých prvků jako je galium a arzén. Tyto prvky se vyuţívají pro dotaci křemíku, nebo germania při tvorbě polovodičových přechodů u LED diod. Technologie LED podsvícení se vyvíjela postupně. Z počátku byly uţity RGB diody pro podporu jednotlivých subpixelů, coţ přispělo ke zlepšení kontrastu. Přímé podsvícení je finančně náročné, dále rozhoduje i jeho tloušťka. S technologií RGB LED podsvícení se výrobci dostávají na tloušťku 10 mm. Technologie Full-LED vyuţívá přibliţně 2000 LED s bílým světlem pravidelně rozmístěných za displejem. Panely Full-LED jsou vybaveny rozptylovým sub panelem, který je vloţen mezi podsvětlovací panel a LCD panel z důvodu rozloţení světla. Bez tohoto panelu by diody vytvářely pomyslné ostrůvky a obraz by se jevil flekatý. Sub panel bohuţel ubere 20 % jasu. Pomocí sloţitější elektroniky disponují LCD-LED panely lokálním stmíváním. Tato funkce zajišťuje vyšší kontrastní poměr pomocí ztmavení LED diod v danou chvíli v té části obrazu, která má být tmavá.
26
Zdroj: http://i.idnes.cz/09/091/gal/NYV2d8e3f_IFA09_Sharp_LED_LCD.jpg
25
21.03.2011
Technologie EDGE-LED (podsvětlovací diody jsou rozmístěny po obvodě displeje) se velice podobá plazmové televizi kontrastním poměrem a zobrazitelným barevným prostorem. Tyto dva faktory ovlivnilo širokospektrální záření LED diod. Dále se zapracovalo na odezvě, která se sníţila hluboko pod 8 ms. Proslavení této technologie bylo počátkem roku 2009, kdy Sony uvedla na trh LCD EDGE-LED televizor. Extrémně tenký televizor ZX-1 měl tloušťku pouhých 9,9 mm. Této tloušťky bylo dosaţeno rozmístěním diod po celém obvodu podsvětlovacího panelu. Výhodou EDGE systému je počet LED diod, který je výrazně menší neţ Full-LED podsvícení. Ve 40 palcovým Full-LED panelu je umístěno cca 200 aţ 300 LED diod. V případě EDGE-LED je ušetřeno cca 80 % LED diod, 1 cm na tloušťce panelu a nejdůleţitějším faktorem je energetická úspora.
1.2.5.2
Další využití LED
Velkoplošné LED panely. Velkoplošné LED panely jsou také nazývané Video-Wall, LED-stěna, LED-Wall. Jedná se o velké zobrazovací plochy. Uţití velkoplošných LED panelů je při koncertech, nebo sportovních událostech. V moderních stadionech a víceúčelových arénách se staly standardem. Na tomto panelu jsou zobrazovány záběry, nebo informace o průběhu události či reklamy a statické údaje. Před LED panely se pouţívaly CRT monitory, které byly sestaveny do matice, takţe kaţdý monitor zobrazoval jen část obrazu, ale nevýhodou byla vzniklá černá mříţ mezi CRT monitory. Dnes pouţívané velkoplošné panely vytváří obraz pomocí RGB LED diod, tzn., ţe světlo emitující barevné diody jsou ovládány řídící jednotkou, ale pouţívá se i u LCD technologie. Technické parametry LED panelů závisí na účelu pouţití. Různé nároky jsou kladeny při vnitřním, nebo venkovním uţití. U vnitřního uţití se počítá s menší pozorovací vzdáleností, tudíţ musí mít panel jemnější rozlišení vzhledem ke kvalitě obrazu, coţ je primární faktor. U venkovního uţití jsou panely vystaveny slunci a to sniţuje kontrast. Nastavení kontrastního poměru a jasu jsou primárním faktorem.
26
Obr. 26 LED-Stěna27
Obr. 27 LED-Panel28
LED diody použité v panelech. LED diody se liší od klasických ţárovek nízkou spotřebou, dlouhou ţivotností a vůbec celou architekturou a principem. Diody jsou velice dobře ovladatelné a mají dobrou charakteristiku odezvy. Nejvyšší kvalitu obrazu nelze dosáhnout ani s kvalitními součástkami. Procesu stárnutí se i tento produkt nevyhne a výsledkem je pokles jasu. Poloha pixelů Fyzické rozlišení LED-panelů je závislé na rozmístění jednotlivých diod. Hodnoty se měří od středu ke středu sousedních diod a vzdálenosti jsou 2,5-3,5 mm. S menší vzdáleností je jemnější obraz a vyšší rozlišení.
27 28
Zdroj: http://technabob.com/blog/2008/05/04/greenpix-massive-led-wall-powered-by-the-sun/ Zdroj: http://thescienceofacne.com/cs/in-depth-blue-and-red-light-dual-phototherapy/
27
12.06.2011 12.06.2011
Pozorovací vzdálenost Vnímání rozestupu pixelů je relativní k pozorovací vzdálenosti obrazu. Jako pravidlo se pouţívá zkušenost, ţe rozteč bodů v milimetrech je zároveň minimální pozorovací vzdálenost v metrech. Při dodrţení tohoto pravidla je obraz homogenní. Jestliţe rozestup pixelů bude 20 mm, znamená to, ţe minimální pozorovací odstup bude 20 m. Pozorovací úhel obrazovky na stadionech je mezi 120° a 160°. Pro diváky mimo tento úhel pohledu se obraz nezobrazí optimálně.
Obr. 28 Využití LED-Panelu na kulturní akci29
Jas Jas LED panelu je uveden v jednotkách milicandelu (mcd). Ve venkovních prostorech se obvykle jas pohybuje u 5000 mcd, ale panely na špičkové úrovni dosahují aţ 8000 mcd.
29
Zdroj: http://cnorientled.en.made-in-china.com/offer/MqemZUzbXJDW/Sell-LED-Panels.html
28
12.06.2011
1.3 OLED Budoucnost monitorů a displejů lze předpovědět velmi jednoduše. Všechny, od nejmenších s nízkou spotřebou energie, které jsou určeny pro mobilní telefony a PDA, na kterých poběţí barevné video, aţ po velké LCD panely, budou tenčí a nabídnou ještě ostřejší obraz s vyšším rozlišením. Předmětem intenzivního vývoje jsou dnes nejrůznější technologie včetně takových, které mají v budoucnosti nahradit LCD. Těţší je jiţ však předvídat, která technologie se prosadí. Asi nejvíce šancí, ale i pozornosti v poslední době má technologie OLED. Momentálně je středem zájmu pouze na různých veletrzích IT či spotřební elektroniky.
Obr. 29 OLED monitor30
LED displej se vyznačuje jasným obrazem a nízkou spotřebou energie, které jsou hlavní devizy této nové technologie. OLED panely pouţívají emisní (luminiscenční) technologie. Znamená to, ţe sami emitují světlo (podobně jako například plazmové displeje), čímţ je eliminována potřeba podsvícení, resp. umístění zdroje světla na zadní stranu displeje, jak je vyţadováno u LCD displejů (v případě LCD se jedná o transmisivní technologii, protoţe světelný zdroj vyzařuje, bílé světlo, které prochází filtrem, jehoţ obrazové body se sestavují z červených, zelených a modrých elementů). Některými asijskými firmami bývá technologie označována i jako OELD (Organic Electro Luminescence Display). Vzhledem k tomu, ţe se obejdou bez samostatného zdroje světla, vzniká zde další prostor pro zeštíhlení zobrazovacího panelu (lepší ergonomie), stejně jako sníţení spotřeby energie. Současně by měly nabídnout i široký zorný úhel 165 stupňů. Technologie OLED navíc zajišťuje ostrý, jasný a kontrastní obraz.
30
Zdroj: http://oled.beleuchtung-mit-led.de/
22.06.2011
29
1.3.1 Technologie OLED Základním stavebním prvkem OLED displejů je organický materiál, který obsahuje LED diodu. Metoda vyzařování světla je stejná jako u LED. K vyššímu jasu přispívá organický materiál, který pohlcuje méně světla neţ anorganický. Díky rychlému vývoji v oblasti organických materiálů, označovaných jako tzv. konjugované polymery, začínají OLED technologie nacházet stále širší moţnosti uplatnění. Prakticky všechny součásti mohou být tvořeny právě polymery (aktivní prvky, substrát i řídící elektronika), jejich mechanické a fyzikální vlastnosti jako malá váha a pevnost a snadná zpracovatelnost dávají moţnost jejich vyuţití ve velkém spektru zařízení.
Obr. 30 OLED struktura31
Struktura OLED je tvořena několika vrstvami tenkého organického materiálu, které jsou vloţeny mezi průhlednou anodu a kovovou katodu. Pokud je do určité buňky obrazového bodu přivedeno napětí, dojde k rekombinaci pozitivních a negativních nábojů v emisní vrstvě, kde v důsledku tohoto jevu dochází k vyzařování světla (elektroluminiscenci). Struktura je navrţena tak, aby byl proces rekombinace co nejefektivnější a výstup světla byl maximalizován. Příměsí několika fluorescentních molekul do buňky v emisní vrstvě lze dosáhnout jednak vyšší účinnosti elektroluminiscenčních efektů a lepší kontrolu barevného spektra. Podobně jako je tomu u LCD, tak i u OLED displejů obdobně rozlišujeme dva základní typy - displej s aktivní a displej s pasivní maticí.
31
Zdroj: http://www.oled-display.net/how-works-the-oled-technology
22.06.2011
30
1.3.1.1
Pasivní matice PM-OLED
OLED displej tvořen pasivní maticí má jednoduchou strukturu, díky čemuţ je ideální pro levnější uţití, ale hlavně tam, kde jde o zobrazování jednoduššího obsahu (příkladem mohou být alfanumerické displeje v oblasti spotřební elektroniky). U pasivních OLED displejů je veden proud určenými pixely. Pixely jsou ovládané přivedením proudu na příslušný sloupec a řádek matice. Ovládání matice zajišťuje ovladač, který je připojen ke kaţdému řádku a sloupci. Do sloupců matice je přiveden datový signál, který zajišťuje externí řídící jednotka, která je synchronizovaná s procházejícím řádkem.
Obr. 31 PM-OLED struktura32
1.3.1.2
Aktivní matice AM-OLED
Displeje s aktivní maticí jsou určeny pro náročnější obsah obrazu a vysokého rozlišení. Poskytují jasnější a přesnější obraz, ale jsou podstatně náročnější na výrobu a pochopitelně tedy i nákladnější. Aktivní displej obsahuje propojovací vodivou vrstvu, která obsahuje dva TFT tranzistory. Ty jsou připojeny kolmými liniemi, které tvoří anodu a katodu, které udrţují všechny aktivní pixely v zapnutém stavu po celou dobu periody skenování. Umístěním ovládacích tranzistorů ke kaţdému pixelu je dosaţeno podstatně rychlejší odezvy a současně i niţší spotřeby. Řídící mechanismus můţe být umístěn přímo na substrátu, takţe odpadá potřeba propojení s periferní (venkovní) řídící jednotkou, která při vysoké hustotě odpovídající většího rozlišení, představují vysoké výrobní náklady. 32
Zdroj: http://blog.cfan.com.cn/html/64/736764-300804.html
22.06.2011
31
Obr. 32 AM-OLED struktura33
Vyuţitím některých druhů materiálů je také moţné dosáhnout toho, ţe OLED displeje jsou pruţné. Díky tomu, ţe jsou (aktivní) OLED displeje zaloţené na emisní technologii, není třeba brát v úvahu faktor apertury (na displeji je mříţka s otvory, ve kterých je nanesen luminofor. Mříţka zabírá určitou část plochy a sniţuje tím zářivou plochu). OLED displeje aperturovou mříţku nemají, protoţe světlo neprochází displejem, ale je emitováno z plochy displeje. I proto zde vlastně nejsou ţádná omezení, co do počtu zobrazovaných bodů, rozlišení a ani velikosti displeje. V případě výskytu vadných pixelů je jejich dopad na kvalitu obrazu obecně povaţován za méně nepříjemný neţ u LCD a to proto, ţe v případě OLED vadný pixel zůstává tmavý, zatímco vadný pixel u LCD obvykle svítí a je viditelnější.
1.3.1.3
T-OLED
Transparentní OLED displeje najdou vyuţití u mnoha produktů, které teprve s touto technologii bude moţné uvést na trh. T-OLED se liší od standardních OLED především vrstvami (anoda, katoda, organická látka a podloţka), které jsou v klidovém stavu. V aktivním stavu se světlo šíří na obě strany, takţe divák můţe pozorovat displej z obou stran. Ve stavu neaktivním je průchodnost světla 80 procent, tzn. displej je takřka průhledný.
33
Zdroj: http://blog.cfan.com.cn/html/64/736764-300804.html
22.06.2011
32
Obr. 33 T-OLED struktura34
1.3.2 Problémy OLED Ani technologie OLED není bezchybná. I kdyţ se o ní mluví velice optimisticky, má své problémy. Asi největší překáţkou uvedení OLED displejů do velkovýroby je krátká ţivotnost prototypů. S dosahovanou délkou ţivotního cyklu jsou OLED displeje vhodné spíše do mobilních telefonů či dalších přístrojů s podobně krátkým ţivotním cyklem, ne však např. pro monitory počítačů či televizní obrazovky. Zatím se také vţdy nedaří dosáhnout vysokou účinnost při nízké spotřebě energie. Vyššího pokroku v tomto směru bylo dosaţeno u displejů s pasivní maticí (určených převáţně pro uţití, u kterých není vyţadována plná barevnost). Displeje, které dokáţou zobrazit např. 5 barev, mají jednodušší strukturu a vývoj jejich technologií je mnohem dál neţ u OLED s aktivní maticí. Rozhodně se nedá očekávat, ţe by technologie OLED sesadila LCD ze dne na den, i kdyţ uţ dnes zástupci mnoha firem velmi nahlas hovoří o tom, ţe se tak v budoucnu nepochybně stane.
34
http://www.insightmedia.info/images/DD-2008-1-18a.jpg
22.04.2012
33
1.4 Elektronický papír Elektronický papír je kombinací LCD displeje a klasického papíru. Zavedení tohoto produktu by mělo ušetřit na výrobě papíru. Výhodou e-papíru bude staţení aktuálních novinek z internetu přímo do paměti přístroje. Elektronický papír potřebuje 20x méně energie neţ LCD.
1.4.1 Výroba a princip e-papíru Metoda firmy Xerox je e-papír zvaný Gyricon. Jedná se o slabý prouţek bezbarvého průsvitného plastu obsahující milióny malých průsvitných kapslí. Jednotlivé kapsle obsahují pigmenty, které se v kapsli mohou volně otáčet.
Obr. 34 E-papír Gyricon35
Kapsle jsou polarizované s hemisférami dvou kontrastních barev (černá–bílá). Tyto kapsle jsou ovlivněny elektrodami, tudíţ tvoří dipól. Jestliţe zavedeme napětí na elektrodu tak pigmenty se natočí potřebnou barvou k pozorovateli. Tím vznikají texty a obrázky. Pigmenty zůstávají ve své pozici i bez potřeby energie a tady vzniká energetická úspora. Čili zobrazení zůstává stejné, dokud není znovu přivedeno napětí. Tato technologie umoţňuje i psaní speciální tuţkou. Tato technologie má podstatné nevýhody, jak nízkou světelnost, tak rozlišení a nedostatek barev.
35
Zdroj: http://www.baerfacts.de/2007/01/14/e-paper-die-zeitung-von-morgen/
34
22.06.2011
Obr. 35 Princip E-papíru36
Metoda firmy LG-Philips poukázala na jiné řešení výroby e-papíru. LG-Philips vzal technologií LCD, kterou pouţil pří výrobě e-papíru a ve formátu DIN A4 o tloušťce tří desetin milimetru. Byla pouţita technologie TFT-LCD společně s tenkou kovovou fólií a tenkým plastem. Tento displej, který disponuje rozlišením 1280 x 800 pixelů, je ohebný do určitého úhlu. Elektronickému papíru se předpovídá velká budoucnost. Elektronický papír můţeme číst na slunci nebo pod lampou, přičemţ odráţí světlo jako normální papír a je schopný uchovat text a obrázky natrvalo bez elektrického zdroje a s moţností změny obsahu. 36
Zdroj: http://www.zdnet.com/topics/e+ink
10.12.2010
35
Obr. 36 Prototyp LG-Philips37
Výhody čteček e-knih Největší výhodou je moţnost komprimace stovek titulů do malého zařízení, dále se tento obsah dá neustále obměňovat a aktualizovat. Lze editovat text podle vlastních potřeb. Dále můţeme číst na přímém slunečním světle, ale i za umělého osvětlení a další výhodou je široký zobrazovací úhel a velmi nízká spotřeba energie.
Nevýhody čteček e-knih Čtenáři tvrdí ţe tyto čtečky nikdy nenahradí klasické knihy z důvodu proţitku z četby. Hlavní nevýhoda je v pořizovací ceně. V českém prostředí ještě nejsou e-knihy tolik rozšířený, především chybí knihy od českých autorů. Dále jsou problémy s kompatibilitou formátu e-knih, ne kaţdá čtečka si poradí se všemi formáty.
37
Zdroj: http://www.ciol.com/Semicon/SemiSpeak/Interviews/E-Inks-electronic-paper-displays-delight!/20808109272/0/
36
10.12.2010
1.5 Plazmové displeje Plazmové displeje jsou velmi ţádané, zejména ve veřejném prostředí na rozdíl od LCD technologií. Největší předností plazma televizoru je velký formát, úroveň jasu a kontrastu. Největší nevýhodou je vypalování stálého obrazu do plazmového panelu a pořizovací cena. V dnešní době jsou, podobně jako LCD panely, kompatibilní i s grafickými kartami u PC nebo notebooku přes rozhraní HDMI nebo VGA. Toto připojení je typu „Plug-and-Play“. Pomocí ovladače ve Windows lze obraz promítaný na PC duplikovat nebo rozšířit na tyto panely.
Obr. 37 Plazmový televizor - úhlopříčka 381cm38
Plazmové displeje se se svými vlastnostmi hodí především do veřejných prostorů a to díky vyššímu jasu a kontrastu. Plazmové displeje vzhledem k technologii mohou být i velmi rozměrné (řádově metry). Lze je vyuţít jako televizní obrazovky, ale i jako monitory (informační tabule např. na letišti). Panely jsou běţně osazeny tunerem a lze připojit VGA konektor od PC nebo HDMI a další. Plazmové displeje jsou navrţeny tak, aby splňovaly kromě video standardů i standardy Windows (WHQL), a tím je lze bezproblémově pouţívat na prezentace ve spojení s počítači. Fungují jako klasický monitor typu „Plug-and-Play“.
38
Zdroj: http://www.2160p.cz/news/zatim-nejvetsi-plazmova-tv-o-uhlkopricce-381-cm/
37
13.04.2011
1.5.1 Princip plazmových displejů Pixely plazmových zobrazovačů mají maticové uspořádání jako LCD. Pozice jednotlivých pixelů je pevně dána a nedochází ke zkreslení obrazu cizím magnetickým polem jako u CRT obrazovek. Barevné body vznikají mícháním barev RGB jako u všech zobrazovacích jednotek. Při blízkém pozorování zjistíme, ţe pixely jsou uspořádány do sloupců čili svisle RGB. Řídící elektrody jsou pod i nad pixely. Adresovací elektrody jsou umístěny svisle pod pixely a transparentní zobrazovací elektrody jsou umístěny horizontálně nad pixely. Jelikoţ plazma není plynem, kapalinou a ani pevnou látkou, tak často se nazývá čtvrtým skupenstvím. V klidném stavu se v plazmovém displeji nachází plyn, pouţívá se směs vzácných plynů jako je argon, neon nebo xenon.
Obr. 38 Složení plazmového panelu39
Plazma displej je tvořen maticí miniaturních fluorescentních buněk, které jsou ovládány pod nimi zavedenými adresovatelnými elektrodami. Do buňky se přivede elektrický proud a tím vznikne plazmový výboj (nízkotlaký), uvolněné elektrony naráţí do luminoforů a rozzáří je (proto je kaţdá buňka pokryta zevnitř luminoforem). Z toho vyplývá, ţe plazma displeje jsou aktivní a své světlo sami vyzařují.
39
Zdroj: http://www.ddworld.cz/pc-a-komponenty/periferie/clanek-85-palcova-plazma-panasonic-na-vlastni-oci--2.html
38
12.03.2011
Obr. 39 Popis pixelu PDP40
Buňky jsou uzavřeny mezi dvěma tenkými skleněnými tabulkami. Kaţdá buňka obsahuje malý kondenzátor a tři elektrody. Jedna adresovací elektroda je zavedena na zadní stěně a zbývající dvě transparentní zobrazovací elektrody na přední stěně. Tyto dvě elektrody jsou chráněny dielektrikem, viz Obr. 38. Pomocí zvýšení nebo sníţení elektrického proudu získáme silnější nebo slabší výboj, který se projeví silnějším nebo slabším jasem pixelu. Poznámka: Dlouhodobé působení výboje na luminofory způsobí jejich poškození, „vypálení“. Příkladem je dlouho puštěný neměnící se obraz, např. text nebo kamerový systém (kde je stálý obraz). Obecně platí, ţe se luminofory v kaţdé buňce opotřebovávají přibliţně stejně při častých změnách obrazu (zobrazování filmu).
Obr. 40 Trvalé poškození plazma panelu41
40 41
Zdroj: Studijní materiály ISSNP Zdroj: http://www.digilidi.cz/plazma-vypalovani-a-zahoreni-plazmy
2005 14.03.2011
39
1.5.2 Technologie výroby plazmových displejů. Plazma panely poskytují ve srovnání s LCD panely kvalitnější obraz v díky svému jasu a aktivní technologií podsvícení. Panel je tvořen pixely (zobrazovacími buňkami), přičemţ kaţdá je tvořena třemi subpixely s barvami RGB., Kaţdý sub-pixel je naplněný plynem. Plazmové panely se v současnosti vyrábí s rozlišením 1920 x 1080 bodů. Plazma má však poměrně velkou energetickou spotřebu, která se pohybuje od 150 do 450 wattů. Spotřeba je závislá na promítaném snímku. Při tvorbě plazmy se televizor zahřívá, takţe je třeba jej chladit nehlučnými ventilátory. Při umístění televizoru je potřeba dbát na odvětrávání jinak by mohlo dojít k poškození. Výroba plazma panelu je technologicky velice náročná, proto velké procento neprojde výstupní kontrolou. Dle statistik neprojde přibliţně 10 % plazmových panelů tolerancí chybovostí pixelů. Výrobci tvrdí, ţe průměrná doba funkční svítivosti je 10 let (40–70tisíc hodin). V případě poruchy je plazmový panel neopravitelný. Velmi důleţitý je spořič plazmového displeje, který zabrání vypálení barvy v subpixelu. Jestliţe bychom ponechali teletextovou stránku zobrazenou celou noc, tak by se subpixely nenávratně poškodily. Kvalita obrazu je závislá na kvalitě vstupního signálu. Jestliţe vedeme signál přes HDMI, S-Video, optický kabel nebo DVI, je zajištěna vysoká kvalita obrazu digitálním přenosem. Připojením přes ‚Scart‘, koaxiální kabel nebo Video-cinch (ţlutý) se musí signál modulovat přes A/D (Analog/Digitál) převodník, kde ztrácí na kvalitě obrazu. Jasný obraz vystavených televizorů v obchodech bývá často produkován z DVD nebo set-top-boxů přes digitální vstup, předváděcí spoty bývají speciálně optimalizovány pro co nejkvalitnější obraz.
40
2 Charakteristiky jednotlivých technologií 2.1 Životnost LCD a plazmových displejů Kritici plazmových zobrazovačů často poukazují na to, ţe LCD displeje, stejně jako tradiční televizory, mají zhruba dvojnásobně delší ţivotnost, protoţe neztrácejí světlost. Nejnovější
plazma
televizory
mohou
podle
výrobců
vydrţet
při
kaţdodenním
několikahodinovém sledování ztrácet jas aţ po desítkách let. LCD displeje neztrácejí jas, ale po desítkách tisíc hodin fungování budou vyţadovat výměnu podsvícení. Není to tak jednoduché jako výměna ţárovky, takţe běţný spotřebitel to nezvládne. Ale podobně jako u plazmového panelu se tím nemusí spotřebitel zabývat, protoţe morální ţivotnost televizorů je maximálně deset, a ne několik desítek let. Jednoduchá a jednoznačná není ani orientace ve spotřebě. LCD mají stálé podsvícení, které spotřebovává konstantní mnoţství energie bez ohledu na to, co je na obrazovce. Spotřeba plazmového displeje závisí na tom, co se na obrazovce zpbrazuje. Takţe například při přehrání temného filmu můţe být spotřeba plazmy ve skutečnosti niţší neţ u LCD displeje, ačkoli parametry udávané výrobci říkají něco jiného.
2.2 Porovnání kvality obrazu LCD-LED a LCD-Plazma Drtivá většina zájemců volí kvalitu obrazu jako nejdůleţitější rys TV a monitorů. Na druhé straně se prosazuje jako velmi důleţitá spotřeba, o kterou je zájem kvůli zvyšování cen za energií. Jestliţe se sníţí provozní náklady tak obvykle na úkor kvality obrazu. U kaţdé technologie je kvalita závislá na větším odběru energie. Většinou se jedná o podsvícení, které zajištuje vysoký jas a pestrost barev. Při výběru obrazovky musíme bohuţel přijmout kompromis, buď dostaneme vynikající obraz za vyšší náklady za energií, nebo se spokojíme s horším obrazem, ale niţšími náklady. K tomuto rozhodnutí však musíme mít dobré znalosti ze zobrazovacích technologií a znát rozdíly mezi nimi.
41
LCD a LED-LCD Hlavní nevýhodou LCD obrazovek je pozorovací úhel. Další nevýhodou je, ţe černá není vţdy černá kvůli permanentnímu podsvícení. LCD technologie je stále pomalá a to je důvodem propuštění světla skrz krystal při zobrazení černé barvy. U LED-LCD se kvalita obrazu zvýšila pomocí lokálního stmívání. LED panely uţ mají téměř totoţný kontrastní poměr, jako mají plazmové panely.
Obr. 41 Rozdíl v černé u CCFL-LED podsvícení42
Plazmové displeje Tato technologie má mnoho výhod a jednou hlavní je doba odezvy, tudíţ je vhodná pro pohyblivé obrázky. V technických parametrech se doba odezvy ani neudává, protoţe plazmové panely mívají odezvou 0,001 ms. Díky vynikající reprodukci barev plazmové technologie, výborné kvalitě černé a extrémního kontrastního poměru můţe plazmový displej poskytnout nejvyšší kvalitu zobrazeného obrazu. Dále se plazmové displeje vyznačují velmi širokým pozorovacím úhlem. Dále můţe plazmový panel reprodukovat nejvyšší rozlišení a proto se LCD displeje nevyrábí v takových velikostech.
42
Zdroj: http://www.led-lcd-tv.eu
16.06.2011
42
2.3 Energetická spotřeba LCD-LED a LCD-Plazma LCD a LED-LCD LCD panely produkují obraz ovládáním propustností světla skrz tekuté krystaly. To znamená, ţe podsvícení svití nepřetrţitě ve stejné intenzitě. To je důvodem, proč mají LCD skoro konstantní spotřebu energie. U technologie LED-LCD spotřeba energie klesla. S technologií „Local-dimming“ viz bod 1.2.5.1 lze ještě energetickou spotřebu sníţit cca o 30 %.
Obr. 42 Energetická spotřeba CCFL-LED43
Obr. 43 CCFL spotřeba (bílá - černá)44
CCFL: Studené katodové zářivky CCFL jsou vţdy zcela zapnuté bez ohledu na konkrétní obsah obrazu (tmavá nebo jasná scéna).
43 44
Zdroj: Studijní materiály ISSNP Zdroj: Studijní materiály ISSNP
2007 2007
43
Obr. 44 LCD EDGE - LED45
Obr. 45 LCD Full-LED s lokálním stmíváním46
LCD-LED (světlo emitující dioda):
LCD-LED podsvícení:
Diody jsou rozmístěny v rámu (po oběhu
S vyuţitím lokálního stmívání jsou
LCD) a svití nezávisle pod konkrétním
podsvícené jen ty zóny (Clustery),
obsahem obrazu.
které jsou v ten daný moment potřebné.
Plazmové displeje. Plazmové panely spotřebují nejvíce energie pro vytvoření výbojů v jednotlivých komůrkách. Samozřejmě musíme brát v úvahu i multimediální plazmové televize s vestavenými tunery a DVD přehrávači, u nichţ logicky dochází k nárůstu odběru energie.
2.4 Vybavení televizorů I/O rozhraními Displeje LCD, LCD-LED a plazmové se neliší nějak výrazně svoji výbavou a multifunkčnosti. Televizory jsou vybaveny standartním Scart vstupem dále HDMI rozhraní, který umoţňuje přenos HD-Ready a Full-HD zobrazeni (podmínkou pro HD-Ready a Full-HD musí byt panel touto technologii osazen). Při propojení tuneru s televizorem přes Scart nelze dosáhnout HD rozlišení, protoţe k tomuto účelu není navrţen. Pro HD rozlišení slouţí především HDMI rozhraní.
45 46
Zdroj: Studijní materiály ISSNP Zdroj: Studijní materiály ISSNP
2007 2007
44
Jestliţe budeme chtít vyšší rozlišení, tak musíme zdroj obrazu připojit přes kabel, který umí digitální přenos. Scart umoţňuje pouze analogové přenosy v 576 řádcích, ale Full-HD zobrazuje 1080 svislých pixelů.
Obr. 46 Boční strana - vstupy a výstupy47
Na boční nebo zadní straně jsou ještě audio vstupy a výstupy. Vstupy slouţí k zapojení HiFi-systému pro přehrávání hudby nebo filmů a výstupy pro reprodukci zvuku přes Hi-Fi do 5.1 prostorového zvuku. USB vstupy slouţí k přehrávání hudby a filmů z přenosných médií, ale i pevných externích disků. Postupem času se najde i jiné vyuţití těchto portů. Některé panely mají i sloty pro různé typy paměťových karet, co umoţňují prohlíţení fotografií přímo z paměťové karty. Novější typy mají v sobě zabudovanou i síťovou kartu a disponuji internetovým prohlíţečem, takţe lze i surfovat internetem a pouštět si hudbu nebo filmy online.
47
Zdroj: http://www.novinky.cz/internet-a-pc/testy/198008-panasonic-g20-nejnovejsi-plazmova-televize-v-testu.html
45
16.06.2011
2.5 3D technologie na moderních zobrazovačích 2.5.1 Realizace 3D vjemu Principem trojdimenzionálního obrazu je, ţe pro kaţdé oko je ilustrován snímek zvlášť a zvlášť také vnímán. Jestliţe pozorujeme nějaký objekt v reálném ţivotě, tak má kaţdé oko jinou perspektivu, která se vzájemně od sebe liší. Tento rozdíl perspektivy musí také umět tato technologie, aby poskytla lidskému vnímání dojem prostoru. Pro nahrávání stereoskopického obrazu existují různé metody. Dnes nejpouţívanější metodou je vyuţití dvou objektivů, které jsou od sebe vzdálené 6,5 cm, coţ představuje průměrný rozestup lidských očí. Touto metodou je 3D obraz vytvářen přímo. Druhou metodou je záznam dvou snímků za sebou, ale ten druhý záznam vyţaduje vodorovné posunutí objektivu o 6,5 cm. A třetí moţností také často pouţívané z důvodu menších nákladů je záznam s klasickou kamerou, kde se obraz potřebný pro stereoskopii dopočítává pomocí tomu určených programů, ale 3D obraz nebude nikdy zcela přesvědčivý.
2.5.2 Anaglyfická stereoskopie Principem je překrývání obrázků v různých barvách obvykle za pomoci červené a modré. Pro 3D vnímání se nasadí brýle s barevným filtrem, kde jedno sklíčko je červené a druhé modré. 3D vjem je způsoben, ţe červený filtr odfiltruje červený obraz, modrý filtr modrý obraz a divák vnímá stereoskopicky. Nevýhodou je posun barev.
Obr. 47 Princip Anaglyfické stereoskopie48
48
Zdroj: http://www.videotech.cz/images/clanky/Schema%203D%20projekce%20-%20anaglyf.jpg
46
29.3.2012
2.5.3 Pasivní 3D stereoskopická technologie Další metoda je za pomoci polarizačních filtrů a dvojici projektorů. Světelné vlnění se šíří prostorem ve všech rovinách čili můţeme říci, ţe nepolarizovaně. Při nasazení dvojice projektorů a polarizačních filtrů se světlo rozdělí na 2 části vertikální a horizontální polarizaci. Pro vnímání 3D obrazu u této metody jsou zapotřebí brýle, které mají ve sklíčkách polarizační filtry pro vertikální a horizontální světelné vlnění (RealD). Projektory vybavený polarizačním filtrem vyzařují polarizované světlo tak, ţe se snímek dostane na určené oko a vytvoří se tak stereoskopický vjem. Důleţitou součástí této metody je finančně náročné promítací plátno, které obsahuje stříbro pro dodrţení polarizace.
Obr. 48 Princip pasivní stereoskopické projekce49
49 50
Zdroj: http://www.videotech.cz/images/clanky/Schema%203D%20pasivni%20stereoskopie.jpg Zdroj: http://www.videotech.cz/images/clanky/Schema%203D%20pasivni%20stereoskopie.jpg
47
Obr. 49 RealD brýle50
29.3.2012 29.3.2012
2.5.4 Aktivní 3D stereoskopická technologie Projektor promítá střídavě obraz pro pravé a levé oko. S obrazem jsou synchronizovány brýle, které střídavě zatmavují a zesvětlují filtry (sklíčka), takţe na plátno vidí vţdy je jedno oko a druhé je zakryté a následně během zlomku vteřiny se zakrytí oka prohodí. Vymezení dvou snímků se realizuje přes rozdělení kanálů pro levé a pravé oko.
Obr. 50 Aktivní závěrkové brýle51
Je velice důleţité, aby tento proces separace snímků probíhal s naprostou časovou přesností. K vnímání 3D obrazu jsou zapotřebí závěrkové brýle (Shutterglasses), které jsou vybaveny skly obsahující tekutý krystaly, které se střídavě zatmívají, tedy se jedná o synchronně vysílaný obraz s brýlemi. Synchronizace je zajištěna komunikací mezi zdrojem vysílání obrazu a brýlemi přes IrDA rozhraní.
Obr. 51 Princip aktivní stereoskopické projekce52
51 52
Zdroj: http://cs.gali-3d.com/stereoskopie-aktivni-3d/ Zdroj: http://www.videotech.cz/images/clanky/Schema%203D%20aktivni%20stereoskopie.jpg
48
29.03.2012 29.03.2012
3 Návrh na uplatnění uvedených technologií pro různé účely. 3.1 Využití LCD panelů 3.1.1 TN TN panely jsou vhodné pro všechny kancelářské a multimediální aplikace. Velmi oblíbené jsou u hráčů her. Velkou výhodou panelů typu TN je rychlá doba odezvy potřebné pro rychlé změny obrazu a tím i krátké sloţení obrazu. Kromě toho spotřebuje i málo energie. TN panely jsou levné na výrobu čili jsou velmi ţádané. Technické parametry příklad: Samsung SyncMaster P2770HD, LCD monitor 27" širokoúhlý Full HD LCD displej, TN matice, rozlišení 1920 x 1080 bodů, doba odezvy 5 ms, jas 300 cd/m2, dynamický kontrast 50000:1 (1000:1 typicky), spotřeba 56 W a cena 7 240,- Kč
3.1.2 S-IPS IPS panely nacházejí hlavně vyuţití pro zpracování grafiky. Paralelní uspořádání tekutých krystalů zaručuje vysoké pozorovací uhly aţ 178° (horizontálně i vertikálně). Potencionálem je stupeň šedi a sytosti barev. Nevýhodou u IPS panelu je vysoká energetická náročnost a pomalejší doby odezvy obrazu oproti TN panelu. Hráči, kteří chtějí vyuţívat tento panel tak by měli zvolit S-IPS panely u kterých se zdokonalila rychlost odezvy, kontrast a podání barev oproti IPS panelu. S-IPS panely jsou předurčeny a instalovány do nejkvalitnějších profesionálních monitorů a tomu taky odpovídá vysoká pořizovací cena. U S-IPS panelů v kombinaci s LED podsvícením dramaticky poklesla spotřeba energie. Pořizovací cena je jiţ dostupnější i pro soukromé vyuţití s menšími nároky na vlastnosti, takţe S-IPS panely jsou jiţ oblíbené v domácnostech a také vhodné pro multimédia.
49
Technické parametry příklad: Širokoúhlý 27" HP ZR2740w, S-IPS matice, velmi vysoké rozlišení 2560 x 1440 bodů v poměru 16:9, doba odezvy 12 ms, jas 380 cd/m2, dynamický kontrast 20 000:1 (1000:1 typicky), úhly pohledu 178°/178°, spotřeba 120 W a cena 15 890,- Kč.
3.1.3 MVA a PVA MVA a PVA panely se hlavně vyznačují výborným podáním černé barvy a vysokým kontrastem. Tyto panely se také vyuţívají pro náročnou grafiku. Nevýhodou je, ţe potřebují intenzivní podsvícení a tím stoupá energetická náročnost. Tyto panely disponují „Overdrive“ technologií, coţ je urychlovač změny snímků a tím dosahují rychlé doby odezvy obrazu. Technické parametry příklad: LCD-LED monitor 27" Samsung S27A650D, MVA matice, 300 cd/m2, doba odezvy 8 ms, 3000:1, rozlišení 1920 x 1080, spotřeba 42 W a cena 8 490,-Kč.
3.2 Velkoplošné obrazovky LED panely jsou tvořeny barevnými LED diodami. Panely jsou sestaveny z modulů a ty jsou vsazeny do matice (rámu). Mezi tyto jednotlivé prvky jsou zahrnuty ještě ventilátory, které sniţují teplo vznikající při provozu. Konstrukce ovlivňuje vhodnost panelu pro „indoor“ nebo klimaticky extrémní „outdoorové“ vyuţití. Pouţité LED panely by měly být přizpůsobené místu určení. Prodlouţíme tím ţivotnost celého panelu a LED diod a dále zajistíme snadnou údrţbu.
50
Obr. 52 LED-Wall modul53
Kromě klasických LED-Wall modulů výrobci nabízejí specializované LED-panely, které jsou integrovány do „Show-Trucks“. Díky vlastnímu generátoru je zařízení energeticky nezávislé na vnějším napájení. Nejkompaktnější jsou „Video-Trailery“ jako přívěs za osobní automobil nebo kamión.
Mobilní alternativa Kromě trvale instalovaného LED panelu, a to zejména v oblasti pronájmu nebo reklam nabízejí přenosné jednotky. Mobilní LED panely jsou například zavěšeny na jeřábu nebo zpevněných konstrukcích jim předurčených a „Show-Trucks“ viz Obr. 53.
Obr. 53 Mobilní LED - Wall54
53 54
Zdroj: http://www.szabsen.com/search/search-by-sign.html Zdroj: http://www.o-digital.com/wholesale-products/2179/2199-1/Mobile-LED-Panel-93632.html
51
12.06.2011 12.06.2011
3.3 OLED První firma, která začala OLED technologii komerčně vyuţívat, byla firma Pioneer, která jiţ v roce 1998 zabudovala OLED displej do svého autorádia. Následně technologii Pioneer vyuţila firma Motorola v jednom ze svých telefonů „Timeport‘‘. Dnes jiţ lze nalézt na trhu takových zařízení více, převáţně však jde o typově stejné produkty. Aţ klesnou výrobní náklady, není moţné podle Kimberly Allenovy, analytičky Stanfor Resources, očekávat, ţe se OLED technologie rychle rozšíří dále z oblasti mobilních telefonů a spotřební elektroniky. V současné době totiţ výrobci stále ještě nedisponují výrobními technologiemi pro spolehlivou a z hlediska ceny přijatelnou produkci větších panelů. I přesto se však předpokládá, ţe v budoucnu mají být výrobní náklady ve srovnání s LCD displeji značně niţší. Je však téměř jisté, ţe zpočátku budou ceny srovnatelné, a moţná i o něco vyšší, neţ jsou u LCD, coţ umocní i pokračující pád LCD v průběhu následujících let. K zvratu dojde aţ při masovém rozšíření výroby. I kdyţ pro většinu běţných uţivatelů je technologie OLED téměř neznámý pojem, v zákulisí vývojových laboratoří probíhá vývoj a výzkum velmi intenzivně. Průběţně vznikají různé partnerství výrobců, např. mezi Philips, Samsung, Electronics a NEC. Plány na výrobu OLED monitorů má společnost Sony, která jiţ před časem demonstrovala první 16,5 a 24,5 palcový Full HD OLED monitory s rozlišením 1920 x 1080. Displeje mají průměrnou spotřebu 65 W. 16,5 palcový displej stojí cca 50,000 Kč a 24,5 přes 100,000 Kč
52
3.3.1 Užití AM-OLED Displeje firmy LG-Display se připravují pro NOKIA/LG-Electronics. Nokia představila v polovině roku 2011 model N9 s 3,9palcovým displejem AMOLED a rozlišením (854 x 480). N9 je osazená 1 GHz procesorem (konkurence hTC vybavuje svůj produkt hTC Sensation dvoujádrem) 8 MP kamerou, 16 nebo 64 GB pamětí a úpravou displeje proti poškrábání.
Obr. 54 Nokia N955
3.3.2 Užití PM-OLED Displeje postavené na technologii PM-OLED jsou velmi energeticky náročné, ale představují nejjednodušší variantu uţití a tudíţ jejich nejčastější uplatnění je v malých displejích. Tyto displeje se především vyuţívaly v Mp3-přehrávačích, autorádií, palubních počítačů a jednoduchých zařízení pro zobrazení statických obrázků. Jejich výhodou je nízká pořizovací cena.
Obr. 55 PM - OLED Displej autorádia56
55 56
Zdroj: http://www.oled-display.net/nokia-n9 Zdroj: http://elektronikab2b.pl/images/stories/63109:Nowy_wyswietlaczPMOLED.jpg
53
22.06.2011 07.04.2012
3.3.3 Užití T-OLED Zcela transparentní obrazovka umoţňuje zobrazovat informace na sklu nebo flexibilní folií. Uţití této technologie je velice perspektivní. Předpokládané vyuţití bude pro automobilový průmysl, lékařství, armádu a sport. U automobilu se jedná o zobrazování informací z navigační jednotky na čelní sklo. Dále se jedná o brýle nebo helmy nasazené v jakékoliv situaci, aby aktér měl dostačující informace před očima, aby nemusel ztrácet přehled o dané situaci pozorováním jiných displejů.
3.4 E-papír Jedná se o elektronický přístroj, který má nahradit klasické papírové knihy, jelikoţ jsou kompaktnější a s velkou pamětí, kam se vejde velké mnoţství knih. Právě e-Book pouţívá technologií LCD a tím je náročný na energii oproti e-papíru. E-Book pouţívající LCD potřebuje 20x více energie neţ e-papír. Tato technologie nezůstane jen u zobrazování e-dokumentu, ale moţnosti vyuţití jsou velice široké: informační tabule, knihy, učebnice, noviny, billboardy, náramkové hodinky, náhrada displejů u mobilních telefonů a MP3 přehrávačů.
Obr. 56 Koncept Nokia E9757
57 58
Obr. 57 E-Ink Hodinky SEIKO58
Zdroj: http://www.cameraphonesplaza.com/nokia-concept-based-on-e-ink-technology/ Zdroj: http://www.flickr.com/photos/cdernbach/112457497/
54
10.12.2010 10.12.2010
Obr. 58 Citizen E-Ink hodiny59
3.5 Plazma panely Informační plazmové panely Nejdůleţitějším faktorem je kontrast a kvalita obrazu. Plazmové panely lze vyrobit v poměrně velkých velikostech, coţ je předurčuje k pouţití na veřejných místech (letiště, nádraţí, banky a obchodní domy). V podstatě nahrazují běţné informační tabule nebo klasické „plakátové plochy“. Tyto panely jsou předurčeny pro statické a dlouhodobé zobrazení snímků. Z toho důvodu jsou nevhodné pro přehrávání videa. Dále jsou odolnější vůči stálému obrazu čili nedochází tak rychle k vypalování pixelů a efektu zvanému „After image“. To znamená, ţe nebude vidět ‚duch‘ předchozího obrazu. U těchto panelů se tento efekt nevyskytuje tak intenzivně jako u běţných panelů. Je jasné, ţe se „After image“ časem objeví, ale tyto panely mají nástroje na potlačení tohoto neţádoucího jevu. Upravené panely pro veřejné uţití jsou vybaveny interním časovačem, který se stará o rovnoměrné vypalování pixelů. Princip tohoto nástroje je jednoduchý, přes noc invertuje statický obraz na negativní. Pixely, které svítily ve dne, tak na noc změní barvu.
59
Zdroj: http://thefutureofthings.com/articles/1000/the-future-of-electronic-paper.html
55
10.12.2010
Multimediální plazmové panely Pouţívají se v domácnostech a podnicích. Jsou určeny pro reprodukci rychle se měnícího obrazu. Tyto panely se vyuţívají pro televizní přenos, filmy, grafiku a počítačové hry. Důleţitým faktorem je rychlost vykreslování obrazu a kvalita zobrazení. Multimediální panely jsou vybaveny HDMI vstupy pro kvalitnější obraz vzhledem k tomu, ţe disponují s vyšším počtem pixelů neţ klasické CRT monitory.
Poskytovatelé televizních programů umoţňují za příplatek aktivaci programů v HD kvalitě. Podmínkou kvality je propojeni TV se set-top-boxem přes HDMI nebo opticky kabel. Novým trendem je zavěšení tenké obrazovky na zeď ve formátu 16:9, přičemţ tento způsob připomíná plátno v kině, a s kvalitní vícekanálovou repro soustavou dosáhneme stejného pocitu jako v kině. To je důvodem, proč řada lidí utrácí mnoho peněz za kvalitní multimediální domácí kino, které jim přináší kvalitní zábavu a relax.
56
Závěr Kdybych tuto práci psal před deseti lety, rozhodně bych psal o televizorech a monitorech typu CRT a současné technologie LCD, plazmové displeje apod. bych zařadil do nadějné budoucnosti. Současný vývoj technologii jde neustále dopředu, vyvíjejí se stále lepší, které nám umoţňují velice kvalitní zobrazení informací. Jsou vyuţívány v oborech, kde se to do této chvíle nepředpokládalo (původní vyuţití TV, monitory a notebook). Dnes se uplatňují v mobilních zařízeních typu chytrých telefonů, překladačů, tabletů, čteček knih či zobrazovacích a informačních jednotkách pro vojenské vyuţití. Rovněţ je dnes trendem zabudování transparentních displejů do brýlí a čelních skel vozidel pro zobrazení informací. Současný rozvoj těchto technologií nám přinesl kvalitní zobrazování nejen vysílání TV programů v HD rozlišení, ale i výše popsaných uplatnění, a to díky vyššímu počtu zobrazovacích bodů. Nové technologie u LCD a plazmových zobrazovačů dovolují vyrábět stále větší úhlopříčky televizorů a stále se zdokonaluje podsvícení a kvalita obrazu. Tato bakalářská práce by měla čtenáři poskytnout základní přehled o typech zobrazovačů, jejich technologiích a kvalitách a tím získat přehled o dostupných zobrazovačích na dnešním trhu a dát alespoň základní přehled a návod pro jejich výběr.
57
Elektronické zdroje [1] OLED, ePapír a 3D - pohled na nejnovější trendy z oblasti displejů, elektronického papíru a 3D.[cit.02_11_2011] Dostupný z WWW: < http://pcworld.cz/hardware/oled-epapir-a-3d-pohled-na-nejnovejsi-trendy-z-oblasti-displeju-elektronickeho-papiru-a-3d-12149 >.
[2] Nebojme se vypalování plazmy více.[cit.24_01_2012] Dostupný z WWW: < http://www.digilidi.cz/plazma-vypalovani-a-zahoreni-plazmy > .
[3] Cena elektřiny 2010: Kolik platíme za kWh?. [cit.24_01_2012] Dostupný z WWW: < http://www.cenyenergie.cz/elektrina/clanky/cena-elektriny-2010-kolik-platime-za-kwh.aspx > .
[4] Plazmova tv vs lcd-která technologie je lepsi.[cit.25_12_2011] Dostupný z WWW: < http://www.pctuning.tyden.cz/multimedia/tv-projektory-plazmy/8942-plazmova_tv_vs_lcd-ktera_technologie_je_lepsi > .
[5] 100 knih v kapse čtečka e-knih.[cit.06_02_2012] Dostupný z WWW: < http://www.proknihy.dychame.cz/magazin/100-knih-v-kapse-ctecka-e-knih/ > .
[6] Elektronický papír – technologie budoucích tiskovin.[cit.29_01_2012] Dostupný z WWW: < http://www.cnews.cz/elektronicky-papir-technologie-budoucich-tiskovin > .
[7] LCD technologie: přednosti a nedostatky. [cit.24_01_2012] Dostupný z WWW: < http://extranotebook.cnews.cz/lcd-technologie-prednosti-nedostatky > .
[8] Plazma versus LCD - ring volný! (část druhá - slabiny v technice). [cit.24_01_2012] Dostupný z WWW: < http://www.digilidi.cz/plazma_vs_lcd_2 > .
[9] Elektronicky papír.[cit.10_02_2012] Dostupný z WWW: < http://clanky.katalogmonitoru.cz/zobrazovaci-technologie/elektronicky-papir/ > .
[10] E-papír – poslední hřebíček do rakve novin?.[ cit.10_02_2012] Dostupný z WWW: < http://www.nazeleno.cz/bydleni/e-papir-posledni-hrebicek-do-rakve-novin.aspx > .
[11] Jak fungují monitory (CRT, LCD a plazma). [cit.24_01_2012] Dostupný z WWW: < http://extrahardware.cnews.cz/jak-funguji-monitory-crt-lcd-plazma > .
58
[12] Jak vybrat plazma lcd led.[cit.26_12_2011] Dostupný z WWW: < http://www.mall.cz/jak-vybrat-plazma-lcd-led/ > .
[13] Jak funguje 3D…?. [cit.17_02_20012] Dostupný z WWW: < http://www.3dexpert.cz/jak-3d-technologie-funguji/ > .
[14] LCD, LCD s LED nebo plazmu?.[cit.28_12_2011] Dostupný z WWW: < http://www.3dexpert.cz/lcd-led-nebo-plazma/ > .
[15] Lcd-tv.[cit.28_12_2011] Dostupný z WWW: < http://www.led-lcd-tv.eu/lcd-tv/ > .
[16] Kupujeme televizor: LCD versus plazma, který vybrat?. [cit.28_12_2011] Dostupný z WWW: < http://www.proton.cz/jak-nakupovat/kupujeme-televizor-lcd-versus-plazma-ktery-vybrat.html > .
[17] Zobrazovací zařízení.[cit.02_11_2011] Dostupný z WWW: < http://student.oapion.cz/ict/hw/zobrazeni.htm > .
[18] Sony bravia zx1 nejtenci lcd tv na svete.[cit.16_02_2012] Dostupný z WWW: < http://hdmag.cz/clanek/sony-bravia-zx1-nejtenci-lcd-tv-na-svete > .
[19] Ploché obrazovky: plazma, LCD, OLED... nebo laser?. [cit.28_12_2011] Dostupný z WWW: < http://technik.ihned.cz/c4-10024800-21102800-800000_d-ploche-obrazovky-plazma-lcd-oled-nebo-laser > .
[20] Technologie LCD panelů v kostce. [cit.28_12_2011] Dostupný z WWW: < http://www.grafika.cz/art/hw/LCD-technologie-v-kostce.html > .
[21] Průvodce plochými panely: TN, IPS, MVA, který je lepší?. [cit.28_12_2011] Dostupný z WWW: < http://pctuning.tyden.cz/index.php?option=com_content&task=view&id=4509&Itemid=47 > .
[22] Podsvícení u LCD televizorů a proč má Samsung LED TV.29_12_2011 Dostupný z WWW: < http://www.digitalnidomacnost.cz/podsviceni-u-lcd-televizoru-a-proc-ma-samsung-led-tv/ > .
[23] Průvodce předvánočním nákupem ploché televize: LCD versus Plazma atd.[cit.03_01_2012] Dostupný z WWW: < http://www.marigold.cz/item/pruvodce-predvanocnim-nakupem-ploche-televize-lcd-versus-plazma-atd > .
59
[24] Technologie LCD panelů.[cit.29_12_2011] Dostupný z WWW: < http://www.svethardware.cz/art_doc-59B0B21624FBA168C12571BD002A0891.html > .
[25] Lcd monitory budoucnost a realita.[cit.29_12_2011] Dostupný z WWW: < http://www.designtech.cz/c/support/lcd-monitory--budoucnost-a-realita.htm > .
[26] Garance 0 vadných bodů (ZBD).[cit.16_11_2011] Dostupný z WWW: < http://www.monitory-lcd.cz/garance-0-vadnych-bodu-147-p.html > .
[27] LED nebo LCD? Rádce s výběrem televize..[cit.10_12_2011] Dostupný z WWW: < http://www.led-lcd-tv.eu/ > .
[28] TEST: Jaká je reálná spotřeba plazmy a LCD televize?.[cit.29_02_2012] Dostupný z WWW: < http://www.nazeleno.cz/bydleni/usporne-spotrebice/test-jaka-je-realna-spotreba-plazmy-a-lcd-televize.aspx > .
[29] Kupujeme televizor: plazma nebo LCD?.[cit.25_02_2012] Dostupný z WWW: < http://avmania.e15.cz/default.aspx?404;http://avmania.zive.cz:80/kupujeme-televizor-plazma-nebo-lcd > .
[30] Technologie: Plazma displeje.[cit.25_11_2011] Dostupný z WWW: < http://home.zcu.cz/~paitlova/druha.Html > .
[31] Jak vybrat LCD monitor a jejich technologie.[cit.28_12_2011] Dostupný z WWW: < http://icons.cz/95-jak-vybrat-lcd-monitor-a-jejich-technologie.html > .
60
Seznam obrázků Obr. 1 Digitron ................................................................................................................................. 8 Obr. 2 Rozloţení segmentů ............................................................................................................. 9 Obr. 3 Mapa segmentů .................................................................................................................... 9 Obr. 4 Řádkování ............................................................................................................................. 9 Obr. 5 CRT obrazovka .................................................................................................................. 10 Obr. 6 Princip CRT obrazovky ..................................................................................................... 11 Obr. 7 Maska Delta ........................................................................................................................ 12 Obr. 8 Maska Inline ....................................................................................................................... 12 Obr. 9 Maska Trinitron .................................................................................................................. 13 Obr. 10 Pixel .................................................................................................................................. 14 Obr. 11 Krystaly pod napětím ....................................................................................................... 15 Obr. 12 Krystaly v klidném stavu ................................................................................................. 15 Obr. 13 Princip polarizačního filtru .............................................................................................. 16 Obr. 14 Vadný pixel ...................................................................................................................... 18 Obr. 15 TN Krystaly ...................................................................................................................... 20 Obr. 16 Pozorovací úhly TN displejů ........................................................................................... 21 Obr. 17 IPS Krystaly ..................................................................................................................... 21 Obr. 18 Pozorovací úhly IPS displejů ........................................................................................... 22 Obr. 19 Pohledy na MVA.............................................................................................................. 23 Obr. 20 MVA Krystaly .................................................................................................................. 23 Obr. 21 Detail RGBY .................................................................................................................... 23 Obr. 22 Porovnání RGB s RGBY ................................................................................................. 23 Obr. 23 CCFL zářivky ................................................................................................................... 24 Obr. 24 Rozmístění CCFL............................................................................................................. 24 Obr. 25 Druhy podsvícení LED .................................................................................................... 25 Obr. 26 LED-Stěna ........................................................................................................................ 27 Obr. 27 LED-Panel ........................................................................................................................ 27 Obr. 28 Vyuţití LED-Panelu na kulturní akci .............................................................................. 28 Obr. 29 OLED monitor.................................................................................................................. 29 Obr. 30 OLED struktura ................................................................................................................ 30 Obr. 31 PM-OLED struktura ......................................................................................................... 31 Obr. 32 AM-OLED struktura ........................................................................................................ 32 Obr. 33 T-OLED struktura ............................................................................................................ 33 Obr. 34 E-papír Gyricon ................................................................................................................ 34 Obr. 35 Princip E-papíru ............................................................................................................... 35 Obr. 36 Prototyp LG-Philips ......................................................................................................... 36 Obr. 37 Plazmový televizor - úhlopříčka 381cm .......................................................................... 37 Obr. 38 Sloţení plazmového panelu ............................................................................................. 38 Obr. 39 Popis pixelu PDP.............................................................................................................. 39 Obr. 40 Trvalé poškození plazma panelu ..................................................................................... 39 Obr. 41 Rozdíl v černé u CCFL-LED podsvícení ........................................................................ 42 61
Obr. 42 Energetická spotřeba CCFL-LED ................................................................................... 43 Obr. 43 CCFL spotřeba (bílá - černá) ........................................................................................... 43 Obr. 44 LCD EDGE – LED .......................................................................................................... 44 Obr. 45 LCD Full-LED s lokálním stmíváním ............................................................................. 44 Obr. 46 Boční strana - vstupy a výstupy ....................................................................................... 45 Obr. 47 Princip Anaglyfické stereoskopie .................................................................................... 46 Obr. 48 Princip pasivní stereoskopické projekce.......................................................................... 47 Obr. 49 RealD brýle....................................................................................................................... 47 Obr. 50 Aktivní závěrkové brýle ................................................................................................... 48 Obr. 51 Princip aktivní stereoskopické projekce .......................................................................... 48 Obr. 52 LED-Wall modul .............................................................................................................. 51 Obr. 53 Mobilní LED - Wall ......................................................................................................... 51 Obr. 54 Nokia N9 .......................................................................................................................... 53 Obr. 55 PM - OLED Displej autorádia ......................................................................................... 53 Obr. 56 Koncept Nokia E97 .......................................................................................................... 54 Obr. 57 E-Ink Hodinky SEIKO ..................................................................................................... 54 Obr. 58 Citizen E-Ink hodiny ........................................................................................................ 55
Seznam obrázků v příloze Obr. 59 Plazma řezačka_1 ............................................................................................................... 1 Obr. 60 Plazma řezacka_2 ............................................................................................................... 1 Obr. 61 10MJ dělo ........................................................................................................................... 2 Obr. 62 Princip kolejnicového děla ................................................................................................ 2 Obr. 63 Kolejnicové elektromag. dělo ............................................................................................ 2 Obr. 64 Plazma v reaktoru ............................................................................................................... 2 Obr. 65 Tokamak ............................................................................................................................. 2
62
Seznam použitých zkratek a cizích slov AM-OLED ADITIVNÍ APERTURA CLUSTER CRT EMISE HDTV HOMOGENNÍ KONJUNGOVANÝ LCD LED MVA OLED PDP PM-OLED PLUG-AND-PLAY POLARIZAČNÍ Polymer PVA RGB S-IPS TFT TN Transparentní T-OLED VGA WHQL
Active Matrix Organic Light Emitting Diode (organická světlo emitující dioda s aktivní maticí). Přídavný Velikost otvoru optické soustavy Skupina více neţ dvou objektů Cathode Ray Tube (vakuová obrazovka). Vydávání High Definition TV (televize s vysokým rozlišením). Stejnorodý Spojitost Liquid Crystal Display (displej s kapalnými krystaly). Light Emitting Diode (světlo emitující dioda). Multi-Domain Vertical Alignment (rozdělené buňky s vertikální orientací). Organic Light Emitting Diode (organická světlo emitující dioda). Plasma Display Panel (plazmový displej). Pasive Matrix Organic Light Emitting Diode (organická světlo emitující dioda s pasivní maticí). Automatické rozpoznávání HW Proces vzniku protikladnosti Látka sloţená z makromolekul Patterned Vertical Alignment (vzorované buňky s vertikální orientací). Red-Green-Blue (červená-zelená-modrá). Super In-Plane Switching (paralelní urovnání buněk). Thin Film Transistor (tenkovrstvý tranzistor). Twisted Nematic (natáčení vláknové struktury molekul). Průsvitný Transparent Organic Light Emitting Diode (průhledná organická světloemitující dioda). Video Graphics Array (grafické video rozhraní). Windows Hardware Quality Labs
63
Příloha Další využití plazmatu. Plazma má více uţití v našem ţivotě. Jako další nejznámější vyuţití je při řezání kovů. Mezi tryskou a řezaným materiálem se vytvoří elektrický obvod. Do trysky je vháněn ionizovaný horký plyn pod velkým tlakem. Podle pouţití se do trysky vhání ohřátý plyn a nejčastěji se pouţívá kyslík, argon, vodík, dusík a jejich směsi. Plazma se tvoří mezi tryskou a řezaným materiálem a dosahuje aţ 20 000°C a rychlost vyháněného plynu je srovnatelná s rychlostí zvuku. Tryska musí být chlazena cirkulací vody nebo k řezání dochází pod vodou a to ze dvou důvodů. Tryska by se pod ţárem roztavila a zároveň zabraňuje kouři, který vzniká při tavení kovu a hluku.
Obr. 59 Plazma řezačka_160
Obr. 60 Plazma řezacka_261
Plazma se téţ vyuţívá v kolejnicovém elektromagnetickém dělu. Plazma se tvoří mezi dvěma elektrody a magnetickým polem. V komoře kde je vytvořena plazma můţe následně před sebou urychlit předmět, který má úsťovou rychlost 2500 m/s a energií aţ 32MJ. Pro představu: náboj ráţe „9mm para“ má úsťovou rychlost 350m/s a úsťovou energií 485J nebo světoznámý izraelský Desert Eagle v ráţi „.50Action Express“ má úsťovou rychlost 421m/s a energií 1850J.
60 61
Zdroj: http://www.inflow.cz/alternativni-energeticke-zdroje Zdroj: http://www.automated-cutting-machinery.com/high-definition-plasma-hpr260_840prod.html
1
25.05.2011 25.05.2011
Obr. 61 10MJ dělo62
Obr. 62 Princip kolejnicového děla63
Obr. 63 Kolejnicové elektromag. dělo64
Tokamak - toroidní komora v magnetických cívkách V Tokamaku dochází ke spojování atomových jader (termojaderná syntéza). Je to pomyslný transformátor, kde sekundární vinutí je magnetické pole, které drţí plazmu (velmi teplý ionizovaný plyn). Urychlovač můţe být tvořen dvěma válcovitými elektrody. Plazma se tvoří vlastním magnetickým polem v prstenci. Plazma je vlastním polem utiskováno do středu prstence ve vysoké teplotě a koncentraci a vytvoří se „plazma fokus“. Pak je dosaţeno fúze, kde ze dvou jader vznikne jedno těţké a přitom se uvolní velké mnoţství energie. Vědci tvrdí, ţe tento způsob je potencionálním zdrojem energie budoucnosti. Tokamak bude fungovat v pulzním reţimu s výkonem 500MW.
Obr. 64 Plazma v reaktoru65
Obr. 65 Tokamak66
62
Zdroj: http://www.aldebaran.cz/bulletin/2008_10_bum.php Zdroj: http://www.aldebaran.cz/bulletin/2008_10_bum.php Zdroj: http://www.aldebaran.cz/bulletin/2008_10_bum.php 65 Zdroj: http://www.inflow.cz/alternativni-energeticke-zdroje 66 Zdroj: http://www.inflow.cz/alternativni-energeticke-zdroje
25.05.2011 25.05.2011 25.05.2011 25.05.2011 25.05.2011
63 64
2
