SURMHNþQtREMHNWLY UR]NODG EtOpKR VY WOD. VSRMHQt EDUHYQêFK VY WHO

Vážení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, že ukázka má sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jakým zpùsobem je titul zpracován a mohl se také podle tohoto, jako jednoho z parametrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umisováním na datová média, na jiné internetové stránky (ani prostøednictvím odkazù) apod. redakce nakladatelství BEN – technická literatura

[email protected]

5.0

PROJEKTORY S KAPALNÝMI KRYSTALY LCD

Již v úvodním pojednání o projektorech s vakuovými obrazovkami jme se zmínili o jejich hlavních výhodách (velkém kontrastu obrazu, dobrém podání barev) i nevýhodách (blikání velkých ploch, komplikované nastavení konvergencí). Zmínìné nevýhody se odstraòují použitím kapalných krystalù v konstrukci elektro-optického mìnièe namísto tøí obrazovek. Hlavní výhoda této nové koncepce spoèívá v jistém zjednodušení elektrické i mechanické konstrukce, dále pak v zjednodušení nastavovacích postupù a zmenšení rozmìrù i hmotnosti. Projekèní zaøízení pro pøední projekci s kapalnými krystaly vykazují zmínìné pøednosti pøi stejném použití jako projektory s obrazovkami o hmotnosti blížící se 100 kg. Konstrukci zjednodušují kromì jednoho spoleèného objektivu panely s obrazovými buòkami LCD (= Liquid Crystal Display). Díky intenzivnímu zdroji bílého svìtla, které tyto panely prosvìcuje, pøedèí co do jasu takovéto zaøízení projektory s obrazovkami. I zde je však tøeba zachovat kompromis mezi velikostí jasu a pozorovacího úhlu. Pojednání o projektorech s kapalnými krystaly LCD nebudeme dìlit na pøední a zadní projekci, nebo vše o promítacích plochách vèetnì matnice s Fresnelovou èoèkou a èoèkovou mozaikou zùstává stejné jako u projektorù s obrazovkami. V zaøízeních, u nichž je tøeba pozorovat zblízka velmi jemné struktury, se však vynechávají èerné proužky (black matrix), aby se zabránilo interferencím s rozložením bunìk LCD. Rovnìž úloha a konstrukce zde jediného spoleèného objektivu zùstává stejná. U pøední projekce se používá promìnná ohnisková vzdálenost. Pøístroje LCD se zadní projekcí jsou vhodné pro komerèní skøíòové televizory urèené pro menší pøedvádìcí prostory. Konstruují se i s obrazem s pomìrem stran 16 : 9 s možností rùzných módù (16 : 9, 4 : 3, lupa, HDTV) ve tøech základních televizních soustavách. Mají vodorovné rozlišení až 1000 bodù. Projektory s pøední projekcí i pro jiné úèely než je televizní zobrazení se vyznaèují velikým svìtelným tokem (až 5000 lm podle standardu ANSI), malou hmotností (2,5 až 25 kg), takže jsou pøenosné, viz obr. 93. Kromì vstupù video mají nìkteré tzv. multiscanové typy možnost pøipojit poèítaè PC s rozlišením až 1280 × 1024 (XVGA = X Video Graphic Array) i více (1600 × 1200).

Obr. 93

Projektor s kapalnými krystaly VPL-FE100 firmy Sony (foto Sony)

Jak se ze zdroje intenzivního bílého svìtla vytvoøí barevný obraz, bude obsahem následujících èlánkù. I zde se nebudeme zabývat elektrickým zapojením obecných obvodù televizního pøijímaèe i jejich zvláštnostmi, kterými mùže být tento projektor vybaven (napø. høebenové filtry, odstranìní chvìní øádkù, obraz v obraze, lupa). Tyto obvody jsou vysvìtleny v knihách B a C. Protože jde u tìchto zaøízení o nové technologie z poslední doby, jsou elektrické obvody moderních projekèních televizorù zapojeny také s rozklady 100 Hz (120 Hz) i s formátem obrazu s pomìrem stran 16 : 9.

124

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

5.1

Panel LCD

O konstrukci obrazových bunìk LCD a jejich funkèním použití v televizní technice se pojednává podrobnì v èl. C-4.0 v knize C. Tam je uveden ventilový zpùsob ovlivòování prùchodu svìtla a skladba obrazu pomocí horizontálního a vertikálního posuvného registru. Teorie modulátoru svìtla se probírá pøehlednì v èl. D1-3.13.8.2. Zde krátce zopakujeme funkèní vlastnosti a doplníme nìkteré podrobnosti. V dalším popisu projekèního zaøízení poznáme, že je u nìho obvykle použita konstrukce se tøemi panely, i když je možné zapojení s jedním panelem. Bílé svìtlo z výbojky na bázi halogenidu kovu se zapalovacím napìtím 20, 25 i 50 kV se opticky rozdìluje na tøi složky R G B a každá tato èást prosvìcuje jemu pøíslušný panel s obrazovými buòkami LCD, viz obr. 94. Tím se dosáhne vìtšího jasu i dokonalejšího kontrastu a souèasnì lepšího rozlišení oproti spoleènému panelu pro vstupní bílé svìtlo, u nìhož jsou nad tøemi sousedními buòkami umístìny miniaturní barevné filtry støídavého seskupení (viz obr. 50 v èl. C-4.1.3 v knize C). Tímto uspoøádáním vznikají vìtší ztráty svìtla než pøi jednotlivých panelech prosvìcovaných pøíslušným barevným svìtlem. SDQHO\REUD]RYêFKEXQ N/&' 5 ]GURM EtOpKRVY WOD

SURMHNþQtREMHNWLY UR]NODG EtOpKR VY WOD

*

VSRMHQt EDUHYQêFK VY WHO

%

Obr. 94

Projekce se tøemi monochromními panely obrazových bunìk LCD

Tenká destièka kapalných krystalù s tyèovitými molekulami natoèenými svými podélnými osami na obou povrchových plochách destièky na rozdílový úhel 90° je vložena mezi dvì prùhledné tenké elektrody s modulaèním potenciálem. Na tento celek jsou pøiloženy z obou stran destièky polarizující prùchozí svìtlo jen do jednoho smìru. Smìr polarizace je rozdílný o 90° a je zvolen tak, aby na obou stranách této obrazové buòky souhlasil s natoèením os molekul a to v pøípadì, že na modulaèních elektrodách není napìový rozdíl (kromì prahové hodnoty). Za tohoto stavu svìtlo prochází buòkou témìø bez zeslabení. Podle velikosti modulaèního napìtí na elektrodách se molekuly vychylují svou podélnou osou do smìru potenciálního spádu a polarizaèní smìr vstupujícího svìtla se uvnitø krystalu nemìní a nesouhlasí s polarizaèním smìrem výstupního polarizátoru. Tím se množství výstupního svìtla zmenšuje a pøi jistém napìtí jas klesá témìø na nulu. Poznamenejme, že bez modulaèního napìtí by obrazový panel propouštìl svìtlo.

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

125

Znázornìní konstrukce panelu s øádkovì prostøídanými obrazovými buòkami je na obr. 95, kde je uveden užiteèný poèet bunìk v lichém øádku 1069 a v sudém 1068 pro formát obrazu s pomìrem stran 16 : 9 u monochromatického panelu LCX007CL firmy Sony. Tento formát má

p Q P H W 

poèet obrazových bunìk 1069 L 1068 S pøi formátu 16 : 9

/ 6 WHPQêFK   

 





 

 















 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 

 

mP

WUDQ]LVWRU YWHQNpYUVWY





 

 



   

 



 

 





































 















 















 















 















 















 















 















 















 















 















 















 















 















 















 















 















 















 















 







 









13 L 13 S temných

 





SRþHW DNWLYQtFK EXQ N Y SDQHOX  +  ‘  =   þHUQpSiVN\

P m  

NDSDOQê NU\VWDO

Obr. 95 Panely obrazových bunìk LCD s detailem jedné buòky oddìlené èernými proužky; buòky jsou èíslovány 1 2 3 pro znázornìní jejich trojúhelníkového uspoøádání D a propojení spínacích tranzistorù odpovídajících si bunìk; symbolicky je znázornìn rámec trvale èerných bunìk na okrajích panelu; L = lichý, S = sudý øádek, poèítáno od horního okraje øádkù; modernìjší konstrukce opouští provedení delta a pøi struktuøe „inline“ odpadá rozdílné fázování taktovacího signálu pro liché a sudé øady bunìk

pro svislý rozmìr urèeno 480 aktivních øádkù. Rozdílný poèet bunìk v lichém a sudém øádku vede k oznaèení prùmìru jako napø. (1069 + 1068) : 2 = 1068,5. Panely se konstruují s okrajovými buòkami v obou smìrech (napø. 3 øádky nahoøe i dole a vlevo 13 èi 14, vpravo pak 13 neaktivních bunìk, viz obr. 95). Tyto okrajové buòky jsou øízeny zatemòujícím signálem a stíní tak jako rám aktivní obraz, tj. zabraòují úniku svìtla mimo panel. Poèítaèové multiscanové projekèní monitory zvané datové mají poèet aktivních bunìk ve smìru svislém vìtší podle žádaného rozlišení. Obvykle se v prospektech uvádí celkový poèet bunìk v jednom panelu (1068,5 × 480 = 512880) nebo jejich trojnásobek pro celý projektor. V detailu obr. 96 jsou znázornìny rozmìry buòky a jejich oddìlení èernými pásky. Tyto pruhy zmenšují pronikání nežádaného svìtla z okolních svítících bunìk do sousedních neaktivních bunìk. Buòky v sousedních øádcích jsou vzájemnì posunuty o polovinu své rozteèe, aby se zeslabovaly rušivé vzory v obraze vznikající u všech televizních soustav vlivem

126

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

RGYHUWLNiOQtKR SRVXYQpKRUHJLVWUX













RGKRUL]RQWiOQtKR SRVXYQpKRUHJLVWUX

Obr. 96





VY WOR

Detail konstrukce panelu obrazových bunìk s èernými proužky a pøívody od posuvných registrù

rozkladových principù (viz knihu A). Pak jsou pøíslušné svisle propojované buòky uspoøádány do vrcholu rovnoramenného trojúhelníku, jak je na obr. 95 a obr. 96 naznaèeno èísly 1, 2, 3. Panely pro datové projektory mají buòky ve svislém zákrytu, tj. v proužkovém uspoøádání (viz obr. 97). Pøi zobrazování formátu 4 : 3 se postranní nevyužité èásti obrazu vyplní rùznì šedou barvou danou pomocným signálem SID. Øádkování je neprokládané, tj. postupné (progresivní), kdy se v rytmu 50 Hz zobrazuje jeden pùlsnímek za druhým na tomže místì. O pøemìnì televizního øádkování s poètem 288 øádkù jednoho pùlsnímku ve vertikálním èinném bìhu na 480øádkový panelový rozklad se pojednává dále v èl. D1-5.3.1. Nad obrazovými buòkami LCD jsou umístìny dvì prùhledné elektrody. Jedna je spoleèná, nedìlená, druhá je rozdìlena v poètu, tvaru a rozmístìní bunìk. Ke každému takto vzniklému segmentu se pøivádí elektrické modulaèní napìtí pøes plošný tranzistor napaøený v rohu dìlené elektrody metodou tenkých vrstev TFT (Thin Film Transistor). Tento tranzistor je køemíkového typu bez pøedpìtí (MOSFET) a má bázi pøipojenou na adresovou linku urèující øádky obrazu. Jeho emitor (source) dostává napìtí z pamìového kondenzátoru, tj. analogový vzorek obrazového signálu, z budièe panelu, kde je umístìn vzorkovací obvod S + H (= Sample and Hold). Tento užiteèný signál pøichází na jednotlivé buòky v øádku postupnì pøes spínaèe G (gate) ovládané následnými impulsy z horizontálního posuvného registru (viz obr. 97). Prozatím uvažujeme ètení v jednom smìru, ale jak dále poznáme, vše se trochu zkomplikuje požadavkem na obousmìrný sled otevíracích impulsù z posuvného registru, viz èl. D1-5.3.4. Pøi pøítomnosti signálu na emitoru a øádkovacího napìtí na bázi se pøes kolektor (drain) tranzistoru pøenese vzorkové napìtí na dìlenou elektrodu buòky LCD (obr. 97). Pøi malých Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

127

+67 +&. 5*7

KRUL]RQWiOQtSRVXYQêUHJLVWU











      

Y]RUNRYDQêREUD]RYêVLJQiO 967 9&/

* 

*

7

7

*

*

REUD]RYi EX ND 7 &

UW LV J H U ê Q Y X V R S t Q O i LNW U H Y

*

/&'

&

/&'

&

7 /&'

&

/&'

7 &

/&'



/&'

/&'

/&'

/&'

/&'

/&'

/&'

/&'

/&'

/&'



Obr. 97 Základní zapojení obrazového panelu s buòkami kapalných krystalù a se dvìma posuvnými registry

rozmìrech buòky (velkém rozlišení panelu) by její kapacita nestaèila udržet signálové napìtí po 20 ms vertikální periody. Proto je uskladòující kapacita umìle zvìtšena paralelním kondenzátorem pøipojeným na bázovou vertikální sbìrnici pøedchozího øádku (viz obr. 52 v knize C). Sériový nabíjecí odpor má být velmi malý, aby se pomocný kondenzátor nabil za pøibližnì 40 ns, což je doba pøipadající z trvání jednoho snímku 20 ms na jednu z 512880 bunìk. Paralelní vybíjecí odpor (odpor tranzistoru v závìrném smìru) má být velký, aby byla buòka po celou dobu jednoho snímku pod vlivem správného modulaèního napìtí. Za tu dobu mohou molekuly krystalu patøiènì reagovat na napìové zmìny. Druhá, tj. spoleèná elektroda obrazových bunìk je pøipojena na kladné napìtí VCOM (viz dále). Rozmìry aktivního okénka panelu, viz foto na obr. 98, jsou 29,9 × 16,8 mm. Na páskovém pøívodu je konektor s 20 kontakty. O jejich významu se zmíníme v èl. D1-5.3.4. Oba posuvné registry jsou obsaženy v obrazovém panelu. Vertikální registr zapíná postupnì øádky bunìk a je synchronizován pùlsnímkovým synchronizaèním impulsem. O startovacích (VST, HST) a hodinových impulsech (VCK, HCK) se zmíníme v podrobném pojednání o elektrickém zapojení tohoto maticového rozkladu v èl. D1-5.3.4. Z dosud uvedeného pøedbìžného seznámení vidíme, že projekce pomocí kapalných krystalù nepotøebuje obvody vychylující elektronový paprsek a není citlivá na zemské a jiné rušivé magnetické pole. Abychom porozumìli témìø bezeztrátové skladbì obrazu na bázi kapalných krystalù, pojednáme v následujícím èlánku o mechanickém uspoøádání barevného projektoru tohoto druhu.

128

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

Obr. 98

5.2

Panel LCD s pøívodovým páskem s 20 kontakty (foto Sony)

Uspoøádání projektoru s kapalnými krystaly

Již jsme se zmínili, že trojnásobné jednobarevné provedení panelu LCD poskytuje lepší rozlišení, nebo nejsou pro jeden obrazový element použity 3 sousední buòky s pøíslušnými barevnými filtry. Je však zapotøebí tøí panelù prosvìcovaných tøemi rozdílnými svìtly v základních barvách R G B. Na obr. 99a je uvedeno schématické uspoøádání projektoru se 3 panely a jeho vzhledové vyobrazení na obr. 99b. Obr. 99c znázoròuje konstrukci rozdìlení zdrojového svìtla. Bílé svìtlo o teplotì 9300 K dodává výbojka na bázi halogenidu kovu o výkonu 100 až 400 W podle úèelu projektoru (viz obr. 100a). Je zapalovaná napìtím 24 kV. Výkonné výbojky pro projektory se svìtelným tokem až 2400 lm (ANSI) se konstruují též ètyødílné (viz obr. 100b). Výhodou tohoto zdroje svìtla je jeho snadná vymìnitelnost za náhradní výbojku, což byla u obrazovkových projektorù daleko složitìjší operace. Životnost výbojky je 500, 2000 a 10 000 (teoreticky) hodin. Bodové svìtlo výbojky s rozbíhavými paprsky je tøeba usmìrnit do rovnomìrného svìtelného toku soustøedìného na plochu okénka obrazového panelu. Za vhodný kondenzor s mimoøádnou stejnomìrností svìtelného toku se používají dvì mozaikovì složené èoèky. Je to obvykle 9 øad malých ploskovypuklých obdélníkových èoèek-spojek posunutých o polovinu rozteèe vzhledem k sousedním øadám (jako cihly ve zdi). V jedné øadì je 6 èoèek. Postupné soustøedìní svìtla dvìma èoèkami, z nichž druhá, tj. bližší k panelu, má vìtší optickou mohutnost, udává obr. 101. Soubor tìchto integrovaných èoèek se nazývá „fly eye“ (= létající oko). Za prvním kondenzorem se bílé svìtlo rozkládá dichroickým zrcadlem DM1 tak, že se èervené svìtlo odráží kolmým smìrem a je obyèejným zrcadlem M1 smìrováno na èervený panel LCD. Pøed tímto panelem je ještì kondenzor CL3 upøesòující smìr paprsku do okénka panelu. Dichroickým zrcadlem DM1 prochází modré a zelené svìtlo až na jisté ztráty beze zmìny smìru k dalšímu dichroickému zrcadlu DM2, které odráží jen zelené paprsky pøes pøíslušný kondenzor CL4 na zelený panel. Osamocené modré svìtlo je smìrováno dvìma obyèejnými zrcadly M2 a M3 na okénko modrého panelu ozaøované kondenzorem CL5. Protože je dráha modrého paprsku delší než èerveného a zeleného, je tøeba udržovat optimální sbíhavost paprskù modrého svìtla dvìma dalšími èoèkami a to jednoduchou spojkou CL1 a dvojitým kondenzorem CL2. Dodejme jen, že u nìkterých projektorù je dráha èerveného a modrého svìtla vzájemnì zamìnìna. Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura

129

NRQYHUWRU SRODUL]DFH 9 YêVWXS 9

YêERMND :

9 YVWXS +

VHJPHQWRYp REGpOQtNRYp þRþN\ ÄIO\H\H³

SUR]OHSãHQtVY WHOQp~þLQQRVWL MVRXMDNRYVWXSQtSRODUL]iWRU\ SRXåLW\NRQYHUWRU\SRODUL]DFH S HP XMtFtQHSRXåLWêVP U SRODUL]DFHQD~þLQQRXSRODUL]DFL

SURMHNþQtREMHNWLY

:

5

]UFDGOR0

GLFKURLFNp ]UFDGOR'0

5

SRODUL]DþQt ILOP\

NRQGHQ]RU&/

%*

/&'5 /&'* NRQGHQ]RU &/ *

KUDQRO '+ /&'%

pøed panely LCD jsou umístìny destièky s miniaturními èoèkami spojkami, které zužují paprsky jenom do aktivních èástí panelu LCD, aby se zvìtšila svìtelná úèinnost

%

SRODUL]DþQt ILOP\

NRQGHQ]RU &/

GLFKURLFNp ]UFDGOR'0

NRQGHQ]RU&/ %

%

]UFDGOR0

]UFDGOR0 NRQGHQ]RU&/

Obr. 99a Uspoøádání rozkladu bílého svìtla ve tøi složky R G B modulované pøíslušnými panely LCD s opìtným slouèením pomocí dichroického hranolu do projekèního objektivu; „fly eye“ = létající oko; CL = Condensor Lens; M = Mirror; DM = Dichroic Mirror; výstupní polarizátory jsou obsaženy ve funkci dichroického hranolu

Na kondenzorech pøed panely LCD je nanesen prùhledný film polarizující svìtlo ve vodorovném smìru. Druhý polarizátor s polarizaèní rovinou natoèenou o 90° vzhledem k prvnímu vstupnímu polarizátoru je umístìn na zadní stranì panelu (viz obr. 99a) nebo je souèástí funkce dichroického hranolu. Jednotlivé barevné složky modulované co do jasu signály základních barev R G B v pøíslušných panelech se znovu skládají do výsledného svìtla pomocí dichroického hranolu DH. Ten nemìní smìr zelených paprskù a èervené a modré paprsky odráží do smìru zelených paprskù. Takto složený obraz se objektivem promítá buï zadní projekcí na matnicové stínítko nebo projekcí vpøed na projekèní stìnu. Aby na obrazové buòky pøicházelo jen èisté svìtlo základních barev je obrazový panel umístìn mezi vstupním a výstupním barevným filtrem zadržujícím infraèervené a ultrafialové složky bílého

130

Ing. Vladimír Vít: Televizní technika - BEN technická literatura