ZOBRAZOVACÍ SOUSTAVA Počítač vytvoří obraz pomocí dvou hlavních prvků: - zobrazovacího adapteru (grafická karta) - displeje (CRT,LCD,OLED) Obraz vytváří grafická karta, monitor jej pouze zobrazí.
Režimy práce: a) Textový – vytváří z pravidla 80 sloupců a 25 řádků, tzv. 80x25 matic. V každé matici se sestavuje znak. Zdrojem znaků je ASCII tabulka. Kromě písmen a číslic lze zobrazit i semigrafiku. Text je možné obarvit nebo obarvit pozadí nebo může blikat. Režim je nenáročný na paměť, je velice rychlý, z dnešního pohledu téměř nepoužitelný. Používá ho BIOS, DOS. b) Grafický – celá obrazovka tvoří jednu matici bodů. U každého bodu se definuje jeho jas a barva. Každý je tvořen barevným trojbodem - systém RGB. Mají-li RGB stejný jas svítí bod bílou barvou. Je-li jas nulový má bod černou barvu, nesvítí. Režim umožňuje zobrazit jakoukoli grafiku (texty, malby, kresby, videa....).
Monitory CRT Obrazovka monitoru je tvořena velkou elektronkou. Na jedné straně je rozšířena do plochy obrazovky (představuje anodu) a na druhém konci je úzká válcová část s emitorem elektronů tvořená žhavenou katodou (elektronové dělo). Na vnitřní straně obrazovky je luminofor. Rozsvítí se po dopadu elektronového svazku. Svazek elektronů musí dopadat na jednotlivé luminoforové body přesně. Pokud by se rozsvítilo více sousedních bodů obraz by byl rozostřen. Proto se je mezi obrazovkou a elektronovým dělem mřížka (maska) s přesně rozmístěnými otvory. Paprsek je po řádcích a na řádku vychylován dvojicí elektromagnetických cívek. Emise elektronů pro tři barvy je zajištěna třemi samostatnými děly nebo jediným emitorem, který vypouští tři samostatné paprsky.
Provedení a) delta o tři elektronové děla uspořádané do trojúhelníku, maska je tvořena kruhovými otvory. o v okrajích obrazovky dochází ke zkreslování obrazu. o body jsou eliptické. o zkreslení se dá potlačit klenutím obrazovky.
Ing.Petr Bouchala
strana 1
b)trinitron o tři paprsky jsou emitovány jediným dělem, maska je tvořena proužky. o bod ztrácí svůj kruhový tvar, vyšší ostrost. o větší svítící plocha – vyšší jas. o šikmý dopad paprsků na okraje obrazovky lze eliminovat změnou vzdálenosti mezi dráty mřížky. o obrazovka je tvořena výřezem z povrchu válce – zrcadlí se pouze světelné zdroje ve výši očí pozorovatele. o mají větší jas i kontrast – větší zářivá plocha
c) dot trio, slot mask o Vylepšení technologie spojující oba předchozí typy (obcházení licenčních podmínek) Dot trio – kruh nahrazen elipsou
Slot mask
Parametry CRT monitoru a) uhlopříčka 14“ a 15“ jsou už dnes skoro neprodejné, 17“ jsou dnes nejrozšířenější, vhodná pro aplikace Windows, 19“ , 20“ , 21“ a 24“ se používají pro práci s DTP a CAD. Čím větší úhlopříčka tím větší rozlišení monitor nabízí, tím větší geometrické rozměry monitoru a tím větší pozorovací vzdálenost. b) rozlišení Udává se ve dvou hodnotách. Počet řádků a počet sloupců. Různá rozlišení mají svá označení. VGA – 640 x 480 SVGA – 800 x 600 XGA – 1024 x 768 SXGA – 1280 x 1024 UXGA – 1600 x 1280
Ing.Petr Bouchala
strana 2
U notebooků se také velice často setkáte se širokoúhlým (Wide) rozlišením s poměrem stran 16:10: • • • •
WUXGA: maximální rozlišení 1920 x 1200 pixelů WSXGA+: maximální rozlišení 1680×1050 pixelů WXGA+: maximální rozlišení 1440 x 900 pixelů WXGA: maximální rozlišení 1280 x 800 pixelů
c) plochost obrazovky Natural flat – před přední část zaoblené obrazovky se vloží sklo. Skutečná flat – elektronka má ploché stínítko. U plochého stínitka je nutná korekce modulovaní paprsku (délka paprsku se mění s úhlem promítání). d) rozteč bodů Pro kvalitní obraz je nutné aby luminiscenční body byly co nejblíže u sebe. Vzdálenost dvou sousedních bodů se nazývá roztečí, která je podle typu obrazovky 0,23 – 0,24mm. e) obnovovací kmitočet (vertikální vychylovací frekvence) Hodnota udává, kolikrát se zobrazí celá obrazovka za jednu sekundu. Minimální ergonomická hodnota je 75 - 85 Hz pro úhlopříčku 14“ a 15“. Čím větší obrazovka tím větší požadovaný kmitočet. Kvalitní monitor má při rozlišení 1024 x 786 bodů 85 Hz. Špičkové výrobky mají kmitočet přes 100Hz. f) řádkový kmitočet (horizontální vychylovací frekvence) Hodnota udává, kolikrát se paprsek vychýlí po řádcích za jednu sekundu. Pohyb paprsku zhora dolů. Je dána součinem počtu řádků a obnovovacího kmitočtu. Je–li počet řádků 768 a obnovovací kmitočet 80 Hz , pak je řádkový kmitočet 61440 Hz. U nastavení vlastnosti monitoru se dá pro určité rozlišení nastavit různý obnovovací kmitočet, většinou čím větší rozlišení tím menší obnovovací kmitočet, kombinace možných rozlišení a kmitočtů bývají ve vlastnostech zobrazeny. g) režim práce Prokládaný (interlaced) – vykresluje řádky ob jednu linku (nejdřív sudé, potom liché). Neprokládaný (noninterlaced) – vykresluje se jeden řádek za druhým. Používá se u všech současných monitorů. h) šířka pásma Při rozlišení 800 x 600 a obnovovacím kmitočtu 75Hz potřebujeme dopravit ( 800 x 600 x 75 x 1,5 ) = 54*106 údajů => šířka pásma je 54 MHz. 1,5 je připočítání na řídicí signály.V různých zobrazeních se používají kombinace horizontálních a vertikálních kmitočtů. Monitory se podle šířky pásma rozlišují na: o monitory s pevnou frekvencí , mají omezený počet kmitočtových variant o monitory MULTISCAN mají neomezené množství kmitočtu v rozsahu dané jejich řídicí elektroniky. o ch) tvarová zkreslení obrazu Parametr popisuje deformace obrazu např. soudkovitost, poduškovitost atd. i) barevné zkreslení Ing.Petr Bouchala
strana 3
Displeje LCD (Liquid Crystal Display) Tekutými krystaly se označují takové chemické látky, které se chovají jako kapalina, ale vykazují optické vlastnosti krystalických látek. Kapalné krystaly jsou složeny z podlouhlých molekul a podle jejich uspořádání je dělíme na 3 druhy: a) smektické b) cholesterické c) nematické – využívané v zobrazovacích prvcích U LCD se využívá toho, že při působení elektrostatického pole dochází k natáčení molekul kapalného krystalu, čímž se mění jeho optické vlastnosti. Jejich použití je velmi široké a pro své dobré vlastnosti se používají téměř u každého elektronického zařízení. Používají se v několika provedeních od nesvítících černobílých s malými rozměry až po LCD barevné monitory a televizory.
Princip LCD a) s odrazem světla Nemají podsvícení, potřebují vnější zdroj světla, který na LCD dopadá. Za normálního stavu jsou tekuté krystaly průhledné, světlo prochází na zadní reflexní (odraznou) elektrodu, odráží se a vystupuje ven. Celý displej je světle zelený. TRANSPARENTNÍ ELEKTRODY Vytvořením elektrostatického SKLO pole pod příslušnou transparentní (průhlednou) SMĚR POHLEDU elektrodou dochází k natočení SVĚTLO molekul, světlo se rozptýlí, CELOPLOŠNÁ neodráží se, místo je tmavší. REFLEXNÍ ELEKTRODA Transparentní elektrody mají SKLO tvar segmentů, z kterých se TEKUTÉ KRYSTALY vytváří požadovaný znak.
b) s průchodem světla U tohoto zařízení je displej podsvícený. Má svůj zdroj světla, displej je čitelný i ve tmě. Světlo prochází tam, kde není elektrostatické pole. TRANSPARENTNÍ ELEKTRODY
obr. LCD s odrazem světla
SKLO
SMĚR POHLEDU SVĚTLO CELOPLOŠNÁ TRANSPARENTNÍ ELEKTRODA
SKLO TEKUTÉ KRYSTALY
Ing.Petr Bouchala
strana 4
c) barevný displej k PC Každá buňka dnešního LCD panelu (subpixel) má obdobnou funkci jako světelná propust. Sama není zdrojem světla, pouze jeho množství reguluje. Každý obrazový bod – pixel (Picture Element) je aktivně ovládán třemi tranzistory TF (TFT – Thin Film Transistor). Aby vznikl obraz, potřebujeme dvě veličiny - světlo a barvu. Světlo je zajišťováno podsvětlujícími lampami CCFL (Cold Cathod Fluorescent Lamp). Jakoukoliv barvu lze vytvořit ze tří barevných složek - červené, zelené a modré. Pro každou barevnou složku každého obrazového bodu existuje jeden tranzistor ovládající tekutý krystal a tím množství procházejícího světla daným obrazovým bodem. Konstrukce Každý obrazový bod je ohraničen dvěma polarizačními filtry, barevným filtrem (pro červenou, zelenou či modrou) a dvěma vyrovnávacími vrstvami, vše je vymezeno tenkými skleněnými panely. Tranzistor náležící k obrazovému bodu kontroluje napětí, které prochází vyrovnávacími vrstvami a elektrické pole pak způsobí změnu struktury tekutého krystalu a ovlivní natočení jeho částic. Uvedeným způsobem lze krystal regulovat v několika desítkách až stovkách různých stavů a tak vzniká výsledný jas barevných odstínů. Protože se obrazový bod skládá ze tří barevných sub-pixelů, vznikají tak statisíce až miliony různých barev. Technologie TFT TN (Twisted Nematic) U displejů s technologií TN je tekutý krystal nanesen mezi vzájemně pootočené polarizační filtry. Vnitřní povrch těchto filtr Na obrázku je zachycena situace, kdy je tekutý krystal v základním stavu (bez elektrického napětí). V tomto případě je světlo natáčeno takovým způsobem, že může projít druhým polarizačním filtrem a v konečném důsledku prochází plný jas podsvětlujících lamp CCFL – vzniká bílá barva.
Ing.Petr Bouchala
strana 5
Na dalším obrázku je znázorněna situace, kdy jsou krystaly pod plným elektrickým napětím, molekuly tekutého krystalu se srovnají ve směrem elektrostatického pole a světlo nemůže projít druhým polarizačním filtrem. Vzniká je černý pixel.
Nevýhodou této technologie je velká ztrátovost světla (asi 30%) a fakt, že vždy nějaké světlo projde i v uzavřeném stavu. V důsledku toho se nedá vytvořit dokonale černá barva, ale je spíše tmavě šedá. Na povrchu těchto displejů je aplikovaná vrstva, která zlepšuje pozorovací úhly.
Technologie IPS, S-IPS (Super In-Plane Switching) Na rozdíl od technologie TN zde buňky ve vypnutém stavu světlo nepropouští. Molekuly tekutých krystalů jsou vyrovnány paralelně s jedním polarizačním filtrem. Při zvyšování polarizačního napětí se tyto molekuly plynule pootočí až o devadesát stupňů, čímž se stávají pro světlo průchozí. Výhodou těchto displejů jsou věrné barvy srovnatelné se špičkovými CRT monitory a vysoký pozorovací úhel, rovnající se téměř 180 stupňům (při změně úhlu pohledu nedochází ke změnám odstínu barev). Nevýhodou je slabé elektrostatické pole na straně, kde nejsou elektrody, takže se plně nenatočí všechny krystaly, to snižuje jas a kontrast. Další nevýhodou je větší vzdálenost mezi pixely a velká doba odezvy 25ms. Technologie MVA (Multi-Domain Vertical Aligmen), PVA (Patterned Vertical Alignment) Technologie se vyznačují vysokými pozorovacími úhly (160 stupňů). Tyto vysoké pozorovací úhly jsou zajištěny použitím "výčnělků" (protrusions), které částečně blokují průchod světla. Protože jsou tekuté krystaly natočeny vertikálně, netrvá tak jejich natočení jako u TN či IPS. Díky tomu je možné zajistit poměrně skvělé doby odezvy při slušných pozorovacích úhlech.
Ing.Petr Bouchala
strana 6
OLED (Organic Light Emitting Diode) Displeje OLED se skládají z několika velmi tenkých vrstev. Mezi kovovou katodou (1) a průhlednou anodou (2) se nachází organické vrstvy. Jedna se o vrstvu přenášející elektrony (3), světloemitující vrstvu (4) a průhlednou vrstvu, která emituje a přenáší díry (5). Přivedení napětí do určité oblasti mezi anodu a katodu způsobí velký tok děr a elektronů do světloemitující vrstvy, kde nekombinují a tím dochází k uvolnění fotonů, viditelnému záření, které prochází poslední, skleněnou vrstvou (6). Podle materiálu světloemitující vrstvy se vyrábějí SM-OLED (Small Molecular OLED) – vysoce svítivé organické molekuly nebo PolyOLED – organické polymery. Podobně jako u LCD se OLED dělí podle způsobu řízení jasu obrazového bodu na displeje s pasivní maticí (PM – Passive Matrix) a s aktivní maticí (Aktive Matrix). Displeje tvořené tzv. aktivní maticí jsou určeny pro oblasti, kde je vyžadováno velké rozlišení a předpokládá se zobrazení graficky náročnějšího obsahu (příkladem může být video). Displej s aktivní maticí má, na rozdíl od pasivního v substrátu, integrovanou „propojovací“ elektronickou vrstvu, která pro každý obrazový bod obsahuje nejméně 2 tranzistory. Ty jsou po řadě připojeny ke vzájemně kolmým liniím tvořícím anodu a katodu. Prostřednictvím tranzistoru jsou zpracovány obrazové informace, jež definují, které pixely jsou aktivní a těmito aktivními pixely je řízen průtok proudu. Při použití tranzistoru lze každý pixel nezávisle řídít a je dosaženo podstatně rychlejší odezvy a současně nižší spotřeby. OLED displej tvořený pasivní maticí má jednoduchou strukturu, používá se pro levnější aplikace zejména tam, kde jde o zobrazení omezeného množství informací. Pro řízení OLED displeje s pasivní maticí prochází elektrický proud vybranými pixely, napětí je přivedeno do příslušných řádků a sloupců matice obrazových bodů (to zprostředkují ovladače displeje připojené ke každému řádku a sloupci). Energii , přivedení videosignálu i multiplexní přepínání přitom zajišťuje externí řídící mechanismus. Datový signál je obvykle přiveden do sloupců matice a je synchronizován s procházením (skenováním) řádků – obrazová data pro určitý sloupec a řádek určují, zda bude daný pixel osvětlen, nebo ne. Videosignál je panelem úspěšně zobrazen tehdy, jestliže je dokončeno skenování řádků v čase zobrazení jednoho snímku (typicky se jedná o 1/60 sekundy) OLED nepotřebují cizí zdroj světla – menší spotřeba, jsou štíhlejší než LCD, mají kratší dobu odezvy 10ms (LCD 25ms), široký zorný úhel asi 180o, mají jasný a kontrastní obraz. Nevýhodou je zatím nízká životnost (do 20 000 hodin) a nízká odolnost proti vlhkosti. OLED má více konstrukčních variant, v tomto textu jsou jen dvě. FOLED (Flexible OLED) , tedy flexibilní OLED, jsou součástky emitující organické světlo, které jsou postavené na pružném substrátu, jako například plastické nebo kovové fólie. FOLED displeje tak poskytují výhodu proti klasické skleněné podložce v podobě tvarového přizpůsobení objektu, na který jsou umísťovány. Tak lze displej jednoduše implantovat do hledí přileb, na oblečení nebo na tvarované přístrojové desky automobilů. Mnohokrát slabší struktura a nízká hmotnost je velmi vítaná nejen pro přenosná zařízení typu mobilní telefon, kapesní televizní přijímač, mp3 přehrávač, PDA, ale i u velkých televizních obrazovek, které lze Ing.Petr Bouchala
strana 7
tak snadno pověsit na libovolné místo. Pružná struktura navíc je méně náchylná na prasknutí, přelomení a lépe odolává i pádům z velkých výšek. TOLED (Transparency OLED), tedy transparentní OLED, v sobě kombinují technologie plně průhledného displeje a volitelného směru emitování světla. Struktura TOLED totiž umožňuje výrobci při výrobě displeje zvolit směr generování světla buď horní nebo spodní stranou (topand bottom-emitting OLED) nebo jen horní stranou displeje (top-emitting OLED) - viz obrázek níže. Průhlednost displeje umožňuje nasazení v aplikacích, kde je potřeba zobrazovat dodatečné informace v zorném poli pozorovatele, například v hledí přilby, v brýlích, čelních i bočních sklech automobilů, oknech domů apod.
EPD (Elektronic Paper Display) a EInk (Elektronic Ink) Jedná se o velmi tenký displej tvořený dvěma listy plastu. Mezi nimi je umístěno velké množství mikroskopických trubiček (EPD) nebo mikrokapslí (EInk), které obsahují olej a nepatrné dipólově nabité plastové částice. Polovina z nich jsou černé , záporně nabité a druhá polovina bílé, kladně nabité částice.Elektrický náboj, který je řízen tranzistory z organických materiálů, rozhodne o tom, které částice budou přitahovány ke spodní podložce a které k horní průhledné vrstvě. Tím na displeji (papíře) vzniká požadovaný obrazec. Výhodou elektronického papíru je jeho téměř nulová spotřeba, velmi malou energii potřebuje jen v okamžiku změny obrazu, nepotřebuje podsvícení. Elektronický papír může být i barevný, doplněný ultratenkými bateriemi, s bezdrátovým síťovým rozhraním.
Ing.Petr Bouchala
strana 8
