• monitory s CRT obrazovkou (Cathode Ray Tube)
  • LCD displeje (Liquid Crystal Display)
    • LCD pasivní STN (Supertwist Nematic)
    • LCD aktivní TFT (Thin Film Transistors)
      • Matice TN-Film (Twisted Nematic)
      • Matice IPS (In-Plane Switching) – S-IPS (Super-IPS)
      • Matice MVA (Multi-Domain Vertical Aligment)
      • Matice PVA (Patterned Vertical Alignment) S-PVA (Super-PVA)
    • další technologie plochých displejů
      • PDP (Plasma Display Panel)
      • OLED (Organic Light Emitting Diode)
        • Matice pasivní PMOLED
        • Matice aktivní AMOLED
      • 3D displeje

1.1     Monitory CRT

  • monitory CRT (Cathode Ray Tube – obrazová elektronka)
  • vytváření obrazu prostřednictvím vybuzení vrstvy luminoforu, naneseného na vnitřní straně stínítka obrazovky elektronovým paprskem emitovaným katodou obrazovky
  • luminofor je elektroluminiscenční fosforeskující látka, která po excitaci proudem elektronů vyzařuje kvanta energie (fotony)
  • elektronový paprsek se po ploše luminoforu pohybuje rovnoměrně po řádcích a přitom příslušně mění svoji intenzitu, čímž vytváří z jednotlivých různě excitovaných bodů obraz
  • u barevných monitorů jsou obrazové body tvořeny trojicí RGB luminoforů a obraz je vyvoláván trojicí elektronových paprsků procházejících bodovou nebo štěrbinovou maskou, jež omezuje jejich rozptyl a pomáhá je přesně usměrnit na požadované místo

105

 

Černobílá CRT obrazovka

  • bodová maska má podobu desky s kruhovými otvory
  • štěrbinová maska se skládá ze silně napnutých vertikálních drátků zpevněných dvěma horizontálními tyčkami
  • obrazovky typu Invar mají masku bodovou a RGB luminofory uspořádané do trojúhelníků (uspořádání delta)

105

 

Inovar

  • obrazovky typu FD Trinitron (Flat display Trinitron) mají masku štěrbinovou a RGB luminofory ve svislých proužcích

106

FD Trinitron

  • obrazovky typu CromaClear spojují výhody předchozích typů

107

ChromaClear

  • ideální monitor by měl mít své RGB luminofory blízko barevných tónů
    • (R) 650 nm
    • (G) 520 nm
    • (B) 450 nm
  • luminofory se po zasažení paprskem rozsvítí a opět velmi rychle pohasnou
  • proto je nutné zajistit neustálé opakování této procedury
  • podle počtu vykreslených řádků a celých snímků se odvozuje horizontální a vertikální frekvence
  • vertikální frekvence (obnovovací obrazová frekvence) je vlastnost monitorů, která udává, kolikrát za sekundu se vykreslí celá obrazovka
    • přitom závisí na tom, zda je obrazovka vykreslována neprokládaně (non-interlaced) nebo prokládaně (interlaced)
    • Non-interlaced – neprokládaný režim – jednotlivé obrazovkové body (pixely) se vykreslují od bodu v levém horním rohu obrazovky po řádcích postupně k pravému dolnímu bodu
    • Interlaced – prokládaný režim – nejprve se vykreslují jen liché a pak sudé řádky (dříve standard)
    • obnovovací frekvence u CRT monitoru by měla být minimálně 70 Hz non-interlaced
    • zvyšovat obnovovací frekvenci nad 100 Hz již nemá smysl

108

 

Neprokládané a prokládané vykreslování

  • horizontální frekvence (řádková frekvence) – např. aby obnovovací obrazová frekvence byla 75 Hz při rozlišení 1024 × 768 bodů, musí platit 768 řádků × 75 Hz = 57,6 kHz + frekvence pro zpětný chod = řádková frekvence cca 60 kHz.

LCD displeje

  • LCD displeje (Liquid Crystal Display – tekuté krystaly)
  • vytváření obrazu na základě úplného či částečného propouštění a blokování světla z vnějšího zdroje světla (nepodsvícené – dříve), nebo je zajištěné bočním či zadním podsvícením
  • základem jsou kapalné krystaly, což je označení pro molekuly, které se v určitém teplotním rozmezí shlukují do různých nepravidelných tvarů

109

 

LCD Displej

  • základní způsoby uspořádání krystalů uvnitř kapaliny
    • nematická struktura – krystaly nemají zcela stejnou délku, jsou navzájem rovnoběžné, ale různě posunuté
    • smektická struktura – všechny krystaly mají stejnou délku, leží v rovnoběžných vrstvách a jejich osy jsou navzájem rovnoběžné; lze je orientovat pro stáčený světelných paprsků
    • cholesterická struktura – krystaly jsou uložené rovnoběžně ve vrstvách, ale směry os krystalů v jednotlivých vrstvách jsou pootočené
    • diskotická struktura – krystaly jsou ploché, mají tvar disků a připomínají hromádku mincí

LCD displeje – princip

  • hlavní vlastnosti tekutých krystalů
    • vlivem elektrostatického pole se natáčí do směru, shodným se směrem tohoto pole
    • zanikne-li pole, krystaly se uspořádají rovnoběžně vedle sebe
    • vrstva krystalů filtruje světelné záření a chová se jako polarizátor = odfiltruje světelné vlny kromě těch, jejichž roviny kmitání jsou orientovány určitým směrem
    • natočí-li se krystaly ve vrstvě, dojde ke změně směru těchto vln a na druhé straně vrstvy vystoupí s jinou orientací

110

 

Princip LCD displeje

  • každý obrazový bod se skládá nejméně ze tří základních barevných „sub-pixelů“ (RGB); segmentů RGB může být více a může být i více subpixelů – 4 (RGBG) nebo 5 (RGBRG)

Historie

  • podstatu objevil již v roce 1888 rakouský botanik Friedrich Rheinitzer – cholesterylbenzát se při vzrůstající teplotě pročišťuje
  • v roce 1963 Richard Williams objevil, že světlo procházející tenkou vrstvou tekutých krystalů je ohýbáno podle krystalické struktury – krystaly způsobují změnu polarizace světla v závislosti na poloze molekul(mesogenů)
  • roku 1968 pak společně s Georgem Heilmaierem vyrobili první experimentální segnemntový displej z tekutých krystalů

LCD displeje segmentové

  • první segmentové displeje (od 1973 kalkulačka) byly tvořeny velkými segmenty LCD krystalů, které se účinkem malého elektrického napětí stávají neprůhlednými, resp. brání průchodu polarizovaného světla
  • 7 nebo 11 segmentové displeje
  • reflektivní (nepodsvícený) displej
    1. svislý polarizační filtr
    2. elektrody příslušného tvaru
    3. nematické tekuté krystaly
    4. skleněná podložka s elektrodou
    5. vodorovný polarizační filtr
    6. reflexní plocha

111

 

Reflektivní displaj

  • transmisivní (podsvícený) displej – místo reflektivní plochy je zdroj světla (obvykle LED po okrajích)
  • transflektivní displej – při dobrém osvětlení pracuje jako reflektivní, při nižším jako transmisivní

LCD displeje maticové

  • maticové displeje mají mřížku vodičů s body matice nacházejícími se na každém průsečíku v mřížce (průsečík = bod)
  • toto řešení je tzv. pasivní matice
    1. alfanumerické displeje (moduly)
    2. displeje univerzální (např. 128 × 64 bodů 0,48 × 0,48 mm)

LCD displeje s pasivní maticí

  • LCD s pasivní maticí STN (Supertwist Nematic)
  • maticové displeje s vyšším rozlišením, např. 640×480 se začaly užívat pro monitory počítačů nejprve jako monochromatické, nepodsvícené (reflektivní) s pasivní maticí
  • později se začaly užívat 2 nebo 4 katodové trubice pro podsvícení monochromatického nebo barevného displeje s pasivní maticí, kde molekuly krystalů pod vlivem elektrického napětí mění svoji polohu, čímž usměrňují množství polarizovaného světla procházejícího příslušným RGB barevným filtrem
  • v pasivní matici je bod řízen mřížkovou maticí navzájem překřížených vodičů – hlavní nedostatek zde reprezentuje dlouhá doba odezvy dostatečná pouze pro displeje s malou hustotou informace a dále možnost přesahu do sousedních bodů

LCD displeje s aktivní maticí

  • LCD s aktivní TFT (Thin Film Transistors) maticí
  • nyní s více EL nebo CCFL výbojkami nebo v každém pixelu jednou bílou, popř. třemi RGB diodami prosvětlené LCD displeje s aktivní TFT maticí – LCD/TFT (Thin Film Transistor), kde je každý obrazový bod ohraničen dvěma polarizačními filtry, příslušným barevným filtrem a dvěma vyrovnávacími vrstvami
  • přísluší mu tranzistor (resp. dva) kontrolující napětí, které prochází vyrovnávacími vrstvami, a tím natočení jeho částic od bílé k černé

112

LCD displaje, rozdíly

113

Maticové LCD displeje

LCD displeje – podsvícení

  • výbojkami
    • CCFL výbojky (Cold Cathode Fluorescent lamp)
    • EL výbojky (Electro Luminescent lamp)
  • LED svítivými diodami
    • Edge LED – supersvítivé bíle LED diody po okrajích panelu, jejichž světlo je sítí světlovodů rovnoměrně rozptýleno
    • Direct LED – bíle LED diody v matici za displejem
    • RGB LED – čtveřice R-G-B-G diod v matici za displejem
      • velmi jasný obraz s hlubokou černou a vysokým kontrastem
      • lepší a rovnoměrnější podsvícení celé plochy
      • širší barevné spektrum obrazu (zvl. RGB)
      • při použití Edge-LED může být panel velmi tenký
      • nižší spotřeba energie

LCD displeje – ostatní

  • matice TN+Film (Twisted Nematic) rychlá odezva (2-16 ms), nižší úhly (cca 150°), horší podání barev, vysoký kontrast, poškozené pixely jasně svítí
  • matice IPS, S-IPS, Super-TFT (In-Plane Switching) dobrá odezva (5-16 ms) a kontrast (2500 : 1), vysoké úhly (165°/176°), výborné podání barev, poškozené pixely nesvítí, při zobrazení černé a pohledu ze strany modravé tóny
  • matice MVA (Multi-Domain Vertical Aligment) a matice PVA (Patterned Vertical Alignment – Samsung)vertikální orientace molekul – dobrá odezva (až 5 ms), vysoké úhly (až 176°), vysoký kontrast (5000 : 1), výborná černá, poškozené pixely jsou černé

114

 

Různé druhy matic

 

Parametry LCD monitorů

  • odezva (doba odezvy/změny – response time) v [ms]
    • jednak se udává se jako „rise/fall“ (rise doba potřebná pro rozsvícení bodu do bílé a fall jako doba pro zhasnutí bodu)
      • např. 16 ms – 4ms rise /12 ms fall = 16 ms = přibližně 62,5 obrazovek za sekundu (16 ms = 1/ 0,016 = 62,5)
      • 16 ms, 12 ms (postračuje), 8 ms, 5 ms, 2 ms (ideál)
    • jednak jako „G2G“ (grey to grey – šedá na jinou šedou a zpět) tato může být až 5x delší
  • jas (brightness) – udává se v [cd/m2] – běžně 250, 270, 300, 400 i více cd/m2
  • kontrast (contrast) – udává se v poměru dvou čísel
    • hodnota vypočítána z poměru svítivosti bílé a černé barvy v luxech a dosahuje 400:1, 700:1, 1000:1 … 150000:1
  • velikost bodu – obvyklé velikosti jsou 0,293 a 0,264 mm
  • nativní rozlišení – dáno počtem fyzických pixelů – menší rozlišení jsou vyřešena interpolací (obraz mírně rozmazaný), např. 1280×1024/60-75 Hz – nejkvalitnější obraz
    • starší LCD nedovolují přepočítávání a pouze obraz zmenší či zvětší
    • současná LCD podporují různá rozlišení a frekvence, např. SVGA, XGA/ 56-60-70-75 Hz
  • úhly pohledu – např. 175°/175° (čím vyšší hodnota, tím lépe)
  • DVI (Digital Visual/ Video Interface) digitální připojení monitoru, na rozdíl od analogu (D-Sub) nedochází ke konverzi obrazu; signál zůstává během přenosu digitální a nedochází k jeho zkreslení
  • HDMI (High-Definition Multi-media Interface) 19 či 29 pinů – přenos obrazu a zvuku, ve verzi 1.4 až 4096×2160/24 Hz (možnost kombinace HDMI-DVI)
  • DisplayPort digitální konektor s rychlostí přenosu 10,8 Gbit/s při rozlišení až WQXGA (2560×1600) má nahradit DVI a VGA

Další technologie displejů

PDP

  • PDP (Plasma Display Panel) – 1984 – první 20“ PDP displej, nyní např. 50“, 55“, 63”, nyní např. 50“, 55“, 63”, 70“, 100 “ = 107 – 254 cm, až 1920 x 1080, až 1500 cd/m2, až 1000000:1 cca 20-300 tis.
  • princip – zkřížené elektrody – xenon – UV – fosfor(luminofor) – viditelné světlo
    • luminofory RGB po vstřebání ultrafialového záření vyzáří viditelné světlo
    • body tak přímo emitují světlo
  • životnost obrazovek dříve 10 tisíc hodin nyní uváděna až 100

115

 

PDP

OLED (Organic Light Emitting Diode)

  • organická elektroluminiscenční technologie – body displeje tvoří LED dioda z organického materiálu – polymeru přímo emitující světlo – obraz je jasnější, kontrastnější, nabízí větší pozorovací úhly a rychlejší dobu odezvy než u LCD
  • 1987 Kodak, roku 1998 poprvé použit v displeji autorádia
  • displej OLED televizoru je tvořen diodami, které jsou vyplněny organickým materiálem
  • každý obrazový bod obsahuje tři druhy organického materiálu
  • organický materiál při průchodu elektrického proudu vyzařuje danou RGB barvu
  • organický materiál září sám o sobě, displej tedy nepotřebuje podsvícení tak jako LCD (může být velmi plochý)
  • slábne však u modré po 1 000 h, zelené 10 000 h, červené 30 000 h

116

 

OLED

 

  • stejně jako LCD mohou být OLED
    • matice pasivní PMOLED (Passive Matrix OLED)
    • matice aktivní AMOLED (Active Matrix OLED)
  • podle technologie se jedná o
    • SMOLED (Small Molecule OLED) = klasické OLED – náročná technologie vakuového pokovení organicko-kovovými cheláty – možnost přesné složité struktury
    • PLED (Polymer OLED)
      • luminiscence je dosažena při nízkém napájení 2 až 5 V, např. jas 1000 cd/m2 proti LCD s 600 cd/m2 (PHOLED = Phosphorescent OLED)
      • vysoký kontrast, velmi tenký (cca 1mm) a velmi lehký
      • elektroluminiscenční polymer lze nanášet inkoustovým tiskem
      • možnost nanášet i na pružné odklady (FOLED – Flexibilní OLED)

Další technologie displejů

  • bistabilní displeje – např. pro el. knihy – elektronický papír (e-paper)
  • EPD – Electronic Paper Display / E-ink / Display E-ink Paper

Monitory

  • bodová rozteč CRT monitorů (dot pitch) – ukazatel kvality – udává v mm největší přímou vzdálenost dvou sousedních bodů stejné základní barvy – např. monitor 17″ s 0,31 moc špatný, 0,28-0,27 nic moc, 0,26 standard, 0,25 dobrý, 0,24 velmi dobrý – např. 19“ s 0,26-0,25 standard, 0,23-0,22 dobrý
    • např. 17″ monitor má šířku řádky 13,3″ (asi 338 mm) – při velikosti zrna 0,26 mm to znamená, že je zde možno ostře zobrazit max. 1280 pixelů (při 0,24 1440, při 0,31 1024 pixelů)
  • u LCD monitorů není dot pitch významný údaj, neboť je zde pevně daný počet obrazových bodů nativního rozlišení; velikosti bodů u LCD typicky – 0,293 a 0,264 mm

Úhlopříčky a velikosti CRT a LCD monitorů

  • dříve byly rozměry CRT monitorů především 14“ a 15“ (35,56 cm, 38,1 cm), nyní pro běžnou práci 17“, 19“ (43,18 cm, 48,26 cm), luxus 21“ a více (53,34 cm …)
  • u LCD monitorů velikost 8,9, 10,4, 12,1, 13,3, 14,1, 15,0, 16,1, 17,0, 19,2, 20,0, 21,3, 24, 30 …
  • u CRT je úhlopříčka skutečného obrazu menší než úhlopříčka obrazovky (např. 17“ = 432 mm, ale obraz má úhlopříčku např. jen 15,5“ = 394 mm a fyzickou šířku řádky cca 315 mm
  • u LCD odpovídá úhlopříčka efektivními obrazu, takže u 17“ panelu bývá šířka řádky 338 mm

Rozlišovací schopnost CRT a LCD monitorů

  • uvádí se maximální násobek pixelů při max. obnovovací frekvenci
    • např. 1600×1200/78 Hz (17“ monitor), 1600×1200/92 Hz (19“ monitor) nebo 1920×1440/100 Hz či 2048×1536/85 Hz (pro 21“ monitor)
    • např. 1400×1050/60Hz pro LCD monitor
  • popř. se uvádí optimální a maximální hodnoty, např. 1024×768/120 Hz 1280×1024/72 Hz

Standardní nativní rozlišení k úhlopříčce LCD monitoru 4:3 (5:4)

  • 7“ LCD monitor QVGA (Quarter VGA) – 320 × 240
  • 14“LCD monitor VGA (Video Graphics Array) – 640 × 480
  • 15“LCD monitor SVGA (Super VGA) – 800 × 600
  • 15″ LCD monitor XGA (Extended Graphics Array) – 1024 × 768
  • 17″ LCD monitor SXGA (Super XGA) – 1280 × 1024 (5:4)
  • 19″ LCD monitor SXGA+ (Super XGA+) – 1400 × 1050
  • 20″ LCD monitor UXGA (Ultra XGA) – 1600 × 1200
  • 21″ LCD monitor QXGA (Quad XGA) – 2048 × 1536
  • 24″ LCD monitor QSXGA (Quad Super XGA) – 2560 × 2048
  • : monitory (displeje) mohou být i menší při daném rozlišení, např. 3.5“ QVGA, 12,1“ XGA nebo dokonce 9,7″ QXGA (iPad )

Nativní rozlišení k úhlopříčce LCD monitoru 16:9 a 16:10

  • 17″ LCD monitor Wide XGA (WXGA) – 1280 x 720
  • HD TV 720 – 1280 x 720
  • 19″ LCD monitor Wide XGA+ (WXGA+) – 1440 x 900
  • 20″ LCD monitor Wide SXGA+ (WSXGA+) – 1680 x 1050
  • HD TV 1080 – 1920 x 1080
  • 24″ LCD monitor Wide UXGA (WUXGA) – 1 920 x 1 200
  • 30″ LCD monitor Wide QXGA (WQXGA) – 2560 x 1600
  • QFHD TV (Quad Full High Definition) – 3840 × 2160
  • : pro nové standardy digitálních filmů a videa Digital cinema 4K 4096 × 1714 nebo 3996 × 2160, Academy 4K 3656 × 2664 nebo Full Aperture 4K 4096 × 3112  nebo WHUXGA (Wide Hexadecatuple UEGA) – 7680 × 4800
  • : monitory (displeje) mohou být i menší např. 5,6“ WXGA

117

 

Monitory

1.4.5     Rozlišení obrazu monitorů

  • udává se v dpi nebo ppi
  • na jedné řádce je běžně 96 až 120 DPI (obr. 300 DPI se tudíž zobrazí cca 3x větší)
  • např. max. šířka řádky u 15“ CRT je cca 11,75“ = 298 mm a u 17“ CRT cca 13,33“ = 338 mm
    • při nativním rozlišení 800×600 činí u 15″ 68 DPI a u 17″ 60 dpi
    • při nativním rozlišení 1024×768 činí u 15″ 87 DPI a u 17″ 76 dpi
    • při nativním rozlišení 1280×1024 činí u 15″ 109 DPI a u 17″ 96 dpi (nejběžnější)
    • při nativním rozlišení 1600×1200 činí 15″ 136 DPI a u 17″ 120 dpi