LCD/TFT monitorok

CasiotronA mai modern, hétköznapi monitorok többsége már LCD (Liquid Crystal Display), azaz folyadékkristályos elven működik. Az ilyen típusú kijelzők őse a kvarcórákban fordult elő legelőször az 1960-as években, bár magával a folyadékkristályos elvvel már 1911 óta kísérleteztek. (Képen: az egyik legelső sorozatban gyártott kvarcóra, a Casiotron. Kép forrása: http://netidok.postr.hu/kvarcora-az-elso-digitalis-tomegcikk )

A folyadék-kristályos anyagokat Friedrich Reinitzer német biokémikus fedezte fel. Ezek az anyagok bár a folyadékokhoz hasonlóan folyékonyak, de mivel a molekuláik bizonyos mértékben rendezettek, ezért szilárdnak (is) tekinthetők.

Az LCD monitorok működési elve elég egyszerű annak ellenére, hogy maga a kép több millió világító képpontból áll össze. Az LCD monitor két belső felületén mikroméretű árkokkal ellátott átlátszó lap között folyadékkristályos anyag található, továbbá a kijelző mindkét oldalán egy-egy polárszűrő helyezkedik el, melyek a fény rezgését csak egy meghatározott síkban engedik tovább. Hátulról megvilágított panel a hátul lévő polarizátoron átjutó fényt a folyadékkristály elforgatja így a fény az elülső szűrőn átjutva világos képpontot ad. Ha kristályokat feszültség alá helyezik, akkor nem forgatják el a fényt, ennek az eredménye a fekete pixel. A polárszűrő előtt egy színszűrő található és ezen keresztül kalibrálják a színeket.

LCD

(Kép eredetije: http://www.agt.bme.hu/szakm/szg/monitor/elemek/LCD.htm )

A gyártási technológia tökéletlenségéből, illetve a túl sok használattól előfordul gyakran az a hiba is, hogy egyes képpontok „beragadnak”, azaz egy adott színen kívül nem képesek mást sugározni. Ezek típusai:

  • fekete/halott (black/dead) képpont: mindig kikapcsolva, mindig fekete.

  • fehér/forró (white/hot) képpont: mindig bekapcsolva, állandóan fehér.

  • beragadt (stuck) képpont: egy vagy több szűrő (vörös, zöld, kék) kikapcsolt, illetve beragadt.

Fontos, hogy a fenti három eset egyikében nem lehet az egész képet maradéktalanul jól látni. Ezen problémák általában javíthatók úgy, hogy az egész monitort min. 24 órán keresztül hagyjuk felmelegedve (azaz bekapcsolva), mivel ez általában a pixeleket helyre szokta rázni. Következő lépésként érdemes a monitor gyártójának honlapját felkeresni, mivel ott is kaphatunk hasznos tanácsokat, de a végső esetben sajnos csak a szerviz marad.

LCD működési elve

(Kép eredetije: http://www.computersltd.com )

TFT monitorNagyságrendileg fejlettebb technológia a TFT (Thin Film Tranzistor), melynek lényege, hogy a kép minden egyes képpontjáért egy önálló tranzisztor felel, amely aktív állapotban elő tud állítani egy világító pontot. Így az ilyen kijelzőket szokás aktív-mátrixos LCD-nek is nevezni.

A TFT technológia előnye az igen kis fogyasztása és a rendkívül jó minősége. A képen egy 2x2 inch-es dajkafigyelő kamera látható. (Kép eredetije: http://www.ebay.com/ )

Éppen a kis fogyasztása miatt előszeretettel használják hordozható eszközök, mobiltelefonok. Mivel már egy ideje léteznek nyomásérzékeny áramkörök, ezért létrejöttek az érintőképernyős telefonok, amik a mobilok újabb forradalmát eredményezték. (Képen: az egyik legelső érintőképernyős telefon, az Ericsson R380-as telefon még 2000-ből; kép eredetije: http://www.webdesignerdepot.com/2009/05/the-evolution-of-cell-phone-design-between-1983-2009/ )

Ericsson R380

Az érintőképernyős mobiltelefonok (és az okostelefonok) piaca hazánkban igazán 2008-2009 táján kezdett kiteljesedni, így jelen cikk (2013. nyári) írásakor már elég olcsón lehet hozzájutni komoly teljesítményű, tökéletes kijelzőjű és havidíjas előfizetésessel elérhető áru telefonhoz.

(Képen: pár jelenlegi telefon; kép eredetije: http://geree.wordpress.com/2009/09/07/lg-km900-arena/ )

Érintőképernyős telefonok


Egy másik technológia a PDP (Plazma Display Panel), más néven plazmakijelző. Ennek legelső prototípusát a magyar származású Gábor Dénes plazmakutatásai alapján készítette a Plato Computer System még 1964-ben. Utána a technológia sokáig mesterséges álmát aludta, mivel csak 1983-ban készítette el az elsők között az IBM a maga monokróm 19 colos plazmamonitorát. Ezt nem kizárólag a számítógép-technológiában akarták használni, mivel arra is gondoltak, hogy az addigi fekete-fehér televíziókat ez a technológia válthatja fel; bár ez végül is teljesen nem valósult meg. 1992-ben a Fujitsu készítette el az egyik legelső színes, 21 colos plazma kijelzőt, majd az első plazma televíziót 1997-ben mutatta be a Pioneer. Manapság a plazma színhűsége és igen precíz felbontási képessége, mint erények mellett muszáj megemlíteni elég nagy fogyasztását is.

Működési elve elég egyszerű, hiszen itt is a három alapszínből kialakuló képpont megfelelő fényerejének szabályozása a cél. A CRT-hez hasonlóan a PDP-nél is a képpontok látható fényt sugároznak ki, ha megfelelő hullámhosszú energia éri őket. Itt konkrétan a neon és xeon gázok keverékének nagy UV-sugárzással kísért ionizációs kisülése kényszeríti a képpont anyagát színes fény kisugárzására, akár a hagyományos neoncsövekben. Az LCD-hez hasonlóan itt is az egyes képpontok egymástól függetlenek, folyamatos üzemben vezérelhetőek, így a monitor végeredményben villódzásmentes, folyamatos üzemben vezérelhető, igen széles szögben látható, tökéletes színhűségű és eléggé kontrasztos. Ez a kontraszt-arány gyengébb monitoroknál 10.000:1, de komolyabb teljesítményű televízióknál akár 3.000.000:1 is lehet! A korai plazmák esetén gyakori volt, hogy egyes kis gázcsövek elhasználódnak, illetve a háttérvilágításért felelős fénycső ereje is csökkent, így a képernyő fényereje is kezdett csökkenni. Ez a modernebb plazma-képernyők esetén már ritkább, de természetesen nem lehet teljesen kiküszöbölni.

Plasma

(Képen: plazmamonitor szerkezete; kép eredetije: http://www2.hesston.edu/Physics/TelevisionDisplays/PLASMA1.HTM )

Maga a kontraszt-arány egyébként a legvilágosabb (fehér) és a legsötétebb (fekete) fényerejének és az árnyalatai közötti maximális fényerőeltérésnek az aránya két szomszédos képpont között. Ez egy viszonyszám, ami abból adódik, hogy a két ellentétes fényerejű és szomszédos képpont fényességét megmérik (cd/m2-ben), majd elosztják egymással.

A hagyományos CRT-monitoroknál ez az arány kb. 3000:1-hez volt, míg az LCD-k esetén 800:1 és 3000:1 közötti. A drasztikus fényerő-villódzást LED-es háttérvilágítással tudjuk némileg ellensúlyozni. Ennek ellenére egyes gyártók hajlamosak eltúlozni a kontraszt arányt.

A kijelzők méretei időnként egészen meglepőek lehetnek, például a Dallay Cowboys amerikai focistadionjában építették meg a 2011-ben a világ akkor legnagyobb televízióját a maga 2300 m2-es HD-kijelzője. (Kép eredetije: http://bbtbet70.deviantart.com/art/New-Dallas-Cowboys-Stadium-135851405) Mellékesen a fogyasztása óránként 10 MW. (Összehasonlításként Paks egy blokkja 475 MW-ot termel óránként.)

Dallas Coyboys képernyő


LED monitorok és televíziók: a kijelzők egyik legújabb és legtöbbet ígérő típusa. A LED (Light-Emitting Diode) maga alapvetően egy háttérvilágítással rendelkező LCD, csak a háttérvilágításuk alapvetően más technológián alapszik. A hagyományos LCD-k esetén a háttérvilágításról gondoskodó fluoreszcens fénycsövek folyamatosan működnek, ami nem mindig előnyös. Például ha a mélyfekete űrben játszódik egy film jelenete néhány fényesen világító űrhajóval, vagy jól megvilágított szereplővel, akkor a hagyományos LCD-k esetén a fekete nem tud igazán kontrasztos lenni. Ellenben a plazmatelevízióknál ez az arány kifejezetten jó. Többek között ezért is kellett kifejleszteni a gyártóknak az LCD kijelzőkhöz a LED háttérvilágítást.

Előnyök: igen alacsony energiafelvétel és hőkibocsájtás, nagyon vékony megvalósítás (2-5 cm), igen kis súly (1-10 kg) és az új típusok már képesek a legújabb számítógépes, illetve televíziós szabványok megjelenítésére, így a Full HD, illetve HDMI technológiákéra is.

CCFL monitor

Hidegkatódsugárcsöves (CCFL)
háttérvilágítású LCD monitor

LED hátterű monitor

LED háttérvilágítású monitor

(Képek eredetije: http://ledtvportal.info/led-tv-mkoedese )

A monitorok következő generációját az OLED (Organic Light-Emitting Diode) jelenti, azaz a szerves fénykibocsájtású dióda. A szentjánosbogarak világításának ötletét áttették az elektronikába, így az elektro-lumineszcencia segítségével egy vadonatúj elv lépett működésbe: az elektromos térben az elektródákból kilépő töltéshordozók (elektronok, illetve pozitív töltésű kationok) egymás felé közelednek a szerves anyagban. A szerves anyag határfelületén a kétfajta töltéshordozó „egymásra talál”, így a töltéshordozók az általuk hordozott energia felszabadulása miatt semleges, de gerjesztett állapotba kerülnek. Ez a felesleges energia kisugárzódik egy foton formájában, ami ugye a fény elemi részegysége. Miután ez a látszólag bonyolult technológiai folyamat másodpercenként sok milliószor lejátszódik, így igen jelentős fénymennyiség keletkezik.

OLED technológia

pici OLED kijelző

Az OLED-nek máris számtalan

gyakorlati megvalósítása létezik,

például a Kodak EasyShare LS633

digitális kamera.

(Képek eredetije: http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=sedolius&logNo=40010922966&viewDate=&currentPage=1&listtype=0 )

Az OLED technológia számtalan előnnyel rendelkezik:

  • kisebb költség (hamarosan) – most még borsos áron kaphatók

  • ultrakönnyű és nagyon hajlékony kijelzők – akár ruhákra is felvarrhatóan!

  • szélesebb látószög, megnövelt fényerő

  • nincs szükség háttérvilágításra

  • energiahatékonyság: a közvetlen fénykibocsájtás miatt igen kevés áram szükséges

  • igen jó válaszidő- LCD: 2,8 ms; OLED: 0,01 ms.

Az OLED technológia hátrányai:

  • rövid élettartam – legalább is a kezdeti modelleknél. Tömeggyártás esetén ez nyilván megoldódik

  • színegyensúly eltolódik hosszabb használat esetén

  • energiafelhasználás – fekete képeknél kiváló az energiafelhasználása, de világos vagy fehér képek esetén az LCD többszörösét is képes elhasználni

  • beégés – egyes pixelekbe képes beragadni a sokáig ott lévő kép

  • UV-érzékenység – a kezdeti OLED-kijelzőket még könnyű volt tönkretenni egy sima UV-fénnyel, de ezt már korrigálták egy UV-fényvédő réteg felhasználásával

OLED technológia minta

( Képen: egy hajlítható OLED kijelző

kép eredetije: http://www.top5bestdeals.com/technology/the-application-for-oled-technology/ )

A technológia továbbfejlesztése az aktív-mátrixos OLED, azaz AMOLED képernyő. Ez pl. egyes mobiltelefonokban található meg. A többi megjelenítési technológiától annyiban különbözik, hogy itt az érintés érzékeléséért felelős réteget nem a képernyő felszínére vitték, hanem beleintegrálták. Az első ilyen termék 2010.febr.14-én a Samsung Wave (S8500) mobiltelefon volt. Hasonló képernyős technológiával rendelkezik a Samsung i9000 Galaxy S sorozat, valamint még számos további modell. Egyes gyártók az AMOLED elé teszik a Super jelzőt is. Előnyei:

  • 20%-kal fényesebb képernyő

  • 80%-kal kevesebb napfény-visszaverődés

  • 20%-kal alacsonyabb energiafogyasztás

Magának az aktív mátrixos kijelzőknek a frissítési rátája nagyobb, mint a hagyományos OLED-technológiájúaknak és sokkal kisebb az energiaigényük. Éppen ezért lett gyorsan közkedvelt a mobilokban, ahol a lehető legkisebb energiaigény égetően fontos a véges kapacitású akkumulátor miatt. Hátránya, hogy pl. nehezebben olvasható erős napfényben, mint az LCD-k. További hátrányuk, hogy a szerves összetevők idővel lebomlanak, de már léteznek ezt erősen lelassító folyamatok. (Képen: Samsung Wave; kép eredetije: http://samsung-wave.infobomba.hu/ )

Samsung Wave

A Siemens fénytechnikai leányvállalata, az OSRAM szakemberei szerint 2015-2020 között robbannak be az (AM)OLED-technológiás „kütyük”, például: világító csempék, ruhákon és tapétákon megjelenő gombnyomásra mintázatot váltó fényhatások, bőrbetegségek gyógyítására használható „fényzuhany”, hőérzékelős vízcsapokból folyó piros-kék hideg-meleg víz, stb.

Folytatása következik!

Felhasznált irodalom:

 

© TFeri.hu, 2013. Felújítva: 2017.