Perspektivní typy obrazovek

V současné době jsou klasické CRT obrazovky stále častěji nahrazovány novými technologiemi především v oblasti TV obrazovek a PC monitorů. Lze předpokládat, že budoucnost bude patřit těmto technologiím:

• displeje s tekutými krystaly (LCD);

• plazmové displeje PDP;

• OLED displeje;

• displeje na principu FED.

Jedná se o displeje s velkou hustotou zobrazované informace, které mají výhradně maticové bodové zobrazení. Umožňují zobrazovat jak alfanumerické, tak grafické informace. Právě k těmto displejům řadíme např. počítačové monitory, TV obrazovky, elektronické informační tabule, displeje mobilních telefonů apod.

LCD displeje s aktivními maticemi (MA LCD)

K typickým aplikacím technologie LCD patří barevné monitory, jejichž výhodou proti klasickým obrazovkám je nižší spotřeba, dobrý kontrast, dobrá geometrie zobrazovaných tvarů. K nevýhodám zatím patří vyšší cena, menší pozorovací úhel a nepříliš přesné barvy.

Dosud uvedené technologie LCD včetně DSTN neumožňují zobrazovat rychle se měnící obrazy. Navíc zvětšený rozměr zobrazovací plochy a počtu zobrazovaných bodů zhoršuje kontrast a rozlišení obrazovky. Projevuje se velká kapacita a omezená vodivost elektrod buněk displeje.

Aktivní matice LCD – TFT LCD

Řešením nevýhod LCD displejů je vložení vzorkovacího obvodu ke každému bodu displeje. Tento obvod je realizován pomocí tenkovrstvého tranzistoru (TFT – Thin Film Tranzistor). Jeho úkolem je připojit či odpojit buňku obvodu.

Tranzistory, které pracují ve funkci spínačů, přivádějí elektrický náboj pouze na určené buňky s tekutými krystaly, představují kondenzátory a dielektrikum tvoří tekuté krystaly umístěné mezi dvěma elektrodami. Kapacity buněk mají schopnost udržet elektrický náboj po limitovaný časový interval, po němž dojde k jeho obnovení (refresh).

Rozdíl mezi aktivní a pasivní maticí je v tom, že aktivní matice obsahuje tranzistory umístěné u každé buňky LCD, a proto může být odezva displeje podstatně rychlejší. Díky TFT technologii je možné přesně regulovat velikost elektrického náboje na elektrodách buňky displeje a tím i úroveň procházejícího optického záření. Aktivní matice eliminuje jev zvaný „duchy“ (častý u pasivních matic).

Poznámka: Ghosting – duchy se projevuje jako současné zobrazení starého a nového údaje. Dochází k tomu při rychlejší změně zobrazení, než je displej schopen realizovat. Tento problém je nepřípustný ve video aplikacích.

V barevných LCD monitorech projde optické záření systémem s tekutým krystalem a následně barevným filtrem. Každý zobrazovaný barevný bod (pixel) je tvořen třemi body a třemi barvami – červenou, zelenou, modrou (RGB), pro zobrazení třech barev je nutné vyrobit tři TFT tranzistory. Oblasti mezi barevnými buňkami mají kvůli zvýšení kontrastu černou barvu.

Vzhledem k problémům s výrobou tenkovrstvých tranzistorů TFT je možné je nahradit dvěma diodami.

 

Aktivní matice MIM LCD (Metal Insulator Metal)

Tyto MIM diody jsou obousměrné spínače a mají přibližně symetrickou V-A charakteristiku jako obousměrná Zenerova dioda.

Výhody

• jednodušší výroba, nižší cena;

• diody nejsou citlivé na optické záření;

• větší rozlišovací schopnosti v porovnání s TFT;

Nevýhody

• malé tolerance – velikost napětí a teploty může ovlivnit dobu uchování obrazu;

• vyšší přeslech než při použití TFT;

• složitá vrchní skleněná podložka.

 

Plazmové displeje PDP (Plasma Display Panel)

Plazmou rozumíme plyn, ve kterém jsou obsaženy volné nosiče elektrického náboje - ionty a elektrony (ionizovaný plyn).

Plazmový displej pracuje na principu výboje plynu. Sestává v podstatě ze dvou paralelních skleněných desek, mezi kterými je plynná směs obvykle složená z neonu a xenonu, někteří výrobci uvádí také helium.

V displeji je umístěno velké množství vzájemně oddělených nepatrných buněk plynu umístěných mezi skleněné desky.

Obr. 1: Princip buňky plazmového displeje

Znázornění jedné buňky je na obrázku 1. Jestliže do plynu vložíme volné elektrony například přiložením napětí vhodné velikosti na průhledné elektrony výboje, které jsou v těsné blízkosti k buňce s plynem, budou se volné elektrony srážet s elementárními částicemi plynu a uvolňovat další elektrony. Plyn se stane ionizovaným. Vznikne plazma, kterou protéká elektrický proud. Výboj plynu způsobí vznik ultrafialového optického záření (UV). Fotony UV záření jsou lidským okem neviditelné. Zviditelnění je uskutečňováno pomocí barevného luminoforu, do kterého fotony UV záření narážejí. Luminofor vyzařuje optické záření dané barvy – v uvedeném příkladě zelené. Pro barevné zobrazení je každý zobrazovaný bod tvořen třemi buňkami RGB. Intenzita každé barvy v buňce je nastavována šířkou napěťových impulzů na daných (adresních) elektrodách.

Porovnání vlastností plazmových a TFT LCD displejů

• plazmové displeje mají větší zobrazovací plochu než LCD, ale menší rozlišitelnost při realizaci malých velikostí displejů;

• LCD mají životnost dvojnásobnou v porovnání s plazmovými;

• pozorovací úhel plazmového displeje je větší;

• použití LCD vyžaduje narozdíl od plazmového displeje pomocný světelný zdroj, jas zobrazovaných obvodů je proti LCD vyšší;

• plazmové displeje poskytují o něco lepší kontrast než LCD.

 

Displeje OLED (Organic Light Emitting Diodes)

Displeje OLED emitují vlastní optické záření a nevyžadují podsvícení (na rozdíl od displeje LCD), které je energeticky značně náročné. Původně byly určeny pro použití v mobilních telefonech, kde měly nahradit zobrazovací jednotky LCD.

K emisi optického záření využívají vlastnosti některých organických sloučenin, mají větší zorný úhel než zobrazovací jednotky LCD, menší spotřebu a jsou rychlejší. OLED jsou tvořeny sadou vrstev umístěných na skleněné podložce.

Těmito vrstvami jsou:

• katoda;

• tři organické vrstvy (vrstva nesoucí díry, emitující vrstva, vrstva přenášející elektrony);

• průhledná anoda.

Přiložíme-li mezi anodu a katodu napětí, dochází v emitující vrstvě diody k rekombinaci děr generovaných anodou a elektronů vysílaných katodou a k vyzařování optického záření. Struktura organických vrstev určuje barvu vyzařovaného optického záření.

Displeje typu FED (Field Emission Display) – displeje s plošnou emisí

V displejích typu FED je obraz vytvářen obdobným způsobem jako u klasické obrazovky, tzn., že je způsoben světélkováním luminoforu, na který narážejí elektrony. Rozdíl spočívá v tom, že klasická obrazovka využívá zdroj velmi úzkého svazku elektronů vysílaných elektronovou tryskou rozmítaných přes obrazovku, zatímco FED využívá pole emitorových mikrošpiček, které vysílají elektrony k jednotlivým bodům luminoforu. Tím je umožněno, aby displej měl hloubku pouze několik milimetrů.

Displeje FED pro emisi elektronů využívají tzv. studenou katodu, jejímiž aktivními částmi jsou emitorové mikrošpičky. Vrcholky emitorových mikrošpiček s tvarem kužele jsou v těsné blízkosti mřížky. Tím je na špičkách emitoru zajištěna vysoká intenzita elektrostatického pole, která umožňuje vznik studené emise elektronů. Špičky emitorů jsou zároveň velmi blízko anody, pod níž je nanesena vrstva luminoforu. Elektrony dopadající na luminofor způsobují jeho světélkování a zobrazení obdobné jako u klasické obrazovky. V jedné buňce displeje je obsaženo několik emitorových kuželů.

Zdroje

• KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009

Obrázky

• Obr. 1: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Princip buňky plazmového displeje, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009