Telewizory, Monitory i matryce LCD

Prezentacja na temat: "Telewizory, Monitory i matryce LCD"— Zapis prezentacji:

1 Telewizory, Monitory i matryce LCD
Przygotował: Daniel Karpiński IVeog

2 Historia rok botanik Fredreich Rheinizer odkrywa ciekły kryształ, - połowa lat 60-tych - naukowcy wykazują zmianę wartości, przewodnictwa światła ciekłego kryształu pobudzanego polem elektrycznym, - koniec lat 60-tych - pierwsze prototypowe wyświetlacze o dużej niestabilności, - lata 70-te - brytyjscy naukowcy proponują stabilny rodzaj ciekłych kryształów (biphenyl).

3 O LCD Ciekłe kryształy to substancje prawie przezroczyste, mogące przyjmować stan zarówno stały, jak i ciekły. Światło, przechodząc przez nie, podąża za ułożeniem molekuł, które je tworzą. W 1960 roku odkryto, że pobudzenie napięciem elektrycznym ciekłych kryształów zmienia ich położenie, a co za tym idzie, sposób przenikania przez nie światła. Od tego czasu materiału tego zaczęto używać w różnego rodzaju urządzeniach, które znamy dzisiaj, np. telewizorach, projektorach, cyfrowych kamerach wideo czy aparatach fotograficznych. Obecnie stosuje się prawie wyłącznie technologię TFT, która gwarantuje dobrą jakość obrazu. Tanie rozwiązania DSTN, będące matrycami pasywnymi, odeszły już do lamusa.

4 Aktywny czy bierny ? W zależności od źródła światła rozróżnia się:
wyświetlacze z matrycą aktywną, posiadającą swoje własne źródło światła - zwykle są to elementy TFT, podświetlające układ od tyłu. Matryca tych wyświetlaczy pochłania lub przepuszcza światło oświetlajace matrycę, wyświetlacze z matrycą bierną, które bazują na zewnętrznym źródle światła, ich matryca odbija lub pochłania światło padajace od przodu. Wadą wyświetlaczy z matrycą bierną jest mała intensywność generowanego obrazu, brak możliwości pracy w ciemności, oraz w przypadku wyświetlaczy kolorowych silna zależność wyświetlanych kolorów od barwy zewnętrznego światła. Wyświetlacze z matrycą aktywną generują intensywniejsze obrazy, mają znacznie szerszą możliwość regulacji (niemal taką samą jak zwykłe monitory CRT) ale są drogie w produkcji i pobierają więcej energii.

5 Matryce bierne Kryształy w matrycach pasywnych są adresowane poprzez ładunki lokalne, przy czym nic nie powstrzymuje ładunków elektrycznych przed rozpływaniem się na boki i wpływaniem na położenie kryształów sąsiednich. Stąd rozmyty obraz matrycy pasywnej, smugi i cienie ciągnące się za obiektami.

6 Matryce aktywne Matryce aktywne zbudowane są z tranzystorów cienkowarstwowych (ang. thin film transistor, TFT), które gromadzą i przechowują ładunki elektryczne, zapobiegając ich rozlewaniu na inne piksele. Taki tranzystor przekazuje odpowiednie napięcie tylko do jednego kryształu, co zmniejsza smużenie i rozmycie obrazu. Obecnie stosuje się właściwie wyłącznie matryce aktywne.

7 Transmisyjne i odbiciowe
Wyświetlacze LCD mogą pracować w trybie transmisyjnym lub odbiciowym. Transmisyjne wyświetlacze są oświetlane z jednej strony, a powstające na nich obrazy ogląda się od drugiej strony. Stąd aktywne piksele są w takich wyświetlaczach zawsze ciemne, a nieaktywne jasne. Tego typu wyświetlacze są stosowane w przypadku gdy potrzebna jest duża intensywność obrazu (np: w projektorach multimedialnych czy komputerach). Wyświetlacze transmisyjne są zwykle stosowane razem z aktywnymi matrycami, choć czasem są też stosowane bierne wyświetlacze transmisyjne w np. zegarkach z uchylnymi wyświetlaczami. Wyświetlacze odbiciowe, posiadają na swoim dnie lustro, które odbija dochodzące do powierzchni wyświetlacza światło. Tego rodzaju wyświetlacze mogą pracować wyłącznie w trybie biernym i posiadają zwykle niezbyt dużą intensywność generowanego obrazu, ale za to mają one bardzo mały pobór mocy. Są one najczęściej stosowane w kalkulatorach i zegarkach, aczkolwiek czasami możne je też spotkać w przenośnych komputerach i palmtopach. Istnieją także wyświetlacze mieszane - transreflektywne, które potrafią działać w obu trybach. Tryb odbiciowy jest stosowany gdy wyświetlacz pracuje przy niedoborze mocy (np: w laptopie pracującym na własnej, prawie wyczerpanej baterii) a tryb transmisyjny gdy mocy jest odpowiednio dużo.

8 Początki i rozwój Matryc LCD: Komórki TN – świetna idea
Przednią cześć filtra polaryzacyjnego stanowią komórki ciekłych kryształów TN (Twisted Nematic). W monitorach LCD znajduje się także drugi filtr polaryzacyjny, tym razem jednak zorientowany pionowo. Brak kryształów skutkowałyby całkowitym wygaszeniem obrazu, gdyż dwa przeciwnie zorientowane filtry polaryzacyjne pochłaniałby całkowicie światło. Jednak dzięki zastosowaniu komórek TN – kryształów zanurzonych w płynie, które mają możliwość obracania się o 90 stopni wewnątrz nienaładowanych komórek – można zmieniać kierunek polaryzacji światła. W dużym uproszczeniu, wraz ze „skręcaniem” kryształu, kierunek polaryzacji światła może się zmieniać o 90 stopni, dzięki czemu promienie świetlne mogą przejść przez drugi filtr polaryzacyjny. Jeżeli do komórki zostanie dołączone napięcie, wówczas kryształ traci możliwość rotacji i ustawia się tak, że światło nie zmienia kierunku polaryzacji. Tak więc, drugi filtr blokuje wychodzące promienie a piksel pozostaje ciemny. W ten sposób można skonstruować prosty obraz monochromatyczny.

9 Większy kontrast: obrót o 270 stopni zamiast o 90
Dokładne badanie pokazało, że w przypadku obracania kryształów o 270 stopni, nie zaś o 90, uzyskuje się większy kontrast obrazu. Tak więc opracowano nowe rozwiązanie pod nazwą Super Twisted Nematic (STN-LCD). Nowe komórki miały jednak wadę: posiadały tendencję do zniekształcania kolorów. Ale i z tym mankamentem dość szybko sobie poradzono. W przypadku zastosowania dwóch komórek STN ułożonych jedna za drugą - z zachowaniem przeciwstawnych kierunków polaryzacji - problem przekłamań kolorów znikał. Matryce te zostały nazwane Dual Super Twisted Nematic (DSTN). Jednak i to rozwiązanie nie było doskonałe. Okazało się, że tego typu matryce są zbyt wolne, co wywołuje na ekranie niekorzystny efekt smużenia. Jednak w najnowszych matrycach DSTN udało się w znacznym stopniu wyeliminować ten efekt.

10 Szybsze, jaśniejsze, o większym kontraście: od komórek TN do wyświetlaczy TFT
Wyświetlacze TFT (Thin Film Transistor) oferują wyższy kontrast, lepsze odwzorowanie kolorów a przede wszystkim są znacznie szybsze. Większa szybkość działania wyświetlacza umożliwia wyeliminowanie zakłóceń podczas prezentacji ruchomych obrazów np.: w trakcie przewijania bocznego paska, szybkich ruchów myszką czy oglądania filmów. W wyświetlaczach TFT zastosowano cieńszą warstwę nematyku (warstwa kryształów pomiędzy filtrami polaryzacyjnymi). Dzięki temu, że w panelach TFT kryształy są obracane tylko o 90 stopni oraz nie trzeba stosować drugiej warstwy kryształów w celu kompensacji przekłamań kolorów, wyświetlacze tego typu mają dużo większy kontrast. W średniej klasy wyświetlaczach TFT, kontrast jest większy niż 100:1. W wyświetlaczach TFT tranzystory sterujące zostały umieszczone bezpośrednio na sub-pikselach – rozwiązanie to nosi nazwę cienkiej powłoki tranzystorów. W ten sposób udało się wyeliminować bardzo dużą ilość połączeń kablowych.

11 Zwiększenie szybkości matrycy
Dzięki takiemu rozwiązaniu, wyświetlacze TFT są 10 razy szybsze w porównaniu do modeli DSTN. Ten drugi typ wyświetlaczy wymagał nawet ponad 200 ms do odświeżania obrazu, co sprawiało, że monitor nie nadążał z wyświetlaniem aktualnej pozycji myszki nawet w sytuacji, gdy użytkownik ruszał nią powoli. Natomiast urządzenia TFT potrzebują około 35 ms na odświeżenie obrazu. Dzięki temu na monitorach z tą matrycą można odtwarzać np. filmy.

12 Kąt widzenia Czynnikiem obniżającym wartość obu typów wyświetlaczy LCD (DSTN i TFT ) jest fakt, że posiadają one ograniczony kąt widzenia obrazu. Wynika to z własności kryształów, które nie zawsze są ułożone idealnie równoległe względem siebie. Nierównoległe ustawienie powoduje rozproszenie światła, które przechodzi przez ciekły kryształ pod niewłaściwym kątem, co w momencie patrzenia na monitor z boku objawia się dobrze znaną degradacją kolorów i osłabieniem kontrastu.

13 Większy kąt widzenia Ratunkiem okazały się wyświetlacze Super-TFT. Matryce, które są także znane jako S-TFT, zostały oparte na technologii IPS (In Plane Switching) i zapewniają kąt widzenia szerszy niż 60 stopni w każdym kierunku. Zwiększenie kąta widzenia stało się możliwe dzięki idealnie równoległemu ułożeniu wydłużonych (w formie cienkich słupków) kryształów. W tej technologii, kryształy są ułożone pionowo pomiędzy dwoma filtrami polaryzacyjnymi. W stanie niezenergetyzowanym, dzięki własności polaryzacji, kryształy blokują światło podświetlenia i piksel pozostaje ciemny. Wraz ze wzrostem napięcia, kryształy obracają się aż do momentu, kiedy będą ustawione idealnie równolegle z filtrami polaryzacyjnymi, w wyniku czego całe świtało będzie mogło przechodzić na powierzchnię ekranu.

14 Szybka matryca MVA: każdy sub-piksel jest jeszcze dzielony
Najnowszym wynalazkiem jest matryca nazwana MVA (Multi-Domain Vertical Alignment), która zapewnia pełnię kontrastu, jasności i wierność odwzorowania kolorów przy dużym kącie widzenia obrazu, bez ograniczania czasu reakcji matrycy. Podobnie jak w wyświetlaczach S-TFT, matryce MVA posiadają kryształy ustawione pionowo względem filtrów polaryzacyjnych, które pozostają w stanie niezenergetyzowanym. Wraz ze wzrostem napięcia sterującego, kryształy ustawiają się równolegle do płaszczyzny filtrów i umożliwiają przenikanie światła. Różnica polega na tym, że w matrycach MVA wymagana jest mniejsza dawka energii na wytworzenie pola elektrycznego i ustawienie wszystkich kryształów w jednym kierunku. Oznacza to, że kryształy nie są ustawiane tylko równolegle względem siebie, lecz jednocześnie we wszystkich kierunkach. Działanie takie wywołuje jednak efekt rozpraszania światła, tak więc aby go zneutralizować, każda komórka dzielona jest na kilka mniejszych obszarów (domen). Obszary takie ułożone są pod katem względem siebie i względem powierzchni ekranu. Ciekłe kryształy, które znajdują się w różnych domenach, w momencie przyłożenia napięcia sterującego zawsze obracają się w przeciwnych kierunkach, co wynika z fizycznych własności kryształów. W rezultacie zanikają negatywne efekty widoczne przy patrzeniu na monitor pod dużym kątem, jakie są związane z rozpraszaniem światła.

15 Szybka matryca MVA Kontrast i wierność kolorów pozostają niezmienione, brak jest także utraty jasności obrazu, co miało miejsce przy matrycach IPS. Wyświetlacze MVA są także dużo szybsze, dzięki uproszczeniu tworzenia pola elektrycznego. Jednak i te super-komórki posiadają dwie wady. Po pierwsze są one znacznie droższe niż wyświetlacze TFT i S-TFT. Po drugie - nie są w stanie zapewnić tak dużej głębi czerni jak inne matryce. Niezależnie od wszystkich ograniczeń, monitory LCD przeszły długą drogę rozwoju w dość krótkim czasie obecności na rynku. Nowoczesne modele mogą swobodnie konkurować z urządzeniami CRT, spełniając wyrafinowane oczekiwania użytkowników a co więcej oferując dobrą jasność, liniowość i dużą rozdzielczość obrazu.

16 Budowa i działanie LCD-TFT
Matryca TFT-LCD ( Thin Film Transistor Liquid Crystal Display ) składa się z: - warstwy szkła z tranzystorami TFT (podłoże), - warstwy szkła z filtrami RGB, - ciekłego kryształu wprowadzonego pomiędzy w/w warstwy. Tranzystor TFT odgrywa krytyczną role w transmisji i kontroli sygnałów elektrycznych sterujących ciekłym kryształem. Kontroluje on przepływ światła poprzez zmian położenia (reorientacje) molekuł, proporcjonalną do napięcia sterującego. Przysłaniane światło białe padając na odpowiednie filtry RGB może utworzy dowolny kolor.

17 Działanie LCD Panel LCD składa się w dużym uproszczeniu z kilku najważniejszych elementów. Dwóch warstw szkła między, którymi rozłożone są ciekłe kryształy, lamp podświetlających, tranzystorów oraz ciekłych kryształów :) Lampy stanowią źródło światła, które jest przepuszczane przez ciekłe kryształy oraz pomiędzy nimi. Zewnętrzna warstwa szkła pokryta jest filtrem nadającym kolor poszczególnym sub-pixelom. Do wewnętrznej podczepione są tranzystory, przez które przepuszczany jest prąd. One przyciągają kryształy powodując ich ruch w odpowiednim kierunku (dla poszczególnych technologiach występują różne ułożenie kryształów). Zmieniając położenie kryształy zaczynają przepuszczać światło (lampy podświetlające matryce), nadając kolor poszczególnym sub-pixelom ulokowanym na przedniej warstwie szkła. Trzy sub-pixele formują pixel, każdy w kolorze czerwonym, zielonym oraz niebieskim. Różne kombinacje kolorystyczne sub-pixeli dają nam obraz oraz kolor na ekranie.

18

19 Schemat budowy panelu ciekłokrystalicznego

20 Każdy sub-piksel posiada: - tranzystor sterujący (TFT), - elektrodę sterującą (Gate Bus-Line), - elektrodę punktu (IT0) elektroda polaryzująca ciekły kryształ, - kondensator pamięci (Cs) kondensator podtrzymania napięcia, - wspólną dla wszystkich sub-pikseli elektrodę odniesienia.

21 Lampy CCFL Panel TFT-LCD jest wyposażony w źródło światła białego. Funkcję tą spełnia układ lamp jarzeniowych nazwanych CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) zasilany napięciem zmiennym od 1000 do 1500 V (30 do 70 kHz), ponieważ prąd stały powoduje wytrącanie jonów rtęci z gazu co powoduje niestabilne świecenie i krótszy czas pracy.

22 Emisja CCFL Inicjacja procesu świecenia rozpoczyna się w sytuacji, kiedy dodatnie jony przyspieszane silnym polem elektrycznym, uderzaj w powierzchnie katody, wywołuj c wtórną emisje elektronów. Następuje emisja świata UV w wyniku wtórnej emisji elektronów. Ultrafiolet padając na materiał fluorescencyjny wywołuje emisje świata widzialnego. Napicie zasilania lampy (około 1000V) spada radykalnie (do V), ponieważ impedancja lampy gwałtownie maleje.

23 Cechy szczególne monitorów LCD
Monitor LCD, w przeciwieństwie do modeli CRT, wyświetla najlepszy obraz tylko w rozdzielczości rzeczywistej, ponieważ ma stałą liczbę pikseli. Oczywiście prezentacja w innej rozdzielczości jest możliwa, jednak wtedy mamy do wyboru wyświetlanie obrazu na fragmencie matrycy odpowiadającej danej rozdzielczości (np. 640x480 na panelu o rzeczywistej rozdzielczości 1024x768) lub na całej powierzchni ekranu przy użyciu algorytmów skalowania. Jakość obrazu o niskiej rozdzielczości powiększonego do rozmiarów matrycy zawsze będzie zdecydowanie słabsza od uzyskanej w rozdzielczości rzeczywistej, jednak przy sprawnych algorytmach skalowania może być zadowalająca np. podczas gier. O tym także należy pamiętać, kupując monitor LCD. Na przykład gracz korzystający z 17-calowego ekranu wyświetlającego obraz o rozdzielczości 1280x1024 piksele musi używać karty graficznej o dużej mocy obliczeniowej. Aby zachować optymalną jakość obrazu w grach, a przy tym zapewnić ich odpowiednią płynność procesor graficzny musi również przetwarzać grafikę 3D we wspomnianej rozdzielczości. Dla gracza dysponującego mało wydają kartą graficzną lepszym wyborem będzie, co prawda, mniejszy, 15-calowy, lecz jednocześnie mniej wymagający od podsystemu graficznego monitor o rozdzielczości 1024x768 pikseli.

24 Rodzaje matryc LCD Wyróżniamy kilka rodzajów matryc LCD:
TN (Twisted Nematic) MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) IPS (In-Plane Switching) Niestety, na razie nie opracowano matrycy idealnej. Każda z technologii ma wady i zalety i każda sprawdzi się lepiej bądź gorzej w określonych zastosowaniach.

25 Matryce TN Najczęściej spotykane w modelach 15 calowych oraz 17 calowych. Pojawiają się już pierwsze matryce 19'to calowe. Matryce charakteryzujące się z reguły znośnym obrazem ale rekompensują ją bardzo dobrą szybkością działania (jednak nie wszystkie). Matryce TN jako pierwsze osiągneły wynik 16 ms (łączny czas reakcji dla przejścia czarny - biały - czarny). Jeśli kupujesz panel z wyższym czasem reakcji to kupujesz historie. Matryce TN posiadają jedną wadę - kąty widzenia. Ciężko na nich osiągnąć idealne pole widzenia. Monitory oparte o ten typ panela nie nadają się z reguły do zastosowań profesjonalnych. Ciężko osiągnąć na nich dobre odwzorowanie kolorów, gdyż w większość wypadków wyświetlają one 262 tys kolorów, imitując pozostałe. Powyższy rysunek obrazujący sposób działanie matrycy TN oraz nieuporządkowanego sposobu ich ułożenia podczas działania. Panele tego typu nie nadają się do zastosowań profesjonalnych (mamy na myśli głównie pracę z grafiką), jednak z racji niskiej ceny i wspomnianego krótkiego czasu reakcji (obecnie najnowsze modele osiągnęły czas ~4ms) dobrze sprawdzą się w grach i podczas oglądania dynamicznych materiałów wideo.

26 Matryce MVA MVA (Multi Domain Vertical Aligment) jest technologią wymyśloną przez Fujitsu. Matryce w tej technologii opanowały segment monitorów 19", 20", 21" calowych. Segment monitorów 17" jest podzielony pomiedzy te dwie technologie MVA oraz TN z silną dominacją tej drugiej. MVA występuje również w 15", jednak ich cena trochę odstrasza - Iiyama AX3835UT. Jedną z pierwszych paneli na rynku o dobrej jakości była matrycą MVA 17,4" stosowana w modelach Neovo X-174 oraz Beilinea (oba modele wyszły z produkcji, podobnie jak matryca). Obecnie na rynku są matryce 17'to calowe oparte o technologię Premium MVA.

27 Matryce MVA Do najważniejszych zalet MVA należą bardzo szerokie kąty widzenia stopni w każdym kierunku. Znacznie lepsze odwzorowanie kolorów, inne ułożenie pixeli w matrycy dzięki czemu są one mniej zauważalne dla użytkownika. Ma to swoją ogromną zaletę w wypadku gdy trafi się nam egzemplarz z nieświecącym pixelem lub subpixelem. Jest on niezauważalny w codziennej pracy. W matrycach TN taki mały szczególik "wali" nam po oczach. Wszystko było by fajnie gdyby nie szybkość działania matrycy. Rozpiętość granicznych przejść kolorystycznych w pixelach jest bardzo duża. Efektem tego mogą być czasy reakcji sięgające prawie 100 ms w skrajnych wypadkach. Jednak nie jest to nie do zniesienia. Powyższy rysunek przedstawia jak rozkładają się ciekłekryształy w matrycy MVA - pełna regularność, dzięki której uzyskujemy o niebo lepszą jakość obrazu.

28 Pochodne matryc MVA, czyli matryce PVA oraz WVA
Ponieważ matryce MVA oraz MVA Premium stały się wzorcem nowej jakości obrazu w LCD, szybko pojawiły się nowe "technologie" oparte na "Vertical Aligment" czyli charakterystycznemu, wielokierunkowemu ułożeniu ciekłych kryształów w ich komórkach. Do takich technologii należy PVA wymyślone przez Samsunga oraz WVA opatentowane przez CMO. Różnice pomiędzy nimi a MVA są bardzo małe z punktu widzenia użytkownika, a wynikają one tylko z powodów formalnych - czyli uzyskania odzielnych patentów dla nich. PVA oraz WVA posiadają swoje odpowiedniki również w stosunku do MVA Premium. W obu wypadkach mamy do czynienia z dostawioną literką "S" (Super) przed każdą z nazw. Podobnie jak w MVA Premium mamy tu doczynienia z zwiększonymi kątami widzenia oraz szybszym czasem reakcji.

29 Matryce IPS oraz S-IPS Technologia IPS jest trzecią choć jak na razie najmniej dotąd popularna technologią wytwarzania matryc monitorów LCD. Do tej pory stosowana była głównie w modelach 18” oraz w jednym modelu 22”. Ten ostatni charakteryzuje się bardzo wysoką rozdzielczością natywną – 3840 x 2400 pixeli o rekordowo małej plamce 0,1245 mm. Jednak czas reakcji jest jak na dzisiejsze możliwości monitorów bardzo niski i wynosi aż 50 ms. Kąty widzenia po 170 stopni w każdym kierunku i tak nam nie zrekompensują niewiarygodnie wysokiej ceny, która wynosi około zł (październik 2003). Jest to wybitnie specjalistyczny monitor do profesjonalnych zastosowań. W chwili obecnej S-IPS staje się co raz lepszą technologią. Posiada on zalety matryc VA (ładne kolory, szerokie kąty widzenia) oraz TN (szybkość działania). Wracając do samej technologii, to w odróżnieniu od poprzednich ułożenie ciekłych kryształów jest równoległe do obu warstw szklanych.

30 Częstotliwość odświeżania obrazu w monitorach LCD
Bezwładność monitorów ciekłokrystalicznych jest znacznie większa niż monitorów CRT. Obraz na monitorze LCD nie migocze, nie ma więc potrzeby niwelowania efektu migotania przez zwiększanie częstotliwości odświeżania. Częstotliwość odświeżania monitorów LCD dobiera się tak, aby zapewnić płynne zmiany obrazu przy animacji. Do tego celu w zupełności wystarczy odświeżanie z częstotliwością 60Hz, i z taką częstotliwością pracuje większość monitorów LCD.

31 Migotanie obrazu Człowiek odbiera obraz animowany jako ciągły (nie “skaczący”) przy częstotliwości generowania kolejnych klatek animacji około 30Hz. Wrażenie ciągłości osiągane przy 30 Hz nieznacznie poprawia się w zakresie do około 60Hz, po czym dalszy wzrost częstotliwości klatek animacji nie jest już postrzegany. Animacja z szybkością 60 klatek na sekundę jest postrzegana jako idealna. Szybkość generowania klatek animacji nie ma związku z częstotliwością odświeżania obrazu i zależy wyłącznie od wydajności podsystemu graficznego komputera. Jeżeli szybkość generowania klatek przekracza częstotliwość odświeżania obrazu, to “nadmiarowe” klatki wogóle nie są wyświetlane – są więc one generowane niepotrzebnie. Oferowana przez niemal wszystkie monitory LCD częstotliwość odświeżania 60Hz zapewnia całkowitą płynność animacji.

32 Bezwładność W przypadku monitorów LCD w poprawnym odbiorze animacji przeszkadza efekt bezwładności monitora, który jest widoczny w postaci ciemnych smug w miejscach, gdzie w trakcie animacji przesuwa się granica pomiędzy jasnymi i ciemnymi obszarami obrazu. Intensywność tego efektu zależy od bezwładności matrycy LCD, która jest parametrem konstrukcyjnym samej matrycy i nie zależy od częstotliwości odświeżania obrazu. Efekt smug jest wyraźnie widoczny w matrycach o bezwładności od 30ms wzwyż. Typowe współczesne matryce ze specyfikowaną bezwładnością 25ms na ogół wykazują minimalne “smużenie”, praktycznie niedostrzegalne dla niewprawnego oka (chociaż należy zauważyć, że matryce różnych producentów o specyfikowanej identycznej bezwładności zachowują się w praktyce bardzo różnie). Matryce o bezwładności poniżej 25ms praktycznie nie dają efektu “smużenia”.

33 Dopalacz kryształów (FFD) czyli szybszy czas reakcji
Kilka słów na temat technologii FFD (Feed Forward Driving): Czas reakcji oraz poruszania się kryształu zależna jest od wielkości przyłożonego do niego napięcia. Każda z np. 64 pozycji kryształu dzięki której uzyskujemy konkretne odcienie ma z góry ustaloną wartość napięcia docelowego, którą należy przyłożyć, aby kryształ odpowiednio się umiejscowił produkując uzyskanie pożądanego odcienia barwy. Konstruktorzy nowej metody postanowili zwiększyć znacząco wielkość przykładanego napięcia by kryształ reagował i poruszał się znacznie szybciej. Aby uzyskać odpowiedni efekt, dodano moduł pamięci, w którym zarejestrowane są przejścia między wszystkimi kombinacjami odcieni.

34 FFD - przykład Kryształy zazwyczaj mogą się obracać w przedziale <0 - 90> stopni. Więcej nie trzeba do blokowania/odsłaniania światła. Powiedzmy, że dla kąta 0 stopni mamy maksymalne zablokowanie strumienia światła czyli brak koloru dla subpiksela, a dla kąta 90 stopni mamy maksymalne odsłonięcie światła z lamp, czyli maksymalne nasycenie koloru podstawowego. Kryształy reagują na przyłożone napięcie. Powiedzmy że 0 stopniom odpowiada 0V, a 90 stopniom 5V. Zmieniając napięcie uzyskujemy różne wychylenia docelowe kryształów i różne kąty. W ten sposób uzyskujemy odcienie barw. W tym przypadku dla napięcia 2,5 V przyjmijmy, że uzyskamy kolor szary (127) (w praktyce tak nie musi być, bo nie jest to funkcja liniowa, ale dla naszego przykładu możemy tak przyjąć). Kryształy reagują tym szybciej im większe przyłoży się napięcie, dlatego właśnie tak "długie" kątowo przejście od 0 stopni do 90 stopni jest szybsze od przejścia powiedzmy od 0 stopni do 45 stopni (czarny do szarego). A więc w klasycznym przypadku (teraźniejsze 25ms) podajemy napięcie docelowego koloru (ustalamy je na stałe) i czekamy, aż kryształ zareaguje - dojdzie do celu. Ta obserwacja jest podstawą do skrócenia czasu reakcji. Zamiast podawać stałe napięcie docelowe 2,5V podaje się większe (np. 5V) czyli przejścia do białego aby dać "kopa" (akcelerację) i po odpowiednio odmierzonym czasie ustawiamy napięcie docelowe na 2,5V z tablicy w dodatkowej pamięci, aby zatrzymać już kryształ w tym miejscu (127). Szczegóły przedstawionej technologii, są bardziej złożone, ale idea jest właśnie taka.

35 Porównanie CTR - LCD

36

37 kolor brązowy - zaleta kolor niebieski - wada brak biały - neutralny

38 Niedaleka przyszłość czyli OLED

39 Przyszłość wyświetlaczy
Obecnie największe nadzieje wiązane są z wyświetlaczami organicznymi OLED (Organic Light Emitting Diodes). Od produktów LCD różnią się przede wszystkim tym, że nie wymagają podświetlania tylnego, a poza tym są wyjątkowo energooszczędne, dzięki czemu idealnie nadają się do urządzeń przenośnych.

40 Budowa OLED Panel OLED składa się z kilku elementów, a jego konstrukcja jest zdecydowanie prostsza niż matrycy LCD. Dwa polimerowe półprzewodniki typu p i n muszą zostać ze sobą złączone, a następnie należy przez nie przepuścić prąd. Skutkiem zachodzących w tym procesie zmian jest emisja światła. Problemem przy konstrukcji panelu OLED jest za to uzyskanie równomiernego rozświetlania powierzchni tworzywa. Różnice w szybkości przepływu ładunków dodatnich i ujemnych sprawiają, że w prosty sposób nie można równomierne rozświetlić ekranu. W celu zapewnienia równomierności rozprowadzania ładunków elektrycznych stosuje się specyficzne substancje. Innego rodzaju środki chemiczne niezbędne są do uzyskania powierzchni świecącej kolorami czerwonym, zielonym i niebieskim (czyli barwami podstawowymi).

41 OLED Wyświetlacze OLED są aktywne lub pasywne. Aktualnie azjatyccy producenci telefonów komórkowych stosują prawie wyłącznie tańsze niewielkie ekrany pasywne. W wypadku konstrukcji aktywnych niezbędne jest zastosowanie tranzystorów, które pozwolą pikselom na długotrwałe świecenie. Ponieważ materiał ten świeci samoczynnie, jego "wysterowanie" wymaga napięcia o nieporównywalnie mniejszej mocy niż w panelach LCD.

42 Największy OLED Największy wyświetlacz OLED pokazał Seiko Epson. Wykorzystując swoją oryginalną technologię atramentową, skonstruowała ekran z wyświetlaczem o 40-calowej przekątnej. Jest to pełnokolorowy prototyp ekranu polimerowego (Organic Light-Emitting Diode, OLED). Urządzenie ma pod wieloma względami przewagę nad wyświetlaczami LCD. Oferuje bardzo wysoki kontrast, szeroki kąt widzenia i krótki czas reakcji. Jeden z największych problemów w produkcji takich wyświetlaczy to trudność formowania warstw organicznych na wielkowymiarowych podłożach z tranzystorów TFT (Thin Film Transistors). Firma, mając duże doświadczenie na rynku drukarek atramentowych, opracowała oryginalną technologię pokrywania podłoża TFT warstwą materiału organicznego. Tak powstał wyświetlacz składający się de facto z kilku mniejszych wyświetlaczy. Ma rozdzielczość 1280x768 pikseli, 38 pikseli na cal, wyświetla 260 tysięcy kolorów. Producent szacuje, że produkcja na skalę przemysłową będzie możliwa w roku 2007.

43 OLED nie bez wad Do 2007 roku firmy muszą rozwiązać kilka poważnych problemów z organicznymi wyświetlaczami - m.in. przedłużyć ich żywotność. Okazuje się bowiem, że OLED są nietrwałe - przeciętny czas ich pracy wynosi ok. 2 tys. godzin. Po tym czasie efektywność elektroluminescencyjnych składników wyraźnie spada. Japoński koncern pracuje właśnie nad wydłużeniem czasu ich żywotności do co najmniej 10 tys. godzin. W 2005 r. czas pracy ma zostać podwojony, aby w 2007 roku osiągnąć zakładane 10 tys. godzin. Jeszcze później czas pracy ma zostać wydłużony o kolejne 5 tys. godzin. Wtedy też firma zamierza rozpocząć masową produkcję 40-calowych ekranów OLED.

44 To co do tej pory Największe pojedyncze, organiczne wyświetlacze skonstruowały LG. Philips i Samsung. Na międzynarodowych targach Flat Panel Displays w Japonii LG.Philips zaprezentował prototypową, aktywną matrycę OLED, w której wykorzystano technologię LTPS (low-temperature polysilicon), pozwalającą na zaadaptowanie linii produkcyjnych wykorzystywanych w produkcji paneli LCD do wytwarzania matryc OLED. Matryca OLED pokazana przez LG.Philips zawiera 3 miliony pikseli przy przekątnej 20,1 cala. Z kolei zaprezentowany przez Samunga 21-calowy wyświetlacz OLED charakteryzuje się rozdzielczością WUXGA (1920x1200 pikseli) i kontrastem 5000:1. Terminu wprowadzenia urządzenia do masowej produkcji na razie nie podano. Inne firmy informujące o konstruowaniu wyświetlaczy o przekątnych większych niż 20,1 cala, m.in. wspomniany Epson, tworzyły ekrany składające się z kilku matryc. Produkty LG.Philips oraz Samsung są największymi wyświetlaczami jednomodułowymi.

45 Giętkie panele LCD Na targach CeBIT Samsung po raz pierwszy zaprezentował elastyczny, 5-calowy plastikowy wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Urządzenie dysponuje dobrymi parametrami i pozwoli na stosowanie wyświetlaczy LCD w całkowicie innych zastosowaniach niż obecnie. Plastikowe panele LCD można będzie instalować np. w hełmach, okularach czy innych częściach garderoby. Zamiast szkła zastosowano tu elastyczny plastik o dużej odporności mechanicznej. Samsung opracował największy na razie wyświetlacz tego typu, dysponujący 5-calową przekątną. Wyświetlacz wyprodukowano we współpracy z kilkoma japońskimi dostawcami tworzyw sztucznych, m.in. SoftPixel. Ekran pokazany na targach CeBIT dysponuje rozdzielczością 400 x 300 pikseli i wyświetla 262 tys. kolorów, ma jasność 120 cd/m2, czas reakcji 25 ms, a kontrast 300:1. Producent twierdzi, że potrzebuje jeszcze mniej więcej 2 lat, aby technologię tę wprowadzić na rynek masowy. Najpierw plastikowe wyświetlacze LCD znalazłyby się w telefonach komórkowych, urządzeniach PDA oraz w innych produktach mobilnych.

46 Philips: LCD 3d

47 System 3D-LCD - trójwymiarowe wyświetlacze firmy Philips
Firma Philips od kilku lat wyposaża twórców oprogramowania i ośrodki akademickie w prototypową wersję swojego systemu 3D, który mimo swej prostoty zapewnia już stereoskopowe pole widzenia. Kilka czynników wpływa na nasza, zdolność postrzegania świata w trzech wymiarach (3D). Należą do nich perspektywa (różny rozmiar postrzeganych obiektów w zależności od dystansu), przesłanianie (obiekty bliżej nas zasłaniają obiekty dalsze) i efekty atmosferyczne (odległe obiekty wydają się rozmyte). Te czynniki i jeszcze kilka innych pomagają nam w poznawaniu trójwymiarowego świata. Wiele z nich jest również obecnych w obrazach dwuwymiarowych, takich jak zdjęcia czy kineskopy telewizorów. Umożliwia nam to odbiór informacji w 2D tak, jakby była w Ml. To. czego brakuje obrazom 2D to stereoskopia, czyli fakt. że każde z, naszych oczu widzi obraz z trochę innej perspektywy. Każde oko przesyła trochę inną informację do mózgu, który łączy je nadając efekt głębi.

48 Przedstawianie dwóch różnych obrazów naszym oczom jest podstawą wszystkich systemów 3D). Niektóre z nich używają okularów, które filtrują obraz przesyłany do oka, inne oddzielają obraz wprost przed oczyma. Jeszcze inne. tak zwane auto-stereoskopowe unikają takich warunków, ale w zamian stawiają inne: widz musi pozostawać w jednej pozycji lub, kiedy możliwy jest ruch, efekt ograniczony jest do jednego widza. System Philips 3D-LCD Multiview jest w pełni autostereoskopowy: nie ma żadnych urządzeń nakładanych bezpośrednio na głowę, nie ma ograniczeń co do ruchu widza ani ilości osób mogących jednocześnie oglądać ten sam obraz.

49 Wyświetlacz Wyświetlacz jest zwykłym panelem LCD z arkuszem cylindrycznych soczewek (rysunek 1). Są one ułożone tak, że punkt skupienia soczewki leży dokładnie na pikselu LCD pod nim. Kiedy oko patrzy na soczewkę, wprost, skupia ona wzrok pośrodku, między soczewkami. Drugie oko skupi się trochę na innym fragmencie, już nie na środku. Obszar LCD leżący za każdą soczewką składa się z pewnej ilości podpikseli. Stereoskopowa para obrazów, którą widz postrzega jako 3D jest twożona przez ułożenie tych zestawów do innego obrazu. Jest to uproszczony opis sposobu w jaki działa ten system. Trzeba jeszcze dodać, że zamiast dwóch obrazów tworzonych jest aż siedem.

50 Soczewki Zastosowanie cylindrycznych soczewek nie jest niczym nowym, ale w przeszłości stanowiły one nie lada problem. Pierwszym problemem były ciemne pasy na wyświetlaczu - odstępy między pikselami LCD. Po drugie rozdzielczość pionowa i pozioma wyświetlacza LCD była nierówno rozkładana. Rożne kroki przedsięwzięte przez naukowców firmy Philips rozwiązały te problemy. Każda soczewka przekazuje światło z pikseli pod nią na front wyświetlacza. Przez to lewe oko widza widzi jeden zestaw podpikseli, a prawe inny. Każda soczewka w zestawie zachowuje się dokładnie w laki sposób. Skutkiem tego na wyświetlaczu widać nakładające się obrazy złożone z nakładających się zestawów podpikseli.

51 Problem pustych przestrzeni pomiędzy podpikselami powiększonych przez soczewki został rozwiązany przez ustawienie soczewek przystających, przez co obrazy pikselowe są raczej przeplatane niż nakładane. Wynikiem jest obraz bez przerw. Wiemy, że mamy siedem obrazów ułożonych na zmianę dla jednego i drugiego oka. Numerując je liczbami od 1 do 7 załóżmy, że obrazy przeznaczone dla prawego oka są oznaczone liczbami parzystymi. Są one tak ułożone, że kiedy lewe oko widzi np. obraz piąty, to oko prawe widzi obraz trzeci. Jeśli przesunie się trochę w prawo, jego lewe oko będzie widziało obraz czwarty, a prawe obraz drugi. Oczy widzą zatem cały czas inne obrazy, łącząc je w obraz trójwymiarowy System ten pozwala na nieskrępowane ruchu głowy bez straty jakości 3D. Zasada ta została pokazana na rysunku kolorowym na okładce bieżącego numeru „SE".

52 Skos soczewek Przeplatanie się obrazów o numerach parzystych i nieparzystych osiągane jest przez układanie soczewek w lekkim skosie (9 46°) biorąc pod uwagę ułożenie pikseli. Zostało to na rysunku. Przerywane linie pokazują jak grupowane są piksele aby mogły stworzyć różne obrazy.

53 Ponieważ LCD jest w punkcie skupienia systemu soczewek, pozycje pikseli w wyświetlaczu łącza, się z danym kątem widzenia. W związku z rym wszystkie punkty wzdłuż linii A są widziane przez jedno z oczu widza w pewnym kącie patrzenia. Linia A odnosi się do pozycji, w której widziane są piksele obrazu trzeciego. Pod każdą soczewką piksele obrazu trzeciego pokazują się w kolejnych wierszach. Linia C pokazuje inną pozycję, w której wyświetlany byłby obraz czwarty. Kiedy oko przenosi się miedzy pozycjami do których odnoszą się linie A i C widoczne jest przejście, ponieważ obraz trzeci wygasa a obraz czwarty równocześnie się pojawia. To spokojne przejście stwarza wrażenie trwałego obiektu zamiast obrazów przeskakujących z jednego do drugiego.