View
3
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
1
STREDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST
Obor SOC: 10. Elektrotechnika, elektronika a telekomunikace
Displej z kapalných krystalů
Liquid crystal display
Autor: Miroslav Tržil
Škola: Česko-anglické gymnázium s.r.o
Kraj: Jihočeský
konzultant Mgr. Marek Vejsada
České Budějovice 2015
2
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem svou práci SOČ vypracoval samostatně a použil jsem pouze
podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v seznamu vloženém v práci SOČ.
Prohlašuji, že tištěná verze a elektronická verze soutěžní práce SOČ jsou shodné.
Nemám závažný důvod proti zpřístupňování této práce v souladu se zákonem
č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a
o změně některých zákonů (autorský zákon) v platném znění.
V Českých Budějovicích dne ………… podpis: ……………………
3
Poděkování.
Děkuji panu Mgr. Markovi Vejsadovi za obětavou pomoc a podnětné připomínky,
které mi během práce poskytoval.
4
Anotace
Cílem této práce je seznámit čtenáře s fungováním displeje z kapalných krystalů. Práce
popisuje, co jsou kapalné krystaly, jak funguje TN, IPS a MVA displej. Pro představu,
jak displej pracuje a vypadá, je částí této práce jeho rozebrání a popsání
Klíčová slova: LCD, displej, tekutý krystal, TN, IPS, MVA
Anotation
The goal of this work is to make the reader familiar with the function of displays made
of liquid crystals. The work describes what liquid crystals are and how TN, IPS and
MVA displays work. For brighter imagination of how they work, part of this work is
consisted of decomposition and description of the display.
Key words: LCD, Liquid crystal, display, TN, IPS, MVA
5
Obsah
Úvod .................................................................................................................................. 6
1 Základní pojmy a principy ........................................................................................ 7
1.1 Součástky ........................................................................................................... 7
1.2 Pojmy ................................................................................................................. 7
2 Displej z tekutých krystalů ....................................................................................... 9
2.1 Technologie použité v LCD displejích ............................................................ 11
2.1.1 Twisted Nematic ....................................................................................... 11
2.1.2 In Plane Switching .................................................................................... 12
2.1.3 Vertical Aligment ..................................................................................... 13
3 Dotykový displej ..................................................................................................... 14
3.1 Rezistivní dotykový displej .............................................................................. 14
3.2 Kapacitní dotykový displej .............................................................................. 14
4 3D displej ................................................................................................................ 15
4.1 Aktivní technologie .......................................................................................... 15
4.2 Pasivní technologie .......................................................................................... 15
4.3 Fresnelovy čočky ............................................................................................. 15
5 Praktická část .......................................................................................................... 16
Závěr ............................................................................................................................... 18
Použité Zdroje ................................................................................................................. 19
6
Úvod
Dnešní svět je doslova přeplněn elektronikou. Můžeme ji nalézt na každém kroku.
Většina elektroniky má displej.
Z tohoto důvodu jsem se rozhodl napsat seminární práci, ve které se pokusím vysvětlit,
jak displeje fungují. Vybral jsem si LCD displeje, protože jsou nejrozšířenější. V první
části práce jsou vysvětleny některé základní pojmy a principy fungování některých
součástek displeje, které je potřeba znát předtím, než začnu vysvětlovat princip práce
samotných monitorů. V praktické části se zaměřím na funkci a složení samotného
displeje.
Nejsložitější částí mé práce bylo vytipování vhodného typu monitoru určeného
k rozebrání a popisu jeho součástí. Důvodem je stále postupující miniaturizace
součástek a kompaktnost nových typů LCD monitorů, které lze jen obtížně rozebrat.
Tématikou konstrukce LCD monitorů se zaobírá pouze malé množství české literatury,
která je navíc velmi technicky zaměřená, a tudíž velmi málo srozumitelná pro studenty
středních škol. K vypracování této práce použiji Bakalářskou práci Davida Matouška,
Technologie displejů a principy jejich činnosti. Jako další literaturu budu používat
především internetové zdroje, protože zde jsou aktuální technologické a marketingové
informace výrobců. Například použiji http://www.pctechguide.com/ips-in-plane-
switching-lcd-monitors, kde je velice pěkně vysvětlen princip fungování LCD
technologie.
7
1 Základní pojmy a principy
1.1 Součástky
Tranzistor - patří mezi základní elektronické součástky. I když o něm nevíme,
je prakticky v každém elektrospotřebiči. Často se používá jako zesilovač, nebo
spínač (u LCD). Jeho schématickou značku si můžete prohlédnout v příloze
číslo 1. Tranzistor si můžeme představit jako vodovodní kohoutek, který řídí
množství proudu, které protéká skrz tranzistor.
Thin Film Transistor (TFT) - Je tenká vrstva tranzistorů, které spínají
jednotlivé pixely u displejů.
LED dioda – polopropustná elektronická součástka. Když jí protéká elektrický
proud tak vytváří světlo, je na ní úbytek 0,6V. To může způsobit problém při
sériovém zapojení.
Trubice CCFL – (Cold Cathode Fluorescent Lamp) je fluorescenční zdroj
světla (výbojka).1 Vypadá podobně jako zářivka (trubice). Má menší životnost
než LED dioda a postupem času ztrácí svítivost
1.2 Pojmy
Mrtvý pixel – S TFT souvisí problém mrtvého pixelu, je to stav kdy se TFT
poškodí. Z tohoto důvodu nelze ovládat celý pixel, takže se jeví buď jako stále
bílý, nebo stále černý.
Elektroda – vodič, zavedený do prostředí, kde se má uskutečnit nějaký děj,
například elektrolýza …
Společná elektroda – je elektroda, která je společná pro všechny pixely.
Viskozita – určuje, jak je látka tekutá, viskózní kapalina je například olej.
Pozorovací úhel – určuje, z jakého úhlu je obraz na displeji čitelný. Pokud se na
monitor díváme z většího úhlu, dochází k deformaci barev a k slábnutí intenzity
světla.
1 http://automatizace.hw.cz/clanek/2007051301; parafrázováno:3.2.2015
8
Doba odezvy – udává čas v milisekundách potřebný k ‚rozsvícení‘ a ‚zhasnutí‘
pixelu. Obecně lze říci čím méně tím lépe.
Kontrast – neboli kontrastní poměr udává poměr mezi nejjasnější bílou a
nejtemnější černou barvou.
Světlo - je příčné elektromagnetické vlnění (kolmé na směr šíření2), které ke
svému šíření nepotřebuje žádné látkové prostředí (šíří se tedy např. i vakuem).3
U světla určujeme tři základní vlastnosti, a to sice svítivost, barvu, polarizaci.
Svítivost - patří do základních jednotek SI. Měří se v kandelách. ‚Jedna kandela
přibližně odpovídá svítivosti svíčky.‘4
Barva - Barvu určuje vlnová délka světla. Pro lidské oko je viditelné spektrum
zhruba od 380 nm do 760 nm5, přičemž menší hodnota je ultrafialové světlo a
vyšší hodnota je infračervené světlo. Ukázky vlnových délek a k nim příslušným
barvám najdete v příloze číslo 2.
Polarizace - Obecné světlo je nepolarizované, to znamená, že vektor intenzity
elektrického pole může kmitat v libovolné kmitové rovině, tj. že může svírat
s kladným směrem osy y libovolný úhel od 0° do 360°.6 Lineárně polarizované
světlo se sestává z vln, které kmitají jen v jednom směru,7 viz příloha č. 3. Na
obrázku vidíme obdélníčky (filtry), kterými probíhá jen jedna ‚vlna‘ která je
orientovaná stejně jako obdélníčkem, vše mimo daný úhel je pohlceno.
Tekuté krystaly - mají mnohá využití, používají se například v kosmetice, nebo
jako vizuální teplotní čidla. Mne však bude zajímat vyžití v zobrazovací
technice. Tekuté krystaly tvoří jakousi mezifázi mezi kapalným a pevným
skupenstvím a má kombinaci jejich vlastností. Tekuté krystaly jsou tekuté jako
kapaliny, mají však optické vlastnosti, jako pevné látky. Molekuly těchto látek
2 http://www.paladix.cz/clanky/10021.html; parafrázováno: 15.11.2014
3 http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/434-svetlo-jako-elektromagneticke-vlneni; parafrázováno:
15.11.2014
4 http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/535-fotometricke-veliciny; citováno: 15.11.2014
5 http://kabinet.fyzika.net/studium/tabulky/barvy-svetla.php; parafrázováno: 15.11.2014
6 http://www.gymhol.cz/projekt/fyzika/10_polar/10_polar.htm; parafrázováno: 15.11.2014
7 http://www.paladix.cz/clanky/10021.html; parafrázováno: 15.11.2014
9
jsou většinou dlouhé a úzké a připomínají svým tvarem zrnka rýže.8 Můžeme je
rozdělit podle toho, jak jsou jednotlivé molekuly uspořádány, jak můžeme vidět
na příloze číslo 4.
Nematické kapalné krystaly - jsou rovnoběžně orientovány (osy všech molekul
jsou rovnoběžné), ale nejsou nikterak uspořádány do vrstev (viz příloha číslo 4
vlevo). Hojně se používají, zejména v displejích.
Semektické tekuté krystaly - jsou uspořádány do vrstev, a zároveň jsou i stejně
orientovány jako nematické krystaly (viz příloha číslo 4 uprostřed). Osa
jednotlivých molekul může být kolmá na jednotlivé vrstvy (ortogonální
semekticka), nebo může být nakloněná (chirální semektika). Náklon závisí na
teplotě a může mít odchylku až 40° od kolmice na vrstvu. Sematické kapalné
displeje mají větší viskozitu než nematické kapalné krystaly.9
Cholesterické kapalné krystaly - jsou uspořádány do vrstev jako semektické
kapalné krystaly a molekuly v jednotlivých vrstvách jsou rovnoběžné.
Semektické krystaly jsou uspořádány rovnoběžně ve všech vrstvách tak, že
molekula z jedné vrstvy je rovnoběžná i s molekulami v jiných vrstvách, ale v
cholesterickém uspořádání nemusí být molekula z jedné vrstvy rovnoběžná
s molekulou ve vrstvě jiné. Toto je znázorněno v příloze číslo 4 vpravo.
Zajímavé je, že cholestericky uspořádané krystaly mění vlnovou délku světla
(barvu světla) v závislosti na teplotě. 10
2 Displej z tekutých krystalů
Displeje z tekutých krystalů dnes patří mezi nejpoužívanější. Bývají označovány
anglickou zkratkou LCD (Liquid Crystal Display)
8 http://fyzmatik.pise.cz/426-jak-vznikly-tekute-krystaly.html; parafrázováno: 15.11.2014
9 RNDr. Lubor Lejček DrSc, Kapalné Krystaly, Fyzikální ústav Akademie věd ČR; str.: 2
10 http://emf-9.fzu.cz/lidi/glogarova/kapkrystaly/Kap-krystHTML2.htm; parafrázováno: 17.11.2014
10
První LCD byl vyroben roku 1968 Georgem Heilmaierem a Richardem Williamsem.
Roku 1973 se začala poprvé prodávat kalkulačka, která měla displej z tekutých krystalů.
Trvalo ještě přibližně deset let, než našel uplatnění pro počítače.11
Způsob a technologie ovládání tekutých krystalů v displeji je stejný u černobílých i
barevných displejů. Barevný displej je oproti černobílému pouze komplikovanější,
neboť každý pixel je rozdělen minimálně do 3 sub pixelů. Každý sub pixel připomíná
samostatný pixel a má všechny součásti, které má pixel u černobílých displejů, s tím
rozdílem, že před každým sub pixelem je barevný filtr tak, aby každý pixel
obsahoval RGB barvy (Red – červená, Green-zelená, Blue-modrá).
Tekuté krystaly nejsou jen ‚zapnuté‘ nebo ‚vypnuté‘, existuje několik stavů mezi nimi,
které propouští určité množství světla. Tyto stavy se dosahují změnami napětí na
elektrodách. Díky tomuto faktu pak můžeme regulovat, kolik světla projde skrz. Potom
již záleží jen na poměru barev RGB, jak se bude pixel v lidském oku jevit, například
pokud se na displeji zobrazuje bílá barva, všechny sub pixely propouštějí světlo. Podle
počtu stavů, které můžeme dosáhnout, určujeme barevnou hloubku displeje. Ta může
být zadávána buď jako počet bitů, který je potřeba pro zápis (24bitová hloubka) nebo
jako počet barev, kterého lze dosáhnout (16,4 mil barev).12
Existují i jiné rozložení barevných filtrů než RGB, rád bych zde uvedl PenTile a
RGBW. PenTile technologie, často také označována jako RGBG, je používána zejména
na levných, malých displejích. Princip je ten, že zelený sub pixel je přibližně poloviční,
a v displeji je dvakrát častěji než modrý nebo červený. To znamená, že se vždy střídá
zelený, červený, zelený a modrý filtr. RGBW je zdokonalené RGB. Písmeno W
znamená bílá (white). Bílý sub pixel zvyšuje jas, takže RGBW najdeme
nejpravděpodobněji na televizních obrazovkách.13
11 http://www.tvfreak.cz/tajemstvi-tekutych-krystalu/3181; parafrázováno: 7. 12. 2014
12 http://www.grafika.cz/rubriky/stolni-tiskarny/zakladni-nazvoslovi-barevna-hloubka-130264cz;
parafrázováno: 11. 2. 2015
13 http://www.svethardware.cz/technologie-lcd-panelu/14465-2; parafrázováno:11. 2. 2015
11
2.1 Technologie použité v LCD displejích
2.1.1 Twisted Nematic
Snad nejrozšířenější jsou Twisted Nematic (TN) displeje. Důvod je ten, že TN jsou
nejlevnější a mají relativně krátký čas odezvy. Na druhou stranu mají menší kvalitu
barev a špatný kontrast. Používají se hlavně v levnějších noteboocích a pro hraní her.
Displej se skládá z jednotlivých vrstev. Nejblíže uživateli je tenká vrstva skla, která
chrání celou technologii před poškozením. Na skle je připevněn polarizační filtr. Za
touto vrstvou je společná elektroda, která je tak tenká, že není vidět. Nejčastěji se vyrábí
chemickou reakcí, například 2𝐼𝑛𝐶𝐿3 + 𝐻2𝑂 → 𝑰𝒏𝟐𝑶𝟑 + 6𝐻𝐶𝑙.14 V další vrstvě jsou
samotné nematické nebo cholesterické tekuté krystaly, které jsou rovnoměrně
rozvrstvené mezi dvěma skly, které na sobě mají drobné drážky. Drážky na jednom skle
jsou kolmé ke drážkám na skle druhém. Další vrstva je tvořená elektrodami, přičemž
každý pixel má svou vlastní elektrodu. Elektrody tvoří matici, která může být buď
aktivní, nebo pasivní. V případě aktivní matice mají elektrony tvar zobrazovaného
předmětu, tvoří například sedmi segmentový displej, který zobrazuje číslice (viz přílohy
číslo 6. a 7). Matice pasivní je tvořena mřížkou elektrod tak, že vznikají jednotlivé
pixely (viz příloha číslo 8). Pasivní matice jsou tedy univerzálnější, ale je zde problém
s množstvím vodičů, které jsou potřeba k sepnutí jednotlivých pixelů. Tento problém
bývá řešen thin film tranzistory (TFT), které slouží jako jakési spínače. Za elektrodami
se nalézá polarizační filtr, který je orientován tak, aby osy polarizace obou filtrů byli
navzájem kolmé. Poslední vrstva je tvořená plochou, která odráží světlo. U složitějších
displejů je místo ní zdroj světla. Může být tvořen buď LED diodami, nebo CCFL
trubicemi. Ty mohou být umístěny po stranách displeje, nebo mohou být umístěny po
ploše monitoru. Mezi zdrojem světla a samotným LCD panelem jsou umístěny folie,
které mají za úkol světlo rozptýlit.
Popisování funkce začnu z druhé strany. Světlo vytvořené LED diodami, nebo CCFL
trubicemi nejdříve prochází polarizačním filtrem, kde je polarizováno. Polarizované
světlo prochází elektrodou a dopadá na tekuté krystaly, které tvoří jakousi spirálu (viz
14 2. doc. Ing. Martin Libra, CSc;Naprašování tenkých vrstev ITO – tenké vrstvy pro elektrotechniku,
in ELEKTRO, roč. 4/2003, dostupné z http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=25484
12
příloha číslo 8) mezi drážkami na obou stranách skla. Tato spirála pootočí polarizované
světlo o 90° tak, že projde druhým polarizačním filtrem. Pokud je na elektrodách napětí,
spirála z krystalů se rozpadne a světlo neprochází dále. Pokud vznikne mrtvý pixel, tak
bude stále svítit bíle, což může být velmi nepříjemné. Bohužel, ani rozptýlené krystaly
nedokáží zcela zabránit světlu v průniku, a proto se nám zdá, že displej na nás svítí, i
když displej zobrazuje černou barvu. Tato vlastnost zároveň zaviňuje nižší kontrast.
2.1.2 In Plane Switching
Technologie In Plane Switching (IPS) byla vyvinuta japonskou firmou Hitachi15
. Měla
konkurovat TN technologii hlavně v oblasti pozorovacích úhlů a kvality barev.
V minulosti měly tyto displeje výrazně delší dobu odezvy a byly dražší. Postupem času
se tyto rozdíly významně zmenšily, čímž vznikl e-IPS16
(economi In Plane Switching),
který se hodně blíží TN displejům. V příštích několika letech pravděpodobně zcela
nahradí TN displeje. Již dnes je můžeme nalézt v dražších mobilních telefonech a
noteboocích.
Princip je podobný jako u TN displejů. Úplně na začátku je světlo, které je rovnoměrně
rozloženo po celé ploše obrazovky. Následuje polarizační filtr a vrstva, ve které jsou
umístěny tekuté krystaly a elektrody. Zde je hlavní rozdíl mezi IPS a TN. Funguje to
tak, že v každém pixelu jsou dvě elektrody, jedna nahoře a druhá dole (ve stejné vrstvě),
mezi nimi jsou tekuté krystaly. Nevýhodou je, že ke každé elektrodě je použit jeden
tranzistor, což znamená dvojnásobný počet oproti TN, a zároveň je nutné větší
podsvícení.17
V klidovém stavu (na elektrodách není napětí) světlo neproniká, protože
mu v cestě stojí tekutý krystal. Pokud je na elektrodách přivedené napětí, tak se pootočí
o 90°, tak že umožní světlu projít. Výhoda této technologie je, že mrtvý pixel zůstane
černý, tudíž není tolik vidět.
15 http://pctuning.tyden.cz/component/content/4509?task=view; parafrázováno: 3.2.2015
16 http://www.cnews.cz/clanky/konec-mizernym-displejum-v-noteboocich-budoucnost-je-ips-full-hd;
parafrázováno: 3.2.2015
17 http://www.pctechguide.com/flat-panel-displays/ips-in-plane-switching-lcd-
monitors&usg=ALkJrhiqGNs9Lv7Wi3Z_eHDrUwYGFx7mHQ; parafrázováno:3.2.2015
13
Jednotlivé krystaly nejsou upevněny ke sklu, jako tomu bylo u TN technologie (byly
v drážkách), nýbrž jsou volně, takže se dají lépe nastavit, a tím pádem ovlivnit, kolik
světla projde skrz.
Další rozdíl je v polarizačním filtru, neboť oba jsou umístěny tak, že propouštějí stejnou
rovinu vlnové délky světla. (viz příloha č. 9)
2.1.3 Vertical Aligment
Přibližně ve stejnou dobu jako IPS vzniká i Vertical Aligment (VA). Tato technologie
měla mít hlavně malý čas odezvy a velký kontrast. Existuje mnoho různých verzí této
technologie, ale samotná technologie VA se nepoužívá, jak je popsáno níže.
Celá technologie je podobná jako u IPS, ale jak již název napovídá, molekula je
umístěna vertikálně a otáčí se jen o 45°. Problém této technologie spočívá v malém
pozorovacím úhlu (viz příloha číslo 11, vlevo), a proto se tato technologie samotná
nepoužívá.
Společnost Fujicu vyřešila tento problém tím, že krystaly umístila do různých vrstev
tak, že pro různé pozorovací úhly ‚svítí‘ jitá část tekutých krystalů (viz příloha číslo 10).
Tuto technologii nazvaly Multi-domain Vertical Alignment (MVA). 18
Ještě o něco dokonalejší je technologie S-PAV, která je rozdělena do dvou zón. Každá
zóna má 4 domény19
. Výhoda je hlavně u barevných displejů, kde se jednodušeji a
hlavně přesněji reguluje jas. Pokud má pixel svítit na 50 %, potom je jedna část vypnutá
a druhá zapnutá.
18 Zdroj:http://www.pctechguide.com/flat-panel-displays/mva-multi-domain-vertical-alignment-in-lcd-
monitors&usg=ALkJrhjn2oIDanJOfqjIOebKW-TjKywfNg; parafrázováno: 10. 2. 2015
19 Zdroj: http://www.svethardware.cz/technologie-lcd-panelu/14465-2; parafrázováno: 10.2.2015
14
3 Dotykový displej
První dotykový displej, se kterým se uživatel mohl setkat na trhu, se objevil již v roce
1993 a jmenoval se Simon PDA cell phone.20
Jednalo se o přístroj s černobílým
dotykovým displejem. Největším průkopníkem můžeme nazvat společnost Nokii se
svým mobilem Nokia 511021
.
Dnes se pro výrobu dotykových přístrojů používají dva typy displejů: rezistivní
(odporové) a kapacitní.
3.1 Rezistivní dotykový displej
Základem jeho stavby jsou dvě elektrody, které mají mezi sebou vzduchovou kapsu a
izolační podpěry. Funguje na principu stlačení elektrod k sobě, přičemž tuto akci
můžeme vyvolat čímkoliv, nejen prstem. Obrovská nevýhoda nastává ve fázi podsvícení
displeje, protože elektrody tvoří relativně velkou překážku, což má za následek vyšší
spotřebu energie. Do nedávna tato technologie na trhu vedla, dnes je zastoupil kapacitní
dotykový displej.22
3.2 Kapacitní dotykový displej
Původně nemožný úkol, vyrobit displej, který by rozpoznal více dotyků (multitouch),
dal vzniknout kapacitnímu dotykovému displeji. Jeho výhoda spočívá především
v možnosti používání gest, například pro přibližování a oddalování obrazu. Princip
fungování je založen na vodivosti lidského těla. Dotyk prstu způsobí změnu elektrické
kapacity. Ta je měřena. Další výhodou je že tato technologie propouští více světla.
20 https://siliconcowboy.wordpress.com/2012/11/23/first-smartphone-shown-at-comdex-20-years-ago-
today/; parafrázováno: 11. 2. 2015
21 http://www.mobilmania.cz/clanky/cernobile-displeje-skutecne-jen-nostalgie/sc-3-a-
1110638/default.aspx; parafrázováno: 11.2.2015
22 http://www.mff.cuni.cz/verejnost/zpravicky/06_displej.htm; parafrázováno: 11. 2. 2015
15
4 3D displej
V poslední době se 3D displeje stali velmi populárními. 3D vidění okolního světa je
způsobeno tím, že naše oči jsou umístěny od sebe ve vzdálenosti přibližně deset
centimetrů. Proto každé oko vidí trochu jiný obraz, a ten je v mozku skládán
dohromady. Konstruktéři se tedy potýkali s problémem jak zařídit aby každé oko vidělo
jiný obraz. Tento problém lze vyřešit třemi metodami.
4.1 Aktivní technologie
Jako aktivní je tato technologie pojmenovaná, protože k jejímu použití jsou nutné
speciální brýle, které obsahují elektroniku, která zakrývá vždy jedno oko.23
Brýle jsou
synchronizovány s monitorem většinou pomocí infračerveného paprsku (používá se i
v dálkových ovladačích).
Tato technologie má stále spoustu nedostatků. Mezi nejzásadnější patří to, že může
vyvolat epileptickou reakci.24
Rovněž musí displej zvládnout promítnout dvojnásobný
počet obrázků.
4.2 Pasivní technologie
I k sledování obrazu na displeji, který má pasivní technologii, jsou potřeba brýle. Tyto
brýle však neobsahují žádnou elektroniku. Obsahují pouze polarizační filtr, pro každé
oko jiný. Osy polarizace filtrů jsou na sebe kolmé.25
Na monitoru se také střídá
kombinace těchto dvou polarizačních filtrů, takže 3D obraz vzniká na úkor rozlišení.
4.3 Fresnelovy čočky
Výhodou této technologie je, že není potřeba žádných brýlí. 3D obraz je tvořen tak, že
vedle sebe jsou umístěny pixely s jiným pozorovacím úhlem tak aby vždy z jedné strany
23 http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/1537-aktivni-technologie; parafrázováno: 8.2.2015
24 http://technet.idnes.cz/sledovani-3d-obrazu-v-televizi-i-v-kine-neni-bez-rizika-pfn-
/tec_video.aspx?c=A101211_1497470_tec_video_vse; parafrázováno: 8.2.2015
25 http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/1538-pasivni-technologie; parafrázováno: 8.2.2015
16
byl vidět obraz pro jedno a z druhé strany pro druhé oko26
. Tato technologie má velkou
nevýhodu, nevzniká tak dokonalý 3D obraz jako u předchozích dvou, navíc je nutné se
na monitor dívat z jednoho místa. I zde je 3D obraz vyvážen menším rozlišením.
5 Praktická část
Rád bych se pokusil demonstrovat, jak to vlastně uvnitř displeje vypadá. K dispozici
jsem měl 15.6 palcový displej od společnosti Chimei Innolux Corporation, konkrétně
model N156B6-L0A. Jedná se o tenký displej (5mm) určený pro notebooky. Na
internetu se dá pořídit přibližně za 56 USD.27
Na příloze číslo 12 je displej vyfocen zezadu, zelená ploška (viz příloha číslo 13) je
tištěný spoj, na kterém je řadič, díky němuž jde do displeje malé množství vodičů,
kterými jsou ovládány všechny pixely. Z tohoto tištěného spoje jdou hnědé, tenké
vodiče k TFT.
Rozložení displeje bylo až překvapivě jednoduché, stačilo odloupnout nálepky, a pak
jen odstranit tenký kovový rámeček. Celý displej se krásně rozložil. Zadní stranu tvořil
plastový obdélník, silný asi jako obyčejný papír. Jeho funkce byly dvě; jednak jako
obal, a potom jako odrazná vrstva. Další vrstva byla tvořena plexisklem, které mělo za
úkol rozvádět světlo rovnoměrně po celé ploše. Potom následovaly čtyři folie, které
rozptylovaly světlo. Všechny tyto vrstvy jsou vidět v příloze číslo 14.
Velice mne překvapilo, že zdroj světla tvořil jeden jediný pás skládající se z 54 LED
diod (viz příloha číslo 15), protože podsvícení se jevilo docela rovnoměrné. Zdroj světla
byl nalepen na horní hraně monitoru v plechovém výlisku. Samotný výlisek byl
připevněn k rámečku pomocí dvou šroubků (jediné dva šroubky v celém displeji).
Na konec zbývá sama vrstva s tekutými krystaly. V příloze číslo 16 je vidět, jak displej
propouští světlo v klidovém stavu. Na zadní straně tohoto panelu se nacházel
polarizační filtr, který téměř nešel oddělit od skla. Na druhé straně skla byly jednotlivé
26 http://cs.gali-3d.com/autostereoskopie-3d/; parafrázováno: 8.2.2015
27 http://www.ebay.com/itm/N156B6-L0A-Rev-C2-Rev-C1-New-15-6-WXGA-HD-LED-LCD-Screen-
MATTE-AntiGlare-/360494967809; parafrázováno:10.2.2015
17
elektrony pro každý krystal, a TFT. Bohužel nebyly patrné okem, ale daly se nahmatat.
Dále tam byla vrstva tekutých krystalů, která byla sevřena druhým podobným sklem.
Na příloze číslo 17 je vidět, jak se během oddělování skel rušily spirály tvořené
tekutými krystaly. Bílá, šikmá čára je odloupnutý polarizační filtr. Na druhém skle byl
zevnitř filtr RGB (viz příloha číslo 18) a polarizační filtr. Společnou elektrodu jsem
nenašel, protože je průhledná.
18
Závěr
Na závěr své seminární práce bych rád uvedl krátké srovnání dnes používaných
displejů. Nejprve se budu věnovat LCD displejům. Snad nejlevnější variantou je TN
displej. Jeho hlavní výhoda je krátká doba odezvy, proto je vhodný pro hráče
počítačových her. Na druhou stranu mrtvý pixel permanentně svítí a kvalita barev je
velmi nízká. Další možností může být MVA displej, který je dobrý například pro práci
s fotkami, protože velmi dobře zobrazuje barvy. Mrtvý pixel je černý. Jeho velkou
nevýhodou jsou pozorovací úhly. Podle mého názoru nejlepší technologií je IPS, ta má
dobré pozorovací úhly, velkou bitovou hloubku barev a relativně malý čas odezvy.
Plazmové displeje se používají především jako televizní obrazovky. Na rozdíl od
předchozích technologií nemají žádné podsvícení. Mezi jejich výhody patří vyšší
kontrast barev, perfektní podání černé barvy a krátký čas odezvy. Mezi největší
nevýhody se počítá to, že jednotlivé pixely nejdou vyrobit malé, proto nelze vyrobit
malý plazmový displej s velkým rozlišením. Zároveň plazmový displej spotřebovává
více energie.
Velkou konkurencí LCD monitorů je elektronický inkoust. Používá se v čtečkách
elektronických knih a jeho výhodou je hlavně malá spotřeba energie. Spotřebovává ji
pouze když se mění obraz. Další výhodou je velký pozorovací úhel. Ovšem oproti LCD
má velmi velký čas odezvy.
Myslím, že za zmínku ještě stojí CRT technologie. Tato technologie se již pomalu stává
minulostí. Jejich velká nevýhoda spočívá ve velikosti a váze. Mimo to vyzařuje
elektromagnetické záření. Naopak výhodou je malý čas odezvy, velké pozorovací úhly,
vyšší kontrast barev a podání černé barvy.
Displeje mají podle mého názoru velkou budoucnost. Bude se zvětšovat množství
barev, které se dají na displeji zobrazit, a bude se zkracovat čas odezvy.
19
Použité Zdroje
1. Kapalné Krystaly, RNDr. Lubor Lejček, DrSc, Fyzikální ústav Akademie věd
ČR
2. doc. Ing. Martin Libra, CSc;Naprašování tenkých vrstev ITO – tenké vrstvy pro
elektrotechniku, in ELEKTRO, roč. 4/2003, dostupné z
http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=25484
3. David Matoušek, Práce s inteligentními displeji LCD. 1. vyd. Praha: BEN –
technická literatura, 2006, CD-ROM. ISBN 80-7300-121-7.
4. http://www.paladix.cz/
5. http://automatizace.hw.cz
6. http://fyzika.jreichl.com
7. http://kabinet.fyzika.net
8. http://www.gymhol.cz
9. http://www.paladix.cz
10. http://fyzmatik.pise.cz
11. http://emf-9.fzu.cz
12. http://pctuning.tyden.cz
13. https://siliconcowboy.wordpress.com
14. http://www.cnews.cz/
15. http://www.mobilmania.cz/
16. http://www.mff.cuni.cz
17. http://www.pctechguide.com
18. http://www.svethardware.cz
19. http://www.tvfreak.cz
20. http://vtm.e15.cz
21. http://www.ebay.com
22. http://www.pctechguide.com
23. http://www.cez.cz
24. http://technet.idnes.cz
25. http://cs.gali-3d.com
Přílohy str. 1
Přílohy
Seznam příloh
PŘÍLOHA Č.1 SCHEMATICKÁ ZNAČKA TRANZISTORU 2
PŘÍLOHA Č.2 VLNOVÉ DÉLKY ELEKTROMAGNETICKÉHO VLNĚNÍ 2
PŘÍLOHA Č.3 POLARIZAČNÍ FILTR 2
PŘÍLOHA Č.4 TYPŮ KRYSTALŮ 3
PŘÍLOHA Č.5 AKTIVNÍ MATICE DISPLEJE 3
PŘÍLOHA Č.6 SEDMISEGMENTOVÝ DISPLEJ 3
PŘÍLOHA Č.7 AKTIVNÍ MATICE 4
PŘÍLOHA Č.8 TWISTED NEMATIC 4
PŘÍLOHA Č.9 PRINCIP TN A IPS 4
PŘÍLOHA Č.10 POZOROVACÍ ÚHLY VA 5
PŘÍLOHA Č.11 DISPLEJ ZEPŘEDU 6
PŘÍLOHA Č.12 DISPLEJ ZEZADU 6
PŘÍLOHA Č.13 TIŠTĚNÝ SPOJ 6
PŘÍLOHA Č.14 ROZPTYLOVACÍ FOLIE 7
PŘÍLOHA Č.15 LED PODSVÍCENÍ 7
PŘÍLOHA Č.16 TN PANEL 7
PŘÍLOHA Č.17 TEKUTÉ KRYSTALY 8
PŘÍLOHA Č.18 RGB FILTR 8
Přílohy str. 2
Příloha č.1 Schematická značka tranzistoru
Zdroj:
http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/skripta/kurz_fyziky_pro_DS/display.php/elektronik
a
Příloha č.2 Vlnové délky elektromagnetického vlnění
Zdroj : http://www.mega-blog.cz/files/2012/03/spectrum-700x235.jpg
Příloha č.3 Polarizační filtr
zdroj http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry
Přílohy str. 3
Příloha č.4 Typů krystalů
Zdroj: http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemist
Příloha č.5 Aktivní matice displeje
Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/98/MA-
2.JPG/220px-MA-2.JPG
Příloha č.6 Sedmisegmentový displej
zdroj:http://fyzika.jreichl.com/data/doplnky/digitalni_technika_soubory/image2
78.jpg
Přílohy str. 4
Příloha č.7 Aktivní matice
Zdroj: http://img-europe.electrocomponents.com/largeimages/R8143001-01.jpg
Příloha č.8 Twisted nematic
Zdroj: http://www.stahuj.centrum.cz/direct/iR/magazin/9750/lcd--
c460xc319.png
Příloha č.9 Princip TN a IPS
Zdroj: http://www.pctechguide.com/flat-panel-displays/ips-in-plane-switching-
lcd-monitors&usg=ALkJrhiqGNs9Lv7Wi3Z_eHDrUwYGFx7mHQ
Přílohy str. 5
Příloha č.10 Pozorovací úhly VA
Zdroj: http://cdn.pctechguide.com/wp-content/uploads/2011/09/43mva.gif, cit.:
10.2.2015
Přílohy str. 6
Příloha č.11 Displej zepředu
Příloha č.12 Displej zezadu
Příloha č.13 Tištěný spoj
Přílohy str. 7
Příloha č.14 Rozptylovací folie
Příloha č.15 LED podsvícení
Příloha č.16 TN panel
Přílohy str. 8
Příloha č.17 Tekuté krystaly
Příloha č.18 RGB filtr
(Fotografováno přes hodinářskou lupu s 12 násobným přiblížením)
Recommended