Ploché obrazovky

Ploché obrazovky

prof. Václav Černý

1. Úvod
Dosud nejrozšířenější vakuové obrazovky se postupně nahrazují obrazovkami s polovodičovými součástkami. Klasické vakuové obrazovky větších rozměrů mají nejen velkou hmotnost, ale i velký objem. Lze říci, že tyto obrazovky dosluhují u televizorů i stolních počítačů. Postupně se stále více uplatňují zobrazovací systémy s plochými obrazovkami. Je možné očekávat, že se jejich cena bude snižovat na přijatelnou hodnotu. Kromě jiného bude jejich využívání znamenat i  podstatný pokles spotřeby elektrické energie.

Obr. 1. 1 – zadní stěna, 2 – vertikální vychylovací elektroda, 3 – řídicí elektroda elektronového svazku, 4 – horizontální vychylovací elektroda, 5 – čelní deska, 6 – společný štít, 7 – fosforové pásy, 8 – svazek elektronů, 9 – vláknová elektroda
Obr. 2. 1 – elektroda Y1, 2 – elektroda Y2, 3 – skleněná deska, 4 – elektroda Z, 5 – distanční vložka, 6 – fosforová vrstva, 7 – skleněná deska, 8 – viditelné světlo, 9 – ultrafialová emise
Obr. 4. 1 – světelný zdroj pro bílou předlohu, 2 – světelný zdroj pro černou předlohu, 3 –molekuly LC, 4 – fázové stáčení o 90°, 5 a 7 – vychylovací destičky, 6 – skleněné destičky, 8 – molekuly LC

2. Plochá vakuová matricová obrazovka s lineárními elektrodami
Ploché vakuové matricové obrazovky s lineárními elektrodami jsou založeny na systému BMS (Beam-Matrix-Systém).Tyto obrazovky mají lineární vláknové elektrody, které emitují dílčí svazky elektronů (obr. 1). Čelní stínítko je uspořádáno jako matrice s velkým počtem obrazových prvků. Každá zobrazovací jednotka má horizontální přímo žhavenou vláknovou elektrodu a přidružené řady otvorů. Takto např. šestnáct horizontálních elektrod a 200 otvorů vytvoří 3 200 zobrazovacích jednotek. Každá řada otvorů je vybavena dvojicí vertikálních vychylovacích destiček. Svazky paprsků procházejí soustavou řídicích a horizontálních vychylovacích elektrod. Každý svazek je digitalizován, cyklicky přepínán do šesti stupňů pro tři základní barvy (červenou, zelenou a modrou) a následně vertikálně vychylován do 32 poloh. Tak vznikne na stínítku barevný obraz, který má 630 000 zobrazovacích prvků. Jas obrazu je určen velikostí napájecího napětí. Celý zobrazovací systém se řídí vlastním mikroprocesorem.

Celková tloušťka této obrazovky je 10 cm.

Obr. 5. (sestava trojice základních barev: Č – červená, Z – zelená, M – modrá); 1 – světelný zdroj pro bílou předlohu, 2 – světelný zdroj pro černou předlohu, 3 – molekuly LC, 4 – fázové stáčení o 90°, 5 a 7 – vychylovací destičky, 6 – skleněné destičky, 8 – molekuly LC

3. Plazmové obrazovky
U plazmových obrazovek se obraz vytváří vybuzením fosforové vrstvy, která je vytvořena na vnější straně štítu. K excitaci (předání energie atomovému jádru, které přejde do vyššího energetického stavu – pozn. red.) dochází působením ultrafialového světla, které vzniká v ionizovaném plynu (v plazmě).

Zobrazovací plocha je rozčleněna do jednotlivých komůrek (obr. 2), kterým jsou přidruženy základní barvy červená, zelená a modrá. V komůrkách je směs velmi zředěných vzácných plynů, v níž vzniká působením nárazové ionizace, vyvolané vysokonapěťovým pulsem, krátkodobé ultrafialové záření. Na čelní fosforové vrstvě se tak vytváří viditelný barevný obraz, jehož jas závisí na době ultrafialového záření.

Jas obrazu může být až 300 cd·m^–2, což umožňuje vyrábět tyto obrazovky s úhlopříčkou až 50" (tj.127 cm). Tloušťka obrazovky je pouze asi 10 cm.

Obr. 8. 1 – světelný zdroj, 2 – plazmový kanál, 3 – zředěný plyn s naznačeným výbojem, 4 – anoda, 5 – katoda, 6 – sklo, 7 – polarizátor, 8 – sklo, 9 – barevný filtr (ČZM), 10 – sloupcové elektrody (ČZM), 11– tekuté krystaly, 12 – dielektrikum, 13 – postranní stěny plazmového kanálu, 14 – zředěný plyn, 15 – polarizátor

Základní předností plazmových obrazovek (obr. 3) je vysoký základní, na úhlu nezávislý jas, stejná kvalita obrazu v celé ploše a velká zobrazovací plocha (v současné době ceny těchto obrazovek přesahují 300 000 Kč).

4. Obrazovky LCD
Zobrazovací princip obrazovek LCD (Liquid Crystal Display) je založen na změně propustnosti tekutých krystalů, způsobené elektrickým polem (obr. 4). Tekuté krystaly jsou uloženy mezi dvěma těsně nad sebou upevněnými skleněnými deskami, potaženými polarizovanými filtry. Polarizační roviny těchto dvou filtrů jsou vzájemně posunuty o 90°. Molekuly tekutých krystalů jsou mezi deskami šroubovitě uspořádány a otáčí rovinu procházejícího světla o 90°. Jedná-li se jako zde o polarizované světlo, může toto světlo prostoupit horním polarizačním filtrem a ozářit stínítko obrazovky.

Působením elektrických polí se molekuly tekutých krystalů v průchozím směru srovnají, takže již neotáčejí rovinu kmitů. Světlo pak nemůže prostoupit polarizačním filtrem a příslušné místo na obrazovce zůstane tmavé (tento systém stáčení směru polarizace se označuje TN – Twisted Nematic).

Vlastní obraz na stínítku je vytvořen matricovou sítí miniaturních tenkých tranzistorů TFT (Thin Film Transistor), které se vyrábějí technologií tenkých vrstev. Tranzistory TFT jsou napařeny na baryum-borokřemičitém skle a rozmístěny tak, aby mezi nimi byly oddělovací mezery. Mozaikovitými barevnými filtry ze základních barev lze vytvořit i barevný obraz. Každému bodu obrazovky jsou přidruženy tři tranzistory TFT, každý pro jednu ze základních barev (obr. 5). Každý z nich je přídavným signálem aktivován. Jednotlivý zobrazovací bod lze adresně řídit nebo přepnout do provozu „multiplex“.

Na obr. 6 je obrazovka LCD Philips 17". Technické parametry této obrazovky jsou: úhlopříčka 17" (43,2 cm), diagonální vzdálenost bodu 0,264 mm, max. rozlišení 1 280 × 1 024, napájecí zdroj 100 až 240 V, 50/60 Hz, frekvenční rozsah horizontální 30 až 62 Hz, vertikální 50 až 76 Hz, hmotnost 8 kg (v červnu 2002 byla její cena 34 160 Kč).

Na obr. 7 jsou rozměry plochých obrazovek Philips 15" několika generací.

Tab. 1. Základní parametry některých obrazovek LCD, které jsou u nás na trhu

V tab. 1 jsou základní parametry některých obrazovek LCD, které jsou u nás na trhu.

Obr. 9. 1 – reflektor, 2 – halogenidová výbojka, 3 – optika s ultrafialovým a infračerveným filtrem, 4 – panel LCD, 5 – objektiv, 6 – projekční plocha

5. Plazmatron
Výrobní postup těchto obrazovek je kombinací technologie LCD a technologie plazmatu a je znám pod zkratkou PALC (Plasma Adressed Liquid Cristal – plazmou řízené tekuté krystaly). Tranzistory TFT celého řádku jsou zde nahrazeny jediným plazmovým kanálem (obr. 8). V uzlovém bodu mezi sloupcovou elektrodou a plazmovým kanálem vznikají vazební kapacity, kterými lze tekuté krystaly cíleně řídit. Na sloupcové elektrody se přivádějí trojbarevné (ČZM) videosignály. Po zapálení plazmového kanálu se aktivují všechny vazební kapacity příslušných řádků a tekuté krystaly řízených tranzistorů TFT se rozzáří. Obraz se nevytváří z bodů, ale z řádek. Počet plazmových kanálů odpovídá počtu aktivních řádek.

6. Projektory LCD
Tyto projektory umožňují zobrazit barevný obraz na promítací ploše s úhlopříčkou až několik metrů. Barevný obraz na štítu LCD, rozložený do tří základních barev (ČZM), se promítá reflektorem osazeným halogenidovou výbojkou přes infračervený a ultrafialový filtr na zobrazovací plochu (obr. 9). Základní promítací soustavu lze doplnit dichromatickými zrcadly, která vykazují jinou barevnost ve směru optické osy a jinou ve směru k této ose kolmém (obr. 10).

Obr. 10. 1 – reflektor, 2 – halogenidová výbojka, 3 – optika s ultrafialovým a infračerveným filtrem, 4 – hliníkové zrcadlo, 5 – panel LCD (červený), 6 – panel LCD (zelený), 7 – dichromatické zrcadlo, 8 – objektiv, 9 – dichromatické zrcadlo, 10 – panel LCD (modrý), 11 – hliníkové zrcadlo, 12 – projekční plocha

Tyto projektory mohou být řízeny např. z běžných notebooků. Pro bytové a konferenční místnosti může mít projekční stěna úhlopříčku 0,5 až 3 m a 350 000 zobrazovacích bodů. Projektory určené pro kinosály a velké prostory mohou mít promítací plochu s úhlopříčkou až 5 m a kvalitu obrazu obdobnou jako kinofilm šířky 35 mm.

Kromě těchto jednoduchých projektorů jsou na trhu i složitější systémy pro promítací plochy až 12 × 16 m s jasem až 12 000 cd·m^–2, které se mohou provozovat i za přímého denního světla.