Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Monitory LCD OB21-OP-EL-KONP-JANC-M-3-017

3. Princip LCD displeje • LCD displeje (LiquidCrystal Display)fungují na báze tekutých krystalů. Princip tekutých krystalů objevil rakouský botanik FrederichRheinizer v roku 1888. • V počátcích bylo použití nejjednoduchších krystalů v displejích kalkulaček a podobných přístrojích, kterých buňky byli velké a existovali prakticky dva stavy – zapnuté, vypnuté. • Za poslední roky intenzivního výzkumu a vývoje se tekuté krystaly zdokonalili natolik, že LCD (LiquidCrystal Display) technologii je možné aplikovat na moderní monitory, u kterých se počítá se zobrazováním miliónů barev a velikostí bodů jenom pár desítek milimetru.

4. Přehled vlastností LCD panelů • Vyzařování - Jedním z důležitých argumentů použití LCD displejů místo klasických monitorů je zdravotní hledisko. Na rozdíl od CRT monitorů při monitorech LCD je elektromagnetické vlnění úplně minimální. Úspora očí uživatele se projeví okamžitě. • Ostrost - Díky přesnému uspořádání jednotlivých pixelů přinášejí LCD monitory obraz s dokonalou geometrií, jaké u CRT nemůžete dosáhnout. • Jas - Podsvícení displeje je díky katodám velmi jasné a u kvalitnějších monitorů i dokonale rovnoměrné. V porovnaní s CRT monitory může být LCD až dvakrát jasnější.

5. Přehled vlastností LCD panelů • Propojení s PC - S rozlišením a obnovovací frekvencí souvisí i požadavek na přepojení s grafickou kartou. Levnější modely poskytují propojení analogovým způsobem prostřednictvím konektoru VGA 15D-SUB, co je dostačující jestli rozlišení LCD panelu nepřekročí 1024x768 pixelů. • V případe analogového připojení je vhodné výsledné zobrazování před nákupem odzkoušet přímo s vaší starou grafickou kartou. Při nových grafických kartách by jste na nedostatky narazit neměli. • Jestli jste se rozhodli pro LCD panel s vyšším rozlišením zaměřte se na připojení digitální prostřednictvím rozhraní DVI-I (DVI-D).

6. Přehled vlastností LCD panelů • DVI – Digital Video Interface. DVI pracuje s digitálními daty v počítači i v monitoru, proto nedochází ke ztrátám. DVI, ale musí být podporované grafickou kartou. • I když se při zběžném pohledu na zobrazení analogovým připojením zdá být všechno v pořádku, tak při bližším pohledu je vidět, že obraz je rozmazaný a obsahuje jakoby duchy. • Nejnovějším způsobem připojení LCD monitorů, který se používá je přes rozhraní HDMI. To však stále není tolik rozšířené jako předchozí dva typy.

7. Přehled vlastností LCD panelů • Spotřeba - LCD panel má zhruba třetinovou spotřebu elektřiny v porovnání s běžným monitorem. Moderní 24“ LCD monitor má spotřebu kolem 45W. • Životnost - Při LCD displejích se uvádí podstatně delší životnost než při monitorech CRT. Udávaná vydrž je kolem 10 let běžného denního provozu narozdíl od CRT monitorů u kterých se uvádí životnost kolem 3 až 4 let.(i když až prax ukáže, co je na tom pravdy). • Pravoúhlost - Obraz LCD monitoru je dokonale pravoúhlý. Ani v náznaku netrpí různými deformacemi typu soudkovité skreslení. Jsou oblasti – například kreslení technických výkresů – kde je tato vlastnost zobrazení velmi důležitým plusem.

8. Přehled vlastností LCD panelů • Doba odezvy (LATENCE) - Tekuté krystaly na počátku nebyly dost rychlé, aby dokázali to, co CRT monitory. Než se krystaly přeorientují ze stavu, kdy propouštějí všechno světlo do stavu "zavřeného", musí přejít molekulární změnou, která trvá určitý čas. • Tuto nazýváme dobou odezvy a udává dobu přechodu pixelu z černé na bílou. Všimněte si to například při rychlém tahání okna po obrazovce. • Nejnovější LCD monitory mají dobu odezvy 2ms.

9. Přehled vlastností LCD panelů • Barvy – I když je u všech LCD avizovaná podpora 32-bitových barev, nikdy takové hloubky nedosáhnou. Tekuté krystaly proste nejsou schopné realisticky reprodukovat všech 16,7 miliónů barev a tým jim chybí sytost. • Kontrast – Kontrast je jedním z faktorů určujících kvalitu monitoru. V případe, že jsou všechny tři barevné složky zhasnuté, měla by být zobrazená černá, jenomže s ohledem na jas podsvicujících katod a na fyzikální vlastnosti tekutých krystalů tomu tak vždy není. • Cena – Cena byla na začátku velmi vysoká a LCD si nemohl dovolit každý. Postupně však ceny LCD monitorů prudko klesaly a teď už jsou dostupné pro všechny.

10. Přehled vlastností LCD panelů • Úhel pohledu - Vlastnost, kterou si všimnete téměř okamžitě po zapnutí monitoru je, že na LCD monitor se nemůžete dívat příliš zboku nebo seshora. Má obmezený úhel, z jakého obraz vůbec vidět. • I když výrobci uvádějí běžně kolem 150 stupňů a víc, ve skutečnosti je mnohem užší. Ve skutečnosti zbadáte mírné změny v tmavosti obrazu při každém pohybu – například si sednete hlouběji do křesla a celý obraz mírně ztemní. • Tento fakt je hlavním důvodem, pro který se LCD panely nehodí na práce s grafikou, kde hlavní roli hraje barva a správní podání světla a tmy. Když totiž jen trochu pohnete hlavou – již je obraz trochu jiný. Trochu tmavší nebo světlejší, s trochu jiným kontrastem.

11. Přehled vlastností LCD panelů • Úhlopříčka - Udávaná úhlopříčka u LCD panelů je mnohem blíže skutečné velikosti než u katodových monitorů. Proto můžeme 15-palcové LCD srovnávat přibližně s 17" CRT monitorem. • V současnosti jsou na trhu k dispozici LCD monitory s úhlopříčkou od 19“ až po 26“ s poměrem stran 16:9 a také 16:10. • LCD monitory s tradičním poměrem stran 4:3 jsou na ústupu nicméně stále se prodávají. Někde, například jako monitor k registrační pokladně, je totiž tento poměr stran vhodnější.

12. Přehled vlastností LCD panelů • Vadné pixely -Jedním z obrovských problémů LCD panelů jsou vadné pixely v obraze a je běžné, že u levných monitorů může být takovýchto bodů na obrazovce dokonce i několik. • Při koupi je dobré se zeptat taky na podmínky reklamace – od kolik vadných pixelů se dá monitor reklamovat. Záleží to od výrobce nebo dodavatele. • Vadné pixely je možné lehko odhalit pomocí úplně černé a úplně bílé tapety v nativním rozlišení monitoru.

13. Přehled vlastností LCD panelů • Rozlišení - LCD panel zobrazuje obraz jedna k jedné. To znamená, že jestli má LCD displej nativní rozlišení 1024 × 768, můžete na něm zobrazovat s plnou ostrostí a kvalitou jen toto jediné rozlišení. • Menší a větší rozlišení zvládne jen jejich umělým „roztáhnutím“ a při tom dochází k velikému skreslení (k redukci tohoto jevu se používají různé interpolační techniky). • Dnes se běžně používá rozlišení u 22“ monitorů 1680x1050 nebo u 24“ monitorů 1920x1080 případně 1920x1200.

14. Přehled vlastností LCD panelů • Gamut- Ve své podstatě jde o to, jak velký výřez z barevného prostoru je schopen monitor zobrazit. • Obecně existuje opravdu široké spektrum barev, avšak jen zlomek z tohoto prostoru je schopen člověk vnímat očima. • Proto se zavedl CIE 1931 barevný prostor, který se skládá ze tří základních barevných složek (červená, zelená a modrá). Lidské oko zkrátka reaguje pouze na tyto tři základní barvy a s tím si vystačí. • CIE 1931 tedy představuje barevný prostor, který je schopen člověk vnímat.

15. Gamut - Ve své podstatě jde o to, jak velký výřez z barevného prostoru je schopen monitor zobrazit. Obecně existuje opravdu široké spektrum barev, avšak jen zlomek z tohoto prostoru je schopen člověk vnímat očima CIE 1931 barevný prostor

16. Přehled vlastností LCD panelů • V horní části diagramu je zobrazena zelená barva. Pokud si porovnáme plochu, kde se nachází zelená barva a kde zbývající dvě složky, tak zjistíme, že zelená plocha je o poznání větší. • Lidské oko totiž reaguje na zelenou barvu daleko citlivěji než na jakoukoli jinou barvu. No a co teď s tímto barevným prostorem udělá monitor? Jednoduše řečeno ořízne, zmenší, znehodnotí, výrazů je spousta. • Samozřejmě záleží na tom, jak hodně se tento barevný prostor ořízne. V dnešní době se s oblibou používá režim sRGB, který vypadá nějak takto:

18. Přehled vlastností LCD panelů • Proto se zavedl CIE 1931 barevný prostor, který se skládá ze tří základních barevných složek (červená, zelená a modrá). Lidské oko zkrátka reaguje pouze na tyto tři základní barvy a s tím si vystačí. • CIE 1931 tedy představuje barevný prostor, který je schopen člověk vnímat. • Podsvícení- Bez dobrého světelného zdroje by LCD panely nikdy nebyly to, cojsou. K podsvícenísepoužívají tenké trubice (CCFL tubes), u kterých je kladenvelkýdůraz na rovnoměrnostsvětla a jeho barvu (měla by býtbílá - 6000 K)).

19. Přehled vlastností LCD panelů • Levné panely používají systém jen dvou trubic, což má za následek nerovnoměrné podsvícení. • U profesionálních LCD monitorů se můžeme setkat až s 14 trubicemi na obrazovku (např. panely EIZO), takovéto řešení má za následek velmi rovnoměrné podsvícení a také větší životnost monitoru, protože každá trubice je vystavena menší zátěži, než když jsou použity jen trubice dvě. • Střední třída monitorů využívá čtyř trubic, což se zdá jako velmi dobré v poměru cena/kvalita.

20. Přehled vlastností LCD panelů • Obvyklá životnosttrubic je 50 000 hodin (tato hodnota vyjadřuje dobu, za kteroudosáhne trubice poloviční svítivosti), ale například EIZO udává u svýchnejlepšíchpanelů 30 000 hodin na dobu, než začne trubice stárnout (ne tedy dobu, kdydosáhne trubice poloviční svítivosti). • V poslední doběseovšemobjevuje i podsvícení pomocí LED (svítícídioda), toto řešenípřináší úsporu energie a také většíživotnost celého panelu.

21. Přehled vlastností LCD panelů • LED podsvícení má spoustu výhod. Mezi ty největší patří již zmiňovaná větší životnost a úspora energie. Jsou tu však ještě dva neméně důležité aspekty. • Prvním je širší gamut a to hlavně z důvodu jiné teplotě barvy podsvětlení. Gamut překračuje 110 % NTSC barevného prostoru. Není problém pokrýt celé Adobe RGB, což je pro většinu LCD s CCFL trubicemu utopie. • V neposlední řadě LED podsvícení má daleko lepší homogenitu a u krajů tedy nevznikají žádné tmavé fleky apod. Zkrátka samé výhody.

24. Principfunkce TFT LCD displejů • Nyní se budeme zabývat podsvětlenými LCD displeji s aktivní TFT maticí. • Každý obrazový bod (čili pixel) je aktivně ovládán jedním tranzistorem. Aby vznikl obraz, potřebujeme dvě složky - světlo a barvu. • Světlo je zajišťováno podsvětlujícími katodami, které jsou u těchto displejů velice jasné. Primárně jde o světlo bílé a je na LCD technologii, aby vyprodukovala výslednou barvu. • Jakoukoliv barvu můžeme složit ze tří barevných složek - červené, zelené a modré. A pro každou barevnou složku každého pixelu existuje jeden tranzistor ovládající tekuté krystaly.

25. Principfunkce TFT LCD displejů • Tekuté krystalyjsou materiály, které pod vlivem elektrického napětímění svoji molekulárnístrukturu a díky tomu určujímnožstvíprocházejícíhosvětla. • Každý obrazový bod je ohraničendvěmapolarizačnímifiltry, barevnýmfiltrem (pro červenou, zelenou či modrou) a dvěma vyrovnávacími vrstvami, vše je vymezeno tenkými skleněnými panely. • Tranzistor náležící k obrazovému bodu kontroluje napětí, kteréprochází vyrovnávacími vrstvami a elektrické pole pakzpůsobízměnustruktury tekutého krystalu a ovlivní natočení jeho částic.

26. Principfunkce TFT LCD displejů • Tímtozpůsobemlzekrystalregulovat v několikadesítkách až stovkách různýchstavů a tak vzniká výsledný jas barevnýchodstínů. • Protožese obrazový bod skládázetříbarevnýchsub-pixelů, vznikají tak statisíce až milionyrůznýchbarev, ačkoliv tekuté krystaly stále nejsou tak přesné, aby dokázalyzobrazit 32-bitovou barevnouhloubku, tedy plných 16 777 216 barev.

27. Principfunkce TFT LCD displejů • Zde je grafické schéma popsané TFT LCD technologie, konkrétně tzv. Twisted Nematic TFT: Základní stav krystalu v Twisted Nematic TFT

28. Principfunkce TFT LCD displejů • Na prvním obrázku je zachycena situace, kdy je tekutý krystal v základním stavu (bez procházejícího napětí). • V tomto případě je světlo natáčeno takovým způsobem, že může projít druhým polarizačním filtrem a v konečném důsledku prochází plný jas podsvětlujících katod.

29. Principfunkce TFT LCD displejů • Na druhém obrázku je znázorněna situace, kdy prochází veškeré možné napětí a světlo je pohlcováno polarizačním filtrem. Důsledkem této situace by měla být černá. Změna struktury tekutého krystalu

30. Principfunkce TFT LCD displejů • Ve skutečnosti se každý pixel skládá se tří sub-pixelů. • Tyto body jsou uspořádány horizontálně vedle sebe, a tak v případě nativního rozlišení displeje 1600x1200 je vedle sebe ve skutečnosti 4800 sub-pixelů. • Šířka těchto bodů musí být samozřejmě velice malá a pohybuje se standardně v rozmezí cca 0,24-0,29mm, u nejvyspělejších panelů může klesnout na pouhých 0,12mm. • Rozteč bodů také ovlivňuje maximální rozlišení při dané úhlopříčce, a proto se jen výjimečně objevují malé monitory s vysokým rozlišením.

31. Principfunkce TFT LCD displejů Ilustrace jednotlivých sub-pixelů LCD displeje

32. Rozdělení LCD • LCD rozdělujeme na pasivní STN (SupertwistNematic) a aktivní TFT (Thin-FilmTransistors). • Aktivní displeje TFT rozdělujeme na: • TN+Film (Twistednematic) • IPS (In-PlaneSwitching) • MVA (Multi-domainVerticalAlignment) • PVA (PatternedVerticalAlignment) • S-PVA (Super-PVA) • S-IPS (Super-IPS)

33. TN+Film (Twistednematic) • Toto je nejstarší, nejlevnější a nejjednodušší technologie výroby a je založena na technice Twisted Nematic (TN), ale navíc je na povrch displeje aplikována vrstva, která zvyšuje pozorovací úhly (horizontálně až o 90°). • Pozorovací úhly jsou obvykle rozdílné, pokud jsou úhly stejné a dosahují maximálně 175°. Ostatní technologie dnes mívají obvykle úhly 178° a zde TNko zatím není a možná ani nikdy nebude. • Kontrast se pohybuje kolem 700:1, 800:1 apod. • Jas obvykle do 300cd/m2, avšak jas může být i daleko větší, záleží na podsvětlovacích trubicích.

34. TN+Film (Twistednematic) Klady • Odezva je v poslední doběnaprostoohromující • Cena Zápory • Barvyjsou jen dostatečné a obvykle jen 6-bitové • Vertikální pozorovací úhel je malý

35. IPS (In-PlaneSwitching) • Název IPS jí dala firma Hitachi, později však tato pomalá technologiebylanahrazena vylepšenou S-IPS. Technologie IPS má obecněvelmi dobré výsledky jak v odezvě, tak i v oblasti podáníbarev. • Technologie IPS má nejlepšíbarevnýgammut a barevnépodánívůbeczevšechtechnologií LCD. Tato technologie má velkéambiceproprovozování v DTP studiích. Nevýhodou tétotechnologie je menší jas a kontrast. • Pozorovací úhlyjsouvelmivelké a připohleduze strany nedochází k výraznému barevnému posunu. Pouzepokud je zobrazenačernábarva, tak je připohledu pod vyšším úhlemzobrazenajakotmavě modrá až fialová.

36. S-IPS (Super In-PlaneSwitching) • Vylepšení technologie IPS na S-IPS znamenalo přidání domén do každého subpixelu. Díky tomu jsouzvětšeny pozorovací úhly až k 178° v obousměrech a je kontrast vyšší (až 800:1). • Tyto obrazovky jsou dnes nejprodávanějšízevšech IPS. • Jejich cena je jižpřijatelná a někteřívýrobcijinasazují i do mid-rangemonitorů.

37. AS-IPS (Advanced Super In-PlaneSwitching) • Posledním zlepšením technologie IPS je vylepšená S-IPS zvaná AS-IPS (Advanced Super In-Plane Switching). Tato technologie výrazně zlepšila kontrast, který může být i 1600:1. • Dalším vylepšením je zrychlená odezva, která stále zůstává prakticky ve všech tónech stejně rychlá. • Technologie AS-IPS je výhradně používána v profi monitorech, její cena je zatím ale až příliš vysoká.

38. Principtechnologie A-IPS je to velmi jednoduchý. Všechny molekuly [5] jsou v klidovém stavu uspořádány do jedné roviny a subpixelnepropouštísvětlo [3]. Pokudpřivedeme na elektrody [4] napětí, tak se "pouze" molekuly [5] otočí o 90 stupňů a světlo [3] začne subpixelpropouštět. 1- Zdroj bílého světla2- Polarizační desky3-Polarizované světlo4- Elektrody5- Tekuté krystaly6- Polarizované světlo

39. IPS, A-IPS a AS-IPS • Klady • Perfektní barevnépodání, které v poslední doběpředčí i CRT • Skvělýbarevnýgammut • Zápory • Cena • Odezvaneníúplněideální

40. MVA a PVA (Multi-DomainVerticalAlignment / PatternedVerticalAlignment) • Tato technologie byla vyvinuta ke zkrácení reakční doby a zvětšení kontrastu a jasu (technologie TN má ztráty až 30% při průchodu světla polarizačními filtry). • Také odstraňuje syndrom svítícího mrtvého pixelu/subpixelu. Je to dáno tím, že pixel je v zapnutém stavu tehdy, když svítí (přesně naopak oproti TN). • Takže pokud se vyskytne mrtvý pixel u této technologie, tak jde o černé místo (popř. svítí jiným odstínem, vypadne-li jen subpixel)

41. MVA a PVA (Multi-DomainVerticalAlignment / PatternedVerticalAlignment) • Pixely jsou čtvercové a symetrické v ose x i y (pokud bereme z jako osu rovnoběžnou s normálou na plochu displeje - z je tedy směr pohledu na monitor). • To má za následek naprosto stejné pozorovací vertikální i horizontální úhly. • Také odezva byla rapidně zlepšena, hlavně pokud hovoříme o odezvě typu šedá-šedá. • Na následujícím obrázku je technologie Prem.MVA nebo klasická PVA (obsahuje čtyři domény - ony čtyři výstupky na elektrodě a jehlan s čtvercovou podstavou). U technologie S-PVA je těchto domén osm.

42. Horní část znázorňuje subpixel ve vypnutém stavu (světlo jim neprochází). • V dolní části se molekuly pootočily a světlo prochází druhým polarizačním filtrem. • Mezi elektrodami je elektrické pole a tento subpixel tedy svítí. 1- Zdroj bílého světla2- Polarizační filtr3- Polarizované světlo4- Elektrody5- Tekuté krystaly

43. MVA a PVA (Multi-DomainVerticalAlignment / PatternedVerticalAlignment) • Rozdíl mezi MVA a PVA je ten, že Technologii MVA vyvinula firma Fujitsu (dnes se jmenuje Fujitsu-Siemens), naopak technologii PVA firma Samsung. • Technologie jsou si natolik podobné, že je uvádíme jako jednu. • Technologie MVA i PVA postupně přešli různými modifikacemi a tak vznikli technologie Prem.MVA, S-MVA, S-PVA a A-MVA.

44. S-PVA • Technologii S-PVA má pod palcem dobře známá firma Samsung. • Rozdíli oproti klasickému PVA jsou velmi významné, první je podpora pro 8-bit barvy (některé původní PVA panely měly opravdu jen 6-bit s ditheringem, dnes se s nimi však nesetkáme), dále je to zvýšení počtu domén na 8 a tím zlepšení pozorovacích úhlů až k 178° při kontrastu 5:1, s tím je také spojený menší barevný posun při pohledu ze strany. • Panely S-PVA mají výborný kontrast - až 1200:1 tzn. že černý bod je opravdu černý. • V neposlední řadě je to výrazné zlepšení odezvy.

45. MVA a PVA (Multi-DomainVerticalAlignment / PatternedVerticalAlignment) • Udávaná odezva se pohybuje kolem 6-8ms (starší typy i 16ms). • Kontrast je vysoký až 1000:1. • A pozorovací úhly jsou velké, kolem 178° v obou směrech.

46. MVA a PVA (Multi-DomainVerticalAlignment / PatternedVerticalAlignment) Klady • U S-PVA a A-MVA dobré podáníbarev • Pozorovací úhlyjsouvíce než dostatečné • Dobrá odezva • Vysoký kontrast • Udávaná odezvase pohybuje kolem 6-8ms (starší typy i 16ms), kontrast je vysoký - až 1000:1 a pozorovací úhlyjsouvelké, kolem 178° v obousměrech. Zápory • U technologiePrem.MVA a starších jsoubarvy na úrovni TN

47. Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

48. Literatura • http://www.svethardware.cz/art_doc-3D24A72749EDC38BC1256CE700447D5B.html • http://www.svethardware.cz/art_doc-7ADDD23432464B19C12571BD002A4AC4.html