Počítače a grafika. Ing. Radek Poliščuk, Ph.D. Přednáška 8. z předmětu

Transkript

1 Ústav automatizace a informatiky Fakulta strojního inženýrství Vysoké učení technické v Brně Přednáška 8. z předmětu Počítače a grafika Ing. Radek Poliščuk, Ph.D. 1/25

2 Obsahy přednášek Přednáška 8 Zobrazovací zařízení: zobrazovací a signalizační prostředky elektronické displeje, elektronický papír, projekční technika 2/25

3 Mechanické zobrazovače: zábrany, závory, vrata a clony překlápěcí informační tabule stránkové (info panely, hodiny) segmentové (benzínové pumpy) zobrazovače Braillova písma (řádkové, rotační) Elektronické zobrazovače: Číslicové elektronky (Nixie tubes, Dekatrony...) LED (logické indikátory, segmentové bloky, matice...) VF displeje CRT obrazovky Plazmové obrazovky LCD OLED Elektronický papír 3/25

4 CRT (Cathode Ray Tube) Elektrony ze žhavené katody jsou urychlovány VN elektronovým dělem ve vakuové trubici, fokusovány otvorem v anodě, vychylovány elektrickým (zastaralé) nebo magnetickým polem ve vychylovacích cívkách a dopadají na stínítko pokryté luminoforem (setrvačnost). Barva: Konvergence 3 svazků do otvorů stínítka (uspořádání Delta nebo Inline/Trinitron) Alternativa: FED (Field Emmission Display): každý pixel ~ CRT 4/25

5 VFD (Vacuum Fluorescent Displays) Elektrony ze žhavené katody jsou rozptylovány mřížkou a přitahovány k segmentovaným anodám pokrytým luminoforem (jeho složení určuje barvu elementu) Vysoká svítivost (U~12-24V, velká spotřeba...) => automobily, videopřehrávače,... populární v 80. letech, dnes vytlačovány LCD, OLED a plazmovými displeji.. 5/25

6 Číslicové elektronky ( NIXIE Tubes ) Studené katodové záření (180V, Ne/Hg) číslice, segmenty nebo značky (dekatron) vysoká životnost (přes hodin) používáno do 70. let neplést se žhavenými vláknovými segmenty (numitrony): 6/25

7 Plazmové displeje (Plasma Display Panel, PDP) Studené UV katodové záření ve směsi Neonu a Xenonu (obdoba NIXIE), každá buňka obsahuje svou anodu (napařená vrstva SnO 2). Viditelné světlo a jeho barva jsou vytvářeny luminoforem na katodách 7/25

8 LED (Light Emitting Diode) Při rekombinaci elektronů a děr na P-N přechodech vhodných materiálů dochází k uvolňování kvant energie (světelná emise) Si, Ge bez vyzařování AlGaAs červená + infračervená GaAlP zelená GaAsP červená, oranžová a žlutá GaN zelená, smaragdová, modrá a UV GaP červená, žlutá a zelená ZnSe modrá InGaN tyrkysová a modrá diamant (C) ultrafialová safír (Al2O3) modrá bílá s použitím luminoforů (B+Y) výkonová hustota až 80lm/W (žárovka cca 16, halogen. 22, zářivka 60). snadné škálování do velkoplošných obrazovek 8/25

9 OLED (P-N přechody = excitony vytvořené v organickém emisním substrátu) Malé molekuly (Eastman-Kodak, SM-OLED): vakuové dopování vrstev (složitá výroba, v produkci: až 40 ) Svítící polymer (Cambridge Technologies, PLED) nanášení vrstev stříkáním (levná výroba, zatím nízká životnost), možnost nanášení na ohebné podklady 9/25

10 LCD (Liquid Crystal Display) Tekutý krystal = materiál, vykazující i v tekutém stavu určité krystalické chování (fosfolipidy, proteiny, DNA, polypeptidy... kyanobyfenyl) V elektronice se nejčastěji využívá nematická fáze, ve které se molekuly tekutého krystalu otáčejí kolem jedné osy (reagují přitom na elektrické pole) a zároveň polarizují procházející světlo. Nejjednodušší aplikací jsou pak segmentové displeje: tekutý krystal (3) je mezi SnO2 elektrodami (2,4) a polarizátory (1,5) změnou napětí se molekuly stáčí rozsvěcují/zhasínají segment. Podsvětlení buď transmisním a nebo reflexním světlem (6). Používané konstrukce barevných displejů: Pasivní (STN, DSTN) TN (+Film) IPS MVA/PVA 10/25

11 Pasivní STN (Supertwist Nematic) a DSTN (Double-layer ~) matrice: Otvírání buněk je řešeno řádkováním napětí mezi elektrodami Stabilita obrazu předpokládá určitou setrvačnost při narovnávání LC Pomalá odezva (v jednom okamžiku skutečně svítí jen 1 pixel) Nedokonalý obraz, zejména hlavně barvy. K řízení vykreslování obrazu stačí externí čip a ne celá aktivní matrice Nízká cena Menší spotřeba než u TFT Použití hlavně v nenáročných a mobilních zařízeních 11/25

12 Aktivní matrice: TN+Film orientace molekul LC je ovlivňována řídícím napětím v kondenzátorech paměťových buněk TFT bývají skryté za dělicí mřížkou, na rozdíl od elektrod jsou neprůhledné Rychlejší odezva (není potřeba setrvačnost) Nedokonalé uzavírání buněk + šikmé prosvětlování => černá není černá, nižší kontrast než CRT, menší gamut (=>SRGB) změna kontrastu s úhlem pohledu pozorovatele => bídné barvy 12/25

13 IPS (In Plane Switching, Philips-LG): Natáčení molekulových svazků LC je prováděno elektrodami v jedné rovině (na rozdíl od horních a dolních elektrod u TN) podobný kontrast jako TN, neprůhledné IP elektrody ale výborně eliminují šikmé prosvětlování mezi buňkami => výborná rovnoměrnost barev => často používané pro účely DTP tvarově vylepšené varianty H-IPS, AH-IPS, P-IPS, E-IPS, eips, S-IPS, PLS 13/25

14 MVA (Multidomain Vertical Alignment, Fujitsu), *PVA (Patterned~, Samsung): Evoluční vylepšení technologie TN+Film, buňky nejsou uspořádané kolmo, ale do tvaru V, s oddělenými horními elektrodami. Výborná eliminace prosvětlování i kontrast (~1000:1, teoreticky 3000:1) Dobrá rovnoměrnost barev, v přímém úhlu tmavnutí(!) Doba odezvy se (jako u IPS) zkracuje vhodnou modulací řídícího napětí 14/25

15 Osvětlení transmisních LCD Žhavené vlákno (žárovka, halogenová žárovka) Studené katodové trubice LED VF Elektroluminiscenční panely a dráty Z rozměrových důvodů se pro rovnoměrné rozložení osvětlení po ploše displeje používají Fresnellovy čočky a zrcadla: 15/25

16 Elektronický papír paměťová schopnost (obraz v odraženém světle bez napájení) možnost použití ohebného substrátu obvykle na principu mikrokapslí s pigmenty reagujícími na elektrostatické napětí ve viskózní tekutině: 16/25

17 Projektory Technologie: Eidophor CRT LCD DLP ILA LCOS Osvětlení: ANSI (American National Standards Institute) Lumen: způsob měření světelného toku v jednotkách ANSI lm. Metoda spočívá v rozdělení obrazu na devět stejných obdélníků. Hodnota osvětlenosti (lx) ve středu každého obdélníka vynásobená jeho plochou (m2) představuje světelný tok (lm) obdélníkem vyzářený. Součet hodnot světelného toku všech devíti obdélníků je světelný tok celého obrazu vyjádřený v ANSI lm (tento způsob měření byl přijat též do německé normy DIN). 17/25

18 Projektory Eidophor (1943, Dr. Fisher, CH). elektronový svazek deformuje vrstvu maziva v rotujícím talíři 18/25

19 Projektory CRT projektory 3 vysoce svítivé ploché CRT obrazovky s barevným luminoforem každá obrazovka má vlastní projekční objektiv (eliminace ztrát při skládání v hranolech) nutnost seřizování konvergence => nemobilní, pevné instalace omezený jas ( <400 ANSI lm ) => nutnost zatemnění 19/25

20 Projektory LCD projektory Projekce je tvořena složením obrazu z trojice transmisních LCD, každý je prosvětlen jednou primární barvou (RGB) LCD buňky jsou žaluzie, uzavírající světelný tok => horší tmavé odstíny, slabší kontrast, viditelný rastr TFT nutnost intenzivního chlazení => hlučnost, větší rozměry i při omezeném gamutu (<=TN) perfektně stabilní obraz i barvy ( 0 úhel pohledu). 20/25

21 Projektory DLP projektory: Obraz je vytvářen časově modulovaným odrazem osvětlovacího svazku od jednoho (nebo trojice) čipů, složených z elektrostaticky vychylovaných mikrozrcátek (DMD = Digital MicroDevice, Texas Instruments) Jednočipová řešení řeší barevnost rotujícím kotoučem s barevnými filtry (hladší obaz, kmitání): 21/25

22 Projektory ILA (Image Light Amplifier): kombinace Eidiphoru, CRT a LCD: Obraz z CRT je promítán na fotocitlivou zadní stranu reflexního LCD Odraz z LCD funguje jako zesilovač dopadajícího intenzivního svazku z osvětlovače (oblouk, ) Barevný obraz: ztrojení RGB 22/25

23 Projektory D-ILA (Digital Direct Drive ILA), LCoS (LC on Silicon), SXRD (SONY 3*LCoS): Obdoba DLP, na odrazivém čipu jsou však místo mikrozrcátek buňky LC. Obrazové parametry podobné DLP (dvojí průchod panelem ~ vyšší kontrast) 3*LCoS obraz nebliká 23/25

24 Projektory Projekční plochy: Typ použití (přenosné, nebo fixní instalace): stativové/k zavěšení (roletové, elektricky nebo ručně stahovatelné), pevné rámové plátno k zavěšení na zeď. Velikost (projekční plocha musí být čitelná i pro vzdálené diváky): Poslední divák ve vzdálenosti ~ max. šestinásobku výšky plátna Vzdálenost spodní hrany plátna od podlahy minimálně 125 cm Formát (v závislosti na typu projekce): Zpětné projektory - standardní formát 1:1 Datové a videoprojektory - videoformát 4:3 Diaprojektory - formát pro fólie 3:2 Domácí kino širokoúhlý formát 16:9 Povrch (v závislosti na uspořádání projekce a proporcích místnosti): Každý povrch odráží světelné paprsky do jiného pozorovacího úhlu difuzní povrch: má široký pozorovací úhel a menší odrazivost. hladší povrch: menší pozor. úhel, větší odrazivost...a kotouč odrazu projektoru. 24/25

25 Závěr Byly probrány následující kapitoly: Zobrazovací a signalizační prostředky Elektronické displeje (CRT, LCD, plazmové, OLED,...), Elektronický papír, Projekční technika (Eidiphor, CRT, LCD, DLP, ) Zajímavé odkazy: 25/25