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)