LCD ja plasma ekraanid

Kristjan Kivi teema.

LCD ekraanid

LCD (Liquid Crystal Display) ehk Vedelkristalekraan on õhuke, lame elektrooniline ekraan, mis kasutab valgust muutvaid vedelkristalle (liquid crystals) . LCD monitorid erinevad kineskoopkuvaritest põhiliselt just asjaolu poolest, et neil pole kineskoopi. Pilt tekitatakse hoopiski poolkristallilises olekus vedeliku abil. Selleks vedelikuks on eriline aine, mille pikkadel ja peenikestel molekulidel on omadus valguslainetuse polarisatsiooni pöörata. Vedelkristalli tehnoloogiat kasutatakse peamiselt arvuti ekraanides, televiisorites, lennuki cockpitis olevates ekraanidel jne. Kõik on harjunud nägema ja kasutama LCD ekraane näiteks video mängijates, iPodides, kellades, mängu seadeldisdes (PSP, gameboy jne.), kalkulaatorites ja telefonides. LCD ekraanid on välja vahetanud CRT ekraanid enamikes kasutusvaldkondades. LCD ekraanid on mugavamad kasutada, kergemad, odavamad toota ning ei kahjusta silmi nii palju nagu CRT ekraanid. LCD ekraane on saadaval suuremas suuruse valikus, kui plasma või CRT ekraane ning kuda LCD ekraanid ei sisalda fosforit, siis ei kannata nad burn-in´i all (mis tähendab seda, et kui ekraanil on koguaeg staatiline pilt, siis selle kujutis võib sinna sisse põleda ja jääda nähtavaks isegi siis, kui ekraan on välja lülitatud. Selle ära hoidmiseks kasutataksegi screensavereid). LCD ekraanid on energiasäästlikumad, kui CRT ekraanid.

LCD ajalugu

Vedelkristallid avastajaks oli Austria botaanik F.Reinitzer 1888 aastal, kuid vedelkristallide termini võttis veidi hiljem kasutusele hoopis Saksa füüsik O. Lehmann. Kuid avastused kuni kasutusele võttmisele kulus umbes 80 aastat. Esimene LCD (Liquid Crystal Display) valmistati aastal 1968, RCA poolt.

LCD-monitori ülesehitus

Nagu alloleval pildil kujutatud, on vedelkristall suletud elektroodidega klaaside vahele, millest kahel pool on ristuvate polaarsustega filtrid. Vedelkristallid on nemaatilises faasis. Elektrilisel teel saab vedelkristalli struktuuri muuta. Tagumist filtrit läbinud valguslained kas läbivad kristallikihi muutumatult või veidi (90 või 270 kraadi) pööratult. Teist filtrit aga ei läbi enam need lained, mis on pööramata, seega nendes kohtades on ekraanil kuvatud mustad laigud. Värvide saamiseks sulatatakse jällegi kokku kolm põhivärvi, neid kõiki eraldi filtreerides, nagu näha joonisel. LCD ise ei kiirga valgust. Kasutatakse fluorestseeruvaid torusid LCD kohal, kõrval või taga. Valge difusioonipaneel LCD taga suunab valguse ringi ja hajutab ühtlaselt laiali. Liikudes edasi läbi filtrite ja vedelkristalli läheb üle poole valgusest kaduma Värvivedelkristallpaneeli ülesehitus:

luminofoorlambid,
tagumine polarisaator,
klaasplaat,
vedelkristallid,
klaasplaat,
punane valgusfilter,
roheline valgusfilter,
sinine valgusfilter,
spetsiaalfilter,
eesmine polarisaator

LCD-kuvari tööpõhimõte

Passiivmaatriksis kasutatakse lihtsat võret pingestamaks konkreetset ekraanipikselit. Klaasplaatidele kantakse läbipaistavast juhtivast materjalist triibud. Vedelkristall paigutatakse klaasplaatide vahele, plaatide väliskülgedele kantakse polariseeriv kile. Konkreetse pikseli sisselülitamiseks rakendatakse pinge ühe võre tulba ja teise võre rea vahele. Kuna valguskristallid ise valgust ei genereeri, on vajalik eraldi valgusallika olemasolu. Kõige esimesed LCD–d kasutasid selleks välist peegeldunud valgust, kuid ekraan jäi väga tuhmiks ega võimaldanud töötamist vähevalgustatud või pimedas ruumis. Abiks oli eredate luminestsentslampide kasutuselevõtt, mis paiknesid ekraani taga ning mille valgusvoogu juhtiski valguskristallid
Aktiivmaatriks- LCD ehitatakse tavaliselt õhukeste kilede transistoreid (Thin Film Transistor) kasutades. Transistorid paiknevad vahetult selle vedelkristalli taga, mida nad juhivad. Konkreetse pikseli poole pöördumisel lülitatakse sisse sobiv rida ja siis saadetakse laeng vajalikule tulbale. Kuna kõik teised tulbad on välja lülitatud, siis jõuab laeng ainult õige pikselini. Kui soovime värvilist pilti, siis kasutatakse punast, rohelist ja sinist filtrit alampikselite värvimiseks.

Plasmaekraanid (PDP)

Kasutatakse punaseid, rohelisi ja siniseid luminofoore. Luminofooride ergastamiseks kasutatakse gaaslahendust, mis tekitab footoneid (UV piirkonnas). Kui need footonid tabavad luminofoori, see ergastatakse ja hakkab kiirgama (nähtavat) valgust. Ekraani all on aadresselektroodid. Ekraani peal on läbipaistvad ekraanielektroodid. Konkreetse piksli sisselülitamiseks tuleb pingestada vastav aadresselektrood ja vastav ekraanielektrood. Gaaslahendus tekitatakse pingel ca 100-200V. MgO kiht kaitseb ekraanielektroode kulumise eest ning aitab alandada lahenduse süttimispingeid (need oleksid ilma MgO’ta mõne kV suurusjärgus). Heledust kontrollitakse gaaslahenduse sisse ja väljalülitamise kordade arvuga, mida on kokku 256 võimalikku olekut. Kui kõik 256 korda sisse lülitatud, saame kõige heledama värvi. Kui ainult 1 kord, siis saame kõige tumedama värvi.
Vaatenurk - müügimehed kiitlevad tihti, et LCD-ekraanide kujutise vaatenurk on kuni 175 kraadi. Tegelikkuses on asi vähem optimistlik: LCD-ekraanide kujutis hakkab servadest kontrasti ja värvi kaotama juba tunduvalt väiksema vaatamisnurga juures. Suurem osa plasmaekraane säilitab normaalse pildi kuni 160kraadise vaatenurgani.
Plasmatehnoloogia saavutab kontrastsuse alal suurepäraseid tulemusi - see omakorda tähendab, et pildi tumedates piirkondades saab eristada rohkem detaile.

Plasmaekraani (PDP) ajalugu

1936ndal aastal kirjeldas Kalman Tihanyi plasma televiisori põhimõtet ja kavandas esimese lameda paneeliga televiisori süsteemi. Ühevärvilise paneeli video kuvar oli koosleiutatud aastal 1964, Illinoisi Ülikoolis Urbana-Champaign´is Donald Bitzeri, H.Gene Slottowi ja lõpetanud tudengi Robert Wilsoni poolt, Plat Arvuti Süsteemi jaoks. Originaalne, ühevärviline, neoon oranži digivue kuvari paneelid, mis olid ehitatud klaasitootjalt Owens –Illinoisis olid väga populaarsed 1970ndate alguses, sellepärast et nemad olid tugevad ning ei vajanud mälu ega mingit ühtsest süsteemi pildi värskendamiseks. Pika müügi periood kahanes 1970ndate teisel poolel, sest pooljuhi mälu tegi CRT kuvareid odavamalt kui 2500USA dollarit 512x512 Plato plasma kuvarid. Sellegipoolest plasma kuvarid olid suhteliselt laia ekraani suurusega ja ühe tolli paksus tegi neid sobivaks kõrge-profiili paigutamisega fuajeedes ja börsil.

BURN IN

BURN IN juhtub siis, kui CRT või plasma paneelid kuvavad sama pilti pikka aega. See põhjustab fosfori ülekuumenemise, mille tõttu see kaotab osa oma heledusest ning hakkab kuvama n.ö pildi varju, mida on näha ka siis kui plasma/crt ei tööta. BURN IN'i ei saa parandada ning on eriti probleemne plasma paneelidega kuna need toodavad töötamisel rohkem kuumust kui CRT'd. BURN IN oli varasemate plasma mudelite tüüp-viga, mis tõttu oli võimatu neid kasutada kõigeks, kus kuvatakse sama pilti kaua aega (Näiteks bussi jne graafikute näitamiseks).

Kuidas Plasmaekraan (PTP) töötab

Plasma tööpõhimõte sarnaneb pisut neoonvalgustite omaga. See tähendab, et kahe läbipaistva elektrit juhtiva plaadi elektroodi vahel olevat inertgaasi pannakse helendama elektriliselt. Plasmaekraani kujutis moodustub üksikutest pikslitest, millest igaüks paikneb pisikese, erilise gaasiga (neooni ja ksenooni segu) täidetud kambrikese ees. Iga kambrikese esisein on kaetud fosforestseeruva ainega, kambri tagaseinas paikneb elektriallikas. Selle abil ioniseeritakse kambrit täitev gaas ning selle mõjul löövad fosfooride osakesed helendama just nii nagu kujutises nõutud. Plasmaekraani iga kujutisepunkti kohta tuleb kolm pikslit - punane, roheline ja sinine - ning see annab enneolematu võimaluse värvimänguks.

PLASMA VS LCD

PLASMA plussid ja miinused

Plasma TV on suuremad ekraanid. Parem kontrastsus ja võime kuvada musti toone. Parem värvikvaliteet (color accuracy and saturation). Parem liikumise jälgimine, aga ka- Oht staatilise kujutise sissepõlemiseks. Võimalus seinale riputada. Tekitab rohkem soojus. Töötab viletsamalt kõrgel merepinnast. Umbes 2x lühem eluiga, kui LCD ekraanidel. (ca 30 000 h) LCD plussid

Füüsiline suurus. LCD ekraanid on kompaktsed ja kergekaalulised. Säästavad ruumi ning LCD ekraane saab paigaldada ka seinale. LCD ekraanid on CRT ekraanidest mitu korda õhemad. LCD ekraanid kasutavad vähem energiat ja on vastupidavamad kui CRT ekraanid. Tavaline Crt ekraan kaotab 50% oma eredusest pärast 10, 000 tundi, kuid LCD ekraan kestavad umbes 25,000 -50,000 tundi. LCD ekraanid ei tekita kiirgust. LCD ekraan ärritab vähem silmi.

LCD miinused

LCD ekraanide suur miinus on hind. LCD ekraanid on keskmiselt 2-3x kallimad kui tavalile CRT ekraan, kui pika ajapeale teenib LCD selle hinnavahe elektrisäästmisega tagasi. Kuid seda elektrisäästlikkus võib välja tulla alles kuskil kontoris, kus kasutatakse näiteks 50 LCD ekraani, mitte individuaalsel ja üksikul LCD ekraani kasutamisel. LCD ekraanidel võivad üksikud pikselid nn. „rikneda“ - dead pixel (selline piksel, kus punane, roheline või sinine alampiksel on pidevalt sisse või väljalülitatud olekus. Sisselülitatud pikselid paistavad hästi silma tumedal taustal. Väljalülitatud pikselid paistavad seevastu hästi silma heledal taustal).

LCD plussid

Füüsiline suurus LCD ekraanid on kompaktsed ja kergekaalulised. Säästavad ruumi ning LCD ekraane saab paigaldada ka seinale. LCD ekraanid on CRT ekraanidest mitu korda õhemad. LCD ekraanid kasutavad vähem energiat ja on vastupidavamad kui CRT ekraanid. Tavaline Crt ekraan kaotab 50% oma eredusest pärast 10, 000 tundi, kuid LCD ekraan kestavad umbes 25,000 -50,000 tundi. LCD ekraanid ei tekita kiirgust. LCD ekraan ärritab vähem silmi.