Jste zde

Nové technologie v oblasti LCD displejů - Sunlight Viewable displays

Antonín Vojáček, 29. Září 2005 - 22:05

Vývoj LCD displejů s postupujícím časem nekončí a stále se objevují novinky, které je udržují na nejvyšší pozici v hledisku počtu použití v různých zařízeních. Několik zajímavých používaných principů pro dosažení kvalitnějšího zobrazení ukazuje následující článek...

Již před několika lety někteří předpovídali konec LCD displejů s vidinou nových technologií, které je kvalitou převýší. LCD se však stále technologicky vylepšují a tak si tato technologie zobrazování informací stále udržuje dominantní postavení na trhu.

V následujících řádcích stručně uvedu principy využívané výrobci pro zlepšení čitelnosti LCD na přímém slunci. To každý jistě zná. Máme v ruce mobilní telefon, PDA, Pocket PC, digitální foťák či kameru, kapesní televizor apod. a stojíme někde v létě na přímém slunci. Čitelnost právě příchozí SMS zprávy je nevalná, komponovaná fotka na displeji foťáku prakticky neviditelná a na Pocket PC se prakticky nedá pracovat. Nevýhodu LCD displejů tedy byla velmi špatná čitelnost, resp. zobrazení, vlivem dopadajícího intenzivního světla, které působilo jako protiklad k podsvícení displeje. Čím tedy větší intenzita dopadajícího externího světla, tím bylo nutné nastavit větší podsvícení displeje k udržení jasu a kontrastu. Pro slušnou čitelnost na slunci je pak potřeba podsvícení až 350 cd/m2, což výrazně snižuje výdrž baterií. Nabízí se tedy využít i externí dopadající světlo ve prospěch podsvícení a tak eliminovat výše popsaný nechtěný efekt (Sunlight Viewable displays). To umožňují technologie označované jako Transflective TFT LCD, High Transmission Advanced TFT LCD, High Reflection Advanced TFT LCD apod. dle výrobce, zatímco princip je podobný.

Obr. 1. Porovnání principu klasického LCD displeje (vlevo) a vylepšeného pro čtení na slunci (vpravo)

Dvě technologie pro Sunlight Viewable LCD

Výše popsaný problém se sluncem se řeší dvěmi technologiemi, které sice pracují odlišně, ale obě vylepšují čitelnost na přímém slunci - High Transmission Advanced TFT LCD a High Reflection Advanced TFT LCD. Zatímco ta první se více hodí pro použití uvnitř budov, druhá zase více vně - viz. obrázek 2.

Obr. 2. Vlastnosti TFT LCD technologií z pohledu vhodnosti použití v určitých světelných podmínkách

High Transmission Advanced TFT LCD

Tyto displeje mají část pixelu, obyčejně celý průchozí pro světlo z podsvícení displeje (backlight) - transmisní elektroda (Transmissive electrode), zabranou pro odraznou plošku (Reflective electrode), která zpět k uživateli odráží venkovní světlo. Jinak řečeno, část pixelu funguje jako u klasického transmisního displeje a část podobně jako o klasického odrazného LCD bez podsvícení, např. v hodinkách - viz. obrázek 3.

Obr. 3. Princip technologie Advanced Transmission TFT LCD

Touto konstrukcí zůstane kvalitní jas ve tmě, i když část pixelu pro průchod světla stíní právě odrazná ploška, ale navíc se zvýší kvalita při osvětlením externím světlem. Tento typ displeje se pak stále více hodí pro použití uvnitř budov (viz. obr. 2.), ale se možností zvýšené čitelnosti při ozáření sluncem nebo silným osvětlením. To je dáno relativně stále malou odraznou ploškou, jejíž rozměry právě limitují jas transmisní části pixelu, tj. množství světla který projde z podsvícení přes pixel.

Obr. 4. Celková struktura displeje Advanced Transmission TFT LCD

High Reflection Advanced TFT LCD

Nevýhody předchozího řešení displejů eliminuje konstrukce High Reflection Advanced TFT LCD. Ta umožňuje použít větší odraznou plochu pro dopadající venkovní světlo a tím dále zvýšit čitelnost například na přímém slunci. Toho je dosaženo využitím pro odrazné plochy i ty oblasti mezi pixely displeje, kde se vyskytují elektrody pro přivedení napětí k pixelům, tzv. MRS (micro reflective structure) - viz. obrázek 5. Tím se nesníží jas transmisní části pixelu, ale v celku naopak zvýší jas větší reflektivní částí pixelu. To dále umožňuje snížení intenzity podsvícení a tím i spotřebu energie. To je zvláště výhodné u přenosných zařízení jako jsou mobilní telefony.

Obr. 5. Princip technologie Advanced Reflection TFT LCD (detail)

Dále je i využito odlišného vertikálního umístění odrazné plochy proti té transmisní, protože při rovnocenném výškovém umístění má musí venkovní dopadající světlo projít dvojnásobnou vzdálenost (2 x d1) než světlo z výbojky podsvícení (d2). To by snižovalo jas transmisní části displeje až o 50%. To lze řešit vyvýšeným umístěním odrazné plochy (obr. 5.).

Na druhou stranu přechod k vyvýšené části odrazných ploch snižuje celkovou účinnost odrazné plochy. Navíc je nutné použít až o polovinu světlejší barevné filtry právě na odraznými plochami pro zajištění stejného plošného jasu pixelu. To nejnověji řeší technologie High-Transmissive Advanced TFT LCD, která naopak vertikální rozdíl řeší "utopením" transmisní části pixelu proti povrchové úrovni - viz obrázek 6. Tak lze technologicky vytvořit daleko ostřejší hrany a tím maximalizovat účinnost.

Obr. 6. Vylepšení High-Reflection Advanced TFT LCD (detail)

Obr. 7. Celková struktura displeje Advanced Reflection TFT LCD

Porovnání klasického a Advanced TFT LCD

Na následujících obrázcích je porovnání mobilního telefonu s klasickým transmisním TFT LCD a s Advanced TFT LCD při dvou různých intenzitách vnějšího osvětlení 9720 luxů (vlevo) a 38300 luxů (vpravo). Nastavení jasu podsvícení je shodně 200 cd/m2. Zvlášť v případě většího osvětlení (obrázek vpravo) je patrný již velký rozdíl v čitelnosti údajů. Tomu to případu odpovídá čitelnost na přímém slunci.

Závěr

LCD displeje nebo monitory se s postupem času dále neustále vyvíjejí, i když již jim před několika lety byl některými lidmi přisuzován zánik. Naopak díky novým technologiím jejich kvalita a tím i použití dále narůstá. Odsuzují tak jiné technologie do role čekatelů na masové uplatnění. Následujícím článkem jsem chtěl stručně přiblížit současné zajímavosti v konstrukci, které zmírňují dříve známé nevýhody LCD. Vývoj dále pokračuje, tak jistě to nebyl poslední článek o LCD na stránkách HW serveru, resp. na stránkách automatizace.HW.cz. Na stránkách HW Shopu pak může navštívit široký sortiment grafických LCD a příslušenství v podobě vývojových kitů a softwaru.

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz