Hirdetés

Pár szó a TFT-technológiáról

Némi fizika: TFT alapok

"Használd a keresőt!" – hangzik el sokszor az örök érvényű igazság a fórumokon, így a PROHARDVER! fórumain belül is. Igen sok információ fellelhető ily módon, nálunknál okosabb ember- illetve fórumtársainknak köszönhetően. Ennek ellenére sokszor késhegyig menő vitákat folytatunk egyszerű és akár téves közhiedelmek alapján. Legutóbb a CRT versus TFT fórumtémával szaladt el ilyen értelemben a ló (a TFT maximum 60 hertzes frissítésének becsmérlése, illetve a CRT képcsövek porral retinát bombázó mivoltával kapcsolatban), így nem állhatjuk meg, hogy legalább pár mondatot ne szóljunk a kijelzők technológiájáról, remélve, hogy néhány tévhit talán örökre száműzetik.

Alapok

Sok mindent lehetne mesélni a folyadékkristályokról magukról, a lehetséges kijelzőtípusokról, azonban szorítkozzunk kizárólag azon megoldásokra, amik a jelenleg szokásos TFT megjelenítőkben használatosak. A cél az, hogy az alapesetben átlátszó folyadékkristályt rábírjuk arra, hogy ne engedje át a fényt, hisz így különböző színű fényforrásokat a kristály mögé helyezve megoldható a kép előállítása. A kristályok szerkezete réteges struktúrájú.

Ahhoz, hogy ennek jelentőségét megértsük, az elektromágneses hullámok egyik általunk különösen kedvelt típusáról, a fényről kell ejteni pár szót. Mindenki hallotta már, hogy a fény hullámtulajdonságokkal (is) rendelkezik. Képzeljünk magunk elé egy hosszú kötelet, aminek az egyik végét meglengetjük! Nyilván szép hullámhegyek és -völgyek alakulnak ki rajta.

A fényt úgy is fel lehet fogni, mint egy adott z irányban kinyújtott kötelet (ez a haladási irány), amit két, egymásra merőleges irányban is lengetnek. A közegben (levegőben) haladó hullám tehát a három dimenziónkból egy irányba terjed, a másik kettő felé pedig hullámzik (azaz hullámozhat, nem kötelező neki, mint majd látni fogjuk). A szemünk a fény erősségét a hullámok erősségéből (intenzitás), a színét pedig kizárólag a hullámok gyorsaságából (frekvencia, hullámhossz) állapítja meg. Tehát, ha a szemünk fűzöldnek érzékel egy adott színt, akkor arról mi nem tudjuk szemmel megállapítani, hogy annak hullámai egy vagy kétirányúak, azaz, hogy a kötél végét fogó kezünket föl-le vagy körbe-körbe mozgatjuk (a Lissajous görbéktől most tekintsünk el a közérthetőség jegyében).

Ha tehát egy fent említett kristályszerkezeten halad keresztül a fény, az a beérkező, kétirányban hullámzó - varázsszó: polarizálatlan - fényből egyirányban hullámzó - polarizált - fényt csinál, kvázi a másik irányú hullámzás "nem fér el a lemezek között". (Az említett köteles hasonlattal élve: ha egy szűk, de magas résen keresztül megy a kötél, s a végét körbe-körbe forgatjuk, akkor a rés másik végén csak egyirányú hullámzást fogunk észlelni.)

Miért jó ez nekünk? Mert létezik olyan anyag, amely a kristályokhoz hasonlóan csak az egyik irányú hullámot engedi át, ezt hívják polarizátornak, közismertebb nevén Polaroid napszemüvegnek. Tegyünk egy ilyet a kristályaink elé úgy, hogy a képzeletbeli szűk, de magas rés ugyanúgy helyezkedjen el, mint a kristályrács rése! Így ugyanazt kapjuk, mintha csak egy rést alkalmaztunk volna. Azonban ha a két rés egymásra merőlegesen áll, akkor az egyik rés az egyik irányú hullámot szűri, a másik rés a másik irányút, végeredményképpen pedig egy energiamentes fényáramot kapunk, azaz semmit: sötétséget. (A valódi működés némileg bonyolultabb, a konkrét megvalósításnál szó esik arról is.)

A TFT pontosan ezen az elven működik. Mivel a folyadékkristályokat külső elektromos térrel lehet úgy vezérelni, hogy kívánságra tetszőleges mértékben elforduljanak, így eléjük polarizátort, mögéjük fényforrást helyezve az átbocsátott fénymennyiséget szabályozni tudjuk. Mindezek után már csak az kell, hogy elhelyezzünk néhány neoncsövet a képernyő mögött, amelyeket lehetőség szerint nagy frekvenciával (relatíve nagy, 1000 Hz körüli) táplálunk, hogy a villogás ne zavarja a szemet. Kell még egy piros, zöld illetve kék színszűrő, erre egy vezérelhető folyadékkristályos réteg, majd egy polarizátor, és kész is a TFT kijelzőnk. (Azért a neves gyártókat így még nem fogjuk lenyomni...)

A technológiák: IPS, TN+film

Jelenleg három technológia használatos a TFT kijelzőknél: a TN+film, az IPS és az MVA. Mindegyik technológia alapja a fent említett polarizáció, csak a konkrét megvalósítás tér el némileg.

A TN+film

Neve a Twisted Nematic+film szóösszetételből származik. Lényege, hogy két, egymásra merőleges irányban polarizáló lemez között helyezik el a kristályokat. Ezek alapesetben (elektromos tér hiányában - jobb oldali ábra) úgy állnak be, hogy a lemezekhez érintkező felületük polarizációja megegyezzen a lemez polarizációjával; ennek céljából a lemezeket rovátkolják.


Ki, illetve bekapcsolt LCD (Be, illetve kikapcsolt elektromos mező..)

Ebben az állapotban a belső polarizátor által polarizált fényt a kristály fokozatosan elforgatja úgy, hogy a másik lemezhez érve már át tudjon jutni a "résen". Bekapcsolt vezérlőfeszültség mellett a kristályok "összezavarodnak", nem forgatják megfelelően a fényt, így a belső szűrőn egyik irányba forgatott fény nem forgatódik úgy, hogy a másik irányú "résen" át tudjon jutni, és sötét lesz a kijelző.

Ezzel a típussal az a probléma, hogy a kristályok "összezavarása" nem sikerülhet tökéletesre, ezért a TN+film megjelenítők feketéje sosem az az igazi koromfekete.

Az IPS

Neve az In Plane Switching szóösszetételből származik. A technológia az első igazi próbálkozás a TN+film technológia hátrányainak kiküszöbölésére. Működése épp fordítottja a TN+filmének, itt a két polarizátorlemez egymással megegyező irányban polarizál. Alapesetben, tehát elektromos tér hiányában, a kristályok polarizációja merőleges a két lemez polarizációjára, és úgy működik, mint ahogy az alapelvek bemutatásakor elmondtuk: tér hatására elfordulnak, a polarizátorokkal megegyező irányban engedik át a fényt, tehát feszültség hatására a háttérvilágítás fénye átjut a panelen.

Működési elvéből adódóan ez a típus igen szép, mondhatni tökéletes feketét produkál, s egy pixelhiba esetén (pixelhiba: hibás vezérlőtranzisztor) sem fehér pixelt kapunk a'la TN+film, hanem feketét, ami gyakran kevésbé zavaró. Mindezek mellé a betekintési szöge is nagyobb. Hátránya egyrészt a lassúsága a TN+film-esekhez képest, a reakcióidő a 40-50 ms-ot is elérheti; másrészt két tranzisztor szükséges az elektromos tér létrehozásához - amelyek viszont jobban "kitakarják" a háttérvilágítást, így több áramot igényel a kijelző -, tehát nem használható (használatos) notebookokban.

A technológiák: MVA

Neve a Multi Domain Vertical Alignment szóösszetételből származik. Eredetileg VA, azaz Vertical Alignment típusú kijelzőnek hívták, mivel olyan új típusú folyadékkristályokat alkalmaztak a tervezés során, amelyek gyakorlatilag tökéletesen merőlegesen állnak a polarizátorlemezekre. Térmentes esetben ugyanúgy fekete képet produkálnak, mint az IPS panelek, de sokkal gyorsabbak, hiszen feszültség hatására nem "csavarodik meg" az egész kristályszerkezet, hanem csak az egyes kristályok fordulnak el külön-külön (merőleges irányból párhuzamos irányba, ellentétben a fentebb említett két változattal, amelyeknél a kristály folyamatosan párhuzamos a polarizátorral).

A probléma a láthatósági szöggel van: az ábrán is látható, hogy a középen szürke színt produkáló képernyő a látószöget változtatva feketétől fehérig változik, mivel a kristályok csak "merőlegesen átlátszóak" (ezt az ún. "kettőstörés" jelenség okozza). Ezt hivatott kiküszöbölni az MVA technológia. Itt felosztják a pixelt (cellát) minél több külön részre, amelyekben a kristályok felváltva fordítottan helyezkednek el, így megfelelő távolságból nézve igen megnő a láthatósági szög.

Mindezek alapján igen jó tulajdonságokkal rendelkezik az MVA panel, gyakran 7 ms körüli fehér-fekete váltási idővel, 500:1 kontrasztaránnyal és 250 cd/nm fényerővel.

CRT és LCD

Ezek után érdemes átgondolni a TFT előnyeit és hátrányait.

  • Fogyasztás: LCD: 25-40 W, CRT: 100-160 W
  • Fényerő: LCD: 250 cd/nm, CRT: 100 cd/nm; az LCD háttérvilágítását sokáig lehet fokozni, de a CRT-nél a foszforrétegből kell kicsalni a fényenergiát.
  • Felbontás: míg az LCD csak a tényleges fizikai felbontásán ad élvezhető képet, addig a CRT lényegesen szabadabban állítható (különbség ott is van, de elhanyagolható).
  • Konvergencia, geometria, fókusz: egyértelmű az LCD hibátlansága a CRT-hez képest.
  • Kontraszt: LCD: max. 500:1, CRT: 750:1; világosságállításban ("gamma") sokkal jobbak a CRT-k jelenleg, grafikai munkákkal lehetnek problémák LCD-n.
  • Színhűség: LCD: max. 250000 szín, CRT: gyakorlatilag korlátlan. Az LCD-kben sokkal nehezebb pontosan forgatni a kristályokat, mint a CRT-kben pontosan szabályozni az elektronáram amplitúdóját. Szintén érv a CRT mellett a grafikai alkalmazásokban.
  • Képfrissítés: LCD: max. 75 kép/mp, CRT: >100 kép/mp; tehát a CRT jóval több különböző képet tud megjeleníteni másodpercenként, azonban míg a CRT-n minden kép után kvázi törlődik a teljes képernyő, az LCD-n csak az a kristály forog, amelyiken változtatni kell, tehát kevesebb a kép ugyan másodpercenként, de semmilyen villogást nem tapasztalhatunk: kevésbé rontja tehát a szemet.
  • Sugárzás: LCD: gyakorlatilag semmi, CRT: TCO'99, stb.-nek megfelelően, de van.
  • Helyigény, súly, egyebek: mindenki maga dönt...

Ennyit szerettünk volna röviden szólni a TFT technológiákról, a gyakorlati kérdésekkel kapcsolatban pedig irány MLaca cikkei!

Emvy

Azóta történt

  • AG Neovo F-317 TFT monitor

    Folytatódik a TFT-LCD monitorok mustrája, ezúttal a már bizonyított AG Neovo alsóbb kategóriás, 17 colos versenyzője szállt ringbe.

  • CTX P922E 19" TFT monitor

    Az eddig verhetetlen AG Neovo K-19 most méltó ellenfelére akadt, így a kérdés nem csak az, hogy ki a jobb, hanem, hogy ki a legjobb!

  • NEC LCD2080UX - a fejforgató óriás

    Utánajártunk, vajon lehetne-e mire nagyképű egy nagy-képű TFT-monitor, főleg, ha egy NEC 2080-as..

  • AG Neovo S-17 TFT - páncélozott elit?

    A NeoV kristályoptikai szűrő törhetetlen üvegből készül, így az AG Neovo S-17-es monitora igazi erődítmény. Tekintélyt parancsol.

Előzmények

Hirdetés