Budowa i zasada działania

wyświetlaczy

Urządzenia wyświetlające – technologie

Lampy elektronopromieniowe CRT (

Cathode Ray Tube

)



monitory



projektory



moduły projekcyjne

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne LCD (

Liquid Crystal Display

)

Twisted Nematic LCD (

TN

)

Super Twisted Nematic LCD (

STN, FSTN

)

Thin Film Transistor LCD (

TFT

)

monitory i projektory

Projektory DLP (

Digital Light Processing

)

Wyświetlacze plazmowe PDP (

Plasma Display Panel

)

Ekrany elektroluminescencyjne ELD (

Electro-Luminiscent Display

)

Monitory CRT – budowa i zasada działania

Monitory CRT – podstawowe parametry

Typowe parametry monitora CRT:



przekątna: 17-22 cali



wielkość plamki: 0,15 – 0.25 mm



maks. rozdzielczość: 1280x1024 – 2048x1536 pikseli



maks. odchylanie poziome: 30-125 kHz



maks. odchylanie pionowe: 50-160 Hz



maks. pasmo przenoszenia: 70-200 MHz



typ kineskopu: np. Flatron, Trinitron, DELTA

Optymalne tryby pracy monitorów:



Klasa 85 kHz = 1024 x 768 @ 85Hz



Klasa 95 kHz = 1280 x 1024 @ 85Hz



Klasa 107 kHz = 1600 x 1200 @ 85Hz



Klasa 115 kHz = 1600 x 1200 @ 92Hz



Klasa 125 kHz = 1856 x 1392 @ 85Hz

Projektory CRT – budowa i zasada działania

Projektor

CRT (Cathode Ray Tube

) składa się z trzech obiektywów - lamp projekcyjnych. Każda lampa

emituje obraz w jednej z trzech podstawowych barw (R,G, B). Obraz wynikowy powstaje przez nałożenie
się na ekranie poszczególnych składowych. Zastosowanie – w systemach projekcji klasy

HIGH-END.

Zalety:

wysoka rozdzielczość obrazu – do 2500x2000 pikseli
wysoki kontrast obrazu – > 1000:1
bardzo dobra dynamika obrazu
bardzo dobre odzwierciedlenie barw

Wady:

bardzo wysoka cena
duże gabaryty, ciężar i pobór mocy
instalacja stacjonarna,
złożony proces regulacji projektora ( korekcja liniowa i regulacja zbieżności kolorów)

Projektory CRT – podstawowe parametry

Projektor CRT: VPH-1292QMG SuperGraphics firmy SONY

system projekcji: 3 lampy CRT 9 calowe o podwyższonej luminancji

3 soczewki optyczne o rozdzielczości optycznej 10lp/mm

jasność: 225 lm (ANSI)

przekątna ekranu: od 90 do 300 cali

odległość projekcji: od 2.5 m do 8.3 m

wejścia TV: PAL, NTSC, SECAM

wejścia komputerowe: R, B, G/Sync, CompositeSync/HSync, Vsync

pasmo RGB: 120 MHz

synchronizacja: HSync: 15kHz - 135kHz

VSync: 38Hz - 150Hz

rozdzielczość: 2000 x 1600 pixeli przy HSync: 94kHz, VSync: 60Hz

lub 700 linii video

pobór mocy: max. 850 W

masa: 92 kg

wymiary: szer.746 mm, głęb.1000 mm, wys.386 mm

Projektory CRT – rodzaje instalacji

Instalacja prosta (

floor installation

)

Projektor generuje obraz w odbiciu lustrzanym

bezpośrednio na ekran

Instalacja podwieszana (

celling installation)

Projektor zamocowany pod sufitem, obraz generowany bezpośrednio
na ekran. Obraz generowany w odbiciu lustrzanym w odwrotnej
kolejności linii (od ostatniej do pierwszej)

Projekcja tylna (

rear installation)

Projektor za półprzeźroczystym, aktywnym optycznie
ekranem wbudowanym w ścianę. Obraz generowany
w sposób prosty.

Projektory CRT – rodzaje instalacji

Instalacja prosta (

floor installation

)

Projektor generuje obraz w odbiciu lustrzanym bezpośrednio na ekran.

Projektory CRT – rodzaje instalacji

Instalacja podwieszana (

celling installation)

Projektor zamocowany pod sufitem, obraz generowany bezpośrednio na ekran. Obraz
generowany w odbiciu lustrzanym w odwrotnej kolejności linii (od ostatniej do pierwszej).

Projekcja tylna (

rear installation)

Projektor za półprzeźroczystym, aktywnym optycznie ekranem wbudowanym
w ścianę, obraz generowany w sposób prosty.

Projektory CRT – rodzaje instalacji

Konfiguracja systemu projekcji

Przełącznik Sygnałów Interfejsowych

IFB 12

IFB 30

Moduły interfejsowe

Modułowy wielkoekranowy system zobrazowania

(ściana graficzna)



dowolne rozmiary obszaru zobrazowania



idealna jakość obrazu w całym obszarze projekcji,

stała rozdzielczość (lpi)



wysoka jasność i kontrast, możliwość pracy przy

świetle dziennym



szeroki kąt widzenia



moduły projekcyjne o przekątnej 41 lub 51 cali



ekrany modułów bez krawędzi, przerwy między

modułami mniejsze od 1mm



bardzo dobra liniowość na krawędziach



nie wymagają strojenia, każdy moduł ma własny

system projekcji CRT



cyfrowe sterowanie, prosta rekonfiguracja

trybu zobrazowania

Moduł projekcyjny – podstawowe parametry

Panel projekcyjny: RVP-411DM

system projekcji: 3 lampy CRT 7 calowe,

3 soczewki optyczne

jasność: 160cd//m2 (ANSI)
rozmiar ekranu: przekątna 41 cali, ziarnistość 0.78 mm
częstotliwość odchylania: HSync: 15 kHz-31.5 kHz

VSync: 50 Hz-120 Hz

rozdzielczość sygnału RGB: 640 x 480
wejścia komp.: R, B, G/CSync, CSync/HSync, VSync
wejścia TV: Composite Video, Y/C
pobór mocy: max. 235 W
masa: 70 kg
rozmiar: szer. 823 mm, wys. 620 mm, głęb. 1100 mm

Konfiguracja wielkoekranowego systemu zobrazowania -

przykład 1

System projekcji 2x2

- liczba podłączonych urządzeń zależy od liczby wejść wizyjnych procesora obrazu
- sygnały wizyjne generowane przez urządzenia wejściowe podlegają akwizycji i są przetwarzane
- przetworzone sygnały video są sygnałami wejściowymi do modułów projekcyjnych
- procesor obrazu sterowany jest przez zewnętrzny komputer

Konfiguracja wielkoekranowego systemu zobrazowania –

przykład 2

System projekcji 3x3

- przy większej liczbie podłączonych urządzeń rekomendowane jest wykorzystanie macierzy przełączającej
- sygnały z macierzy przełączającej wchodzą bezpośrednio na wejścia A modułów projekcyjnych, wybrane

z nich (k z N) do procesora obrazu

- przetworzone sygnały przez procesor obrazu wchodzą na wejścia B modułów projekcyjnych

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne LCD - porównanie

technologii

TN LCD (ang.

Twisted Nematic LCD

)

kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji 90 stopni

wzajemne oddziaływanie sąsiednich pikseli przy przełączaniu

ograniczona złożoność wyświetlaczy ok. 100 tys. pikseli

sterowanie z podziałem czasu (max. 100 grup pikseli)

mały kontrast 10:1

kierunkowy charakter wyświetlania – kąt obserwacji +20 stopni

Pod wpływem napięcia
sterującego cząsteczki ciekłego
kryształu zmieniają swoje
położenie w komórce.
Płaszczyzna polaryzacji
przechodzącego przez komórkę
spolaryzowanego pionowo światła
nie jest zmieniana. Światło jest
pochłaniane na drugim filtrze
polaryzacyjnym.

Przy braku zasilania cząsteczki
ciekłego kryształu ustawiają się w
położeniu spoczynkowym.
Płaszczyzna polaryzacji światła
jest skręcana o kąt 90º . Światło
przechodzi przez drugi
(poziomy) filtr polaryzacyjny.

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne LCD - porównanie

technologii

STN LCD (ang.

Super Twisted Nematic LCD

)

kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji od 180 do 270 stopni

kontrast 20:1

kąt obserwacji +40 stopni

sterowanie z podziałem czasu (max. 500 grup pikseli)

rozdzielczość do 640x480

konieczność podświetlania

różny sposób skręcenia płaszczyzny polaryzacji – generowane czarne znaki na żółtym tle lub białe

znaki na niebieskim tle

zastosowanie kompensatorów optycznych neutralizujących barwę tła:

a) kompensatory zawierające odwrotnie skręcony ciekły kryształ:

- podwojenie kontrastu 40:1
- czarno-biały obraz
- kąt obserwacji +45 stopni
- wady: cięższe, grubsze, droższe, konieczność podświetlania

b) kompensatory z tworzywa sztucznego o analogicznych właściwościach optycznych

(FSTN – ang.

Film STN):

- eliminują nadmierną grubość, ciężar i koszt

- nieznaczne pogorszenie kontrastu

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne LCD - porównanie

technologii

TFN LCD (ang.

Thin Film Transistor LCD

)

matryca wyświetlacza z elementami aktywnymi sterującymi pojedynczymi

pikselami (dioda lub tranzystor wykonany w technice cienkowarstwowej TFT)

integralna pamięć obrazu

indywidualne sterowanie pikselami poprzez elementy aktywne

słabsze sygnały sterujące, mniejsze przesłuchy

rozdzielczość > 1024x768

kontrast > 80:1

kąt obserwacji > +70 stopni

Uzyskiwanie obrazów kolorowych (STN, TFT)

filtry R, G i B na każdej komórce matrycy

3 komórki odpowiadające jednemu pikselowi

podświetlanie ekranu

Sterowanie jasnością pikseli

sterowanie wypełnieniem przebiegu sygnałów sterujących

zmiana proporcji odcinków czasu włączenia i wyłączenia pikseli

możliwość uzyskania 64 – 256 poziomów

Światło pochodzące z umieszczonego
w tle źródła przechodzi przez dwa filtry
polaryzacyjne, filtr koloru (R, G lub B)
oraz komórkę matrycy LCD, po czym
dociera do oka użytkownika

Monitory LCD – podstawowe parametry

Sony LCD X93B PHILIPS 200P4



typ matrycy:

TFT LCD

TFT LCD



przekątna:

19 cali

20.1 cali



wielkość plamki:

0.294 mm

0.255 mm



maks. rozdzielczość:

1280x1024

1600x1200



liczba kolorów:

16.7 mln

16.7 mln



odchylanie poziome:

28-80 kHz

30-94 kHz



odchylanie pionowe:

48-75 Hz

56-85 Hz



pasmo przenoszenia:

135 MHz

180 MHz



czas reakcji matrycy:

25 ms

16 ms



kąt widzenia pion/poziom:

170/170 stopni

176/176 stopni



jasność:

300 cd/m2

250 cd/m2



kontrast:

600:1

400:1



pobór mocy:

50 W

50 W



masa:

7.5 kg

7.5 kg

Monitory CRT i LCD – porównanie

Monitor CRT



jest wciąż tańszy od LCD



posiada mniejszą plamkę i bezwładność (czas reakcji piksela na przełączanie)



posiada lepsze odwzorowanie kolorów



posiada jeszcze wciąż większa przekątną ekranu

Monitor LCD



jest zdecydowanie mniejszy gabarytowo



zużywa mniej prądu



jest wolny od efektu migotania



oferuje pracę zazwyczaj w jednej zalecanej rozdzielczości, np. 1024x768



nie odkształca obrazu - obraz jest odwzorowywany na niemal płaskiej powierzchni



optycznie posiada większą przekątną niż analogiczne monitory CRT (np. LCD 15‘‘ jest
w przybliżeniu równy CRT 16,5’‘ ) - brak „martwego pola”



generuje słabsze pole magnetyczne i jest mniej szkodliwy dla wzroku



wraz ze wzrostem przekątnej bardzo rośnie cena monitorów LCD

Światło z lampy jest filtrowane i rozszczepiane na trzy składowe R, G i B. Każda z tych składowych jest
kierowana na osobną matrycę LCD, której komórki są sterowane zgodnie z wartością odpowiedniej
składowej koloru piksela. Każdemu pikselowi obrazu przyporządkowana jest odpowiednia „ilość”
składowej koloru. Strumienie światła po przejściu przez matryce LCD są następnie syntetyzowane
w pryzmacie. Tak wygenerowany obraz wyświetlany jest na ekranie za pośrednictwem obiektywu.

Projektor 3-matrycowy

Projektory LCD – budowa i zasada działania

Projektory LCD – budowa i zasada działania

Światło z lampy przechodzi przez pojedynczą matrycę LCD. Każdy piksel matrycy składa się z 3 komórek
LCD z filtrami R, G i B na każdą komórkę. Włączenie i wyłączenie komórki jest sterowane zgodnie z
wartością odpowiedniej składowej koloru piksela. Strumień światła po przejściu przez matrycę tworzy
obraz. Tak wygenerowany obraz wyświetlany jest na ekranie za pośrednictwem obiektywu.

A – lampa

B – soczewki skupiające

C – matryca TFT

D – obiektyw

Projektor 1-matrycowy

Projektory LCD – podstawowe parametry

Projektor LCD: LC 4431 firmy PHILIPS

technologia:

3 panele LCD TFT 0.9 calowe,
liczba pikseli 1 440 000 (3 x 480 000)

system projekcji:

lampa UHP 120W, obiektyw o regulowanej
ogniskowej f=33-47 mm

jasność:

1500 lm (ANSI)

kontrast:

350:1

przekątna ekranu:

od 20 do 300 cali

odległość projekcji:

od 1.1 m do 12.0 m

wejścia TV:

PAL, NTSC, SECAM, Y/C, S-VHS, HDTV

wejścia komputerowe:

RGB (D-Sub 15), USB

pasmo RGB:

140 MHz

synchronizacja:

HSync: do 108 kHz
VSync: do 120 Hz

rozdzielczość:

800 x 600 pikseli

pobór mocy:

250 W

masa:

3.6 kg

wymiary:

szer. 328 mm, głęb. 226 mm, wys. 102 mm

Zalety:

wysoka jasność obrazu - > 1500 lumenów (ANSI)
niska cena (średnia dla projektorów 3 matrycowych)
małe gabaryty, ciężar i pobór mocy
przenośna instalacja,
prosta obsługa

Wady:

mała rozdzielczość obrazu – do 1024x768 pikseli
średni kontrast obrazu – < 400:1
mała dynamika obrazu
możliwy brak zbieżności kolorów (w projektorach 3-matrycowych)
słabe odwzorowanie czerni
średnie odwzorowanie barw (słabe w projektorach 1-matrycowych)

Projektory LCD – charakterystyka

Projektory DLP – budowa i zasada działania

Jednoukładowy projektor DLP
(Digital Light Processing)

Światło z lampy jest rozszczepiane na trzy składowe R, G i B za pomocą wirującej z częstotliwością 60 Hz
tarczy z filtrami R, G i B (180 wiązek światła na sekundę). Tak powstałe wiązki kierowane są na układ DMD
(Digital Micromirrors Device), który składa się z bardzo dużej ilości ruchomych mikro-lusterek (na każdy
piksel obrazu przypada 1 lusterko). Aby uzyskać różne nasycenie danej składowej, część padającego światła
jest odbijana w stronę obiektywu, a część rozpraszana zgodnie z wartością odpowiedniej składowej koloru
piksela. Odbite światło przechodzi następnie przez układ optyczny. Obraz końcowy jest syntetyzowany przez
nakładanie na przemian obrazów odpowiedzialnych za każdą ze składowych R, G i B.

Projektory DLP – budowa i zasada działania

Układ DMD zawiera 786 432 miniaturowych
lusterek, umożliwiających wyświetlenie obrazu
o rozdzielczości 1024x768 pikseli

Układ DMP

(Digital Micromirrors Device),

Układ DMD przetwarza sygnał wizyjny wysyłany z komputera i wykorzystuje go do sterowania kilkuset
tysięcy mikroskopijnych luster (po jednym na każdy piksel). Lusterka o wymiarach 16x16 mikrona mogą
dowolnie zmieniać swoje położenie o 12 stopni we wszystkich kierunkach. Odbijając światło w różne
strony, tworzą matrycę obrazu o żądanym nasyceniu koloru. Odstępy między lusterkami nie przekraczają
mikrona, tworząc praktycznie jednolitą powierzchnię odbijającą światło. Dlatego też projektory DLP
wyświetlają obraz o bardzo dużym kontraście - nawet powyżej 2000:1 - pozbawiony jakichkolwiek
widocznych łączeń lub przerw między pikselami.

Projektory DLP – budowa i zasada działania

Trzy układowy projektor DLP

Projektory z 1 układem DMD nie dają wystarczającej ostrości obrazu. W projektorach DLP z 3 układami DMD,
na każdy przetwornik trafia jedna wiązka o barwie R, G lub B. Projektory takie generują najlepszy obraz ze
wszystkich urządzeń projekcyjnych. Koszt zakupu takiego urządzenia jest kilkakrotnie wyższy niż w wypadku
zwykłych modeli DLP i większości projektorów LCD. Kompromisem są urządzenia z dwoma układami DMD,
gdzie dodatkowy zestaw lusterek odpowiada za odbijanie wyłącznie światła o barwie czerwonej.

Zalety:

wysoki kontrast obrazu (b. wysoki w projektorach z 3 układami DMD)
obraz

pozbawiony jakichkolwiek widocznych łączeń lub przerw między pikselami

zbieżność kolorów (1 układ optyczny)
dobre odwzorowanie czerni
przenośna instalacja
prosta obsługa

Wady:

mała rozdzielczość obrazu – do 1024x768 pikseli
niższa jasność obrazu w porównaniu projektorami LCD o tej samej mocy lampy
występowanie efektu „tęczy” (projektory z 1 układem DMD)
wysoka cena (b. wysoka – projektor z 3 układami DMD)

Projektory DLP – charakterystyka

Projektory DLP – podstawowe parametry

Projektor DLP: EP 739 firmy Optoma

technologia:

1 układ DMD 0.7 calowy
liczba mikro-luster 786 432

system projekcji:

lampa SHP 200W, obiektyw o regulowanej
ogniskowej f=28-35 mm

jasność:

2300 lm (ANSI)

kontrast:

2000:1

przekątna ekranu:

od 27.6 do 205 cali

odległość projekcji:

od 1.2 m do 10.0 m

wejścia TV:

PAL, NTSC, SECAM, HDTV

wejścia komputerowe:

RGB (D-Sub 15)

synchronizacja:

HSync: 31.5 - 100 kHz
VSync: 43 - 120 Hz

rozdzielczość:

1024 x 768 pikseli

pobór mocy:

265 W

masa:

2.4 kg

wymiary:

szer. 265 mm, głęb. 236 mm, wys. 104mm

cena

9 300 zł (04.2005)