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)