tv displays
TRANSCRIPT
UNIVERZITET U BEOGRADU
ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET
TV Displeji Seminarski rad
PREDMET: Televizija
Mentor: Kandidati:
Prof. dr Irini Reljin Jovan Vlajić 321/08
Dimitrije Bojer 182/04
Beograd, januar 2016.
2
Sadržaj
Str.
Spisak skraćenica ....................................................................................................................... 3
Spisak slika ................................................................................................................................. 4
Spisak tabela ............................................................................................................................... 5
1. Uvod ....................................................................................................................................... 6
2. CRT TV displej ..................................................................................................................... 7
2.1. Glavne komponente CRT displeja ................................................................................... 7
2.2. Gama oblast boja (Color Gamut) .................................................................................... 9
2.2.1. Gama oblast CRT displeja ....................................................................................... 11
2.3. Prednosti i mane CRT displeja ...................................................................................... 11
3. Tehnologije TV displeja današnjice .................................................................................. 12
3.1. LCD TV displej ............................................................................................................. 12
3.1.1. Šta su tečni kristali? ................................................................................................ 12
3.1.2. Šta je polarizovana svetlost? … ............................................................................... 13
3.1.3. Kako LCD TV displej koristi tečne kristale i polarizovanu svetlost? .................... 14
3.1.4. LCD TV displej sa pasivnom matricom .................................................................. 15
3.1.5. LCD TV displej sa aktivnom matricom ................................................................... 17
3.1.6. RGB filtri i proces proizvodnje ............................................................................... 20
3.1.7. Pozadinsko osvetljenje LCD displeja ...................................................................... 22
3.2. Plazma TV Displej ......................................................................................................... 25
3.2.1. Struktura i princip rada Plazma TV displeja ............................................................ 25
3.2.2. Osobine Plazma TV displeja ................................................................................... 27
3.3. LED TV Tehnologija ..................................................................................................... 28
3.3.1. Pozadinsko osvetljenje LED TV displeja ................................................................ 30
3.3.2. Osobine LED TV displeja ....................................................................................... 31
3.3.3. Izazovi LED TV tehnologije ................................................................................... 32
3.3.4. Budućnost LED TV displeja .................................................................................... 33
3.4. OLED TV displej ........................................................................................................... 34
3.4.1. Struktura OLED TV displeja ................................................................................... 34
3.4.2. Tipovi i princip rada OLED TV displeja ................................................................. 35
3.4.3. Tehnološke prednosti OLED tehnologije ................................................................ 38
4. Zaključak ............................................................................................................................ 41
Literatura ..................................................................................................................... 44
3
Spisak skraćenica
Skraćenica Pun naziv Objašnjenje
CRT Cathode Ray Tube Katodna cev
RGB Red-Green-Blue RGB sistem boja
CIE 1931 Gama oblast boja
sRGB,Adobe RGB Standardi gama oblasti boja
NTSC National Television Standards Commitee
of the United States
Nacionalni televizijski standard
S.A.D
IEC International Electrotehnical Commission Internacionalna
Elektrotehnička komisija
LCD Liquid Cristal Display Displej sa tečnim kristalima
LED Light Emitting Diode Svetleća dioda
OLED Organic Light Emitting Diode Organska svetleća dioda
TN Twisted Nematic
STN Super Twisted Nematic
ITO Indium Tin Oxide
TFT Thin Film Transistor Tranzistori sa tankim filmom
UV Ultraviolet Ultraljubučasti zraci
LPG Light Guide Plate
CCFL Cold Cathode Fluorescent Lamp Fluorescentna lampa sa
hladnom katodom
EEFL External Electrode Fluorescent Lamp
Fluorescentna lampa sa
eksternom elektrodom
HCFL Hot Cathode Fluorescent Lamp
Fluorescentna lampa sa vrućom
katodom
FFL Flat Fluorescent Lamp Ravna fluorescentna lampa
HDTV High definition Television Televizija visoke rezolucije
CES Consumer Electronics Show Sajam potrošačke elektronike u
Las Vegasu
AlInGaP Aliminium-Indium-Gallium-Phospide
InGaN Indium-Gallium-Nitride
DC Direct Current Jednosmerni napon
CW Continuous Wave
AMOLED Active Matrix Organic Light Emitting
Diode
Organska svetleća diode sa
aktivnom matricom
PMOLED Passive Matrix Organic Light Emitting
Diode
Organska svetleća diode sa
pasivnom matricom
WOLED White Organic Light Emitting Diode
PPV poly-para-phenylene-vinylene Polimersko jedinjenje
PF Polyfluoren Polimersko jedinjenje
RGB OLED Red-Green–Blue Organic Light Emitting
Diode
RGB organska svetleća dioda
PET
polyethylene terephthalate
4
Spisak slika Str.
Slika 2.1. Struktura CRT displeja .............................................................................................. 7
Slika 2.2. Tipovi rešetki CRT ekrana .......................................................................................... 9
Slika 2.3. CIE 1931 oblast boja .................................................................................................. 9
Slika 2.4. Gama oblasti sRGB, Adobe RGB i NTSC standarda ............................................... 10
Slika 2.5. Gama oblast CRT displeja ....................................................................................... 11
Slika 3.1. Stanja tečnih kristala ................................................................................................ 13
Slika 3.2. Princip polarizacije svetlosti .................................................................................... 14
Slika 3.3. Tečni kristal, neiskrivljen i iskrivljen ....................................................................... 14
Slika 3.4. Multipleksiranje sa pasivnom matricom .................................................................. 15
Slika 3.5. Princip uključivanja i isključivanja piksela ............................................................. 16
Slika 3.6. Struktura TFT LCD displeja .................................................................................... 18
Slika 3.7. Tipična TFT LCD ćelija ........................................................................................... 19
Slika 3.8. Kontrola segmenta displeja ...................................................................................... 19
Slika 3.9. Proces proizvodnje RGB filtra ................................................................................. 20
Slika 3.10. Struktura RGB kolor filtra ...................................................................................... 21
Slika 3.11. Konfiguracije RGB boja unutar filtra .................................................................... 21
Slika 3.12. Stripe konfiguracija ................................................................................................ 21
Slika 3.13. Struktura ivičnog osvetjenja ................................................................................... 22
Slika 3.14. Struktura direktnog osvetjenja ............................................................................... 23
Slika 3.15. Fluorescentna lampa sa hladnom katodom (CCFL) .............................................. 24
Slika 3.16. Proces emitovanja fotona ....................................................................................... 25
Slika 3.17. Poprečni presek plazma TV displeja ...................................................................... 26
Slika 3.18. Struktura plazma TV displeja ................................................................................. 27
Slika 3.19. Proces rekombinacije elektrona i šupljina ............................................................. 28
Slika 3.20. Tipična struktura LED diode .................................................................................. 28
Slika 3.21. Struktura LED TV displeja ..................................................................................... 29
Slika 3.22. Ivično osvetljenje LED TV displeja ........................................................................ 30
Slika 3.23. Osvetljenje LED TV displeja sa potpunim nizom ................................................... 30
Slika 3.24. CIE oblast boja InGaN LED TV displeja ............................................................... 31
Slika 3.25. Ivično osvetljenje pomoću LED diode .................................................................... 31
Slika 3.26. Uticaj toplote na sivu boju LED TV displeja ......................................................... 32
Slika 3.27. CIE 1931 oblast boja LED TV displeja .................................................................. 33
Slika 3.28. Tipična OLED struktura ......................................................................................... 34
Slika 3.29. Proces emitovanja svetlosti OLED strukture ......................................................... 35
Slika 3.30. Struktura OLED TV displeja sa aktivnom matricom ............................................. 35
5
Slika 3.31. Struktura OLED TV displeja sa pasivnom matricom ............................................. 36
Slika 3.32. Polimeri emisionog sloja OLED strukture ............................................................. 36
Slika 3.33. RGB polimeri emisionog sloja OLED strukture .................................................... 37
Slika 3.34. Proces pravljenja boje za jedan piksel (WOLED) ................................................. 37
Slika 3.35. „Roll to roll vapour” metod proizvodnje OLED TV displeja ................................ 38
Slika 3.36. Prikaz boja pri različitim uglovima gledanja za OLED (levo) i LCD (desno), pri 0
stepeni (gore) i pri 45 stepeni (dole) ........................................................................................ 39
Slika 3.37. Prikazivanje crne boje, OLED (levo) i LCD (desno) TV displeja .......................... 39
Slika 3.38. CIE oblasti boja OLED TV displeja ....................................................................... 40
Slika 4.1. Poređenje kontrasta slike različitih tehnologija ...................................................... 41
Slika 4.2. Osvetljenost ekrana u zavisnosti od ulaznog signala ............................................... 42
Slika 4.3. Poređenje tehnologija po kategorijama ................................................................... 42
Spisak tabela Str.
Tabela 2.1. Gama oblasti sRGB, Adobe RGB i NTSC standarda ........................................... 10
Tabela 2.2. Prednosti i mane CRT displeja ............................................................................ 11
6
1.Uvod
Ovajradorganizovanjeu4poglavljapočevšiodCRTTVdispleja,najstarijetehnologijeuizrad
iTVdispleja,padonajsavremenijihtehnologijadanašnjice.
Uprvompoglavljubavićemosekonstrukcijom,principimaradaCRTTVdispleja,kaoinjihovi
mnajvažnijimkarakteristikama.Takođe ćemo objasniti CIE 1931 oblast boja kao i sRGB,
Adobe RGB i NTSC standarde.Osvrnućemo se na prednosti i mane CRT tehnologije u izradi
TV displeja. U drugom poglavlju predstavićemo tok razvoja tehnologija TV displeja. Prvo
ćemo objasniti LCD tehnologiju koja koristi tečne kristale za prikaz slike na displeju,njihovu
strukturu i osobine. Zatim ćemo definisati polarizovanu svetlost i njenu ulogu u formiranju
slike na ekranu. Potom ćemo detaljnije objasniti tipove i način funkcionisanja LCD TV
displeja. Pomenućemo najznačajniji tip LCD tehnologije, TFT tehnologiju i opisaćemo rad
TFT LCD TV displeja.Predstavićemo RGB filtre, način proizvodnje i strukturu, kao i tipove
pozadinskog osvetljenja koji se koriste pri izradi TV displeja.U nastavku našeg rada
objasnićemo pojam plazme i upotrebu iste u plazma TV displejima. Takođe ćemo opisati
strukturu i način funkcionisanja ovog tipa TV displeja, kao i najvažnije karakteritike. Zatim
ćemo se baviti procesom rekombinacije koji je od vitalnog značaja za nastanak LED
diode,koja igra ključnu ulogu u LED TV tehnologiji. Zbog sličnosti LCD i LED tehnologije,
definisaćemo suštinsku razliku između njih, koja se ogleda u načinu realizacije pozadinskog
osvetljenja.Takođe će biti diskusije o izazovima i problemima LED TV tehnologije kao i o
budućnosti iste. Na krajuće biti predstavljena najmodernija i najbolja tehnologija u izradi TV
displeja, OLED tehnologija, koja koristi sve pogodnosti prethodnih tehnologija. Pošto je
OLED tehnologija specifična i zanimljiva sama po sebi, biće reči o materijalima koji čine
slojeve OLED strukture. Navešćemo tipove OLED TV displeja,osobine, kao i njihov način
rada. U zaključku ćemo se baviti poređenjima svih navedenih tehnologija u izradi TV
displeja,što ćemo potkrepiti odgovarajućim dijagramima,slikama i tabelama.
7
2. CRTTV displej
Odpočetka 19. Veka katodna cev ili CRT(Cathode Ray Tube ili Braunova cev),odigrala
je važnu ulogu u prikazivanju slike,filmova i informacija. Prvi, najjednostavniji patent za
CRT, podnet je 1938.godine, a prvi komercijalni model TV aparata baziran na katodnoj cevi
proizveden je u Nemačkoj 1934. godine, od strane firme „Telefunken”. Koristeći različite
tehnike za povećanje preciznostii kvaliteta slike,CRT tehnologija je napredovala. Dok su današnji CRT ekrani mnogo napredniji od onih pre jedne decenije, oni su
mnogo jednostavniji od ekrana drugih tehnologija. Ovo daje CRT displejima neke
prednosti,kaošto su jeftina proizvodnja i sposobnost prikaza slike visoke rezolucije.
2.1. Glavne komponente CRTdispleja
Katodna cev (CRT) je ureĎaj za prikazivanje koji koristielektrone ispaljene na fosfor
kako bi stvarao sliku. CRT uzima ulaznu vrednost iz eksternog izvora TV signala i prikazuje
ga. CRT se sastoji od tri glavne komponente: elektronskog topa, deflektora elektronskog
snopa iekrana od fosfora.
Fluorescentni ekran
AnodeKatoda
Grejač
Elektronski snop
Skretajućikalemovi
Fokusirajući kalemovi
G1 G2
Slika 2.1. Struktura CRT displeja
8
Elektronski Top
Elektronski top ispaljuje elektrone koji udaraju u fosfor, a taj udar uzrokuje da fosfor
prikaže boje. Dve glavne komponenteelektronskog pištolja su katoda i usmerivač
elektronskog snopa. Ove dve komponente rade zajedno na ispaljivanju i usmeravanju
elektrona tamo gde se traži.
Katoda
Katoda je napravljena od metala provodnika, obično nikla.Različiti naponi su na
anodamaG1 i G2.Razlika potencijala izmeĎu G2 i katode uzrokuje napon,obično izmeĎu 100 i
1000 volti, dovoljno velikida izvuče elektrone iz katode.Razlika u potencijalu utiče na to da se
elektroni ubrzavajudok ne postignu konačnu brzinu. Zatim elektroni putuju konstantnom
brzinom, sve dok ne stignu do ekrana. Što je veca brzina ,to češce elektroni udaraju u ekran i
to se manifestuje pojačanim osvetljenjem slike.U cilju povecanja osvetljenja napon se
povećava, što dovodi do povecanjakonačne brzine.
Elektronski snop
Nakon što je elektron izvučen iz katode i ubrzan do konačne brzine,on putuje kroz
katodnu cev do ekrana. U mnogim TV displejima,elektrostatički mehanizam se koristi za
fokusiranje elektrona. Elektrostatički znači da se sila vrši pomoću konstantnog električnog
polja.Sila se može računati pomoću sledeće jednačine:
1 2
22.1
k q qF
r
Iz jednačine možemo videti da sila proporcionalno raste sa naelektrisanjem, a da je
obrnuto proporcionalna rastojanju izmeĎu dva naelektrisanja. Na ovom principu elektronski
snop se može fokusirati tačno. Svrha elektronskog snopa je da usmeri elektron na željeno
mesto na displeju.U praksi elektronski snop nije sačinjen od jednog elektrona, već mnoštva
elektrona,koji se usmeravaju na ekran.
Skretnikalemovi
Skretni kalemovi rade po elektrostatičkom i elektromagnetskom mehanizmu.
Pozicionirani su na početku vakuumske cevi i odreĎuju koji deo ekrana će bitipogoĎen od
strane elektrona.Noviji TV displeji i monitori koriste elektromagnetske kalemove kako bi
kontrolisali elektronski snop. Postoje dva skretna kalema,jedan definiše horizontalnu poziciju,
dok drugi definiše vertikalnu poziciju. Struja prolazi kroz skretni kalem,definišući gde će
elektron otići.Elektromagnetska sila utiče na elektron da se kreće ulevo ili udesno u zavisnosti
od horizontalno skretnog kalema.Kada elektron prolazi kroz skretni kalem/deflektor,on
ubrzava shodno sili koja deluje na elektron. Ubrzanje značipromenu brzine, a samim tim i
pravca kretanja. Taj novi pravac direktno odreĎuje mesto gde će elektron udariti.
Ekran
Ekran,koji se nalazina početku CRT displeja, zapravo je ono što prikazuje sliku.CRT
ekrani u boji se sastoje od neorganskog fosfora koji ima sposobnost da emituje svetlost u tri
različite boje (crvena,plava,zelena-RGB sistem boja). Kada je ekran pogoĎen elektronima, on
oslobaĎa energiju u vidu fotona.
Kada elektron udari u atom fosfora,on prenosi energiju elektronu u fosforu,koji prelazi
na viši energetski nivo. Kada elektron izgubi energiju, vraća se na početni nivo emitujući
energiju u vidu fotona,uvek iste frekvencije. Fosfor, emitujući crvenu, plavu i zelenu boju
9
formira sliku u boji.Tik iza ekrana nalazi se jedan od dva tipa rešetki,shadow mask ili
aperture grille,koje sprečavaju elektrone koji su rasejani od elektronskog snopa da udaraju u
ekran. Cilj je da samo elektroni u elektronskom snopu udaraju u fosfor.
Slika 2.2.Tipovi rešetki CRT ekrana
Elektronski snop se konstantno pravi i fokusira u katodnoj cevi. Vremenski interval
osvežavanja (refresh rate) predstavlja broj isrctavanja slike na ekranu u sekundi i uobičajena
vrednost iznosi 65Hz.
2.2.Gama oblast boja (Color Gamut)
Gama oblast boja predstavlja opseg boja kojeljudsko oko može da vidi i predstavljeno
je preko CIE 1931 (The International Commission on Illumination) oblasti boja koja je
prikazana na sledećoj slici:
Slika 2.3. CIE 1931 oblast boja
10
Postoje razni metodi predstavljanja gama oblasti boja. Najbolji način jeste
predstavljanje u XYZ kolor sistemu. Kod sistema u xy dijagramu, opseg RGB boja se
predstavlja preko numeričkih vrednosti i kolor koordinata.
Postoje tri standarda koji su najčešće u upotrebi:sRGB,Adobe RGB i NTSC.Gama
oblast svakog standarda je predstavljena trouglom u xy dijagramu boja. Pikovi RGB boja
predstavljaju temena trouglova. Što je veća površina trougla, to je veća raznolikost boja. U
sledećoj tabeli su prikazane xy koordinate prethodno navedenih standarda.
Tabela 2.1. Gama oblasti sRGB, Adobe RGB i NTSC standarda
Gama oblast sRGB Adobe RGB NTSC
Koordinate X Y X Y X Y
R 0.640 0.330 0.640 0.330 0.670 0.330
G 0.300 0.600 0.210 0.710 0.210 0.710
B 0.150 0.060 0.150 0.060 0.140 0.080
Na osnovu prethodne tabele gama oblasti dobija se sledeći dijagram:
Slika 2.4. Gama oblasti sRGB,Adobe RGB iNTSC standarda
sRGBstandard je ustanovljen 1988.godine od strane IEC (International
Electrotechnical Commission). Koristi se za predstavljanje boja u ureĎajima kao što su LCD
monitori,štampači, digitalne kamere.
Adobe RGB standard je definisan 1998. godine od strane kompanije Adobe systems.
Iako nije internacionalni standard, ima veći opseg nego sRGB,pogotovo u domenu zelene
boje,što mu omogućava upotrebu u domenu profesionalne fotografije i industriji
štampe.Novije generacije LCD displeja mogu da reprodukuju većinu gama oblasti ovog
standarda.
NTSC (National Television Standards Commitee of the United States) je standard koji
se upotrebljava u analognoj televiziji i u poreĎenju sa Adobe RGB ima vrlo male razlike u R i
B komponentama, kao što se može videti iz tabele 2.1. Na boje utiču dva faktora: osvetljenost,
koja se generiše kolor filterima i sjajnost, koja zavisi od pozadinskog osvetljenja.Idealni
11
TVdisplej bi trebalo da prikazuje sve boje CIE 1931 oblasti boja sa istom sjajnošću. Nijedna
tehnologija nije u mogućnosti da prikaže celi opseg boja iz CIE 1931 prostora boja.
2.2.1. Gama oblast CRT displeja
Slika 2.5.Gama oblast CRT displeja
2.3.Prednosti i mane CRT displeja
Katodna cev postoji više od 100 godina i još uvek se koristi u raznim
aplikacijama.Zbog toga što je ovodobro ustanovljena tehnologija,CRT displeji su relativno
jeftini i veoma pouzdani.Iakoekrani ovog tipa imajusvojih prednosti, glavnu ulogu su
praktično u potpunosti preuzeli ekrani drugih tehnologija.Pre tridesetgodina rezolucija od
642x400 piksela smatrana je visokom.Danas se za visokurezoluciju smatra preko 2000 piksela
u oba pravca sa milion boja,umesto nekoliko stotina. Trend povećanja rezolucije i kvaliteta
slike će rasti u budućnosti. Jedna velika mana CRT TV displeja je u veličini ekrana, tačnije u
njegovoj dubini, jerzauzima veliki prostor u odnosu na druge tipove. Veličina je neophodna
zbog prostora koji je potreban elektronima da se ubrzaju u vakuumskoj cevi. Kod poslednjih
generacija CRT televizora koje su do nedavno proizvoĎene, dubina ekrana je značajno
smanjena (slim tehnologija).
Tabela 2.2. Prednosti i mane CRT displeja
Prednosti Mane
Visoka rezolucija Veliki potrošač
Odlična postojanost boja Težina
Odličan kontrast slike Emituje eletromagnetsku radijaciju
Dugovečnost i pouzdanost Učestanost osvežavanja slike
Jeftina proizvodnja Dimenzije
Sjajnost slike
Kontrast slike CRT TV displeja se kreće oko 15000:1, dok je tipična rezolucija CRT
displeja za PAL standard 720x576 piksela, a za NTSC standard 720x480.
12
3.Tehnologije TV displeja današnjice
Osim polako odumiruće CRT tehnologije, u današnje vreme postoje četiri bazične
tehnologije izrade TV displeja: LCD,Plasma(takoĎe tehnologija u gašenju),LED iOLED. One
se mogu podeliti u dve kategorije:
Emisione –Generacija svetlosti se vrši direktno sa piksel elementa
Transmisione – Generacija svetlosti se vrši pomoću svetlosnog snopa generisanog iz
eksternog izvora svetlosti
Tipični predstavnici emisione tehnologije su CRT, Plasma iOLED,dok su LCD i
LEDpredstavnici transmisione tehnologije.
3.1. LCD TV displej
LCD (Liquid-Crystal Display) predstavlja transmisionu tehnologiju kod koje je izvor
svetlosti postavljen iza LCD panela i gde svetlosni zraci prolaze kroz piksele u zavisnosti
odugla tečnih kristala,postavljenih u svakompikselu.Da bi LCD piksel emitovao svetlost,ona
mora biti polarizovana u horizontalne i vertikalne komponente. U LCD televizorima,pikseli se
uključuju ili isključuju elektronski, koristeći tečne kristale koji rotiraju polarizovanu svetlost.
U daljem tekstu ćemo objasniti šta su tečni kristali i kakav je njihov princip rada.
3.1.1. Šta su tečni kristali?
Sve do kraja devetnaestog veka smatralo se da materija može postojati u jednom od tri
agregatna stanja: čvrstom,tečnom ili gasovitom. Austrijski hemičar Friedrich Reinitzer je
1888.godine otkrio tečne kristale,koji predstavljaju totalno novo stanje,izmeĎu tečnog i
čvrstog stanja. Osobine čvrste materije tečni kristali imaju u vidu kristalne rešetke dok
osobine tečnosti imaju u tome što atomi mogu da se kreću. Tečni kristali mogu biti u svakom
trenutkuu jednom od nekoliko stanja izmeĎu tečnog i čvrstog. Dva najbitnija stanja se
nazivaju nematic i smectic.
13
Slika 3.1. Stanja tečnih kristala
Nematic stanje
U ovom stanju tečni kristali se ponašaju mnogo više kao tečnost. Njihovi molekuli su
proizvoljno rasporeĎeni i mogu da se kreću po slojevima,ali su uvek okrenuti u istom pravcu.
Smectic stanje
Kada ohladimo tečne kristale,oni prelaze u smectic stanje.Molekuli formiraju slojeve
koji mogu da se pomeraju jedan u odnosu na drugi. Molekuli u datom sloju mogu da se kreću
slobodno,ali ne mogu da se kreću kroz druge slojeve.
Sredinom šezdesetih godina dvadesetog veka,pokazano je da tečni kristali,kada su
pobuĎeni spoljašnjim naelektrisanjem, mogu da menjaju svojstva svetlosti koja prolazi kroz
kristal. Nematic tečni kristali mogu da imaju iskrivljenu strukturu koja se pod uticajem
naelektrisanja može opet ispraviti. To doprinosi principu paljenja i gašenja piksela naLCD
displeju.
Da bismo razumeli kako tečni kristali kontrolišu piksele, moramo saznati malo više o
polarizovanoj svetlosti.
3.1.2. Šta je polarizovana svetlost?
Svetlost je misteriozna pojava. Ponekad se ponaša kao usmeren snop sitnih čestica,
koje nose energiju kroz vazduh veoma velikom brzinom. Sa druge strane, svetlost se ponaša i
kao talas električne i magnetske energije koji se prostire kroz prostor.Koristeći filtere možemo
propuštati svetlost u samo jednom pravcu ili ravni. Svetlost filtrirana na ovaj način se naziva
polarizovana svetlost.Postavljanjem dva polarizaciona filtera poduglom od 90 stepeni jedan u
odnosu na drugi,nikakva svetlost neće proći kroz filtere jer jedan filter eleminiše vertikalnu
komponentu svetlosti, dok drugi eliminiše njenu horizontalnu komponentu.
14
Ne polarizovana svetlost
Linearni polarizator
Linearni polarizator
Tama
Transmitovana osa
90° 0°
Transmitovana osa
Linearna polarizovana
svetlost
Slika 3.2 Princip polarizacije svetlosti
3.1.3. Kako LCD TV displej koristi tečne kristale i polarizovanu
svetlost?
U pozadini ekrana, postoji izvor jake svetlosti koja se prostire prema posmatraču.Ispred
izvora se nalaze milioni piksela,od kojih se svaki sastoji od malih delića,tzv.podpiksela, koji
su obojeni crvenom,plavom i zelenom bojom(RGBsistem).Svaki piksel ima stakleni
polarizacioni filter sa prednje i zadnje strane koji su postavljeni pod 90 stepeni,jedan u odnosu
na drugi. To znači da je u osnovnom stanju, piksel crne boje.IzmeĎu dva polarizaciona filtra
nalazi se sićušan nematictečni kristal koji može elektronski biti iskrivljen (upaljen) ili
neiskrivljen (ugašen).Kada je iskrivljen,tečni kristal rotira svetlost koja prolazi za 90
stepeni,dozvoljavajući joj da proĎe kroz dva polarizaciona filtra,čineći da piksel izgleda
svetlije.
Slika 3.3. Tečni kristal,neiskrivljen (levo) i iskrivljen (desno)
Izvor: NASA Marshall Space Flight Center (NASA-MSFC)
Na levoj strani slike3.3.se vidi kako tečni kristali izgledaju kada ne propuštaju, a na
desnoj strani se vidi kako izgledaju kada propuštaju polarizovanu svetlost.Primenom
električnog polja, u stanju smo da kontrolišemo tečne kristale da menjaju svoju orijentaciju i
15
da na osnovu toga uključuju i isključuju piksele. Svaki piksel je kontrolisan posebnim
tranzistorom koji može da se uključuje i isključuje mnogo puta tokomtokom jedne sekunde.
3.1.4. LCD TV displej sa pasivnom matricom
Za dovoĎenje naelektrisanja na pojedinačne piskele na displeju koristi se jednostavna
mreža,koja se naziva pasivna matrica. Ova matrica se sastoji iz dva staklena sloja koji se
nazivaju supstrati,jedan zadužen za redove, a drugi za kolone. Sačinjeni su od prozirnog
provodnog materijala.Tečni kristal se nalazi izmeĎu ova dva staklena supstrata,dok se
polarizacioni film stavlja sa spoljne strane displeja. Da bi se piksel aktivirao,integrisano kolo
šalje impuls ka tačnoj koloni jednog supstrata, a nulti potencijal ka tačnomredu drugog
supstrata. Kolona i red se ukrštaju na željenom pikselu i to dovodi do napona koji ispravlja
tečni kristal tog piksela.
Tehnika koja se najviše koristi pri dizajniranjupasivne matrice naziva se direktno
adresiranje. Kod ove tehnike postoji direktna konekcija do svakog elementa na displeju što
omogućava kontrolu pojedinačnih piksela. Zbog potrebe za pojedinačnim konekcijama do
svakog piksela,ova tehnika se ne koristi za proizvodnju velikih displeja koji mogu sadržati
hiljade, pa i milione piksela.Metod koji se koristi kod modernih LCD TV displeja naziva se
multipleksiranje. U ovom metodu, svi pikseli jednog reda su povezani zajedno sa jedne
strane filma tečnog kristala,a svi pikseli jedne kolone su povezani zajedno sa druge strane
filma tečnog kristala. Redovi su „adresirani” serijski tako što se svi naponi kolona podešavaju
odvojeno za svaki red, a onda se pale naponi redova sekvencijalno.Problem?Pikseli nikada
neće primiti napone za njihovo potpuno paljenje i gašenje. Razlog za to je što će kada imamo
N redova i prolazimo kroz njih,pikseli u jednom redu dobijati potreban napon samo u
ograničenom vremenskom intervalu, koji je jednak 1/N ukupnog vremena. Na primer,ako
imamo 24 reda,pikseli će imati potreban napon samo 1/24 deo vremena.To dovodi do
činjenice da nikada nisu potpuno upaljeni ni ugašeni, već su negde izmeĎu. Usled ovoga
dolazi do problema kontrasta slike, koji može biti veoma nizak. Multipleksiranje sa pasivnom
matricom prikazanojena sledećoj slici:
16
LCD MatrixRow Signals ( Strobe )
Column signals ( information )
OFF
ON
Slika 3.4. Multipleksiranje sa pasivnom matricom
Kako funkcioniše multipleksiranje sa pasivnom matricom?Kratak naizmenični
(pravougaoni) impuls se periodično primenjuje na redove kao strob signal, dok kolone
prenose informacioni signal. Piksel je selektovan(uključen) ako i samo ako red i kolona nisu
na niskom ili visokom potencijalu u isto vreme. Ukoliko su red i kolona na istom potencijalu
(visokom ili niskom),piksel je isključen, što se može videti sa slike 3.4.
U iskrivljenim nematic diplejima, molekuli tečnog kristala leže paralelno u odnosu
nastaklene supstrate. Staklo je specijalno tretirano, tako da tečni kristal formira helikoidnu
strukturu koja je orijentisana u odreĎenom pravcu, kao na slici 3.5. Kada linearno
polarizovana svetlost prolazi kroz tečni kristal,tanak film tečnog kristala rotira (kontrolisano)
svetlost pododreĎenim uglom (uglavnom od 90 stepeni za vidljivu svetlost). Konfiguracija
kada je film postavljen izmeĎu ukrštenih polarizatora, omogućava svetlosti da proĎe. Kada se
dovede električno polje preko filma,molekuli tečnog kristala se orijentišu,dolazi do
ispravljanja tečnog kristala koji utiče na to da svetlost ne proĎe kroz drugi polarizator, pošto
nema dovoljnu rotaciju.Kada se električno polje ukloni, tečni kristal se vraća u svoju
spiralnu strukturu i polarizovana svetlost može proći. U nekim LCDdisplejima, polarizatori
mogu biti postavljeni paralelnojedanu odnosu na drugi. Kada svetlostprolazi kroz dva
polarizatora,manifestuje se kao svetla slika sa tamnom pozadinom na displeju. Kadasvetlost
ne prolazi kroz dva ukrštena polarizatora,to se manifestuje kao tamna slika sa svetlom
pozadinom.
17
4.6 umU ( 3V )
E
Tama
E
Svetlost
Stakleni supstrat
Polarizator
Upadna svetlostUpadna svetlost
Slika 3.5.Princip uključivanja i isključivanja piksela
Twisted nematic (TN)displeji su jednostavne arhitekture,jeftini i jednostavni za
proizvodnju. Upotreba polarizatora smanjuje potencijalnu sjajnost ekrana, pošto polarizatori
propuštaju manje od polovine incidentne svetlosti da proĎe.Vreme uključivanja i isključivanja
tečnog kristala često nije onako kratko kao što bismopriželjkivali,uobičajeno oko 150 ms.
Tako mala brzina čini displeje sa pasivnom matricom neupotrebljivim za mnoge aplikacije,
kao što je na primer puna pokretna video slika.Displeji sa pasivnom matricom pogodni su za
ureĎaje niske potrošnje snage zaprikazivanje alfanumeričkih podataka, kao što su satovi i
kalkulatori.Da bi se postigao dovoljan optički kontrast sa slabim selekcionim
odnosom,modulatori tečnog kristala moraju imati strmu električno-optičku karakteristiku.
Ovo je bio razlog za razvijanje TN modulatora sa uglom krivljenjavećim od 90stepeni.
Problem je rešen sredinom osamdesetih godina, kada je izumljenSuper Twisted
Nematic(STN)displej. Kod STN displeja svetlost može da se rotira pod uglom od 270 stepeni,
u odnosu na 90 stepeni kod TN displeja. Veći ugao krivljenja dovodi do većegnagiba
električno-optičke karakteristike i boljeg odziva. Rezultat toga je da su vrednostinapona
paljenja i gašenja bliži.Većina današnjih displeja koristi ugao krivljenja od 210 stepeni zbog
najboljeg odnosa električno-optičke karakteristike.
STNdispleji u boji koriste RGB kolor filtre. Displeji pravljeni ovom tehnologijomimaju
bolji odnos kontrasta, imaju širi ugao vidljivosti i veći kvalitet boja u odnosu na TNdispleje.
Vreme odziva,odnosno vreme potrebno da se stanje promeni sa upaljenog na ugašeno i
obratno, sporije je nego kod TNdispleja(oko 200 ms). TakoĎe,STNdispleji nemajutoliku
sjajnost i mnogo su skuplji za proizvodnju. Još jedna mana je što imaju tendenciju da
proizvode plave i žute boje,pre nego crnu i belu,kao rezultat manje razlike izmeĎu napona
paljenja i gašenja.STN displeji su zato idealni za regularne grafičke aplikacije,uključujući
elektroniku široke upotrebe,poput TV ekrana, kompjuterskih monitora i digitalnih kamera.
STNkolor displej ima mogućnost prikazivanja punog kapaciteta boja kroz standardnu
tehnologiju LCD ekrana sa pasivnommatricom. Slično kao kod monohromskih LCD ekrana,
displeji u boji se sastoje od prednjeg i zadnjeg staklenog panela,polarizatora,retardacionog
filma i indium tin oxide (ITO).
Glavna razlika izmeĎu pasivne kolor ćelije i monohromatske ćelije je ta da je segment
ITO sastavljen od tri boje(crvene, zelene i plave), a transflektivni sloj je pomeren unutar
staklenih panela. Filtar boje je ugraĎen u ćeliju,tako praveći displej pune boje. Filtar boje je
18
sačinjen od crvenog, zelenog i plavog pigmenta i usklaĎen je sa odreĎenim podpikselom
unutar ćelije.Tri od ovih podpiksela (svaki za po jednu boju) se kombinuju čineći jedan
potpuni kolor piksel u displeju. U svakom podpikselu, filtar boja emituje samo polarizovanu
svetlost od boje togpodpiksela,tako da semože prikazati veliki broj jedinstvenih boja. Ovakvi
displeji su isplativiji u poreĎenju sa TFTkolor displejom (Color ThinFilm Transistor), o
kojima sledi priča u narednim redovima.
3.1.5. LCD TV displej sa aktivnom matricom
LCD displeji sa aktivnom matricom pripadaju tipu ravnih displeja čiji se ekran
osvežava mnogo češće nego što je to slučaj kod LCD displeja sa pasivnom matricom. TFT
LCD displeji koriste pojedinačne tranzistore koji kontrolišu naelektrisanja u svakoj ćeliji sloja
tečnog kristala. Najčešći tip displeja sa aktivnommatricom baziran je na TFT (Thin Film
Transistor) tehnologiji.
Šta je TFT tehnologija?
Za razliku od displeja sa pasivnom matricom, gde se provodni slojevi koriste za
provoĎenje naelektrisanja do tečnih kristala, kod displeja sa aktivnom matricom (TFT) koristi
se mreža od tranzistora, koja ima sposobnost da zadržava naelektrisanje duži vremenski
period, nalik kondenzatoru. Kako tranzistori imaju prekidačku ulogu, samo željeni pikseli
dobijaju naelektrisanje, što rezultuje boljim kvalitetom slike uodnosuna pasivnu matricu.Zbog
osobine TFT tranzistora da zadržavaju naelektrisanje, piksel ostaje aktivan do
sledećegosvežavanja.
Tipovi TFT tehnologije
Postoje tri tipa TFT tehnologije: Amorphous Silicon (a-Si), Polycristaline Silicon (p-Si)
i Single Crystal Silicon (x-Si). Najčešće korišćena tehnologija je Amorphous Silicon (a-Si).U
kolor TFT displeju postoji transistor za svaku RGB bojuu pojedinačnom pikselu.
Struktura i princip rada TFT LCD displeja
TFT LCDima slojevitu strukturu kod koje se tečni kristali nalaze izmeĎu dva staklena
panela.Stakleni panel sadrži onoliko TFT tranzistora koliko ima piksela,dok se boje generišu
pomoću filtra boja na RGB panelu. Struktura TFT LCD displeja prikazana jena sledećoj slici:
Pozadinsko osvetljenje
TFT panel
Tečni kristali
Kolor filter panel
PikselTranzistor
Polarizacioni filtri
Transparentne Elektrode
19
Slika 3.6. Struktura TFT LCD displeja
Količina i intenzitet svetlosti koja potiče od pozadinskog osvetljenja je odreĎena uglom
rotacije tečnog kristala. Tečni kristali se rotiraju u zavisnosti od razlike potencijala izmeĎu
panela RGB filtra i TFT panela,a taj napon odreĎuje protok svetlosti. U zavisnosti od
primenjenog napona, struktura tečnih kristala se rotira, različitim uglom za svaki piksel,tako
da količina svetlosti koja proĎe nije jednaka za svaki piksel. TFT panel sa slike 3.6.se sastoji
od tranzistora koji su rasporeĎeni po njegovoj površini, tako da svaki od njih kontroliše napon
koji se dovodi na ITO elektrodu.
Šta je ITO?
ITO (Indium(74%)-Tin(8%)-Oxide(18%)) je jako dopirani poluprovodnik n-tipa
velikog energetskog procepa (4eV). Zbog svog energetskog procepa, najtransparentniji je u
vidljivom spektru svetlosti. Najčešće i najšire je korišćen provodni oksid, zbog svoje dve
glavne osobine,električne provodnosti i optičke transparentnosti, kao i zbog mogućnosti
da se realizuje kao tanak film. ITO se primenjuje u konstrukcijama raznih displeja kao što su
LCD, Plasma touch screen,OLED, itd.Iznad TFT panela nalazi se prednji stakleni panel sa
RGB filtrima po površini. Njihova uloga je da proizvode boju,tačno u odreĎenom
intenzitetu,u zavisnosti od količine svetlosti koja prolazi kroz tečni kristal.Iznad RGB panela
nalazi se transparentna elektroda, koja je zajednička za sve piksele.
20
Tipična TFT LCD ćelija prikazana je na sledećoj slici:
ITOelektroda
TFT tranzistor
Signalna linija
Selekcionalinija
Slika 3.7. Tipična TFT LCD ćelija
Selekciona linija koristi se za selekciju TFT tranzistora u aktivnoj matrici. Signalna
linija nosi informaciju o boji (slika 3.7).
Kontrola segmenata TFT displeja
Na signalne linije se dovodi informacija o RGB boji. DovoĎenjem odreĎenog napona
na selekcione linije, omogućava se paljenje ili gašenje TFT tranzistora. Ukoliko se primeni
napon od 20Vlinija je selektovana, a ako se primeni napon od -5V, linija neće biti
selektovana.
ITO
ITO V1
+
ITO
ITOV2
-
ITO
ITOV3
+
CSCSCS
CSCSCS
OFF OFF OFF
ON ONON
Gn-1
Gn
RED GREEN BLUE
V3+
V2-
V1+
Gate selection
-5 V
20 V
ITO ITO ITOCSCSCS
OFF OFF OFF
Gn+1
-5 V
21
Slika 3.8. Kontrola segmenata displeja
Ako je linija selektovana (20V), moguće je dovesti napon preko signalnih linija do ITO
elektroda. Ovo uzrokuje da se ćelije tečnih kristala rotiraju propuštajući odreĎenu količinu
svetlosti. Periodičnim skeniranjem selekcionih linija i dovoĎenjem odgovarajućih napona na
signalne linije u odreĎenoj sekvenci,mogu se adresirati svi pikseli TFT LCD displeja. Kao
rezultat, ceo displej se adresira liniju po liniju. U zavisnosti od tipa monitora, jedan piksel
može generisati 2n različitih nijansi jedne iste boje (8,16,64,256 nivoa,u zavisnosti od tipa
displeja).
3.1.6.RGB filtri i proces proizvodnje
Proces proizvodnje RGB filtra prikazan je na slici 3.9. Prvo sena staklenom supstratu
formira crna matrica(1), a zatim se nanosi rezistivni film crvene boje po celoj površini
supstrata(2). Nakon toga se, tehnikom maske,čuvaju slojevi crvene boje na željenim mestima,
dok se UV zracima uklanjaju slojevi crvene boje na ostalim mestima (3,4). Ovi procesi se
ponavljaju za plavu i zelenu boju i na kraju se segmenti oblažu slojem ITO filma (6). LCD
displeji modulišu polarizaciju bele svetlosti kako bi proizveli nivoe sive boje. Pomoću kolor
filtara, crvena, plava i zelena boja se dodaju svakom podpikselu, tako da mešanjem nijanse tri
osnovne boje dobijamo gotove sve moguće boje. Kolor filtri su tipično izraĎeni
fotolitografskim procesom na staklenom supstratu i predstavljaju pasivne optičke
komponente.
22
R BG
R BG
R BG R
R
R
BGR
fotomaska fotomaska
BGR
Svetlost
Stakleni supstrat
Crna matrica
1.
2.
3.
4.
5.
Kolor rezistivni film
ITO film
6.
Slika 3.9. Proces proizvodnje RGB filtra
R BG
Crna matrica
ITO film
Stakleni supstrat
RGB segmenti
Slika 3.10. Struktura RGB kolor filtra
Sa slike 3.10, koja prikazuje strukturu RGB kolor filtra, može se videti da postoje tri
segmenta- crvene,plave i zelene boje (RGB), koji su formirani iznad matrice crne boje.
Matrica crne boje je sačinjena od crnih linija na kolor filtru koje imaju ulogu da štite
selekcione i signalne linije TFT panela ida razdvajaju RGB podpiksele, sprečavajući mešanje
23
boja i curenja svetlosti,popravljajući time kontrast boja.Postoji više konfiguracija RGB boja
unutar filtra,koje su prikazane na sledećoj slici:
STRIPE STRIPE MOZAIK DELTA BUMERANG
Slika 3.11. Konfiguracije RGB boja unutar filtra
Najčešće korišćena konfiguracija je Stripe konfiguracija,sa tri podpiksela u jednom
pikselu,za svaku boju po jedan.
Slika 3.12. Stripe konfiguracija
24
3.1.7.Pozadinsko osvetljenje LCD displeja
Pozadinsko osvetljenje predstavlja neizostavnu komponentu za rad LCD displeja.LCD
displeji za televizore,laptopove i monitore pripadaju neemisionim displejima,te im je potrebno
pozadinsko osvetljenje kako bi generisali boje na ekranu.
Praktično postoje dva različita tipa pozadinskog osvetljenja: ivično (Edge type) i
direktno (Direct type).
Ivično osvetljenje
Za ivično pozadinsko osvetljenje koristi se panel za usmeravanje svetlosti (LPG– Light
Guide Plate) koja potiče odizvora svetlosti koji se nalazi sa bočnih strana ekrana.Najčešće
korišćeni izvori svetlosti kod ovog tipa su CCFL i LED.Ova struktura prikazana je na slici
ispod:
LGP
Svetlost
CCFL,LED
Difuziona rešetka
Slika 3.13.Struktura ivičnog osvetjenja
25
Direktno osvetljenje
Odlikuje se većom sjajnošću u odnosu na ivično osvetljenje zbog toga što se za izvor
svetlosti koriste paralelni nizovi CCFL, EEFL ili LED dioda koji su postavljeni paralelno
ispod ekrana. Ova struktura prikazana je na sledećoj slici:
Svetlost
Difuziona rešetka
Difuziona površ
LED,EEFL,CCFLSlika 3.14. Struktura direktnog osvetjenja
Postoje različiti izvori svetlosti za pozadinska osvetljenja kao što su:
1. Fluorescentna lampa sa hladnom katodom (CCFL – Cold Cathode Fluorescent
Lamp)
2. Fluorescentna lampa sa eksternom elektrodom (EEFL– External Electrode
Fluorescent Lamp)
3. Fluorescentna lampa sa vrućom katodom (HCFL– Hot Cathode Fluorescent
Lamp)
4. Ravna fluorescentna lampa (FFL – Flat Fluorescent Lamp)
5. Svetleće diode (LED– Light Emitting Diode).
Predstavićemo najčešće korišćeni izvor svetlosti:
Fluorescentna lampa sa hladnom katodom –CCFL
CCFL predstavlja najčešće korišćen izvor svetlosti za pozadinsko osvetljavanje LCD
displeja, zbog izuzetne sjajnosti i svetlosti punog spektra. Sastoji se od staklene vakuumske
cevi, u kojoj se nalazi kompresovana mešavina gasova Neon/Argon, koja se pobuĎuje
visokim naizmeničnim naponom (100– 300V).Elektroni u gasu se usled napona orijentišu i
udaraju u fluorescentni materijal naunutrašnjoj površini vakuumske cevi, koji zatim emituje
belu svetlost. Ovakve lampe uglavnom koriste panel za usmeravanje svetlosti kako bi se
osvetlila cela površina ekrana.
CCFLslabije rade na niskim temperaturama i njihov životni vek može biti skraćen zbog
toga,dok je u normalnim uslovima rada životni vekdugačak (50000 sati). Ove lampe se mogu
koristiti za obe konfiguracije pozadinskog osvetljenja,meĎutim bolje je koristiti direktni tip
26
osvetljavanja za primenu u LCD TV displejima.Izgled CCFL lampe prikazan je nasledećoj
slici:
Slika 3.15. Fluorescentna lampa sa hladnom katodom (CCFL)
Pokvaren piksel? Kako ga prepoznati i popraviti?
Postoje dva fenomena koji definišu pokvareni LCD piksel. Prvi fenomen se naziva
„upaljen” piksel,manifestuje se kao jedan ili više nasumično rasporeĎenih piksela
plave,crvene ili zelene boje na crnoj pozadini.Drugi fenomen se naziva „mrtav” piksel, koji se
manifestuje kao crna tačka na beloj pozadini.
„Upaljen”piksel je najčešći fenomen i rezultat je kratkog spajanja TFT tranzistora koji
usled toga drži piksel konstatno upaljenim, ujednoj od tri RGB boje.Velika mana TFT displeja
jeste ta što jednom kada se piksel pokvari, nije moguće popraviti ga. Jedina mogućnost jeste
da se laserom pokvareni piksel eliminiše,kao rezultat ostaje crni piksel na tom mestu.
U proizvodnji TFT displeja uvek će biti pokvarenih piksela. Cilj je da pokvarenih
piksela bude što manje i da se drže u okviru dozvoljenih granica. Na rezoluciju od 1024x768,
dvadeset defektnih piksela se smatra prihvatljivim.Displeji sa aktivnom matricom (TFT)
mogu da podrže veće rezolucije i imaju veći kontrast sa većim uglom gledanja u poreĎenju sa
LCD displejima sa pasivnom matricom. TakoĎe, imaju boje visokog kvaliteta i mali su
potrošači, ali su takoĎe skupi za proizvodnju i imaju veću verovatnoću pojavljivanja
pokvarenih piksela.
3.1.7.Osobine LCD displeja
Primenom tranzistora poboljšava se odziv ekrana,tipično 25ms, odnos kontrasta je u
opsegu od 200:1 do 400:1, a sjajnost ekrana ima vrednosti izmeĎu 200-250cd/m2.
TFT displeji u odnosu naLCD displeje sa pasivnom matricom mogu biti mnogo tanji,a
samim tim i lakši, dok se po vremenu osvežavanja približavaju CRTdisplejima. Što je veća
rezolucija slike, potreban je veći broj tranzistora (npr. 640x480 x 3=921 000 tranzistora,
1024x768 x 3 = 2 359 296 tranzistora).
Kompletna matrica tranzistora mora biti napravljena na jednoj silicijumskoj
ploči.Takav proces proizvodnje je skup, što dovodi do visoke cene TFT displeja. Upotreba
TFT LCD displeja nalazi primenu u displejima visoke rezolucije, laptop kompjuterima,HDTV
27
displejima,medicinskoj opremi, kao i u vojsci i industriji, gde je potrebna velika pouzdanost i
kvalitet.
3.2. Plazma TV Displej
Šta je plazma?
Centralni element u fluorescentnoj svetlosti je plazma, gas koji je sačinjen od slobodnih
jona (električno naelektrisanih atoma) i elektrona (negativno naelektrisanih čestica).U
normalnim uslovima, gas je sačinjen od nenaelektrisanih čestica,što znači da se u
pojedinačnom atomu gasa nalazi jednak broj protona i elektrona.
Ukoliko se primeni napon i počinje stvarati više slobodnih elektrona u gasu, situacija se
menja. Elektroni se sudaraju sa atomima koji otpuštaju druge elektrone. Sa nedostajućim
elektronom, atom postaje pozitivno naelektrisanjon.U plazmi,kada kroz nju prolazi struja,
negativne naelektrisane čestice se kreću u pravcu pozitivne oblasti plazme,dok se pozitivno
naelektrisane čestice kreću ka oblasti koja je negativno naelektrisana. U ovoj situaciji čestice
se sudaraju, dolazi do rekombinacije i eksitovanja energije u vidu fotona. Proces emitovanja
prikazan je na sledećoj slici:
Slika 3.16.Proces emitovanja fotona
Osnovna ideja plazma displeja jeste osvetljavanje tankom,obojenom, fluorescentnom
svetlošću, kako bi se formiralaslika. Svaki piksel je sačinjen od tri fluorescentne svetlosti-
crvene,zelene i plave.
3.2.1.Struktura i princip rada Plazma TV displeja
Atomi Ksenona (Xe) i Neona (Ne),koji se koriste u plazma TV displejima,oslobaĎaju
fotone ultraljubičaste svetlosti koji su nevidljivi ljudskom oku,ali se koriste za eksitovanje
vidljivih svetlosnih fotona.Ksenon i Neon gas u plazma TV displejima se sastoje od stotina
hiljada sićušnih ćelija postavljenih izmeĎu dva staklena panela.Adresne elektrode se nalaze
iza tih ćelija,uz zadnji stakleni panel. Transparentne elektrode displeja,koje su okružene
dielektričnim materijalom i pokrivene zaštitnim slojem magnezijum-oksida (MgO),nalaze se
iznad ćelija,uz prednji stakleni panel.Adresne i transparentne elektrode su postavljene duž
celog ekrana. Transparentne elektrode su organizovane u horizontalnim redovima duž
ekrana,a adresne elektrode su organizovane u vertikalnim kolonama.Kao što se vidi sa
slike,horizontalne i vertikalne elektrode formiraju osnovnu matricu.
28
Slika 3.17. Poprečni presek plazma TV displeja
Kako bi se gas jonizovao u datoj ćeliji, dovodi se naelektrisanje na mesto ukrštanja
transparentne i adresne elektrode te ćelije. Ovaj proces se izvršava hiljadama puta u deliću
sekunde.
Kada se dovede naelektrisanje na ukrštene elektrode,razlika napona izmeĎu njih dovodi
do toga da struja proteče kroz gas u ćeliji, stimulišući atome gasa da eksituju ultraljubičaste
fotone.
Ultraljubičasti fotoni interaguju sa fosforom, koji se nalazi na unutrašnjim zidovima
ćelije. Fosfor je material koji ima sposobnost da odaje svetlost kada je izložen nekoj drugoj
svetlosti. Kada ultraljubičasti foton udari u atom fosfora u ćeliji,jedan od elektrona fosfora
skoči na viši energetski nivo,dok se atom greje. Kada elektron izgubi energiju,on se vraća u
svoje prvobitno stanje, pritom otpuštajući energiju u vidu vidljive svetlosti,odnosno fotona.
Fosfor u plazma TV displejima odaje obojenusvetlost kada je pobuĎen. Svaki piksel
sačinjen je od 3 podpiksela,svaki sastavljen od različito obojenog fosfora (crvene,plave i
zelene boje). Mešanjem boja svakog podpiksela dobije se boja jednog piksela. Kontrolišući
jačinu struje koja prolazi kroz različite ćelije, sistem može povećati ili smanjiti intenzitet boje
svakog podpiksela,tako praveći milione različitih kombinacija crvene,plave i zelene boje. Na
ovaj način mogu se proizvesti boje celog vidljivog spektra.
29
Struktura plazma TV displeja prikazana je na slici 3.18:
Prednji stakleni panel
Dielektrični sloj
Transparentne elektrode
Adresne elektrode
Zadnji stakleni panel
Piksel
Dielektrični sloj
Slika 3.18. Struktura plazma TV displeja
3.2.2. OsobinePlazma TV displeja
Glavna prednost plazma tehnologije je ta da se može napraviti veoma širok
ekran,koristeći ektremno tanke materijale. Pošto se svaki piksel osvetljava posebno,vreme
odziva svakog piksela je brzo, slika je veoma jasna i izgleda jako dobro iz svih uglova. Ipak,
kvalitet slike nije na nivou najboljih displeja CRT tehnologije. TakoĎe, odlikuju se velikom
rezolucijom, što im omogućava prikaz HDTV signala(odnos slike 16:9).
Kontrast predstavlja razliku izmeĎunajsvetlijeg i najtamnijeg dela slike. Što je veći
kontrast, to je slika realističnija, a kod plazma TV displeja je odličan i kreće oko 20.000:1.
Najveći plazma TV displej na svetu je napravljen od firme Panasonic (103 inča) za potrebe
CES kongresa u Las Vegasu 2006. godine.
Najveći problem ove tehnologije je cena proizvodnje, kao i kraći radni vek (60000
sati). Zbog svoje male debljine, plazma displeji lako mogu da puknu. U poreĎenju sa drugim
tehnologijama, kod plazma TV displeja ne postoji mogućnost popravke pozadinskog
osvetljenja. Kontrast i sjajnost slike plazma TV displeja su lošiji kod displeja manjih veličina
(ispod 42 inča), nego kod konkurentskih tehnologija.
30
3.3. LED TV Tehnologija
Šta je LED dioda?
Kao što samo ima kaže, LED (Light Emitting Diode) je dioda koja emituje
svetlost.Dioda predstavlja poluprovodnik čija je svrha da kontrolisano provodi struju u nekom
obliku.U najosnovnijoj formi,sačinjena je od slabo provodnih materijala koji su dopirani,
kako bi se povećala količina slobodnih elektrona. Materijali koji su jako dopirani
elektronima(poluprovodnik N tipa), povezuju se sa materijalom koji je slabo dopiran
elektronima (poluprovodnik P tipa),tako formirajući PN spoj,koji slobodnim elektronima
omogućava da se kreću.
LEDdioda je zapravo PN spoj koji emituje fotone kada je primenjen pozitivan napon na
spoju, odnosno kada dioda provodi. Ovaj proces emisije fotona naziva se injekcija nosilaca i
dešava se kada elektroni sa N tipa prelaze i popunjavaju šupljine u P tipu. Kada elektron
visoke energije popuni šupljinu (rekombinuje se), dolazi do oslobaĎanja energije u vidu
fotona. Proces rekombinacije prikazan je na sledećoj slici:
Ec (Provodna zona)
X
Ev ( Valentna zona)
Foton Eg (Energetski procep)
Slika 3.19.Proces rekombinacije elektrona i šupljina
Struktura LED dioda
Materijali korišćeni za slojeve P i N tipa (AlGaAs, AlInGaP, InGaN), kao i energetski
procep izmeĎu njih, odreĎuju talasnu dužinu i ukupni energetski nivo svetlosti koji se
proizvodi.AlInGaP (Aliminium-Indium-Gallium-Phospide) se koristi za crvenu i žutu boju,
dok se za plavu i zelenu koristi InGaN (Indium-Gallium-Nitride). Ovi materijali efektivno
proizvode fotone koji imaju talasnu dužinu u vidljivom spektru,dok u kombinaciji sa novim
tehnologijama proizvodnje omogućavaju veoma sjajne LED diode, koje nalaze svoju primenu
u auto industriji i industriji sijalica. Tipična LED struktura prikazana je na sledećoj slici:
Slika 3.20. Tipična struktura LED diode
31
Značajan napredak napravljen u proizvodnji struktura sa Aliminium-Indium-Gallium-
Phospide (AlInGaP) i Indium-Gallium-Nitride (InGaN) doprineli su da se poboljša sjajnost
zelene i plave boje. Ova poboljšanja su uticala na to da vernost boje bude bolja sa istim
nivoom sjajnosti ekrana, u odnosu na tehnologije koje koriste fluorescentne lampe za
osvetljenje.
Struktura LED TV displeja
LED TV displeji predstavljaju napredniju verziju LCD TV displeja. TakoĎe, ova
tehnologija se oslanja na LCD tehnologiju sa tečnim kristalima, koju smo već
objasnili.Osnovna i jedina razlika izmeĎu LCD i LED TV displeja je u pozadinskom
osvetljenju.Dok LCD displeji koriste fluorescentne lampe, LED displeji koriste LED diode
kao izvor svetlostikoji osvetljava LCD panel.
Nanarednoj slici je prikazana struktura LED TV displeja:
Pozadinsko osvetljenje
(LED)
TFT panel
Tečni kristali
Kolor filter panel
PikselTranzistor
Polarizacioni filtri
Transparentne Elektrode
Slika 3.21. Struktura LED TV displeja
32
3.3.1.Pozadinsko osvetljenje LED TV displeja
Postoje dva tipa LED osvetljenja,prvi tip je ivično osvetljenje, a drugi je osvetljenje sa
potpunim nizom. Kod ivičnog osvetljavanjaLED diode su postavljene duž jedne ili obe ivice
ekrana. Ako se postave samo duž jedne ivice, potrošnja energije je manja,ali zato je i
osvetljenost ekrana slabija. Ako se postave duž obe ivice ekrana, tada je osvetljenost veća, uz
veću potrošnju energije. Kada je primenjen napon,LEDdiode provode i njihova svetlost je
distribuirana preko celog ekrana pomoću usmerivača svetlosti napravljenog od prozirne
plastike.
LCD ćelija
Izvori svetlosti( LED )
Prozirni plastični usmerivač svetlosti
Slika 3.22. Ivično osvetljenje LED TV displeja
Kod osvetljenja sa potpunim nizom, nekoliko redova dioda je postavljeno direktno
ispod cele površine ekrana (slika 3.23). Postiže se bolja kontrola sjajnosti zbog činjenice da se
LED diode mogu uključivati i isključivati pojedinačno.
LCD panel
Izvori svetlosti( LED )
Slika 3.23. Osvetljenje LED TV displeja sa potpunim nizom
Broj LED dioda koji se koristi za pozadinsko osvetljenje direktno utiče na nivo
sjajnosti.MeĎutim, što je ekran veći, dolazi do povećanja potrošnje energije. Ova
konfiguracija pruža veću sjajnost u odnosu na ivično osvetljenje. LED diode koje se koriste
mogu biti bele ili RGB diode. Razlog za korišćenje LED osvetljenja je u tome što LED diode
pružaju bolji balans boja i koriste manje energije nego fluorescentne lampe. Kao
rezultat,gama oblast boja LED dioda je veća (40% bolje nego kod HDTV kolor standarda),
pružajući mnogo bolju vernost boje (slika 3.24).
33
Slika 3.24. CIE oblast boja InGaN LED TV displeja
Prednosti korišćenja LED dioda kao izvora svetlosti za pozadinsko osvetljenje su
jeftina izrada, dugovečnost, rad pri niskim naponima i precizna kontrola intenziteta svetlosti.
Postoji velika raznolikost korišćenih boja, od kojih se bela ističe zbog niske cene proizvodnje
i dugog radnog veka (15000 sati). Za razliku od CCFL,konvertor nije potreban, jer rade na
DC naponu od +5V.Na slici je predstavljeno ivično osvetljenje pomoću LED dioda.
Slika 3.25. Ivično osvetljenje pomoću LED dioda
3.3.2.Osobine LED TV displeja
Današnja LED tehnologija dozvoljava individualnu kontrolu segmenata pozadinskog
osvetljenja, što omogućava da kontrast bude jako visok, kao kod plazma TV displeja. Ugao
gledanja je bolji nego kod LCD-a, zbog decentralizovanog pozadinskog osvetljenja, ali lošiji
nego kod plazma displeja. Za prikazivanje pokretne slike LED TV displej koristi sličnu
tehnologiju kao LCD, gde se ekrani osvežavaju frekvencijom od oko 100Hz. Što se tiče
potrošnje energije, LED osvetljenje koristi i do 40 posto manje snage nego CCFL, a mnogo
više u odnosu na plazma displej. Za istu veličinu ekrana,televizori sa LED displejem su u
startu 20 posto skuplji u odnosu na LCD TV displeje.
34
3.3.3.Izazovi LED TV tehnologije
LED arhitektura inherentno proizvodi svetlost sa svih strana i površina PN spoja (180
stepeni). Dok ova činjenica može delovati veoma efektivno,većina svetlosti biva apsorbovana
od supstrata ili druge površineLED diode, što dovodi do povećanja toplote cele strukture. Ova
toplota mora biti regulisana tako da može obuhvatiti maksimalnu količinu svetlosti
zadržavajući stabilnost LED strukture. Kontrola toplotne stabilnosti LED boja je od kritične
važnosti za performanse i stabilnostLEDosvetljenja, kao i za pouzdanost. Kontrola apsorpcije,
oblika svetlosti i mogućnost izvlačenja toplote iz boja,jesu kritični procesi za povećanje
izlazne svetlosti i upotrebe LED dioda.U nekim uobičajenim aplikacijama,LED diode su
kontrolisane tako što su stalno uključene.Za aplikacije koje traže veću sjajnost,CW
(Continuous Wave) mod rada nije poželjan.Pošto temperatura PN spoja odreĎuje i količinu
izlazne svetlosti i životni vek LEDdiode, efikasnije je kontorolisati LED diodu sa manjim
radnim ciklusom(Duty Cycle). Sa manjim radnim ciklusom, LED diode mogu biti kontrolisani
većom strujom kako bi povećali ukupnu svetlost,zadržavajući nižu prosečnu temperaturu PN
spoja. Kako bi to zaista bilo ispunjeno,kolo mora biti u mogućnosti da generiše brze talase
paljenja, čime se obezbeĎuje visoka struja u jako kratkom vremenu (nekoliko milisekundi).
Povećanjem frekvencija uključivanja LED dioda,moguće je kontrolisati ih sa većom snagom,
istovremeno smanjujući grejanje PN spoja.
Drugi izazov koji je rezultat visoke temperature, jeste promena boja. Kako PN spoj
menja temperaturu, izlazna talasna dužina svetlosti može da se promeni za 10nm i više.
Promena boja utiče na nijansu boje, takoĎe utiče i na belu boju,jer se mešanjem boja u tačno
odreĎenom odnosu dobija bela boja. Kako bi se promena boje stabilizovala,LED diode ili
moraju da budu ureĎaji niske potrošnje snage ili da imaju ekstremnu toplotnu stabilnost.
Implementacijom sistema povratne sprege kao i odgovarajućih algoritama za kontrolu
potrošnje snage, stabilnost bele boje se može održavati zadržavajući visok nivo
sjajnosti.TakoĎe,toplotutreba držati u granicama tolerancije, tako da ljudsko oko ne može da
primeti. Na slici je prikazan uticaj toplote na sivu boju:
Slika 3.26. Uticaj toplote na sivu boju LED TV displeja
35
3.3.4. Budućnost LED TV displeja
Dok LED tehnologija nastavlja sa svojim unapreĎivanjem i poboljšanjem sjajnosti i
pouzdanosti,LED osvetljenje ubrzo može postati glavni izvor osvetljavanja TV displeja za
mnoge aplikacije, jer u poreĎenju sa drugim tehnologijama ima najveću gama oblast u CIE
1931 oblasti boja, što je prikazano na sledećoj slici:
Slika 3.27. CIE 1931 oblast boja LED TV displeja
Buduća poboljšanja moći će da iskoriste benefite LEDtehnologije,poput brzog
uključivanja za poboljšanje performansi videa, poboljšanje kontrasta bez korišćenja opto-
mehaničkih komponenti, kao i pravljenja prilagodljivih gama oblasti boja, koje daleko
prevazilaze današnje mogućnosti osvetljenja. Upotreba novih materijala za supstrat dovela je
do toga da se poveća toplotna provodljivost, koja doprinosi korišćenjuLED dioda u
proizvodima visoke potrošnje. Samim tim LEDdiode su dobile širu primenu, u oblastima kao
što su automobilska industrija,semafori, a od skoro i u TV displejima. Iako LED TV displeji
koriste drugačiju tehniku osvetljenja,oni i dalje koriste kompletnu LCD tehnologiju za svoj
rad.
36
3.4. OLED TV displej
Prva OLED (Organic Light Emitting Diode) napravljena je od strane firme Eastman
Kodak 1987. godine. Sastojala se iz dvoslojne strukture sa posebnim transportnim slojem za
šupljine i elektrone, tako da su se rekombinacija i emisija dešavale na sredini organskog
sloja.Ovo otkriće doprinelo je smanjenju potrebnog operativnog napona,poboljšanju
efikasnosti, koje je dovelo do daljih istraživanja i unapreĎivanja OLED strukture.OLED je
svetleća dioda organskog porekla, sačinjena od poluprovodničkih organskih polimera, koji su
zapravo plastični elektroni. U svom emisionom sloju ima tanak film od organskog materijala,
koji ima sposobnost da emituje svetlost kada kroz slojprolazi struja.
3.4.1.Struktura OLED TV displeja
OLEDstruktura se sastoji od supstrata,anode,provodnog materijala (organski molekuli
ili polimeri),emisionog sloja i katode. Supstrat predstavlja tanak plastični film OLED-a, dok
anoda, koja je sačinjena od ITO(Indium-Tin-Oxide) materijala, služi da iz provodnog sloja
eliminiše elektrone. Provodni sloj služi kao provodnik za elektrone, a emisioni sloj je kolor
filter, sačinjen od polimera. Katoda je najčešće od barijuma i kalcijuma,predstavlja elektrodu
koja omogućava struji da prolazi kroz strukturukoja je prikazana na slici 3.28:
BG RKatoda Katoda Katoda
Emisioni sloj
Provodni sloj
Anoda
Stakleni supstrat
Slika 3.28. Tipična OLED struktura
Kada se dovede električni napon izmeĎu anode i katode, dolazi do proticanja struje
izmeĎu njih.Ta struja prolazi kroz emisioni i provodni sloj OLED-a. Katoda pod uticajem
struje daje elektrone emisionom sloju od organskih molekula, kao što se vidi sa slike
3.29(1),dok anoda uklanja elektrone iz provodnog sloja od organskih molekula.Uklanjanjem
elektrona iz provodnog sloja ostaju pozitivno naelektrisane šupljine, kao što se vidi sa slike
3.29(2). Na granici izmeĎu emisionog i provodnog sloja, usled elektrostatičke sile, dolazi do
procesa rekombinacije elektrona i šupljina što se vidi sa slike 3.29(3).To za posledicu ima
otpuštanje svetlosti u vidu svetlosnog fotona.Tako OLED emituje svetlost.
Rekombinacija,kao što se vidi sa slike 3.26(3),dešava se u emisionom sloju, jer u organskim
poluprovodnicima šupljine imaju veću pokretljivost od elektrona. Energija u vidu svetlosnog
fotona se otpušta zajedno sa emisijom radijacije, čija je frekvencija u vidljivom spektru.
Frekvencija radijacije zavisi od energetskog procepa materijala koji se koristi. U procesu
proizvodnje emisionog sloja,postavlja se nekoliko tipova organskog filma na istom OLED-
u,kako bi se stvorio displej u boji. Intenzitet ili sjajnost svetlosti zavisi od količine električne
struje koja je primenjena (što je veća struja, svetlost je sjajnija i obrnuto), kao i od tipa
molekula koji čine emisioni sloj, a proces njenog emitovanja ilustrovan je na slici 3.29.
37
Svetleći foton
1. 2. 3.
Emisioni sloj
Provodni sloj
Elektron Šupljina
Slika 3.29. Proces emitovanja svetlosti OLED strukture
3.4.2.Tipovi i princip rada OLED TV displeja
OLED TV displeji mogu biti, poput LCD-a, napravljeni sa aktivnom ili pasivnom
matricom. Slojevi anode i TFT filma su postavljeni paralelno, tako da formiraju aktivnu
matricu,koja omogućava da se svaki piksel svojim tranzistorom može paliti i gasiti
pojedinačno, što doprinosi neverovatnom kontrastu slike od koji je teorijski beskonačan
(osvetljenje piksela pri prikazu crne boje je nula), kao i mogućnosti prikaza apsolutno crne
boje. Tranzistori korišćeni u ovom tipu su TFT tranzistori, a zajedno sa OLED tehnologijom
čini AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode) TV displej.
Slika 3.30.Struktura OLED TV displeja sa aktivnom matricom
OLED displeji koji koriste pasivnu matricu nazivaju se PMOLED(Passive Matrix
Organic Light Emitting Diode). Kod ovih displeja,linije anoda i katoda su postavljene
horizontalno, pod uglom od 90 stepeni jedne u odnosu na druge. Na presecima linija anoda i
katodanalaze se pikseli koji emituju svetlost kada se napon dovede na presek. PMOLED su
jeftini i jednostavni za proizvodnju ali su veći potrošači od drugih tipova OLED displeja.
Prave se u veličinama do 3 inča, kao ekrani za mp3 plejere,za pomoćne displeje mobilnih
telefona itd.Izgled struktureOLED TV displeja sa pasivnom matricom prikazan je naslici 3.31:
38
Slika 3.31.Struktura OLED TV displeja sa pasivnom matricom
TV displeji koji koriste OLED tehnologiju nemaju potrebe za pozadinskim
osvetljenjem, jer svaki piksel pojedinačno predstavlja izvor svetlosti.Na osnovu principa
generacije svetlosti, odnosno boja, postoje dva tipa OLEDTV displeja:
1) RGB OLED
2) WOLED (white OLED)
1) Rad RGB OLEDTV displeja je najsličniji plazma TV displejima,sa posebnim
crvenim,zelenim i plavim OLED podpikselima koji su sačinjeni od RGB polimera.
RGB polimeri
RGB polimeri predstavlju organske polimere koji provode struju. Mogu biti provodnici
ili poluprovodnici, u zavisnosti od materijala. Najpoznatiji polimeri supolyacetylene,
polypyrrolepolyaniline, a najčešće korišćeni je PPV Poly(p –phenylene vinylene).
OLED TV displeji su zasnovani na komponentama koje sadrže organske
elektroluminescentne materijale, najčešće polimere. 1990. godine naučnici su proizveli prvu
polimer LED diodu koristeći polimer PPV (poly-para-phenylene-vinylene) koji je i danas
najčešće korišćeni polimer u OLED strukturama. Dalji napredak ureĎaja na bazi polimera
desio se otkrićem emisije pomoću polimera na bazi PF (Polyfluoren). Na slici3.32. prikazani
su polimeri emisionog sloja OLED strukture:
( (
n
(
(
RR
n
PPV PF
Slika 3.32. Polimeri emisionog sloja OLED strukture
39
Za generaciju boja u emisionom sloju koriste se RGB polimeri koji su dati na slici3.33:
(
(
n
( (
n
S(
( ( (
n
CN
OR
RO
n
PPP
PPV
PT ili CN-PPV
Slika 3.33. RGB polimeri emisionog sloja OLED strukture
Do danas ovaj polimer ima najbolje moguće karakteristike za komercijalnu upotrebu,
pošto je po karakteristikama (efikasnost,sjajnost) veoma sličan neorganskim LED diodama.
Proces proizvodnje OLED TV displeja pomoću polimera je jeftiniji za displeje velikih
dimenzija. Pored toga, OLED displeji sačinjeni od polimera su mali potrošači snage.
2) WOLED displej
Crveni,zeleni i plavi OLED materijali su spojeni zajedno. Kada dovedemo napon, ovi
spojeni materijali proizvode belu svetlost,koja prolazi kroz kolor filtere da bi napravila
crvene,zelene i plave podpiksele.Proces pravljenja boje za jedan piksel ćemo objasniti
pomoću slike3.34:
1.
2.
3.
4.
Spojene RGB boje
Bela svetlost
Kolor filtri
Boje pod-piksela
Boja piksela5.
Slika 3.34. Proces pravljenja boje za jedan piksel (WOLED)
40
Pri naponu spojeni RGB OLED materijali (1) zajednički proizvode belu svetlost (2).
Kolor filtri (3) dozvoljavaju odreĎenu vrstu boje podpiksela. Bezbojni filter dozvoljava da
bela svetlost doĎe do ekrana,povećavajući ukupnu sjajnost. Boje podpiksela (4) se zatim
kombinuju u odreĎenom odnosu, dajući tako boju jednog piksela (5). Na gornjoj slici smo
predstavili proces pravljenja boje u jednom pikselu.U televizoru rezolucije 1920x1080 ima
preko dva miliona takvih piksela. U pikselu se nalazi dodatni beli podpiksel kako bi se
povećala ukupna sjajnost ekrana (kod LG TV displeja). Ovakavim tipom strukture jednog
piksela postiže se smanjenje mogućnosti mešanja boja i produžava se životni vek TVdispleja.
WOLED je bolji i jeftiniji način proizvodnje odRGB OLED-a.
3.4.3.Tehnološke prednosti OLED tehnologije
OLED TV displeje je moguće štampati na odgovarajućem supstratu sa inkdžet
štampačem,čineći ih jeftinijim za proizvodnju od LCD i plazma TV displeja. Fabrikacija
supstrata za OLED TV displejeskuplja je nego kod konkurentskih tehnologija iako cena
opada. „Roll to roll vapour“ metod za organske ureĎaje (slika 3.35) dozvoljava masovnu
proizvodnju,reda hiljada ureĎaja po minuti, uz minimalne troškove. MeĎutim, ova tehnika
donosi problem,pošto ureĎaji koji imaju višestruke slojeve moraju bitiporeĎani pod preciznim
uglom, što komplikuje sam proces.
Slika 3.35.„Roll to roll vapour” metod proizvodnje OLED TV displeja
41
Što se težine i fleksibilnosti supstrata tiče,OLEDTV displeji mogu biti fabrikovani na
fleksibilnom plastičnom supstratu,čime se njihova upotreba širi ka drugim granama, kao što
su industrija telefona i odeće. Ukoliko bi se za supstrat koristio materijal poput PET
(polyethylene terephthalate),cena displeja bila bi jako niska.Kontrast slike kod OLED TV
displeja je neuporedivo bolji nego kod drugih tehnologija, kao i ugao vidljivosti, jer OLED
pikseli emituju svetlost direktno.Boje OLED piksela izgledaju nepromenjeno sa promenom
ugla gledanja (čak do 90 stepeni) dok se kod LCD TV displeja primećuje razlika, što se može
videti na slici3.36:
Slika 3.36. Prikaz boja pri različitim uglovima gledanja za OLED (levo) i LCD (desno), pri 0 stepeni
(gore) i pri 45 stepeni (dole)
Dok LCD displeji filtriraju svetlost pozadinskog osvetljenja i dopuštaju delu svetlosti
da proĎe, neaktivni OLED element ne proizvodi svetlost i ne troši energiju, pružajući tako
mogućnost dostizanja prave crne boje, koja je prikazana na slici 3.37:
Slika 3.37.Prikazivanje crne boje, OLED (levo) i LCD (desno) TV displeja
42
Pošto OLED displejima nije potrebno pozadinsko osvetljenje,oni su mnogo lakši od
drugih TV displeja, jer im neki supstrati nisu potrebni. Vreme odziva je brže nego kod
standardnih LCD ekrana. Dok je kod LCD ekrana brzina odziva 1-16 ms,gde je frekvencija
osvežavanja od 60 do 480Hz, kod OLED ekrana vreme odziva ide i do 0,001ms, a frekvencija
osvežavanja dostiže vrednost i do 100000 Hz.CIE 1931 oblast boja OLED TV displeja je
najveća u odnosu na konkurentske tehnologije(slika3.38):
Slika 3.38. CIE oblasti boja OLED TV displeja
Jedna od mana OLED TVdispleja jeste potrošnja energije. Pri prikazivanju crne boje
OLED troši i do 40 posto manje energije nego LCD dok kod većine slika, troši 60-80% manje
snage.Pri prikazivanju bele pozadine kao što su dokumenti i web stranice,OLED TV displeji
mogu da potroše i do tri puta više snage što nije poželjno,pogotovo kod mobilnih
ureĎaja.OLED tehnologija je najbolja tehnologija za proizvodnju tv displeja,zato što
kombinuje sve pogodnosti plazma i LCD tehnologije.Ova tehnologija takoĎe ima svoju
primenu i u industriji sijalica i osvetljenja,pružajući nisku radnu temperaturu i nisku potrošnju
energije.
43
4.Zaključak
Iako je tehnologija TV displeja napredovala proteklih decenija, CRT TV displeji još
uvek nisu otišli u istoriju, već se konstantno razvijaju i poboljšavaju pogotovo što se tiče
rezolucije,kao i veličine. MeĎutim, primat na tržištu preuzele su novije tehnologije poput
Plazma,LCD,LED, OLED, pa ćemo se u nastavku pretežno baviti poreĎenjima novijih
tehnologija. Najpre ćemo se baviti poreĎenjem kontrasta i nivoa crne boje koji su prikazani na
sledećim slikama:
OLED LED,Plazma
CRT LCD
1 000 000:1
20000:1
15000:1
4000:1
Slika 4.1. Poređenje kontrasta slike različitih tehnologija
Sa slike4.1.se može videti da najveći kontrast od svih postojećih tehnologija ima OLED
čiji je contrast praktično beskonačan. Zbog korišćenja LED dioda za pozadinsko osvetljenje,
kontrast kod LED TV displeja je na zavidnom nivou,kreće se oko 20000:1 i približno je
jednak kontrastu kod Plazma TV displeja. Iako koriste staru tehnologiju za generaciju slike na
44
ekranu, CRT TV displeji ipak imaju bolji kontrast sike u odnosu na LCD TV displeje koji
iznosi 15000:1. Zbog korišćenja fluorescentnih lampi za pozadinsko osvetljenje, LCD TV
displeji imaju najlošiji kontrast slike koji iznosi 4000:1.
0,1 10 1001
0,00001
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
100
OLED
LCD
CRT
Ulazni signal [%]
Osvetljenje [cd/m2]
Slika 4.2. Osvetljenost ekrana u zavisnosti od ulaznog signala
Na slici 4.2.je prikazano poreĎenje osetljivosti TV displeja u zavisnosti od ulaznog
signala.
Sa slike se može videti da OLED TV displeji imaju mogućnost prikazivanja potpune
crne boje, karakteristika je linearna sa koeficijentom nagiba 1. Kod CRT i LCD TV displeja
ispod 1 posto ulaznog signala ne postoji mogućnost prikazivanja potpune crne boje.Na
krajubismo želeli da se osvrnemo nanajbitnije odlike TV displeja (Slika 4.3) koje bi trebalo da
interesuju buduće kupce. Ocena 3 sa slike 4.3 predstavlja najbolju ocenu za dati parametar
dok ocena 1 predstavlja najlošiju.
OLED
Plazma
3
2
1
Kvalitet slike
Energetska efikasnost
Ugao gledanja
Radni vek
Vremeodziva
LED
LCD
Cena
Slika 4.3. Poređenje tehnologija po kategorijama
Što se kvaliteta slike tiče,pobednik je OLED TV displej,odmah posle njega najbolji
kvalitet imaju LED i plazma TV displeji dok najlošiji kvalitet ima LCD TV displej. Po
energetskoj efikasnosti na prvom mestu se ističe LED TV displej zbog korišćenja LED dioda
45
za pozadinsko osvetljenje.Kod LCD TV displeja tip pozadinskog osvetljenja utiče
naenergetsku efikasnost,što je manje osvetljenje manja je i potrošnja. Mana OLED TV
displeja jeste u tome što je energetska efikasnost direktno povezana sa sjajnošću slike, što je
ekran svetliji to više snage troši.Najlošiji u ovoj kategoriji je Plazma TV displej kome su zbog
gasa potrebni konstantni visoki probojni naponi za pravilan rad,te je najveći potrošač. Što se
tiče ugla gledanja, plazma i OLED TV displeji su najbolji,uglovi dostižu i do 180
stepeni.Zbog LCD strukture koju koriste i LED TV displeji, slika pri većim uglovima
gledanja je lošija u odnosu na konkurenciju a najlošija je kod LCD zbog najlošijeg kontrasta
slike.Tehnologije izrade TV displeja direktno utiču na radni vek. U ovoj kategoriji LCD TV
su u praksi postigli najduži broj radnih časova. LED i OLED tehnologije, iako novije, još
uvek nisu dovoljno testirane da bi se utvrdilo njihov maksimalan broj radnih časova. U ovoj
kategoriji Plazma TV displeji imaju najlošiji rezultat zbog toga što često dolazi do „umiranja”
piksela i mešanja boja koji uzrokuju kraći radni vek. Dok je kod LCD TV displeja brzina
odziva 1-16 ms, gde je frekvencija osvežavanja od 60 do 480Hz, kod OLED ekrana je vreme
odziva manje od 0,01ms, a frekvencija osvežavanja dostiže vrednost i do 100.000 Hz,što ga
čini pobednikom u ovoj kategoriji. LED TV displeji imaju frekvenciju osvežavanja od 100Hz
pa se mogu smatrati približnim kao kod LCD TV displeja. Plazma TV displeji imaju jako
dobar odziv jer zbog velikog napona paljenja dolazi do bržeg uključivanja i isključivanja
piksela,ipak dosta sporije nego kod OLED TV displeja. Poslednja,ali ne i najmanje važna
kategorija, jeste cena TV displeja, koja diktira cenu celokupnog TV ureĎaja. Sa slike se može
videti da je LCD pobednik u ovoj kategoriji ispred LED i plazma TV displeja, dok su OLED
TV displeji najskuplji zbog toga što koriste najmoderniju tehnologiju i materijale.Sumirajući
sve kategorije i tehnologije izrade predstavljene u prethodnim poglavljima, dolazi se do
zaključkada su LED TV displeji trenutno najbolji izbor,ako gledamo odnos cena/kvalitet.
46
Literatura
[1] “An Introduction to the Cathode-Ray Tube”, University of California, Santa Barbara, March
2005.
[2] “Fundamentals of Liquid Crystal Displays – How They Work and What They Do“, white
paper, Fujitsu Microelectronics America INC, 2006.
[3] “LCD Backlighting Technologies and Configurations”, Application Note [AN-007], Hitachi
Europe Ltd,September 2004.
[4] “LCD Backlights and Light Sources”, S. K. Lim,Information Display Research Center,
Dankook University, South Korea, October 2006.
[5] “LCD Backlight Technologies”, Ken Green, Sharp Corporation, 2008.
[6] “LED TV: Technology Overview and the DLP® Advantage”,DJ Segler, Texas Instruments
Incorporated, DLP®
Products
[7] http://smallbusiness.chron.com/led-tv-work-26798.html
[8] http://www.cnet.com/news/led-lcd-vs-oled/
[9] “Overview of OLED Display Technology”, Homer Antoniadis, OSRAM, May 2003.
[10] “Organic Light Emitting Diodes: Devices and applications”,Y. Karzazi, Faculty of Sciences,
Oujda – Morocco, September 2013.
[11] “Disparate Monitor Technologies and How to Calibrate Them”, Gary Mandle, December
2013.
[12] “LCD backlights”, Shunsuke Kobayashi, Shigeo Mikoshiba, Sungkyoo Lim, John Wiley &
Sons, Ltd, 2009.