Ploski zasloni pod drobnogledom

Monitorji z zasloni LCD so že tako rekoč povsem izpodrinili klasične monitorje s katodno cevjo, podobno usodo pa pravkar doživljajo tudi klasični televizorji. Vendar LCD ni edina tehnologija, ki v monitorjih in televizorjih prodira v naše domove, zato bomo pokukali v ohišje sodobnega televizorja in si ogledali dve stari in tri prihajajoče tehnologije ploskih zaslonov.

Ob pogledu na klasični monitor nas sicer dandanes že lahko obidejo rahlo nostalgične misli, a vseeno pri tem malokdo pomisli, da delujejo na podlagi več kot sto let starega izuma. Katodno cev oziroma cev s katodnim žarkom, kakor so takrat rekli, je namreč že davnega leta 1897 izumil nemški fizik Karl Ferdinand Braun. V naslednjih desetletjih je postala osnova vseh televizorjev, osciloskopov, monitorjev in kar je še podobnih naprav. In čeprav se zasloni s katodno cevjo poslavljajo, načrtovalci ploskih zaslonov še vedno niso povsem dosegli marsikatere njegove lastnosti, na primer hitrosti, kontrasta, živosti barv ali, recimo, prilagodljivosti glede ločljivosti.

Katodna cev je steklena vakuumska cev, ki se spredaj končuje z zaslonom, zadaj pa se podaljšuje v ozek vrat, v katerem je elektronski top s katodo kot virom prostih elektronov. Ko elektron prileti v fluorescenčni premaz zaslona, ta zasveti. Barvni zasloni imajo tri vrste fluorescenčnih premazov, za vsako od osnovnih barv.

Zasloni s katodno cevjo torej temeljijo na 109 let stari tehnologiji, a prva tehnologija, ki je načela njihovo dolgoletno prevlado, je pravzaprav še nekaj let starejša. Tekoče kristale so namreč odkrili že davnega leta 1888, zaslug za to pa nima fizik ali morda kemik, temveč avstrijski botanik Friedrich Reinitzer. A tekoči kristali so eno, zasloni z njimi pa čisto nekaj drugega in na prvi LCD (liquid crystal display) je bilo treba počakati še osemdeset let, do leta 1968, ko so pri RCA naredili prvi delujoči zaslon s tekočimi kristali.

Tanjše katodne cevi

Zasloni s katodnimi cevmi se ne bodo kar tako predali. V LG in Samsungu so namreč razvili in že tudi uspešno prodajajo televizorje s skrajšano katodno cevjo, ki so skoraj polovico tanjši od klasičnih modelov. A kljub vsemu je to, če seveda inženirji, ki so nas že večkrat presenetili, ne bodo odkrili še kaj novega, le labodji spev tehnologije s konca 19. stoletja.

Tekoči kristali

Zaslon s tekočimi kristali je sestavljen iz dveh med seboj pravokotnih polarizacijskih filtrov, med katerima je plast tekočih kristalov. Če bi med filtroma ne bilo tekočih kristalov, bi bila nepropustna za svetlobo. Prvi filter namreč spusti skozi samo svetlobo, polarizirano v eni smeri, drugi filter pa je postavljen pravokotno na to smer in svetlobi onemogoči "izhod". Plast tekočih kristalov v osnovnem stanju spremeni polarizacijo svetlobe, ki pride skozi prvi filter, zato gre lahko tudi skozi drugega. Pika na zaslonu je v tem primeru svetla.

Pod vplivom električne napetosti tekoči kristali spremenijo smer polarizacije in bolj ali manj, odvisno od napetosti, onemogočijo pot svetlobi skozi drugi filter. Pika je temna oziroma črna. Pri barvnih zaslonih je vsaka pika sestavljena iz treh podpik, pred katerimi so barvni filtri.

Vir svetlobe je pri monitorjih in televizorjih neonska žarnica ali pri nekaterih modelih svetleča dioda za zaslonom in v tem primeru imamo opravka s tako imenovanim prosojnim ali transmisivnim zaslonom. Poznamo pa tudi odbojne, reflektivne zaslone, pri katerih je za zaslonom le odbojna plast, ki odbija svetlobo iz okolice.

Polarizirana svetloba, ki prihaja iz zaslonov LCD, je kriva za eno njihovih večjih pomanjkljivosti, namreč slabšo vidljivost s strani. S sodobnimi tehnologijami jo sicer razmeroma učinkovito odpravljajo, a kakovost slike na zaslonu je praviloma še vedno nekoliko slabša, če nanj ne gledamo povsem od spredaj.

Druga slabost, slabša zvestoba barv, je posledica tega, da neonske žarnice, s katerimi je osvetljen zaslon, nimajo popolnega barvnega spektra. Tudi to pomanjkljivost s sodobnimi, posebej za televizorje razvitimi žarnicami bolj ali manj odpravljajo, a možnosti za napredek na tem področju je še kar precej.

Danes velika večina zaslonov deluje z aktivno matriko (označujemo jih tudi s TFT - thin film transistors). Od monitorjev s pasivno matriko se razlikujejo po tem, da ima vsaka pika svoj tranzistor, ki skrbi za njeno ugašanje in prižiganje. Poznamo sicer več različnih vrst zaslonov z aktivno matriko, a se v tem prispevku ne bomo spuščali v nadaljnje podrobnosti.

Sodobni televizorji LCD imajo najpogosteje ločljivost 1366 x 768 pik in ker je vsaka pika sestavljena iz treh podpik (za vsako od osnovnih barv), imajo torej kar 3.147.264 tranzistorjev. Ti so sicer res tanki, a ker jih je toliko, vendarle opazno zmanjšajo prosojnost zaslona, ki mora zato imeti z zadnje strani močnejšo osvetlitev. Močnejša osvetlitev pa pomeni, da lahko nekaj svetlobe posije tudi skozi tisti del zaslona, ki bi sicer moral biti črn, zaradi česar trpi zlasti prikazovanje temnih odtenkov. Tudi to pomanjkljivost odpravljajo različno, na primer tako, da se osvetlitev zaslona sproti prilagaja svetlosti slike. Pri temnih prizorih žarnica v zaslonu sveti šibkeje, pri svetlih pa močneje.

Slaba lastnost tako velikega števila tranzistorjev so tudi znamenite "mrtve pike". Med vsemi temi milijoni tranzistorjev se namreč kaj hitro zgodi, da kakšen tudi ne dela. Navadno zaslon z največ dvema ali tremi mrtvimi pikami še prodajo, tisti z več napakami pa so tehnološki izmet, ki zvišuje ceno monitorjem in televizorjem.

Omenimo še eno slabost zaslonov s tekočimi kristali - hitrost oziroma odzivnost. Tekoči kristali ne morejo kar takoj spremeniti svojega stanja, zato tudi ni mogoča takojšnja sprememba svetlosti posamezne pike. Zasloni v televizorjih imajo pri tem precej lažje delo, saj se posamezna pika spremeni kvečjemu 25-krat na sekundo, oziroma 50-krat pri neprepleteni sliki (to pomeni, da odzivni čas 20 ms, ki se marsikomu zdi hudo počasen, povsem zadostuje). Pri monitorjih je frekvenca osveževanja lahko tudi višja, posledice tega, da zaslon ne more dohajati grafične kartice, pa so, kolikor pač so, opazne predvsem pri hitrih igrah.

A prednosti zaslonov s tekočimi kristali, zlasti manjša debelina in poraba elektrike, ki so pravzaprav sploh omogočile izdelavo prenosnikov, pošteno odtehtajo vse te pomanjkljivosti, zato so pri monitorjih že povsem izpodrinili zaslone s katodno cevjo, pri televizorjih pa so tudi na najboljši poti.

Tekoči kristali med dvema polarizacijskima filtroma

Zasloni LCD so omogočili izdelavo žepnih računalnikov.

Plazemski zasloni

Marsikdo misli, da so plazemski zasloni nova tehnologija, a so v resnici celo nekaj let starejši od LCD. Že leta 1964 sta namreč na univerzi Illinois Donald Bitzer in Gene Slottow naredila prvi plazemski zaslon za računalniški sistem PLATO. Sprva so bili plazemski zasloni enobarvni, oranžni ali zeleni, in predvsem zaradi visoke cene niso doživeli kakšnega posebnega uspeha. Šele leta 1992 je Fujitsu naredil prvi 53-centimetrski barvni zaslon. Leta 1997 je Pioneer začel prodajati prvi televizor s plazemskim zaslonom, pravi razcvet pa so doživeli v zadnjih nekaj letih.

Osnova plazemskih zaslonov so steklene celice, nekakšne majhne fluorescentne žarnice, napolnjene z mešanico žlahtnih plinov, najpogosteje neonom in ksenonom. Pod vplivom električne napetosti se plin spremeni v plazmo, ki sveti z nevidno ultravijolično svetlobo. Ultravijolični fotoni vzburijo fluorescenčni premaz posamezne celice in ta, enako kakor fluorescenčni premaz klasičnega katodnega zaslona, zasveti v eni od treh osnovnih barv. Od vrste fluorescenčne snovi je odvisna barva, v kateri zasveti. Za modro barvo na primer uporabljajo mešanico cinkovega sulfida in srebra, v fluorescenčni snovi za rdečo barvo pa sta itrij in evropij.

Ker vsaka svetlobna pika zaslona oddaja lastno svetlobo, pravimo takemu zaslonu sevalni ali emisivni. Njihova prednost je velik vidni kot, velika svetlost ter odličen kontrast in kakovost barv.

Ni vsak fosfor fosfor

Marsikje lahko preberete, da imajo klasični katodni in plazemski zasloni fosforni premaz. Vendar je to posledica napačnega prevoda angleške besede phosphor, ki pomeni fluorescenčno ali fosforescenčno snov, ne kemijskega elementa fosfor (angleško phosphorus).

Ker so plazemski zasloni podobno tanki kakor LCD, poleg tega pa pri enaki velikosti cenejši, obvladujejo trg velikih televizorjev. Imajo pa seveda tudi nekaj slabosti. Zaradi velikih steklenih zaslonov so na primer kar precej težji od televizorjev LCD, poleg tega porabijo tudi približno polovico več električne energije. Zaradi velikosti posamezne svetlobne pike - male fluorescenčne žarnice - ni mogoče narediti majhnih zaslonov z veliko ločljivostjo. Za računalniške monitorje torej niso primerni, pa tudi plazemskih televizorjev z diagonalami, manjšimi od metra, ne delajo.

Ker je zaslon sestavljen iz milijonov majhnih žarnic, ni nič nenavadnega, če tu in tam kakšna tudi ne dela, zato tudi plazemski zasloni niso imuni za mrtve pike. Poleg tega je tudi življenjska doba drobnih žarnic omejena. Pri prvih generacijah plazemskih zaslonov je bila to sploh ena večjih slabosti, saj je bilo že po nekaj tisoč urah mogoče opaziti, da postajajo čedalje manj svetli, sodobni modeli pa se z 20 ali 30.000 urami že precej približajo zaslonom LCD, ki so omejeni predvsem s trajnostjo neonske osvetlitve in naj bi brez opaznega poslabšanja kakovosti zdržali kakšnih 50 ali 60 tisoč ur.

Delovanje plazemskega zaslona

Plazemski zasloni se najbolje znajdejo v velikih televizorjih, kakršen je Pioneerjev na sliki.

Tekma v velikosti

Izdelovalci televizorjev že vrsto let tekmujejo, kdo bo naredil večji televizor. Na januarskem sejmu zabavne elektronike CES v Las Vegasu je največji plazemski televizor razstavljal Panasonic. Imel je kar 262-centimetrsko diagonalo (103 palce). Le s palec manjšim se lahko pohvalijo pri Samsungu in LG. Vendar gre v vseh primerih za prototipe, serijsko narejeni zasloni pa so precej manjši in imajo "samo" 203 cm (80 palcev). Med televizorji LCD sta trenutno z 208 cm (82 palcev') rekorderja Sonyjev in Samsungov prototip, pri tem pa velja omeniti, da imata zaslon pravzaprav sestavljen iz dveh delov.

Trenutno največji Sonyjev televizor LCD ima 203-centimetrsko diagonalo.

Organske svetleče diode

Razvoj seveda ne miruje in LCD ter plazemski zasloni že dobivajo resne tekmece. Prvi med njimi so zasloni OLED (organic light-emitting diode), ki so lahko še tanjši in energijsko varčnejši od zaslonov LCD, pa tudi izdelava je cenejša. Organske svetleče diode so tankoplastne svetleče diode in delujejo na podoben elektroluminiscenčni način kakor navadne svetleče diode (LED - light-emmiting diode), le da imajo namesto anorganskega polprevodnik iz organske snovi.

Napajalnik požene električni tok od katode do anode skozi organsko plast. Katoda odda elektrone emisijski plasti organskih molekul, anoda pa odstrani elektrone s prevodne plasti organskih molekul, zaradi česar v njej nastanejo tako imenovane vrzeli. Na stiku med emisijsko in prevodno plastjo se elektroni združijo z vrzelmi, padejo na nižjo energijsko raven in pri tem oddajo energijo v obliki fotonov. Barva oddane svetlobe je odvisna od vrste organske snovi. Pri barvnih zaslonih uporabijo tri različne snovi, da dobijo tri osnovne barve.

Delovanje zaslona s organskimi svetlečimi diodami

Poznamo tri osnovne vrste OLED. Prve so na podlagi malih organskih molekul razvili pri Kodaku leta 1987 in jim pravijo tudi SM-OLED (small molecule OLED). Tehnološki proces zahteva nanašanje organske plasti v vakuumu, zato je izdelava zaslonov s to tehnologijo razmeroma draga. Kljub temu je to trenutno najpogosteje uporabljana vrsta OLED.

Drugo obliko so razvili pri podjetju Cambridge Display Technologies in ji pravijo LEP (light-emitting polymer) ali PLED (polymer light-emitting diodes), torej svetleči polimeri (mimogrede, polimer je le malo bolj učeno ime za plastiko) ali polimerne svetleče diode. Razvoj zaslonov s svetlečimi polimeri trenutno še precej zaostaja za navadnimi organskimi svetlečimi diodami, zlasti glede učinkovitosti in življenjske dobe, a veliko obeta. Izdelava zaslonov s svetlečimi polimeri je namreč veliko cenejša, saj ne zahteva dela v vakuumu, temveč je polimere mogoče na podlago nanesti kar z nekakšnim brizgalnim tiskalnikom.

Še najobetavnejša je verjetno tretja, nedavno razvita tehnologija, ki je nekakšen križanec prvih dveh. Organska plast je sestavljena iz neprevodnega polimera, ki so mu dodane male organske molekule. Izdelava zaslonov je podobno enostavna kot pri svetlečih polimerih, lastnosti zaslona pa so podobne navadnim OLED.

Ker zasloni OLED ne potrebujejo dodatne osvetlitve, saj so sami vir svetlobe, porabijo precej manj energije in so zato zelo primerni za rabo v majhnih prenosnih oziroma sploh vseh baterijsko napajanih napravah. Poleg tega imajo tudi boljši kontrast kakor zasloni LCD, saj je organska svetleča dioda, ko ne sveti, povsem črna. Ker so vir svetlobe, imajo tudi boljši vidni kot, boljše pa so lahko tudi barve.

V polimerni različici OLED je izdelava cenejša kakor pri drugih tehnologijah, predvsem pa omogoča izdelavo zaslonov na neravnih in gibkih podlagah. Zasloni OLED so lahko tudi precej tanjši od zaslonov LCD ali plazemskih. Ker so lahko tudi prozorni, jih uporabljajo na primer za zaslone na vetrobranskih steklih v pilotskih kabinah in za zaslone, ki so vgrajeni v vizir čelade.

Vse seveda ni idealno. Trenutno je ena večjih težav življenjska doba organskih snovi. Rdeči in zeleni OLED imajo življenjsko dobo več kot 20.000 ur, modri OLED pa precej zaostaja in ima življenjsko dobo samo nekaj tisoč ur. Poleg tega so organske snovi v OLED precej občutljive za vodo oziroma vlago in je zato treba zaslone dobro zatesniti, to pa podraži izdelavo. Razvoj zaenkrat nekoliko zavirajo tudi patenti.

In kje se OLED trenutno sploh uporablja? Prozorne zaslone v letalih smo že omenili, bolj običajne zaslone in prikazovalnike OLED pa najdemo tudi pri nekaterih prenosnih telefonih in predvajalnikih mp3, električnih brivnikih in fotoaparatih. Večinoma so to manjši zasloni, naredili pa so tudi že večje prototipe. Pri Cambridge Display Technologies na primer s tehnologijo brizgalnega tiskanja že izdelujejo 36-centimetrske zaslone z ločljivostjo 1280 x 768 pik. Zelo dejaven pri razvoju je tudi Samsung, ki je na primer lani predstavil prototip televizorja OLED s 102 cm zaslonom.

Zasloni OLED se po razširjenosti trenutno sicer še ne morejo niti na daleč primerjati z zasloni LCD ali plazemskimi zasloni (lani je bil trg zaslonov OLED vreden okoli 620 milijonov dolarjev), a zlasti možnosti poceni izdelave s tiskanjem obetajo, da se bomo z njimi v prihodnosti pogosteje srečevali.

Philipsov 33 cm polimerni zaslon OLED

Takole je pri Philipsu videti brizgalni tiskalnik za OLED.

Prvi digitalni fotoaparat z zaslonom OLED je bil KODAK LS633.

IBMov prototip ure z zaslonom OLED ločljivosti 640 x 480 pik.

Prvi tržni polimerni OLED so leta 2002 uporabili v Philipsovem brivniku.

Prototip Samsungovega 102 cm televizorja OLED.

Svetilke OLED

Bele OLED je mogoče uporabljati tudi za razsvetljavo in če se bodo uresničile napovedi poznavalcev, se nam tudi na tem področju, zaradi možnosti izdelave najrazličneje oblikovanih svetilk, obeta manjša revolucija.

SED

Organske svetleče diode so obetavna tehnologija, a bodo imele poleg tekočih kristalov in plazemskih zaslonov opravka še z enim nevarnim tekmecem. SED (surface-conduction electron-emitter display) ali zaslon s površinsko prevodnim virom elektronov, kakor bi mu lahko rekli po naše, sicer prav tako ni več ravno najnovejša tehnologija, saj so prvi prototip 26-centimetrskega zaslona naredili že leta 1998.

Zaslon SED je sestavljen iz množice drobnih virov elektronov - za vsako piko oziroma podpiko je en - in s fluorescenčno snovjo premazanega zaslona. Vir elektronov je drobna, nekaj nanometrov široka reža med dvema električnima poloma. Pri nekaj deset voltih napetosti začnejo elektroni preskakovati režo, pri tem pa se jih nekaj razprši v okolico. Te pobegle elektrone z nekaj deset tisoč volti pospešijo, da dobijo dovolj energije, in ko priletijo v nekaj milimetrov oddaljeni fluorescenčni premaz zaslona, ta zasveti, natanko tako kakor pri klasičnem katodnem zaslonu. Tudi pri zaslonih SED uporabljajo tri različne premaze za tri osnovne barve, iz katerih je sestavljena vsaka pika slike.

Delovanje zaslona s površinskim virom elektronov

Tehnologija SED torej združuje tanko obliko, kot jo ima LCD ali OLED, in večino prednosti klasičnih zaslonov - dober kontrast, širok vidni kot, naravne in žive barve ter hitro osveževanje slike. Poleg tega je tudi poraba energije manjša kakor pri zaslonih LCD, zaradi česar bodo zasloni SED primerni tudi za prenosnike. Zelo dolga bo tudi njihova življenjska doba, saj se fluorescenčni snovi zmanjša učinkovitost za 10 % šele po približno 60.000 urah delovanja.

Zaslone SED skupaj razvijata Toshiba in Canon, prvi televizorji s takšnimi zasloni pa naj bi v trgovine prišli šele naslednje leto. Zaenkrat je mogoče videti Toshibin prototip televizorja z zaslonom SED le na sejmih, kakršni so CeBIT, CES in IFA, kjer smo se lahko na lastne oči prepričali o njegovih prednostih. A ker razlike v kakovosti slike kljub vsemu niso prav zelo velike, bo predvsem od cene odvisno, ali bo zaslonom SED uspelo načeti prevlado plazem in tekočih kristalov.

V Toshibi zatrjujejo, da je tehnologija SED, vsaj pri večjih velikostih in ločljivostih, primernih za televizijo visoke ločljivosti, cenejša od plazemske in LCD. Podobno kakor OLED bo namreč mogoče tudi površinsko prevodni vir elektronov kar natisniti s posebnim brizgalnim tiskalnikom, zato naj bi čakala televizorje SED še zelo svetla prihodnost.

Za leto 2010 na primer napovedujejo prodajo kar okoli 30 milijonov televizorjev SED z zasloni, večjimi od metra. Za primerjavo povejmo, da naj bi takrat na leto prodali "le" 18 milijonov plazemskih televizorjev. Skupna prodaja televizorjev in monitorjev LCD bo, po zaslugi manjših modelov, sicer precej večja, a pri večjih modelih bo zaradi višje zaostajala za plazemskimi televizorji. Kako se bodo v tej konkurenci odrezali zasloni OLED, je zaenkrat še nemogoče napovedati, vsekakor pa bo dogajanje na področju tankih zaslonov za monitorje in televizorje v prihodnjih letih še zelo zanimivo.

Ogljikove nanocevke in diamanti

Zasloni SED so le ena od zvrsti zaslonov FED (field emission display). Ti zasloni izkoriščajo kvantni pojav, ki mu pravimo poljska emisija (prehajanje ali, kot temu strokovno pravijo, tuneliranje elektronov prek ovire) in so sestavljeni iz množice drobnih virov elektronov in fluorescenčnega zaslona. Kot vir elektronov je mogoče uporabiti različne snovi, najbolje pa se izkaže ogljik. Posamezen vir mora biti seveda primerno majhen in v eni od različic so uporabili kar diamantni prah, v praksi pa so se najbolje izkazale drobne ogljikove nanocevke.

Zaslonom z nanocevkami kot virom elektronov pravijo NED (nano emissive display), enega prvih prototipov pa so lani predstavili pri Motoroli. Zaslon je bil sicer samo 12-centimetrski, a bi iz več takih zaslonov lahko sestavili tudi veliko večjega. Podobne zaslone razvijajo tudi v korejskem Samsungu in japonski Futabi.

Lastnosti zaslonov NED so, vsaj z uporabnikovega gledišča, enake kakor pri zaslonih SED, predvsem od proizvodne cene pa bo odvisno, katera tehnologija bo prevladala. Pri Motoroli se trudijo, da bi svojo tehnologijo prodali kateremu od velikih izdelovalcev televizorjev, recimo Panasonicu ali Sonyju, kako uspešni so pri tem, pa je zaenkrat seveda še poslovna skrivnost.

Motorola je lani predstavila prvi zaslon NED.