„Zobrazovadla“ včera, dnes a zítra

Září, nezáří

Z hlediska existence člověka na planetě Zemi nejsou daleko časy, kdy téměř všechny příchozí zrakové informace pocházely z objektů odrážejících světlo (pomineme-li oheň, zářící nebeská tělesa či bioluminiscenci). Teprve s příchodem moderních zobrazovacích technologií se tento trend mírně změnil. Vyjma projektorů jsou v podstatě všechny dnešní technologie, které nám zprostředkovávají obraz, buď samy zdrojem světla (plazmové zobrazovače, CRT technologie a LED obrazovky), nebo vyžadují podsvícení (LCD).

Tedy to, na co se v dnešní době převážně díváme, už jen neodráží světlo jako v minulosti, nýbrž nám to pere světelné záření přímo do očí. To je také jeden z důvodů, proč jsme po celém dni stráveném tváří v tvář televizní nebo počítačové obrazovce tak unavení, a určitě také jedna z hlavních příčin množících se zrakových problémů. Svou roli zde sehrává také nevhodné osvětlení prostor, v nichž trávíme každodenní čas, ale to už by bylo téma na jiný článek. Vraťme se k zobrazovacím technologiím v televizní technice.


Zajímavé milníky

Úplně na začátku nám nezaškodí, když si připomeneme několik historicky přelomových okamžiků, které bez nadsázky zásadně ovlivnily vývoj zobrazovacích technologií nebo posunuly jeho hranice o kus dále.

• 1907 – Pomocí technologie CRT byl poprvé zobrazen obraz (Boris Rosing – Rusko).
• 1922 – Televize se poprvé stala komerčně prodávaným produktem (Western Electric – USA).
• 1936 – Vyvinut prototyp plazmové obrazovky (Kálmán Tihany – Maďarsko).
• 1972 – 1. LCD displej s technologií Twisted Nematic (LXD – USA).
• 1977 – Vyvinuta první LED obrazovka (J. P. Mitchell – USA).
• 1987 – Vynalezena technologie OLED (Eastman Kodak – USA).
• 1997 – Představena první plazmová obrazovka s úhlopříčkou větší než 1 metr (Fujitsu – Japonsko).
• 2005 – 1. film natočený technologií 3D (Chicken Little/Strašpytlík – USA).
• 2011 – Bude zprovozněna LED obrazovka s úhlopříčkou větší než 100 metrů (The Podium – Dubaj).

CRT

CRT neboli Cathode ray tube se překládá jako katodová trubice a je ekvivalentem k pojmu Braunova trubice. Ferdinandu Braunovi se v roce 1897 podařilo sestrojit katodovou trubici, čímž sehrál významnou roli v počátcích radiové a televizní techniky. Nikdo nás o tom nemusí přesvědčovat, protože až nyní, po více než 100 letech, se CRT technologie dostává do pozadí. Ale co to vůbec ta katodová trubice je?
V podstatě se jedná o trubici, do které jsou z katody (záporně nabité elektrody) uvolněny elektrony, urychleny elektrickým polem (velkým anodovým napětím) a následně magnetickým polem vychýleny tak, aby mohly dopadat na celou zobrazovací plochu. A na konci je použit tzv. luminofor – což není nic jiného než látka, která dokáže využít rychlost elektronů a přeměnit jejich kinetickou energii na světlo.

Na začátku trubice jsou tři různé katody a na konci v každém bodu obrazovky tři luminofory. Jeden luminofor uvolňuje světlo červené barvy, druhý zelené a ten třetí modré. Podle velikosti svazku elektronů uvolněného katodou dojde k vyzáření světla odpovídající intenzity. Ze tří základních barev, každé s libovolnou intenzitou, dojde k pokrytí téměř všech barev, které je člověk schopen rozlišit svým zrakem (zjednodušeně řečeno, v TV technice tomu totiž tak není). Celý tento proces se opakuje s takovou frekvencí, aby katody stihly „nastřílet“ barvy na každý pixel obrazovky, a my jsme tak mohli pozorovat kompletní obraz.

Lépe a komplexněji si to lze představit za pomoci následujícího obrázku:

1. Tři elektronová děla.
2. Elektronové paprsky.
3. Zaostřující cívky.
4. Vychylující cívky.
5. Anoda.
6. Maska pro oddělení paprsků pro červenou, zelenou a modrou část.
7. Luminiscenční vrstva.
8. Detail luminiscenční vrstvy z vnitřní strany obrazovky.

LCD

Liquid crystal display je technologie využívající kapalné krystaly. Jedná se o organickou hmotu, u které se uplatňují vlastnosti jak skupenství pevného, tak kapalného. Přesto, že jde o kapalinu, udržují si stále strukturu typickou pro pevné skupenství – krystalické uspořádání částic. Tento stav hmoty popsal v roce 1888 vědec s českými kořeny Friedrich Richard Reinitzer. Kapalné krystaly jsou speciální v tom, že i malé vnější fyzikální síly ovlivní jejich strukturu. U LCD displejů se využívá vnější síla elektrického pole, jejíž velikost je řízena tranzistory, a následné změny struktury ovlivňující propustnost polarizovaného světla.
Principielně dojde nejprve k polarizaci podsvicujícího světla – polarizovanému světlu stačí nastrčit do cesty natočené molekuly kapalných krystalů, tím dojde ke změně jeho intenzity na požadovanou hodnotu. A když se to takto udělá pro každý subpixel obrazovky, můžeme se kochat kompletním obrazem.

Alfou i omegou pro LCD displeje je podsvícení. Mělo by se jednat o dokonale bílé (u LED podsvícení je v některých případech k jeho vytvoření použito RGB diod) světlo schopné rovnoměrně podsvítit celou plochu panelu. K tomu se používají buď trubice (CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp) nebo svítivé diody (LED). V současnosti se nejčastěji setkáte, hlavně díky nízkým výrobním nákladům, s podsvícením za pomocí CCFL.

Zářivé trubice bývají rozmístěny rovnoměrně po celé ploše panelu a vodorovně orientovány. U LED podsvícení mohou být diody rozmístěny buď maticově – full LED, nebo pouze na hranách / hraně displeje – edge LED. Edge LED podsvícení by samo o sobě nebylo schopné rovnoměrně podsvítit celou plochu panelu, o to se tedy stará speciální světlovodivý materiál. Je zřejmé, že z uvedených dvou typů LED podsvícení má, co se kvality obrazu týče, jednoznačně navrch full LED, ovšem za použití edge LED je možné vyrobit LCD panel o tloušťce menší než jeden centimetr, a tenké obrazovky jsou v dnešní době „trendy“.
Před uzavřením kapitoly věnované LCD se ještě hodí porovnat jednotlivé typy podsvícení. Co se obrazových parametrů týká, LED je oproti CCFL nesporně lepší. Ať už jde o větší škálu barev, vyšší životnost, nižší spotřebu a lepší zobrazení černé, nicméně moderní CCFL se kvalitám LED podsvícení v mnohém přibližují a mají lépe zvládnuté výrobní procesy – jsou tedy levnější.

Detailnější popis historického vývoje LCD zobrazovačů najdete v jiném specializovaném článku.