Více

Jak vlastně vznikly ploché televizory? A co jim předcházelo?

Ačkoli v obchodech s elektronikou už prakticky nenarazíte na „hluboké“ CRT televizory, podle průzkumů z posledních let by tyto televizory mělo ještě dnes používat asi 80 procent českých domácností. To je více než mnoho. Jenže z CRT televizních obrazovek se brzy stane ohrožený druh: v prodejních sítích koupíte už takřka výhradně ploché televizní přijímače. Jak se vlastně historicky došlo k těmto typům televizorů, a kam bude směřovat jejich další vývoj?

Několik pojmů na úvod

Věrný a přesný popis historie jakéhokoli technického produktu – natož pak tak rozšířeného, jako jsou televizní obrazovky a zobrazovače – je velmi nevděčný a ošidný. Jejich vývoj v celém období totiž byl a stále je velmi dynamický a uskutečňoval se mnoha formami a především různými technologiemi. Potřebné historické informace se v literatuře navíc často rozcházejí. Proto se předem omlouvám za případné historické nepřesnosti v textu.

S ohledem na šíři problematiky v současnosti používaných zobrazovačů a zobrazovacích technologií i však nejdříve musíme vymezit užší oblast těch nejfrekventova­nějších, jejichž historii se budeme dále věnovat.

Pro televizní aplikace (upozorňuji, že v případě počítačových monitorů je historie jejich vývoje podobná, ale nikoliv shodná) se v současnosti používá řada technologií. Nebudu-li uvažovat úpravy a technologická vylepšení různých výrobců, jedná o tyto hlavní technologie:

CRT (Cathode Ray Tube) – nejstarší vakuové obrazovky CRT jsou dodnes pro některé své vynikající vlastnosti užívány v provedení maskových obrazovek IN LINE a TRINI-TRON (firma Sony). Jejich konec je však neodvratný.

LCD (Liquid Crystal Display) – displeje na bázi tekutých krystalů jsou v současnosti v televizní a počítačové technice nejpoužívanější.

Plazmové zobrazovače – v současnosti v televizní technice rovněž velmi frekventované

OLED (Organic Light Emitting Diode) – slibná technologie blízké budoucnosti vycházející z technologie LED.

LCoS (Liquid Crystal on Silicon) – technologie užívaná v projekční televizi.

DMD (Digital Micromirror Device) – technologie užívaná v projekční televizi a zejména v datových projektorech.

SED (Surface-Conduction Elektron-Emitter Display) – dosud příliš nevyužívaná, nicméně zajímavá technologie sledující vývoj plochého CRT zobrazovače.

LED (Light Emitting Diode) – úsporná technologie, která nahrazuje tradiční zdroje světla (např. u aut, lamp, LCD zobrazovačů).

Pozn.: Z důvodů kompatibility s rozšířenými anglickými termíny používám úmyslně (možná s tím řada z vás nebude souhlasit) názvů obrazovka pro klasické technologie CRT a zobrazovač v případě moderních plochých monolitických technologií.

Nejprve vznikly vakuové CRT obrazovky

S rozvojem televize se pojí dlouhá řada jmen, zmíním jen ta nejdůležitější, spojená s rozvojem vakuových obrazovek. Pominu-li první pokusy s elektromecha­nickým systémem rozkladu a přenosu obrazu s Nipkowovými kotouči (německý inženýr Paul Nipkow 1884), pak předchůdce současných vakuových CRT obrazovek představoval vynález německého fyzika Ferdinanda Brauna (1897) – tzv. Braunova katodová trubice, za kterou získal dokonce v roce 1909 Nobelovu cenu. Ta měla původně studenou katodu a byla postupně zlepšována (např. na základě výzkumů J. B. Johnsona, H. Weinharta aj.) až na komerčně využitelný produkt ve dvacátých létech minulého století.

CRT televizor

Klasický CRT televizor se vyznačuje tím, že je příliš rozměrný, hluboký a především těžký. Velmi komplikovaně se se s ním manipuluje, o převozu z místa na místo nemluvě. (Ilustrační foto: http://imall.ntu­.edu.sg)

S rozvojem televize během 30. let minulého století, kdy již začínalo televizní vysílání např. v USA, Anglii, Německu a souběžně s vývojem nových snímacích elektronek ikonoskopu a superikonoskopu (Vladimír Zworykin a další), se zlepšovaly také rozměry i technické vlastnosti vakuových obrazovek. Postupně přešly od původního elektrostatického k magnetickému vychylování elektronového svazku. Koncem třicátých let minulého století byla již vyvinuta první CRT obrazovka pro barevnou televizi – tří-trysková masková obrazovka delta elektronovými tryskami rozmístěnými ve tvaru rovnostranného trojúhelníka.

Hlavní výhody a nevýhody CRT obrazovek

Ve druhé polovině 20. století – především s nástupem barevné televize v 50. letech, se vývoj barevných obrazovek výrazně zrychlil. Vznikly nové a stále ještě používané typy vakuových obrazovek pro barevnou televizi masková obrazovka IN LINE s elektronovými tryskami uspořádanými v řadě a v té době nejkvalitnější a také nejlépe celosvětově patentovaný produkt japonské firmy Sony TRINITRON s cylindrickým tvarem stínítka. Vlastnosti a parametry vakuových obrazovek byly různými výrobci průběžně zlepšovány.

K nevýhodám obrazovek CRT patří zejména relativně vysoký příkon, nutnost generování vysokého urychlovacího napětí, poměrně složité zajištění barevné čistoty a konvergence a především velký rozměr (hloubka), který je zřejmě hlavní příčinou toho, že jejich éra již víceméně skončila.

Vakuové obrazovky mají proti některým modernějším plochým zobrazovačům také nesporné přednosti. Patří k nim především vysoký dosažitelný jas a především kontrast (CRT je primární zářič) i velmi krátká doba odezvy.

Éra plochých televizorů začala v 80. letech

LCD zobrazovače

Aplikaci tekutých krystalů v praxi patentovala společnost Marconi Wireless Telegraph již v roce 1933. Jejich vlastnosti a možnosti využití pro zobrazovače však zkoumal až v 60. letech minulého století pracovník výzkumných laboratoří firmy RCA Richard Wiliams. Jeho kolega George H. Heilmeier pak vytvořil první vzorek funkčního zobrazovače na bázi tekutých krystalů (LCD). V roce 1973 byl vyroben firmou japonskou Sharp (Tomio Wada) první LCD pro kapesní kalkulátor. Masové využití technologie LCD pak začalo v osmdesátých letech minulého století – nejprve při výrobě malých zobrazovačů (displejů) různých přístrojů a zejména elektronických her. V roce 1988 opět firma Sharp demonstrovala barevný 14" zobrazovač s aktivním buzením matice LCD pomocí tenkovrstvých tranzistorů TFT (Thin Film Transistors).

LCD - toto je vidět

LCD televizory v současné době představují nejrozšířenější typ televizních přijímačů na světových trzích, Českou republiku nevyjímaje

Na přelomu 80. a 90. let se tato technologie začala uplatňovat v displejích notebooků a plochých monitorů stolních počítačů. Následně začala dosud trvající éra aplikace LCD v televizních přijímačích. Během ní, podobně jako v případě technologie CRT, probíhalo a průběžně probíhá zlepšování funkčních vlastností LCD zobrazovačů charakterizované zejména zvětšováním rozměrů, rozlišovací schopnosti, zkracováním doby odezvy a zvyšováním dosažitelného kontrastu. Na tomto vývoji se podílí řada firem (Samsung, Panasonic, Sharp, LG, Philips a další).

Dnes jsou tyto zobrazovače vyráběny téměř výhradně s formátem obrazu 16:9. Levnější typy, označované HD Ready, mají nativní rozlišení (výrobně definovaná velikost matice zobrazovacích bodů) 768 obrazových bodů na výšku obrazu a 1366 bodů v řádku. Současný trend představují Full HD zobrazovače disponující rozlišením 1080×1920 bodů, které vyhovuje všem variantám evropského vysílacího standardu HDTV (televizní vysílání ve vysokém rozlišení obrazu).

Jak funguje LCD televizor?

Relativně malý statický kontrast LCD zobrazovačů (buňka LCD není primární zářič a nelze ji proto dokonale „uzavřít“ pro světelný tok) se zvyšuje modulací jasu zadního výbojkového prosvětlovacího zdroje CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) nebo lépe řízenou maticí diod LED, jejichž osvětlení se mění místně i časově v závislosti na okamžité jasové distribuci – tzv. Local Dimming. Zvýšení kontrastu je možné také pomocí počítačové dynamické regulace kontrastu. Při ní je programově analyzována jasová distribuce obrazu.

Data o jasu obrazových bodů (pixelů) jsou seskupena do několika skupin odstínu šedi. Podle tohoto rozložení je vytvořena nelineární funkce, která mění jasovou úroveň původních pixelů – světlejší se posunou směrem k bílé a naopak tmavší směrem k černé. Výrobci uvádí rovněž tzv. dynamický kontrast, který bývá podstatně vyšší než statický kontrast. Všimněme si však poněkud blíže technologií s LED podsvícením.

Televizory s LED podsvícením

První generace LCD zobrazovačů s LED podsvícením (tzv. RGB technologie) měla stejnou strukturu panelu jako původní LCD, ale klasické trubice CCFL byly nahrazeny diodami LED, které byly stále umístěny vzadu a svítily dopředu. Díky tomu zůstala stejná i tloušťka zobrazovače. RGB (Red, Green, Blue) technologie používá pro každý dílčí bod čtyři barevné LED (2 zelené, 1 červená a 1 modrá). Výsledné světlo této čtveřice se blíží bílé. Tato technologie se používala do roku 2008 a je použita u 70palcového modelu. Podporuje ji např. společnost Sony. Výhoda této technologie je v tom, že lze velmi snadno vyvažovat bílou barvu. Nevýhodou ale je, že je velmi drahá. Vyžaduje totiž hodně náročný software a struktura panelu je náročná.

Samsung UE40B8000XW přední panel

Příkladem LCD televizoru s LED podsvícením je Samsung UE40B8000XW, dostupný také na českém trhu (Ilustrační foto: Samsung)

Druhá generace LCD zobrazovačů s LED podsvícením (bílé diody) je především jednodušší. Je využívána více výrobci. Místo čtyř barevných diod používá jednu bílou diodu. Na celou plochu panelu tedy připadá menší počet diod a dají se mnohem jednodušeji ovládat (pouze se rozsvěcují a zhasínají). Tuto technologii začala jako první před několika lety používat společnost Samsung. Letos tento výrobce přišel s třetí generací zobrazovačů LCD s LED podsvícením pod marketingovým označením „LED TV“. Je revoluční v tom, že se naprosto mění struktura panelu. Ve vrstvách před diodami se nachází světlovodný gel, kterým se šíří světlo z těchto diod po celé ploše.

U předchozích generací podsvícení byly LED diody rovnoměrně rozmístěny po celé ploše panelu. Samsung nyní přichází s technologií „LED Edge“, která je založena na jednoduchém řešení – LED diody jsou rozmístěny pouze po stranách panelu a světlo je po celé ploše rozváděno důmyslným systémem odrazných hranolů (viz např. recenze DigiZone.cz na televizor Samsung UE40B8000XW). To umožňuje výrazně zeštíhlit celý televizor, ale zejména snížit spotřebu elektrické energie. Úspora spotřeby je hlavní výhodou této technologie. Srovnáme-li spotřebu se starším typem trubicového podsvícení, vychází úspora až 40 %, což může být při obvyklých sazbách za elektřinu nezanedbatelná částka.

LCD momentálně představuje dominantní technologii v oblasti televizních zobrazovačů (ale i počítačových monitorů), která výrazně převažuje na světových trzích s televizory. Největším producentem těchto televizorů je jihokorejská firma Samsung, která rovněž dodává LCD panely i dalším značkám, a celkem ovládá asi tři čtvrtiny světového trhu.

Plazmové zobrazovače

Počátek plazmových zobrazovačů se datuje do první poloviny 60. let minulého století. Konkrétně v roce 1964 pracovníci university v americkém Illinois (D. Bitzer, G. Slottow a R. Willson) vyvinuli první mono-chromatický plazmový zobrazovač. Ve vývoji této technologie pokračoval Larry Weber (absolvent stejné university). V roce 1982 představila firma IBM 19" monochromatický plazmový panel. V roce 1992 uvedla na trh firma Fujitsu již první barevný 21" plazmový zobrazovač. V roce 1994 demonstroval L.Weber, v té době pracovník firmy Plasmaco, plazmovou technologii na setkání výrobců v San Jose. V roce 1996 firmu Plasmaco koupila firma Panasonic a zahájila výrobu plazmových zobrazovačů ve své americké továrně.

V roce 1997 představily firmy Fujitsu a v Evropě i Philips 42" barevné zobrazovače s rozlišením 852×480 bodů. Trvalo řadu let, než tyto zobrazovače začaly na trhu konkurovat LCD – zejména v televizních aplikacích. Důvodů bylo více: zpočátku především cena, nižší rozlišení související s technologickým omezením velikosti buněk plazmových zobrazovačů a relativně vysoká spotřeba. V současnosti plazmové zobrazovače dominují při velkoplošném zobrazování (nad 50" velikosti úhlopříčky). Zatím největší plazmový zobrazovač na světě, představený v roce 2008 na výstavě spotřební elektroniky v Las Vegas, vyrobila japonská firma Matsushita Electrical Industrial (nyní Panasonic Corporation). Má úctyhodnou velikost úhlopříčky 150" (381 cm).

Plazmová televize, největší na světě

Největší plazmový televizor na světě od společnosti Panasonic (Foto: http://plasmat­vferret.com)

Hlavní výhody a nevýhody plazmové televize

Současné plazmové zobrazovače mají ve srovnání s LCD vyšší jas (až 1500 cd/m2), podstatně vyšší statický kontrast (plazmový zobrazovač je, stejně jako CRT, primární zářič) – až 25 000:1 (dynamický kontrast může být až 106:1), výrazně kratší dobu odezvy – cca 0,001 ms a pozorovací úhel blížící se 180. Dosahují již i HD Ready i Full HD rozlišení – zejména při větších rozměrech. U starších typů plazmových zobrazovačů byl příkon vyšší než u LCD a byl závislý na okamžitém jasu a dynamice obrazu. Rovněž cena byla ve srovnání s LCD vyšší. To už dnes prakticky neplatí, plazmové televizory se technologicky přiblížily technologii LCD a jediné, co je drží na trhu, je jejich nižší cena.

Poněkud nejasná a proto často diskutovaná je, vzhledem k relativně krátké době jejich existence, otázka životnosti plazmových zobrazovačů a potenciální možnost „vypalování“ luminoforů často a dlouhodobě zobrazovaných částí obrazu – např. loga často sledovaných programů. I tento problém byl ale u nových řad plazmových televizorů odstraněn.

Zobrazovače OLED (Organic Light Emitting Diode)

Tato staronová technologie představuje zřejmě žhavou budoucnost zobrazovací techniky. Zatím se uplatňuje především u menších zobrazovačů (displejů) pro mobilní telefony, terminály DVB-H aj., ale někteří výrobci už začali vyrábět i OLED monitory a televizory. Umožňuje výrobu super plochých pružných zobrazovačů (tloušťka samotného zobrazovače může být pouze několik mm). Technologie OLED přináší i další výhody – především vysoký kontrast (světelně emitující diody jsou primárními zářiči) a velký pozorovací úhel – prakticky 180°). Na rozdíl od některých odborníků ji považuji za zobrazovací technologii budoucnosti.

OLED TV

Ukázka ultratenkého OLED stolního zobrazovače od společnosti Sony (Ilustrační foto: http://www.tra­nism.com)

Použitá literatura

[1] KAWAMOTO,H. The history of Liquid-Crystal Displays. In Proceedings of the IEEE,
Vol. 90, No.4, 2002

[2] http://www.per­sonal.kent.edu/lcd_his­tory.htm

[3] VÍT, V.: Televizní technika (projekční a velkoplošné zobrazování). BEN Praha, 2000

[4] http://www.lcd-monitory/historie

[5] http://en.wiki­pedia.org/wiki/plas­ma_display

[6] http://www.plas­matvscience.or­g/plasmatv-history1.html

Autor je zaměstnancem Ústavu radioelektroniky FEKT VUT v Brně

Anketa

Jaký typ televizoru máte doma v obývacím pokoji (tzv. "hlavní televizor" v domácnosti)?

39 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 30. 11. 2009 22:39

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+