INDHOLDSFORTEGNELSE
  
 
  
LCD TFT skærmen generelt - Opdateringsfrekvens og signalbehandling - Panelstyring
    
  

LCD TFT skærmen generelt

Dette skal ses som en mere teknisk gennemgang af hvad der kort blev forklaret i indledningen.

LCD skærmen er opbygget omkring et panel med en masse pixels, hvori der er små flydende krystaller med en polaristator på hver side. Disse polarisatorer skal enten lade lys igennem eller begrænse det ved at de flydende krystaller skal dreje lyset i den rigtige position.

Panelet er som en form for en lagkage med en masse lag. Bagerst er der en baggrundsbelysning, som i langt de fleste nuværende skærme er fluorescerende lamper. Næst er der lag, som skal begrænse og behandle lyset og en glasoverflade. Næst kommer selve pixel og behandlingselementerne og yderst en beskyttende lag og sdst coatingen, som er et anti-refleksivt lag, der skal hjælpe til at undgå uønskede refleksioner på skærmens overflade.

Selve LC (Liquid Crystals), altså de flydende krystaller, fungerer, som et passivt element, hvilket ikke selv er i stand til at udstråle lys. Derimod kan det behandle og begrænse lys, som kommer bagfra, og derfor sidder lyskilden bag selve LCD panelet. Som nævnt, sidder baggrundsbelysningen bag selve panelet og lyser igennem de flydende krystaller og polarisatorerne, som så skal polarisere lyset og give en rigtig nuance i de tre subpixels som henholdsvis er rød, grøn og blå. Det kræver naturligvis en konstant belysning og en stabil én. Hvis bagbelysningen ikke er stabil, vil skærmen alligevel virke flimrende og det er set på tidligere modeller (primært meget billige modeller).



På hver side af de flydende krystaller sidder to modsatrettede polarisatorer. Planpolarisatoren er således de to modsatrettede polarisatorer og hvis lyset bliver drejet (twistet) 90 grader af de flydende krystaller, så vil intet lys kunne komme igennem og modsat - hvis lyset forbliver ved 0 graders twist, vil lyset kunne passere frit igennem uden at miste styrken. Det er de flydende krystaller der står for denne drejning af lyset og derfor også hvor hurtigt og præcist det kan gøres. Polarisatorerne er dog ikke perfekte og krystallerne kan ej heller placere sig helt præcist og med det i baghovedet kan man forstå, at der nødvendigvis må passere noget lys, som ikke burde kunne komme igennem og det samme med afgrænsningen af lyset.


Måden de flydende krystaller kan bevæge sig på er ved at der sidder nogle elektroder, som kan påvirke de flydende krystaller.



For hver pixel sidder der tre subpixels, som henholdsvis er rød, grøn og blå. Disse kan, alt efter hvor meget lys der lukkes igennem, danne en nuance af en farve. Umiddelbart virker det underligt at tænke på, men det hænger altså sammen med, at de er så små, at øjet ser blandingen af de tre farver og lyset der slipper igennem, som en farve på lidt afstand.

Bag hver subpixel sidder der en lille transistor (TFT), som styrer strømtilførslen, og den medvirker bl.a. i, at skærmen kan opretholde en konstant spænding i hver pixel, hvilket igen betyder, at der ikke forekommer flimmer. Det er disse transistorer som kan fejle, hvilket giver pixelfejl.


Dog modtages strømmen først i en lille enhed, der kaldes for en capacitor. Transistorens funktion er at opretholde spændingen.



Opbygningen af panelet ser således ud:


Kilde: Samsung

Som du kan se ligger laget af de flydende krystaller mellem for- og bagpolarisatoren. Det omtalte"active glass" er hvor de tynde transistorer sidder og"passive glass" er selve pixels og subpixels med de flydende krystaller. De yderste lag er som nævnt coatingen, et anti-refleksivt lag, som skal forhindre, at skærmen kan virke som et spejl. Dette lag er også medvirkende til den samlede oplevelse og læs under begreber, hvad en dårlig coating kan betyde for brugen i praksis. Helt bagerst sidder lyskilden, som udsender et kraftigt lys, som først skal polariseres før vi kan opfatte det som et billede. De mellemliggende lag er filtere og lignende. F.eks. har TN paneler et filter, så de litterært korrekt kommer til at hedde TN+. Dette filter er for at forbedre betragtningsvinklen, da TN panelprincippet i sine første dage havde en meget begrænset betragtningsvinkel.

Jeg håber dette har skabt en grundforståelse. Når man har fostået princippet med polarisatorerne og de flydende krystaller, da kan man lettere forstå hvordan de tre hovedtyper af paneler fungerer. Forskellen er nemlig bl.a. krystallerne placering i forhold til hinanden og hvordan og hvor hurtigt de drejer i position.

Alle lagene i en LCD TFT skærm er ultra tynde og kræver ikke meget plads. Derfor er det muligt at lave LCD TFT skærme forholdsvis tynde.



For praktisk forståelse, kan du herunder se et illustreret eksempel på, hvordan de flydende krystaller påvirkes, når de tilføres en spænding. De grå felter ovenfor og nedenfor de flydende krystaller er de såkaldte TFT (transistorer). Prøv at holde museknappen nede på dem for at påvirke de flydende krystalller:












Opdateringsfrekvens og signalbehandling



Et af de emner der ofte er kilde til megen misforståelse er hvordan opdateringsfrekvens spiller ind i fladskærmssammenhænge. Den vågne læser har sikkert opdaget at man ikke ser samme frekvensangivelser for fladskærme, som man har været vandt til for CRT skærme og konklusionen er derfor ofte at billedet på en fladskærm ikke er roligt at se på og dette er forkert.



Først skal man huske på hvad det egentlig er opdateringsfrekvensen angiver. Fra grafikkortet sendes der en mængde data der fortæller skærmen hvilken farve hver enkelt pixel skal have og på en CRT skærm er det nødvendigt at gøre forholdsvist mange gange i sekundet idet gløden fra fosforen ikke kan holdes tændt i ret lang tid. For at man ikke opfatter et CRT billede som blinkende, skal hver pixel altså opdateres ca. 85 gange i sekundet hvilket kræver en datastrøm ved 85 Hz.
 Opdateringsfrekvensen angiver altså hvor mange gange skærmen modtager oplysninger om alle pixels på skærmen pr. sekund.



Med en LCD TFT skærm derimod er der ikke nogen fosfor der skal holdes liv i idet hver subpixel konstant belyses bagfra og idet farverne jo genereres vha. flydende krystaller der drejes til en given position. Grafikkortet sender stadig data med en vis frekvens til skærmen, men DVI standarden dikterer at dette bør ske ved 60 Hz og det er her frekvensen kommer ind i billedet. Den interne elektronik, der adresserer hver pixel på skærmen, opererer ved 60 Hz uanset hvilken frekvens skærmen modtager via dens indgange - også selvom du tvinger den til at køre ved 75 Hz over DVI eller VGA porten. Skærmen gentegner altså ikke nødvendigvis billedet 60 gange i sekundet, den får blot at vide hvordan billedet på skærmen ser ud (præcis som definitionen dikterer ovenfor) og hvis der er ændringer fra forrige billede, så drejer den de påvirkede krystaller. 



Gamere har altid stræbt efter det højeste antal frames pr. sekund i et givent spil og vil man undgå tearing af billedet (som er et fænomen skabt af asynkrone buffer lagringer i grafikkortet) aktiverer man den vertikale synkronisering (V-Sync), som sikrer at der altid sendes et færdigt renderet billede til skærmen. Desværre begrænser man herved sin billedhastighed til heltalsdivisioner af opdateringsfrekvensen og på en fladskærm er opdateringsfrekvensen jo som nævnt altid 60 Hz, dvs. man begrænses til at få vist 60 fps i alle spil med V-sync aktiveret. Man kan altså have et nok så kraftigt grafikkort, som er i stand til at levere 400 fps, men idet skærmen kun kan modtage 60 fps ”spilder” man altså 340 fps og det er der desværre ikke noget at gøre ved. De 60 fps er, hvad enten V-sync er til eller ej, maks. opdateringsfrekvensen, men værre er det at idet der altid regnes i heltalsdivisioner med V-sync og double-buffering (DirectX spil), så vil man øjeblikkeligt få halveret sine fps hvis dit grafikkort ikke kan trække 60 fps eller derover - dvs. trækker du f.eks. 45 fps, vil V-sync cutte det af til 30 fps. 



Det kan lade sig gøre at sende data ved andre frekvenser end 60 Hz, men da skærmen, som nævnt, ikke kan sende disse data videre til hver pixel med mere end 60 Hz, får du altså ikke nogen praktisk glæde af en højere frekvens og samtidigt skal skærmen bruge tid på at omdanne den skæve frekvens til 60 Hz, hvilket kan ske mere eller mindre succesfuldt. 



Man bør altså huske at opdateringsfrekvensen i selve panelet er fast. Uanset hvor mange fps et spil fortæller der vises, så er dette tal baseret på hvor meget grafikkortet leverer og ikke hvor meget der rent faktisk vises på skærmen. Programmer som FRAPS mv. kan ikke kommunikere med pixeladresseringen i skærmen, ligesom OSD i skærmen kun angiver hvilken frekvens den modtager data fra grafikkortet ved.



Panelstyring



 I afsnittet omkring de enkelte panelteknologier blev det forklaret hvordan de flydende krystaller fungerer i displayet og hvordan de styrer mængden af lys der sendes igennem dem, ved at ændre på deres polarisation. Men hvordan styrer man egentlig denne polarisation når der er så mange pixels i spil? På lavopløste displays, som f.eks. lommeregnere med segment displays, er det ikke noget problem at trække lederbaner ud til hver enkelt pixel (direkte forbindelse), men med over 3.9 millioner subpixels i en almindelig 19" skærm er dette pludselig ikke så god en idé! I stedet benytter man det der kaldes"multiplex" forbindelse eller"dot-matrix" forbindelse, hvor ordet matrix refererer til den måde displayet er struktureret (en matrix er et system af rækker og søjler ligesom en tabel). Multiplex-delen kommer ind i billedet idet hver subpixel får tilført en spænding i skæringen mellem to ledere (se figuren) hvor der tilføres et signal på den vertikale leder og derefter"skannes" der hen over de horisontale ledere. 



Man skelner typisk mellem passive og aktive matrix displays, hvor det passive display ikke har nogen måde at holde på spændingen og derfor er helt afhængig af skanningen af de horisontale ledere - for at holde et farve, får en subpixel altså kun strøm i små korte pulser, hvorfor kontrasten ikke er så høj og responstiden bliver dårligere. 


Med aktiv matrix displays derimod, er der indbygget små kapacitorer for hver subpixel (dvs. for hver leder skæring) der kan holde på en spænding indtil næste puls når frem og en transistor (det er det sidste"T" i TFT - Thin Film Transistor) sørger for at skifte hver subpixels tilstand når der sker noget på skærmen. I animationen herunder kan du se hvordan hver pixel får tilført spænding når du trykker på den.