@@AR @@06 Plat, platter, platst,...de techniek achter TFT-Monitoren Jeroen Baldewijns Tot voor kort had de PC-gebruiker weinig keuze bij aanschaf van een monitor. Een bureau-PC was uitgerust met een monitor voorzien van een klassieke beeldbuis en een draagbare computer kreeg van huis uit een compact LCD-scherm mee. De nadelen van beide beeldschermtypes zijn tevens de belangrijkste redenen waarom beeldbuizen ‚nkel bij bureaucomputers en LCD-schermen ‚nkel bij draagbare PC's toegepast worden. Een monitor met een beeldbuis is volumineus en verbruikt te veel energie om bruikbaar te zijn in een draagbare computer. Een LCD-scherm is vrij duur en bood een te geringe kijkhoek om goede diensten te bewijzen voor een bureaucomputer. Uiteraard zijn er ook voordelen aan te stippen. Beeldbuismonitoren bieden een zeer goede helderheid en contrast, een maximale kijkhoek en een snelle beeldopbouw; terwijl LCD- schermen een compacte omvang, een gering stroomverbruik en een totale afwezigheid van straling koppelen aan een uiterst scherpe weergave zonder vervormingen en zonder beeldflikker. Sinds de opmars van de Thin Film Transistor-technologie (TFT) bij de productie van LCD-panelen is er heel wat aan het veranderen. Deze nieuwe techniek combineert de voordelen van beide werelden en duwt de kwaliteit van de LCD-panelen naar een zeer hoog niveau. De TFT-techniek bezorgt niet alleen draagbare computers betere kijkvensters maar maakt van de LCD-monitoren ook een erg aantrekkelijk alternatief voor de klassieke beeldbuisbakken van bureaucomputers. 1. Computermonitoren 1.1. Werking van een LCD-scherm LCD staat voor "Liquid Crystal Display", een techniek die reeds jaren met succes in ondermeer draagbare PC's wordt toegepast. Omdat de werking van een LCD-scherm vrij complex is, gaan we uit van een vereenvoudigde voorstelling. Het LCD-scherm bestaat uit twee doorzichtige platen met daartussen een laag vloeibare kristallen. Aan de voorzijde van het scherm is een polarisatiefilter aangebracht. Achter het LCD-scherm bevindt zich een verlichtingsbron (bestaande uit ‚‚n of meer TL-lampjes) die het volledige scherm zo gelijkmatig mogelijk belicht. Door de vloeibare kristallen bloot te stellen aan een elektrische spanning, gaan ze de invallende lichtstralen verdraaien (polariseren). De hoek waarin de lichtstraal verdraaid wordt, is vervolgens bepalend voor de hoeveelheid licht die door het polarisatiefilter wordt doorgelaten en die de PC-gebruiker te zien krijgt. Om het eenvoudig samen te vatten: door de elektrische spanning op de vloeibare kristallen te verhogen of verlagen, zal het LCD-scherm respectievelijk minder of meer licht doorlaten. VERKLARING TERMINOLOGIE -CRT: deze afkorting staat voor "Cathode Ray Tube" en is de Engelse term voor beeldbuis. -LCD: deze afkorting staat voor "Liquid Crystal Display"; een LCD-scherm is een beeldschermtype waarbij een beeld wordt gevormd doordat vloeibare kristallen tussen twee doorzichtige platen al dan niet licht doorlaten. -TFT: deze afkorting staat voor "Thin Film Transistor" en wijst op een vrij nieuwe techniek die bij de betere (en duurdere) LCD-schermen wordt toegepast en voornamelijk zorgt voor een snellere beeldopbouw en een betere kleurenweergave. -Plug-and-play: eigenschap van Windows 95 die ervoor moet zorgen dat een nieuw randapparaat (zoals een beeldscherm) na installatie (meestal beperkt zich dit tot het aansluiten van een kabel) direct werkt zonder dat er nog veel moeilijke instellingen moeten gebeuren. -Beeldpunt (pixel): een computerbeeld is opgebouwd uit miljoenen beeldpunten die in een raster van horizontale en verticale lijnen liggen; doordat ieder puntje zijn eigen kleur en lichtintensiteit krijgt, wordt een beeld gevormd. -Resolutie: aantal beeldpunten die horizontaal en verticaal getoond kunnen worden; zo kent iedere videostandaard (zoals VGA, SVGA, XGA,_) zijn specifieke resolutie (zie tabel voor een volledig overzicht). -Beeldpuntafstand (pixelafstand): waarde, uitgedrukt in mm, die de afstand tussen twee naast mekaar liggende beeldpunten geeft en dus een bepalende factor voor de beeldscherpte is. -Multiscan: eigenschap waaraan de meeste moderne monitoren voldoen en die ervoor zorgt dat een monitor meerdere resoluties aankan. -Achtergrondverlichting: verlichting (meestal TL-lampjes) die zich achter het LCD-scherm bevindt. -Kijkhoek: de hoek waaronder de PC-gebruiker naar het scherm kan kijken zonder dat er verlies aan beeldwaarneming optreedt. -Videokaart: uitbreidingskaart die het te vertonen beeld punt per punt opbouwt en in de vorm van een beeldsignaal (analoog signaal bij gewone videokaarten, digitaal signaal bij speciale digitale videokaarten) doorstuurt naar de monitor. De laag vloeibare kristallen is horizontaal en verticaal onderverdeeld in beeldpunten (ook pixels genoemd), bijvoorbeeld 480 rijen van 640 punten. Elk van deze beeldpunten bestaat vervolgens uit 3 subpixels, die zich elk achter een laagje doorschijnende folie van een andere kleur (rood, groen of blauw) bevinden. Een eenvoudige berekening leert dat een LCD-scherm met een VGA-resolutie bestaat uit 480 x 640 x 3 = 921.600 sub- beeldpunten. Door de drie sub-pixels van een beeldpunt elk een eigen elektrische spanning te geven, laten ze bepaalde hoeveelheden rood, groen en blauw licht door. Doordat deze drie subpixels vlak naast elkaar staan, worden ze door het menselijk oog als ‚‚n beeldpunt waargenomen waarin rood, groen en blauw tot een nieuwe kleur gemengd zijn. Met andere woorden: doordat elk van de 921.600 sub-beeldpunten afzonderlijk onder een bepaalde spanning kan worden gezet, kan op het LCD-scherm een totaalbeeld in kleuren worden weergegeven bestaande uit 480 bij 640 pixels. 1.2. Extra functionaliteit van de TFT-technologie E‚n van de nadelen van klassieke LCD-schermen is de relatieve traagheid van de beeldopbouw. De stuurelektronica heeft namelijk ruim de handen vol om de 921.600 subpixels van een VGA-beeld ettelijke tientallen keren per seconde opnieuw van de juiste elektrische spanning te voorzien. Deze relatieve traagheid komt vooral tot uiting bij snel bewegende beelden en is ook verantwoordelijk voor het zogenaamde "duikbooteffect"; dit is het fenomeen waarbij de muisaanwijzer tijdelijk onzichtbaar wordt wanneer hij te snel bewogen wordt. De TFT-techniek biedt een oplossing voor dit probleem: er worden sneller werkende kristallen gebruikt en ieder subbeeldpunt van het LCD-scherm krijgt een eigen "dunnefilm-transistor" die in staat is zijn elektrische spanning in een extreem hoog tempo bij te regelen. Hierdoor wordt de stuurelektronica in hoge mate ontlast, wat de snelheid van de beeldopbouw enorm verhoogt. Deze techniek rekent definitief af met het duikbooteffect. Bovendien is de kleurweergave bij TFT-schermen ook beter dan bij gewone LCD-schermen, waardoor het probleemloos inzetbaar is bij multimediatoepassingen. 1.3. Beeldfrequentie Bij beeldbuizen moet het beeld ten minste 70 keer per seconde (we spreken dan van een beeldfrequentie van 70 Hertz) opnieuw opgebouwd worden, omdat de gloeiende fosfordeeltjes, die het visueel waarneembare beeld vormen, vrij snel uitdoven. Bij minder dan 70 Hz ontstaat beeldflikker. Bij LCD-monitoren is er geen sprake van uitdovende fosfordeeltjes. Zolang de kristallen van een bepaald beeldpunt onder dezelfde elektrische spanning gehouden worden, blijft die pixel hetzelfde licht doorgeven. Beeldflikker is bijgevolg uitgesloten. 1.4. Resolutie De huidige beeldbuismonitoren zijn vrijwel steeds van het multiscan-type. Dit wil zeggen dat ze probleemloos kunnen schakelen van de ene resolutie naar de andere. Hoewel de fabrikanten van LCD-monitoren deze eigenschap ook aan hun producten toeschrijven, blijkt uit de praktijk toch dat een LCD- monitor bij voorkeur in de door de fabrikant voorgeschreven resolutie gebruikt wordt. Zodra van deze aanbevolen resolutie afgeweken wordt, stellen we vast dat ofwel het schermoppervlak slechts ten dele benut wordt of dat er onregelmatigheden optreden in de weergave van tekst of grafische informatie. De onderstaande tabel toont voor de veel voorkomende beeldschermdiagonalen voor LCD- en beeldbuismonitoren de doorgaans aangewezen resolutie. ========== Tabel: overzicht van de gangbare schermdiagonalen en hun aanbevolen resoluties, vertrekkende van de diagonaal van het LCD-scherm ========== 24 of 26 cm: VGA (Video Graphics Array), 640 x 480 pixels 29 of 31 cm: SVGA (Super-VGA), 800 x 600 pixels 35 of 38 cm: XGA (Extended Graphics Array), 1024 x 768 pixels 45 cm: SXGA (Super-XGA), 1280 x 1024 pixels 56 cm: UXGA (Ultra-XGA), 1600 x 1200 pixels ========== 1.5. Beeldpuntafstand Uit de bovenstaande tabel blijkt dat een LCD-monitor doorgaans een hogere resolutie aan kan dan een beeldbuismonitor met dezelfde schermdiagonaal. Bij een LCD-monitor met een 38 cm scherm bijvoorbeeld, is 1.024 x 768 beeldpunten meestal de aanbevolen resolutie, terwijl een klassieke 38 cm monitor meestal niet verder raakt dan 800 x 600 puntjes. De verklaring hiervoor is in drie specifieke eigenschappen te vinden: -De pixels van een LCD-scherm zijn doorgaans iets kleiner dan die van een klassieke beeldbuis. -Een LCD-scherm heeft een hogere beeldpuntafstand, doordat de pixels bij een LCD-scherm tegen elkaar liggen, terwijl de beeldpunten van een beeldbuis verder uit elkaar liggen. -Bij een LCD-scherm wordt steeds het volledige schermoppervlak benut, terwijl bij een beeldbuis de contouren van het scherm onbenut blijft, waardoor de beelddiagonaal wat kleiner uitvalt dan de door de fabrikant opgegeven schermdiagonaal. Naast een hogere resolutie, is aan de twee eerste eigenschappen een tweede voordeel verbonden: de scherpte van het beeld op een LCD-monitor is door een beeldbuis niet te evenaren. 1.6. Lichtsterkte Zoals reeds eerder gesteld, worden de beeldschermen langs de achterzijde verlicht door ‚‚n of meer TL-lampjes. Om de kosten te drukken, beperken sommige fabrikanten het aantal TL-buisjes, wat aanleiding kan geven tot een te zwakke of ongelijkmatige achtergrondverlichting. Zonder al te technisch te worden, kunnen we volgende richtlijn meegeven: hoewel de ISO-norm voor achtergrondverlichting een waarde van slechts 35 cd/m2 voorschrijft, leert de praktijk ons dat minder dan 120 cd/m2 toch niet echt comfortabel is. 1.7. Kijkhoek "Als je er niet recht voor zit, zie je niet veel meer", is een veel gehoorde klacht over LCD-monitoren. Deze vervelende eigenschap is een gevolg van de constructie in lagen van een LCD- scherm. Iedere laag (doorzichtige plaat, polarisatiefilter, kleurenfolie) veroorzaakt een filtering, waardoor het beeld vager wordt naarmate men er minder recht voor zit. Met behulp van diverse nieuwe technieken zijn de meeste fabrikanten echter druk doende dit probleem uit de wereld te helpen. Er bestaan nu al TFT-monitoren met een zeer grote kijkhoek, een kenmerk dat het prijskaartje echter meestal negatief be‹nvloedt. 1.8. Defecte beeldpunten Bijna ieder LCD-scherm kampt met defecte beeldpunten. Van de paar miljoen transistoren, die bij het assembleren van een LCD-scherm gebruikt worden, gaat er hier en daar wel eens eentje stuk, waardoor het corresponderende beeldpunt niet meer naar behoren werkt. Dergelijke fouten kunnen ook alleen maar opgespoord worden als het LCD-scherm volledig geassembleerd is. Hier hoeft de consument echter niet wakker van te liggen, aangezien een paar defecte pixels bij normale werkzaamheden niet zichtbaar zijn en de fabrikanten van LCD-monitoren een nauwgezette controle uitvoeren. Als er te veel defecte beeldpunten zitten in een LCD- scherm, gaat het gewraakte scherm onherroepelijk richting schroothoop. 1.9. Ergonomie Tot slot zijn er nog een paar ergonomische aspecten die in het voordeel van de LCD-monitor pleiten. De laagspanningsaansturing van de LCD-monitor heeft als voordeel dat er geen noemenswaardige elektromagnetische of elektrostatische straling optreedt. Daardoor zijn discussies over het al dan niet schadelijk effect van straling meteen overbodig. Bovendien heeft ieder LCD-scherm een perfect plat oppervlak, wat de kans op vervorming in de hoeken uitsluit en de kans op hinderlijke reflecties sterk verkleint. 1.10. Prijs Hiermee komen we bij het grootste struikelblok van LCD-monitoren voor bureaucomputers: het forse prijskaartje. Als u bij de pinken bent zal u denken "de TFT-technologie bestaat toch al een tijdje voor draagbare computers, waarom moet het dan zo'n hoop geld kosten om er een kastje rond te bouwen voor bureaucomputers ?" Op het eerste gezicht is deze bedenking begrijpelijk, maar u moet wel weten dat gebruikers van bureaucomputers meer eisen stellen aan hun TFT-monitor dan de doorsnee bezitter van een draagbare computer. Een monitor voor een bureaucomputer moet groter zijn, een goede kijkhoek hebben, voldoende helderheid bieden,_ Het zijn deze bijkomende eisen die de prijs van TFT-monitoren voor bureaucomputers voorlopig nog hoog houden. Maar algemeen wordt verwacht dat de klassieke beeldbuizen op termijn door deze nieuwe platte monitoren zullen worden vervangen. Intussen blijft de regel gelden: wie als eerste een nieuwe technologie in huis wil halen, zal hiervoor een stukje van de onderzoekskosten moeten betalen. 2. Videokaarten De elektronische circuits van de videokaart in de computer zorgen ervoor dat het beeld, dat op het scherm moet worden afgebeeld, punt per punt opgebouwd wordt tot een digitaal beeld. Omdat het werkingsprincipe van een beeldbuis niet digitaal maar analoog is, zit er op een videokaart een "digitaal/analoog-omzetter" die het beeld omzet naar een analoog signaal alvorens het naar de monitor te sturen. Een LCD-monitor werkt echter zoals de PC volgens een digitaal principe. Dit wil zeggen dat de digitaal/analoog- omzetter overbodig is. Hierna volgen de twee paden die een fabrikant van een platte monitor kan bewandelen. Ofwel voorziet hij zijn monitor van een analoog/ digitaal-omzetter die het analoge signaal van de videokaart terug converteert naar een digitaal signaal. Het voordeel is dat de monitor kan samenwerken met de meeste gangbare videokaarten. Het nadeel is dat het beeld een beetje aan kwaliteit kan inboeten omwille van de twee overbodige conversies. Ofwel verschaft hij de gebruiker een speciale digitale videokaart die het digitale beeld direct naar de monitor doorgeeft. Voordeel is dat twee conversies vermeden worden, maar daartegenover staat dat de monitor niet met gewone videokaarten kan werken. In dit artikel werden regelmatig parallellen getrokken met de klassieke beeldbuismonitoren. Wie er het technische achtergrondartikel over dit soort monitoren nog eens wil op naslaan, kan dit vinden in IM jaargang 8, nummer 3 van september '94. Verder kunnen we de vergelijkende test van LCD-monitoren uit PC Magazine van mei 1997 sterk aanbevelen. Hierin worden de voor- en nadelen van LCD-monitoren op een verhelderende manier op een rijtje gezet.