TFT-monitoren

Inleiding

TFT-monitoren ontwikkelen zich snel. Ze worden razendsnel goedkoper en over een paar jaar zal iedereen er één hebben. Vorig jaar werden er ruim 1.148.000 verkocht en dat zullen er dit jaar waarschijnlijk nog veel meer zijn. Dat komt mede door de energiepremie die terug te vragen is.

In het eerste hoofdstuk wordt kort de werking van een CRT-monitor uitgelegd. Dit is handig om de verschillen in de monitoren te begrijpen. In het tweede hoofdstuk wordt de werking TFT-scherm uitgelegd. Hoofdstuk drie bevat begrippen die belangrijk zijn voor een goede monitor en in hoofdstuk vier staan begrippen die belangrijk zijn bij de aankoop van een dergelijk scherm. Het laatste hoofdstuk gaat over de toekomst van TFT-schermen, omdat TFT nog maar in de kinderschoenen staat.

Voor het maken van dit verslag heb ik voor het grootste deel internet gebruikt en ik heb een deel uit een magazine van een internetprovider. Om dit verslag goed uit te werken heb ik een boek en een soort samenvatting gebruikt.

1. De werking van monitoren

TFT-monitoren zijn computerschermen die volledig plat zijn en veel voordelen bieden tegenover de nog veel gebruikte CRT-monitoren. Dit is de monitor met de beeldbuis die ook in de televisie gebruikt wordt. In dit verslag komen later nog de voordelen van de TFT tegenover de CRT voor. Om te kunnen begrijpen wat de voordelen zijn van een TFT-monitor tegenover een CRT-monitor, leg ik eerst uit wat een CRT-monitor is en hoe het werkt. Hier worden verschillende technieken uitgelegd die worden gebruikt bij deze schermen.

1.1 korte uitleg over de CRT-monitor

De CRT-monitor is de meest gebruikte monitor, deze zijn ook de eerste monitoren die op de markt kwamen. Nu worden ze nog veel gebruikt, maar zijn al een stuk moderner dan 20 jaar geleden.

CRT staat voor Cathode Ray Tube; een kathode (elektronenkanon) die met een gloeidraai verhit wordt, schiet elektronen af op de beeldbuis. Deze elektronen worden door een anode in de richting van de lichtlaag op de beeldbuis geprojecteerd. De ontstane spanning kan oplopen tot 25 kilovolt. Een elektronisch lenzensysteem bundelt de elektronen tot een scherpe elektronenstraal, die een heldere lichtpunt op de beeldbuis geeft. Met het stuurrooster wordt de helderheid van de straal bepaald. Om het hele beeld vol te kunnen maken, zijn op de hals van het beeldscherm twee groepen elektromagneten aangebracht. Omdat een monitor ook kleur moet kunnen weergeven, hebben de monitoren drie kathoden. Eén voor rood, één voor groen en één voor blauw. Hierdoor kan de monitor maximaal 16,7 miljoen kleuren weergeven.

2. Uitleg over TFT

2.1 De techniek van TFT

TFT staat voor Thin Film Transistor. Deze monitoren worden ook wel flatscreens genoemd, omdat deze monitoren zéér plat zijn. Bij een TFT monitor zit tussen 2 glasplaten een vloeistof waarin kristallen drijven. Deze kristallen worden met een transistor gericht, waardoor ze een bepaalde kleur afgeven en oplichten.

2.2 Verschillende soorten TFT-schermen

Er zijn twee soorten TFT-schermen: TN LCD (Twisted Nematic LCD) en STN LCD (SuperTwisted Nematic LCD).

TN LCD wordt het meest toegepast in TFT-monitoren. Hierbij worden de molecuulketens van de vloeibare kristallen 90o verdraaid. Wanneer de molecuulketens onder spanning komen
te staan, draaien ze terug en ontstaat er kleur. Bij STN LCD worden de molecuulketens niet 90o gedraaid, maar 270o. Deze techniek wordt vaak toegepast in laptops. Ze werken allebei volgens hetzelfde principe; op de glasplaten van een scherm zijn geleidingsstrips opgedampt. Ze vormen een matrix, waarbij iedere pixel op een kruispunt ligt van een horizontaal en verticaal spoor. Wanneer er op allebei de sporen een spanning staat, komt er een stroom op het kruispunt te staan en krijgt dan een bepaalde kleur.

2.3 De actieve en de passieve matrix

Er zijn twee matrixsoorten: de passieve matrix en de actieve matrix. Tegenwoordig wordt alleen nog maar de actieve matrix toegepast, omdat deze veel meer voordelen biedt. Wanneer er een spanning bij een passieve matrix op de sporen wordt gezet, ontstaat er niet alleen een elektrisch veld op de kruispunten, maar ook langs de actieve horizontale en verticale geleidingsstrips. Hierdoor kan het beeld bleek, onscherp of vaag worden. Dit kan worden voorkomen door een actieve matrix toe te passen. Bij een actieve matrix wordt iedere pixel door een dunne filmtransistor actief aangestuurd, men spreekt dan ook over TFT-techniek.

Wanneer op een van de verticale geleidingsstrips spanning wordt aangelegd, worden alle schakelaars op dit spoor geopend. Wanneer dit ook bij de horizontale strips gebeurt, schakelt de transistor op het kruispunt van beide banen door, zodat de desbetreffende pixel onder spanning komt te staan, en er een kleurverandering optreed. De monitoren met een actieve matrix hebben dus geen last van onscherp of bleek beeld.

3. Ergonomie

3.1 Belangrijke termen

Voor een rustig beeld is een goede contrastverhouding belangrijk. Hiermee wordt de verhouding tussen de lichtsterkte van alle witte en zwarte pixels weergegeven. Voor een scherp en helder beeld is een contrastverhouding van minimaal 250:1 nodig
De minimale vastgelegde waarde voor TFT-schermen is 150:1. Ook de grootte van de pixels is belangrijk. Een pixel is het kleinste puntje wat een monitor kan weergeven. Deze kan een aantal bits bevatten, dit bepaalt het maximum aantal kleuren die weergegeven kunnen worden. Een bit is een 1 of een 0, dus zijn dat zijn twee waarden. Wanneer een pixel 8 bits bevat, is het maximum aantal kleuren: 256 (2 8). Wanneer dit 24 bits zijn, is het maximum aantal weer te geven kleuren: 16.777.216 (2 24). Het maximum aantal weer te geven kleuren is afhankelijk van monitor en videokaart.

De refresh-rate van een monitor bepaalt de verversingssnelheid of vernieuwingsfrequentie van de monitor. Wanneer een TFT monitor een refresh-rate van 60 Hz heeft, wordt het beeld 60 keer per seconde ververst. Bij een CRT monitor is een refresh-rate van minimaal 72 Hz nodig om het flikkeren van het beeld te voorkomen. Bij een TFT-monitor is er maar 60 Hz nodig om dit te voorkomen, dit komt doordat een LCD-cel gewoon aan of uit staat. Dit is bij CRT monitoren anders omdat er telkens elektronen op het beeld moeten worden geschoten.

3.2 De resolutie van een scherm

Heel belangrijk voor de monitor is de resolutie. Dit is het aantal beeldpunten waaruit het beeld is samengesteld. Het aantal beeldpunten wordt vermenigvuldigt met het aantal beeldlijnen. Bij een 15 inch TFT monitor is het gebruikelijk om een resolutie van 1024x768 te gebruiken. Een TFT monitor kan deze resolutie makkelijk aan, terwijl een 15 inch CRT monitor behoorlijk wat moeite heeft met een resolutie van 800x600. De resolutie van 1024x768 bij CRT monitoren is pas vanaf een beeldformaat van 17 inch goed te gebruiken. Een hogere resolutie geeft meer overzichtelijkheid in het besturingssytseem Windows. Wanneer een hogere resolutie gebruikt wordt, wordt alles in Windows, hierdoor past er meer op het scherm. Als er een hogere resolutie gebruikt wordt, wordt er ook meer geheugen van de videokaart gebruikt en dat heeft zo zijn nadelen, het beeld kan gaan flikkeren en wordt onrustig. Dan is de vernieuwingsfrequentie van de monitor te laag. Een TFT-monitor werkt digitaal. Alle informatie wordt zonder omweg aan het scherm geleverd. Daarom geeft een TFT-scherm ook een veel betere beeldkwaliteit dan een CRT-monitor. Omdat TFT-monitoren meestal met een resolutie van 1024 x 768 pixels werken, bestaan deze schermen uit bijna 2.4 miljoen cellen. Dus is het voor fabrikanten heel moeilijk om foutloze monitoren te maken. Daarom worden een aantal van deze cellen permanent in- of uitgeschakeld. Theoretisch is het nu wel mogelijk om een beeldscherm zonder pixelfouten te produceren, maar dit zou dan samengaan met veel uitval, wat zou leiden tot veel hogere prijzen. Deze begrippen dragen bij aan de ergonomie van de monitor, mits deze juist geconfigureerd zijn.

4. De aankoop van een TFT-scherm

4.1 De grootte van een scherm

Bij monitoren wordt gesproken over inches. Dit is de maat diagonaal gemeten. Tegenwoordig hebben veel CRT monitoren een afmeting van 17 inch. Een 15 inch TFT monitor is voor onze ogen gelijk aan een 17 inch CRT monitor. Dit komt doordat een TFT monitor helemaal plat is, terwijl een CRT beeldbuis altijd een beetje bol is. 15 inch is de meest verkochte maat onder de TFT monitoren. Ten eerste omdat deze grootte overkomt als een 17 inch CRT. Ten tweede komt dit doordat een 15 inch veel beter betaalbaar is dan een scherm met een 3 inch groter schermoppervlak. De 15 inch TFT schermen zijn er vanaf een bedrag van ongeveer fl. 1000 ,- (454 Euro). Voor een 18 inch TFT scherm moet al snel fl. 4500 ,- (2045 Euro) worden neergelegd.

4.2 De helderheid en reactietijd van een scherm

Een TFT-monitor moet wel voldoende licht afgeven. Dit gebeurt door een folie die de pixels doen oplichten. Deze folie geeft een wit licht af, dus de pixels geven gewoon hun originele kleur. Er kan veel verschil tussen de helderheid van het beeld zijn, dit kan onder andere door de verlichting komen. Bij aanschaf van een monitor is het verstandig om hierop te letten op de helderheid, want de helderheid bepaalt voor een deel de kwaliteit van het beeld. De hoeveelheid licht die een TFT monitor doorlaat wordt uitgedrukt in candelas/m2 oftewel cd/m2. Een goede TFT monitor geeft minimaal 200 cd/m2. Hoe hoger, hoe beter, want dit geeft de helderheid van het beeld weer.

Voor mensen die spelletjes spelen kan aantrekkelijk om een TFT scherm aan te schaffen; de spellen krijgen door dit scherm veel meer diepte dan een CRT monitor.

Erg belangrijk voor mensen die op hun computer spelletjes spelen of films kijken, is de reactietijd van het scherm, ook wel blur genoemd. Het beste is een reactietijd van 30 ms of minder. Wanneer dit hoger is, krijgen de beelden een soort vertraging. Dit lijkt op een soort slowmotion: wanneer beelden vernieuwd worden, blijft het oude nog een tijdje staan. Hier heeft een CRT monitor geen last van. Maar niet alle monitoren hebben een lage reactie tijd, deze kunnen veel verschillen. Zelfs schermen van hetzelfde merk, kunnen hele andere reactietijden hebben. Een 21 inch Samsung SyncMaster 210T monitor heeft een reactietijd van 45 ms terwijl dit bij een Samsung SyncMaster 151 S slecht 25 ms is, maar toch heeft de Samsung SyncMaster een twee keer zo hoog prijskaartje.

4.3 Standaarden en energieverbruik

Heel belangrijk bij een TFT-monitor is de kijkhoek. Omdat er gebruik gemaakt wordt van LCD-technologie, kunnen niet alle pixels onder bepaalde hoeken goed weergegeven worden. Wanneer er recht voor het scherm gezeten wordt, is alles te zien, maar zodra er horizontaal of verticaal bewogen wordt verandert het beeld. Dan worden de pixels donkerder en kunnen een andere kleur krijgen. Tot hoever er gekeken kan worden, wordt de kijkhoek genoemd. Deze kan verschillen van 130o tot 160o horizontaal en van 70o tot 110o verticaal. De fabrikanten moeten deze kijkhoek boven de 100o houden, anders kan elke beweging hinderlijk zijn, omdat het beeld dan veranderd. De optredende kleurschommelingen bij verandering van de kijkhoek proberen fabrikanten zo klein mogelijk te maken. Ondanks de geringe kijkhoek vergeleken met een CRT-monitor zit er een heel groot voordeel aan: de monitor geeft heel weinig reflectie, zelfs als er fel zonlicht op schijnt.

TCO en VESA zijn standaarden waar fabrikanten zich aan moeten houden. Deze standaarden zijn ontwikkeld voor ergonomie en veiligheid. VESA ontwikkeld vooral ergonomische standaarden, zoals standaard vernieuwingsfrequenties en resoluties. Ook wordt er door dit bedrijf veel aandacht besteed aan bedrading en stekkers, zodat elke monitor het op elke videokaart doet. De standaard stekker is de BNC aansluiting. Deze bestaat uit 9 pinnen. De kabels bestaan uit 5 separaat geïsoleerde draden. Deze bestaan uit een rode, groene, blauwe en 2 draden voor de horizontalen en verticale synchronisatie. TCO is een Zweedse norm, waarin de ergonomische kwaliteit, emissies, energie besparing en milieueisen voor het product worden vastgelegd. Bij aankoop is het handig om na te trekken of de monitor zich aan deze standaarden voldoet, dit kan een hoop problemen besparen.

Een TFT-monitor verbruikt veel minder energie dan een CRT-monitor. Dit komt doordat er LCD-technologie wordt gebruikt. Dit is de zelfde techniek als de techniek die in digitale horloges en mobiele telefoons wordt toegepast, maar dan veel geavanceerder. Een TFT-monitor verbruikt gemiddeld 35 watt, terwijl het energieverbruik van een CRT-monitor kan oplopen tot 130 watt. Deze monitoren geven ook veel warmte af en dat is energieverlies. Daarom stimuleert de overheid ook de verkoop van de TFT-schermen, door fl. 100,- (45,38 Euro) terug te geven bij aankoop van een TFT-scherm. TFT-monitoren zijn ook veel minder gevoelig voor magnetisme en stralingen. Dit kan handig zijn, omdat het beeld niet vervormt als er boxen naast staan. Het beeld geeft ook geen rare flikkeringen als er een mobiele telefoon naast ligt die af gaat.

5. De toekomst van TFT-techniek

In de toekomst gaan alle CRT-monitoren vervangen worden door TFT-schermen. Sinds een korte tijd zijn er ook TFT-televisie’s te koop. Deze hebben dezelfde techniek als een TFT-monitor, maar het bevat een tuner voor beeld en geluid en het bevat een aantal extra aansluitingen. Toch is deze televisie vier tot vijf keer zo duur als een TFT-computerscherm van het zelfde formaat.

Een Sharp LC15B TFT-TV met een prijskaartje van fl. 5066.33 (2299 Euro)

Aan deze TV’s zitten ook een aantal nadelen zoals de geringe kijkhoek: er moet recht voor de TV gezeten worden omdat er anders kleurvervorming ontstaat en de TV’s gaan minder lang mee dan gewone TV’s. Een groot voordeel van deze televisie’s is dat er (bijna) geen reflectie is, dus overdag is alles goed te zien, zelfs met fel zonlicht.

Maar behalve TFT-techniek is er nu ook een andere techniek. De schermen die deze techniek gebruiken worden plasma-schermen genoemd. Deze techniek is bijna het zelfde als de TFT-techniek, maar in plaats van de kristallen wordt er plasma, een edelgas, gebruikt. Deze schermen zijn nog heel duur, omdat de fabricagekosten van dit product veel hoger liggen. Tot nu toe zijn deze schermen alleen in een groot formaat te leveren: vanaf 32 inch tot 61 inch.

Het grootste formaat van de leverbare plasma-schermen. De prijzen variëren van +/- fl. 17.000 (7.727 Euro) tot +/- fl 40.000 (18.181 Euro). Deze schermen zijn voor meerdere doeleinden te gebruiken, omdat deze op zowel een videokaart als een TV-tuner aangesloten kan worden. Doordat er in deze schermen plasma gebruikt wordt, is de beeldkwaliteit nog beter dan dat van een TFT-scherm. De contrastverhouding ligt rond de 900:1 en de verversingssnelheid is 100 Hz. Dit soort schermen zijn ook door bedrijven heel goed als demonstratiescherm te gebruiken, omdat bij de meeste schermen de diepte slechts 10 cm is, en is daarom goed op te hangen.

Omdat er met TFT-techniek hele platte schermen gemaakt kunnen worden, zien we ze in steeds meer apparaten terug. Deze techniek wordt vooral veel gebruikt in digitale (foto)camera’s en autonavigatie systemen. We komen deze schermen nu ook tegen in mobiele telefoons en IBM is zelfs bezig een horloge te ontwikkelen met een TFT-schermpje.

Conclusie

TFT-schermen bieden veel voordeel tegenover CRT-monitoren. De grote voordelen zijn: het lage energieverbruik, de weinige ruimte die het in neemt en de goede beeldkwaliteit. Nog een voordeel is dat het scherm bijna geen reflectie geeft.

Het nadeel aan deze schermen is de hoge prijs, maar deze is snel aan het dalen. De schermen zijn in een jaar tijd sterk verbeterd en drie keer zo goedkoop geworden. Dit komt doordat het productieproces beter onder controle is en daardoor vindt er minder uitval plaats. Toch is het nooit helemaal goed te beheren, er kunnen altijd pixelfouten op een scherm voorkomen, maar daar geven de meeste fabrikanten garantie op.

In de toekomst komen er steeds meer producten met deze techniek. Er zijn fabrikanten bezig om een monitor te ontwikkelen die op te rollen is.

Bronnen

http://www.belinea.nl/Background/technologie/technologie.asp

http://www.energiepremie.nl/premielijst/index.htm

http://www.samsung.nl/cgi-bin/samsung/0/Producten/detailpagina?id=15QY1u

http://www.sharp.nl/templates/tpl_Level3_look.asp?ContainerID=1022&PageID=864&CatID=18&ProdID=764

http://www.sonyericssonmobile.com/T68/design/design.htm

http://www.tweakers.net/search.dsp?Query=LCD&DB=images