Skjermer

4.4.1 TV- og dataskjermer

For å verifisere data og informasjon for en bruker er det vanlig å utstyre datamaskiner med skjerm. Bærbare PC-er har skjermen innebygget. De første skjermene, eller monitorene, som de gjerne ble kalt, var basert på bruk av katodestrålerør (CRT), som kun kunne presentere lyse tegn og bilder på en mørk bakgrunn. Senere kom fargeskjermer basert på samme teknologi. CRT-skjermer er volumkrevende, tunge og strømkrevende. I dag er CRT-skjermer i stor grad avløst av forskjellige typer såkalt flatskjerm.

Flatskjerm

Da man begynte å produsere bærbare PC-er med innebygd skjerm, var selvsagt CRT-skjermen lite egnet. Man måtte derfor finne frem til annen teknologi og lage flate skjermer som kunne få plass i lokket på den bærbare maskinen. LCD var en kjent teknologi brukt i displayer for verifisering av tall og bokstaver. Man utviklet derfor skjermer for datamaskiner basert på denne teknologien. Ikke lenge etter startet man produksjon av samme type flatskjermer for stasjonær bruk, både som data- og TV-skjermer. Noe senere, i 1999 kom de flate plasmaskjermene på markedet. I dag er ny teknologi underveis, og syltynne skjermer basert på bruk av organiske lysdioder (OLCD) har inntatt markedet og vil kanskje etter hvert utkonkurrere de øvrige skjermtypene. Fra 2006 ble det vanlig med bredformatskjermer på bærbare PC-er for å kunne vise filmer i bredformat.

Berøringsskjerm

Berøringsskjermer (eng. touchscreen) er blitt stadig mer vanlig og populært. Vi kjenner slike skjermer fra smarttelefonene våre og nettbrett, moderne PC-er og GPS-er, og vi finner dem i minibanker, billettautomater, innsjekkingsautomater på flyplasser, kassaapparater etc. Berøringsskjermer er interaktive, siden vi kan kommunisere direkte med trykk på skjermen, og kalles derfor også pekeskjerm, siden den aktiveres ved å peke/trykke med én eller flere fingre eller pekepenn. Noen skjermer kan kun betjene ett punkt om gangen, mens andre kan håndtere flere trykk samtidig.

Hvilken type skjerm som velges, avhenger av bruk og behov, miljøet den skal benyttes i, og hvilke kvalitetskriterier kunden er opptatt av. Dette går gjerne på størrelse, oppløsning, skarphet, fargegjengivelse, synsvinkel osv., i tillegg til at pris også spiller en rolle.

Størrelsen på en skjerm oppgis vanligvis i tommer (tilsvarer 2,54 cm) målt diagonalt (mellom to motstående hjørner). Måling av skjermstørrelse gjøres gjerne før skjermen monteres i kabinett, og faktisk bildediagonal blir derfor ofte noe mindre.

Kvaliteten på skjermer oppgis gjerne etter følgende kriterier:

oppløsning (piksler horisontalt x piksler vertikalt)
oppdatering (ms)
lysstyrke
fargekvalitet
kontrast (forholdet mellom lyst og mørkt)
betraktningsvinkler
innstillingsmuligheter

Oppløsning (piksler horisontalt x piksler vertikalt)

Bildekvalitet

Bildekvalitet bestemmes mye av kontrast og lysstyrke samt skjermens oppløsning:

Oppløsning, det vil si antall bildepunkter (piksler) per areal, angis i dpi (dot per inch), det vil si bildepunkter per tomme horisontalt og vertikalt, eksempelvis 1024 x 768.
Lysstyrke angis i cd/m2 (candela per kvadratmeter), eksempelvis 1500 cd/m2, som for en plasmaskjerm.

Synsvinkler

Synsvinkelen eller betraktningsvinkelen sier noe om hvor langt man kan plassere seg ut til siden for skjermen før bildet blir uskarpt eller dårlig. Den oppgis både horisontalt og vertikalt (over/under).

Skjermer, grafikkstandarder

Det har vært utarbeidet en rekke grafikkstandarder for skjermer, og nye kommer til etter hvert som utviklingen for skjermer går videre. De første skjermene var monokrome, med gule eller grønne tegn på svart bakgrunn. Den første grafikkstandarden for farger het CGA og hadde 4 bit fargedybde, som ga 16 forskjellige farger. Deretter kom VGA og i 1989 SVGA. Utviklingen gikk raskt videre mot bedre oppløsning og større fargedybde (flere farger). Her er en oversikt:

Katodestrålerør (CRT-skjerm)

De første dataskjermene var bygget av katodestrålerør, CRT (Cathode Ray Tube).
Teknologien er også brukt i instrumenter som eksempelvis oscilloskop og radarskjerm.
Katodestrålerøret består av en lufttom glasskolbe med en negativt ladet elektronkanon (katode) i den ene enden og i motsatt ende en rektangulært formet skjerm (anode) som er påført et fosforbelegg.
Når katoden tilføres en spenning (rundt 25 000 V), skytes det ut en elektronstråle mot fosforbelegget og får punktet som elektronstrålen treffer, til å lyse opp.
Ved hjelp av elektriske felter som dannes av horisontale og vertikale avbøyningsspoler, kan elektronstrålen avbøyes.
Horisontal og vertikal synkroniseringspuls sørger for at elektronstrålen er på rett plass til rett tid og får den til å vandre fra øverste venstre hjørne til nederste høyre hjørne og lyse opp punkt for punkt og linje for linje.
Ved samtidig å styre strålingsintensiteten via et skjermkort får vi den til å tegne bilder og tegn på skjermen.
Styrepulsene har en såpass høy frekvens, og bildepunktene sitter så tett og har i tillegg en viss etterlysningstid, at øynene oppfatter det som et sammenhengende bilde.

CRT fargeskjerm er utstyrt med tre elektronkanoner, en for hver av de tre primærfargene rød, grønn og blå (RGB-fargene).

CRT-skjermens egenskaper

Selv om den største ulempen med en CRT-skjerm (også kalt CRT-monitor) gjerne er at den er tung og har stort volum, har den også noen fordeler. De største fordelene sammenlignet med eksempelvis LCD-skjermer er fargegjengivelsen, fargekontrast og fargedybde.

På grunn av dette vil fortsatt en del grafiske designere foretrekke CRT-skjerm. Disse egenskapene vil dessverre svekkes over tid, ettersom fosforbelegget vil brytes ned. En annen fordel er at det er forholdsvis enkelt og raskt å endre skjermens oppløsning.

OLED-skjerm

OLED er en skjermteknologi basert på organiske lysdioder, OLED (Organic Light-Emitting Diode).
Det øverste sjiktet i lysdiodene er en karbonforbindelse, det vil si organisk.
Kan produseres som en slags film. Dette gjør dem egnet for produksjon av svært flate skjermer.
I en tofarget OLED-skjerm vil hvert bildepunkt utgjøres av en diode.
I en farge-OLED-skjerm består hvert bildeelement av en rød, en grønn og en rød organisk lysdiode.
Teknologien ble først tatt i bruk på små skjermer som på MP3-spillere og mobiltelefoner, men produseres nå for skjermer så store som 70 tommer.
Fordelen er først og fremst enkel og billig produksjon sammenlignet med andre skjermteknologier.
Ved hjelp av en avansert blekkskriver lar det seg gjøre å printe en OLED-skjerm på et gjennomsiktig materiale.

Fordeler med OLED-skjermer

lave produksjonskostnader
kan lages svært tynne
er bøyelige er selvlysende (trenger ingen ekstra lyskilde)
har godt kontrastforhold
god synsvidde
lav responstid

OLED- egenskaper og oppbygning

At OLED-skjermene er tynne og selvlysende, gjør dem anvendelige under svært mange forhold. De gir god kontrastvirkning ved at diodene kan slås helt av. Ulempen har vært forholdsvis lav levetid, men er nå for nyere skjermer spesifisert til ca. 100.000 timer. (ca. 11 år) Til sammenligning kan vanlige LED-skjermer ha en levetid på flere tiår.

Det organiske stoffet i OLED bygges opp i flere lag, blant annet ETL (Electron Transport Layer) og HTL (Hole Transport Layer) mellom en katode av metall og en anode i indium tinnoksid. Det skal svært liten spenning til for at diodene skal sende ut lys. En OLED-skjerm kan inneholde mange millioner bildepunkter. Tykkelsen på selve filmen som danner skjermbildet, trenger ikke være mer enn en tusendel av tykkelsen på et menneskehår. Dette gjør skjermen elastisk og bøyelig.

Mer om OLED kan du finne på denne linken:

https://pcmonitors.info/articles/oled-monitors/

Berøringsskjermer

Berøringsskjermer (eng. touchscreen) benyttes i smarttelefoner, nettbrett, PC-er, GPS-er, minibanker, billettautomater, innsjekkingsautomater på flyplasser, kassaapparater etc.

De er interaktive, og man kan kommunisere direkte med trykk på skjermen. Skjermene kalles også pekeskjerm siden den aktiveres ved å peke/trykke med én eller flere fingre eller pekepenn.

Noen skjermer kan kun betjene ett punkt om gangen, mens andre kan håndtere flere trykk samtidig.

Berøringsskjermene er basert på ulike teknologier og prinsipper. Noen har en folie som ligger under skjermoverflaten, og som ved berøring danner kontaktpunkter som gir elektroniske signaler til kontrollogikken.

Typer berøringsskjerm

To teknologier, begge med LCD-skjerm, har dominert markedet:

TN-metoden (Twisted Nematic)
IPS-metoden (In-Plane Switching)

Kvalitetskriterier går på bildekvalitet, fargegjengivelse og fargedybde, oppløsning, responstid og synsvinkel.

TN har 6 bits fargegjengivelse, IPS har 8 bits fargegjengivelse. Synsvinkel er bedre på IPS. IPS finnes i flere ulike fabrikater og kvaliteter.

Brukes i smarttelefoner som iPhone og i iPad og TV-skjermer.

I 2010 ble det lansert en tilsvarende teknologi som IPS med betegnelsen PLS (Plane to Line Switching) med ytterligere forbedret bildekvalitet og synsvinkel.

Oppgaver skjermer

Gi en oversikt over hvilke kriterier som benyttes for å angi kvaliteten på en skjerm.
Forklar CRT-skjermens oppbygning, og hvordan den fungerer.
Forklar LCD-skjermens oppbygning, og hvordan den fungerer.
Forklar hvordan bildet dannes på en plasmaskjerm.
Nye skjermteknologier er SED- og OLED-skjermer. Forklar litt om hvordan de fungerer, og hvilke fordeler som forbindes med disse skjermtypene.

SED-skjermer

SED er ny type flatskjerm utviklet av Canon og Toshiba.
SED står for Surface-condition Electron-emitter Display.
Bildekvaliteten regnes som for CRT-skjermer.
Produseres fortrinnsvis som storformat TV-skjermer (større enn 50 tommer).
Er selvlysende og har derfor ikke behov for bakgrunnsbelysning.
Effektforbruket er omtrent det halve av en plasmaskjerm og noe bedre enn en LCD-skjerm.
Har visse likhetstrekk med en CRT-skjerm ved at en elektronstrøm får et fosforiserende belegg til å lyse opp.
Har imidlertid en elektronkilde per bildepunkt, i motsetning til CRT-skjermen, som har en felles elektronstråle.
Består av en mengde små celler som hver for seg får bildepunktene til å lyse opp.

SED-skjerm, virkemåte

I hver celle er det en smal spalte på noen få nanometer.
Når det settes spenning over gapet i denne spalten, begynner elektroner å hoppe over allerede ved noen få volt.
Noen elektroner vil imidlertid rive seg løs fra gapet og blir fanget opp av et elektrisk felt på rundt 10.000 volt.
Feltet får elektronene til å akselerere mot skjermens forside, hvor de absorberes og får fosforbelegget til å lyse opp tilsvarende som for en CRT-skjerm.
Siden det ikke blir noen opplysning der det ikke settes spenning over cellegapet, har SED-skjermen god kontrasteffekt.
SED-skjermer har svært god (lav) responstid.

Plasmaskjermer

I likhet med LCD-skjermer er plasmaskjermer digitale, det vil si at de drives av digital RGB-elektronikk.
I en plasmaskjerm består hvert bildepunkt av tre små celler – ett for rødt, ett for grønt og ett for blått.
Hver av de tre kan betraktes som et lite lysrør.
Navnet stammer fra den ioniserende og strømførende gassen som fyller lysrørene, nemlig plasma.
Innsiden av hver celle eller lysrør er påført et fosforbelegg.
Når lysrørene tilføres en spenning, genereres det ultrafiolette bølger som får det fluoriserende belegget til å lyse opp.
Avhengig av type fosforbelegg lyser de opp i fargene rødt, grønt eller blått.

Plasmaskjermer, egenskaper og sammenligning med LCD

Plasmaskjermer har hittil hatt lavere responstid (2 ms) enn LCD-skjermer.
Et problem med plasmaskjermer kan være innbrenning om samme bilde blir stående på skjermen over lengre tid.
Sammenlignet med LCD har en plasmaskjerm generelt dårligere oppløsning.
Derimot har plasmaskjerm større synsvinkel og generelt bedre kontrast og lysstyrke enn en LCD-skjerm.
For øvrig regnes levetiden som for LCD.
Både på LCD- og plasmaskjermer må man over tid regne med at enkelte bildepunkter dør ut, noe som igjen vil svekke bildekvaliteten.
Plasmaskjermer har en del høyere effektforbruk enn LCD-skjermer.

Datablad plasmaskjermer

Utdrag fra datablad for en 42 tommers plasmaskjerm av merket Samsung:

Viewable Image Size: 42"

Brightness (Typical): 1500 cd/m2

Contrast Ratio: 10000:1

Viewing Angle (H/V): 160/160 degrees

Max/Native Resolution: 852x480

Pixel Pitch: 1095x1110 (mm)

LCD-skjerm

LCD står for Liquid Crystal Display, eller på norsk: flytende krystall-skjerm
LCD-teknologien er kjent fra før i 7-segmentdisplayer o.l. for bruk i instrumentpaneler, kalkulatorer, kassaapparater etc.
En LCD-skjerm er bygget opp av flere lag med flytende krystallmolekyler.
Hvert bildepunkt består av lag med krystallmolekyler som er plassert mellom to gjennomsiktige elektroder og to polariseringsfiltre.
Bildepunktene er bygget opp i et matrisemønster i vertikale kolonner og horisontale rader.
De to polariseringsfiltrenes akser er plassert vinkelrett (perpendikulært) på hverandre.
Ved hjelp av tilsvarende horisontale og vertikale elektroder kan hvert bildepunkt kontrolleres ved å tilføre spenning og derved endre polarisasjon.
Denne påvirkningen får molekylene til å vri seg inntil 90 grader. Når spenningen igjen fjernes, går de tilbake i sin hviletilstand.
Det benyttes en lyskilde bak krystallene.
Avhengig av krystallmolekylenes retning kan lys slippes gjennom eller blokkeres.

En LCD-skjerm kan forenklet sammenlignes med en persienne som henger foran et vindu. Ved å vri på lamellene kan lys slippes gjennom eller blokkeres. Tenker vi oss hvert bildepunkt som en slik lamell som styres av en elektrode, kan vi velge om lys skal slippes gjennom eller ikke.

Tekniske data LCD-skjerm

Datablad for tilfeldig valgt LCD-skjerm: (Utdrag fra datablad for en 15 tommers LCD-skjerm av merket BENQ)

Standard		Betegnelse	Oppløsning, piksler	Maks farger
CGA	Color Graphics Array	640 x 200	16
VGA	Video Graphics Array	720 x 480	256
SVGA	Super Video Graphics Array	1024 x 768	256
SXGA	Super eXended Graphics Array	1280 x 1024
WXGA	Ultra eXended Graphics Array	1366 x 768		Bredformatbilde (19:9 mot tidligere 4:3)
UXGA	Ultra eXended Graphics Array	1600 x 1200

LCD Size	15\"
Resolution (max.)	1024 x 768 (SXGA)
Pixel pitch	0,297 mm
Colours	16.2 million
Horizontal Frequency (Max) KHz	31 - 63 KHz
Vertical Frequency (Max)Hz	56 - 75 Hz
Video Bandwidth (MHz)	25 - 80 Hz
Viewing angle (L/R;U/D) (CR>=10)	120 / 100
Display Area	304.1x228.1 mm
Contrast	400:1
Brightness	250 cd/m²
Response time (tr/tf)	12ms

Prinsippskisse for LCD-skjerm: ett lukket og ett åpent bildepunkt og bakgrunnsbelysning. Ved bruk av fargefiltre for rødt, grønt og blått kan bildepunktene lyse opp i forskjellige farger.

Egenskaper ved LCD-skjermer

LCD-skjermer er både lettere i vekt og langt mindre volumkrevende enn CRT-skjermer.
Kan benyttes både som TV- og dataskjerm.
Har ingen innbrenningsproblemer, noe som gjør dem godt egnet som PC-skjerm.
Lang levetid, da bildekvaliteten ikke forringes over tid. (Begrenset av hvor lenge lyskilden i bakplanet varer, som for de eldste typene er lysstoffrør og for nyere typer LED-lamper. Forventet levetid oppgis å være 60.000 timer. Dette tilsvarer 23 år med 7 timers bruk hver dag.)
Lavt strømforbruk sammenlignet med eksempelvis tilsvarende plasmaskjermer (10–50 % lavere).
Vide betraktningsvinkler (opptil 60° til hver side).
Kan fås i skjermstørrelser på opptil 108 tommer og en oppløsning på opptil 5120 x 2160.