TFT Monitörler

1.GİRİŞ

Modern ekran teknolojileri katot ışın tüplü (CRT) veya düz panel ekranlar olmak üzere sınıflandırılır. Tüplü cihazlar büyüktür ve oldukça fazla yer kaplarlar. Düz paneller yani tüpsüz olanlar ise adından da anlaşıldığı gibi düzdürler ve çok yer kaplamazlar. Düz panel ekran kategorisi kendi içinde LCD (likit kristal), plazma ve LED (ışık yayar diod) gibi teknolojilere sahiptir. Işık yayanlar ve arka plan ışığını üzerinden geçirenler olarak da ayırt edilmeleri mümkündür.
TFT-LCD olarak adlandırılan bu cihazlar arkadan aydınlatmalı ekranlar sınıfındadır. STN ve DSTN (pasif matris LCD) teknolojileri de kullanılır, ancak günümüzde sadece çok düşük fiyatlı taşınabilirlerde rastlanmaktadır.

2.TFT’lerin Çalışma Şekli

TFT, ‘Thin Film Transistor’ün kısaltılmışı olup pikselleri aktif olarak denetleyen elementleri tanımlar. Bu sebepten “aktif matris TFT” olarak da adlandırılırlar. Görüntü nasıl oluşur? Temel prensip basittir: Her biri renk verebilen çok sayıda pikselden oluşan bir panel sayesinde. Bu amaçla bir kaç adet florasan tüpten gelen siyah ışık kullanılır. Örneğin tek bir pikselin aydınlanması için yapılması gereken şey ışığın geçmesine izin verecek ya da vermeyecek bir kapı veya diyafram koymaktır. Bu basit açıklamayla anlatılabilmesine karşın bunu gerçekleştiren teknoloji elbette çok karmaşık ve kapsamlı. LCD (Liquid Crystal Display), sıvı kristal esasına dayalı düz panel monitörler için kullanılır. Sıvı kristaller moleküler yapılarını değiştirebilirler ve bu yüzden farklı seviyelerde ışığın içlerinden geçmesini sağlayabilirler (ya da ışığı bloke edebilirler). Yönlendirici filtreler, renk filtreleri ve iki sıralama katmanı, ne kadar ışığın geçeceğini ve hangi renklerin yaratılacağını belirler. Katmanlar iki cam panel arasında konumlandırılır. Sıralama katına özel bir voltaj verilerek elektrik alanı oluşturulur ve böylece sıvı kristaller hizalanır. Ekrandaki her nokta (piksel) katot ışın tüplü ekranlarda olduğu gibi 3 farklı bileşene ihtiyaç duyar, biri kırmızı, biri yeşil ve biri de mavi için.
En yaygın TFT teknolojisi Twisted Nematic olarak adlandırılır. Aşağıda bu tür TFT’lerin nasıl çalıştığı açıklanıyor. Elbette başka teknolojiler de bulunmaktadır. Bunlar Bakış Açısı Teknolojileri başlıklı bölümde açıklanıyor.

Şekil 2.1: Standart bir TFT’nin (Twisted Nematic) çalışma şekli (voltaj verilmediğinde)

Voltaj verilmediğinde , moleküler yapı normal durumunda ve 90 derece kıvrıktır. Arkadan aydınlatma lambasından gelen ışık böylece yapı içinden geçebilir

Şekil 2.2: Standart bir TFT’nin (Twisted Nematic) çalışma şekli (voltaj verildiğinde)

Voltaj verilip bir elektrik alanı yaratıldığında sıvı kristaller dikey olarak hizalanacak şekilde kıvrılırlar. Yönlendirilmiş ışık ikinci kutup tarafından emilir. Bu durumda ışık TFT ekranın dışına çıkamaz.

2.1. TFT Pikselinin Anatomisi

Kırmızı, yeşil ve mavi filtreler birbirini takip edecek şekilde alt yüzeye entegre edilmişlerdir. Her piksel (nokta) bu 3 renk hücresinden ya da alt-piksel bileşenlerinden oluşur. Bu da 1280×1024 piksel çözünürlükte, 3480×1024 transistör ve piksel elementi olduğu anlamına gelir. 15.1 inç bir TFT’de nokta aralığı (dot pitch-pixel pitch) 0.0188 inç (0.30 mm) civarındadır, 18.1 inç bir TFT’de ise (1280×1024 piksel) 0.011 inç’tir (0.28mm).

Şekil 2.3: Bir TFT’nin pikselleri.

Hücrenin sol üst köşesi bir Thin Film Transistör içerir. Renk filtreleri hücrelerin temel RGB renklerini değiştirebilmelerini sağlar. Piksellerin aralığı küçüldükçe, mümkün olan maksimum çözünürlük de artar. Ancak TFT’ler maksimum ekran alanı yönünden fiziksel bir kısıtlamayla karşı karşıyadır. 38 cm (15 inç) bir köşegen ve 0.297 mm (0.0117 inç) nokta aralığına sahip bir ekranda 1280×1024 çözünürlük almak pek anlamlı değil. Bu incelemenin 4’üncü bölümünde nokta aralığı ve köşegen boyutları arasındaki ilişki hakkında bilgi bulabilirsiniz.

3.TFT MONİTORLERİN TEMEL ÖZELLİKLERİ

TFT monitörlerinde önemli bazı kavramları açıklamak gerekirse;

3.1. Diyagonal Ekran Boyutun

Bildiğiniz gibi monitörler boy olarak ekranın diyagonal uzunluğu ile sınıflandırılırlar. Örneğin 17 inç denildiğinde çapraz iki köşe arasındaki çizgi uzunluğu alınır. Tüplü bir monitörde “izlenebilir alan” her zaman tüpün diyagonal boyutundan küçüktür. TFT panellerde ise kasanın içinde görüntü verilmeyen bir kenar kısmı bulunmaz. Bu sebepten belirtilen diyagonal boyut her zaman izlenebilir alana eşittir, yani kayıp söz konusu olmaz. Yine bu sebepten dolayı da 15.1 inç bir düz panel ekran, izlenebilir boyutu itibarıyla 17 inç bir tüplü monitöre eşittir.

3.2. Bakış Açısı

Bu önemli bir kavram. Zira TFT’lerde tüplülerde olduğu gibi her bakış açısından aynı görüntüyü alamazsınız. Yani monitörün tam karşısından ve sağından ya da solundan bakıldığında ekran farklı görülür. Arkadan aydınlatma ışığı çeşitli filtrelerden, sıvı kristallerden ve hizalama katmanlarından geçtiği için tek bir yönde hareket eder. Mesela çoğunluk ekranı dikey olarak terk eder. Eğer kullanıcı monitöre çok açılı bakarsa, karanlık ya da bozulmuş renkler görebilir. Bu etki örneğin banka veznelerinde kullanışlı olabilir ama genelde istenmeyen bir durumdur. Üreticiler de daha iyi bakış açıları geliştirebilmek için üzerinde uğraştığı birçok teknoloji var: IPS (in-plane switching), MVA (multi-domain vertical alignment) ve TN+film (twisted nematic ve film). Maksimum bakış açısı, ideal kontrast oranının onda birine düştüğü nokta olarak tespit edilir. Örneğin ekrana tam dik açı gibi.

3.3. Kontrast Oranı

Kontrast oranı maksimum ve minimum parlaklık değerlerinden türetilir. Verilerin arası ne kadar büyükse o kadar iyi olduğu kabul edilir. Bu 500:1 gibi yüksek kontrast oranına sahip tüplü monitörler için bir sorun teşkil etmez. Böylelikle foto gerçekçi kalite sunarlar. Siyah bir resim göstermek tüplü bir monitör için problem olmazken TFT’lerde arka ışığın parlaklığını değiştirmek zordur ve cihaz çalıştığı sürece de açık kalırlar. Siyah bir resim gösterebilmek için sıvı kristaller gelen ışığı tamamen tutarlar. Ancak bunu mükemmel yapmak fiziksel olarak mümkün olmadığından bir miktar ışık sızması yaşanır. Üreticiler de halen bu sorun üzerinde çalışmaktalar. İnsan gözü için kabul edilebilir değerler 250:1 üzeridir.

3.4. Parlaklık

TFT’nin başarılı olduğu bir özellik. Temel olarak maksimum parlaklık arka ışığı sağlayan florasan tüpler tarafından belirleniyor. Metrekareye 200 ve 250 candela (cd/m2) parlaklık birimi sorun değil. Daha yüksek parlaklık değerlerine de ulaşmak teknik olarak mümkün ancak gereksiz, çünkü kullanıcıyı kör etmenin bir alemi yok.

Tüplü monitörlerde maksimum parlaklık 100 ila 120 sd/m2’dir. Daha yüksek değerlere çıkmak katot tabancaları için devasa voltaj hızlanması gerektirdiğinden zordur. Ayrıca daha fazla parlaklık yüksek emisyon değerlerine yol açabilir ve fosfor ömrünü kısaltma gibi yan etkiler de yaratabilir.

3.5. Piksel Hataları

Bunlar genelde hatalı transistörlerden kaynaklanırlar. Ekranda nokta olarak saptanabilirler. Bozuk transistörden dolayı ışık piksele ulaşamaz bu nokta karanlık kalır veya sürekli parlak kalmasına yol açar. Bu olay grup halinde görülürse daha da rahatsız edici olur. Ne yazık ki, ekrandaki maksimum ölü piksel sayısını belirleyecek bir standart henüz oluşturulmamış, her üretici kendine göre bir sayı belirlemiştir. 3 ila 5 adet ölü piksel normal denilebilir. Bu tür mal satın alırken kontrol etmekte fayda var, çünkü bu onarılması imkansız hatalar genelde üretim safhasında oluşur. Son bir detay: Bu hatalı piksel sayısı sonradan artmaz, tabii eğer parmağınızla ya da başka nesnelerle ekrana bastırmazsanız.

3.6. Tepki Süresi

Birçok TFT’nin halen hareket eden resimlerde (mesela video) sorunları var. Bunun nedeni de sıvı kristallerin tepki süresi. Yeni TFT’lerde 20-30 milisaniye arası değerler normaldir. Bir örnekle açıklayacak olursak standart bir film saniyede 25 kareden oluşur, bu da tek karenin 40 milisaniye’de gösterilmesi anlamında gelir. Sıvı kristaller tepki olarak çok yavaş olduklarından bu sahnede bir miktar bulanıklaşma ya da hareketlerde kesiklik görülebilir. Ancak genelde tepki süresi yeterli olduğundan TFT’ler için “bunlarda film seyredilmez” demek yanlış olacaktır.

3.7. Renk Kalitesi-Analog Giriş Sinyallerini Hazırlamak

Dijital düz panel ekranlara kıyasla, standart bir VGA bağlantı noktası ile donatılmış modeller analog resim sinyallerini önce tekrar dijitale çevirmek zorunda olduğundan renk kalitesinde kayıplar oluşabilir. Kimi üreticiler düşük performanslı, sadece 18 bit veriler ile başa çıkabilen (3×6 bit ; kırmızı, yeşil ve mavi renklerin her biri için 6 bit) analog-dijital çeviricilerde ısrar ediyor. Sonuç olarak sadece 262 bin 144 renk (RGB taklidi) gösterilebiliyor. Oysa ki Gerçek Renk modu en azından 16.7 milyon renge ihtiyaç duymakta.

4.BAKIŞ AÇISI TEKNOLOJİLERİ

4.1. TN+Film

Şekil 4.1: TN+Film ekranlar

Sıvı kristallerini tıpkı standart TFT’ler gibi alt tabakaya dikey olarak sıralar. Üst yüzeydeki bir film de bakış açısını genişletir.

Teknik açıdan bakıldığında TN+Film çözümü uygulanması en basit çözüm olarak gözüküyor. Düz panel üreticileri kıyasla daha eski olan standart TFT (Twisted Nematic) teknolojisini kullanmaktalar. TN+Film’de yatay izleme açısını 90 dereceden yaklaşık 140 dereceye kadar çıkartabilen özel bir film (geciktirici ya da ‘discotic’ film) panelin en üst yüzeyine uygulanır. Diğer yandan zayıf kontrast oranı ve düşük tepki süresi aynen kalıyor. TN+Film şüphesiz ki en iyi çözüm değil, ancak ucuz.

Şekil 4.2: Voltaj uygulandığında moleküller alt tabakaya paralel şekilde sıralanır.

IPS ya da ‘In-Plane Switching’, Hitachi tarafından geliştirilmiş bir teknoloji. Ancak NEC ve Nokia da bu yeniliği kullanıyorlar.

Twisted Nematic ekranlar (TN veya TN+Film) ile aralarındaki fark moleküllerin alt tabakaya paralel olarak sıralanması.
Katot ışın tüplü monitörlerde gördüğümüz 170 dereceye varan mükemmel bakış açısı IPS (ya da diğer adıyla Super TFT) teknolojisi ile elde edilebiliyor. Ancak bu teknolojinin bir de dezavantajı var. Sıvı kristallerin paralel olarak sıralanmasından dolayı ‘twisted nematic’ ekranlardaki gibi elektrotların her iki cam yüzeye de konulması mümkün değil. Bunun yerine alt cam yüzeye petek şeklinde yerleşmeleri söz konusu. Bu da kontrastın zayıflamasına yol açtığından parlaklığın tekrar normal düzeye yükseltilebilmesi için çok güçlü arka ışık gereksinimi doğuruyor. Klasik TFT’ler ile kıyaslandığında tepki süresi ve kontrastta hemen hemen hiç ilerleme yok.

4.2. MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)

Şekil 4.3: Fujitsu tarafından geliştirilen MVA.

Teknik olarak geniş bakış açıları ve hızlı tepki süreleri için en başarılı çözüm.

Fujitsu ideal çözümü bulmuş gibi. MVA 160 dereceye varan bakış açısı ve yüksek kontrast oranları ile hızlı tepki süresini optimumda uzlaştırmış.

MVA’daki M, Multi-Domain (çok bölgeli) anlamına geliyor. Bunlar renk hücreleri içindeki alanlar. Şekil 3, tümsekler aracılığı ile oluşturulmuş bir çok bölgeli örneği gösteriyor. Fujitsu şu anda bağımsız hücreleri 4 adete kadar olan paneller üretmekte.

MVA’daki VA ise “vertical alignment” yani dikey hizalamayı işaret ediyor. Aslında bu terim biraz yanıltıcı çünkü sıvı kristal molekülleri (devinimsiz haldeyken) tümseklerden dolayı tam olarak dik hizalanmış değillerdir (bkz. şekil 3; kapalı pozisyon). Voltaj uygulanarak bir elektrik alanı oluşturulduğunda, kristaller yatay olarak hizalanır ve böylece arka ışık katmanlar arasından geçebilir. MVA, IPS ve TN+Film teknolojilerine kıyasla, oyun ve video performansında çok etkili olan hızlı tepki sürelerinde daha iyidir. Kontrast genel olarak daha başarılıdır, ancak bu da bakış açısına göre değişkenlik gösterebilir.

Şekil 4.4: Değişik Bakış Açısı Teknolojilerinin

MVA hızlı tepki süresi ve çok geniş bakış açısı sunuyor ancak Fujitsu’nun bu teknolojisi pazarda hala çok az pay sahibi.

TN+film çözümü tepki süresinde dikkate deðer bir geliŞme sunmuyor. Bunu kullanan ürünler düŞük fiyatlý, yüksek miktarlarda üretiliyor ve bakýŞ açýsýný kabul edilebilir deðerlere çýkartabiliyor. Uzun vadede bu tip ürünlerin Pazar payýnýn azalmasý bekleniyor.

IPS Hitachi ve NEC gibi büyük üreticiler sayesinde pazarın önemli kısmını elinde tutuyor. Bu ekranların başarılı olmasındaki en önemli etken 170 dereceye varan geniş bakış açısı ve makul tepki süresi.

Teknik olarak MVA en iyi çözüm. 160 derecelik bakış açısı en az katot ışın tüplü klasik monitörler kadar iyi. 20 milisaniyelik tepki süresi video oynatımı için uygun. Pazar payları çok düşük ancak giderek artıyor.


 

Hazırlayan

Hale AYDIN

Bir Cevap Yazın