Displeje mobilních telefonů
Mobilní matice
Uživatelé rozlišují displeje telefonů obvykle podle dvou kritérií: podle velikosti (na velké a malé) a podle schopnosti zobrazovat barvu (na barevné a monochromatické). Technologické charakteristiky zobrazovacího zařízení mobilu většinu z nás začnou zajímat až tehdy, kdy už máme unavené oči a začíná nás rozčilovat blikání displeje.

DVA ŘÁDKY ZNAKŮ
Slovní spojení "displej mobilu" se zrodilo 6. března 1983, kdy společnost Motorola představila přístroj DynaTAC 8000X, první komerční mobilní telefon. Byla to převratná událost v historii rozvoje bezdrátového spojení, ale jen málokdo si tehdy všiml LED displeje (dva řádky, každý po sedmi znacích) nového zařízení. "Základní kámen" historie displejů mobilních telefonů byl však položen.
Studování struktury tekutých krystalů a jejich schopnosti odrážet anebo pohlcovat světlo při působení elektrického proudu umožnilo japonským inženýrům vytvořit první LCD displeje pro kalkulátory společnosti Sharp, které se objevily na trhu mnohem dříve než první mobil - už v roce 1964. Cesty LCD technologií a mobilních telefonů se překřížily až počátkem 90. let minulého století. Jedněmi z prvních modelů s LCD displejem se staly telefony společnosti Motorola, konkrétně série MicroTac.
Od těch dob se monochromatické displeje z tekutých krystalů staly neoddělitelnou součástí většiny telefonů a až na počátku tohoto století byla "šedozelená masa" zředěna 256barevnou paletou. Do té doby uživatele více zajímala funkční vybavenost přístrojů a kvalita zobrazení byla až na druhém místě. Neustále se zvětšující multimediální zátěž, která lehla na křehká ramena mobilních zařízení, však zásadním způsobem změnila přezíravý vztah - jak výrobců, tak i uživatelů - k displejům. Nyní je kvalita displeje jedním ze základních kritérií výběru při koupi přístroje.
Během posledního roku a půl procento barevných displejů na mobilním trhu prudce vzrostlo a s monochromatickými displeji se už téměř nesetkáme, nemluvě již o raritě - zařízeních s LED displeji.

TEKUTÉ KRYSTALY
V moderních mobilních zařízeních se pro výstup zobrazení na displej a pro jeho řízení využívají dva typy matic, které se principiálně liší. Samotné slovo matice (anglicky matrix) - pomineme-li opojení, které způsobil stejnojmenný filmový trhák - značí pouze přítomnost vertikálních sloupců a horizontálních linek a spojení mezi nimi. V našem případě (TFT) je to síť elektrod umístěných pod vrstvou tekutých krystalů displeje, kdy každá elektroda řídí jeden viditelný bod (buňku) displeje. Formování zobrazení probíhá přiváděním řídicího napětí na jednotlivé elektrody. "Zasažené" krystaly následně mění svoji strukturu. V závislosti na velikosti proudu se mění úroveň deformace (otočení) krystalů, to znamená, že se mění jejich průhlednost. To umožňuje v potřebné formě polarizovat bílé světlo elektroluminiscenční lampy zadního podsvícení a oddělit ten či onen segment spektra neboli vybrat potřebnou barvu buňky obrazovky.
V klidovém stavu mají tekuté krystaly schopnost přijímat svůj původní tvar, přitom zobrazení na displeji postupně zhasíná a mizí. Zvláštnost aktivní matice (Active Matrix) spočívá v tom, že ke každé elektrodě je přidán polovodičový paměťový tranzistor, který uchovává digitální informaci (binární kód) a udržuje potřebný stav krystalu. To umožňuje uchovat zobrazení do přijetí nového signálu. V pasivní matici (Passive Matrix) se k tomu používá několik vrstev tekutých krystalů, což umožní pouze prodloužit dobu, po kterou se na obrazovce nachází zřetelný obrázek. Při použití tohoto typu matice však bohužel není možné předejít úplnému pohasnutí obrázku. Kromě toho se v pasivní matici pro podsvícení buněk obrazovky používá síť vertikálních a horizontálních pruhů a každá elektroda získává elektrický náboj postupně po řádcích. Protože množství bodů na displeji může dosahovat několik desítek, nebo dokonce stovek tisíc, přivedení napětí pro obrazovku jako pro celek probíhá relativně pomalu. Díky tomu vznikají při obnovení animovaných zobrazení prodlení a výměna snímků je trhaná. Aktivní matice tento nedostatek nemá, protože podsvícení všech buněk probíhá najednou. Tento způsob řízení umožňuje obnovovat zobrazení několikanásobně rychleji. V každém případě však základní vlastnosti LCD neumožňují realizovat plnohodnotné živé zobrazení, protože vlastní rychlost reakce krystalů na elektrický náboj není dostatečně vysoká.

DRAZE A POHODLNĚ
K dnešnímu dni si prakticky celý trh s mobilními displeji rozdělují mezi sebou dvě technologie, jedna založená na aktivním a druhá na pasivním typu matice. Protože jsou paměťové tranzistory umístěny přímo na panelu s tekutými krystaly (z vnitřní strany), je při jejich výrobě nutné používat průhledné materiály, aby světelný paprsek podsvícení měl možnost skrz ně volně pronikat. Ideálním materiálem se stal amorfní křemík (a-Si), pomocí kterého se vývojářům podařilo vytvořit tranzistor z tenké fólie.
Technologie TFT se stala základní technologií používající Active Matrix. Buňka TFT displeje se skládá ze tří podbuněk (červené, zelené a modré), každá podbuňka má vlastní tranzistor. To znamená, že displej o velikosti 132 x 162 pixelů obsahuje více než 20 tisíc ovládacích prvků. Základními problémy, které přitom vznikají, jsou složitost výroby a zvýšená spotřeba energie. Nejen že se kvůli tomu zvyšuje tržní cena finálního výrobku, ale ukazuje se i negativní vliv na spolehlivost techniky. Nefunkčnost řídicích tranzistorů výrobci deklarovali jako přípustnou technologickou normu a pouze omezili maximální množství těchto kazů na jednom displeji. Ale kdo by si chtěl koupit mobilní zařízení (nebo pracovat na zařízení), jež má na displeji několik bodů, které trvale svítí, nebo které jsou naopak trvale černé. Do bitvy s posledním jmenovaným problémem výrobci vyrazili pomocí technologie TFD (Thin Film Diode; příbuzná k technologii TFT), ve které jsou tranzistory nahrazeny řídicími tenkopáskovými diodami.

HOSPODÁRNĚ A JEDNODUŠE
V protiváze k technologiím s aktivními maticemi vznikla relativně levná, výrobně jednoduchá a následně i dostupnější technologie STN. Displeje s tekutými krystaly na základě pasivní matice STN nebo CSTN (CSTN - Color Super Twisted Nematic) používají nematické krystaly s úrovní stočení do 140 %.
Konstrukční zvláštností STN displeje je použití DSTN buňky (Double Super Twisted Nematic), která se skládá ze dvou vrstev STN, jejichž prvky se stáčejí na opačné strany. To zvyšuje kontrastnost displeje, ale jak ukazuje praxe, pro normální práci je to přece jenom nedostatečné. Neschopnost displeje čelit ostrému slunečnímu světlu a možnost uživatele vidět kvalitní zobrazení pouze z frontální pozice vzhledem k obrazovce jsou základními nedostatky STN technologie.
Společnost Samsung, která se rozhodla dopracovat technologii zobrazení pomocí pasivní matice, v roce 2002 navrhla vylepšenou variantu STN - UFB panel. Sám název UFB (Ultra - Fine & Bright) již charakterizuje displej jako světlejší a kontrastnější. Kromě kvalitního zobrazení při slunečním svitu se vývojářům podařilo docílit nižší spotřeby energie (u STN displejů byla spotřeba i bez toho poměrně nízká) a snížení výrobní ceny. Navíc právě UFB displej jako první z displejů s pasivní maticí překonal hranici 262 tisíc barev.
I když se pasivní displeje z hlediska kvality, jasu a ostrosti zobrazení těsně přiblížily k aktivním displejům, zůstane pro ně úhel pohledu do 140° bez ztráty kvality zobrazení společně s živějším animačním obrázkem zřejmě nedostižným vrcholem. Ostatně stejně tak se dá těžko věřit snížení spotřeby energie a zjednodušení výroby aktivních displejů. Takže každá technologie zaujala volný segment trhu a bude existovat do té doby, dokud ji nenahradí technologie jiná, dokonalejší.

ORGANIKA LED DIOD
Možná se dokonalejší technologií stane OLED. Komerční výroba displejů z organických světelných diod OLED (Organic Light Emitting Diodes) začala celkem nedávno, v roce 2003. Již sám název hovoří o tom, že se vývojáři tentokrát obešli bez tekutých krystalů. Základem technologie je princip luminiscence. Společnost Kodak začala výzkum v dané oblasti již v roce 1987. Její inženýři zjistili, že při průchodu elektrického proudu dvěma spojenými polovodiči různých typů (p - elektron, n - díra) se uvolňuje světelná energie.
Každá z námi zmíněných LC technologií má určité nedostatky. Technologie OLED zde není výjimkou, ale na rozdíl od předcházejících technologií má předností mnohem více. Během celého vývoje OLED displejů výrobce trápil problém krátké životnosti organických LED diod. Svítivost prvních vzorků displejů se dvakrát zmenšila již po 100 hodinách nepřetržité práce. Nyní se podařilo prodloužit životnost OLED displeje na 10 tisíc hodin (o něco více než rok). I toto číslo však odradí dokonce i ty uživatele, kteří mění telefony velmi často.
Protože v OLED svítí přímo samotné prvky displeje, nepotřebují na rozdíl od LCD dodatečné podsvícení. Tento fakt má kladný vliv jak na jas a kontrast displeje, tak i na energetickou hospodárnost displeje (podsvícení displeje v LCD vyžaduje poměrně mnoho energie). Přitom se sám vyřeší problém špatné viditelnosti při jasném slunečním světle a díky blízkému umístění světlo emitujících prvků k displeji už kvalita zobrazení tolik nezávisí na úhlu pozorovatele (do 160° - 170°).
O něco dříve jsme kriticky hodnotili schopnost LCD displejů zobrazovat plnohodnotné animace. Nyní, když rychlost reakce OLED buněk na změnu napětí přibližně tisíckrát převyšuje reakci LC prvků, objevuje se reálná možnost prohlížet si videoklipy dokonce na displeji mobilního telefonu.
Jak je vidět, technologické zvláštnosti umožňují OLED zachovat všechny klady LCD displejů, a navíc snížit úroveň náročnosti výroby a tržní cenu výrobků. Zbývá jenom dodat, že stejně jako LCD používají OLED displeje pro zpracování a zobrazení aktivní i pasivní typ matice.

ELEKTRONICKÉ INKOUSTY
Co se týče technologií, které se nacházejí ve stadiu experimentů, můžeme jmenovat "elektronické inkousty" (electronic-ink displays). Na rozdíl od všech dříve uvedených technologií je technologie E-ink od počátku orientovaná právě na mobilní zařízení. Pro formování zobrazení se v displejích E-ink, navržených stejnojmennou americkou firmou, používají miliony kladně nabitých molekul čisté bílé barvy a černých molekul se záporným nábojem, uzavřených do mikroskopických kapslí. Vlivem elektrického proudu se částice příslušné barvy v závislosti na směru elektrického pole zvedají nahoru, anebo se snášejí na dno kapsle, obarvují ji příslušnou barvou a tím vytvářejí na obrazovce potřebné zobrazení.
Energetická hospodárnost je jednou ze základních charakteristik displejů pro mobilní telefony. Protože displeje E-ink pracují především v odraženém světle, odpadá nutnost použití vnitřního podsvícení. Kromě toho se prvky elektronických inkoustů vyznačují vysokou stabilitou a pro uchování zformovaného zobrazení nepotřebují trvalé napájení elektrickým proudem. Obrázek na displeji se může uchovat po dobu několika hodin po odpojení napájení. Spotřebovaná energie E-ink závisí pouze na frekvenci změn obrázků a může být několikasetkrát nižší než v případě LCD displejů. Zobrazení na E-ink displeji vypadá ve skutečnosti jako na obyčejném listu papíru.
Použití již prozkoumaných metod pro hromadnou výrobu zjednodušuje technologický proces a snižuje cenu konečného výrobku. Jediným kamenem úrazu pro celou technologii E-ink je jen malá doba reakce částic na elektrický impulz, což neumožní E-ink displejům zobrazit ani jednoduchý animovaný obrázek. LCD displeje mají tento parametr až 5x lepší, nemluvě již o OLED.

PRYČ S MONOCHROMATICKÝM DISPLEJEM!
Podíl mobilů s barevnými displeji na trhu vzrostl z 16 % v roce 2002 na 38 % v roce 2003 a růst jejich výroby byl 187 %. Takové velké šíření "barvy" na mobilním trhu vyvolalo vznik přístrojů střední třídy s poměrně kvalitním barevným zobrazením. Dnes vyjde dobrý model s displejem se 4096 barvami na 3000 až 4000 korun. Přístroj je zpravidla vybaven levnějším displejem typu STN, jejichž podíl byl v roce 2003 65% z celkového počtu vyrobených barevných displejů.
Bez ohledu na příchod nových technologií budou objemy výroby levných STN displejů růst. Analytici předpovídají takto úspěšnou budoucnost pasivním maticovým displejům ještě během následujících dvou let, potom je poptávka po velmi kvalitních displejích donutí přejít na vyšší technologie.
Artem Popov

DISPLEJE TELEFONŮ "VÉČEK"
JEDEN DOBRÝ, DVA DRAHÉ
Do zvláštní kategorie se dají vyčlenit displeje tzv. véček. Zpravidla se v těchto modelech používá základní vnitřní displej a doplňkový vnější (pro zobrazení aktuálního času a údajů o příchozím volání v případě "sklapnutého" stavu). U modelů střední třídy je vnější displej obvykle monochromatický, v lepším případě je schopen zobrazit 256 barev. U dražších přístrojů mají oba displeje shodné barevné charakteristiky a pouze vnější displej je nepatrně menší. 
Vybavení dvěma displeji jen nepatrně zvyšuje funkčnost telefonu, zato ovšem velmi trpí takové důležité ukazatele, jako je spotřeba energie a rozměr. Vývojáři společnosti Mitsubishi Electric představili displej, který je schopen zobrazovat informace ze dvou stran. Novinka se od běžných displejů s tekutými krystaly liší přítomností dvou průhledných bloků podsvícení. Tyto bloky se nacházejí na obou stranách panelu. Pro možnost prohlížet si na každé straně displeje jiné zobrazení se na matici z tekutých krystalů přivádějí střídavě dva obrázky s frekvencí 120 Hz. Výměna zobrazení je provázena v potřebném okamžiku střídavým synchronním zapnutím/vypnutím každého podsvícení, což umožňuje sledovat správné zobrazení na obou stranách displeje.

Pracovní charakteristiky základních typů displejů	
Technologie	Maximální množství zobrazených barev	Příkon (v režimu statického obrázku), mW	Kontrastní poměr	Rychlost reakce displeje	Jas, Cd/m2	Úhel viditelnosti, °	Síla displeje, mm	Rozlišení, bodů na palec	Životnost, tis. hodin	
UFB (STN)	262 tis.	3.V	100:01:00	30	150	Pouze frontální pozice	3	< 100	> 40 (závisí na zdroji podsvícení)	
TFT (TFD)	262 tis.	25	150:01:00	16	200	140°	3	130	> 40 (závisí na zdroji podsvícení)	
E-ink	4096	0,5	300:01:00	150	300	170°	0,3	160	Nejsou data	
OLED	16 mil.	4	300:01:00	10	100 000	170°	1,4	720	10