Technologické limity přenosných počítačů | Mobilní revoluce

Technologické limity přenosných počítačů – OBSAH

1. Hledá se náhrada za vakuové obrazovky
2. Spletitá cesta k LCD monitorům
3. První tekuté krystaly se používaly v hodinkách a kalkulačkách

Hledá se náhrada za vakuové obrazovky

Většina prvních přenosných strojů používala stejné komponenty jako stolní počítače, jenom byly navržené tak, aby se daly přenášet. Výsledkem byly stroje velké a těžké, neschopné chodu na baterie – zkrátka byly spíše „převozuschopné“. Ale ono to nešlo jinak, protože jak standardní počítačové komponenty, tak i CRT obrazovky měly velkou spotřebu – a baterie měly nízkou kapacitu a byly těžké. V té době se dalo narazit i na stroje, které experimentovaly s olověnými bateriemi, což byla technologie z automobilového průmyslu.

Naštěstí byla záchrana už na horizontu, protože se delší dobu pracovalo na pokročilejších a mnohem úspornějších technologiích. První klíčovou technologií byla výrobní technologie CMOS (Complementary metal–oxide–semiconductor), která vyžadovala mnohem menší provozní napětí. Technologii vyvinul v roce 1963 Frank Wanlass ve Fairchild Semiconductor a v roce 1967 ji nechal patentovat. Technologie CMOS byla vhodná pro vývoj čipů s vysokou integrací a postupně nahradila starší technologie jako TTL (Transistor-transistor logic). Po roce 2010 se prakticky všechny čipy vyráběly s touto technologií – ale už v 80. letech se začaly prioritně používat u přenosných počítačů, protože měly nižší spotřebu.

Další důležitou technologií, která umožnila mobilní revoluci, byly obrazovky na bázi tekutých krystalů (LCD, Liquid Crystal Display). Historie tekutých krystalů je dlouhá a komplikovaná a sahá až do roku 1888, kdy botanik německý botanik českého původu Friedrich Reinitzer objevil, že cholesteryl benzoát extrahovaný z mrkví má dva body tání, u kterých se různým způsobem mění barva. Ve studiu tekutých krystalů pokračoval německý vědec Otto Lehmann, který přišel s pojmem „tekuté krystaly“ (Flüssige Kristalle) a popsal jejich jednotlivé třídy.

Spletitá cesta k LCD monitorům

Dlouhou dobu nebylo jasné, k čemu by to mohlo být dobré a s jevem se pouze experimentovalo, až v roce 1927 ruský vědec Vsevolod Fréderiks objevil, jakým způsobem donutit tekuté krystaly, aby vlivem elektromagnetického pole změnily svůj tvar a přepnuly se z jednoho stavu do druhého. Sovětská moc se mu za tento objev, nazývaný dnes Fréderiksův přechod, později odměnila tak, že ho zabásla NKVD – a než se z vězení dostal domů, zemřel. Kdyby Frederiks, který se vzdělával ve Švýcarsku, zůstal raději na Západě, mohl by se možná podílet na dalším vývoji této technologie... První praktickou aplikací byl optický přepínač, který si Marconni Wireless Telegraph Company patentovala v roce 1936.

V roce 1964 se objevuje první pokus o funkční displej založený na tekutých krystalech, který využíval toho, že se průhledný tekutý krystal po aktivaci napětí stal neprůhledným. Tento typ displeje se nazýval DSM (Dynamic Scattering Mode), ale vyžadoval velké napětí, takže zatím ještě nebyl vhodný pro přenosná zařízení. Jeho tvůrce, George Heimeier, který ho vyvinul v RCA Laboratories, je ale považován za tvůrce prvního LCD displeje vůbec a jeho dílo bylo oceněno jako IEEE Milestone, což je vysoké ocenění americkou organizací IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

První tekuté krystaly se používaly v hodinkách a kalkulačkách

Další přelomovou technologií, která pomohla vzniku LCD displejů, je TFT (Thin Film Transistor), kdy řídící tranzistory jsou napařeny přímo na povrch panelu obrazovky a mohou tak řídit jednotlivé pixely. První takový displej vznikl v roce 1968 v RCA Laboratories, kde ho vyvinul Bernard Lechner. Konečně 4. prosince 1970 si švýcarští vědci Hoffmann-LaRoche, Wolfgang Heldrich a Martin Schadt z Central Research Laboratories podali patent popisující TN panel (Twisted Nematic Field Effect). První aplikací pro tento typ displeje byly malé obrazovky pro hodinky – a tím začala éra klasických digitálek!

V 70. letech se s obrazovkami na tomto principu roztrhl pytel: Začaly se objevovat na kalkulačkách, na kapesních hrách, experimentovalo se s prvními barevnými displeji založenými na tekutých krystalech. To podstatné bylo, že do 80. let vstupovaly LCD panely jako zatím ne úplně dokonalá technologie (vyžadovaly například samostatné podsvícení), už dovolovaly vytvoření kompaktních plochých obrazovek, které nepotřebovaly přehnané množství energie.

Poslední významnou technologií, která musela být prolomena, byly efektivní vysokokapacitní baterie. To je ale téma složité – a vlastně nejsme ještě na konci, stále hledáme bezpečné, levné, vysokokapacitní baterie s minimálním stárnutím – a s postupnou elektrifikací jich potřebujeme stále víc a stále lepších, takže se bateriím budeme věnovat později.

Myšlenky a prototypy přenosných počítačů nemohly být zrealizovány kvůli používání energeticky náročných obrazovek a procesorů. To změnily technologie LCD a CMOS, které umožnily návrh menších kompaktnějších zařízení. Zbývalo už jen vyřešit otázku napájení, kterou probereme v jednom z dalších článků věnovaném tématu Mobilní revoluce.

Michal Rybka

Michal Rybka je publicista a nadšenec s 20 lety zkušeností v IT a gamingu. Je kurátorem AlzaMuzea a YouTube kanálu AlzaTech. Napsal několik fantasy a sci-fi povídek, které vyšly v knižní podobě, a pravidelně pokrývá páteční obsah na internetovém magazínu PCTuning.