Technologie LCD pro notebooky

19. 7. 2006 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Branislav Brna

Pokud čtete tento článek, znamená to, že se zrovna díváte na monitor, nejlépe LCD Vašeho notebooku. Víte, jaké je jeho rozlišení, doba odezvy a jeho poměr stran? Víte jestli je jeho obrazovka reflexní nebo transreflexní? Víte, jaký má kontrast a pozorovací úhly? A jak jsou na tom u těchto hodnot notebooky v porovnání s desktopovými LCD? Na tyto otázky a řadu dalších se podíváme v dnešním článku.

LCD
Pro pochopení rozdílů mezi jednotlivými typy LCD obrazovek je třeba znát základní princip fungování LCD. Proto začneme malým shrnutím - zkušenější čtenáři přeskočí.

Název technologie LCD pochází ze slova Liquid Crystal Display. Tato technologie je založena na elektromagnetických vlastnostech tekutých krystalů. Molekuly tekutých krystalů, přes které prochází polarizované světlo, jsou pomocí napětí na elektrodách usměrňovány do příslušné polohy a regulují tak intenzitu procházejícího světla.

Abychom získali obraz, potřebujeme dvě složky - světlo a barvu. Světlo je zajišťováno buď podsvětlujícími katodovými trubicemi nebo vnějším odraženým světlem. Katodové trubice vytváří tzv. bílé světlo, které je složeno z různého barevného spektra světla. Toto světlo je možné rozložit na tři primární barevné složky - červenou, zelenou a modrou (RGB).

Každý obrazový bod je ohraničen dvěma polarizačními filtry, barevným filtrem (pro červenou, zelenou a modrou) a dvěma vyrovnávacími vrstvami. Vše je vymezeno tenkými skleněnými panely. Krystaly bodu jsou řízeny tranzistory, které kontrolují velikost napětí procházejícího mezi vyrovnávacími vrstvami. Elektrické pole působí na změnu struktury tekutého krystalu, čímž ovlivní natočení jeho částic.

Tímto způsobem je možné regulovat několik desítek až stovek stavů tekutého krystalu, při kterých vzniká výsledný jas barevných odstínů. A protože se každý obrazový bod skládá ze tří základních barevných "sub-pixelů" (RGB), vznikají tak statisíce až miliony různých barevných odstínů.

Nyní se pojďme podívat na nejdůležitější parametry LCD:

Doba odezvy
Doba odezvy udává, jak již sám název napovídá, čas, za který dokáže LCD změnit barvu jednotlivých pixelů z jedné krajní hodnoty do druhé. Tento čas se udává v milisekundách (ms). Čím menší je tento čas, tím lepší je odezva. Doba odezvy hraje velkou roli při sledování filmů a hraní her. Většina hráčů počítačových her tak sleduje především tuto vlastnost a ostatní je až tolik nezajímá. Je však doba odezvy tak důležitá i pro běžného uživatele, který si občas pustí DVD a "sem tam si něco zahraje"? Jak poznat, jestli je doba odezvy dostačující?

Fakt, že se optimalizace notebookových displejů na spotřebu projevila na jejich parametrech, je zřejmý. Průměrné desktopové LCD má odezvu 12 ms, zatímco běžný notebookový panel má odezvu dvojnásobnou - 25 ms. Čas 25 ms je však již tak krátký, že pro kancelářské použití naprosto dostačuje. Sice se budete muset smířit s občasným rozmazáváním textu při pohybu (především při scrollování v textovém editoru a nebo webu je tento jev více než dobře patrný), ale kdo čte text "za chodu"? Pokud však máte v notebooku výkonnou grafickou kartu a hrajete často FPS hry, tak jistě oceníte obrazovky s ideální dobou odezvy 12 ms a níže (a tedy zvládající 80 fps).

Pozorovací úhly
Tato veličina udává, z jakého úhlu je pozorovaný obraz ještě normálně viditelný a nedochází k výraznému zkreslení barev. Popisuje se úhel horizontální a vertikální - obecně platí čím vyšší hodnota, tím lépe.

U levných LCD v noteboocích nejsou tyto úhly zrovna nejvyšší. Důvodem, proč je tomu tak, jsou nároky na malou hmotnost a prostorovou nenáročnost takovýchto LCD. Zatímco u desktopových LCD najdeme pozorovací úhly i o velikostech 170°/170°, u notebooků se setkáte s hodnotami kolem 80°/40°.

Rozlišení
Rozlišení (angl. resolution) displeje je počet pixelů, které na něm mohou být zobrazeny. Udává se jako počet sloupců (horizontálně, "X"), které se uvádí vždy jako první, a počet řádků (vertikálně, "Y"). Například obrazovka s rozlišením 640x480 je schopná zobrazit 640 bodů pro každý řádek ze 480 řádků neboli něco přes 300 000 pixelů. Pro uvádění maximálního rozlišení u monitorů se používají následující zkratky:

• UXGA: maximální rozlišení 1600 x 1200 pixelů

• SXGA+: maximální rozlišení 1400 x 1050 pixelů

• SXGA: maximální rozlišení 1280 x 1024 pixelů

• XGA: maximální rozlišení 1024 x 768 pixelů

• SVGA: maximální rozlišení 800 x 600 pixelů

• VGA: maximální rozlišení 640 x 480 pixelů

V noteboocích se také velice často setkáte se širokoúhlým (Wide) rozlišením s poměrem stran 16:10:

• WUXGA: maximální rozlišení 1920 x 1200 pixelů

• WSXGA+: maximální rozlišení 1680\xD71050 pixelů

• WXGA+: maximální rozlišení 1440 x 900 pixelů

• WXGA: maximální rozlišení 1280 x 800 pixelů

Jas
Udává svítivost zobrazovaných bodů. Udává se v [cd/m2]. Platí, že čím vyšší je hodnota tohoto parametru, tím lépe. Dnes se běžné hodnoty pohybují kolem 180 cd/m2. Průměrné desktopové LCD má 250 - 300 cd/m2, což je zapříčiněno větším počtem osvětlovacích trubic, u notebooků v důsledku hmotnostních i energetických požadavků v drtivém procentu nalezneme pouze jednu. Typické stolní LCD si při svém provozu řekne o 55W, notebookové musí vystačit s méně než 10W.

Kontrast
Udává kontrastní hodnotu zobrazovaných bodů. Jeho hodnota je vypočítána z poměru svítivosti bílé a černé barvy a udává se v poměru např. [200:1]. Platí, že čím vyšší je hodnota tohoto parametru, tím lépe - obraz je ostřejší. Bohužel i tady se projevuje optimalizace na spotřebu, a tak se budete muset spokojit pouze s 300:1 oproti 400:1, které nabízí i ty nejlevnější desktopové LCD.

Teď, když víme, jak LCD funguje, je na čase se podívat na jednotlivé typy LCD obrazovek, které se používají v noteboocích.

LCD podle typu podsvícení

Transmisivní LCD
Dle typu podsvícení se LCD dělí na transmisivní, reflexní a transreflexní. Nejrozšířenějším typem obrazovek u notebooků jsou transmisivní LCD.

Transmisivní LCD využívají k podsvícení CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamps), což jsou v podstatě „zářivky“ vyzařující UV světlo, které je na fluorescenční vrstvě přeměněno na viditelné bílé světlo. Takto řešené podsvícení přináší největší hloubku barev, nejostřejší text a také umožňuje nejvyšší rozlišení. Bohužel toto podsvícení má také dva velké nedostatky.

První nedostatek spočívá v energetické náročnosti a s tím spojené menší výdrži celého notebooku. Tento energetický problém však již částečně řeší technologie LED podsvícení. Ta pracuje na výše popsaném principu s tím rozdílem, že namísto fluorescenčních trubic využívá vysokoefektivní LED (Light Emitting Diode) pro vytváření světla.

Druhým nedostatkem je špatná čitelnost takového displeje při přímém slunečném záření.

Reflexní LCD
Na rozdíl od transmisivních LCD, nepoužívají podsvícení, ale potřebné světlo získávají vnějším odraženým světlem. Výsledkem tohoto je, že takovéto LCD obrazovky jsou ideální pro použití v jasném slunečném světle, ale také umožní větší výdrž baterie. Problém však nastává, pokud se rozhodnete přístroj s takovouto LCD obrazovku požívat například v zatemnělém pokoji - kvůli nedostatku světla bude obraz velmi tmavý.

Transreflexní LCD
Transreflexní LCD kombinují výhody obou předchozích typů LCD. V praxi to vypadá tak, že na notebooku naleznete spínač, kterým si můžete v případě nedostatečného okolního světla zapnout podsvícení, čím se zvýší jas LCD. Transreflexní LCD mají dobré podání barev, avšak neponoukají tak vysoká rozlišení a ostrost obrazu jako transmisivní LCD. Další nevýhodou je cena takovéhoto řešení, která je poměrně vysoká, a výrobci proto o takovéto obrazovky nejeví zájem.

LCD podle typu řízení

Pasivní
Pasivní displeje již dnes u notebooků (naštěstí) nenajdeme. Jejich hlavním znakem je jediný obvod pro řízení celého bloku pixelů - typicky řádky nebo sloupce. Řízení takového displeje bylo jednodušší, avšak docházelo zde k problémům s "duchy" v obraze.

Aktivní
Aktivní displeje disponují trojicí tranzistorů pro každý pixel. Každý z tranzistorů řídí napětí procházející skrze nematický krystal, jak bylo popsáno výše. Aktivní displeje na jednu stranu netrpí "duchy" a mají mnohem ostřejší obraz než jejich předchůdci, na stranu druhou však obsahují podstatně složitější řízení. Díky obrovskému počtu tranzistorů jsou náchylnější k výrobní chybě, a tak vznikají známé mrtvé pixely a nebo subpixely.

LCD podle technologie

MVA
Tato technologie byla vyvinuta v roce 1997 společností Fujitsu a nazývá se Multi-Domain Vertical Aligment. Vyznačuje se vynikajícím jasem a kontrastem, ale také poměrně vysokými pozorovacími úhly (160 stupňů). Jsou zajištěny použitím "výčnělků" (protrusions), které částečně blokují průchod světla. Protože jsou tekuté krystaly natočeny vertikálně, netrvá tak jejich natočení dlouho, díky čemuž je možné zajistit poměrně skvělé doby odezvy při slušných pozorovacích úhlech.

IPS
IPS značí In-Plane Switching (přepínání v ploše), což naznačuje, že elektrody se nacházejí ve stejné (v tomto případě základní) rovině. Tento název jí dala firma Hitachi. Později však byla tato pomalá technologie (průměrně měla 50ms ideální dobu odezvy) nahrazena vylepšenou S-IPS. Tato mírně upravená technologie má velmi dobré výsledky jak v odezvě, tak i při podání barev. U těchto panelů jsou molekuly tekutých krystalů vyrovnané souběžně se základní rovinou. V základním (vypnutém) stavu panel nepropouští světlo, po přivedení napětí se LC krystaly pootočí až o 90 stupňů. Oba krajní stavy jsou tedy mnohem přesnější a lépe definované.

Panely IPS proto vynikají věrnými barvami a širokými pozorovacími úhly. Jelikož elektrody jsou umístěné v jedné (spodní) rovině, zabírají více prostoru než u panelů typu TN nebo MVA, dalším problémem je slabší elektrostatické pole na okrajích buněk, kde se část krystalů plně neotáčí - to ve výsledku způsobuje nižší jas a kontrast těchto panelů.

Obecným problémem IPS je poměrně nízký kontrast (ve skutečnosti je asi 200-400:1), kdy díky plošné konstrukci elektrod není možné dosáhnout dokonale černé barvy. Za denního světla to prakticky nevadí, pokud budete pracovat v zatemněné místnosti, jistě si všimnete, že přes černé plochy prosvítá trochu "zbytkového" světla. Specifickou vlastností panelů S-IPS je, že při pohledu z boku mají tmavé a černé plochy mírně viditelný modrofialový nádech.
Nejde však o tak závažné nedostatky, které by znemožňovaly použití této technologie.

Tato technologie tedy nabízí u displejů z tekutých krystalů nejvěrnější barvy dneška a jedny z nejlepších pozorovacích úhlů, které dosahují až 178 stupňů. Na druhou stranu mají poněkud nižší kontrast a jas, než má MVA. Doba odezvy je velmi dobrá. To, že subpixel nepropouští světlo v klidovém stavu, zmirňuje problém se svítícím pixelem.