LED podsvícení - revoluce v LCD?

19. 4. 2006 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Jakub Pavlis

Na trhu se již objevily první TFT displeje s podsvícením realizovaným pomocí vysoce svítivých diod namísto katodových trubic. Zatím je najdeme jenom v několika stylových noteboocích; proč je této technologii prorokována tak zářivá budoucnost a jak vlastně funguje se dočtete v dnešním článku.

Jak vlastně LCD funguje?
Samotný panel tekutých krystalů (Liquid Crystals) se skládá ze dvou polarizačních desek navzájem k sobě natočených o 90º, mezera mezi nimi je pak naplněna právě tekutými krystaly. Bez proudu jsou krystaly orientovány tak, že světlo také pootočí, takže projde oběma filtry. Pokud ovšem do krystalického pole pustíme proud, krystaly se orientují podle průtoku proudu a displej se stane neprůhledným. Podle velikosti proudu jsme schopni průhlednost korigovat, obvykle v 256 krocích – a máme černobílý displej s 256 odstíny šedi (hloubka 8 bitů).

Přidejme technologii TFT (Thin Film Transistor), která pro každý pixel má zvláštní transistor (u barevných LCD tři), kterým řídí natáčení krystalu. U barevných displejů je navíc každý pixel rozdělen na tři subpixely, z nichž každý má vlastní barevný filtr – červený, zelený a modrý (RGB formát – podle anglických iniciál). Smíšením těchto základních barev v různé intenzitě dostaneme jakoukoli barvu kromě černé, ta vznikne úplným uzavřením krystalů, takže světlo nemůže proudit skrz daný pixel.

O podsvícení displeje, tedy o světlo za panelem s krystaly, se stará takzvaný světlovodič - materiál s velikou vodivostí světla. Světlo samotné generuje jedna (či u lepších displejů dvě) lampy na dolním (příp. i horním) kraji displeje.

Světlovodič.

U displejů v zásadě rozeznáváme dvě skupiny vlastností, které předurčují monitory k jejich použití. Jednak to je reakční doba a pozorovací úhly displeje. Druhou skupinou jsou vlastnosti související s charakterem světla – jas a sytost barev a také jejich věrnost. Pro uživatele notebooků pak hraje obrovskou roli také spotřeba energie – činí až třetinu příkonu přístroje.

Nejprve k reakční rychlosti. Jde o údaj, který nám říká, za jak dlouho je schopen pixel změnit svou barvu z černé na bílou nebo naopak. Obvykle platí, že čím vyšší reakční doba, tím je barevné podání problematičtější. Velmi rychlé obrazovky využijí především hráči akčních her s vysokými nároky na FPS (snímky za sekundu). K tomu je potřeba i velmi výkonná grafická karta, a tak mezi uživateli notebooků těchto hráčů příliš není. Přesto přijatelné rychlosti – určitě pod 12 ms – využití najdou, například se zbavíte „duchů“ během přehrávání filmů nebo se nebudou „mazat“ písmenka při rolování dokumenty. Pozorovací úhly jsou dány technologií výroby polarizačních filtrů a poměrem stran pixelů.

Schéma složení diody.

Kde se projeví technologie podsvícení?
U pozorovacích úhlů žádný benefit z použití LED nenajdeme. U obou dalších hledisek je tomu však úplně jinak. Jak je zřejmé z úvodních odstavců, aby barevný LCD vůbec fungoval, musí za ním zářit světlo, celá konstrukce krystalů funguje v podstatě jen jako filtr. Dnes se většinou o toto podsvícení starají CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp), což jsou v podstatě „zářivky“ vyzařující UV světlo, které je na fluorescenční vrstvě přeměněno na viditelné bílé světlo. To je pomocí tekutých krystalů a barevných filtrů rozloženo na jednotlivé barvy.

Zde je první problém – teplota světla (v podstatě jeho vlnová charakteristika) je pevně určena fluorescenční vrstvou a nelze s ní už nic podstatného dělat. Dalšími problémy jsou velikost trubice – nelze zužovat do nekonečna, navíc pro opravdu kvalitní podsvícení je vhodné používat co nejvíce trubic (u notebooků často jen dvě, u stolních variant obvykle čtyři, ale profesionální monitory jich mohou mít až 14), CCFL potřebuje poměrně vysoké buzení (cca 300 V, první zášleh až 5 kV!), je relativně křehká a vinou sloučenin rtuti používaných k výrobě také značně neekologická.

Podsvětlení diodami je výhodnější téměř ve všem. Předně, světlo v diodě je tvořeno tzv. elektroluminiscencí – když polovodičem prochází proud v propustném směru, dioda emituje úzké spektrum světla – barva záleží na použitém materiálu polovodiče. Kromě toho diody pracují s velmi malým napětím (max. do 3 V) a velmi malými proudy. Z toho plyne první výhoda – diody jsou velmi energeticky šetrné – zatím co obvyklá spotřeba CCFL displejů se pohybuje kolem 8 – 10 W, u diodového podsvícení první generace je to cca 5,5 W.

Bílá, nebo rovnou RGB?
Přestože je pro podsvícení často využíváno jednoduchého systému bílých diod, přišli v poslední době vývojáři s lepším řešením. Možná si ještě z hodin fyziky na ZŠ pamatujete, že smíšením základních barev světla dostaneme barvu bílou (ale ve výtvarné výchově to nefunguje:-) ). Ovšem není bílá jako bílá, protože směšováním světla pokryjeme mnohem širší barevné spektrum. To má jen jeden následek – barvy jsou mnohem sytější a věrnější. V profesionální sféře se používá termín gamut právě pro šířku a hloubku zobrazitelného světla – průmyslovým standardem je Adobe RGB (ano, od společnosti, kterou znáte z Acrobatu), udává se v procentech. Zatímco CCFL displeje se pohybují do 75%, CRT monitory zvládaly až 85%. Barevné diody díky skládanému spektru dosáhly na 105%!

Princip podsvětlení RGB diodami.

Dalším bonusem skládání spektra ze tří diod (RGB) je možnost mnohem výrazněji korigovat teplotu světla bez zvyšování či snižování jasu.

Poslední výhodou, kterou zmíním, jsou rozměry displeje, především jeho hloubka. Jak už jsme zmiňovali v prvních informacích, firma Sony dokázala snížit tloušťku světlovodivého panelu u LED podsvícení z 2mm na 0.6mm. Podle dalších údajů tak došlo k snížení hmotnosti displeje o 100 gr.

Největší nevýhodou LED podsvícení tak zůstává jeho cena. Naštěstí velmi rychle klesá, v době uvedení jednoho z prvních LED podsvícených LCD monitorů pro grafické profesionály, v srpnu minulého roku, byla cena 21‘‘ přístroje více než 200 000 Kč vč. DPH. Dnes se cena pohybuje kolem 50 000 Kč. V noteboocích vyšší třídy dostanete LED podsvícení ještě mnohem laciněji : celé Sony Vaio SZ stojí kolem 76 000 Kč vč. DPH, dále se s LED podsvícením můžete setkat i v noteboocích Toshiba Libretto U100 a Fujitsu T70.

Zdá se, že LED technologie podsvícení může snadno slavit úspěch – sériová výroba rychle stlačí náklady a výhod je tolik, že poptávka jistě bude růst velmi strmě. A mohu říct, že i já budu patřit k jejím fandům.