Obrazovky notebooků - část 2: technologie

20. 10. 2010 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Bořek Kuzník

V minulém článku jsme se podívali na LCD monitory z hlediska jejich parametrů a vlastností, které jsou důležité pro každého uživatele. Dnes se zaměříme na jednotlivé technologie, jež můžeme najít v LCD monitorech dnešních počítačů a představíme si také některé monitory na bázi jiné než klasické LCD.

Na začátek by bylo důležité si ujasnit, jak vůbec technologie zobrazování pomocí tekutých krystalů (LCD – liquid crystal display) funguje. Tekuté krystaly jsou látky, které kromě tekutého a pevného skupenství umí setrvat také v kapalné a krystalické fázi. V této fázi jsou však tekuté, přičemž zachovávají optické a elektromagnetické vlastnosti pevných látek. V technologii LCD je využito dvou jevů:

• změnou orientace jejich molekul dochází k polarizací světla, které jimi prochází.

• po vložení krystalů do elektrického pole jejich molekuly snadno utvoří dipóly, což znamená , že jejich jedna strana má kladný a druhá záporný elektrický náboj. Takže v elektrickém poli mají snahu se natáčet dle své orientace.

Pokud vezmeme krystal a vložíme ho do elektrického pole, můžeme docílit natočení jeho molekul a pozměnění struktury. K tomuto ovládání krystalu je použit u LCD krystalu tranzistor, který reguluje napětí každého zobrazovacího bodu a tím si jej nastaví do požadovaného stavu, při němž je průchodem světla dosaženo žádoucí polarizace.

Základní zobrazovací jednotkou je pixel, který se u LCD obrazovek skládá ze subpixelů, kterých je v každém pixelu po třech. Tento počet je logický, jelikož obraz standardně tvoříme kombinaci RGB barev (červena, modrá a zelená). Kombinací natočení těchto subpixelů docílíme „namíchání“ požadovaného odstínu.

Jako poslední části každého pixelu jsou polarizační filtry pro každou barvu, které nám pomáhají odfiltrovat barvu, která není žádoucí, tudíž není problém nechat projít třeba jen červenou barvu. Tyto filtry jsou umístěny mezi zdrojem podsvětlení a vstupem světla do krystalu.

Pojďme se nyní podívat na jednotlivé typy panelů. Nejstarším panelem dnes používaným je panel s TN technologií.

Tato technologie je hojně rozšířena mezi notebooky, jelikož je relativně levná a poskytuje dobrou odezvu. Základem takového displeje byl obdélníkový pixel, takže je jasné, že pozorovací úhel byl lepší ve vertikální poloze. Dnes již valná většina panelů používá pixel čtvercový, což by mělo zaručit stejné pozorovací úhly. Bohužel u této technologie obraz při pohledu z hora obraz světlá a při pohledu z dola zase tmavne. Výrobci udávají úhel do kontrastu 5:1, avšak bez reflexe na změnu barev, tudíž už při pohledu z úhlu 45° může být obraz horší než v maximálním úhlu.

Co se týče barev, tak bohužel ani zde tyto panely neoslní, jelikož jsou často pouze 6ti bitové s ditheringem (tzn. LCD umí nativně zobrazit pouze 262 tisíc barev, lidské oko jich přitom rozpozná cca 10 miliónů). Navíc pro to, aby pixel zhasl, potřebuje napětí – takže při poruše zůstane trvale rozsvícený.

Na obrázku vidíme, jak takový monitor pracuje. Světlo vstupuje do pixelu přes barevný filtr, následně projde přes horizontální filtr do krystalu, na který není přivedeno napětí. Krystal je stočen do šroubovice, tudíž světlo je propuštěno i následujícím vertikálním filtrem a dostává se „ven“. Jakmile obvod sepneme, elektromagnetické pole narovná molekuly krystalu a světlo bude zablokováno vertikálním filtrem.

Teď víme, jak přesně takový monitor pracuje, takže není problém si uvědomit úskalí této konstrukce:

• slabé pozorovací úhly i u čtvercových pixelů (hlavně horizontální)

• složité uspořádání molekul do šroubovice má za následek vysoké nepřesnosti ve výrobě, takže ne všemi pixely prochází stejné množství světla, proto není barevné podání moc dobré

• složité a dlouhé přeskupování molekul ze šroubovice má za následek fyzikální bariéry v době odezvy

• maximální kontrast může být až 800:1, výjimečně až 2000:1

Jako další přišla technologie MVA (Multi-Domain Vertical Alignment). Tato technologie vylepšila kontrast, reakční dobu a navíc odstranila syndrom mrtvého svítícího pixelu. Zde je hlavní rozdíl v tom, že jednotlivé pixely jsou naprosto symetrické a jejich vnitřní uspořádání molekul mění stav z uspořádání do „stromečku“ až po přivedení napětí a to tak, že se jen rozevřou o pár stupňů. Nejlépe je to patrné na spodním obrázku (jde o pohled ze strany, pixel je čtvercový, takže domény jsou 4 a ne jen 2).

Tato technologie je výhodné zejména díky velmi rychlé odezvě, dobrému podání barev a kontrast může dosáhnout až 1000:1.

Souběžně s touto technologií (kterou vyvinula firma Fujitsu) přišla společnost Samsung s technologií PVA, která je ovšem velmi podobná. Sám Samsung neuvedl jediný rozdíl, takže se tyto technologie dnes považují za shodné.

Dnes hojně užívané panely nesou označení Prem.MVA, výrobcem je čínská AU Optronics. Tyto panely se vyznačují velice vyrovnanou dobou odezvy a kontrastem kolem 1000:1. Bohužel barevné podání je spíše průměrné, jelikož některé modely používají pouze 6 bitů.

Ještě se můžeme setkat s označením S-MVA. Tyto panely mají stejné vlastnosti jako Prem.MVA panely, pouze je vyrábí společnost Chi Mei Optoelectronics.

Konkurenční řešení společnosti Samsung nese označení S-PVA a podporuje již 8-bitové barvy. Jako další vylepšení zmíním zvýšení počtu domén na 8 a tím zvětšení pozorovacích úhlů až skoro k 180° (při kontrastu 5:1). Dále tato vylepšení pomohla zvýšit kontrast na 1200:1 a výrazně zlepšit odezvu.

Jako poslední si můžeme ještě zmínit technologii A-MVA, která je nejmladší a její rozšíření není moc velké. Jde o vylepšenou Prem.MVA (8 domén), takže by měl být konkurenční pro S-MVA panely a jejich obrazové podání by mělo být velice podobné.

Když si tuto technologii shrneme, tak jako výhodu můžeme poznamenat dostatečné pozorovací úhly, dobrou odezvu, vysoký kontrast a u S-PVA dobré podání barev. Naopak starší technologie barvou moc neoslní (6-bit).

Poslední zajímavou a perspektivní technologií je technologie IPS (In-Plane Switching). Tato technologie byly vyvinutá firmou Hitachi a brzy byla nahrazena technologií S-IPS, která má velmi dobré výsledky jak v odezvě, tak hlavně v podání barev, díky kterému je předurčena do monitorů pro DTP studia a pro jiné aplikace, kde je podání barev důležité. Velkou výhodou jsou také vysoké pozorovací úhly (jen u černé barvy to není úplně nejlepší, ale pořád nadprůměrné). Mezi nevýhodami je nutno zmínit nutnost silnějšího podsvícení, jelikož molekuly krystalů nejdále od elektrod nejsou úplně natočeny a propouští méně světla. Navíc elektrody zabírají více místa, takže jsou samotné pixely nepatrně menší a může být lehounce vidět rastr. Žádná z těchto vad není však nikterak výrazná, aby znemožnila užití displeje i v klasických aplikacích.

Princip činnosti je velmi jednoduchý. Molekuly krystalů jsou uspořádány v klidu do jedné roviny a přes polarizační filtr subpixel světlo nepropouští. Po sepnutí okruhu a přivedení napětí se molekuly otočí o 90° a subpixel již světlo propouští.

Jako nejnovější technologii v této oblasti můžeme zmínit AS-IPS. Jedná se o vylepšenou S-IPS technologii, která nyní zvládne kontrast až 1600:1. Je to dáno díky vylepšení závěrného stavu a menšímu propouštění světla. Další výhodou je zrychlená odezva, která je navíc stejně rychlá ve všech odstínech. Bohužel zatím není moc příznivá cena, která tuto technologii posouvá do oblasti profi zařízení.

Toto byl stručný popis nejrozšířenějších technologií v oblasti LCD monitorů. Jako další zobrazovací zařízení bych uvedl OLED displej, který se v současnosti začal hojně využívat u malých přenosných zařízení a není vyloučeno, že se do budoucna objeví v nějakém větším provedení (bohužel zatím je cenově nedostupný). OLED znamená Organic Light Emitting Diode, což je defakto obyčejná LED (dioda) vyrobena z organického materiálu. Není už nic jednoduššího, než takovou diodku natisknout na základní materiál ve třech barvách (RGB) v dostatečně malém rozměru tak, aby nám vznikl jeden pixel. Je to jednoduše řečeno, ale pro představu funkce to bohatě stačí. Tato technologie má výhodu v tom, že je možné nanést takto diodky i na materiál průhledný, zrcadlivý nebo s jinými vlastnostmi a dokud nepřivedeme žádné napětí, tak budou diody zhaslé. Z předcházejících řádků je jasně patrné, že takový display zobrazí černou jako skutečně černou a má skoro nekonečný kontrast.

Displej má navíc výhodu nízké spotřeby energie, velice malé rozměry a možnost tvořit displeje ohebné atd…

Co se týká barevného podání tak je na daleko lepší úrovni, než můžeme vidět u normálních LCD monitorů a při přímém porovnání je to patrné na první pohled. Barvy jsou dynamičtější a živější.

Tato technologie má v sobě velký potenciál a jedinou jeho nevýhodou je jeho životnost, která není nijak oslnivá. Sony u jedné své OLED TV udává kolem 30 000 hodin, ale v praxi toto číslo může být až poloviční. Ovšem s postupným vývojem dnes OLED vylepšuje i svou životnost a ta se v praxi již blíží 50 000 hodin s tím, že se snižují zároveň náklady, takže bychom již OLED monitory mohli brzy začít potkávat v dostupných cenách.

Po technologii OLED tady máme ještě AMOLED a Super AMOLED, které dále ještě vylepšují samotný obraz a parametry obrazu. Jejich odlišnosti jsou spíše kosmetické.

V tomto článku jsme si tedy shrnuly základní technologie používané u zobrazovacích zařízení. Velkou budoucnost vidím u notebooků v použití OLED displejů, jelikož výrazně vylepší kvalitu a zároveň sníží spotřebu (u mobilních telefonů se osvědčily více než dobře). Pokud by se tato technologie zkombinovala s technologií žlutého pixelu (ke klasické RGB je přidán ještě žlutý subpixel-RGBY), kterou teď představila společnost SHARP, tak si myslím, že by zobrazovací zařízení dostalo doslova nový rozměr.

Na závěr přikládám pro zajímavost fotografii notebooků s plazmovou obrazovkou, které se dříve také používaly . Tyto obrazovky byly ale vytlačeny právě LCD kvůli vysoké spotřebě a složitosti.