Ploché panely mění svět počítačů i elektroniky

Ploché monitory využívající vlastností tzv. tekutých krystalů zažívají právě v současnosti takřka neuvěřiteln...


Ploché monitory využívající vlastností tzv. tekutých krystalů zažívají právě v
současnosti takřka neuvěřitelný rozmach analytici se předhánějí v
optimistických předpovědích o tom, kdy LCD zcela odsunou a nahradí CRT, výrobci
soutěží ve zlepšování jejich parametrů a uživatelé zuřivě hltají tabulky
specifikací, výsledky testů i ceníky prodejců v přesvědčení, že bez LCD už to
dnes zkrátka nejde.
Pokud byste se před pár lety někoho zeptali, jakým způsobem hodlá upgradovat
svůj počítač, pravděpodobně by se odpověď týkala procesoru, paměti, pevného
disku či grafické karty. Dnes však bývá samozřejmostí, že uvedené komponenty
mají i u lacinějších PC takové parametry, s nimiž bez problémů zvládnou svoji
roli pro většinu aplikací, a uživatel se více soustředí často spíše na to, jak
funkcionalitu počítače rozšířit či jak si práci učinit jednodušší a
pohodlnější. A LCD to je svým způsobem luxus, který je dnes ovšem možné pořídit
za přijatelné peníze. Šetří místo na pracovním stole, energii i oči uživatele.

TN a TFT
Zopakujme si nejprve v jednoduchosti některé základní principy používané při
konstrukci plochých panelů s tekutými krystaly. Většina současných displejů je
založena na TFT technologii a klasické struktuře označované jako Twisted
Nematic. Tento přístup byl sice zpočátku kritizován pro ne zcela ideální
parametry (vysoká doba odezvy, malý úhel pohledu), výrobcům se však v průběhu
doby povedlo je vyladit tak, že alespoň novější typy pro většinu běžných
nasazení zcela vyhoví.
Částice tzv. tekutých krystalů jsou umístěny mezi dvěma polarizačními filtry
jedná se o rovnoběžně "drážkované" plochy či vrstvy, přičemž krystaly mají
tendence natáčet se ve směru drážek. Polarizační filtry jsou vzájemně natočeny
tak, že směry jejich drážek svírají úhel 90 ?. V důsledku toho vytvoří krystaly
strukturu, v níž dochází k jejich postupnému natáčení, tzn. zrnka ve vrstvě
nejblíže jednomu filtru jsou natočena ve směru jeho struktury a další vrstvy
jsou postupně pootočeny. Ve vrstvách nejblíže druhému filtru jsou už natočeny
ve směru jeho drážek, takže vůči krystalům polarizovaným prvním filtrem vlastně
svírají opět pravý úhel. Taková struktura pak bývá označována jako Twisted
Nematic (TN).
Vlastností zmíněných filtrů je navíc to, že díky rovnoběžnému systému drážek
propouští pouze světelný tok (vycházející ze zdroje umístěného za TN
strukturou) s rovnoběžně orientovanými vlnami (ve stejném směru jako struktura
filtru). Jestliže jsou pak dva takové filtry vzájemně otočeny o 90 ?, světlo
jimi neprojde. V LCD jsou však mezi polarizačními filtry umístěny tekuté
krystaly, které rovnoběžné paprsky světla vycházející ze zdroje a procházející
prvním filtrem postupně otáčejí až do úhlu 90 ?, takže světelný tok následně
projde i druhým filtrem. Právě takto se TN struktura chová v klidovém stavu,
tedy bez napětí, kdy je zcela propustná.
Po přivedení proudu se krystaly otočí v jeho směru, nedochází tedy k polarizaci
světla, takže je světelný tok prvním filtrem polarizován a druhým zablokován.
To jsou dva krajní stavy takové struktury. Adresací jednotlivých obrazových
bodů je pak určeno, které jsou rozsvíceny a které ne, velikostí proudu lze
regulovat úroveň jasu. Každý pixel je přitom tvořen třemi subpixely v
základních barvách (Red červená, Green zelená a Blue modrá), jejichž kombinací
v různých úrovních jasu lze dosáhnout zhruba 16,7 milionu barevných odstínů. V
současnosti je většina displejů konstruována jako aktivní, což znamená, že
každý obrazový bod (subpixel) je řízen tranzistorem, který reguluje velikost
jím protékajícího proudu (odsud je odvozeno označení TFT, tedy Thin Film
Transistors). To sice na jednu stranu komplikuje výrobu, na straně druhé však
došlo k podstatnému zlepšení parametrů displejů.
Ačkoliv se zatím zdá, že se výrobci snaží vyždímat maximum ze stávajících
technologií, už dlouho se mluví také o možných nástupcích běžné TN technologie
jako IPS (In-Plain Switching) nebo MVA (Multi-Domain Vertical Alignment).

Specifikace a hodnoty
Při výběru LCD displeje jsou uživatelé zpravidla odkázáni na hodnoty parametrů
uváděné výrobcem. Přitom se může v některých případech ukázat, že výrobcem či
prodejcem udávané hodnoty nejsou zcela odpovídající. Důvodem k tomu jsou mimo
jiné i ne zcela přesné specifikace standardu pro měření těchto hodnot, které
předepisuje asociace VESA (Video Electronics Standards Association). Ty v
současnosti umožňují výrobcům dosti velkou volnost například při měření
kontrastu, o tom, že se jimi někteří z výrobců vůbec neřídí nebo neprovádějí
vlastní měření (a uvádějí hodnoty OEM dodavatelů panelů) ani nemluvě.
Hodnoty jasu tak bývají občas zkresleny tím, že nebývají měřeny ve středu
monitoru, totéž platí pro kontrast. Ten bývá měřen ve tmavé místnosti jakožto
poměr hodnot jasu při zcela bílé a zcela černé obrazovce, což navíc v podstatě
neodpovídá běžnému použití.
To je samozřejmě v přímém rozporu s faktem, že obor IT je charakteristický tím,
že se při nákupech často rozhoduje pouze na základě technických specifikací
dodavatele to možná neplatí u domácích uživatelů či obecně jednotlivců, ovšem
ve větších firmách nebo ve státním sektoru tomu tak nezřídka bývá. Naštěstí se
u většiny produktů lze podle specifikací dobře orientovat, ovšem občas je třeba
brát uváděné parametry s rezervou.

Doba odezvy
K zásadním nevýhodám LCD panelů patřily po dlouhou dobu kromě ceny také některé
z jejich parametrů. Týkalo se to zejména úhlu pohledu či doby odezvy. Zejména
druhý z uvedených parametrů prakticky znemožňoval použití LCD např. při
playbacku videa či v herní oblasti. To se však změnilo v průběhu posledních 2-3
let, kdy ploché panely prošly s růstem prodeje a poklesem ceny i výrazným
technologickým zlepšením. Současné LCD displeje už jsou na tom v tomto směru
podstatně lépe, neboť nabízejí dobu odezvy 25 milisekund (což odpovídá 40
snímkům/s) nebo dokonce 16 ms (tedy 60 snímků/s), což už je považováno za onu
magickou hranici pro zobrazení zcela plynulého pohybu u videa či videoher.
Uvedených 16 či 25 ms zpravidla odpovídá času, který je potřebný pro plné
otočení krystalů pixelu z polohy "zhasnut" do "rozsvícen". Aby však mohly být
přesně zobrazeny různé barevné odstíny, jsou krystaly v obrazových bodech
obvykle natáčeny pouze částečně a přepínání mezi těmito stavy, respektive změny
odstínů barev mohou způsobovat i 2krát nebo 3krát delší dobu odezvy než samotné
rozsvícení a zhasnutí pixelu. Jiná doba odezvy tedy bude naměřena, jestliže
vezmeme v úvahu čas přechodu bílá/černá a zpět, jiná pak u kombinace černá/
odstín šedé škály, při zprůměrování různých typů takových měření atd.
Dalším možným problémem je, že první modely displejů s rychlou dobou odezvy
používají relativně jednoduchou TN technologii konstrukce pixelů, která se co
do kvality barev či úhlů pohledu nemůže vyrovnat IPS nebo MDA. Z toho pak
plyne, že v některých případech stojí za to se zamyslet, zda nebude vhodnější
zvolit model, jehož udávaná doba odezvy je vyšší, avšak disponuje lepšími
parametry v jiných směrech.
Společnost LG.Philips chce ještě letos nabízet 16" IPS LCD moduly, zatímco
společnost NEC (Mitsubishi) vyvinula technologii pro LCD s odezvou 12 ms.
Analytická společnost iSupply/Stanford Resources přitom předpokládá, že v
průběhu následujících 2-3 let by se doba odezvy LCD displejů měla dostat pod 7
ms.

Odezva a barvy
Dalším faktorem, který je třeba vzít v úvahu, budete-li se poohlížet po LCD s
nižšími dobami odezvy je zobrazování barev. Běžný LCD monitor obsahuje obrazové
body skládající se ze tří subpixelů v základních barvách RGB. Přitom dnešní LCD
je schopen produkovat 256 odstínů pro každý subpixel, což dohromady dává
možnost zobrazit 16,7 milionu barev. Ovšem některé panely (týká se to některých
z těch, které poskytují dobu odezvy 16 ms) pracují jen s omezeným počtem
odstínů (262 tisíc) právě za účelem dosažení rychlejší doby odezvy. Problémem
je zde především to, že pokud zobrazovaný odstín nepatří mezi základních 262
tisíc, je zobrazen tak, že se střídavě zobrazují dva nejbližší odstíny, čímž je
dosaženo dobrého výsledku z hlediska barev (lidské oko zaznamená pouze
požadovaný odstín), ale doba odezvy samozřejmě nebude oněch 16 ms.
Je však třeba upozornit, že nám zde šlo spíše o vyjasnění určitých, pro některé
uživatele ne zcela zřejmých souvislostí týkajících se udávaných parametrů LCD
displejů. Ve svém důsledku se lepší parametry displejů samozřejmě ve vyšší
kvalitě obrazu projeví a všeobecně se už v bezpočtu testů prokázalo, že LCD
panely, jejichž udávaná doba odezvy dosahuje 25, 20 nebo 16 ms, poskytují
obvykle vyhovující kvalitu i při zobrazení videa či her.

Další parametry
Při výběru LCD je třeba brát v úvahu i další parametry. Patří k nim zejména
úhel pohledu. Pro dosažení čitelnosti displeje z širších úhlů začali firmy
používat nejrůznější povlaky, které zajišťují lepší rozptyl světla. Tímto
způsobem se podařilo dosáhnout velmi dobrých výsledků, neboť některá současná
LCD nabízejí úhly pohledu až 170 ? ve vertikálním i horizontálním směru.
LCD mají svá specifika týkající se rozlišení. Jde především o to, že disponují
pevným počtem obrazových bodů, které poskytují tzv. nativní rozlišení (u 15"
LCD je to typicky 1 024 x 768, u 17" 1 280 x 1 024 pixelů). Je možné použít i
zobrazení v jiném rozlišení, avšak i přesto, že dnešní technologie pro konverzi
obrazu jsou vyspělejší, kvalita obrazu bude vždy nižší.

In-Plain Switching
Ve snaze překonat nedostatky technologií založených na principu Twisted Nematic
pracují výrobci i na vývoji dalších alternativ pro displeje využívající
tekutých krystalů. Mezi ně patří i technologie In-Plain Switching (IPS nebo
také Super TFT), za níž stojí společnosti NEC a Hitachi.
IPS patří mezi vůbec první pokusy, jak modifikovat TN technologii a dosáhnout
lepších výsledků u nejkritičtějších parametrů. V případě TN jsou krystaly
natočeny do TN struktury v pasivním stavu, takže světlo propouštějí, a po
přivedení proudu tok světla zablokují. Naproti tomu u IPS krystaly v pasivním
stavu (bez proudu) takto pootočeny nejsou, takže nedochází k polarizaci světla
a displej (resp. obrazový bod) dokonale zobrazí černou barvu (deep black).
Teprve při průchodu proudu dojde k natočení částic a propuštění světla.
Krystaly jsou přitom stále v horizontální poloze (rovnoběžně s plochou filtru).
Tento přístup vede především ke zlepšení úhlu pohledu díky dokonalejšímu
směrování světla (to je dáno uspořádáním krystalů), nicméně tento problém byl u
moderních TFT displejů prakticky odstraněn použitím speciálních povlaků, s
nimiž lze dosáhnout až uvedených 170 ?. Každý pixel vyžaduje dva tranzistory,
čímž je zakryta větší plocha displeje a je tedy třeba intenzivnější podsvícení
to vše má negativní vliv na dobu odezvy a spotřebu.
Zajímavým "vedlejším" efektem je výhoda způsobená faktem, že obrazový bod je v
pasivním stavu černý. Pokud u běžného displeje dojde k porušení tranzistoru,
vzniká tzv. mrtvý pixel. U TFT to ovšem znamená, že tento obrazový bod trvale
propouští světlo a při zobrazení tmavé plochy jej prakticky nelze přehlédnout.
Mrtvý bod u IPS displeje však zůstane černý, takže jeho existenci v podstatě
nezaznamenáte.

Multi-Domain VA
S myšlenkou, která je základem technologie MVA (Multi-Domain Vertical
Alignment) přišla společnost Fujitsu už v roce 1996. Používá přitom tekuté
krystaly ze speciálního materiálu, které se přirozeně nacházejí ve vertikální
poloze (čímž je myšleno kolmo k substrátu, resp. ploše filtrů). Světlo tak v
případě, že neprotéká proud, opět neprochází a obrazový bod je černý. Proud pak
způsobí jejich natočení do horizontální polohy (podle velikosti proudu částečné
nebo úplné) a dojde k polarizaci a světla. To je vlastně základní princip
technologie VA (Vertical Alignment). Jestliže se však krystaly obrazového bodu
nenacházejí ani ve zcela vertikální poloze (černý pixel), ani v horizontální
(bílý pixel), ale jsou šikmo (všechny stejným směrem), mění se intenzita
propouštěného světla v závislosti na úhlu pohledu pozorovatele.
Technologie Multi-Domain VA řeší tento problém tak, že "buňka" obrazového bodu
je rozdělena do několika částí domén a krystaly se tak při průchodu proudu
natáčejí pod stejným úhlem, ale v různých doménách do různých směrů (čemuž
napomáhá i modifikovaná konstrukce filtrů). Tím je dosaženo toho, že v různých
úhlech pohledu je výsledný jas světla stejný.
MVA je považována za vyhovující kompromis ve všech směrech, neboť poskytuje
velké úhly pohledu, vysoký kontrast i krátkou dobu odezvy cca 25 ms s tím, že
by brzy mohlo být dosaženo i lepších výsledků (10 ms při přechodu černá/bílá).
Na obdobě tohoto principu pracuje pod označením PVA (Patterned Vertical
Alignment) společnost Samsung.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.