www.svethardware.cz
>
>
>

Technologie LCD panelů

Technologie LCD panelů
, , článek
Rok se s rokem sešel a opět přinášíme upravený článek o technologii LCD panelů. Za uplynulý rok se sice neměnily technologie jako takové, ale je zde pár vylepšení v podsvícení, odezvě a gamutu. Proto zde máme aktualizované vydání.



reklama

LCD (Liquid Crystal Display)



Displej z tekutých krystalů, tak zní oficiální překlad dnešních LCDéček. Asi málokdo by jej sice používal, ale je dobré tento pojem znát. Právě slovo "tekutý" je velmi důležité. Je to totiž látka, která má stále krystalickou mřížku a zároveň se chová podobně jako kapalina. Je to tedy mezifáze pevné látky a kapaliny. Objevení tekutého krystalu přisuzujeme třem chemikům Mettenheimer, Virchow a Valentin. Objevení tekutých krystalů na nervových vláknech (látka myelin) před 150 lety je z dnešního hlediska docela průlomové. O tom, jak tekuté krystaly spatřily světlo světa, se můžete dočíst v článku Tekuté krystaly - jak to všechno začalo?


Tekuté krystaly, kam se podíváš



Na začátku tohoto století se začaly masivně rozšiřovat LCD panely, které měly zpočátku víc záporných vlastností než těch kladných. Naštěstí je člověk flexibilní a když viděl displej, co unese v jedné ruce (oproti starým CRT), nechal se touto technologií zlákat a věnoval do ní nemalé finanční prostředky. Dnes se vyrábějí LCD panely nejen k počítačům, ale i v telefonech najdete velmi pokročilé LCD, které na sobě navíc nese dotykovou vrstvu. Ve výsledku se díky prudkému vývoji LCD proměnil pohled na svět. Dnes jsou LCD úplně všude. Jdete si koupit něco do supermarketu? U samoobslužné kasy si namačkáte své zboží na LCD panelu. Chcete zavolat přítelkyni? S největší pravděpodobností koukáte do mobilu s LCD displejem. Čtete tento článek? Ano, i ten je na 90 % zobrazen na LCD monitoru.





TFT (Thin Film Transistor)



Tato zkratka se často zaměňuje se samotnou technologií LCD monitorů. Jde však o obecné označení všech dnešních LCD panelů. Uvádím to hlavně pro přesnost, protože se toto označení objevuje v některých e-shopech, tak aby to někoho nezmátlo. V podstatě jde o nanesení tranzistorů na tenkou vrstvu. Tyto tranzistory již pouze ovládají jednotlivé subpixely, které mají právě určitou výrobní technologii. TFT vrstva je tedy u všech LCD monitorů prakticky stejná.

I přestože má každá technologie velmi odlišné vlastnosti, jsou si ve své podstatě všechny podobné. Všechny využívají tekutý krystal, všechny polarizují světlo a všechny mají své vady. Mezi ty nejznámější patří omezené pozorovací úhly, delší čas na změnu barvy (běžně známý jako odezva) a horší podání černé barvy - z toho také plynoucí nižší kontrast.





Nyní si popíšeme jednotlivé technologie, které se u LCD používají. Na úvod každé si řekneme něco k její historii a pak se podíváme, jak vlastně funguje.

RGB vs. RGBW vs. RGBG



Ve většině dnešních LCD monitorů se setkáte s klasickou RGB mřížkou. V tomto případě se za sebou neustále střídají tři subpixely červený, zelený a modrý (Red, Green, Blue). Z těchto základních tří barev je složena v oku výsledná barva. Tyto subpixely jsou natolik malé, že je oko není schopno obvykle od sebe rozeznat. Jsou zde však výjimky, kdy např. při zobrazení vertikální růžové čáry na některých velkých monitorech s nižším rozlišením (např. 27" s 1920×1080) vznikají dvě čáry vedle sebe. Zkrátka uvidíte červenou a modrou čáru vedle sebe. Pokud se s tím setkáte, tak to není vada, ale vlastnost a rozhodně to nelze vyreklamovat.





Pak je tu takzvaný PenTile uspořádání. Obvykle také označováno jako RGBG. V podstatě jde o jednoduchý princip. Každý druhý subpixel je zelený a má zhruba poloviční velikost oproti ostatním. Za ním následuje vždy modrý nebo červený. Modrý a červený se střídají. Výrobce tím vlastně ušetří, protože nemusí vyrobit tolik subpixelů a ve specifikacích udá plné rozlišení. Samozřejmě to přináší několik nevýhod. Obraz je méně ostrý, protože výsledná barva je složena z 1,5 pixelu místo z 1 pixelu. Také je třeba upravit vyhlazování písma atd. Naštěstí se s touto technologií setkáte jen u mobilních telefonů a některých levnějších tabletů. U monitorů je to téměř tabu.





Poslední variantou je RGBW matice. Ta se začala používat u OLED televizí, kde se díky přidání bílého polymeru zvyšuje jas a prodlužuje životnost obrazu. Ve své podstatě RGB složky zde slouží k obarvení bílého světla. Bílý subpixel tedy určuje jas. Jeho životnost je relativně vysoká a díky tomu prodlužuje životnost celé OLED obrazovky (hlavně tedy modré barvy). Složení RGBW se často spojuje s PenTile, ale nemusí to platit vždy.





TN (Twisted Nematic)



Zpočátku se používaly panely s technologií TN. Ty se vyznačují sice rychlou odezvou a nízkými výrobními náklady, ale jinak ve všech ostatních parametrech zaostávají. Obvykle poskytují pouze 6bitové barvy a zbytek do 16,2mil interpolují pomocí FRC (viz dále). Mají žalostně malé pozorovací úhly, které jsou navíc rozdílné při pohledu ze stran, shora a zdola. Jistě jste někdy viděli notebook s TN panelem, při pohledu zespodu obvykle panel zesvětlá a shora ztmavne. Je to dáno spirálovým natočením krystalů uvnitř každého subpixelu. Pozorovací úhly jsou u TN panelů vylepšovány tzv. filmem a proto se obvykle setkáte s označením TN+Film.

Dnes se TN panely hojně využívají v noteboocích a kancelářských monitorech díky své velmi příznivé ceně. Jejich kvalita barev bohužel bývá velmi tristní, a tak se rozhodně nehodí pro grafiku. I zde ale existují výjimky v podobě některých starší panelů EIZO, které také poskytovaly rozumné barevné podání. Některé firmy se bohužel snaží vyrobit TN monitor s gamutem AdobeRGB, který je sice pěkný, ale v běžných podmínkách málo použitelný a daleko závažnější je barevná odchylka deltaE. A právě ta je obvykle u TN velmi špatná (vysoká).





TN panely si vysloužily své prvenství ve výrobě také díky velmi rychlé odezvě, která je oproti ostatním technologiím lepší, avšak nové e-IPS modely ji téměř dostihují.


Princip



Pokud je krystal v klidovém stavu (není přivedeno napětí na elektrody), tak krystal propouští světlo. To se může na první pohled zdát jako výhoda (nižší spotřeba při zobrazení světlých barev), opak je ovšem pravdou. Ono elektrické pole je velmi malé a netvoří prakticky žádné škody na vašem účtu za energii. Problém nastane hlavně ve chvíli, kdy se něco špatného stane s pixelem resp. subpixelem. V tom případě se jedná o tzv. mrtvý pixel/subpixel. Takový pixel neustále svítí a působí při práci rušivě. Tímto neduhem ostatní technologie netrpí.

Pokud tedy chceme zobrazit černou resp. tmavou barvu, musíme na dvojici elektrod umístěných na opačných koncích krystalu přivést napětí. To zapříčiní postupné šroubovité stočení molekul uvnitř krystalu a zastaví se proud světla. Princip vidíte na následujícím krátkém videu, které znázorňuje postupné rozsvícení tří různě barevných subpixelů.



VA (Vertical Alignment)



Technologie VA bez dalšího písmenka (zkratky) vpředu vlastně neexistuje. První se objevila technologie MVA, neboli Multi-domain Vertical Alignment, a to v roce 1998 na popud drahé technologie IPS a naopak nedokonalé technologie TN. Fujitsu se snažilo vyrobit LCD, které bude mít dobré vlastnosti a zároveň bude levné. To se ve své podstatě i povedlo. Protože technologie VA obecně se i dnes velmi hojně využívá a stále platí, že VA je výrazně lepší než TN (hlavně v barvách a pozorovacích úhlech), ale stále nedosahuje kvalit IPS. Od technologie MVA se postupně odštěpily i její další varianty.

Firma AU Optronics přišla s P-MVA (Premium Multidomain Vertical Alignment) a A-MVA (Advanced ...). Ty obecně vylepšily kontrast a nasazovaly OverDrive (viz níže). Také A-MVA přišla s lepším podáním barev a lepšími pozorovacími úhly. Je třeba si však uvědomit, že daná technologie jde jen lehce vylepšovat a nelze jí vylepšit natolik, aby dosáhla kvalit jiné. A protože se LCD s VA začaly prosazovat čím dál tím více, vstoupil do hry i další hráč, Chi-Mei Optoelectronics se svým S-MVA.

Nezávisle na MVA se do hry vložili i Samsung a Sony. Své dítko pojmenovali jednoduše PVA (Paternet Vertical Alignment) a jeho odnož S-PVA. Panely PVA jsou oproti MVA lepší v pozorovacích úhlech (rozdíl však není tak markantní jako u TV vs. MVA) a mají lepší kontrast i zobrazení černé barvy. Velmi důležitým rozdílem je fakt, že S-PVA je rozdělen do dvou oddělených zón (každá zóna má 4 domény) a intenzita jasu se reguluje výrazně lépe. Pokud má pixel zobrazit např. 50% šedou, tak ve své podstatě pouze vypne jednu zónu a druhou nechá na 100 %. V praxi to vypadá tak, že nejdříve začne slábnout intenzita uprostřed daného subpixelu a na okrajích stále svítí naplno. Až překoná hranici cca 50 % (obě zóny nemusí být zcela ve stejném plošném poměru), dojde k postupnému pohasínání i krajních částí. Názorně to můžete vidět na následující animaci (pro přehlednost je pozadí bílé, ve skutečnosti však je samozřejmě černé). První frame znázorňuje stav, kdy červený subpixel svítí na 100% (pro upřesnění nesvítí, ale na 100 % propouští světlo). Druhý propouští na 75 %, další na 50 %, 25 % a poslední je subppixel vypnutý.




Regulace jasu subpixelu S-PVA


Varianta PVA (bez S) byla vyvinuta jako levnější odnož S-PVA, často proto používá pouze 6bitové barvy s FRC. Naopak S-PVA jsou panely zaměřené od mid po hi segment. Objevíme je v běžných kancelářských monitorech Samsung, ale i např. v 12bitových monitorech EIZO. V dněšní době však technologie VA ustupuje a je často nahrazována e-IPS. Ta se totiž jeví pro masové nasazení jako nejvýhodnější.




Subpixely S-PVA na makro fotce (Dell 2405FPw)


Samsung v roce 2009 přišel s cPVA panely. Ty jsou jakousi obměnou e-IPS (viz dále). Jde tedy o ekonomickou variantu. Pixel již není rozdělen do dvou zón, ale Samsung se vrátil k jedné o čtyřech doménách. Regulace jasu subpixelu je tedy již opět po celé jeho ploše současně. Subpixely mají však menší rozestupy a tudíž lepší využití plochy. Tím se lehce vylepšil kontrast a jas. Bohužel u velké většiny z nich se vyskytují 6bitové barvy s FRC.


Princip



Oproti technologii TN se molekuly v krystalech nestáčejí do šroubovice. Jsou totiž uspořádány stromečkově a při rozsvicování dochází k jejich otevírání. Každý subpixel je rozdělen obvykle do 4 domén (proto se molekuly natáčí stromečkovitě). U S-PVA do dvou zón, každá s čtyřmi doménami. Navíc pixel ve vypnutém stavu nesvítí (nepropouští světlo), tím pádem při nějaké chybě mrtvý subpixel nesvítí, ale je černý. To je výrazně méně rušivé a ve výsledku si takového pixelu popř. subpixelu ani nevšimnete. Na následujícím videu opět vidíte princip fungování jednoho pixelu.



IPS (In Plane Switching)



Technologii IPS vyvinula společnost Hitachi v roce 1996 a původně byla označována jako Super TFT - tedy Super Thin Film Tranzistor a vlastně neudávala technologii jako takovou. Až později (1998) přišla technologie S-IPS a opět ji vyvinula Hitachi. LG Display ji začalo vyrábět až v roce 2001. Tato technologie přinesla hlavně lepší odezvu. V roce 2002 přišlo vylepšené AS-IPS, které přineslo výrazně lepší kontrast a dohnalo tak v té době S-PVA. Také se posunuly barvy k lepšímu (tedy přesněji gamut se rozšířil). AS-IPS proslavila monitor NEC 20WGX2, který byl ve své době jako dar z nebes.

O další dva roky později přišel IPS-Pro s ještě lepším kontrastem. Poté se již vylepšování stávající technologie ujmula firma LG. V roce 2007 přišla s H-IPS (neboli s Horizontal - In Plane Switching). Trochu to zavání změnou otáčení pixelu, ale princip je více prostý. Subpixely již nemají tradiční IPS tvar rohlíčku, ale jsou více obdélníkové. Díky tomu se zvýšila propustnost světla a tím i kontrast. Zhruba ve stejné době se objevil derivát e-IPS, který je jakousi ekonomickou variantou H-IPS (někdy je proto označován také jako AH-IPS). Panely e-IPS mají nižší pozorovací úhly a hlavně obvykle mají pouze 6bitové barvy. To sice technologii jako takovou výrazně omezuje pro grafické použití, na druhou stranu se může díky velmi příznivé ceně stát, že e-IPS nahradí zcela nedostačující TN panely i v kancelářích.

Následně na to se objevily UH-IPS (Ultra Horizontal In Plane Switching) a H2-IPS. V podstatě jde jen o jakousi evoluci H-IPS. Poskytují o 18 % lepší využití plochy a tím i lepší kontrast a jas. Potažmo lze snížit spotřebu (menší intenzita podsvětlovacích trubic). Další zástupce IPS je S-IPS 2. Opět se vrátil k rohlíčkovému tvaru subpixelů, ale zvýšil využití plochy o dalších 11,6 %. S tím souvisí opět snížení energetické náročnosti a lepšího kontrastu či jasu.





Na obrázku vidíte tvar jednotlivých subpixelů. Pokud si tedy nejste jistí technologií svého IPS panelu, přes lupu to zjistíte.

Další evolucí byl příchod P-IPS (Performance In Plane Switching). Panel opět nese nový obdélníkový tvar subpixelu - stejně jako (U)H-IPS. S těmi se však moc často nesetkáme. Jsou to totiž panely s 10bitovými odstíny na jeden barevný kanál (30 bitů celkově). Ve výsledku takový monitor dokáže zobrazit 1,07 miliard barev. Na první pohled se to může zdát jako zbytečné, ale např. pro zobrazování rentgenů se 1024 odstínů šedi může hodit. Bohužel 10 bitů je často dosaženo pomocí 8 bitů s FRC. Jde tedy obvykle o klasický 8bitový panel s lepší elektronikou. Nic víc, nic míň. Pokud to vezmeme do důsledku, tak 10bitový panel běžný smrtelník ani nemá šanci využít (máte zapnuté Aero? -> Nemůžete mít 10 bitů).


Princip



Opět si popíšeme princip fungování IPS obecně (tedy S-IPS, AS-IPS apod.). Pokud jsou krystaly v každém subpixelu v klidovém stavu (nepřivedeno napětí), tak nepropouští světlo. S tím je spojena i výhoda mrtvého pixelu, který nesvítí. V tomto stavu jsou uspořádány molekuly v krystalu do jedné roviny. Jejich natočením o 90 stupňů se zajistí propustnost světla. Ono otočení je realizováno elektrickým polem, které je vytvořeno dvojicí elektrod v zadní části subpixelu. Jakmile začne krystal propouštět světlo, nebrání nic v jeho polarizaci a zobrazení určité barvy. Vše je znázorněno na následující animaci:



PLS (Plane to Line Switching)



Technologie PLS je v podstatě založená na IPS. Pouze se chtěl Samsung odprostit od svých PVA panelů, které sice poskytují již vyrovnané výsledky, ale IPS (vyrábějící LG-Philips) má pořád výrazně lepší podání barev. Pro profesionální účely měl tedy Samsung trochu díru ve svém portfoliu. Samsung také rovnou přeskočil prosté označení PLS a vrhnul se rovnou na jeho odvozenou variantu S-PLS. Opět jde nejspíše o marketingový tah, protože S-IPS jsou nejznámější a deriváty v podobě H-IPS se v běžné mluvě již tak často nepoužívají. Protože je PLS technologie relativně nová, neexistuje zatím mnoho informací a praktických testů. Zatím to však vypadá, že PLS poskytuje trochu lepší kontrast oproti H-IPS. Také se mluví o nižších výrobních nákladech a nižší spotřebě (to je obvykle způsobeno lepším prostupem světla pixelem, resp. lepším využití průchozích oblastí). Samsung tedy dnes již okupuje vlastně celý segment trhu s LCD panely.





Princip



Samotný princip je stejný jako u IPS panelů, a tak si jen znovu spusťte předchozí animaci.


IGZO jako technologie? Nikoli!






Nedávno se začala používat zkratka IGZO v souvislosti s "novou technologií LCD". Bohužel zde opět zapracoval marketing a IGZO není totiž technologie jako je IPS, TN či VA. Jde pouze o naazení jiného materiálu (IGZO=Indium gallium zinc oxide) pro ovládání samotných tekutých krystalů. Tento materiál však poskytuje několik výhod. První je menší energetická náročnost. Je to dáno tím, že IGZO nepotřebuje na své stavy udržovací napětí. Stačí pouze pulz pro změnění stavu z 0 na 1 apod. Díky tomu se sníží příkon LCD nebo OLED. Je tu také možnost vyrobit menší tranzistor a díky tomu mohou monitory a televize s IGZO materiálem mí vyšší rozlišení při zachování stejné velikosti. Také mohou propouštět více světla a tak se sníží i příkon do LED podsvícení.

V neposlední řadě tu je rychlejší reakční doba tranzistorů na bázi IGZO. Teoreticky tedy může dojít ke zlepšení odezvy samotných monitorů. I když do odezvy také vstupuje rychlost samotných krystalů. Řízení technologie OverDrive však může být daleko přesnější a čistější.


a-Si a Poly-Si výrobní technologie?



Hodně lidí si myslí, že A-Si je výrobní technologie, je to však pouze výrobní proces, respektive udává, z jakého materiálu je obrazovka vyrobena. A-Si je nekrystalický křemík, zatímco poly-Si je polykrystalický křemík. Neudává tedy výrobní technologii, ovšem z praxe vím, že pokud výrobce uvede A-Si, je to obvykle klasická TN matrice. A-Si je levnější na výrobu, a proto se převážně používá v těch levnějších obrazovkách jako TN. Poly-Si se používá u VA obrazovek a IPS.
Nejpopulárnější LCD monitory
reklama
Nejnovější články
Ukradené BMW zamklo zloděje, musel počkat na policii Ukradené BMW zamklo zloděje, musel počkat na policii
Dnes jsou auta tak prošpikována elektronikou, že to člověku může přinést nejedno překvapení. Poněkud nepříjemné bylo pro jednoho amerického lupiče, který byl autem zamčen vevnitř do příjezdu policie.
Včera,  aktualita, Milan Šurkala,  3 komentáře
Týdenní šance s HyperX (5.12. - 11.12.) Týdenní šance s HyperX (5.12. - 11.12.)
Chcete získat hodnotnou cenu za zodpovězení 1 otázky? Taková je naše Týdenní šance, tentokrát se značkou HyperX. Odpovězte do 11.12. na soutěžní otázku a zařaďte se do slosování o herní headset a podložku pod myš HyperX.
Včera,  soutěž, Karel Polívka
Chystá se nový MechWarrior na rok 2018 Chystá se nový MechWarrior na rok 2018
Mech_Con 2016 o tomto týdnu přinesl oznámení, že Piranha Games připravují na rok 2018 novou hru echWarrior 5: Mercenaries. Už se můžeme podívat na sedmiminutové video z pre-alfa verze, které ukrývá záběry ze samotné hry.
Včera,  aktualita, Jan Vítek
Další test Core i7-7700K, tentokrát na Hexus.net Další test Core i7-7700K, tentokrát na Hexus.net
Server Tom's Hardware se minulý týden rozhodl přinést test procesoru Core i7-7700K z generace Kaby Lake, ačkoliv jej Intel ještě zdaleka ani nepředstavil. Nyní jej následuje další anglicky píšící server, a to Hexus.net.
Včera,  aktualita, Jan Vítek
Intel chystá nová NUC s Apollo Lake Intel chystá nová NUC s Apollo Lake
Na trhu se již běžně prodává nová generace počítačů ve stylu NUC, která je založena na procesorech Kaby Lake. Nyní jde ale o low-endovou platformu Apollo Lake, která i mezi NUC nahradí staré Braswell.
Včera,  aktualita, Jan Vítek