Technologie LCD panelů

V první části si povíme něco o tom, co přesně vyjadřují technické specifikace udávané výrobci a ty, které najdete v cenících. Říkají nám výrobci pravdu?

Oč se jedná: doba odezvy udává čas, za který se dokáže změnit pixel z černé barvy na bílou a zpět na černou. Pokud jste se setkali s přívlastkem "rise" či "fall", tak vězte, že "rise" udává dobu potřebnou pro rozsvícení bodu do bílé barvy a "fall" naopak pro zhasnutí do černé. Celková doba odezvy je v tomto případě rovna součtu obou hodnot. Nižší hodnota tak udává lepší výsledek, tedy teoreticky. Proč teoreticky? Protože tato doba je idealizovaná a v praxi se až tolik nevyskytuje. Přece jen změna z černé (v RGB[0,0,0]) na bílou [255,255,255] se vyskytuje snad jen při psaní textových dokumentů. Daleko častěji je změna z jednoho odstínu do druhého. A právě proto se v dnešní době hledí převážně na hodnotu "grey to grey", neboli šedá-šedá, která udává změnu z tmavě šedé (např. [32,32,32]) do světle šedé [128,128,128] a zpět. Výrobci se v poslední době zaměřují právě na tuto odezvu a je udávána ve specifikacích daného výrobku. Dříve byla udávána odezva součtová (tedy "rise" + "fall"), právě z těchto důvodu se odezva marketingově výrazně zlepšila zhruba kolem roku 2006.

Je zde však další problém. Odezva, kterou udávají výrobci, je pouze jedna jimi vybraná - tzn. nejlepší, která se u panelu vyskytuje. Výrobce si zvolí např. změnu [50,50,50] na [175,175,175], a tu uvede na letáku. Jiné změny však mohou být daleko delší (to platí především u technologie TN) a např. změna [100,100,100] na [150,150,150] může být i 5násobně delší. Z panelu, který má udávanou hodnotu např 8 ms, se vám rázem stane panel s ošklivými 48 ms, a to je doba dlouhá jak týden před výplatou. A proč je tato doba delší, když pixel musí "urazit" kratší cestu k vytoužené barvě? Je to způsobeno tím, že tekuté krystaly jsou jak na začátku tak na konci cyklu již v elektrickém poli a rozdíl napětí je daleko menší. Laicky by se dalo říci, že krystal nemá tolik "šťávy" pro změnu své orientace.

K urychlení této odezvy je nejčastěji použita technologie OverDrive. Jak tato technologie pracuje? Aby se krystal rychleji natočil, pustí do něj elektronika po velmi krátkou dobu výrazně vyšší napětí, než které je požadováno pro finální natočení. Poté je toto vyšší napětí sníženo na požadovanou hodnotu a pixel se buď dotočí do správné polohy, nebo se v horším případě vrátí do požadované hodnoty. Jak taková odezva vypadá v praxi?

Na předchozím obrázku vidíte typický průběh odezvy s technologií OverDrive. Levá část zvýrazněná červenou barvou je odezva "rise", pravá označená zelenou je "fall". Všimněte si u odezvy "rise" překmitu, který je způsoben právě tím, že elektronika do pixelu dodává vyšší napětí po příliš dlouhou dobu a krystal se přetočí nad požadovanou hodnotu. Poté je nutné, aby se krystal natočil zpět. Tyto překmity způsobují tzv. šum v obraze při sledování videa, her apod. (často označováno jako "video noise"). Proč tento šum vzniká? Dolní vodorovná čára označuje tmavší hodnotu pixelu a horní je naopak světlejší. Pokud dojde k překmitu, je vlastně chvilku zobrazena světlejší barva (krystal propustí více světla) a vznikne tak světlý stín za pohybujícím se objektem a protože je obraz obvykle pěkně barevný a každý pixel prochází jinou změnou, může dojít k tomu, že jen pár pixelů prodělá takovou změnu, že u nich k překmitu dojde a u okolních pixelů nikoli. Nezobrazí se tak ucelený světlý stín, ale pouze pár světlých bodů, a to je právě onen šum v obraze.

Měření odezvy záleží na tom, jak velký onen překmit je. Touto problematikou jsem se zabýval při sestavování testovací metodiky. Pro ucelenost však zde uvedu i graf, který vše vysvětluje. Ten, kdo se chce dozvědět více, nechť navštíví článek "Nová metodika měření LCD a problematika jasu".

V poslední době se také dost často objevují "schody" v odezvě. Tento jev je opět způsoben technologií OverDrive a má za následek zhoršení kvality barev u rychlých akčních her. Oproti překmitu nezanechávají "schody" duchy za pohybujícím se objektem a mohou lehce odezvu zkrátit. Na druhou stranu ono zhoršení kvality barev může někoho hodně rušit. Ještě jednou však připomínám, že k tomuto zhoršení barev dochází pouze u rychlých her.

A jak tyto schody vznikají? Technologie OverDrive se snaží přiblížit k vytoužené barvě, aby však zabránila překmitu, ukončí přepětí o hodně dříve. Tím se v jednom snímku nastaví o něco málo jiná barva (klidně o 30 % rozdílná) a v dalším snímku, tedy o 16,7 ms déle, si elektronika "uvědomí", že musí nastavit barvu jinou a přenastaví tekutý krystal do požadované polohy. Tento postup se však může opakovat klidně 2×, a tak vznikne více schodů. Na následujícím obrázku vidíte typický průběh odezvy se schody:

Co v praxi znamená doba odezvy?

Většina "hardcore" hráčů počítačových her kouká prakticky jen na tuto vlastnost a ostatní je až tolik nezajímá. Tento trend se přenesl částečně i do podvědomí všech kupujících a prodejci tento tlak ještě podporují. Je však doba odezvy tak důležitá i pro běžného uživatele, který si občas pustí DVD a sem tam si něco zahraje? Na jednu stranu ano, na druhou zase až tolik ne. Jak tedy poznat, jestli je doba odezvy dostačující? V prvé řadě si musíme uvědomit, že dnešní panely nad 20 ms s ideální odezvou nejdou. Čas 20 ms je již tak krátký, že pro kancelářské použití naprosto dostačuje. Sice se budete muset smířit s občasným rozmazáváním textu při pohybu, ale to není až tak velký problém. Pokud hrajete často FPS hry, jistě oceníte panely s ideální dobou odezvy 6 ms a níže.

Např. panel LG L1070HR (TN technolgie) s dobou odezvy 2 ms (šedá-šedá) si v tomto ohledu vede velice dobře. Pozor však na odezvy, které udávají výrobci. Hodně také záleží na tom, jakou technologií je monitor obdařen. Nelze srovnávat odezvu technologie TN a např. S-PVA či S-IPS. Technologie TN dokáže vykouzlit perfektně rychlou odezvu v některé změně, ale např. v jiné je odezva výrazně delší (i několikanásobně). Naproti tomu je u technologie S-IPS nejhorší odezva oproti udávané maximálně 2x delší. Díky tomu je odezva 5-6 ms u S-IPS srovnatelná s 3-4 ms u technologie TN.

Nedílnou součástí dnešních LCD monitorů je i takzvaný inputlag. Inputlagem se rozumí doba jakou potřebuje elektronika na zpracování obrazu. Pokud například bude elektronika zpracovávat obraz příliš dlouho, tak se vám může stát že při střílení do nepřítele v rychlé akční hře jej vůbec nezasáhnete. Nepřítel totiž sice na obraze bude přesně na mušce, ale ve skutečnosti již bude o dva metry dál. Pro hráče je tedy inputlag hodně důležitý. Extrémní inputlag také vede k pocitu že myš po obrazovce "plave". Zkrátka kurzor je za vaším pohybem ruky zpožděný. U kancelářské práce to nevadí, ale profi hráči by tento aspekt měli sledovat.

Gamut jako takový se obvykle v letácích a specifikacích často nedočtete. Některé monitory sice mají tento údaj uveden, ale to jen z důvodu, že mají gamut opravdu hodně široký a chlubí se jím. Co však vlastně gamut znamená? Jde o to, jak velký výřez z barevného prostoru je schopen monitor zobrazit. Obecně existuje opravdu široké spektrum barev, avšak jen zlomek z tohoto prostoru je schopen člověk vnímat očima. Proto se zavedl CIE 1931 popř. 1976 diagram, který se skládá ze 3 základních barevných složek (červená, zelená a modrá). Proč zrovna ze tří a proč zrovna z těchto? Lidské oko reaguje pouze na tyto 3 základní barvy a s tím si vystačí. CIE 1931 tedy představuje barevný prostor, který je schopen člověk vnímat.

Všimněte si jedné zajímavé věci. V horní části diagramu je zobrazena zelená barva. Pokud si porovnáme plochu, kde se nachází zelená barva a kde zbývající dvě složky, zjistíme, že zelená plocha je o poznání větší. Lidské oko totiž reaguje na zelenou barvu daleko citlivěji než na jakoukoli jinou barvu. No a co teď s tímto barevným prostorem udělá monitor? Jednoduše řečeno ořízne, zmenší, znehodnotí, výrazů je spousta. Samozřejmě záleží na tom, jak hodně se tento barevný prostor ořízne. V dnešní době se s oblibou používá režim sRGB, který vypadá nějak takto:

Čárkovaně jsem naznačil ještě barevný prostor Adobe RGB, který zasahuje daleko více do zeleno-azurové barvy. A proč byl zaveden prostor AdobeRGB? Díky většímu rozsahu barev v zeleno-ozurové barvy má lepší pokrytí tiskařského prostoru CMYK. Proto se AdobeRGB monitory používají hlavně v DTP či Pre-pressu. V domácím nasazení, webové grafice či filmovém průmyslu nemají až tak velký smysl. Naopak mohou být na škodu, a to za předpokladu, že neumějí simulovat režim sRGB. Pokud si totiž na monitoru s AdobeRGB zobrazíte (bez správy barev) například webovou stránku, tak barvy zkrátka uvidíte přesaturované (moc výrazné). Takže pokud netušíte co je AdobeRGB, tak raději šáhněte po sRGB monitoru. Ušetříte si spoustu problémů.

Pozorovací úhly udávají úhel, pod kterým má obraz kontrast 10:1 popř 5:1 (záleží na výrobci). Tato hodnota neskrývá žádná velká mystéria jako doba odezvy, a tak můžeme hodnotám udávaným výrobci věřit. Jediné, co může trochu překvapit, je to, že úhel ve vertikálním směru bývá menší (záleží na technologii). Sledujete rádi svůj oblíbený seriál z postele? Pokud ano, tak si uvědomte, že postel je o dost níže než váš monitor, a tak se může stát, že když si lehnete, místo krásně barevného obrazu uvidíte šedou mlhu. Právě proto si musíme dávat pozor, aby i vertikální pozorovací úhel byl co největší. Naštěstí rozdílné pozorovací úhly má jen jedna technologie (TN - viz níže), a tak se dá tomuto problému jednoduše vyhnout volbou jiné technologie. Co přesně vyjadřují pozorovací úhly vidíte na následujícím obrázku:

Co se stane, když překročíte onen úhel? Obraz prudce začne ztrácet kontrast a barvy začnou blednout, někdy dokonce přecházejí do inverze (vše záleží na použité technologii). Problematiku pozorovacích úhlů ještě více rozebereme v další kapitole u jednotlivých technologiích.

S pozorovacími úhly je také spjata i povrchová úprava obrazovky. Poměrně často se setkáme s lesklým monitorem, který pozorovací úhly poměrně zásadním způsobem zhoršuje. Ne, že by snad barvy degradovali rychleji, ale odlesky často převezmou vládu nad samotným obrazem a vlastně je úplně jedno jaké ve skutečnosti monitor pozorovací úhly má. Pak jsou zde další dvě povrchové úpravy. Jedna extrémně matná, která sice téměř eliminuje odrazy, ale zase vytváří "špinavou" strukturu. Je to hodně vidět na bílé ploše, kdy jakoby pře bílou někdo rozsypal písek. Na první pohled si toho ani nemusíte všimnout, ale pokud často pracujete s textem, tak to může začít vadit. Také jen velmi těžko nasimulujete podání textu na papíře. Vždy budete mít pocit jakéhosi elektronického vzhledu textu. Naopak polomatná úprava tento jev téměř eliminuje. Díky tomu je bílá zobrazena věrně. Tyto obrazovky se často používají u profi grafických monitorů, kde je simulace před tiskem hodně důležitá. Například EIZO do svých monitorů dává tuto polomatnou (avšak pro ni ji ještě trošku upravuje výrobce) obrazovku a spolu s režimem Paper (cca 5000 K) se postará o to, že text na monitoru vypadá téměř jak vytištění na papíře.

Tato hodnota je důležitá při provozování panelu za přímého slunečního svitu. Jeho hodnota je vypočítána z poměru svítivosti bílé a černé barvy. Obě hodnoty jsou měřeny v luxech a jednoduše dány do poměru. Monitory lze rozdělit do dvou základních kategorií v oblasti kontrastu. Jsou zde xVA panely, které mají kontrast kolem 4000-5000:1 a pak jsou zde ostatní (IPS a TN), které mají kontrast kolem 700-1000:1. Tedy i 8x nižší než monitory s technologií VA. Kontrast je hodně důležitý při sledování filmů. Pokud je totiž jas černé barvy moc vysoký, tak se například horory promění opravdu v horor. Bohužel v tom nepěkném slova smyslu. Obraz je nezřetelný a málo dynamický. VA panely mají bohužel o něco horší pozorovací úhly než panely typu IPS. Obecně tedy dnes platí rozdělení. IPS monitor = ideál pro grafiku a obecné použití. VA = ideál na filmy.

V poslední době se objevuje u některých monitorů extrémně vysoký kontrast, klidně i 20 000 000:1. To v porovnání s kontrastem 800:1 zní až pohádkově. Je v tom ovšem jeden háček. Takto vysoký kontrast je pouze u filmů, her atd. A proč pouze u filmů a her? Dynamický kontrast totiž nevyjadřuje přímo kontrast, jaký dokáží zobrazit samotný tekuté krystaly, ale jde o kontrast, který v průběhu času dokáže LCD zobrazit. Čip vyhodnocuje aktuální obraz a pokud je hodně tmavý, ubere na intenzitě podsvětlení. Tím sníží i jas celého obrazu. Naopak pokud je v obraze hodně světlých míst, tak se podsvětlení zapne na maximum.

U filmů to obvykle vypadá velice dobře a jsou takové živější, ale při klasické práci v operačním systému a při práci s grafikou to může i vadit, a proto lze u některých panelů dynamický kontrast vypnout. Většina dnešních monitorů však má detekci pro dynamický kontrast zvládnutou velmi dobře a pokud se na obrazovce objeví pár černých a pár bílých míst (typicky práce v operačním systému), tak je kontrast deaktivován. Naopak při filmech začne pracovat dobře.

Jas je úzce spjat s kontrastem. Jeho hodnota se určuje tak, že všechny pixely zobrazí bílou barvu a změří se svítivost monitoru. Nad tímto parametrem se tedy nemusíte tolik zamýšlet, platí zde pouze stejné pravidlo jako u kontrastu. Příliš vysoký jas může oslňovat. Občas dokonce výrobci zvýší jas natolik, že se z černé barvy stane šedá, což je opravdu nepříjemné. Do toho samozřejmě vstupuje kontrast. Čím je kontrast vyšší, tím je podání černé lepší i při vysokém jasu.

Důležitou vlastností jasu je také jeho rozsah. Pokud má monitor rozsah příliš malý, tak se na něm ve tmě pracuje nepříjemně. Musíte si rozsvítit lampičku resp. nechat osvětlení místnosti "naplno". V tomto ohledu zcela jasně excelují monitory EIZO, které mají rozsah jasu obrovský. Nová EV řada až od 1 cd/m²! Díky tomu můžete pracovat i v absolutní tmě, nerušíte tak spolubydlícího/přítelkyni a současně si neničíte oči.

Bez dobrého světelného zdroje by LCD panely nikdy nebyly tím, čím jsou. K podsvícení se používají tenké trubice (CCFL tubes), u kterých je kladen velký důraz na rovnoměrnost světla a jeho barvu (měla by být bílá). Tyto trubice jsou v principu stejné jako trubice, které se používají pro osvětlení ventilátorů, skříní apod., u podsvětlovacích trubic pro LCD je však daleko více kladen důraz na to, aby trubice svítila rovnoměrně a co je hlavní, musí svítit prakticky dokonale bílou barvou (obvykle 6000 K).

Levné panely používají systém jen dvou trubic, což má za následek nerovnoměrné podsvícení. U profesionálních LCD monitorů se můžeme setkat až s 14 trubicemi na obrazovku (např. panely EIZO), takovéto řešení má za následek velmi rovnoměrné podsvícení a také větší životnost monitoru. Proč větší životnost? Každá trubice je vystavena menší zátěži, než když jsou použity jen dvě trubice. Střední třída monitorů využívá 4 trubic, což se zdá jako velmi dobré v poměru cena/kvalita. Obvyklá životnost trubic je 50 000 hodin (tato hodnota vyjadřuje dobu, za kterou dosáhne trubice poloviční svítivosti), ale např. EIZO udává u svých nejlepších panelů 30 000 hodin na dobu, než začne trubice stárnout (ne tedy dobu, kdy dosáhne trubice poloviční svítivosti).

Samotné trubice by však byly málo pro dosažení kvalitního obrazu. Velmi důležité je také rovnoměrné rozvedení světla po celé ploše monitoru. To je uskutečněno pomocí sítě optických vláken. Některé panely EIZO používají systém přímého podsvícení, kde již není vyžadována ona síť optických vláken a při použití dostatečného počtu trubic je podsvícení stále rovnoměrné.

Předchozí dva odstavce však můžeme téměř zapomenout, protože dnes se u monitorů a televizí vyskytuje výhradně LED podsvícení. Bohužel u tohoto typu podsvícení hodně zapracoval marketing a LED je často udáváno jako technologie. Například v e-shopech jsou rozdělené LCD a LED televize. Přitom jde stále o LCD technologii. Často ustoupilo značení pravé technologie (TN, IPS, VA) právě LED zkratce. Po pravé technologii tedy musíte hodně pátrat.

Výhody LED podsvícení oproti CCFL jsou hlavně v nižší spotřebě (LED má lepší účinnost než CCFL v přeměně elektrické energie na světlo), a s tím spojeném menším zahřívání samotného monitoru. LED podsvícení přináší i další výhodu. Obvykle mají totiž tyto monitory širší gamut a dokáží tak zobrazit více barev. Bohužel to sebou přináší často nepřesné barvy a to hlavně v modré barvě. Některé levné monitory s LED podsvícením jsou zkrátka v moc zbarveny do modra.

Původně bylo LED podsvícení koncipováno jako plošné. To je znázorněno na předchozím obrázku. Bohužel výrobci přišli se zkratkou a celé LED podsvícení velmi zjednodušili. Ve většině dnešních monitorů naleznete takzvané Edge-LED podsvícení. Použijí se pouze dva až čtyři pásky LED, které se umístí na okraj panelu. Světlo je poté rozvedeno po ploše soustavou optických fólií. Bohužel to má často za následek zhoršení homogenity podsvícení a hlavně průsvity na okraji monitoru. Tyto průsvity jsou zvláště nepříjemné u filmů kde jsou kraje obrazu obvykle tmavší. Pokud se díváte na film v noci a ještě ke všemu na horor, tak jsou průsvity téměř nepřípustné. Samozřejmě hodně záleží na tom, jak jsou výrazné. Bohužel neexistuje poučka, jak se průsvitům vyhnout. Jediné, na co se můžete spolehnout, jsou vaše oči. Průsvity se totiž mohou vyskytovat u stejných monitorů, vyrobených ve stejný den ve stejné továrně pokaždé jinde a jinak intenzivní. Samozřejmě může se najít výrobce, který si diktuje podmínky na průsvity. Bohužel si to také nechá zaplatit, a tak jsou tyto monitory výrazně dražší. Měření průsvitů je daleko složitější než například jednoduchá kalibrace barev na střed obrazovky, která zabere doslova pár vteřin. Průsvity se musejí měřit v několika místech, v temné komoře atd. atd.

V další části se podíváme pod pokličku jednotlivým technologiím výroby TFT monitorů.