Technologie LCD panelů v roce 2005

TFT (Thin Film Tranzistor)

Nejdříve si však povíme něco o tom, co to vůbec TFT je. Pokud si uděláte doslovný překlad "Thin Film Tranzistor" = "tenký fóliový tranzistor", tak hned víte na čem jste. V praxi totiž každý subpixel ovládá jeden transistor (technologie S-IPS dokonce dva tranzistrory na subpixel), ten určuje jak velké napětí má v daném subpixelu procházet a tím i vlastní orientaci molekul tekutých krystalů. Spočítejme si tedy, kolik tranzistorů má 17" resp. 19" panel s technologií S-IPS. Rozlišení takovéhoto monitoru je 1280×1024 což vyjadřuje počet pixelů (1 310 720 pixelů). Toto číslo ale musíme vynásobit třemi, protože každý pixel je složen ze tří subpixelů. Dostáváme se tedy k číslu 3 932 160 tranzistorů, ale ani toto číslo není konečné protože technologie S-IPS má dva tranzistory na subpixel, tak výsledný počet je 7 864 320! Téměř 8 miliónů tranzistorů je úctyhodné číslo. Není se tedy čemu divit, když sem tam nějaký ten pixel (popř. subpixel) odmítne poslušnost.


A proč je jeden pixel složen ze tří subpixelů? Je to dáno tím, že TFT panely pracují s RGB barvami a tak každý subpixel vyjadřuje jednu ze tří základních barev. Lidské oko nedokáže tak malé plochy od sebe rozeznat a všechny tři barvy spojí v jednu.

Technologie TN (Twisted Nematic)

Tato technologie je nejstarší a obvykle co je staré, není také tak dobré jako novější. Proč by také vymýšleli něco nového a horšího, že? Nejstarší TN se vyznačují obdélníkovým pixelem a tím pádem různými pozorovacími úhly v horizontálním a vertikálním směru. Právě vertikální směr je menší a to může zapříčinit ony zmiňované nepříjemnosti při sledování z polohy ležmo. Dnešní TN panely však již mají čtvercový pixel, to zapříčinilo stejné pozorovací úhly v obou směrech. Podání barev je jedno z nejhorších ze všech technologií a tak se hodí převážně do kanceláře. Tato technologie také trpí syndromem svítících mrtvých pixelů. Bratříčci jsou již proti této nemoci očkováni. Na následujícím obrázku je vidět jak pracuje TN. Dolní situace znázorňuje případ, kdy je subpixel propustný pro světlo.

Světlo [3] proudící skrz tekuté krystaly [5] (molekuly těchto krystalů jsou v šroubovitém uspořádání) je natáčeno a díky tomu může procházet přes polarizační desku [2] až na "Film" [6], který zlepšuje pozorovací úhly. Tento stav je klidový (mezi elektrodami [4] není elektrické pole). Z tohoto důvodu vadný pixel svítí (klidový stav je ten, kdy prochází světlo). Horní situace demonstruje stav, kdy je mezi elektrodami [4] elektrické pole. Toto pole "narovnává" většinu tekutých krystalů do jeho směru. Tím, že jsou polarizační desky [2] vůči sobě otočeny o 90 stupňů, zabraňují průchodu světla a pixel tedy nesvítí.


Teď když víme, jak TN-LCD funguje, můžeme se zamyslet nad jejími úskalími. První je nasnadě. Nízké pozorovací úhly (do 140 stupňů), tyto úhly jsou zvětšovány pomocí filmu [6]. Můžeme se tak setkat i s TN monitory, které mají relativně velké pozorovací úhly (až 165 stupňů), avšak pokud se začnete přibližovat okrajovému úhlu, obraz začne rapidně žloutnout a ztrácet hloubku. Druhé úskalí je zapříčiněno šroubovitým uspořádáním molekul. Toto uspořádání je totiž velice složité a dochází k velkým nepřesnostem a právě kvůli nepřesnostem prochází buď více nebo méně světla daným subpixelem. Z tohoto důvodu je barevné podání velmi slabé. V neposlední řade je zde fakt, že molekuly musí urazit dlouhou cestu ze šroubovitého uspořádání do přímého a opačně. Díky tomu je doba odezvy takovéhoto panelu velmi dlouhá. Ačkoli výrobci se snaží tuto dobu zkrátit větším napětím na elektrodách, avšak již nyní naráží tato technologie na fyzikální bariéry.

Technologie MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) a PVA (Patterned Vertical Alignment)

Dostáváme se k další technologii a to MVA. Tento výrobní proces byl vyvinut ke zkrácení reakční doby a zvětšení kontrastu a jasu (technologie TN má ztráty až 30% při průchodu světla polarizačními filtry). Tato technologie také odstraňuje syndrom svítícího mrtvého pixelu/subpixelu. Je to dáno tím, že pixel je v zapnutém stavu tehdy když svítí (přesně naopak oproti TN). Takže pokud se vyskytne mrtvý pixel u této technologie, tak jde o černé místo (popř. svítí jiným odstínem - vypadne-li jen subpixel) a posuďte sami, že černé místo je daleko příjemnější, než pixel zářící například málo používanou fialovou barvou.

Pixely jsou čtvercové a symetrické v ose x i y (pokud bereme z jako osu rovnoběžnou s normálou na plochu displeje - z je tedy směr pohledu na monitor). To má za následek naprosto stejné pozorovací vertikální i horizontální úhly. Také odezva byla rapidně zlepšena, hlavně pokud hovoříme o odezvě "gray to gray". Je to dáno tím, že molekuly tekutých krystalů musí překonat daleko kratší cestu k jednomu z mezních stavů. Zatímco u TN se musely uspořádat do šroubovice, tak u MVA se pouze ze "stromečkovitého" uspořádání natáčejí o pár desítek stupňů (vše je názorně vidět na následujícím obrázku). Horní část znázorňuje subpixel ve vypnutém stavu (světlo jim neprochází). V dolní části se molekuly pootočily a světlo prochází druhým polarizačním filtrem. Mezi elektrodami je elektrické pole a tento subpixel tedy svítí.


Elektrody mají dosti specifický tvar, který je náročnější na výrobu. Jejich tvar však zajišťuje všude stejnou vrstvu tekutých krystalů a to je důležité pro průchod světla.
Stejně jako u předchozí technologie si řekněme v čem je tato technologie dobrá a v čem naopak nevýhodná. Jako plus jsou jistě velké pozorovací úhly a to v obou směrech stejné. Další výhoda jsou malé ztráty světla při průchodu polarizačními filtry. Samozřejmostí je velmi rychlá odezva a věrné podání barev. Také kontrast dosahuje velkých hodnot - až 1000:1.
A jaký je rozdíl mezi MVA a PVA? Technologii MVA vyvinula firma Fujitsu (dnes se jmenuje Fujitsu Siemens), naopak technologii PVA firma Samsung. Technologie jsou si natolik podobné, že je uvádíme jako jednu. Přesné rozdíly však firma Samsung zdatně tají.

Technologie S-IPS (Super In-Plane Switching)

Původně se jmenovala technologie jen IPS, tento název jí dala firma Hitachi. Později se však tato pomalá technologie (průměrně měla 50ms ideální dobu odezvy) byla nahrazena vylepšenou S-IPS. Tato mírně upravená technologie má velmi dobrá výsledky jak v odezvě, tak i při podání barev. Právě díky nejvěrnější (v porovnání s ostatními technologiemi LCD) podání barev má tato technologie velké ambice pro provozování v DTP studiích. S-IPS má dvě nevýhody. První je ta, že je třeba silnější podsvícení. Je to dáno tím, že okrajové molekuly (nejdále od elektrod) jsou vystaveny slabšímu elektrickému poli (nejsou zcela otočeny) a tak celkově subpixel propouští méně světla. Z toho plyne i menší jas a kontrast. Druhá vada na kráse je zapříčiněna tím, že elektrody vyžadují více místa (jsou dvě na jedné stěně narozdíl od ostatních, které mají na každé stěně jednu elektrodu) a tak jsou subpixely resp. pixely o něco menší a obraz působí hrubším dojmem (je více vidět mřížka mezi pixely). Nejde však o tak závažné nedostatky, které by znemožňovaly použití této technologie. Naopak nižší kontrast resp. jas může být v temných DTP studiích výhodou.

Na jakém principu je tedy technologie založena? Velmi jednoduchý. Všechny molekuly [5] jsou v klidovém stavu uspořádány do jedné roviny a subpixel nepropouští světlo [3]. Pokud přivedeme na elektrody [4] napětí, tak se "pouze" molekuly [5] otočí o 90 stupňů a světlo [3] začne subpixel propouštět.


Shrňme si tedy co technologie nabízí. Za prvé nejvěrnější barvy dneška u displejů z tekutých krystalů! Jedny z nejlepších pozorovacích úhlů, které dosahují až 178 stupňů. Na druhou stranu poněkud nižší kontrast a jas, než má MVA/PVA. Doba odezvy je velmi dobrá. Ačkoli ideální doba není až tak oslňující, tak vězte, že "gray to gray" je jen o něco málo vyšší než ideální doba odezvy. A to je jistě velmi potěšující. To, že subpixel nepropouští světlo v klidovém stavu, odstraňuje problém se svítícím pixelem. Mrtvý pixel se tedy projevuje stejně jako u technologie MVA/PVA.