LCD i co dalej?

Technologia LCD i wyświetlacze generujące obraz na jej zasadzie praktycznie całkowicie wyparły stare i wysłużone monitory CRT. Zakup dobrego kineskopowca graniczy praktycznie z cudem. Musimy pamiętać o tym, że w wielu zastosowaniach monitory CRT były o niebo lepsze niż promowane w dzisiejszych czasach panele LCD. Niedomagania technologii wyświetlania obrazu za pomocą ciekłych kryształów są oczywiste. Zbyt niska liczba kolorów, niedokładne ich reprodukowanie, smużenie obrazu, niski kontrast oraz wiele, wiele innych. Producenci nieustannie dążą ku doskonałości. Wymyślając nowsze i bardziej skomplikowane rozwiązania tylko po to, aby zbliżyć się do, a nawet przeskoczyć możliwości wyświetlaczy CRT.

Reklama

LED LCD

Najnowszymi osiągnięciami w dziedzinie technologii wyświetlania obrazu są monitory LCD oparte o podświetlenie diodowe LED. Wbrew pozorom dobre podświetlenie matrycy stanowi kluczowy parametr w nowo powstającym wyświetlaczu. Wyposażony nawet w najlepszą matrycę monitor nie byłby w stanie dobrze generować obrazu gdyby nie odpowiednie podświetlenie ekranu.

Standardowe monitory ciekłokrystaliczne podświetlane są za pomocą katod CCFL. W zależności od ceny oraz wielkości ekranu podświetlanego w ten sposób, świetlówek może być od dwóch (przeważnie w tanich wyświetlaczach 15", obecnie już nie produkowanych) do nawet dwunastu w bardzo profesjonalnych panelach graficznych, których cena niejednokrotnie przewyższa 20.000zł. Podstawową wadą podświetlenia CCFL jest emisja światła o jednorodnym i niezmiennym zabarwieniu. O ile dla przeciętnego użytkownika komputera nie ma to większego znaczenia to dla profesjonalnych grafików niemożność dokładnej zmiany temperatury wyświetlanego obrazu jest zaporą nie do przeskoczenia.

Kalibracja programowa/sprzętowa

Jedyna słuszną metodą dostosowania monitora do profesjonalnych potrzeb jest jego odpowiednia kalibracja. Sam fakt posiadania sprzętowego kalibratora (np.: One-eye2) nie oznacza możliwości pełnego sprzętowego skalibrowania panelu.

Jaka jest zatem różnica między kalibracją sprzętową, a programową? Wyobraźmy sobie następującą sytuację. Przy pomocy kalibratora sprzętowego chcemy wyregulować monitor LCD podłączony do karty graficznej mogącej wyświetlić maksymalnie 16.7mln kolorów (R256 x G256 x B256). Karta graficzna jest w stanie wyświetlić po 255 odcieni każdego ze składowych kolorów palety RGB. Stan 0 na 0 na 0 oznacza całkowitą czerń, natomiast 255 na 255 na 255 całkowitą biel.

Poziomów dla każdej barwy jest zatem po 256 co daje nam paletę 1 677 216 kolorów. Panel wyświetla obraz z temperaturą bieli równą 7000K (Kelvinów). My natomiast żądamy, aby temperatura bieli równa była 6500K. Dla przypomnienia podajemy przykładowe wartości temperatury barwowej i ich interpretację:

temperatura barwowa 2 700 K - barwa bardzo ciepłobiała

temperatura barwowa 3 000 K - barwa ciepłobiała

temperatura barwowa 4 000 K - barwa biała

temperatura barwowa 5 000 K - barwa chłodnobiała

temperatura barwowa 6 500 K - barwa dzienna

W tym momencie zaczynają się schodki. Jeżeli dysponujemy tanim monitorem pozbawionym możliwości programowania tablicy LUT (Look Up Table), jedyne co możemy wykonać to kalibracja programowa. Analizator w czasie procesu kalibracji sprawdza wartości poszczególnych składowych kolorów informując nas, że temperatura bieli wynosi 7000K, czyli o 500K za dużo. Obraz jest zbyt niebieskawy, a biel nienaturalna. W celu obniżenia temperatury bieli do poziomu 6500K kalibrator musi zredukować wartość barwy niebieskiej do pułapu, w którym obraz osiągnie pożądaną temperaturę 6500K. Ingerencja programowa w ustawienia karty graficznej załatwia sprawę. Barwa niebieska zostaje ograniczona i może przyjmować maksymalnie 240 odcieni.

Jaki osiągnęliśmy efekt? Owszem temperatura bieli spadła i wynosi 6500K niemniej jednak redukcji uległa również paleta kolorów. Przed kalibracją panel mógł wyświetlać maksymalnie po 256 odcieni każdej barwy składowej RGB. Po kalibracji i ograniczeniu udziału koloru niebieskiego w tworzeniu obrazu karta graficzna wysyła do monitora zubożony zakres kolorów, których w obecnym stanie możemy wyświetlić jedynie Red 256 na Green 256 na Blue 240, czyli 15 728 640. Kalibracja programowa jest zatem nieskutecznym narzędziem. Ujmując bardzo prosto: zamiast naprawić, ograniczyliśmy obszar widoczny dla monitora w skutek czego nie dostrzega on defektu.

Kalibracja sprzętowa jest oczywiście dużo skuteczniejsza. Po jej zakończeniu i dostosowaniu obrazu do naszych potrzeb pracujemy na pełniej palecie 16.7 mln kolorów. Taka kalibracja jest niestety możliwa jedynie w przypadku najwyższej klasy monitorów CRT. W przypadku wyświetlaczy LCD pełna sprzętowa kalibracja kolorów nie jest możliwa z bardzo prostej przyczyny.

Stosowane do podświetlenia ekranu świetlówki fluorescencyjne emitują, jak już wspominaliśmy wcześniej, jednorodne światło o stałym i niezmiennym zabarwieniu. Nawet w najdroższych monitorach graficznych oferujących możliwość sprzętowej korekcji tablicy LUT pełna kalibracja nie jest możliwa. Po przeprowadzeniu kalibracji w tego rodzaju wyświetlaczu efekt jest, co prawda o wiele lepszy niż w przypadku programowego ograniczenia przestrzeni barowej karty graficznej niemniej jednak redukcja ta odbywa się na poziomie tablicy kolorów samego monitora.

LED extras

Jak widać podświetlenie monitora LCD za pomocą nawet najlepszych lamp CCFL nie daje możliwości dokładnego wyregulowania tak istotnego parametru obrazu jak jego temperatura barwowa. Na rynek wprowadzane są powoli, na razie małymi i bardzo ostrożnymi krokami, monitory oparte o technologię podświetlenie ekranu za pomocą diod LCD. Tegoroczny CeBIT odsłonił dwie znaczące konstrukcje Samsung XL30 oraz NEC Reference 21. Oba panele zamiast tradycyjnego podświetlenia ekranu za pomocą świetlówek fluorescencyjnych posiadają diody LED emitujące światło, którego moc i barwę możemy dowolnie modyfikować.

Dzieje się tak, ponieważ diody emitujące światło R,G,B o różnym natężeniu mogą zmieniać temperaturę barwową niemalże dowolnie bez ingerencji w ilość wyświetlanych kolorów. Rozwiązanie to zbliżone jest do konstrukcji wyświetlacza CRT, w którym to możliwość dowolnego manipulowania temperaturą bieli realizowane było dzięki regulacji strumienia elektronów z działek R, G, B. Odpowiednio ustawiony strumień elektronów uderzał w luminofor powodując jego odpowiednie świecenie.

Poza możliwością precyzyjnej zmiany temperatury wyświetlanych kolorów podświetlenie diodowe ma jeszcze jedną niezmiernie ważną zaletę. Od wielu lat producenci tradycyjnych wyświetlaczy ciekłokrystalicznych borykają się z problemem niestabilności podświetlenia matryc. Różnice w luminescencji i jakości podświetlenia między centralnym punktem ekranu a dowolnie wybranym innym obszarem na powierzchni matrycy w szczególnym przypadku na rogach oraz krawędziach ekranu są bardzo znaczące.

Problem ten najbardziej doskwiera dużym monitorom o znacznej powierzchni matrycy. Co w związku z tym? W przypadku monitora LCD CCFL nie mamy pewności, że wyświetlany obraz wygląda identycznie jak w rzeczywistości. Temperatura bieli może nieznacznie różnić się między centralnym punktem, a na przykład rogiem ekranu, co w efekcie daje zniekształcony obraz. Podświetlenie za pomocą świetlówek CCFL pomimo wprowadzania, co raz to nowszych układów stabilizujących pracę podświetlenia, jest nadal nieskuteczne.

Diody LCD emitując w każdym miejscu ekranu światło o takim samym natężeniu. Ze względu na niewielką powierzchnię diod oraz ich ogromną liczbę monitory LCD LED potrafią wygenerować idealnie równomierne i stabilne podświetlenie na całej powierzchni matrycy.

To nie wszystko

Lampy CCFL, jak i każde urządzenie "pracujące" starzeją się. Najdłuższą gwarancję bezawaryjnej pracy monitorów LCD CCFL posiadają panele marki Eizo, gdzie okres ten ustalony został na pięć lat lub 30.000 wyświeconych przez monitor godzin. W tym okresie jakość podświetlenia ekranu maleje. Po za niższą maksymalną luminescencją wyświetlacze te tracą również stabilność. Nawet najlepiej wyregulowany monitor w skutek upływu czasu straci jakość ze względu na niedomagania technologii CCFL. Lampy generując początkowo światło o temperaturze barwowej 6500K mogą obniżyć ją do np.:6000K. Zalety i wady doprowadzania monitora do pożądanego stanu omówiliśmy przy okazji wyjaśniania pojęcia kalibracji sprzętowej i programowej.

Diody LED są dużo żywotniejsze, okres bezawaryjnej pracy podświetlenia może sięgać nawet 100000 godzin, czyli ponad trzy razy dłużej niż w przypadku monitora LCD CCFL.

Ile kosztują diody?

Na dzień dzisiejszy ilość monitorów wykorzystujących technologię LED do podświetlania ekranu jest bardzo niewielka. Cena panelu LCD LED jest o wiele wyższa niż w przypadku tradycyjnych rozwiązań LCD CCFL. Przykładowo panel NEC Reference 21 (21,3") kosztuje ponad 22.000zł. Niemniej jednak sam koszt zastosowania podświetlenia diodowego jest stosunkowo niewielki, przykładowo panel podobny do NEC Reference 21 posiadający taką samą matrycę oraz podobne właściwości, ale pozbawiony podświetlenia za pomocą diod LED kosztowałby około 17.000-18.000zł.

Jak już wcześniej wspominaliśmy, dla przeciętnego użytkownika monitora LCD nie ma znaczenia czy jest on podświetlony za pomocą świetlówek fluorescencyjnych czy też za pomocą diod LED. Dlatego rozsądek podpowiada nam, iż nie ma sensu stosować podświetlenia diodowego, które podniosło by koszt "zwykłego" monitora LCD o około 2000-4000 zł (w zależności od jego wielkości).

Jak na razie podświetlenie diodowe stosowane jest jedynie w profesjonalnych monitorach dla grafików, fotografów oraz osób zawodowo zajmujących się obróbką obrazu, gdzie różnica 3000zł nie ma wielkiego znaczenia, w porównaniu do tego, co otrzymujemy w zamian. Miejmy nadzieje, że przytłaczające zalety monitorów diodowych pozwolą rozwijać tę technologię i doprowadzić do momentu, kiedy monitory LCD LED kosztować będą mniej więcej tyle, ile dzisiaj półprofesjonalne panele graficzne np.: Eizo CG19.

Ekrany OLED

Organic light-emitting diode z angielskiego organiczna dioda emitująca światło. Ekrany OLED dostępne są już na rynku głównie w postaci wyświetlaczy komórkowych oraz innych niewielkich urządzeń. Zasada ich działania jest bardzo prosta. OLED to dioda LED, której warstwa elektroluminescencyjna obejmuje specjalny film mieszanin organicznych. Warstwa ta zwykle zawiera substancję polimeru, która pozwala na odpowiednie zdeponowanie w rzędach i kolumnach mieszanin organicznych. Nanoszenie substancji organicznych odbywa się w bardzo prostym procesie, tak zwanego"druku". Wynikowa matryca pikseli pod wpływem napięcia elektrycznego potrafi wyemitować różnokolorowe światło. Osiągnięcie trzech składowych barw RGB odbywa się poprzez domieszanie polimeru odpowiednio dobranymi związkami chemicznymi.

Podstawową zaletą wyświetlaczy OLED jest możliwość świecenia ekranu bez konieczności umieszczenia specjalnych lamp podświetlających matrycę, tak jak dzieje się to w przypadku standardowych matryc LCD podświetlanych za pomocą świetlówek CCFL. Dzięki tej właściwości ekrany OLED mogą dysponować szerszym gamutem barw, wyższą jasnością i kontrastem oraz dotąd nieosiągalnymi dla LCD kątami widzenia. Ponadto technologia OLED umożliwia wyświetlanie prawie idealnej czerni.

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne LCD używające do podświetlenia matrycy lamp CCFL mają ogromne trudności z osiągnięciem czerni, ponieważ nie da się wyłączyć świetlówek w określonych miejscach ekranu, podczas gdy "wyłączone" piksele ekranu OLED nie produkują światła ukazując idealną czerń. Ekrany OLED są również energooszczędne w stosunku do tradycyjnych LCD. Technologia OLED pozwala także na nadrukowywanie ekranów na giętkie powierzchnie takie jak na przykład ubranie.

OLED mają również bardzo poważne wady. Największą z nich wydaje się być ograniczona żywotność szczególnie niebieskich OLED-ów. Inżynierowie pracują już nad podmienieniem chemicznych komponentów fosforyzującymi, co ma w efekcie wydłużyć czas działania ekranów do nawet 20.000 godzin.

Małe jest piękne

Praktycznie wszystkie dostępne na rynku wyświetlacze OLED wykonane zostały jako układy pasywne - stąd niewielkie ich rozmiary. W takiej konstrukcji elementy świecące znajdują się na skrzyżowaniu pionowych oraz poziomych linii sterująco-zasilających. W danym momencie możliwe jest doprowadzenie sygnału do pojedynczego wiersza lub kolumny. Jeżeli zamierzamy zwiększyć wymiary ekranu, a co za tym idzie jego rozdzielczość, musimy sprawić by pojedyncze piksele świeciły, tak długo, aż sygnał sterujący nie powróci. Związane jest to z zastosowaniem wyższych częstotliwości sygnału sterującego ekranem. Dla obecnie stosowanych technologii wytworzenie pasywnego wyświetlacza OLED o większych wymiarach niż kilka lub kilkanaście centymetrów jest niemożliwe. Zbudowanie ekranu aktywnego, co pozwoliłoby na osiągnięcie o wiele większych wymiarów oraz rozdzielczości, wymaga użycia siatki tranzystorów TFT podtrzymujących świecenie piksela.

Korzyści płynące z zastosowania ekranów OLED w wszelakich urządzeniach są oczywiste niemniej jednak szybciej doczekamy się tanich ekranów LCD LED niż ogólnie dostępnych OLED-ów w słusznych wymiarach.

Wyświetlacze SED

Najlepszym dowodem, że technologia CRT nie umarła są wyświetlacze SED (Surface-conduction Electron-emitter Display), których zasada działania opiera się o tą znaną z wysłużonych telewizorów i monitorów CRT.

Ekrany kineskopowe Cathode Ray Tubes (CRT) do wyświetlania obrazu używały wiązki elektronów wystrzeliwanej z działa elektronowego najczęściej katody, która odchylana magnetycznie padała na luminofor powodując jego świecenie.

Technologia SED działa na bardzo podobnych zasadach. Dzięki temu osiągnięto odpowiednią miniaturyzację oraz spłaszczenie całego urządzenia zachowując jednocześnie korzyści płynące z zastosowania działa elektronowego.

Wyświetlacze SED posiadają współczynnik kontrastu wynoszący nawet 50.000:1 (w ciemnym pomieszczeniu), duży gamut barw, 1ms czasu reakcji oraz luminescencję na poziomie 450cd/m2. Dodatkowe zalety to reprodukcja bardzo dobrej jakościowo czerni, szerokie kąty widzenia oraz stosunkowo niewielki pobór mocy około 60 proc. mniejszy niż analogicznej wielkości wyświetlacz plazmowy.

Niestety, podobnie jak wyświetlacze kineskopowe, matryca SED ulega wypaleniu. Używanie monitorów SED w telewizji przemysłowej, na lotniskach czy w miejscach gdzie prezentowany jest non stop jeden obraz, jest zatem niekorzystne. Nadal nieznane są konkretne ceny wyświetlaczy opartych o technologię SED, dodatkowo trwa walka o prawa patentowe do tej technologii.

Papier elektroniczny

Papier elektroniczny zwany również e-papierem lub elektronicznym tuszem to kolejne wcielenie technologii jutra. Według konstruktorów e-papieru za kilkanaście lat będziemy mogli ściągnąć z Internetu najnowsze wydanie interesującej nas gazety i przeglądać je na e-kartce podczas porannego spaceru z psem. Elastyczny jak zwykły papier, lekki, cienki i poręczny, zwijany ekran po wprowadzeniu na masowy rynek będzie istną rewolucją. Możemy sobie tylko wyobrazić, co można przy jego pomocy zrobić. Ściany z wielkich ekranów ukazujące nasze ulubione widoki lub zdjęcia z wakacji?

Podłączone do internetu prezentować mogą repertuar kin lub wyświetlać najnowsze wiadomości. Jeżeli jesteś zwolennikiem czytania książek, nic prostszego ściągnij ją z internetu na jedną kartkę e-papieru, którą bez problemu możesz schować do plecaka czy kieszeni spodni, a kiedy tylko najdzie Cię ochota wyjąć i czytać. Czysta oszczędność miejsca, możemy zapomnieć o 1000 stronicowych, dwukilogramowych powieściach! Tak, ale to na razie tylko futurystyka.

Jak działa taki papier? Ekrany zostały zbudowane z aktywnej polimerowej matrycy, pokrytej warstwą elektronicznego atramentu, a wszystko zostało umieszczone na bardzo cienkiej folii. Pierwsze wyświetlacze działające na zasadzie elektronicznego papieru ujrzały światło dzienne w roku 1970. E-papier składał się z dwóch warstw przeźroczystego tworzywa, między którymi ułożono kule z polietylenu wypełnione ujemnie naładowanym, czarnym plastikiem z jednej strony oraz pozytywnie naładowanym białym plastikiem z drugiej.

Całość poruszała się swobodnie w niewielkiej ilości oleju. Odpowiednia polaryzacja umożliwiała ukazywanie się czarnych lub białych punktów na ekranie. Późniejsze wersje e-papieru składały się z arkuszy przeźroczystych mikrokapsułek wielkości około 40 mikrometrów. Każda kapsułka zawierała elektroniczny atrament z licznymi białymi cząstkami dwutlenku tytanu. Odpowiednia polaryzacja za pomocą szeregu elektrod umożliwiała włączenie i wyłączenie poszczególnych pikseli, w wyniku czego na arkuszu pojawiał się monochromatyczny tekst lub obraz. Cały czas trwają prace nad wprowadzeniem kolorowego e-papieru, do którego dołączony zostanie specjalny filtr optyczny pozwalający uzyskać podstawowe kolory RGB lub dla potrzeb elektronicznych gazet CMYK.

Najważniejszą cechą istniejących już arkuszy e-papieru jest całkowity brak zużycia energii elektrycznej, która potrzebna jest jedynie do zmiany stanu poszczególnych pikseli. E-papier może przyjmować dwa stany. Jeden wówczas gdy komórki są aktywowane, zabarwiają się na czarno, oraz drugi wówczas kiedy są "wyłączone".

Udział jakiejkolwiek energii elektrycznej potrzebny jest jedynie do zmiany stanu komórek, a nie do jego podtrzymania. Ekrany takie praktycznie w ogóle nie konsumują energii. Niestety oglądanie w ten sposób powstałych obrazów możliwe jest tylko w dzień ponieważ e-papier nie emituje światła. Oczywiście możliwe jest zastosowanie specjalnego podświetlenia, niemniej jednak w ten sposób niektóre kluczowe czynniki sukcesu e-papieru takie jak giętkość zostałyby wyeliminowane.

Wojciech Kosek

PCArena.pl
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Strona główna INTERIA.PL
Polecamy