Přehled vlastností LCD panelů
V první části si povíme něco o tom, co přesně vyjadřují technické specifikace udávané výrobci a které najdete ve všech cenících. Říkají nám výrobci pravdu?
Doba odezvy (response time) - udává se v [ms]
Oč se jedná: doba odezvy udává, jak již sám název napovídá, 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. Logicky tedy nižší hodnota udává lepší výsledek, tedy teoreticky. Proč říkám 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 výrazně marketingově zlepšila zhruba před dvěma lety.
Je zde však další problém. Odezva, kterou udávají výrobci, je pouze jedna jimi vybraná - tzn. nejlepší, která se u panelu vyskytuje. Výrobce si prostě zvolí například 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 například změna [100,100,100] na [150,150,150] může být i 5 násobně delší. Z panelu, který má udávanou hodnotu např 8ms, se vám rázem stane panel s ošklivými 48ms 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 způsobeni 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? Inu je to jednoduché. 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? Je třeba si uvědomit, že dolní vodorovná čára označuje tmavší hodnotu pixelu a horní je naopak světlejší. Pokud dojde k překmitu je vlastně po 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 nové metodiky. Pro ucelenost však zde uvedu i graf, který myslím vysvětluje vše. 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 odězvě. 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 zabránil překmitu, ukončí přepětí o hodně dříve. Tím se v jednom framu nastaví o něco málo jiná barva (klidně o 30 % rozdílná) a v dalším framu, 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 schodů víc. Na následujícím obrázku vidíte typický průběh odezvy se schody.
Co v praxi znamená doba odezvy?
Toto téma bylo již několikrát probíráno ve všech diskusních fórech, ale jistě neuškodí si ho připomenout. 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, tak jistě oceníte panely s ideální dobou odezvy 6 ms a níže.
Například panel LG L1070HR (TN technolgie) s dobou odezvy 2ms (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 například S-PVA či S-IPS. Technologie TN dokáže vykouzlit perfektně rychlou odezvu v některé změně, ale například 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.
Gamut
Gamut jako takový se obvykle nikde v letácích a specifikacích 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? Ve své podstatě 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 barevný prostor, který se skládá ze tří základních barevných složek (červená, zelená a modrá). Proč zrovna ze tří a proč zrovna z těchto? Lidské oko zkrátka reaguje pouze na tyto tři základní barvy a s tím si vystačí. CIE 1931 tedy představuje barevný prostor, který je schopen člověk vnímat.
CIE 1931 barevný prostor
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, tak 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. Když vidíte jednou monitor s Adobe RGB a poté přejdete zpět na nějaký sRGB panel, tak máte pomalu pocit, že jste u černobílého monitoru.
Pozorovací úhly (viewing angle) - udává se v [stupně]
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 s klidem 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 uhly 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.
Kontrast (contrast) - udává se v poměru dvou čísel
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. Reálné hodnoty jsou hluboko pod udávanými (zhruba v 1/5 až 1/4). Je to dáno tím, že laboratorní měření se provádí odlišným způsobem a jen na jednom pixelu. U levných monitorů však vysoký kontrast může být i na škodu. Někteří výrobci totiž, aby zvýšili kontrast, zvětší celkový jas monitoru a ten pak v noci dost nepříjemně září do očí (oslňuje). Někdy je zkrátka dobré se držet hesla "méně je více".
Dynamický kontrast - udává se v poměru dvou čísel
V poslední době se objevuje u některých monitorů extrémně vysoký kontrast, klidně i 3500:1. 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, tak ubere na intenzitě podsvětlovacích trubic. Tím Sníží i jas celého obrazu. Naopak pokud je v obraze hodně světlých míst, tak se podsvětlovací trubice zapnou na maximum.
U filmů to obvykle vypadá velice dobře a jsou zkrátka 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.
Jas (brightness) - udává se v [cd/m^2]
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 a to je opravdu nepříjemné.
Podsvícení, aneb základ pro každý dobrý panel
Bez dobrého světelného zdroje by LCD panely nikdy nebyly to, co 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. Pokud se ptáte proč větší životnost, tak odpověď je jednoduchá: každá trubice je vystavena menší zátěži, než když jsou použity jen trubice dvě. Střední třída monitorů využívá čtyř 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 například EIZO udává u svých nejlepších panelů 30 000 hodin na dobu, než začne trubice stárnout (ne tedy dobu, kdy dosáhne trubice poloviční svítivosti).
Podsvětlovací trubice
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.
V poslední době se ovšem objevuje i podsvícení pomocí LED (svítící dioda), toto řešení přináší úsporu energie a také větší životnost celého panelu. LED podsvícení má spoustu výhod. Mezi ty největší patří již zmiňovaná větší životnost a úspora energie. Jsou tu však ještě dva neméně důležité aspekty. Prvním je širší gamut a to hlavně z důvodu jiné teplotě barvy podsvětlení. Gamut překračuje 110 % NTSC barevného prostoru. Není problém pokrýt celé Adobe RGB, což je pro většinu LCD s CCFL trubicemu utopie. Samozřejmě jsou výjimky, ale člověk aby je hledal s GPS navigací. V neposlední řadě LED podsvícení má daleko lepší homogenitu a u krajů tedy nevznikají žádné tmavé fleky apod. Zkrátka samé výhody.
Dost již bylo povídání o vlastnostech LCD panelů. V další části se podíváme pod pokličku třem základním technologiím výroby TFT monitorů.