Gdy przyjrzymy się bliżej ekranom i ich sub-pikselom można wywnioskować z jaką technologią wyświetlania mamy do czynienia w danym produkcie. To z kolei zarysowuje nam jakie mogą być największe zalety ekranu, jak również i jego wady.

Ekran telewizyjny

Ekran w telewizorze, monitorze tablecie czy smartfonie jest częścią urządzenia na którym wyświetlane są różne obrazy. Składa się on z kilku warstw. Dziś przyjrzymy się głównie wyświetlaczom LCD, których budowa składa się z kilku elementów:

• komórek, w których zatopiona jest niewielka ilość ciekłego kryształu
• elektrod, które są źródłem pola elektrycznego działającego bezpośrednio na ciekły kryształ
• dwóch cienkich spolaryzowanych folii
• źródła światła np. diod LED lub lampy CCFL

Gdy mówimy o różnych typach ekranów LCD, często mamy na myśli po prostu różne wariant tejże technologii, w których to zmianie uległ kształt i właściwości ciekłych kryształów, a więc pierwszy punkt z powyższej listy. Ta zmiana pociąga za sobą także zmianę elektrod i często polaryzatorów, ale nie będziemy się teraz zgłębiać w działanie wyświetlacza LCD. Oto jak prezentuje się główny podział matryc:

• TN – podstawowa technologia którą można zidentyfikować poprzez słabe pionowe kąty widzenia (gdy spojrzymy od dołu ekran jest czarny, a od góry przejaskrawiony jak negatyw)

• MVA – lepsze kąty widzenia we wszystkich kierunkach, jednak nadal nawet przy niewielkich kątach widać degradację barw i uwydatnianie ciemnych detali co skutkuje znacznym, wizualnym, spadkiem kontrastowości obrazu. Kontrast plasuje się w okolicach 2000 – 2500 : 1.

• PVA – podobna do MVA jednak z lepszym kontrastem często przekraczającym 3000 : 1.

• IPS – technologia z najszerszymi kątami widzenia, pod niewielkimi kątami degradacja barw jest praktycznie zerowa. Patrząc z boku na wyświetlacz bardzo łatwo zobaczyć dużą przewagę nad matrycami MVA i PVA. Niestety okupione jest to dużo mniejszym kontrastem, który plasuje się zazwyczaj w przedziale 800 – 1200 : 1. Z tego względu ekrany z matrycą IPS najlepiej oglądać w naświetlonych pomieszczeniach. Wtedy niski kontrast jest niezauważalny. W warunkach kinowych czerń wyraźnie świeci, a pod kątem ma srebrny lub śliwkowy kolor. Matryce IPS mają także wolniejszy czas reakcji. Wobec tego są bardziej narażone smużenie lub artefakty występujące za ruchomymi obiektami. To czyni je trochę gorszymi dla na przykład konsol.

Kiedyś myśleliśmy że są to jedyne dostępne technologie, jednak teraz okazuje się że jest ich znacznie więcej!

Lepsze niż PVA i ASV: PSA i UV²A

Od dłuższego czasu utrzymywał się podział paneli LCD na trzy główne kategorie:

– IPS, w tym różne jego warianty jak Super- IPS , Advanced- IPS czy też PLS

– różne formy matrycy VA (PVA, S-PVA, ASV i MVA)

– technologia TN

Od niedawna możemy mówić o trzech innych technologiach, o których wcześniej niewiele było wiadomo.

• Od roku 2003, Samsung i AU Optronics  produkują pokrewną matryc PVA. Technologia ta nazywa się PSA, a znaleźć można ją m.in.  w Sony HX923 oraz w seria D8000 i ES8000 Samsunga. oraz bardzo wielu modelach z 2013 roku.
• W roku 2009, firmy Sharp i Chimey (CMO) podjęły się stworzenia bardziej zaawansowanej wersji panelu ASV/MVA (które to są ze sobą ściśle powiązane), podobnego do PSA.  Efektem jest matryca UV²A i może być wykonana z użyciem trzech lub czterech sub-pikseli , jak ma to miejsce w telewizorach Sharp Quattron. Niestety większość matryc tego rodzaju występuje w odmianach Quattron, których odwzorowanie barw jest krótko mówiąc fatalne.
• Niedawno również Panasonic rozpoczął produkcje własnych matryc LCD IPS, w technologii nazwanej FFS. Występowały także odmiany matryc IPS, zwane IPS-Pro tegoż producenta.

Poniżej ukazano różne technologie matryc ułożone w kolejności chronologicznej, ukazano rozwój głównych gałęzie na przestrzeni czasu. Zawierają się w tym zbliżenia poszczególnych typów ekranów a także sposób rozmieszczenia sub-pikseli.

1971: pierwszy ekran LCD TN

1984: pierwszy kolorowy ekran LCD Thomson

1985: pierwszy LCD do produktów IT stworzony przez Matsushita (obecnie Panasonic)

Sub-pixele w ekranie TN – monitor DGM L- 2262Wd

Jak widać na zdjęciu powyżej, sub-piksele są duże i jednakowe pod względem wielkości i kształtu.

1996: IPS wprowadzony przez Hitachi

Czas reakcji wynoszący 50ms, podczas dłuższego wyświetlania, doprowadzał do bardzo silnego ghostingu w tego typu ekranach. Wczesne wyświetlacze IPS były szczególnie popularne pośród specjalistów od przetwarzania obrazu i reprodukcji kolorów, dzięki stałej jakości wyświetlanego w poprzek obrazu i szerokim kątom widzenia.

1996: Fujitsu wprowadza matryce VA

Technologia VA niedługo po wprowadzeniu przekształciła się w MVA. 

1998:  S-IPS – technologia opracowana przez Hitachi, przyjęta przez LG i Philipsa (IPS Family)

Sub-pixele w ekranie S-IPS – monitor Nec MultiSync 20WGX² Pro

Polepszono czas reakcji, jak również i kontrast, o około 40% w odniesieniu do pierwszej generacji matryc IPS. Dalsze ewolucje technologii IPS polepszyły kontrast ograniczyły zjawisko ghostlingu. W tym gronie znajdziemy ekrany Advanced Super IPS, Advanced True White IPS, itd.

Ulepszenia te wynikają z niewielkich modyfikacji polegających na zbliżeniu do siebie sub-pikseli, co owocuje z kolei poprawą kontrastu i ostrości obrazu.

1998: MVA opracowane przez Fujitsu, przyjęte przez AU Optronics  (P-MVA i-MVA) i CMO (S-MVA)

Sub-pixele w ekranie MVA – Samsung LE32S86BD

Technologia MVA została wprowadzona jako najlepszy w swoim czasie kompromis pomiędzy zaletami i  wadami technologii IPS i TN. Poprawiono czas reakcji ( przede wszystkim w porównaniu z IPS), a także kontrast i kąty widzenia(w odniesieniu do TN, ponieważ matryce IPS na tym polu wciąż wypadały lepiej).

Od tego czasu pojawiło się co najmniej siedem generacji paneli MVA.

2000: (lub wcześniej): PVA – Samsung (odmiana VA)

Sub-pixele w ekranie PVA – Samsung UE40D7000

Technologia wprowadzona przez Samsunga okazała się być prawdziwym krokiem na przód. Znacznie polepszono reaktywność pikseli, a także po praz pierwszy przekroczono barierę kontrastu 1000:1.

Dla porównania, w tym czasie konkurencyjne technologie zapewniały kontrast na poziomie 200:1 a w najlepszym przypadku 500:1. Kąty widzenia były również wyższe niż w panelach MVA, chodź wciąż były to wartości niższe niż w matrycach IPS.

2002: ASV: Sharp (rodzina VA)

Technologia ASV jest ściśle powiązana z MVA.

2002: AS-IPS: Hitachi (rodzina IPS)

Technologia Advanced Super IPS zwiększyła transmitację światła o około 30%, w porównaniu ze standardową technologią Super IPS, z roku 1998. Wraz z innymi usprawnieniami udało udało się poprawić kontrast o około 80%.

2004: S-PVA: Samsung (rodzina VA)

W panelach S-PVA , sub-piksel składa się z par szewronów, które mogą być niezależnie kontrolowane, jak widać na sub-pikselu niebieskim.

Mówiąc jaśniej oznacza to że na przykład zielony sub-piksel może zmieniać swoją intensywność w poprzez wykaszanie części komórek które go tworza. W praktyce oznacza to że z większej odległości ludzkie oko uchwyci więcej odcieni każdej barwy. 

2004: PSA: stworzone przez Fujitsu, przyjęte przez Samsunga i AU Optronics (odmiana VA)

Sub-pixele w ekranie PSA - Sony KDL-46HX750

Tutaj komórki są kwadratów lub prostokątne, a odstępy pomiędzy komórkami są bardzo wąskie.

W praktyce, technologia ta pozwoliła producentom zapomnieć uzyskać kontrast 2500 : 1 i większy. Dało to możliwość konkurowania z gorszymi wyświetlaczami plazmowymi.

Sub-pixele w ekranie Sony Bravia KDL-32CX520

2004: IPS-Pro (IPS-Provectus, IPS-Alpha, Fringing Filed Switch, H-IPS): stworzone przez Hitachi, przejęte przez Panasonic (rodzina IPS)

Sub-pixele w ekranie IPS – Panasonic TX-L47DT50

IPS-Pro pozwoliła uzyskać o 20% światła więcej, głównie dzięki przeniesieniu elektrod, co pozwoliło również obniżyć pobór mocy. W stosunku do poprzedniej generacji ekranów AS-IPS z roku 2002 uzyskano większy o 25% kontrast. Porównując generację IPS-Pro do pierwszej generacji IPS z roku 1996, kontrast został zwiększony ponad trzykrotnie.

Panasonic, początkowo marka zajmująca się wyłącznie plazmami, przyjęła w 2010 roku technologie LCD z tego rodzaju panelem IPS. Do pewnego czasu wydawało się, że to właśnie rozwój matryc IPS stał się priorytetem firmy. W pewnym momencie rozpoczęto stosowanie matryc wyprodukowanych przez LG, a produkcja IPS-Pro znacznie zwolniła..

2005: A-MVA, P-MVA, S-MVA

Wprowadzono jeszcze więcej subkomórek, by umożliwić gładsze przejścia barw. Ta technologia została użyta np. w telewizorze SAMSUNG UE-40B6000 (CMO, BN02).

2006: H-IPS: LG/Philips

Ta technologia znalazła główne zastosowanie w monitorach LCD.

2009: eIPS: LG (rodzina IPS)

To nisko budżetowa wersja S-IPS opracowana przez LG. Teoretycznie ograniczeniu uległy niektóre cechy technologii IPS jednak uzyskano niższy pobór mocy.

W praktyce powyższy rodzaj matrycy ( stosowany w monitorach) dobrze się spisał i pomógł przedstawić technologię IPS szerszemu gronu użytkowników, w czasie gdy takie rozwiązanie było jeszcze dość drogie.

Do wad takich matryc należy przeważnie ograniczona ilość możliwych do wyświetlenia odcieni. Matryce są często “obcięte” do 6 bitów.

2009: C-PVA: Samsung (rodzina VA)

Wraz z powyższą generacją paneli, uproszczono kształt sub-pikseli, w celu obniżenia kosztów produkcji. Matryce te stosowane były w monitorach.

2009: UV²A: Sharp (rodzina VA)

Poprzez przejście z ostrokątnego na nowy układ Sharp twierdzi, że poprawił kontrast o 1,6x, zmniejszył o połowę czas reakcji sub-pikseli i tym samym zyskał kompatybilność 3D.

Koszty produkcji zostały również ograniczone, a pobór mocy spadł o 20%. Chodź brzmi to jak tani chwyt marketingowy, najlepiej zilustruje to obraz sub-pikseli nowej technologii w zestawieniu z obecnymi w panelach typu ASV:

2010: czterokolorowe UV²A: Sharp (rodzina VA)

Sharp opracował wersję UV²A z dodatkowym żółtym sub-pikselem. Pierwsza generacja miała kilka problemów wieku dziecięcego, między innymi z odwzorowaniem barw. Jednak Sharp poprawił ten aspekt matrycach w drugiej generacji (wydanej w następnym roku). Niestety mimo wszystkich zabiegów na chwilę obecną matryce Quattron są matrycami o najgorszym odwzorowaniu barw.

2009: AMOLED: Samsung (ekrany organiczne OLED)

Sub-pixele w ekranie AMOLED – smartfon Google Nexus One

Nie jesteśmy już w sferze ekranów LCD – ekrany AMOLED wykorzystują technologię OLED (Organic Light-Emitting Diode). Nie ma potrzeby stosowania oddzielnego systemu podświetlenia w tego typu panelach, a każdy sub-piksel emituje swoje własne światło. W efekcie powstaje „nieskończony” kontrast  ( tzn. nie można go zmierzyć, a ludzkie oko postrzega idealną czerń). Jest to niewyobrażalnym przełomem w stosunku do innych rodzajów ekranów.

2010: Super AMOLED Plus (Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode): Samsung (rodzina OLED)

Sub-pixele w ekranie Super AMOLED Plus w smartfonie Samsung Galaxy S II

2011: PLS: Samsung (rodzina IPS)

Sub-pixele w ekranie PLS (1280 x 800 pixels) w tablecie Samsung Galaxy Tab 10.1.

Samsung uznał że można ograniczyć koszty produkcji paneli IPS o 15% w nowych ekranach i komórkach, jednocześnie poprawiając możliwości matrycy – w tym kąty widzenia. Tak powstała matryca PLS. Udało się również ograniczyć pobór mocy.

Sub-pixele w ekranie PLS (2048 x 1536 pixels) na tablecie Apple iPad.

Sub-piksele w nowym iPadzie Apple wyglądają bardzo podobnie do tych z ekranów AS-IPS.

2011: OLED Sony

Sub-pixele w ekranie Sony BVM-E250 (monitor profesjonalny)

2012: W-OLED: LG (rodzina OLED)

Ekran W-OLED w telewizorze OLED LG 55EM970V

LG wprowadziło dodatkowy biały sub-piksel do standardowych w panelach OLED czerwonego, zielonego i niebieskiego. Pozwoliło to zwiększyć jasność ekranu i jego żywotność. Jak przyznaje LG niebieskie diody LED są bardziej kruche od pozostałych kolorów. Dlatego właśnie niebieskie diody pomniejszono i nie używa się ich tak bardzo  jak pozostałych, co w efekcie ma zapewnić większą trwałość paneli.

2012: S-PVA: Samsung (rodzina VA)

Nowy wariant ekranu Samsunga S-PVA w Sony Bravia KDL-40EX653

2012: IGZO Technology by Sharp

Sub-pixele w ekranie 10″ IGZO (1366 x 800 pixels)

Technologia IGZO pozwoliła zagęścić piksele na ekranie. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie wyższej rozdzielczości na wyświetlaczu o tym samym rozmiarze. Ekrany IGZO zostały zaprojektowane głównie ze względu na techologię UHD (Ultra HD, inaczej 4K) – czyli rozdzielczość cztery razy większą niż Full HD.

2012: nieznana technologia pochodząca od PSA

Sub-pixele w ekranie Haier LET46Z18 TV

2013: nieznana technologia wprowadzona przez CMO odmiana MVA

Sub-pixele w ekranie Panasonic TX-L42E6

Sub-pixele w ekranie Haier LET39Z18

Matryce o tej konstrukcji stosuje przeważnie Panasonic. Flagowy modej tej firmy – WT600 – posiada ekran o właśnie takiej konstrukcji. Matryca posiada lepsze kąty widzenia od PSA i wysoki kontrast (około 3000:1)

2013: Plazma – LG, Panasonic, Samsung

Sub-pixele w ekranie Samsung PS51F4500

Technologia plazmowa ma zostać wycofana w latach 2014/2015. Panasonic, LG oraz Samsung zamknęły już badania i rozwój w tej dziedzinie. Niestety…

2013: IPS: LG

Wyświetlacze LG w technologii IPS są stosowane wielu modelach telewizorów z roku 2013, w tym wyprodukowanych przez LG, Sony, Panasonica I Philipsa. Na powyższym zdjęciu ukazano model Panasonic TX-L47ET60. Kąty widzenia są dużo lepsze niż w panelach MVA, PVA ASV i UV ² A, ale czerń nie jest dostatecznie głęboka co daje trochę niski kontrast. W rzeczywistości możliwy do osiągnięcia jest kontrast 1100:1 w najlepszych modelach z krawędziowym podświetleniem LED. Rozwiązaniem była by przejście z podświetlenia krawędziowego Led na Full LED, z diodami obejmującymi całą tylną powierzchnię ekranu. Rozwiązanie takie znajdziemy jednak tylko w kilku telewizorach, bo zdecydowanie do tanich nie należą.

Na chwile obecną głównymi producentami matryc są Samsung, LG, AU Optronics, CMO oraz Innolux. Na rynku pojawiają się jednak nowi dostawcy matryc, głównie chińscy. Metodę sprawdzania matryc po oznaczeniu podano kiedyś na forum. Niestety wymaga ona często fizycznego dostępu do wnętrza telewizora.

Sama matryca nie determinuje wprawdzie finalnej jakości obrazu jednak jest w stanie bardzo dużo powiedzieć o ekranie. Głównym kryterium wyboru musi być gałąź technologii – VA lub IPS. Obie gałęzie odróżniają się bardzo mocno, jak opisano na początku artykułu. Często w telewizorach o tym samym oznaczeniu występują dwa lub więcej rodzaje matryc dlatego warto sprawdzić przed zakupem jaki model nabywamy. Różnice bywają zasadnicze!

(9249)