Co świeci w ekranie LCD

• Zużycie energii – w LED LCD może być nawet o 70 proc. mniejsze w stosunku do standardowych LCD, najoszczędniejsze telewizory LCD pobierają teraz niewiele ponad 60, a nie 120–200 watów energii.
• Odwzorowanie kolorów – LED LCD potrafią odwzorować o 20 proc. szerszą paletę kolorów, lepiej odwzorowują czerń.
• Równomierność oświetlenia ekranu – zależy od rozmieszczenia diod LED; krawędziowe (Edge LED) oferuje niezbyt równomierne podświetlenie; tylne (Full LED) radzi sobie z tym znacznie lepiej niż zwykłe LCD.
• Kontrast – w LED LCD jest znacznie wyższy niż w zwykłym LCD, może osiągać wartości 1: 50 000, 1:100 000 i wyższe, a w najlepszych modelach 1:2 000 000, czyli równy wartości kontrastu dynamicznego, którym chwalą się producenci (patrz ramka „Kontrast statyczny i dynamiczny”).
• Wymiary – LED LCD z podświetleniem krawędziowym mogą mieć grubość tylko 2–3 mm.

W matrycach LCD ciekłe kryształy nie świecą. Są tylko filtrem przepuszczającym z większą lub mniejszą intensywnością światło pochodzące z tylnego podświetlenia. Rodzaj użytego podświetlenia i sposób jego rozmieszczenia okazuje się obecnie jednym z ważniejszych elementów monitora czy telewizora LCD.

Światło z tylnego podświetlenia matrycy LCD przechodzi przez polaryzator. „Ustawia” on światło tak, że drga w jednej płaszczyźnie – pionowej lub poziomej, zależnie od konstrukcji samego panelu LCD. Fala świetlna trafia na matrycę LCD, w której poszczególne komórki, wypełnione ciekłym kryształem, pod wpływem przyłożonego napięcia skręcają polaryzację światła. Wielkość tego skręcenia w stosunku do początkowej płaszczyzny polaryzacji zależy od przyłożonego do komórki napięcia – steruje tym procesor zamontowany w panelu LCD, który ustawia napięcia dla każdej z komórek na podstawie informacji otrzymanych z karty graficznej, tunera TV bądź wysyłanych przez odtwarzacz DVD lub blu-ray.

Aby otrzymać na ekranie gotowy obraz, potrzebny jest jeszcze drugi polaryzator. Jego płaszczyzna polaryzacji jest ustawiona prostopadle do tego pierwszego. Oznacza to, że jeśli po przejściu przez komórkę ciekłokrystaliczną polaryzacja fali światła nie ulegnie zmianie, drugi polaryzator wygasi wiązkę i w efekcie otrzymamy na ekranie czarny punkt. Jeśli zaś zmienimy ją o 90°, wówczas całe światło przejdzie przez matrycę i na ekranie otrzymamy punkt jasny. Aby uzyskać barwy, wszystkie punkty matrycy są pokryte filtrami RGB (Red – czerwony, Green – zielony, Blue – niebieski). Trójka sąsiednich punktów RGB, nazywanych subpikselami, tworzy jeden barwny punkt obrazu. Jego kolor zależy od intensywności światła docierającego do poszczególnych subpikseli.

W klasycznym monitorze lub telewizorze LCD matryca jest podświetlana zestawem kilku, zwykle trzech lub czterech, lamp fluorescencyjnych z zimną katodą (tzw. świetlówek). Zanim światło ze świetlówki trafi do polaryzatora, przechodzi przez dyfuzor – specjalną polimerową folię o „mlecznym” zabarwieniu. Jej zadaniem jest równomierne rozproszenie światła, tak aby jednorodnie oświetlało płaszczyznę ekranu.

Od jakości dyfuzora zależy, czy ekran równomiernie świeci na całej powierzchni i jak dobrze oddawane są barwy. W gorszych monitorach nawet bez używania aparatury pomiarowej widać, że przy włączonym białym tle obraz przy krawędziach ekranu jest ciemniejszy. Taki monitor nie będzie się nadawał do prac graficznych, ale do domu czy do biura wystarczy.

W ciekłokrystalicznych ekranach LED (Light Emitting Diode) podświetlenie lampami fluorescencyjnymi zastąpiono diodami LED świecącymi białym światłem. Są dwa typy podświetlenia LED: krawędziowe (Edge LED) oraz Full LED. W pierwszym stosuje się dwie listwy diod LED, na górnej i dolnej krawędzi ekranu. Tylną ścianę panelu LCD stanowi specjalny dyfuzor refleksyjny, który ma za zadanie odbić i jednorodnie rozproszyć światło z listew diodowych, a następnie skierować je na ekran do pierwszego polaryzatora.

Taki panel jest znacznie tańszy w produkcji niż Full LED (choć wciąż o około 20–50 proc. droższy niż klasyczne urządzenie LCD ze świetlówkami), ale uzyskiwane oświetlenie ekranu jest niezbyt równomierne. Ekrany takie charakteryzują się też gorszym odwzorowaniem barw i niższym kontrastem w porównaniu z Full LED – maksymalnie do wartości 1:100 000. Zaletą tej technologii jest natomiast możliwość wyprodukowania cienkiego wyświetlacza o grubości zaledwie 2–3 mm oraz mniejsze zużycie energii w porównaniu ze świetlówkami.

Większość monitorów komputerowych LED wykorzystuje krawędziowe podświetlenie. Przykładowe ceny to ok. 1300 zł za model Samsung SyncMaster XL 2370 23” czy ok. 850 zł za Benq V2400 Eco 24”.Również większość sprzedawanych do tej pory telewizorów LED LCD korzysta z podświetlenia Edge LED. Przykładowo Samsung UE40B8000 200 Hz 40” kosztuje 6600 zł, a LG 42SL9000 42” – 3800 zł.

• Współczynnik kontrastu Określa różnicę między jasnością najciemniejszego i najjaśniejszego punktu wyświetlanego na ekranie. Im wyższy kontrast, tym wyraźniejszy i czytelniejszy jest obraz, a kolory lepiej odwzorowane – czerń jest wówczas bardziej zróżnicowana (widać więcej ciemnych detali) i głęboka, a biel wyrazistsza. W wyświetlaczach LCD zwiększanie kontrastu powyżej 1:500–700 jest trudne i wiąże się ze wzrostem jasności, co z kolei sprawia, że pojawia się wówczas niekorzystny efekt „świecącej czerni”, który jest widoczny nawet w modelach LED LCD. Co więcej, zbyt jasny obraz męczy wzrok i większość użytkowników i tak zmniejsza intensywność świecenia ekranu.
• Kontrast statyczny Kontrast mierzony podczas normalnej eksploatacji panelu LCD.
• Kontrast dynamiczny Jest to wartość współczynnika uzyskana w wyniku pomiaru kontrastu przy maksymalnej jasności podświetlenia i przy wyłączonym podświetleniu matrycy. W odróżnieniu od kontrastu statycznego nie ma on praktycznego znaczenia – nie da się korzystać z monitora LCD, w którym co chwilę wyłącza się świetlówki. Wyjątkiem są tu panele Full LED LCD, w których rzeczywiście podczas pracy można wyłączyć podświetlenie ekranu i kontrast statyczny pokrywa się wówczas z wartością współczynnika kontrastu dynamicznego.

W technologii Full LED podświetlenie LED znajduje się, tak jak w klasycznym monitorze LCD, z tyłu za ekranem. Matryca złożona z kilkuset niewielkich, umieszczonych obok siebie diod, bez problemu może równomiernie oświetlić całą powierzchnię ekranu. Mało tego, bez problemów można sterować jasnością poszczególnych diod LED i dzięki temu dynamicznie kontrolować jasność poszczególnych fragmentów obrazu. Obszar ekranu podzielony jest wówczas na kilkadziesiąt lub kilkaset fragmentów podświetlanych niezależnie przez połączone w bloki diody LED.

W dostępnych obecnie na rynku ekranach stosuje się matryce złożone z ok. 1000–1500 diod zgrupowanych w 128–256 bloków. Dzięki możliwości wyłączania tylnego podświetlenia podczas pracy monitora rzeczywisty kontrast w takich wyświetlaczach może dochodzić do 1:2 000 000, a nawet więcej.

Odmianą technologii Full LED jest LED RGB. W tym wypadku białe diody LED są zastąpione zblokowanymi w trójki diodami RGB. Dzięki temu można osiągnąć znacznie lepsze niż w Full LED odwzorowanie barw (dodatkowo steruje się świeceniem diod, od których zależą poszczególne składowe kolorów). Również kontrast jest nieco wyższy. Niestety taki wyświetlacz często kosztuje ponad dwa, trzy razy tyle, co odpowiadający mu zwykły panel LCD.

Na podświetlenie Full LED stawia firma Sharp. Jej 40-calowy telewizor LC-40LX700E 100 Hz kosztuje 4400 zł. Telewizorem z podświetleniem LED RGB jest Sony Bravia XBR KDL-55XBR8 100Hz 55” – jego cena to ponad 12 tys. zł.

Wciąż trwają prace rozwojowe nad technologią OLED (Organic LED) zwaną też AMOLED (Active Matrix OLED). Za 2–3 lata zacznie ona zapewne wypierać urządzenia LED LCD. Technologia ta wykorzystuje polimerowe, plastikowe folie, które emitują światło pod wpływem przyłożonego napięcia. Konstrukcja i zasada działania wyświetlacza OLED jest prosta. Jednak trzeba pokonać takie problemy, jak niejednorodna emisja światła, nierównomierna szybkość przepływu ładunków i nietrwałość materiału. W tym celu panele OLED muszą być wyposażone w dodatkowe warstwy specjalnie dobranych materiałów. Mimo to da się wyprodukować ekran o grubości poniżej milimetra.

Na ekranach LCD ze standardowym podświetleniem ciemne i jasne kolory na jednym zdjęciu będą wyblakłe, obraz nie będzie miał głębi. Wyświetlacze z tylnym podświetleniem diodami LED, świecącymi w kolorach RGB (Red – czerwony, Green – zielony, Blue – niebieski), odwzorowują naturalne kolory i zapewniają kontrastowy obraz, nawet jeśli znajdują się na nim bardzo jasne i bardzo ciemne obszary. To dlatego, że natężenie emitowanego przez diody światła jest dynamicznie zmieniane.

Matryce OLED charakteryzują się najlepszym ze wszystkich typów wyświetlaczy odwzorowaniem barw. Wynika to stąd, że matryca sama jest źródłem światła, oraz z tego, że oprócz trzech subpikseli, które mogłyby same, podobnie jak w matrycach LCD, tworzyć pojedynczy piksel obrazu, dodatkowo dodaje się subpiksel święcący na biało. Wyprodukowanie takiego punktu w technologii OLED nie stanowi problemu. Podobnie jak osiągnięcie bardzo dobrej czerni – wystarczy bowiem wyłączyć napięcie przykładane do danego piksela, aby ten punkt po prostu przestał świecić i stał się czarny.

Co więcej, stosunkowo łatwo jest też sterować natężeniem światła emitowanego przez poszczególne punkty, dzięki czemu odwzorowywane przez matryce OLED kolory są żywe i naturalne. Można też odwzorować przejścia tonalne między barwami z dokładnością niespotykaną w innych typach wyświetlaczy.

W matrycach OLED nie ma potrzeby montowania filtrów czy polaryzatorów. Efektem jest bardzo szeroki kąt widzenia w każdej płaszczyźnie, wynoszący praktycznie 180 stopni. Wyświetlacze OLED mają też bardzo krótki czas reakcji wynoszący poniżej 10 mikrosekund. Nie ma więc mowy o jakimkolwiek rozmyciu obrazu czy smużeniu.

Niestety, na razie trudno jest skonstruować wyświetlacz większy niż o przekątnej 19 cali, a jego żywotność nie przekracza obecnie 10 tys. godzin. Właśnie takiej wielkości wyświetlacze OLED TV zaprezentowała na targach CES firma LG. Mają one trafić na rynek w drugiej połowie roku; ich cena nie została jednak podana.