Jakiś czas temu opublikowaliśmy poradnik przybliżający Wam w jaki sposób działa monitor ciekłokrystaliczny, nieodzowny element współczesnego zestawu komputerowego, jeżeli nie czytaliście tego materiału, zachęcam do zapoznania się z nim, bo niniejszy artykuł będzie niejako merytoryczną kontynuacją rozpoczętej wówczas tematyki.
Wspomniany poradnik dotyczący budowy współczesnych monitorów, a także wyjaśniający podstawowe parametry tych urządzeń, takie jak czas reakcji matrycy, czy częstotliwość odświeżania ekranu, to konieczny wstęp, abyśmy mogli zagłębić się w technologie stosowane w monitorach. Wiemy już, że nie sposób ocenić monitora "na oko", bo nasz własny zmysł wzroku może nas zwieść na manowce. To wyjaśnia dlaczego w rzetelnych testach i recenzjach monitorów trzeba używać odpowiedniego sprzętu pomiarowego. Jakakolwiek recenzja tego typu sprzętu oparta wyłącznie na podstawie subiektywnych wrażeń recenzenta - i to niezależnie od jego doświadczenia w korzystaniu ze sprzętu, który ocenia - pozostaje co najwyżej opinią. Możemy się z nią zgadzać lub nie, ale nie mówi ona nic o faktycznych możliwościach danej konstrukcji. Natomiast z wynikami uzyskanymi przez odpowiednie urządzenia pomiarowe trudno dyskutować. Ponieważ jednak nie każdy dysponuje odpowiednim sprzętem pomiarowym, a też i my jako redakcja nie jesteśmy fizycznie w stanie przetestować absolutnie każdego sprzętu jaki jest dostępny na rynku, warto zaopatrzyć się w przydatną wiedzę pozwalającą łatwo rozpoznać konkretny typ wyświetlacza i poznać zalety i wady poszczególnych rodzajów ekranów. Z pewnością ułatwi do wybór urządzenia optymalnie dobranego do własnych potrzeb.
Przy okazji, pod koniec poprzedniego artykułu o budowie i działaniu monitorów, prosiłem was, byście w komentarzach zaznaczyli, jakie zagadnienia związane z monitorami was interesują. Poruszyliście m.in. kwestię różnic pomiędzy matrycami TN, IPS i VA, kalibracji monitora, braku informacji o OLED-ach. Dlatego też powstał ten materiał, w którym wyjaśniam istotne cechy poszczególnych rodzajów paneli.
TN, IPS, VA - typy paneli i rynkowy galimatias
Wiemy już, że każdy monitor LCD, ma strukturę warstwową. Ta prawidłowość dotyczy każdego dostępnego dziś w sklepach monitora ciekłokrystalicznego. O ile jednak ogólna zasada działania monitorów LCD jest taka sama, to wśród dostępnych dziś modeli mamy spore zróżnicowanie jeżeli chodzi o tzw. typ panelu ciekłokrystalicznego.
Tutaj skupimy się na trzech podstawowych typach ekranów LCD: TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching) oraz VA (Vertical Alignment). Jeżeli w tym momencie część z was zadaje sobie w myślach pytanie "a co z panelami MVA/PLS/AMVA/AHVA itp.?" to od razu wyjaśniam, że są to podtypy wymienionych wcześniej rodzajów matryc.
Na przykład nazwa "IPS" (skrót od In-Plane Switching) stanowiąca jednocześnie potocznie przyjętą nazwę technologii wytwarzania matryc ciekłokrystalicznych jest zastrzeżona przez firmę LG (dokładniej LG Display), jednak nie znaczy to, że inni producenci paneli nie mają podobnych technologii. Po prostu z powodu zastrzeżenia nazwy przez LG Display, inni producenci stosują własne nazwy i tak, w przypadku firmy Samsung mamy panele PLS (Plane to Line Switching), a z kolei AU Optronics produkuje panele AHVA (Advanced Hyper-Viewing Angle; mimo obecności liter "VA" w środku, panele AHVA nie mają nic wspólnego z matrycami VA) - ale na pewnym poziomie ogólności (poniżej którego nie będziemy schodzić), wszystko to są "IPS-y".
Podobnie jest w przypadku innych typów paneli, np. AMVA, MVA, SVA to różne podtypy matryc VA - owszem, są pomiędzy nimi pewne różnice (np. odmienny układ elektrod stosowany przez poszczególnych producentów), ale nie zmienia to istoty rzeczy. SVA (Super Vertical Alignment) od Samsunga, AMVA (Advanced Multidomain Vertical Alignment) od AU Optronics, MVA (Multidomain Vertical Alignment) lub Super MVA od Innolux, HVA od CSOT (China Star Optoelectronics Technology, czyli właściwie TCL) - wszystko to są panele VA.
Jedynie w przypadku monitorów TN poszczególni producenci paneli nie silili się na tworzenie kolejnych skrótów. Właściwie to cały czas próbują. Np. ASUS w swoich laptopach "wymyślił" panele EWV, które - wg zapewnień samego producenta w opisach wybranych modeli laptopów - są panelami TN z dodatkową warstwą poprawiającą kąty widzenia. Niestety w tym konkretnym przypadku galimatias jest o tyle większy, że kreatywny marketing tajwańskiej firmy postanowił, że skoro EWV oznacza "Enhanced Wide Viewing" co ma odnosić się do lepszych kątów widzenia, to przecież matryce IPS mają szerokie kąty widzenia, więc też powinny nazywać się EWV. Jak wymyślili tak zrobili.
Dodatkowy bałagan w umysłach konsumentach powodują też ci, którzy w odniesieniu do monitorów używają takich nazw jak "monitor TFT" czy "monitor LED". To bezsensowne określenia - jak już wiecie z mojego poprzedniego monitorowego materiału TFT to składająca się z wielu tranzystorów warstwa sterująca panelem (obrazem) bez względu na to, z jakim typem matrycy mamy do czynienia. Ponieważ dziś wszystkie monitory komputerowe są wyświetlaczami aktywnymi, warstwę TFT znajdziemy w każdym z nich, bez względu na to, czy to jest panel LCD TN, LCD IPS, czy LCD VA.
Drugie, równie bezsensowne dziś określenie to "monitor LED". LED to skrót oznaczający po prostu diodę elektroluminescencyjną. Owszem takie elementy znajdują się we współczesnych monitorach. Dodam - we wszystkich. Więc różnicowanie na "monitor LCD" czy "monitor LED" (a tak jest np. w porównywarce Skąpiec) nie ma najmniejszego sensu. LED-y znajdują się dziś w warstwie podświetlenia absolutnie każdego ciekłokrystalicznego monitora komputerowego. Mógłbym zrozumieć ten sztuczny i marketingowy słowotwór w sytuacji, gdyby na rynku wciąż jeszcze były monitory z podświetleniem lampami fluorescencyjnymi z zimną katodą (CCFL - Cold Cathode Fluorescent Lamp) - wtedy miałby sens podział typu "monitor CCFL" czy "monitor LED" - właśnie ze względu na typ podświetlenia matrycy. Ale od wielu lat monitorów z podświetleniem CCFL już nie ma. Dziś wszystkie monitory ciekłokrystaliczne, bez względu na typ matrycy mają podświetlenie LED. To właśnie LED-y są źródłem światła dla ciekłych kryształów w matrycach IPS, VA czy TN. To czym się różnią te panele?
Od paneli TN właśnie zacznijmy, bo są one najstarszą odmianą ciekłokrystalicznych matryc aktywnych jakie zaczęto montować w monitorach komputerowych i nic nie wskazuje na to, by w najbliższym czasie producenci monitorów i laptopów mieli zrezygnować z tego typu wyświetlaczy.
Panele TN - najstarsze rozwiązanie, czy najgorsze? Niekoniecznie
Ponieważ już wiemy jak - ogólnie - skonstruowany jest ciekłokrystaliczny panel dowolnego typu, nie będziemy powielać tu wcześniej podanych informacji a jedynie skupimy się na różnicach wynikających z konkretnego typu matrycy.
Konstrukcję matryc TN wyjaśnia poniekąd skrót stanowiący ich nazwę. TN oznacza Twisted Nematic, czyli "skręcone nematyki". Nematyki to specyficzna grupa związków ciekłokrystaliczych wyróżniających się charakterystycznym uporządkowaniem cząstek i dwójłomnością (zdolność do podwójnego załamywania światła). Nie wnikając zbyt głęboko w zagadnienia fizykochemiczne cząstek dla zrozumienia tego, jak funkcjonuje panel TN wystarczy zapamiętać, że cząstki ciekłokrystaliczne o charakterystycznym, cylindrycznym kształcie są w stanie swobodnym skręcone w taki sposób, że zmieniają polaryzację padającego na nie światła o 90 lub 270 stopni. Pokazuje to poniższa ilustracja.
W efekcie przy braku napięcia przyłożonego do elektrod sterujących matrycą (graf po lewej) warstwa ciekłokrystaliczna przepuszcza światło, natomiast po przyłożeniu napięcia (graf po prawej) cząstki układają się zgodnie z siłami pola elektrycznego, co powoduje zablokowanie przepływu światła i wyświetlenie czarnego piksela. Oczywiście we współczesnych monitorach z aktywną matrycą sterującą (TFT) możliwe jest takie wysterowanie napięć, gdy uzyskać częściowe blokowanie światła przez komórki ciekłokrystaliczne, w efekcie uzyskując zakres szarości (a po przejściu przez filtry barwne, stosowne nasycenia barw).
Zaletą matryc LCD TN jest niski koszt ich produkcji, są to wciąż najtańsze w produkcji matryce ciekłokrystaliczne. Kolejną zaletą jest możliwy do osiągnięcia bardzo krótki czas reakcji matrycy. Piksele matryc LCD TN są w stanie zmieniać swój stan (wg norm ISO) w realnym czasie krótszym nawet niż 4 ms.
Najlepszy pod tym względem zmierzony przeze mnie monitor (jego wykres pomiarowy czasu reakcji widzicie powyżej) to BenQ Zowie XL2430-B - uzyskał czas reakcji 3,98 ms - więcej o nim znajdziecie w naszym serwisie). To wyjaśnia, czemu ten typ matryc jest wciąż najpopularniejszy wśród monitorów przeznaczonych dla graczy.
Większość monitorów o bardzo dużej częstotliwości odświeżania obrazu (240 Hz) to również modele wyposażone w matryce TN, choć - tutaj warto zwrócić na to uwagę - najszybszym pod tym względem monitorem jaki miałem okazję testować był zrecenzowany w tym roku model ASUS TUF Gaming VG279QM (więcej o nim) wyróżniający się rekordową częstotliwością odświeżania wynoszącą aż 280 Hz, jednak ASUS wyposażył swój monitor w matrycę typu IPS, a nie TN.
Na tym zalety matryc TN się w zasadzie kończą. Większość matryc TN charakteryzuje się relatywnie niedużym spektrum emitowanych barw, słabymi przejściami tonalnymi. Niekiedy można spotkać się z opiniami, że matryce TN mają nierównomierne podświetlenie - nasze testy jednak tego nie potwierdzają, ale opinia ta może wynikać z czegoś innego, co istotnie jest największą wadą matryc TN: słabych kątów widzenia.
Wadą matryc TN jest degradacja jakości obrazu obserwowanego pod różnymi kątami - szczególnie w pionie (zwróćcie uwagę na dolne zdjęcie - to nie pożar, to matryca TN)
Po prostu patrząc na matryce TN pod pewnym kątem wyraźnie da się zauważyć degradację jasności i kolorystyki obrazu. Z tym niestety nic się nie da zrobić, gdyż wada ta jest immanentną cechą tego typu konstrukcji, aby ją zniwelować należałoby przekonstruować warstwę ciekłokrystaliczną i zreorganizować rozmieszczenie cząstek ciekłokrystalicznych. To się oczywiście robi, tyle, że nie są to już wtedy panele TN.
Zmiany obrazu obserwowanego pod różnymi kątami są niekiedy tak duże, że nawet patrząc na wprost na tego typu ekran, może nam się wydawać, że ma on nierównomierną jasność czy kolorystykę. W istocie panel może mieć nawet idealnie równomierne podświetlenie (co da się zmierzyć odpowiednim sprzętem pomiarowym), ale subiektywne odczucia wynikają właśnie z wady tego typu paneli - słabych kątów widzenia. Po prostu nawet patrząc na ekran na wprost, na różne jego części patrzymy pod różnymi kątami. Wyjaśnia to poniższa ilustracja, która jednocześnie tłumaczy, dlaczego wybierając matrycę TN paradoksalnie lepiej wybrać... mniejszych rozmiarów panel:
Nawet siedząc na wprost dużego monitora z matrycą TN możemy zauważyć zmianę jasności czy kolorystyki pomiędzy np. górną a dolną częścią ekranu - jakość podświetlenia (jego równomierna praca) wcale nie musi być problemem, tym są słabe kąty widzenia matryc TN.
Podobnie jest zresztą z kolorami - ponieważ słabe kąty widzenia wpływają na percepcję barw, może się okazać, że nawet dobry panel TN (np. ten zastosowany w testowanym przez redakcję monitorze Acer XF272UP - model ten okazał się jednym z najlepszych monitorów pod względem ilości emitowanych barw, zainteresowanych odsyłam do jego recenzji), w którym zmierzymy szeroki zakres generowanych barw i wysoką ich wierność (niskie błędy delta E), będzie przez użytkownika postrzegany jako gorszy od np. monitora z panelem IPS o znacznie lepszych kątach widzenia ale mniejszej ilości emitowanych barw i nieznacznie gorszej ich wierności (większe błędy delta E w pomiarach). Powodem tego paradoksu są właśnie kąty widzenia w matrycach TN. Dlatego trudno polecić nawet najlepszy panel TN użytkownikom zainteresowanym pracą z kolorem i obróbką grafiki. Z kolei wielu graczy doceni szybkość pracy tego typu paneli (w przypadku modeli gamingowych) - zatem choć TN-ki mają wady, trudno jednoznacznie uznać je za najgorsze rozwiązanie.
Chciałbym poruszyć jeszcze jedną kwestię: w internecie, w wielu miejscach możecie znaleźć sugestie, że matryce TN są tanie w produkcji (to prawda) więc, użytkownicy poszukujący taniego monitora biurowego, bez żadnych wymagań jeżeli chodzi o jakość barw, powinni wybierać właśnie monitory TN - i to dziś niekoniecznie jest już prawdą! Najtańszy monitor biurowy Full HD (niższa rozdzielczość dziś jest już absolutnie nieużyteczna w kontekście wykorzystania monitora jako narzędzia do pracy z współczesnymi aplikacjami) jaki udało mi się znaleźć w trakcie przygotowywania niniejszego materiału to model HP E221c za 219 zł i był to model wyposażony w matrycę typu IPS, a nie TN. Oczywiście wśród tanich modeli, wciąż większość stanowią monitory z panelami TN, ale gdybym miał wybrać zdecydowałbym się na IPS-a, których w cenie poniżej 400 zł znaleźć można całkiem sporo. Ostatnia nisza jaką jeszcze z powodzeniem mogą zagospodarować szybkie TN-ki, to monitory gamingowe dla graczy preferujących dynamiczne, szybkie gry e-sportowe takie jak np. CS:GO itp.
Panele VA - najlepszy kontrast w ciekłych kryształach
Przechodzimy do kolejnego typu matryc ciekłokrystalicznych - VA. Ponownie pominę cechy wspólne dla wszystkich paneli ciekłokrystalicznych i skupię się na różnicach. Tym co odróżnia panele VA od innych konstrukcji ekanów LCD stosowanych we współczesnych monitorach to sposób organizacji cząstek ciekłokrystalicznych oraz zmiana ich zachowania na skutek przyłożonego napięcia. Pamiętamy, że w ekranach TN brak napięcia oznaczał przepuszczanie światła, a napięcie oznaczało wytworzenie piksela czarnego.
W przypadku matryc VA mamy odwrotną sytuację - ułożenie cząstek w stanie spoczynku (bez różnicy potencjałów pomiędzy warstwami elektrod) jest takie, że przepływ światła jest blokowany i mamy czerń. Na skutek przyłożenia napięcia cząstki ciekłokrystaliczne się pochylają, co w efekcie przepuszcza spolaryzowane światło na wierzchnią warstwę ekranu.
Zalet takiego podejścia jest kilka. Przede wszystkim fakt, że subpiksele matrycy VA w stanie wyłączonym nie przepuszczają światła daje nam to, że czerń w monitorach z tego typu panelami jest najlepsza spośród wszystkich technik wytwarzania ekranów ciekłokrystalicznych. Innymi słowy matryce VA charakteryzują się najwyższym, rzeczywistym kontrastem obrazu (podkreślam: spośród monitorów ciekłokrystalicznych).
Ponieważ o subiektywnym odbiorze jakości obrazu przez ludzkie oczy w znacznym stopniu decyduje właśnie kontrast, to wiele osób postrzega obraz na monitorach VA jako najlepszej jakości, zresztą z powodzeniem wykorzystują to również producenci telewizorów ciekłokrystaliczych.
Matryce typu VA wyróżniają się zauważalnie lepszymi kątami widzenia, czyli mniejszą degradacją obrazu (w stosunku do paneli TN) podczas obserwacji ekranu nie na wprost niego. Kolejną istotną zaletą tego typu paneli jest to, że matryce VA mogą emitować znacznie szerszy zakres barw niż matryce TN. A to, w połączeniu z wspomnianym, wyższym od pozostałych typów paneli LCD kontrastem, po prostu widać. Za dobrą kolorystyką paneli VA przemawiają też liczby, spośród około 30-stu monitorów - głównie gamingowych - jakie przetestowałem w ciągu ostatnich dwóch lat, najlepsze pod względem ilości emitowanych barw okazały się właśnie modele wyposażone w tego typu panele. Co ważne, nie chodzi tu wyłącznie o drogie monitory (do jakich z pewnością zalicza się pokazany wcześniej na zdjęciu ultrapanoramiczny monitor marki Acer), czy telewizory LCD klasy premium (do jakich aspirują np. lepsze serie QLED Samsunga - również wyposażone w matryce VA z dodatkową warstwą kropek kwantowych), ale również tańsze, gamingowe modele VA w cenie do ok. 1500 zł.
Panele VA mają też wady, wynikają one głównie z przyjętej koncepcji konstrukcyjnej warstwy ciekłokrystalicznej i fizycznych ograniczeń cząstek ciekłokrystalicznych. Chodzi o to, że zmiana ułożenia cząsteczek ciekłokrystalicznych na skutek przyłożenia napięcia pomiędzy elektrodami i pojawienia się pola elektrycznego w panelach VA zachodzi znacznie wolniej niż w pozostałych typach matryc ciekłokrystalicznych. Po prostu mamy tu do czynienia z ograniczeniem fizycznym, jakim jest bezwładność ciekłych kryształów.
Żeby nie być gołosłownym, monitor o najkrótszym, pełnym, rzeczywistym czasie reakcji matrycy typu VA jaki miałem okazję testować uzyskał rezultat 10,56 ms. Mowa o gamingowym modelu MSI Optix MAG271R (zainteresowanych odsyłam do jego recenzji) - uzyskał on świetny (jak na VA) czas reakcji, ale rezultat ten jest i tak ponad 2,5 raza wolniejszy od najlepszych monitorów TN. Uzyskanie czasu reakcji poniżej 12 ms w przypadku VA jest rzadkością, za to wiele monitorów VA uzyskuje czasy reakcji na poziomie ponad 20 ms. W przypadku oglądania filmów, zdjęć, czy grania w mało dynamiczne gry (np. strategie turowe) wysoki kontrast i szeroki zakres barw nam to rekompensują, jednak do bardzo dynamicznych gier ten typ paneli nie będzie optymalnym wyborem. Nie zrozumcie mnie jednak źle - VA w monitorze gamingowym jak najbardziej ma sens, zwłaszcza w przypadku grania w tytuły o bogatej, wyrafinowanej warstwie wizualnej.
Panele IPS - coraz szybsze
Trzecia grupa paneli, które obecnie są spotykane w znacznej grupie monitorów komputerowych i wyświetlaczy laptopów dostępnych w sprzedaży to panele z rodziny IPS. Celowo, użyłem słowa "rodzina", gdyż jak wcześniej wspomniałem wiele paneli o różnych nazwach technologii nadanych przez producentów to w gruncie rzeczy różniące się drobnymi elementami to samo rozwiązanie. Dlatego umówmy się, że jeżeli - i o ile nie napisano inaczej - odwołuję się do nazwy IPS, to znaczy, że dotyczy to również paneli PLS, AHVA i innych IPS-opodobnych wyświetlaczy.
Zacznijmy od cech konstrukcyjnych paneli IPS. Oczywiście elementem sterującym (przepuszczającym, bądź nie) światłem pochodzącym z warstwy podświetlenia jest warstwa ciekłokrystaliczna, która w tym przypadku jest inaczej zorganizowana niż w obu wcześniej opisanych typach ekranów. W tym przypadku cząstki ciekłokrystaliczne w stanie wyłączonym ułożone są równolegle do podłoża, czy też płaszczyzny ekranu i w takim stanie - podobnie jak w przypadku matryc TN - przepuszczają światło. Przyłożenie napięcia do elektrod otaczających warstwę ciekłokrystaliczną powoduje obrót (przełączenie) cząstek w tej samej płaszczyźnie (a nie ich skręcenie i ustawienie wzdłuż linii pola elektrycznego jak w matrycach TN) i zablokowanie przepływu światła, stąd też nazwa tej techniki - In Plane Switching. Odmienny układ elektrod i inne ułożenie cząstek wpływa również na linie pola elektrycznego, różnice pomiędzy TN a IPS widać na poniższym obrazku. Różnicą w przypadku paneli IPS są również same polaryzatory (warstwy polaryzacyjne przed i za warstwą aktywną z ciekłymi kryształami. W matrycach IPS obie warstwy polaryzacyjne mają te same osie polaryzacji
Stały rozwój technologiczny sprawił, że to co jeszcze kilka lat temu było uznawane za wadę paneli IPS, czyli np. długi czas reakcji matrycy IPS, czy niskie częstotliwości odświeżania ekranu (takie tezy wciąż obserwuję w wielu nawet dość aktualnych materiałach w Sieci) możemy już odłożyć do lamusa. Dowód? Proszę bardzo:
Testowany przez nas monitor ASUS TUF Gaming VG279QM (zainteresowanych odsyłam do recenzji tego modelu) to sprzęt wyróżniający się ekranem odświeżanym z rekordową częstotliwością 280 Hz. I jak możecie się domyślić, monitor ten jest wyposażony w panel IPS. A jak z czasami reakcji? Spójrzmy na kolejny przykład:
To co widzicie na powyższym obrazku to wykres obrazujący pomiar pełnego, rzeczywistego czasu reakcji innego modelu z matrycą IPS - monitora ASUS TUF Gaming VG259Q (również przeze mnie testowany - odsyłam do recenzji). Wynik 8,44 ms to dowód, że jeszcze do niedawna absolutnie nieosiągalna dla matryc IPS granica 10 ms została zauważalnie przekroczona. To oczywiście wciąż ponad dwukrotnie gorzej niż najszybsze monitory z panelami TN, ale wynik ten jest lepszy od najlepszych monitorów z panelami VA, a co najważniejsze pozwala korzystać z szerokiego spektrum gier bez ryzyka zobaczenia na ekranie niepożądanych efektów w postaci smużenia dynamicznie animowanych obiektów. Co prawda model VG259Q ma częstotliwość odświeżania "tylko" 144 Hz, ale trudno uznać ten wynik za "wolne odświeżanie", wcześniejszy przykład pokazał, że 280-hercowy IPS jest faktem.
W efekcie matryce IPS wyrastają nam na "złoty środek" jeżeli chodzi o wybór monitora, który miałby sprostać bardzo szerokiemu spektrum zadań stawianych mu przez użytkownika. Oprócz nowych, wymienionych powyżej zalet, IPS-y wciąż mają zalety znane od dawna: możliwość emisji szerokiego zakresu barw oraz szerokie kąty widzenia w każdej płaszczyźnie, zresztą zobaczcie na poniższą, poglądową fotografię prezentującą różne kąty obserwacji panelu IPS.
Matryca ideał? Niestety nie. Wciąż bolączką wielu monitorów z matrycami IPS jest stosunkowo słaba czerń i niezbyt wysoki (zauważalnie gorszy od matryc VA, choć często lepszy od matryc TN) kontrast. Przyjęło się, że konstrast statyczny paneli IPS jest podobny do tego z paneli TN. Owszem, wielu producentów w specyfikacjach technicznych monitorów z tymi typami matryc uparcie podaje wartość 1000:1. Jednak gdy spojrzymy na wyniki zbiorcze testów (np. przyjrzyjcie się wykresom z naszego ostatniego testu porównawczego monitorów gamingowych do 1500 zł, gdzie trafiły również modele z matrycami IPS) to widać pewną przewagę kontrastu w matrycach IPS nad panelami TN.
Wrócę jeszcze do problemu słabej czerni w matrycach IPS. Wielu użytkowników na forach tematycznych dotyczących monitorów czy ogólnie sprzętu PC wymienia się uwagami dotyczącymi tzw. "srebrzenia" matrycy IPS, czyli nierównomiernej czerni po wyświetleniu czarnej planszy na całym ekranie. Tak to prawda, na matrycach IPS możemy zauważyć pewne nierównomierności, ale w żadnym razie nie świadczą one o nierównomierności podświetlenia matrycy - tę wartość mierzymy w testach.
Natomiast zastanówmy się, czy owa nierównomierność czerni jest problemem? Wszystko zależy od sposobu wykorzystania komputera (i siłą rzeczy monitora). W przypadku wyboru dobrego monitora IPS do prac graficznych, z szerokim zakresem emitowanych barw o dużej wierności, wada ta nie ma znaczenia - wystarczy ustawić szare (neutralne) tło i "srebrzenia" się pozbędziemy (m.in. dlatego w Photoshopie czy innych poważnych narzędziach do obróbki grafiki, tło nigdy nie jest zupełnie czarne). Ale na problem można też spojrzeć z innej strony - jeżeli szukasz monitora do domu, uwielbiasz Gwiezdne Wojny i Star Treka, a EVE Online to gra, która jest twoim drugim życiem, wybierz... monitor z matrycą VA. Albo OLED. OLED? Zaraz zaraz, jaki OLED?
Panele OLED - żadnych ciekłych kryształów
Szczerze pisząc, nie chciałem pisać o OLED-ach w kontekście monitorów, ale prosiłem was o komentarze pod poprzednim artykułem i tam padło pytanie o OLED-y. Pytanie lakoniczne, rzucone zza ramienia cwaniackim gestem, ale niech tam, słowo się rzekło, trzeba odpowiedzieć.
Zacznijmy od kwestii zasadniczej: nie ma obecnie (jeszcze) na rynku konsumenckich (łatwo dostępnych i masowo produkowanych) monitorów z matrycą organiczną (czyli OLED właśnie - Organic Light-Emitting Diode). Chyba że uwzględnimy modele specjalistyczne produkowane na potrzeby profesjonalnej kinematografii, takie jak np. Sony OLED Trimaster EL 4K BVM-X300 V2. Ten 30-calowy monitor o rozdzielczości 4096 x 2160 pikseli to kinematograficzny monitor referencyjny, służący do podglądu obrazu na planie filmowym i jest... drogi. Koszmarnie drogi. Absolutnie poza zasięgiem jakiegokolwiek użytkownika zainteresowanego zwykłym, czy nawet bardzo dobrym monitorem do domu. Wymieniony przeze mnie model kosztuje około ćwierć miliona złotych (znalazłem go w cenie 245089,80 zł brutto), mniejsze studia filmowe mogą ten sprzęt wypożyczyć, ja miałem przyjemność zobaczyć ten sprzęt w działaniu odwiedzając słynne londyńskie Pinewood Studios (tam nakręcono m.in. mnóstwo filmów z Jamesem Bondem, "Full Metal Jacket" czy cztery ostatnie filmy z uniwersum Gwiezdnych Wojen, ale lista produkcji jest znacznie dłuższa), gdzie zaproszono mnie na plan zdjęciowy z kompletnym wyposażeniem.
Na powyższym zdjęciu, na pierwszym planie tego - nomen omen - planu zdjęciowego widoczna jest profesjonalna kamera filmowa Sony CineAlta F65 z dodatkowym niewielkim monitorkiem OLED ułatwiającym kadrowanie, jednak właściwy monitoring obrazu rejestrowanego przez tę kamerę można było zobaczyć na wspomnianym właśnie monitorze referencyjnym OLED.
Obraz był imponujący, ale wyłącznie dlatego, że na wejściu był on rejestrowany przez profesjonalną kamerę. W przypadku monitorów referencyjnych używanych w produkcji filmowej obraz widoczny na ekranie ma być dokładnie taki, jaki rejestrują urządzenia wejściowe. To nie jest telewizor z masą ulepszaczy, to zupełnie inna liga.
A wracając do kwestii monitorów z panelami OLED. Oprócz wspomnianych modeli referencyjnych na światowym rynku znaleźć możemy takie ciekawostki i plany producentów jeżeli chodzi o urządzenia z panelem OLED:
- Dell Alienware AW5520QF - 55-calowy monitor gamingowy 4K z odświeżaną z częstotliwością 120 Hz matrycą OLED (produkcji monopolisty w dziedzinie wielkoformatowych paneli OLED - koreańskiego LG), który jest w zasadzie... telewizorem LG OLED pozbawionym funkcji telewizyjnych (więcej informacji o nim na stronie producenta). Zdecydowanie taniej kupić telewizor LG OLED C9 mający ten sam panel, takie same możliwości gamingowe (VRR), a na dodatek obsługujący HDR, czego w rzeczonym modelu Alienware... brak (sic!).
- Plany wprowadzenia na rynek podobnego (z identycznym panelem OLED) "monitora" ma Acer, model o nazwie Acer Predator CG552K miał pojawić się na rynku globalnym w trzecim kwartale br. Z oczywistych względów (pandemia) nie wiadomo, czy ten termin zostanie utrzymany.
- Dell już w 2016 roku miał ambitne plany zawojowania rynku monitorem OLED, pisaliśmy o tym. Tyle że 30-calowy model 4K, Dell UP3017Q najpierw miał być projektem całkiem anulowanym (tak wynikało z ogłoszenia producenta na targach CES 2017), następnie zmieniono zdanie i ostatecznie niewielka partia została wprowadzona około maja 2017. Monitor ten jednak znikł z rynku tak szybko jak się pojawił, już w czerwcu 2017 roku został usunięty z oferty Della. Zatem potraktujmy go jako ciekawostkę nie zmieniającą wyrażonej wcześniej tezy o faktycznym braku konsumenckich monitorów OLED na rynku.
- Na rynku za to jest (w bardzo ograniczonej liczbie i w bardzo wysokiej cenie) 21,6-calowy monitor ASUS ProArt PQ22UC o rozdzielczości 3840 x 2160 pikseli, wyposażony w matrycę OLED, ale nie od LG, nie jest to też AMOLED Samsunga, lecz JOLED (Japan OLED - firma założona wspólnie siłami Sony i Panasonic). Monitor ASUS-a jest do kupienia w Polsce za ok. 22 tys. zł. Za 21,5 cala. 4K. Wspominaliśmy już o nim w naszym serwisie.
- Modelem bliźniaczym do wspomnianego 21,6-calowego monitora ASUS ProArt PQ22UC jest Eizo Foris NOVA. Korzysta on z tej samej matrycy JOLED. Nieco więcej o nim również u nas znajdziecie.
Jedynym sposobem - pomijając telewizory OLED - na ekran z matrycą organiczną w komputerze jest dziś nie kupno monitora (podaż w zasadzie żadna, a ceny z kosmosu), lecz laptopa. Na rynku jest kilka modeli wyposażanych w organiczne wyświetlacze, a dwa z nich mieliśmy okazję testować w naszej redakcji. Czym zatem różni się matryca OLED od jakiejkolwiek matrycy ciekłokrystalicznej (LCD)?
OLED - konstrukcja znacznie prostsza niż LCD
Ponieważ wiemy już, co nieco o ekranach LCD przyjrzyjmy się konstrukcji paneli OLED. Przede wszystkim zapomnijcie o wszystkim, o czym pisałem, a co dotyczyło ekranów ciekłokrystalicznych. W ekranach OLED (umówmy się, że tym terminem będę nazywał wszystkie rodzaje matryc organicznych: AMOLED-y, G-OLED-y, P-OLED-y, JOLED-y etc.) na najbardziej ogólnym poziomie powstawanie obrazu różni się od sposobu w jaki działają monitory i wyświetlacze ciekłokrystaliczne.
Ekrany LCD jakie znajdziemy we współczesnych monitorach czy laptopach to wyświetlacze transmisyjne (co prawda w świecie ciekłych kryształów mamy jeszcze wyświetlacze refleksyjne czy transrefleksyjne, ale te celowo pominąłem, bo nie są stosowane w grupie interesujących nas tu urządzeń: w monitorach, wyświetlaczach laptopowych itp.). Oznacza to po prostu transmisję światła z podświetlenia, przez elementy aktywne (kreujące obraz). To już zresztą wiemy.
Natomiast jakiekolwiek wyświetlacze OLED są wyświetlaczami emisyjnymi, co oznacza, że elementy aktywne (odpowiedzialne za powstawanie obrazu) są jednocześnie źródłem światła. Po prostu ekrany OLED składają się z olbrzymiej liczby organicznych diod elektroluminescencyjnych (znacznie mniejszych od zwykłych diod LED).
Samo zjawisko luminescencji, czyli emisji fotonów przez specyficzne substancje, związki chemiczne zwane luminoforami jest nam znane od bardzo dawna. Oczywiście chodzi o emisję światła nie w wyniku podgrzania, bo przecież wiadomo, że przy odpowiednio wysokiej temperaturze wszystko będzie świecić.
Najpierw poznaliśmy (biernie, po prostu obserwując przyrodę) bioluminescencję, czyli wydzielanie światła w wyniku pobudzenia chemicznego. Tak funkcjonują np. samice świetlików, w których odwłokach znajduje się bioluminofor - lucyferyna - który na skutek utleniania pod wpływem działania enzymu (zwanego lucyferazą) wydziela światło. Efekt może zaobserwować każdy - wystarczy wybrać się w ciepłą czerwcową noc do lasu liściastego.
Elektroluminescencję zaobserwował w 1907 roku asystent fizyka Guglielma Marconiego (tak, tego od radia), niejaki Henry Joseph Round, który zauważył, że kryształy karborundu (węglika krzemu) umieszczone w polu elektrycznym emitują światło. To dało podstawy do budowy tak dziś powszechnych diod LED (Light-Emitting Diode). Na kolejny etap dający podwaliny pod dzisiejsze OLED-y musieliśmy jeszcze sporo poczekać, aż do 1989 roku. Wtedy to naukowcy Uniwersytetu Cambridge zaobserwowali zjawisko emisji światła na jednym z polimerów - polifenylowinylenie. Pozwoliło to na wytwarzanie organicznych diod elektroluminescencyjnych, znacznie mniejszych od zwykłych LED-ów.
Fakt, że organiczne, półprzewodnikowe elementy aktywne matrycy OLED są jednocześnie elementami emitującymi światło bardzo upraszcza konstrukcję wyświetlacza. Przyjrzyjmy się bliżej jego strukturze:
Każdy półprzewodnikowy element aktywny matrycy OLED składa się z: katody (1), warstwy emisyjnej (2) zbudowanej z organicznych polimerów charakteryzujących się przewodnictwem elektronowym, warstwy przewodzącej (4) - ta składa się z organicznych elementów charakteryzującej się przewodnictwem dziurowym - oraz przezroczystej anody (5) wykonanej najczęściej z tzw. szkła przewodzącego (ITO - Indium Tin Oxide). Ponadto całość - czego powyższy schemat już nie ilustruje - powinna być osadzona na jakimś podłożu: tworzywie, folii, szkle etc.
Uważni Czytelnicy z pewnością dostrzegą, że pominąłem element opisany cyfrą 3 - jemu poświęcam odrębny akapit, bo chodzi tu o reakcję, której wynikiem jest emisja fotonu. Świecenie elementów matrycy OLED jest wynikiem tzw. procesu rekombinacji, czyli odwrotności jonizacji. W trakcie rekombinacji połączenie się jonu dodatniego (cząstki z brakującym elektronem w pełnym paśmie walencyjnym) z elektronem swobodnym z pasma przewodnictwa skutkuje wyzwoleniem części energii w postaci fotonu.
Kolejny schemat pokazuje strukturę panelu OLED w innej, nieco mniejszej skali, już nie pojedynczych elektronów i fotonów, lecz samych półprzewodników, elementów aktywnych i warstw ich otaczających.
W ekranie OLED pojedynczy piksel - podobnie jak w przypadku ekranów LCD - składa się z kilku subpikseli (trzech lub czterech), a każdy subpiksel jest samodzielnie generującym światło elementem matrycy.
OLED a kolory
O ile układ subpikseli jest różny zależnie od producenta danej matrycy, o tyle sposobów generowania finalnych barw jakie zaobserwujemy na ekranie OLED mamy w użyciu obecnie dwa. Pierwszy polega na tym, że organiczna warstwa aktywna składa się z diod OLED emitujących światło czerwone, niebieskie i zielone na każdy piksel (3 subpiksele na piksel, RGB, gdy wszystkie świecą mamy na ekranie biel). Drugi sposób z kolei polega na tym, że cała warstwa aktywna, czyli wszystkie organiczne elementy matrycy świecą w jednym kolorze (białym), a finalne barwy uzyskuje się poprzez dodatkową warstwę filtrów barwnych - podobnie jak to ma miejsce w wyświetlaczach LCD.
Oba podejścia mają zalety i wady. W pierwszym przypadku, czyli w matrycach OLED o subpikselach RGB (tak jest np. w AMOLED-ach w wyświetlaczach laptopowych) nie ma filtrów barwnych, ale problemem jest utrzymanie równomiernej trwałości poszczególnych elementów aktywnych matrycy, z których każdy - co już wiemy - emituje światło. Przy tej samej wydajności elektroluminescencyjnej polimeru użytego do budowy organicznej diody, najtrwalszymi elementami okażą się te, emitujące fotony w stanie energetycznym postrzeganym przez nasze oczy jako barwa czerwona. Znacznie trudniej jest w przypadku barwy niebieskiej, w tym przypadku fotony mają znacznie wyższy stan energetyczny. Dioda zielona to stan pośredni. Ma to istotne znaczenie w takich ekranach OLED, bo energia oddziałująca na diodę OLED ma wpływ na jej żywotność. Uzyskanie niebieskich, świecących długo organicznych diod OLED jest znacznie większym wyzwaniem niż w przypadku barw fotonów o niższej energii.
Drugie podejście, czyli emisja jednej barwy (białej) a następnie nałożenie filtrów barwnych niweluje ten problem, przy tym samym stanie energetycznym emitowanego światła cały panel zużywa się w ten sam sposób, wadą takiego podejścia jest mniejsza luminancja (filtry pochłaniają część fotonów). Dlatego właśnie stosująca to podejście firma LG, monopolista na rynku wielkoformatowych paneli OLED dla telewizorów, buduje matryce organiczne z układem czterech subpikseil RGBW, to W (od White, biały) jest po to by zwiększyć jasność obrazu.
Jest jeszcze jedna wada tego podejścia: ograniczenie zakresu barw w stosunku do tego co teoretycznie mógłby emitować organiczny panel RGB. Dodatkowy subpiksel "przeszkadza" w uzyskaniu najczystszych barw składowych, w efekcie spektrum kolorów jakie można uzyskać na OLED-ach RGBW będzie niższe od tego, co można osiągnąć na panelach organicznych z układem RGB. Owszem, współczesne telewizory OLED (czyli panele RGBW) uzyskują kolory jak najbardziej porównywalne z topowymi telewizorami LCD, ale dla porównania wspomniany na początku tej strony studyjny monitor referencyjny OLED od Sony jest w stanie wyemitować znacznie szerszy zakres barw, czego nawet najlepszy OLED w układzie RGBW nie będzie w stanie osiągnąć.
że OLED to zupełnie odmienna konstrukcja, w której warstwa aktywna nie wymaga podświetlenia, bo ta warstwa sama generuje światło, może najwyższy czas wyjaśnić czym różnią się od siebie poszczególne typy podświetlenia stosowane w dziś dostępnych monitorach ciekłokrystalicznych. O OLED-ach na razie zapominamy, bo monitorów konsumenckich z takimi panelami nie ma, a jeżeli chodzi o laptopy, OLED-y to margines rynku i raczej ciekawostka niż trend, który ma wyprzeć LCD z rynku notebooków.
OLED - ekran idealny?
Pod paroma względami z całą pewnością, ale to nie przypadek, że na rynku wciąż praktycznie nie mamy masowo produkowanego monitora domowego z takim właśnie panelem. Niemniej, gdy spojrzymy np. na wyniki jakie udało nam się zmierzyć w przypadku 15,6-calowego panelu 4K, Samsung SDCA029 (AMOLED) zainstalowanego w zrecenzowanym przez nas laptopie Hyperbook SL504 AMOLED (więcej na jego temat), to wprost zwalają z nóg.
Matryca organiczna w rzeczonym laptopie w pełni pokrywa przestrzeń sRGB (100%) i prawie w pełni (sic!) przestrzenie Adobe RGB (95,9%) oraz DCI-P3 (99,6%). Jasność maksymalna tego panelu to aż 581,8 cd/m2. Kontrast jest... nieskończony. Czerń w panelach OLED jest po prostu prawdziwą czernią (brakiem światła). Również kąty widzenia są imponujące. Takiego kontrastu nie jest w stanie uzyskać żaden wyświetlacz ciekłokrystaliczny i wynika to z fizycznej natury samej konstrukcji takich paneli.
Warto też podkreślić, że panele OLED wyróżniają się imponująco krótkim czasem reakcji w porównaniu do ekranów LCD. Wiele razy już wspominałem, że podawana przez producentów LCD wartość czasu reakcji na poziomie 1 ms to marketing. W przypadku ekranów OLED rzeczywisty czas reakcji wg ISO jest... znacznie krótszy. Spójrzcie na poniższy wykres:
Tak, dobrze widzicie, pełny, rzeczywisty czas reakcji matrycy organicznej wynosi 0,8 ms! Zatem obraz jest świetny nie tylko pod względem kontrastu, kolorystyki, ale również braku smużenia w dynamicznie poruszających się obiektach na ekranie. Jednak zwracam uwagę, dynamika to nie płynność. Wspomniany przykładowy panel z laptopa Hyperbook jest odświeżany z częstotliwością 60 Hz, oznacza to, że fizycznie największa liczba faktycznych klatek jaką zobaczymy na tym ekranie - bez względu na wydajność układu graficznego (notabene całkiem wydajnego: RTX 2060) to 60 klatek. I ani jedna więcej.
Skoro jest tak świetnie to czemu jest tak źle z podażą? Tajemnica wyjaśni się, gdy wpiszecie w Google Grafika hasło "OLED wypalenie". Trwałość matrycy organicznej jest niższa od trwałości ekranów ciekłokrystalicznych. Widać to zarówno na intensywnie wykorzystywanych jako monitory telewizorach OLED, a także na ekranach smartfonów z organiczną matrycą. W przypadku telewizorów zużycie matrycy następuje jednak wolniej bo po pierwsze obraz telewizyjny, filmowy nie jest tak jednolity jak np. pulpit systemu Windows, a po drugie producenci (np. LG) dodają do telewizorów funkcje kompensacji zużycia fragmentów matrycy (warto z nich korzystać gdy ktoś ma lub planuje zakup telewizora OLED). Takiej funkcji w rzeczonym laptopie z ekranem OLED nie zaobserwowaliśmy. W efekcie obawiam się - i nie są to obawy nieuzasadnione - że przy korzystaniu z takiego urządzenia do wielogodzinnej, codziennej pracy, po trzech latach pasek zadań Windows zostałby już ze mną zawsze, bez względu na to, co akurat na tym świetnym-póki-nowy ekranie bym wyświetlał.
O ile jednak smartfony wymieniamy dość często (co 2-3 lata, niektórzy znacznie częściej), to monitor komputerowy czy laptop z reguły zostają z nami na dłużej. Zwykle jest to zbyt długo by fenomenalny zaraz po zakupie ekran OLED był w końcowej fazie eksploatacji dalej tak dobry...
Jeżeli chcecie wiedzieć o monitorach i związanymi z nimi zagadnieniach więcej, zapraszam do komentowania - wszystkie czytam, a część z pewnością wykorzystam do kolejnego artykułu z naszego cyklu o monitorach i wyświetlaczach.