Kineskopy i monitory

Komentarze

Transkrypt

Kineskopy i monitory
Kineskopy i monitory
Kineskopom dziękujemy
Lampa katodowa, która dała początek nowoczesnym telewizyjnym kineskopom, to wynalazek XIX wieku. Nic zatem
dziwnego, że jej czas dobiega końca. Najwięksi producenci monitorów i telewizorów powoli przestawiają się na sprzęt nowej
generacji: płaski, lekki, energooszczędny.
Od tego trendu nie ma już odwrotu.
Leszek Cichocki
Trudno powiedzieć, kiedy zaczął się zmierzch tradycyjnego kineskopu. Koniec lat 90. to okres wysokich cen i reklam równie
głośnych, co fałszywych... Jednak użytkownicy dają się skusić, futurystyczne płaskie panele kuszą designem i posmakiem
awangardy. Wzrasta popyt, spada cena, karuzela rozkręca się coraz bardziej.
Od 2001 roku klasyczne bańki kineskopów są już
w odwrocie. Producenci LCD i wyświetlaczy plazmowych
wytykają im wady, cichcem pomijając fakt, że nowoczesne
produkty nie są jeszcze w stanie konkurować z kineskopem
pod względem jakości obrazu. Powód jest prosty - ceny
klasycznych monitorów i telewizorów maleją, a wraz z nimi
opłacalność produkcji - a za LCD lub plazmę klient zapłaci
sporo i jeszcze będzie się cieszył, że "jest nowoczesny".
W przyszłym roku rozpoczną się mistrzostwa świata w piłce nożnej - producenci telewizorów nie ukrywają, że zależy im na
nakłonieniu użytkowników do wymiany starego telewizora na nowy: przed nami wojna cenowa i kuszące promocje.
Wprawdzie cały czas za nowoczesny telewizor trzeba zapłacić przynajmniej dwa razy więcej niż za tradycyjne urządzenie
podobnej wielkości, ale nie jest to już kwota kosmiczna, od której robiło się słabo nawet zaprawionym w wydawaniu sporych
sum na elektronikę.
Telewizor, kuzyn świetlówki
Zasada działania wyświetlacza plazmowego jest znana od lat 60. ubiegłego wieku. Jego kuzynem są świetlówki. Podstawą
takiego wyświetlacza są bardzo małe komórki (0,3x0,6x0,3?mm) wypełnione gazem szlachetnym (z reguły ksenonem
i neonem). Dno każdej komórki pokryte jest luminoforem, na górze i na dole znajdują się elektrody, do których przykładane
jest wysokie napięcie. Pod jego wpływem następuje jonizacja gazu i zamienia się on w plazmę emitującą światło w zakresie
ultrafioletu. Ultrafiolet pobudza do świecenia luminofor, tym razem już w świetle widzialnym. Od typu tego ostatniego zależy
kolor emitowanego przez komórkę światła - czerwony, zielony lub niebieski (RGB).
Dzięki odpowiedniemu wymieszaniu się barw siedzący przed ekranem obserwator ma wrażenie, że widzi nie punkt, lecz
barwne obrazy.Problem pojawia się przy stopniowaniu natężenia światła o danym kolorze - próby regulowania go przez
zmianę napięcia przyniosły słaby efekt. Dużo lepszym wyjściem okazało się odpowiednie modulowanie błysków każdej
komórki. Zanim się temu przyjrzymy, musimy poruszyć kwestię odświeżania obrazu.
Jeśli spojrzymy kątem oka na klasyczny telewizor, zauważymy migotanie. Nic dziwnego, nie świeci on światłem ciągłym jak
żarówka, lecz odświeża obraz 50 lub 60 razy na sekundę. Taka częstotliwość (60 Hz) wystarczy, by obraz nie męczył oka i nie
migotał zbyt wyraźnie.
Wróćmy teraz do wyświetlaczy plazmowych: wiemy już, że komórka musi zaświecić się przynajmniej 60 razy na sekundę (co
daje 16,7 ms na jeden błysk, włączając w to również momenty zapalania i gaśnięcia komórki). Jak jednak uzyskać pełne
spektrum odbioru barw? Spróbujmy zobrazować to na przykładzie jednej świecącej na czerwono komórki: jeśli wygasimy ją
zupełnie, jest czarna. Jeśli pobudzimy ją, by świeciła przez ułamek "błysku", dostaniemy kolor bordowy, jeżeli natomiast
zaświeci przez cały "błysk, zobaczymy czystą czerwień. Za minimum uznaje się dziś 32 stopnie jasności każdej komórki, czyli
- wracając do przykładu - 32 stopnie czerwieni, wliczając w to również czerń.
Tak samo jest z kolorem niebieskim i zielonym. Mamy zatem kombinację 32x32x32 odcieni, czyli paletę składającą się
z ponad 32 tys. barw (15 bitów). Wyświetlacze plazmowe mają jednak dużo większe możliwości: osiągają 256x256x256
1
odcieni, czyli po wymieszaniu - 16,7 mln kolorów (ang. true color). Hasła reklamowe mówiące o telewizorach czy monitorach
zdolnych do wyświetlenia ponad 4 mld kolorów niewątpliwie zapierają dech w piersiach, ale należy podchodzić do nich
z dystansem. Obraz uzyskiwany na telewizorach plazmowych ma też inną zaletę (o którą trudno w LCD) - prawdziwą czerń.
Gdy jakiś piksel obrazu ma być czarny, po prostu się go wyłącza.
Nie ma nic za darmo
Ale technologia plazmowa ma też swoje wady. Pierwszą są rozmiary - pojedyncze komórki nie mogą być zbyt małe. A to
oznacza, że by uzyskać przyzwoitą rozdzielczość obrazu, ekran musi być bardzo duży. Dlatego na rynku nie ma mniejszych
wyświetlaczy niż 35 cali - mniejsze nie oferowałyby obrazu o wystarczającej jakości. Wada jest oczywiście dyskusyjna, bo
przecież, im większy obraz, tym lepiej. Kiedy jednak spojrzeć na PDP z punktu widzenia producenta, duże rozmiary stają się
uciążliwe: trudno budować linię produkcyjną, trudno magazynować podzespoły, trudno wreszcie transportować gotowe
wyroby. To wszystko sprawia, że koszt gotowego telewizora nie należy do najniższych.
Jeszcze poważniejszą wadą jest to, iż do sterowania poszczególnymi komórkami wyświetlacza potrzebna jest naprawdę
wysokiej jakości elektronika. Nic dziwnego, zmuszenie gazu do świecenia wymaga różnic potencjałów rzędu 400 V
i operowania z częstotliwością kilku megaherców, a to, po pierwsze, ustawia bardzo wysoko poprzeczkę, po drugie, powoduje
wydzielanie olbrzymich ilości ciepła. W dodatku, im większe napięcie, tym trudniej uzyskać wysoką częstotliwość pracy.
Ostatnią, chyba najistotniejszą wadą wyświetlaczy plazmowych jest trwałość luminoforu, który zużywa się podczas świecenia
(najszybciej niebieski). Tę sytuację znamy już ze zwykłych telewizorów czy monitorów. Jeśli ciągle będziemy oglądać
program jednej stacji telewizyjnej, po jakimś czasie w jednym z rogów ekranu może utrwalić się wyświetlane przez nią logo.
Zresztą nawet jeśli obraz jest ruchomy i zróżnicowany, przy dziesięciu godzinach pracy dziennie wystarczy około czterech lat,
by jakość obrazu zauważalnie się obniżyła. Po następnych 10-12 latach nasz olbrzymi telewizor będzie trzeba wymienić.
Warto wziąć to pod uwagę podczas planowania wydatków.
Obraz w płynie
Od kilku lat telewizory plazmowe mają bardzo poważnego konkurenta w postaci urządzeń wykorzystujących matryce
ciekłokrystaliczne (LCD). Największą ich zaletą jest niska cena w porównaniu z plazmą, zwłaszcza przy mniejszych
rozmiarach. Wynika ona wprost z ich budowy. W ogólnych zarysach zasada działania wyświetlaczy LCD jest taka sama jak
w każdym telewizorze - trzeba zmieszać ze sobą w odpowiednich proporcjach trzy barwy podstawowe, by otrzymać kolorowy
piksel obrazu.
Ale na tym podobieństwa się kończą, ciekłe kryształy nie emitują
żadnego światła. Wykorzystanie ich w wyświetlaczach związane
jest z niezwykłymi własnościami fizycznymi tych substancji. Są
to bowiem ciecze o pewnych cechach ciał stałych, na przykład
o uporządkowanej strukturze wewnętrznej. Wiąże się to z ich
własnościami optycznymi: niektóre potrafią zmieniać
płaszczyznę polaryzacji światła, a stopień skręcenia można
regulować za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego.
Budowa wyświetlacza LCD jest stosunkowo prosta. Jak w wyświetlaczach plazmowych obraz podzielony jest na piksele,
a każdy piksel składa się z trzech warstw: polaryzatora, ciekłego kryształu i drugiego polaryzatora. Jeśli wyświetlacz ma być
kolorowy, to przed pierwszym polaryzatorem znajduje się jeszcze dodatkowo filtr nadający barwę pikselowi. By obraz był
widoczny, potrzebne jest jeszcze jakieś źródło światła. Może to być po prostu płaszczyzna odbijająca światło z zewnątrz bądź
biała świetlówka. To pierwsze rozwiązanie stosowane jest w zegarkach, to drugie - w komputerach i telewizorach.
Jak przebiega tworzenie obrazu na monitorze LCD? Światło przechodzi przez pierwszy polaryzator, który przepuszcza tylko
fale drgające w jednej konkretnej płaszczyźnie, dajmy na to - pionowej. Gdyby tuż za nim znajdował się wyłącznie polaryzator
przepuszczający światło spolaryzowane poziomo, fale zostałyby zablokowane i widzielibyśmy... ciemność. Jednak znajdująca
się pomiędzy obiema płytkami warstwa ciekłych kryształów zmienia płaszczyznę drgań fali świetlnej o 90o, w związku
z czym fala swobodnie przenika przez oba polaryzatory. Przyłożenie napięcia sprawia, że ciekły kryształ powoduje skręcenie
fali w mniejszym stopniu lub też zostawiają ją bez zmiany oryginalnego kąta polaryzacji.
2
Malowanie prądem (i tranzystorem)
Pierwsze wyświetlacze do sterowania poszczególnymi pikselami wykorzystywały siatkę prostopadłych do siebie elektrod,
ułożonych po dwóch stronach ciekłego kryształu. Zapalenie konkretnego piksela sprowadzało się do podania napięcia na te
elektrody, które przecinają się nad punktem obrazu. Niewątpliwa prostota rozwiązania okupiona była jakością obrazu, bo
często sąsiadujące ze sobą piksele rozmywały się pod wpływem pól elektrycznych z innych elektrod. Dlatego w latach 90. XX
wieku opracowano wyświetlacze TFT (Thin Film Transistor - tranzystor cienkowarstwowy), gdzie każdy piksel dostał własny
tranzystor sterujący i kondensator przechowujący ładunek elektryczny. Dzięki temu rozwiązaniu można zapalać bardzo
precyzyjnie poszczególne piksele matrycy bez ryzyka wzbudzania sąsiadów. A to daje pełną kontrolę nad obrazem, który
zyskuje doskonałą ostrość.
Wyświetlacze LCD są wygodne w produkcji. Matryce tranzystorów wykonuje się w technologii fotolitograficznej, takiej samej
jak ta, która służy do produkcji mikroprocesorów, a to znaczy, że jest ona szeroko rozpowszechniona i dzięki temu tania.
Fotolitografia sprawia, że w rozsądnych granicach nie ma ograniczeń co do rozmiarów poszczególnych pikseli. Dlatego
wyświetlacze LCD mogą mieć dużą rozdzielczość przy niedużych rozmiarach, wielokrotnie przewyższając potrzeby telewizji
zarówno współczesnej, jak i przyszłej. Wyświetlacz o rozdzielczości 1024x768 i wyższej może mieć przekątną wynoszącą
zaledwie 12 cali, gdyby oczywiście ktoś chciał mieć tak mały telewizor. Poza tym do generowania obrazu potrzeba bardzo
małych napięć (rzędu 5V, czyli znacznie mniej niż w telewizorach plazmowych), zatem elektronika sterująca nie musi mieć
wcale wyśrubowanych parametrów.
Ale wyświetlacze LCD mają też poważne wady. Największą jest bezwładność ciekłego kryształu. Poszczególne piksele nie
potrafią przełączać się tak szybko, jak ma to miejsce w przypadku telewizorów plazmowych - to dlatego, że ciekły kryształ
potrzebuje czasu, by zreorganizować się pod wpływem pola elektrycznego. Producenci robią, co mogą, ale wciąż zabiera to
około 10 ms. Niemniej warto zaznaczyć, że pojawia się coraz więcej wyświetlaczy LCD (głównie monitorów
komputerowych), których twórcy chwalą się czasem przełączania rzędu 2 ms. Tylko że ten wynik jest konsekwencją
zmodyfikowania sposobu pomiarów: pierwotnie liczono czas między przejściem piksela od czerni przez biel z powrotem do
czerni. Obecnie podawane w reklamach "2 ms" to czas przełączenia między odcieniami szarości.
Niestety, choć teoretycznie taka szybkość odświeżania może oznaczać, że LCD dogonił tradycyjny kineskop, brak dokładnej
specyfikacji decydującej np. o wyborze konkretnych odcieni szarości czyni tę skalę raczej mało użyteczną.
Drugą dość istotną wadą jest poziom czerni w monitorach LCD. Ponieważ tradycyjne podświetlenie wykorzystujące
świetlówkę działa w takim monitorze cały czas, część światła "przecieka" przez polaryzatory i czerń de facto jest ciemnoszara.
To denerwuje, gdy porównujemy obraz na telewizorze plazmowym i LCD.
Na szczęście mniej więcej od końca 2004 roku na rynku obecne są wyświetlacze LCD, w których ekran podświetla się nie
świetlówkami, lecz diodami LED. Czerń jest w nich prawdziwie czarna, a kolory żywsze. Niestety, ceny mogą odstraszyć
nawet entuzjastów. Telewizor Samsunga LNR460D w momencie wejścia na rynek (wiosna 2005) kosztował 13 tys. dol.!
Trzecią istotną wadą wyświetlaczy LCD jest fakt, że kolory
zależą bardzo mocno od kąta, pod jakim patrzymy na obraz.
Ponieważ każdy piksel jest dość gruby (dwa polaryzatory
i warstwa ciekłego kryształu), światło przechodzi niejako przez
"studnię". Gdy patrzymy na ekran pod kątem, jego część po
prostu nie dociera do naszego oka, zatrzymana przez ścianki tej
"studni". Ale akurat ten problem jest najłatwiejszy do
rozwiązania i obecne monitory i telewizory oferują kąty
widzenia dochodzące do 170 stopni.
Jak widać, nie ma technologii idealnej. Wyświetlacze plazmowe są drogie w produkcji i mają słabą rozdzielczość, ale za to
idealne barwy i szybko działają. Telewizory LCD są znacznie tańsze od plazmowych, ale oferują gorszy obraz. Wkrótce
jednak na rynku powinny pojawić się urządzenia, które wyślą obydwie technologie do lamusa. Chodzi o organiczne diody
elektroluminescencyjne (OLED - Organic Light Emiting Diode).
Ich niewątpliwą zaletą jest wyjątkowo prosta budowa. Całość sprowadza się do umieszczenia kropek substancji świecących
każda swoim kolorem i doprowadzenie do nich prądu. Prym wiedzie w tym firma Epson, znana z produkcji drukarek
atramentowych. Swoją wiedzę w tej dziedzinie inżynierowie z Epsona wykorzystują do tworzenia ekranów OLED - na
podłoże z elektrodami nadrukowywane są po prostu kropeczki luminoforów. Co ciekawe, podłoże wcale nie musi być sztywne
- pokazano już wiele prototypów elastycznych ekranów OLED. W przyszłości taki telewizor będzie więc można zwinąć
w rulon.
Znikający obraz
Niestety minie jeszcze trochę czasu, zanim supertanie wyświetlacze trafią do telewizorów i monitorów komputerowych.
Podstawową wadą polimerów z ekranów OLED jest bowiem trwałość. Najlepsze polimery potrafią świecić jasnym światłem
3
(400 cd/m2) od 6 tys. godzin (niebieskie) do 25 tys. (czerwone). To za mało - raptem rok, dwa w miarę normalnego używania
telewizora. A trudno kupować telewizor wykonany w najnowszej technologii tylko na rok. Zwłaszcza że nie mówimy tu
o stopniowym zużyciu materiału, ale o całkowitym wypaleniu. Po 6 tys. godzin z wyświetlacza OLED znika w ogóle niebieski
kolor.
Co więc wybrać? Gdy myślimy o zakupie nowego telewizora po to, by podziwiać naszą reprezentację w czasie mistrzostw
świata, mamy do wyboru dwie dojrzewające technologie - plazmową i ciekłokrystaliczną. Ta pierwsza skusi nas wtedy, gdy
zależy nam na dużym ekranie. Ta druga, jeśli postawimy na dłuższy czas życia i minimalnie niższą cenę. A jeżeli mamy
ochotę przeczekać jeszcze kilka lat, zawsze pozostaje nam stary dobry telewizor CRT. Tylko warto się pospieszyć - kolejni
producenci rezygnują z produkcji urządzeń kineskopowych.
Telewizory plazmowe mają duże ekrany - od 35 do nawet 65 cali, a wyświetlany przez nie obraz charakteryzuje się
soczystymi barwami i głęboką czernią. Ich wadą jest stosunkowo niska rozdzielczość obrazu i wysoka cena.
Przyszłość wyświetlaczy w telewizorach i monitorach stanowią elastyczne wyświetlacze OLED, które łączą w sobie zalety
technologii LCD i plazmowej, niepowielając ich wad.
Firma Sharp zaprezentowała niedawno nowy telewizor LCD, który może równocześnie wyświetlać dwa obrazy. Funkcja
sterowania kątem obserwacji pozwala jednemu z użytkowników śledzić obraz np. z komputera PC, drugi zaś może w tym
samym czasie oglądać program telewizyjny.
Parametry telewizorów i monitorów
Czas reakcji - dana charakterystyczna dla telewizorów i monitorów LCD. Im krótszy, tym lepszy. Mówi o tym, ile czasu mija
między kolejnymi reakcjami piksela. Producenci z reguły podają czas, jaki mija między kompletnym wygaszeniem
a zapaleniem piksela, który zawsze jest najkrótszy. Najwięcej czasu zajmuje matrycy przełączenie się między dwoma
odcieniami szarości.
Rozdzielczość - podawana w pikselach. Im większa, tym lepiej. Warto wiedzieć, że telewizja przyszłości zwana HDTV ma
mieć rozdzielczość 1920x1080 pikseli, a w monitorach komputerowych najczęściej wykorzystuje się 1024x768 - większość
telewizorów plazmowych (nawet tych, które noszą oznaczenia "HDTV ready") obsługuje ułamek pełnej rozdzielczości HDTV.
Jasność - wyrażana w kandelach na metr kwadratowy. Im większa, tym lepiej. Standard dla wyświetlaczy LCD to 400 cd/m2,
dla telewizorów plazmowych 800 cd/m2.
Kontrast - wyrażany jako stosunek najjaśniejszego do najciemniejszego punktu obrazu. Im większy, tym lepiej. Ale uwaga w przeciwieństwie do jasności nie ma jednolitych metod mierzenia kontrastu i producenci podchodzą do tego bardzo
kreatywnie. Z reguły wartości kontrastu podawane przez dwóch różnych producentów nie są w żaden sposób porównywalne.
Kąt widzenia - kolejna wielkość charakterystyczna dla monitorów LCD. Określa,
pod jakim kątem w stosunku do osi wyświetlacza widać znaczny spadek jasności obrazu. W dobrych telewizorach kąt
widzenia wynosi około 85° od osi, więc całkowity kąt, w którym widać poprawny obraz, wynosi (w takim wypadku) 170°.
4

Podobne dokumenty