technika
Autor: Leszek Cichocki | dodano: 2012-05-28
Kineskopom dziękujemy

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 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.

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 (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°.

(fot. John Atherton/Wikipedia)

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 01/2006 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
07/2020
06/2020
Kalendarium
Lipiec
10
W 1865 r. we Wrocławiu założono Ogród Zoologiczny.
Warto przeczytać
Fizyka kwantowa jest dziwna. Reguły świata kwantowego, według których działa świat na poziomie atomów i cząstek subatomowych, nie są tymi samymi regułami, które obowiązują w dobrze znanym nam świecie codziennych doświadczeń - regułami, które kojarzymy ze zdrowym rozsądkiem.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Leszek Cichocki | dodano: 2012-05-28
Kineskopom dziękujemy

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 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.

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 (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°.

(fot. John Atherton/Wikipedia)