LCD, LED a PLAZMA

LCD, LED a PLAZMA
 
1 Úvod
V tridsiatych rokoch minulého storočia vstúpila televízia do životov obyčajných ľudí. Prvé televízne prijímače boli veľké, no zato s malou čiernobielou obrazovkou. Boli to prijímače s CRT monitorom. Monitor zaberal v celom televízore najviac priestoru, obraz bol často nekvalitný a ako sa ukázalo, takýto obrazovka je aj zdraviu škodlivá. Preto sa začalo rozmýšľať a experimentovať s technológiami, ktoré v dnešnej dobe už vytláčajú staré CRT monitory z trhu. A to menovite LCD, LED a plazmové monitory.
Bežný človek však neovláda tieto názvy, či informácie, ktoré sa za nimi skrývajú. Ani my sme nemali zo začiatku veľa informácií o tejto stále sa rozvíjajúcej problematike. Preto sme si za cieľ stanovili priblížiť technické podrobnosti a to formou, ktorá by bola pre obyčajného človeka zrozumiteľná. Pomôže nám pri tom aj porovnávanie výhod, či nevýhod spomínaných obrazoviek. Pre spotrebiteľa je zásadná otázka rozdielov, medzi týmito technológiami a teda fakt, ktorý z týchto typov je pre neho najvýhodnejší. Preto by sme sa rady pozreli aj na porovnanie jednotlivých typov, pri čom budeme sledovať technické parametre ako aj spotrebu elektrickej energie, či kvalitu obrazu. No ako to už býva, osvedčené technológie zvyknú napredovať a preto by sme sa rady pokúsili o malé načrtnutie budúcnosti monitorov a ich ďalší vývoj.

2 Monitor LCD
Monitor LCD alebo LCD panel je monitor, ktorého zobrazovacím prvkom je displej z tekutých kryštálov. Zobrazovacia časť LCD monitora je zložená z kvapalných kryštálov, ich ovládacích elektród, polarizačných filtrov a zdroja svetla. Kvapalné kryštály umožňujú dynamické riadenie jasu jednotlivých bodov monitora, čo umožňuje zobraziť aj rýchlo sa pohybujúci farebný obraz.

2.1 Technológia
Displej z tekutých kryštálov (Liquid crystal display, LCD) je tenké a ploché zobrazovacie zariadenie, ktorého obraz sa skladá z farebných alebo monochromatických bodov zoradených pred zdrojom svetla. Vyžaduje relatívne malé množstvo energie a preto ho je možné použiť i v prevádzke na batérie. Zdrojom svetla LCD displeja je alebo pasívna reflexná vrstva umiestnená za displejom, ktorá odráža svetlo dopadajúce na displej, alebo aktívna biela rozptylná plocha zozadu osvetlená výbojkou (obvykle dve trubice uložené po stranách displeja), alebo radom bielych LED diód.
Každý bod (pixel) LCD displeja sa skladá z molekúl kvapalných (tekutých) kryštálov, ktoré sú umiestnené medzi dvoma priehľadnými elektródami. Nad a pod elektródami sa nachádzajú polarizačné filtre. Zadná stena je rovnomerne osvetlená pasívnym zdrojom svetla - neónovými trubicami, LED a pod. Filtre a natočenie molekúl kvapalných kryštálov (bez napätia sú molekuly v tzv. chaotickom stave) spôsobujú, že svetlo zo zdroja neprejde cez LCD vrstvu. Privedením napätia na elektródy sa tekuté kryštály natočia do špirálovej štruktúry tak, že rotujúce svetlo prejde cez polarizačný filter a LCD bod sa javí ako priehľadný. V okamihu pustenia elektrického prúdu do elektród sú molekuly kvapalného kryštálu ťahané rovnomerne s elektrickým poľom, čo znižuje rotáciu vstupujúceho svetla. Ak nie sú kryštály natočené vôbec, prechádzajúce svetlo bude polarizované kolmo k druhému filtru, a svetlo bude teda blokované a bod sa javí ako tmavý. Pomocou natočenia kryštálov je teda možné riadiť množstvo svetla prechádzajúce bodom, a teda jas bodu (pixlu).
Pre finančné úspory sú lacnejšie LCD multiplexované, tzn, displej je riadený riadkom a stĺpcom elektród. Jedinečné prekríženie riadku a stĺpca je vlastne bod. V danom okamihu teda nesvietia všetky body, len jeden riadok. Prepínanie je však také rýchle, že obraz sa javí ako kompaktný. Vo farebných LCD je každý pixel rozdelený do troch subpixelov a to červeného, zeleného a modrého (teda klasické RGB ako pri CRT monitoroch), ktoré sú tvorené farebnými filtrami. Svietivosť každého subpixelu je možné kontrolovať samostatne, a tak je možné dosiahnuť milióny farebných kombinácií.

2.2 Výhody a nevýhody
2.2.1 Výhody:
•  úspora miesta- tvar
•  stabilný obraz
•  nízka spotreba elektrickej energie
•  žiadne negatívne žiarenie
•  ostrý obraz a nízka váha
2.2.2 Nevýhody:
•  obrazovka funguje ostro len v tzv. natívnom rozlíšení, pretože má pevný počet bodov. Pri zmene rozlíšenia na iné sa obraz javí ako neostrý.
•  možnosť poruchy bodu (chybný subpixel). Pixel potom žiari jednou farbou, čo pôsobí rušivo. Táto chyba je neopraviteľná.
•  odozva - časové oneskorenie, ktoré spôsobuje „duchovanie“ alebo opisovanie stopy v aktívnych častiach scény. Odozva sa udáva v prechode medzi čiernou a bielou farbou. Rýchlosť odozvy môže ovplyvniť prostredie v ktorom sa monitor používa, v chladnom prostredí je odozva podstatne vyššia ako pri izbovej teplote. Je to spôsobené tým, že tekuté kryštály tuhnú a prechod medzi čiernou a bielou farbou tým trvá oveľa dlhšie. LCD kryštály fungujú len v určitom teplotnom rozmedzí. Priveľký chlad (mráz), alebo naopak prehriatie (priame slnko) ich môže nenávratne poškodiť.

3 Monitor LED
Prvý komerčne vyrobený LED televízor vznikol ešte v roku 2004 vo výskumných halách spoločnosti Sony. Svojho prvorodeného nazvali Qualité 005. Využili pri ňom RGB podsvietenie, ktoré už zo sekcie typov podsvietení zrejme poznáte ako kvalitné podsvietenie za pomoci troch farieb. Tu ide o dvojnásobné farebnú škálu a ostrosť než je to u CCFL. Dokonca sa podarilo docieliť to, že červená, modrá aj zelená vytvoria svojim žiarením oveľa jasnejšiu bielu, než biela samotná, preto ju nie je nutné ani používať. Správne by bolo pomenovanie RGGB, keďže sú využívané dve zelené naraz. Umožnia pripájať USB zariadenia, digitálne fotoaparáty, kamery, Skype, prípojnú kameru ak ju samotný televízor neobsahuje a je možné televízor pripojiť na internet, sledovať Youtube a podobne.

Napríklad technológiu Edge LED vymysleli taktiež v Sony. Bolo to v roku 2008 keď ju uviedli na trh vo svojom ZX1 Bravia. Ako celkom novinka upútala pozornosť najmä kvalitným obrazom a slušnou cenou vzhľadom k tomu že šlo o LED TV. Samsung je prvý, čo pomenoval túto technológiu, keďže dovtedy pre ňu Sony nemalo pomenovanie. Luxia Edge LED TV séria televízorov od Samsungu sa môže pýšiť ako prvá, čo nesie označenie LED TV. Integroval tak túto technológiu do monitorov s uhlopriečkou až 57 palcov série LN-T81F z 2007 a A950 v 2008. Sony neustále využíva RGB, ako napríklad pri svojom BRAVIA KDLX4500, ale taktiež pred pár rokmi uviedlo novinku v podobe Edge-LED. Spoločnosť Sharp nezostala taktiež pozadu a v rovnakom roku a teda 2008 predstavila svoje HDTV s menom AQUOS LC-XS1US. Vizio, spoločnosť, ktorá si buduje meno najmä cenovo výhodnými technológiami taktiež nezaspala a pripravila svoje cenovo výhodné HDTV s LED podsvietením VF551XVT. Led podsvietenie bežne využívajú niektoré monitory od Apple alebo Dell..
 
3.1 Technológia
Klasické CCFL studené katódové žiarivky nahradili moderné LED svetlá, ktoré majú oveľa lepšie vlastnosti než CCFL. CCFL boli dlho používané v LED monitoroch a ich generácia stále nezaniká, aj keď sme nemali možnosť pozorovať takú veľkú informovanosť ako to je s LED TV, o CCFL vieme toho menej už len preto že od počiatku tvoria súčasť LCD monitorov. Nástupom novinky, ktorá celkom mení zobrazenie LCD monitorov sa však dozvedáme o LED TV, ktorá zásadne mieša kartami vo svete technológií. LED vyžmýka z obrazu aj viac než 100% Adobe RGB. Ale pozor. Rovnako tak moderné CCFL taktiež umožňuje vysokú úroveň kvality obrazu a nízku spotrebu. Takže nehovorme celoplošne o CCFL ako o technológií zastaranej. Ide predsa len o technológiu, ktorá sa neustále vyvíja do dokonalosti a popri nej vznikla alternatíva LED TV Nezabudnime však na to, že nejde o skutočný LED televízor, ale len o podsvietený LCD televízor technológiou LED. Nemýľme si LED TV ani s televízormi OLED, ktorých doba príde o niekoľko rokov a budú ešte niečo nad súčasnou novinkou LED TV.
 
3.2 Výhody a nevýhody
3.2.1 Výhody:
- rapídne zníženie spotreby
- vyšší jas
- grafika
- úžasná čiernu a zobrazenie 3D
- vysoký kontrastný pomer
- schopnosť zapínania a vypínania v obrovskej rýchlosti
- pri výrobe LED televízorov nie je využívaná ortuť
- 100 000 hodinová funkcia bez ťažkostí

3.2.2 Nevýhody:
- LED TV sú drahšie
- výrobný proces
- zvýšené výrobné náklady

4 Plazmový monitor
Od 60 rokov sa intenzívne vyvíjali panely, ktoré by umožňovali veľkoplošné projekcie s ohľadom na nedostatok miesta. Prvé použiteľné exempláre opustili výrobné linky v 90 rokoch a koncom minulého tisícročia sa začali úspešne predávať.
 
Tradičné hrubé katódové televízory slúžili spotrebiteľom viac ako polstoročie. Čaká ich rovnaký osud ako objemné počítačové monitory, ktoré v priebehu niekoľkých rokov nahradili displeje. Tenké panely sú atraktívne, pretože zaberajú menej miesta, dajú sa zavesiť na stenu a pôsobia elegantne. Plazmová obrazovka ponúka malé rozmery (vďaka čomu sa dá zavesiť na stenu ako obraz), veľkú uhlopriečku a vynikajúci obraz. Spomedzi všetkých zariadení má najvyšší kontrast obrazu. Bohužiaľ farby sa dosť výrazne "vypaľujú" a aj cena je dosť vysoká. Obraz môže byť oveľa väčší ako veľké televízory a pritom má oveľa vyššie rozlíšenie a kvalitnejší obraz.

4.1 Technológia
Plazmu tvorí obrovské množstvo malých žiaroviek, ktoré sú naplnené plynom a podľa intenzity prijímanej energie sa môžu rozsvecovať troma farbami – červenou, zelenou a modrou. Čím viacej žiaroviek tvorí plazmovú obrazovku, tým je obraz kvalitnejší. Plazma však má pomerne vysoké energetické nároky.
Usporiadanie obrazových bodov: jednotlivé body majú maticové usporiadanie, tak ako pri LCD displeji. Majú raz a navždy určenú svoju mechanickú pozíciu a tým odpadajú akékoľvek problémy s geometrickými deformáciami obrazu. Farebný bod: ako u všetkých zobrazovacích jednotiek, tak aj tu je princípom zmiešavanie červenej, zelenej a modrej farby. Pri skúmaní usporiadania týchto bodov pod lupou zistíte, že od jedného okraja po druhý sa ťahajú zhora nadol rezančeky červených, zelených a modrých kanálikov. Popod ne sa ťahajú aj riadiace elektródy pre vertikálny smer. Riadenie v opačnom smere, teda horizontálnom, majú na starosti priehľadné elektródy vo vodorovnom smere, ktoré sú súčasťou priehľadnej sklenenej dielektrickej vrstvy na prednej strane.
 
Medzi elektródami sa deje: po privedení príslušného napätia medzi elektródy sa dajú do pohybu elektróny. Tie spôsobujú ionizáciu plynu (xenón). Vznikajúce ultrafialové žiarenie aktivuje emitovanie viditeľného svetelného žiarenia fosforovou vrstvou, ktorou sú vyplnené steny a dno bunky. Jas bodu je úmerný veľkosti riadiaceho napätia medzi elektródami.
 Pri prevádzke plazma „kúri,“ takže sa musí ochladzovať ventilátormi. Tie sú síce nehlučné, ale na odvetranie treba prihliadať pri umiestnení televízora. Výroba plazmových obrazoviek je navyše taká náročná, že množstvo z nich neprejde výstupnou kontrolou. Niektorí odborníci odhadujú, že každá desiata vyrobená plazmová obrazovka putuje rovno do koša. I životnosť žiaroviek je obmedzená. Bez viditeľnej straty kvality vydrží plazmová obrazovka v priemere desať rokov, resp. 30-tisíc až 60-tisíc hodín. Navyše je pri poškodení prakticky neopraviteľná. Žiarovky okrem toho musia pracovať v podobnom režime ako šetriče na počítačových monitoroch.
 
Ak by majiteľ napríklad navolil jednu teletextovú stranu a televízor by ostal v takomto stave zapnutý celú noc, žiarovky by sa vypálili. Vysoká kvalita obrazu plazmových televízorov je navyše náchylná na kvalitu prijímaného signálu. A čím je obrazovka väčšia, tým je kvalita vstupu dôležitejšia. Nádherný obraz na vystavených obrazovkách v obchodoch často býva výsledkom premietania kvalitného obrazu z DVD diskov a po pripojení na bežnú anténovú, resp. káblovú sieť môže byť výsledok pre zákazníka sklamaním.
 
4.2 Rozdelenie
Plazmové displeje sa rozdeľujú do dvoch základných kategórií podľa spôsobu nasadenia na PUBLIC MEDIA a MULTIMEDIA displeje.
4.2.1 PUBLIC displeje
V prípade PUBLIC displejov je primárny kontrast a samozrejme aj kvalita obrazu. Využívajú sa na dlhodobé zobrazenie "statických" obrazov a sú preto nevhodné napríklad pre video. Na druhej strane sa pri nich neprejavuje až tak "prepaľovanie" obrazu, to znamená, že nedochádza k efektu nazývanému "After Image". Nebudete tu vidieť "ducha" pôvodného obrazu. Aj tu sa samozrejme "vypaľuje" farba v komôrkach, ale o niečo pomalšie. Profesionálne displeje majú interný scheduler (časovač), ktorý môže napomáhať rovnomernému opotrebúvaniu.
 
 
4.2.2 MULTIMEDIA displeje
Druhá kategória je určená pre rýchlo sa meniaci obraz – MULTIMÉDIÁ. To znamená najmä video a animácie (napríklad DVD, grafiku a v neposlednom rade aj počítačové hry). Tu je kladený veľký dôraz nielen na kvalitu zobrazenia, ale aj na rýchlosť vykresľovania obrazu (odozvu).
 
4.3 Výhody a nevýhody
4.3.1 Výhody:
- vysoký kontrast
- kvalitné podsvietenie
- farebná hĺbka
- žiadne problémy s geometrickým usporiadaním obrazu
- tvar

4.3.2 Nevýhody:
- vypaľovanie farieb
- energetické nároky
- kvalita obrazu je náchylná na kvalitu prijímaného signálu
- náročná výroba
- obmedzená životnosť
- cena

5 Vzájomné porovnanie
Kým technológia LCD si v tomto období právom získava širokú popularitu, automaticky zatláča do úzadia drahšiu technológiu plazmových displejov. LCD v súčasnosti vyhráva na základe nižšej ceny a celkom dobrej kvality, ktorá je za túto cenu dostupná. LCD kvalitu plazmy aj napriek svojej popularite zďaleka nedosahujú. Výrobcovia LCD často uvádzajú medzi vlastnosťami svojich produktov široké pozorovacie uhly, ale nespomínajú, že hoci je obraz aj zo širších uhlov stále viditeľný, jeho kvalita so vzďaľovaním sa od osi dramaticky klesá. Pozorovacie uhly plazmových displejov sú porovnateľné, ale stále je zachovaná úplná kvalita obrazu.
 
5.1 Čierna farba nie je až taká čierna
Už základy celej technológie LCD predurčujú tieto obrazovky na nižšiu kvalitu v porovnaní s plazmami. Podstatou problémov s LCD je fakt, že panely sú priepustné, čo znamená, že každý pixel blokuje neustále zapnuté podsvietenie. Farby sú následne z tohto bieleho svetla filtrované. Pixely však nedokážu blokovať svetlo dokonale, následkom čoho vyzerá čierna skôr ako tmavosivá. Technológia LCD bola totiž pôvodne vyvinutá pred mnohými rokmi na zobrazovanie statických obrázkov na zariadeniach ako vreckové kalkulačky a digitálne hodinky. Počítačový priemysel túto technológiu pred časom prebral, opäť na účel zobrazovania statických obrázkov. Nakoniec do televízorov sa táto technológia prebrala naozaj iba nedávno, a to s jediným cieľom: je lacnejšie vyrobiť LCD televízor než plazmový. No to sa pravdepodobne zmení s príchodom LCD televízorov využívajúcich LED podsvietenie, nie fluorescenčné podsvietenie. LED umožňujú výrobcom dramaticky zvýšiť kontrast, pretože ak nebude na určitej časti obrazovky zobrazený žiadny obraz, jednotlivé pixely budú riadne zhasnuté. LED TV majú po čase nahradiť plazmové a LCD televízory, aspoň tak to predpovedá nejeden technický odborník, či redaktor IT magazínu. Možno sa to podarí, možno nie.
 
5.2 Vyžarujúce vs. Priepustné
Moderné plazmové televízory fungujú úplne odlišne. Ide o vyžarujúce obrazovky, každý pixel je tvorený červeným, zeleným a modrým fosforom. Ak je fosfor excitovaný elektródou, vyžaruje červené, zelené alebo modré svetlo. Vďaka absencii podsvietenia je čierna farba zobrazená oveľa presnejšie. LCD panely nebudú nikdy schopné súperiť s PDP (Plasma Display Panel), pretože plazmová technológia bola vyvinutá asi pred desiatimi rokmi a bola vyvíjaná od základu ako televízne zariadenie na zobrazovanie pohyblivého obrazu s bohatými farbami a vysokým kontrastom. Plazmovú technológiu nezastávajú iba výrobcovia PDP. Minulý rok bola zverejnená správa o výskume vedcov, ktorí zisťovali vzťah zákazníkov k jednotlivým technológiám používaným v televízoroch. Výsledky ukázali preferovanie kontrastu, rozlíšenia, hĺbky obrazu, ostrosti, farby a latencie pri plazme. Názory medzi ľuďmi, ktorí mali predchádzajúcu znalosť oboch technológií, sa dramaticky priklonili k plazme po tom, ako mali možnosť porovnať si obe technológie vedľa seba v podmienkach podobných ich domácim podmienkam.
 
5.3 Plazma má svoje hranice.
Jedna oblasť, kde LCD jednoznačne vládne nad plazmou, je trh s malými panelmi. Spoločnosť Pioneer priznáva, že je nemožné vyrobiť poriadnu plazmovú obrazovku s uhlopriečkou menšou ako 37 palcov. Každý pixel plazmového panela je presne vypieskovaný do tabule skla. V 50-palcovej plazmovej obrazovke s rozlíšením 1080p má každý pixel veľkosť asi ako dierka po špendlíku v hárku papiera. Pre udržanie celistvosti štruktúry skla nemožno vyrábať menšie panely, znížené množstvo fosforu by malo neblahý účinok aj na celkový jas a čistotu farieb. Rozhodnúť sa pre správnu technológiu nového televízora nie je jednoduché. Na trhu existuje mnoho vynikajúcich plazmových televízorov, LCD TV sú však neporovnateľne lacnejšie. Kvalitu plazmy nedosahujú, často však rozhoduje cena, takže ako vždy ide o to, čo si môže človek dovoliť.
 
5.4 Spotreba elektrickej energie
Znovu nesprávne. Výrobcovia plaziem hovoria, že spotreba plazmy závisí od priemernej úrovne pixla a pri typickom TV signáli sa rovná spotrebe LCD. Skutočnosť je však taká, že priemerná spotreba plaziem je o 30 až 40 percent vyššia ako pri LCD. Je to dané energetickou náročnosťou tvorby obrazu: výboj a vytvorenie plazmy na vytvorenie farebného bodu si vyžaduje oveľa viac energie ako vytvorenie bodu pri LCD. Okrem toho údaj o spotrebe energie (príkon) je uvedený na výrobnom štítku. Ide o priemernú spotrebu, zohľadňujúcu bežnú charakteristiku obrazu. Bez ohľadu na to, koľko „bielych a čiernych scén" bežne pri pozeraní televízora vidíte, je spotreba plaziem jednoznačne vyššia ako LCD.

5.5 Odozva obrazu
Nové LCD majú dobu odozvy 8 ms. Tento údaj určuje čas, ktorý potrebuje obrazovka na zmenu farby z čiernej na bielu a späť. Pri tomto údaji je priam nemožné ľudským okom zaznamenať rozmazanie v pohybe. Rýchlo sa pohybujúce obrázky zostávajú dokonale ostré bez rozmazania pri pohybe. Porovnanie odozvy však môže byť problematické. Niektorí výrobcovia udávajú aj nižšie hodnoty, tieto však označujú takzvanú GrayToGray odozvu, teda zmenu LCD panelu zo sivej cez bielu (čiernu) späť do sivej. To je, samozrejme, výrazne „kratšia cesta" ako zmena čiernej cez bielu a späť, ktorá zahŕňa celé spektrum, preto je odozva pri systéme GrayToGray neporovnateľná s klasicky udávanou odozvou.
 
5.6 Životnosť
Čo kedysi platilo o plazmách (vypaľovanie čiernych bodov), je dnes už minulosťou. Obe technológie výrazne pokročili tak, že ich životnosť v súčasnosti dosahuje okolo 20 miliónov hodín, čiže si môžete byť istý, že nové LCD alebo plazma vás za štandardných okolností bez problémov prežijú.

6 Záver
V úvode sme si vytýčili ciele, ktoré sa nám podľa nášho názoru aj podarilo splniť. Z doteraz uvedených poznatkov jednoznačne vyplýva, že LCD monitory sú v tejto dobe najrozšírenejšie. A to vďaka ich nízkej cene a malej spotrebe elektrickej energie. Plazmy na rozdiel od nich majú však vyššiu kvalitu obrazu, hlavne čo sa týka kontrastu a spektra farieb. Sú však veľmi citlivé na kvalitu prijímaného signálu, ktorý v dnešnej dobe nedosahuje požadovanú kvalitu. Preto sa môže zdať, že vývoj plazmových monitorov predbehol napredovanie kvality televízneho signálu. Podľa nášho názoru sa nevýhody plaziem, ktoré ovplyvňujú ich dopyt na trhu, postupom času a zlepšovaním technológií znížia a teda sa dostanú do popredia. Domnievame sa teda, že po istej dobe plazmové obrazovky nahradia v domácnostiach LCD monitory. Ani ich éra však nebude trvať dlho, keďže už teraz sa začína s výrobou LED monitorov, teda vylepšenou verziou LCD. Táto je nie len ekologickejšia ale aj kvalitnejšia oproti spomínanej plazme. Táto technológia vylepšenej sestry LCD ešte nie je veľmi známa, keďže vznikla len nedávno a jej výroba je nákladná a obtiažna. Avšak ani LED obrazovky nie sú hranicou ďalšieho známeho vývoja. Už teraz sú známe 3D plazmové obrazovky, ktoré možno aj zakúpiť. Otázkou však je, kto by si do domácnosti na signál, ktorý nestačí ani plazme zakúpil 3D plazmu, ktorej cena a nároky sú niekoľkonásobne vyššie. Myslíme si však, že to stále nie je všetko. Po čase prídu na trh 3D LED monitory, ktoré sú momentálne technologickým vrcholom našej predstavivosti. No tieto naše závery sú diskutabilné vzhľadom na premenlivosť trendov a terajšie výskumy. Je totiž známe, že to, čo sa vyvinie v laboratóriách teraz, k ľuďom sa dostane až o desať rokov.
Zones.sk – Zóny pre každého študenta
https://www.zones.sk/studentske-prace/fyzika/7875-lcd-led-a-plazma/