Zacznijmy od początku, pierwsze nasuwające się pytanie to jak działa monitor LCD?
Jak działa Liquid Crystal Display ?
Monitory ciekłokrystaliczne (LCD) mogą wyświetlać barwy dzięki właściwości ciekłych kryształów.
Światło wydobywające się z lamp podświetlających przechodzi przez dyfuzor, który rozprasza je na całej powierzchni ekranu. Następnie fala świetlna jest polaryzowana horyzontalnie przez umieszczony nad dyfuzorem polaryzator. Spolaryzowane światło trafia na warstwę ciekłego kryształu. Ciekły kryształ rozłożony jest między dwiema wyperforowanymi szklanymi płytami.
Jeżeli zostanie przyłożone napięcie, ciekły kryształ nie wykona obrotu, a wiązka światła zostanie pochłonięta przez wierzchni polaryzator wertykalny, zaaowocuje to brakiem świecenia pojedynczego sub-piksela bądź piksela na ekranie. W przypadku kiedy nie przyłożymy napięcia ciekły kryształ wykona obrót o 90° a "skręcone" światłoi będzie mogło wydostać się poprzez polaryzator wertykalny.
Wydobywające się światło przejdzie następnie przez jeden z trzech filtrów barwnych (czerwony, zielony lub niebieski), a na ekranie monitora uzyskamy świecący punkt (z maksymalną jasnością).
W przypadku niższych niż maksymalna jasności, do danego subpiksela przykładanie jest coraz to większe napięcie, pozwala to na mniejsze "skręcenie" wiązki świetlnej i zmianę zabarwienia na ciemniejsze.
Do największych producentów matryc LCD (od telefonów komórkowych po duże telewizory) należą AU Optronics, Chi Mei Optoelectronics, LG Displays, Samsung/Sony i Sharp.
W 2007 roku firmy te miały ponad 80% udziału w rynku. Wymienieni producenci wytwarzają sami monitory LCD lub sprzedają panele swoim partnerom handlowym, którzy sami zajmują się produkcja monitorów.
Drugą kwestią jaką zajmiemy się dzisiaj jest czas reakcji związany między innymi ze smużeniem:
Smużenie
Z czasem reakcji związany jest efekt smużenia. Chodzi o sytuację, kiedy poruszający się obiekt przemieszcza się szybciej niż jest w stanie wyświetlić monitor. Efekt tego to "widmo" obiektu pozostające za jego granicami. Problem wynika z faktu tego, że czas reakcji matrycy jest niewystarczająco szybki dla prędkości wyświetlanego obiektu.
Warto jednak zauważyć, że pogoń za niskim czasem reakcji matrycy nie do końca jest poprawna. Wynika to z faktu takiego, że to nie wzrok, ale ludzki mózg jest odpowiedzialny za smużenie.
Czas reakcji jest to długość czasu, jaką potrzebuje piksel do zmiany swojego stanu.
Jego pomiaru dokonuje się w milisekundach (ms). Producenci podają czasy reakcji na dwa sposoby. Standard ISO mówi o czasie jaki występuje pomiędzy przejściem piksela od białego do czarnego i z powrotem do białego. Drugi sposób związany jest z układem RTC, który ma za zadanie dopalać kryształy matrycy podczas stanu wznoszenia piksela. W tym przypadku stosuje się standard mierzenia czasu reakcji pomiędzy kolejnymi wyższymi poziomami szarości (stąd nazwa GtG - Gray-to-Gray, szary w szary). Tutaj, niestety, pojawia się problem, ponieważ nie jest powiedziane ile tych przejść wlicza się w skład czasu reakcji. Producenci tacy jak EIZO czy NEC stosują 6 przejść, natomiast np. LG już tylko 4. Oznacza to, że w przypadku monitorów LG czas ten jest już z natury niższy. W przypadku, gdy producent podaje czas GtG, to zazwyczaj widnieje takowa informacja.
Można więc zapytać po co dwa standardy - ISO i GtG.
Otóż w przypadku pojawienia się układu dopalającego kryształy, niektóre z przejść wykonywane są szybciej niż bez niego - w tym przejścia szarości. Jeżeli monitor posiada układ RTC, to czas reakcji GtG jest niższy niż ISO, natomiast jeżeli ten sam monitor zostanie pozbawiony układu RTC, wówczas czas reakcji GtG będzie wyższy niż ISO. Warto jednak zauważyć, że są to czasu reakcji pomiędzy konkretnymi kolorami - w normalnej pracy monitor zmierza się z przejściami w całej wyświetlanej przez siebie gamie kolorów. W praktyce więc średnie czasy dla wszystkich kolorów są wyższe.
Dowód tego jest prosty!
Weźmy szybko poruszający się obiekt i zauważmy, że nie jest on wyraźny - jego krawędzie są rozmyte. Albo po prostu wstańmy z krzesła i spróbujmy się szybko obracać wokół własnej osi - zauważ jaki potężny efekt smużenia mamy właśnie przed swoimi oczami.
Można byłoby zapytać dlaczego smużenie dotyczy tylko monitorów LCD, a nie starych CRT. Wynika to ze sposobu wyświetlania obrazu - w LCD wyświetlana jest na raz cała klatka - w CRT obraz powstaje poprzez rysowanie linii. Tak więc w CRT istniał problem z odświeżaniem (gdzie zbyt niska jego wartość powodowała migotanie obrazu), a w LCD ze smużeniem.
Jaka jest idealna wartość czasu reakcji matrycy? Oczywiście 0 ms - uzyskanie tego jest jednak praktycznie niemożliwe (teoretycznie jednak jest możliwe). Niemniej taka wartość nie zostanie w pełni wykorzystana, ze względu na ograniczenia, jakie wynikają z ułomności ludzkiego narządu wzroku i mózgu. Niestety, ale ludzki mózg nie jest w stanie rozpoznać szybszego czasu reakcji niż 5-8 ms. Jeżeli więc obraz porusza się za szybko, to niestety ludzki mózg smuży - pojawia się problem pamięci obrazu. By się o tym przekonać, proponujemy wykonać proste doświadczenie - wstać z krzesła i szybko obracać się wokół własnej osi. Zauważyć można, że obraz jest bardzo mało ostry. Pogoń za najniższym czasem reakcji może więc za jakiś czas skończyć się, gdy średni czas reakcji matrycy dla wszystkich kolorów (czyli nie ISO, ani nie GtG) będzie niższy niż 4 ms.
Ponieważ na smużenie widziane przez człowieka składa się nie tylko czas reakcji, ale bardzo wiele czynników związanych z naszym narządem wzroku oraz mózgiem, stosuje się wiele różnych technik dodatkowych, których zadaniem jest zwiększenie komfortu pracy. Niestety żadna z tych technik nie jest doskonała. Jedną z nich jest technologia BFI (Between Frame Insertion) polegająca na umieszczaniu pomiędzy kolejnymi klatkami obrazu czarnego pola. Zabig ten ma na celu niejako odświeżyć ludzki mózg, niwelując w ten sposób efekt pamięci obrazu.
Kąty widzenia
Producenci monitorów podają również kąty widzenia w pionie i poziomie. Duża wartość tego parametru pozwala na oglądanie np. filmu w większym gronie. Obecnie kąty widzenia, wg danych producentów, dochodzą w pionie i poziomie do 178°.
Niestety parametr ten mierzony jest przy współczynniku CR 10:1.
Współczynnik CR określa minimalny kontrast, jaki musi mieć matryca pod danym kątem, by ów kąt był akceptowalny. I tutaj, niestety, pojawia się problem, ponieważ przyjął się współczynnik wynoszący zaledwie 10:1. Powoduje to komplikacje, ponieważ matryce TN szybko tracą kontrast wraz ze zwiększającym się kątem.
Niski współczynnik CR wprowadza niestety użytkownika poniekąd w błąd. Otóż matryca IPS posiada dużo lepszy kontrast pod nawet i dużym kątem. Mając więc kąt wynoszący np. 170°, matryca IPS może oferować kontrast wynoszący 500:1, podczas gdy przy takim samym kącie matryca TN będzie dawała kontrast 11:1. Efekt, jest taki, że w specyfikacjach obu monitorów zapisane będą maksymalne kąty wynoszące 170°, chociaż różnica między nimi będzie kolosalna.
Rozwiązaniem byłoby zwiększenie współczynnika CR - np. do wartości 100. Jednak byłoby to niemarketingowe posunięcie, ponieważ nagle wszystkie monitory TN miałyby w opisach dużo mniejsze kąty. Jak wytłumaczyć klientowi, że rok temu kupił monitor z matrycą TN, który miał kąty 140°, a teraz oferuje się mu dużo lepszy monitor, z lepszymi parametrami matrycy TN, ale... z mniejszymi kątami, bo zmieniła się norma? A niestety, niektórzy producenci podają kąty pisząc w nawiasie CR 5:1 - czyli jeszcze bardziej zaniżają kontrast.
Input lag czyli opóźnienie wejścia – niektóre ekrany LCD posiadają taką wadę, polega ona na tym, że obraz na wyświetlaczu zostaje opóźniony w stosunku do czasu sygnału który steruje obrazem. Czyli sygnał nie nadąża sterować matrycą w efekcie piksele nie nadążają się zmieniać w odpowiednim czasie. Opóźnienia sięgają około 3-4 klatek na wyświetlaczu z ustawioną częstotliwością na 65 Hz.
Zjawisko jest powszechne dla matryc ( TFT, S-PVA, S-MVA i TN ).
Input lag - nie należy wiązać ze zjawiskiem czasu reakcji matrycy. W matrycach IPS opóźnienia nie występują.
Problemem powodującym ten błąd jest kodowanie przez procesor, sygnał wysyłany przez kartę graficzną jest wysyłany oraz przetwarzany wolny przesył informacji powoduje opóźniania na monitorze.
Jeszcze wolniejsze przetwarzanie powoduje to że monitor nie pracuje w rozdzielczości natywnej*.
Przykładowo monitor otrzymuje sygnał o rozdzielczości 640x480 następnie musi go przetworzyć na sygnał o rozdzielczości 1600x1200 co powoduje wydłużenie czasu.