Matryce LCD oraz wstęp do przestrzeni barw Lab i innych.
Matryca TN (Twisted Nematic)
Ekrany TN są najczęściej używanymi panelami w przemyśle LCD.
Ich szerokie zastosowanie wiąże się głównie z niskim kosztem produkcji monitorów opartych o tę właśnie technologię. Matryce te stosuje się najczęściej w tanich rozwiązaniach domowych oraz biznesowych, a także, ze względu na niski czas reakcji piksela, w produktach przeznaczonych dla graczy. Czas reakcji piksela to największa zaleta ekranów opartych o technologię TN. Przejścia pomiędzy stanem piksela czarny-biały-czarny są w tym przypadku bardzo niskie i wynoszą nawet 2 ms. Największe problemy matryc TN to przede wszystkim stosunkowo wąskie kąty widzenia, szczególnie w pionie oraz słabe odwzorowanie kolorów. W przypadku paneli TN jakość prezentowanych barw jest niska. Czerń jest ciemna, około 0.1 do 0.4 cd/m˛, ale nabiera koloru czarno-granatowego. Ze względu na niską jasność czerni, monitory oparte na panelach TN mogą osiągać dość wysoki kontrast statyczny oraz dynamiczny. Wszystkie monitory produkowane w oparciu o ekrany TN mogą faktycznie wyświetlić jedynie 262 tysiące kolorów. Reszta kolorów jest sztucznie emulowana przy pomocy układu FRC.
Emulacja kolorów w przypadku ekranów TN
Monitor posiadający 8-bitową elektronikę, może wyświetlić po 8-bitów kolorów na kanał. Każdy kanał R, G oraz B dysponuje zatem paletą 256 odcieni. Licząc dalej, daje nam to w sumie 16 777 216 wyświetlanych kolorów.
W przypadku monitorów z ekranami TN mamy do czynienia jedynie z 6-bitowym prezentowaniem kolorów. Monitor jest w stanie wyświetlić jedynie 6-bitów kolorów na każdy z trzech kanałów. Oznacza to możliwość wyświetlenia zaledwie 262 144 kolorów. Reszta barw jest sztucznie emulowana przy pomocy układu FRC. Aby możliwe było wyświetlenie "nieznanych" kolorów, układ FRC tworzy kompozycję możliwych do wyświetlenia barwy tak, by oko ludzkie z pewnej odległości uległo złudzeniu, że obserwuje inny niż faktycznie wyświetlany kolor.
W praktyce monitory wyposażone w 6-bitową elektronikę wyświetlają co czwarty odcień z każdej składowej palety RGB, aż do wyczerpania 6-bitowej biblioteki. Na takim panelu bez emulacji prezentowane są zatem odcienie o wartościach 0, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 44, 48, 52... itd. każdej ze składowych palety RGB. Wyczerpanie 6-bitowej biblioteki następuje dla wartości 252. W przypadku, gdy kolor żądany nie może zostać wyświetlony, ponieważ nie jest on zdefiniowany w 6-bitowej palecie, np. odcień czerwony o wartości 14, powstaje on poprzez kompozycję odcieni sąsiednich, czyli w tym przypadku czerwieni o wartości 12 oraz 16 ze znanej palety. Taka sama zasada obowiązuje wszystkie "nieznane" monitorowi barwy, także te bardziej skomplikowane, np.: R250 G13 B191.
Nie trudno zauważyć, iż 6-bitowe ekrany nie mogą zaprezentować, nawet poprzez sztuczną emulację (dithering), odcieni o wartościach 253, 254 oraz 255 każdej ze składowych palety RGB. Dzieje się tak ponieważ układ FRC ma tylko jeden punkt odniesienia, tj. odcień 252, a nie mając drugiego końca przedziału, nie jest w stanie dokonać odpowiedniej kompozycji barw. Monitor 6-bitowy jest zatem w stanie wyświetlić jedynie 262 144 barwy, a sztucznie reprodukować, w związku z brakiem ostatnich trzech odcieni każdej ze składowych RGB, 16 194 277 kolory. Istnieje również 9-bitowy układ FRC, za pomocą którego monitory oparte o ekrany TN mogą reprodukować pełną paletę 16.7 mln kolorów.
MVA (Multidomain Vertical Alignment)
MVA to technologia opracowana przez Fujitsu-Siemens w 1998 roku.
Miała stanowić kompromis pomiędzy szybkimi ekranami TN, a doskonałymi pod względem reprodukcji kolorów IPS. Z jednej strony MVA oferowało niski czas reakcji piksela (około 25 ms) z drugiej zaś przyzwoite odwzorowanie kolorów oraz szersze niż w przypadku ekranów TN kąty widzenia.
MVA wprowadziło również wysoki poziom kontrastu, ze względu na niską jasność czerni, który dotychczas nie był osiągalny w ekranach TN oraz IPS bez użycia technologii takich jak DFC (Digital Fine Contrast).
W obliczu ciągle przyśpieszających ekranów TN, tradycyjnym problemem paneli MVA były słabe czasy reakcji. Wraz z pojawieniem się technologii overdrive, podnoszącej czas wznoszenia piksela, światło dzienne ujrzały matryce P-MVA.
Ekrany P-MVA dzięki integracji z modułem overdrive wprowadziły niższy czas reakcji w przejściu piksela pomiędzy stanami szary-biały-szary (faktycznie zmienił się jedynie czas wznoszenia piksela, czas opadania był identyczny jak w matrycy MVA). MVA to technologia, która pomimo lepszej jakości barw niż w TN, nadal cierpi na niedoskonałość odwzorowania kolorów. W matrycach tego typu kryształy ułożone są w domenach o różnym skierowaniu. Jeżeli więc jedna domena pozwala przejść światłu, to druga znajdująca się pod kątem przyciemnia je. Dlatego też patrząc idealnie prostopadle na ekran mamy wrażenie, że niektóre subtelne tony, szczególnie ciemne, znikają. Kiedy natomiast zmieniając choć odrobinę kąt patrzenia, barwy pojawiają się ponownie. Czerń w panelach MVA jest lepiej nasycona niż w tradycyjnych TN oraz dysponuje w miarę niską jasnością. Stąd możliwe jest uzyskiwanie wysokiego współczynnika kontrastu statycznego, np.: 1500:1.
PVA (Patterned Vertical Alignment)
PVA została opracowana przez firmę Samsung (która nadal pozostaje największym producentem tego typu ekranów) jako alternatywa dla MVA.
Konstrukcja matryc PVA jest podobna do MVA - kryształy zlokalizowane w domenach zmieniają położenie tak, aby użytkownik patrząc praktycznie z dowolnego kąta widział zawsze niezmienny obraz. Podobnie jak w ekranach MVA, jakość kolorów nie jest najlepsza, dlatego też ekrany te nie są stosowane w profesjonalnych monitorach graficznych. PVA pozwala na osiągniecie na tyle dobrego odwzorowania kolorów, kątów widzenia, czerni oraz kontrastu, że możliwe jest implementowanie tego typu rozwiązań w monitorach profesjonalnych. Monitory te charakteryzują się wysokimi parametrami wyświetlania obrazu, tj. wysoką zgodnością kolorów, wysokim kontrastem oraz szerokimi kątami widzenia, a także w miarę niskim czasem reakcji. Pomimo podobieństw, większość parametrów jak i procesu technologiczny wytwarzania ekranów PVA różni się na tyle znacząco od MVA, że obie technologie można traktować jako niezależne.
Obecnie ekrany PVA/S-PVA (zmniejszony czas reakcji piksela, podobnie jak w P-MVA), dzięki nieustannie malejącemu czasowi reakcji piksela stają się jednymi z popularniejszych rozwiązań. Użytkownicy cenią sobie głównie jakość kolorów (wyższą niż w przypadku monitorów TN), szerokie kąty widzenia umożliwiające oglądane niezmienionego obrazu na raz przez klika osób, wysoki kontrast (nawet 3000:1) oraz stosunkowo niski czas reakcji piksela. Ekrany S-PVA/PVA posiadają dobrą jakościowo czerń o niskiej jasności.
IPS (In-Plane Switching)
Matryca typu IPS ujrzała światło dzienne po raz pierwszy w roku 1996. Nazwa In-Plane Switchnig pochodzi od specyficznego zachowania ciekłych kryształów ułożonych w komórkach ekranu, które leżą zawsze w tej samej płaszczyźnie, zawsze równoległej do płaszczyzny ekranu. Wyprodukowana przez Hitachi matryca powstała jako odpowiedź na kiepskie kąty widzenia oraz słabe charakterystyki kolorystyczne uzyskiwane na dominujących wówczas ekranach TN. Ekran IPS pozwalał na oglądanie obrazu bez denerwujących przekłamań w dużo szerszych kątach, a przede wszystkim oferował o wiele lepsze kolory. Niestety matryce miały jedną zasadniczą wadę: czas odpowiedzi piksela wynosił wówczas około 50 ms, co całkowicie dyskredytowało IPS w przemyśle multimedialnym. Unowocześniona matryca - S-IPS (Super-IPS), również za sprawą Hitachi, ukazała się w roku 1998 o wprowadzała udogodnienia technologii IPS jednocześnie zmniejszając czas reakcji. Chociaż kolory dorównywały już powoli tym znanym z monitorów CRT, to kontrast pozostawał nadal bardzo słaby. Działo się to za sprawą stosunkowo kiepskiej czerni reprodukowanej przez ekrany S-IPS. W obecnych czasach koncern LG Displays pozostaje jednym z największych producentów tych właśnie ekranów.
Kolejną odsłoną wciąż eksploatowanej technologii IPS jest model matrycy A-TW-IPS (Advanced-True White-IPS). Produkowane przez LG Displays głównie dla NEC Display Solutions ekrany wyposażone w specjalny filtr (True White) umożliwiający zbliżenie się do bardziej naturalnej bieli oraz podniesienie skali kolorów. Dzięki temu monitory posiadają bardzo głęboką, choć jasną, czerń oraz dość wysoki współczynnik kontrastu statycznego. Matryce te oferują lepszy jakościowo obraz niż ekrany xVA (MVA/PVA).
H-IPS A-TW (Horizontal-IPS with Advanced True-Wide Polarizer) to najnowsza odsłona technologii IPS. IPS-PRO, czyli H-IPS (oznaczenie dla ułatwienia pojęcia technologii) jest modelem ekranu LCD z horyzontalnym polem magnetycznym (stąd oznaczenie H-IPS). Oczywiście wszystkie dodatki dostępne w technologii A-TW-IPS zostały zaaplikowane do H-IPS, a oprócz tego, dzięki poruszającym się horyzontalnie ciekłym kryształom, możliwe jest oglądanie niezmienionego jakościowo obrazu praktycznie z każdego kąta! IPS-PRO wprowadza również szerszą skalę reprodukowanych kolorów.
Ekrany IPS najlepiej reprodukują kolory, konkurencja w postaci matryc TN, PVA, MVA pozostaje daleko w tyle. Monitory wyposażone w ten typ matrycy można bez problemu odróżnić od innych bez użycia specjalistycznego sprzętu. Wystarczy pod kątem spojrzeć na ekran prezentujący czarną powierzchnię. W ekranie IPS kolor czarny obserwowany pod kątem zmieni zabarwienie na fioletowawo-czerwone. Efekt ten widoczny jest najwyraźniej w starszych odmianach ekranów typu IPS.
Aby sprawdzić czy mamy do czynienia z panelem TN, wystarczy przejechać po nim palcem. W przypadku matryc TN pojawią się charakterystyczne fale rozchodzące się promieniście wokół naszego palca o lekko fioletowym zabarwieniu. Przy pozostałych matrycach zjawisko to nie występuje.
Podsumowując:
PVA - matryce mająduże kąty widzenia, nie najgorsze czasy reakcji, poprawne odwzorowanie kolorów oraz mocny kontrast, przez co uzyskujemy naprawdę głęboką czerń, czym niestety nie mogą się poszczycić matryce TFT/TN. Wadą matryc PVA/MVA są dłuższe czasy reakcji, niż w przypadku matryc TN
Bardzo dużo monitorów posiada matrycę typu TFT/TN, która posiada przyzwoite odwzorowanie kolorów i najszybszy czas reakcji matrycy. Wadami są natomiast wąskie kąty widzenia, kąty widzenia jest bardzo wąski, zmieniając pozycję przed monitorem przestajemy widzieć to co wyświetlane jest na monitorze.
IPS - Ta technologia wykonania staje się coraz bardziej popularna ze względu na poszerzanie się rynku poligrafi oraz gotografiki gdzie kolory są bardzo ważnym elementem pracy. Matryce tego typu charakteryzują się ogromnymi kątami widzenia i świetnym odwzorowaniem barw, oraz czerni. Monitory te posiadają bardzo dlugi czas reakcji nawet 30-50ms oczywiście nie przeszkadza to w pracy gdzie potrzebujemy profesjonalnych zastosowań graficznych.
Pamiętajmy ustawiając monitor w pomieszczeniu aby nie był wystawiony na działanie promieni słonecznych ponieważ może to osłaboć odwzorowanie kolorów
przez wytrawienie filtrów barwowych w panelu, wówczas panel płowieje i jakość wyświetlanych przez niego kolorów drastycznie spada.
Teraz mam nadzieję że zachęcę do kolejnych artykułów w których opiszę Przestrzeń barwową Lab:
Jest to zestaw parametrów opisujących barwę np: RGB (czerwona, zielona i niebieska)
lub CMYK (niebiesko-zielona, purpurowa, żółta i czarna),
są to przestrzenie zależne od urządzenia (device dependent).
Inne przestrzenie to:
CIELab,
Przestrzeń CIELab to przestrzeń barw, która została znormalizowana w 1976 przez organizację CIE (Międzynarodową Komisję Oświetleniową). Stanowi ona modyfikację przestrzeni barw L,a,b, stworzonej przez Huntera w 1948 roku. CIELab stanowi matematyczną transformację przestrzeni CIEXYZ.
Transformację tę wprowadzono jako wynik badań nad spostrzeganiem przez oko ludzkie różnicy między barwami. Zakładano, że barwy znajdujące się w przestrzeni CIELab w jednakowej odległości ΔE od siebie będą postrzegane jako jednakowo różniące się od siebie.
Przestrzeń L,a,b przedstawia gamut barw jaki widzi oko ludzkie na jego podstawie zostają wykreślane inne standardy jak np: AdobeRGB, CMYK.
Zatem CIELab miała być równomierną przestrzenią barw.
Dowodem nierównomierności tej przestrzeni jest fakt, że różnicy percepcyjnej barw nie można jednoznacznie określić
za pomocą ΔE.
Delta E jest to parametr który określa za pomocą równań matematycznych różnicę między dwoma porównywanymi kolorami, najczęściej odchyłkę uzyskanego w produkcji koloru od wzorca
Barwę opisują matematycznie trzy składowe:
L - jasność (luminancja),
a – barwa od zielonej do magenty,
b – barwa od niebieskiej do żółtej.
Można przyjąć, że standardowy obserwator zauważa różnicę barw następująco:
0 <ΔE < 1 - nie zauważa różnicy,
1 <ΔE < 2 - zauważa różnicę jedynie doświadczony obserwator,
2 <ΔE < 3,5 - zauważa różnicę również niedoświadczony obserwator,
3,5 <ΔE < 5 - zauważa wyraźną różnicę barw,
5 < ΔE - obserwator odnosi wrażenie dwóch różnych barw.
jest to przestrzeń niezależna od urządzenia.
Więcej dowiecie się w kolejnej części na temat przestrzeni barw.
Autor: Paweł Zakrzewski - Centrum Papieru