LCD monitorok

Az LCD: A betűszó a Liquid Crystal Display (folyadékkristályos kijelző) elnevezés rövidítése.

Fizikai bevezetés:
Polarizált fény: A fénynek hullámtermészete van : az elektromos és mágneses erőterek folyamatos rezgést végeznek , a tér minden irányában . A polarizált fény rezgései egy síkban történnek ( mint az inga lengése-az sem változtatja meg a lengési síkját) . Ha azután az ilyen fényt egy olyan rácsra irányítjuk , amelynek rései nem párhuzamosak a rezgési (polarizációs) síkra, az gyengítve ( legrosszabb esetben egyáltalán nem) jut át rajta. Ezen az elven működik a polárszűrő: két rácsból áll, amelyek rései merőlegesek egymásra; ha a (polarizált) fény az egyiken át is megy, a másikon biztosan nem. Az üvegről, vízfelszínről visszavert fény polarizált; ha polárszűrőn keresztül nézzük, megszűnik a csillogás.
Az elektromos tér erőhatással van a mágnesre. Ha egy mágnes körül változtatjuk az elektromos térerősséget, a mágnes (elegendő nagy tér vagy elegendő kis tömeg esetén) elmozdul.

Az LCD-tecnológia alapelve: Két üveglap között egy speciális folyadék van. Ez oldott kristályokat tartalmaz. A kristályok pálcika alakú molekulákból állnak, amelyek alapértelmezésben egy gyenge mágneses tér hatására a lapokkal párhuzamosan helyezkednek el, így a rájuk eső polarizált fényt átengedik. Feszültség hatására a molekulák elfordulnak, így a polarizált fényt többé nem engedik át. Így egy pontban sötétre színezhető az üveglap (természetesen háttérvilágítás szükséges). Az LCD-kijelzők nagy előnye a kis fogyasztás és méret (centiméter nagyságrendű vastagság), valamint, hogy nem bocsátanak ki káros röntgensugárzást. Hátrányuk, hogy nem kontraszosak, és lassúak.

passzív LCD
Egy átlagos VGA-felbontásban 640 oszlop és 480 sor van. Ennyi oszlop- és sorvezetékre van szükség, hogy minden pontban létrehozhassuk a szükséges feszültséget. Elvileg nincs akadálya a színes LCD-kijelzőnek. A problémát az okozza, hogy a három alapszínnek és a világosságot szabályozó fehér árnyalatnak külön vezérlés szükséges, így pixelenként négy vezeték-kereszteződésre van szükség. Ez igen nagy vezeték-sűrűséget jelent. Az egymáshoz közel levő vezetékek egymásra is hatnak, így nem csak annál a pixelnél keletkezik megfelelő feszültség, amit címezni akarunk, hanem máshol is. Tehát más molekulák is elfordulnak, kevésbé engedik át a polarizált fényt. Ennek eredményeképpen a kijelző kontrasztja csökken.

aktív LCD (TFT-thin film transistor)
A pixelekhez apró tranzisztorokat helyeznek, amiket kis feszültséggel lehet vezérelni (a tranzisztor feszültség-erősítőként is működtethető). Így az ektromos hatás közvetlenül az egyes pixelek alatt keletkezik, a többit nem zavarja. A kép ragyogó színű lesz, valamint a monitor sebessége is számottevően növelhető.
Az aktív LCD-knél 4 főbb típust különböztetünk meg. Ezek főbb jellemzői/tulajdonságai:
1.) TN (Twisted Nematic)+Film: Legrégebbi technológia; Kontrasztaránya a többi típushoz képest viszonyítva a leggyengébb, látószöge a legszűkebb; Leggyorsabb frissítésű TFT-ket felvonultató technológia (16, 12, 8, 6, 4 ms).
2.) IPS(In-Plane Switching: Kis fényerő és kontrasztarány; színvisszaadása majdnem tökéletes; Jobb látószög a TN+Filmnél; Magas áruk miatt inkább csak 19"-os, vagy annál nagyobb TFT-knél alkalmazzák; Mára már csak a továbbfejlesztett változatával, az S-IPS (Super In-Plane Switching) -el találkozhatunk.
3.) MVA (Multidomain Vertical Alignment): Jó látószög; Jó kontrasztarány; Lassú válaszidő.
4.) PVA (Patterned Vertical Alignment): Az MVA Samsung által továbbfejlesztett verziója; Javított válaszidő (akár játékra is kiváló).


Ha a TFT kijelzők tulajdonságait szeretnénk meghatározni, akkor a legjobb, ha ezen a szálon indulunk el: miért nem tökéletesek ezek a kijelzők mindegyike, ha játszani szeretnénk? A TFT-k jelen pillanatban két jelentős problémával küszködnek (lassan már csak 1 jelentős probléma), amelyek éppen ezen a területen láthatók a leginkább. Az egyik a képpontok állapotváltozási sebessége, a másik a natív felbontásuktól eltérő üzemmódok megjelenítése. A CRT monitoroknál megszokhattuk, hogy a kép a szemünk előtt a legrosszabb esetben hatvanszor (60Hz), tipikusan viszont nyolcvanötször (85Hz) frissül, jelenik meg újra. A foszfor kialvási sebessége mikroszekundumokban mérhető, tehát minél gyorsabban pásztáz a monitor, annál egyenletesebb képet kapunk. A képpont fényerejének, színének változási sebessége pont megfelel az igényeinknek, hiszen gond nélkül meg tudja jeleníteni az emberi szem (agy) igényelte minimális másodpercenként 25 képet. Ennél magasabb értéket pedig egy mai 3D-s gyorsítókártya és egy átlagos monitor is jócskán túllicitál, folyamatos érzetet keltve bennünk. A TFT monitorok képpontjai azonban néhány milliszekundum alatt változnak, ezen a technológián a folyadékkristály tulajdonságai miatt nem könnyű változtatni. A képernyőn megjelenő gyors mozgások a 20-40 ms körüli kapcsolási idő miatt darabosnak látszanak, hiszen az új kép megjelenésekor még egy pillanatig láthatjuk a régit. Más kérdés, hogy a képpontok a kép teljes letapogatásáig be- illetve kikapcsolt állapotban maradnak, így még a meglepően alacsony, 60 Hz-es képfrissítés esetén is villódzásmentes képet produkálnak. A titok abban rejlik, hogy a TFT képében csupán a képkockánként változó képpontok okoznak villogást, ez pedig egy stabil kép mellett fel sem tűnik - nem úgy mondjuk egy autóversenynél.


A másik kritikus működési jellemző a felbontás. Amíg a CRT monitorokon analóg jelet jelenítünk meg, a képpontok közötti átmenet folyamatos feszültségváltozásban nyilvánul meg, s a képen való megjelenésében az intenzitás is folyamatosan változik. Abban tehát, ha egy logikai képpont fizikailag nem a monitor lyukmaszkjának vagy rácsának a "lyukaiba" esik, nincs semmi zavaró, hiszen elcsúszva éppen a megfelelő intenzitás kerül a megjelenítendő helyre. Az viszont tagadhatatlan, hogy egy pontosan kiszámított, beállított kép minősége tökéletes is lehet, ehhez viszont nem szabad a látható terület széléig kihúzni a képet. A TFT nem rendelkezik ilyen technológiai biztosítással, egy képpont vagy olyan színű, amilyet akarunk, vagy nem. A legtökéletesebben olyan képet tudunk megjeleníteni, amely pontosan illeszkedik a kijelző méreteihez. Ezért gyártják ezeket 1024x768, 1280x1024, vagy magasabb felbontásokban. Probléma akkor adódik, amikor egy kisebb kijelzőn kell például 640x480-as képet megjeleníteni. A régebbi notebookok ekkor kisebb méretben, középen jelenítették meg a képet, és csak később kínálták fel a kép átméretezését. A képet teljes méretű megjelenítéskor át kell számolni, és ez tökéletes algoritmusokkal sem eredményez tökéletes képet. A színátmenetet a kijelző képpontjainak viszonylag nagy, 0,3 mm-es mérete is darabossá teszi, amelyet elmosással javíthatnak - a karakterek olvashatóságának csökkenésével.


További, ám az élvezhetőséget kevésbé befolyásoló tényező a kijelzők látószöge. Notebookok esetén ez az utóbbi időben nem volt már zavaró, hiszen a DVD-filemket többnyire egyedül néztük, esetleg a tévékimenetet használtuk. Az újabb panelek viszont akár 150-160 fok szélességben nézhetők, köszönhető az MVA technológiának. A gyárak pontosan meghatározott mérések alapján állítják be a látószöget, a szemből látható fény erősségének a felét kell produkálniuk a látószög határán. Ez műszeresen egyszerűen mérhető, gyakorlatilag viszont azt jelenti, hogy ezen a határon belül ugyan látjuk a képet, de biztos, hogy a szín elváltozik, és valljuk be, így már nem is élvezhető egy film. A legkevésbé zavaró tényező a megvilágításban rejlik. A TFT-LCD kijelzőknek ugyanis háttérvilágításuk van, és ennek fényét "takarják" el a megfelelő színtartományokban. Mivel a képpontok vezérlése egyenletes, kézenfekvő, hogy a megvilágításnak is annak kell lennie. Az egy, esetenként kettő, ceruzavastagságú fénycső elhelyezése éppúgy alaposságot kíván, mint a panel mögé helyezett fényvezető réteg. Nem könnyű a megjelenítő hosszával egyező fénycső fényével homogénen megvilágítani egy felületet. Ejtsünk szót most arról, melyek egy TFT monitor előnyei! A kép garantáltan villogásmentes, erről már esett szó. Ennek következménye, hogy szemkímélő, s az állókép hosszas bámulása sem fárasztja a szemet. A sugárzásról is csak a legjobbat tudjuk elmondani, legfeljebb az elektronika elektromágneses sugárzása (EMI) "szennyezi" a környezetet, persze nem jobban, mint a többi más elektronikai készüléknél. Ez pedig nem ártalmas az egészségre. A fogyasztás is kedvező, egy nagyobb monitor esetében tapasztalt 80-250 W fogyasztás itt mindössze 50-70 W. Az ilyesfajta megjelenítők helyigénye is kicsi, és nem csak a hozzájuk tartozó talpra állíthatjuk a kijelzőket, hanem a falra vagy állványra is szerelhetjük. Végül, de nem utolsósorban szólnunk kell egy előnyként és hátrányként értékelhető tulajdonságról, a képbemeneti interfészről. A CRT monitorok analóg technikára épülnek, ezért a VGA csatlakozókon is analóg jel folyik, s a videokártyák is analóg jelet szolgáltatnak. A videokártyákat a TFT-k előretörésének megfelelően már DVI csatlakozóval is felszerelik, így nem szükséges a videokártyának a digitálisból analógot, a TFT monitornak pedig analógból digitálisba alakítaniuk a jelet. A tesztünkben is látható, hogy nem minden TFT monitornak van VGA és DVI csatlakozója. Ha a VGA bemenetet használjuk, akkor a monitornak megfelelően kell elvégezni a konverziót, ha viszont nem ez történik, akkor elcsúszott és interferenciacsíkokkal dúsított képet kapunk. A DVI csatlakozó viszont képpontról-képpontra szolgáltatja a jelet, ekkor pedig a kép pontosan jelenik meg a kijelzőn.

Számító képpontok, avagy röviden a TFT monitorokról

Az LCD monitorok eladási adatai folyamatosan emelkednek és az áruk is napról napra, csökken. Azonban egy dologról szemérmesen hallgatnak a specifikációk, mégpedig arról, hogy pontosan mennyi pixelhiba szükséges a kijelző panel cseréjéhez.
Kezdjük rögtön a legelején az LCD monitorokra vonatkozó, 2001-ben frissített, ISO 13406-2 szabvánnyal. Ez meghatározza a folyadékkristályos kijelzők képének számos jellemzőjét, mint a fényerő, kontraszt, tükröződés, színek, vibrálás és a - számunkra most fontos - hibás pixelek száma. (A pixel az angol „picture element”, azaz képpont szó rövidítése.)
A szabvány 4 minőségi szintet különböztet meg, a legjobb első osztálytól a legkevésbé szigorú negyedik osztályig. Az első osztállyal van a legkönnyebb dolgunk, hiszen az semmilyen pixelhibát nem engedélyez, tehát már az első feltűnésekor cseréltethetjük kijelzőnket. Sajnos a ma forgalomban lévő LCD monitorok többsége a második osztályba (Class II) tartozik és itt kissé bonyolultabb a helyzet.

Pixelhibából is négyféle fordulhat elő:
Első típusú: A maximum fényerő parancsra adott átlagos pixel válaszreakciónak nagyobb, mint 75%-ával való reagálása a minimum fényerő parancsra (mindig fényesen világít).
Második típusú: A minimum fényerő parancsra adott átlagos pixel válaszreakciónak kevesebb, mint 25%-ával való reagálása a maximum fényerő parancsra (mindig sötét marad).
Harmadik típusú: Egyéb nem első vagy második típusú hiba, például egy beragadt subpixel. Az aktív mátrix LCD kijelzőknél minden egyes pixel pozíción 3 folyadékkristály cella helyezkedik el. Ezeknek a vörös, zöld és kék subpixeleknek (al-pixel) az együttes működése teszi lehetővé a teljes színskála megjelenítését. Minden egyes cellát egy egyedi tranzisztor vezérel, mely közvetlenül a cella felett található. A tranzisztor meghibásodásakor az adott képpont mindig vörösen, zölden vagy kéken világít. (A tapasztalatok szerint ez a leggyakrabban előforduló hiba.)
Csoporthiba: Kettő vagy több hibás pixel egy 5x5 képpontos területen.

A hibaosztályok definíciója:
A hibák maximum száma típusonként/millió pixel



Próbáljuk meg most ezt egy kicsit érthetőbbé tenni.
A 15" LCD kijelzők felbontása 1024x768 pixel, ami összesen 786.432 képpont.
Első típusú (fényes) pixelek száma = 2 x 786.432 / 1.000.000 = 1,57
Második típusú (fekete) pixelek száma = 2 x 786.432 / 1.000.000 = 1,57
Harmadik típusú (vörös/zöld/kék) pixelek száma = 5 x 786.432 / 1.000.000 = 3,93
Tehát 2 mindig fényes pixelt már nem enged meg a szabvány 15" monitoron.
A maximum engedélyezett hibák száma (első+második+harmadik típusú): 5 képponthiba, melyből maximum egy lehet fényes, egy sötét és három vörös, zöld vagy kék. Ezen kívül a csoporthiba szabály kimondja, hogy nem lehet több mint kettő hibás fényes vagy sötét pixel egy 5 képpont sugarú területen. Szintén hibásnak számít az a kijelző, ahol egy 5x5 képpontos területen 2 vagy több vörös, zöld vagy kék pixel fordul elő.

A 17" LCD kijelzők felbontása: 1280 x 1024 = 1.310.720 pixel.
Első típusú (fényes) pixelek száma = 2 x 1.310.720 / 1.000.000 = 2,62
Második típusú (fekete) pixelek száma = 2 x 1.310.720 / 1.000.000 = 2,62
Harmadik típusú (vörös/zöld/kék) pixelek száma = 5 x 1.310.720 / 1.000.000 = 6,55
Következésképpen 3 mindig fényes pixelt már nem enged meg a szabvány 17" monitoron.
A maximum engedélyezett hibák száma (első+második+harmadik típusú): 10 képponthiba, melyből maximum kettő lehet fényes, kettő sötét és hat vörös, zöld vagy kék. Ezen kívül a csoporthiba szabály kimondja, hogy nem lehet több mint kettő hibás fényes vagy sötét pixel egy 5 képpont sugarú területen. Szintén hibásnak számít az a kijelző, ahol egy 5x5 képpontos területen 3 vagy több vörös, zöld vagy kék pixel fordul elő.
Ez mind szép és jó, most azonban vizsgáljuk meg gyártókra bontva, hogy mennyire alkalmazzák ezt a szabványt a szervizek a gyakorlatban.

EIZO
Nem alkalmazzák a szabványt. Saját szabályaik vannak, melyek típusonként eltérnek:

nem me.= nem megengedett

Fujitsu-Siemens
2005 júliustól a lehető legjobb feltételekkel vállal garanciát Business és Prémium kategóriájú monitoraira: 17” és 19” LCD monitorok esetén már öt hibás alképpont esetén, a 20,1” LCD monitorok esetén már hét hibás alképpont esetén cserelehetőséget vállal, amely a vásárlást igazoló számlán feltűntetett dátumtól számított egy hónapig érvényes. A többi TFT kijelzőre az ISO szabvány szerint vállal cseregaranciát.

IBM
A standard ISO 13406-2 szabványt alkalmazza.

LG
Az LG az IBM által kiadott szabványhoz igazodik, mely 15 colos TFT monitoroknál 5 hibás subpixelt engedélyez.

Samsung
Egyedülálló módon, már akár egyetlen pixelhiba esetén is cserélik a TFT-LCD monitor készüléket, amennyiben a végfelhasználó azt a vásárlást követő három napban visszaviszi a boltba.

SONY
Alkalmazzák a szabványt. A még elfogadható pixelhibák száma:
15" LCD: 1 fényes, 1 sötét vagy 3 színes
17" LCD: 2 fényes, 2 sötét vagy 6 színes

Viewsonic
Alkalmazzák a szabványt. A még elfogadható pixelhibák száma:
15" LCD: 1 fényes, 1 sötét vagy 3 színes
17" LCD: 2 fényes, 2 sötét vagy 6 színes


A TFT piacon igen nagy szórás, talán még némi fejetlenség is uralkodik, hiszen a panelek egyre olcsóbbak, így szinte bármelyik cég beleugorhat és ugrik is a TFT monitorok készítésébe. Ez az árra természetesen jótékony hatással van, hiszen a komolyabb gyártók is kénytelenek beszállni az árversenybe. Csak ez ne menjen termékeik minőségének a rovására! Szerencsére vannak, akik megbízható minőséget garantálnak. Az automata beállítás kritikus pont, még a nevesebbek is elszöszölhetnek négy-öt másodpercet, mire be tudják állítani a képet. DVI használatakor erre nincs szükség, csak az a baj, hogy ilyen kábel még nem minden csomag része. Ha játékra is szeretnénk használni eme lapos csodákat, akkor bizony nem az alsó kategóriás monitorok között kell keresnünk, mert az alacsony képfrissítésű monitorok még mindig drágák. Ha jobban belegondolunk egy CRT monitor 85 Hz -en kb. 1,2 ms alatt frissít egy teljes képet, amit a mostani csúcskategóriás TFT kijelzők sem érnek el(a cikk írásakor a leggyorsabb boltban kapható TFT: 4ms. Ez már pörgős FPS játékra is alkalmas.

Végül lássunk egy kis összehasonlítást a CRT és az LCD kijelzők között:

Fogyasztás: LCD: 25-40 W, CRT: 100-160 W
Fényerő: LCD: 250 cd/nm, CRT: 100 cd/nm; az LCD háttérvilágítását sokáig lehet fokozni, de a CRT-nél a foszforrétegből kell kicsalni a fényenergiát.
Felbontás: míg az LCD csak a tényleges fizikai felbontásán ad élvezhető képet, addig a CRT lényegesen szabadabban állítható (különbség ott is van, de elhanyagolható).
Konvergencia, geometria, fókusz: egyértelmű az LCD hibátlansága a CRT-hez képest.
Kontraszt: LCD: max. 500:1, CRT: 750:1; világosságállításban ("gamma") sokkal jobbak a CRT-k jelenleg, grafikai munkákkal lehetnek problémák LCD-n.
Színhűség: LCD: max. 250000 szín, CRT: gyakorlatilag korlátlan. Az LCD-kben sokkal nehezebb pontosan forgatni a kristályokat, mint a CRT-kben pontosan szabályozni az elektronáram amplitúdóját. Szintén érv a CRT mellett a grafikai alkalmazásokban.
Képfrissítés: LCD: max. 75 kép/mp, CRT: >100 kép/mp; tehát a CRT jóval több különböző képet tud megjeleníteni másodpercenként, azonban míg a CRT-n minden kép után kvázi törlődik a teljes képernyő, az LCD-n csak az a kristály forog, amelyiken változtatni kell, tehát kevesebb a kép ugyan másodpercenként, de semmilyen villogást nem tapasztalhatunk: kevésbé rontja tehát a szemet.
Sugárzás: LCD: gyakorlatilag semmi, CRT: TCO"99, stb.-nek megfelelően, de van.
Helyigény, súly: Itt is egyértelműen az LCD irányába billen a mérleg.