Monitory komputerowe - artykuł przekrojowy, część 2: LCD i matryca Twisted Nematic

LINK DO CZĘŚCI PIERWSZEJ ARTYKUŁU: Monitory komputerowe - artykuł przekrojowy: historia rozwoju, kluczowe pojęcia, jak wybrać - część 1. 

W poprzednim artykule poruszyliśmy przekrojowo historię rozwoju ekranów jak również ogólnikowo rozłożyliśmy je na części pierwsze przedstawiając ogólne zasady działania i budowę wewnętrzną poszczególnych rodzajów monitorów. W tym artykule skupimy się na wiodących aktualnie na rynku monitorów LCD, a w zasadzie dokonamy charakterystyki pierwszej opracowanej dla monitorów LCD matrycy - Twisted Nematic (TN). Kolejne teksty będą traktowały szeroko o pozostałych rodzajach matryc stosowanych w tym typie monitorów czyli In-Plane Switching (IPS) oraz Vertical Alignment (VA). Uważamy że rozwijanie tematu związanego z rzutnikami multimedialnymi z racji ich ograniczonego stosowania może być mało przydatne i ewentualnie w dalszej przyszłości pokusimy się o rozszerzenie tego wątku, natomiast monitory CRT wyszły już z szerokiego, praktycznego użycia wyparte właśnie przez LCD toteż rozwijanie tego tematu było by raczej ciekawostką historyczną, aniżeli przydatną dzisiaj wiedzą.

Monitory komputerowe LCD – zastosowane matryce

Matryca to jeden z podstawowych rozróżników między różnymi modelami monitorów LCD i w zasadzie jeden z najważniejszych parametrów branych pod uwagę przy zakupie monitora komputerowego. Od typu zastosowanej matrycy zależy to w jaki sposób będzie wyświetlany obraz, jakim nasyceniem barw, odwzorowaniem czerni oraz jakim kątem widzenia i czasem odświeżania będzie się charakteryzował dany model. Istotnym aspektem do określenia przed zakupem jest to do jakich zadań chcemy zastosować monitor – bo o ile na każdym monitorze można wykonać każde zadanie to przy różnych matrycach efekty pracy mogą być odmienne. Ma to szczególne znaczenie w przypadku takich zajęć jak grafika komputerowa, obróbka zdjęć, filmów, przeglądanie multimediów czy granie w gry sieciowe. Aktualnie w użyciu stosowane są w monitorach następujące typy matryc:
1. Matryca TN czyli Twisted Nematic
2. Matryca IPS czyli In-Plane Switching
3. Matryca VA czyli Vertical Alignment
W poniższym tekście scharakteryzujemy tą pierwszą poruszając takie kwestie jak budowa, cechy własne oraz przydatność do określonych działań.

Matryca TN - Twisted Nematic

To najstarszy typ matryc ze wszystkich wymienionych w tym artykule i pierwszy, który został zastosowany w monitorach LCD. Powstanie pierwszego monitora z matrycą TN datuje się na rok 1971 aczkolwiek prace nad nim trwały od 1962 roku i odkrycia właściwości elektryczno-optycznych ciekłych kryształów. Przełomem w pracach nad wykorzystaniem ciekłych kryształów do generowania obrazu był rok 1969 i odkrycie skręconego nematyka co zaowocowało dwa lata później pierwszym monitorem opartym o tą technologię. Ogólną zasadę działania matryc ciekłokrystalicznych opisaliśmy w poprzedniej części artykułu lecz chcąc zaznaczyć różnice między poszczególnymi rodzajami trzeba wejść w szczegóły budowy każdej z nich. Pewne różnice w rozłożeniu poszczególnych elementów budowy każdej z matryc sprawiają, że charakteryzują się one innymi właściwościami generowania obrazu i nie sposób bez tego dokonać właściwego rozróżnienia.

Budowa wewnętrzna matrycy Twisted Nematic

Twisted Nematic czyli innymi słowy „skręcony nematyk” to układ zbudowany z warstwy nematycznych ciekłych kryształów ułożonych pomiędzy dwiema szklanymi płytkami pokrytymi od wewnątrz warstwą polimerową. Płytki te są oddzielone od siebie równomiernie za pomocą niewielkich elementów dystansowych. Same ciekłe kryształy to cząsteczki o cylindrycznym kształcie, które w zależności od zastosowanego napięcia ulegają polaryzacji i zmieniają swoje właściwości optyczne czyli zmieniają sposób przepuszczania światła. W matrycy Twisted Nematic cząsteczki ciekłych kryształów na jednej szklanej płytce ułożone są prostopadle do cząsteczek znajdujących się na drugiej płytce natomiast cząsteczki znajdujące się pomiędzy obiema warstwami są skręcone we wstęgę. Taka budowa sprawia, że światło przechodzące przez cały układ zmienia swoją polaryzację o 90 stopni. Dodatkowym elementem na wewnętrznej stronie szklanych płytek są przezroczyste elektrody sterujące, które rozmieszczone są w sposób odpowiadający rozłożeniu pikseli na ekranie. Z zewnątrz płytki pokryte są filtrami polaryzacyjnymi ułożonymi prostopadle do siebie. Jak taka konstrukcja ma wpływ na działanie monitora i wyświetlanie obrazu?

W układzie, w którym nie przyłożymy napięcia poprzez elektrody do komórek z ciekłymi kryształami, światło wpadające od tyłu zostanie spolaryzowane przez pierwszy polaryzator, a następnie poprowadzone przez warstwy ciekłych kryształów w taki sposób, że nie będzie blokowane przez drugi polaryzator – tym samym piksel zostanie podświetlony. Jeśli natomiast za sprawą elektrod ciekłe kryształy zostaną potraktowane napięciem, to ułożą się zgodnie z liniami pola elektrycznego kierując światło na drugi polaryzator, który pochłonie światło i tym samym spowoduje wygaszenie piksela ekranowego. Pozwala to tym samym na generowanie kształtu czarno-białego obrazu.
Za generowanie koloru odpowiadają wbudowane między szklaną płytkę, a przedni panel elektrod filtry kolorystyczne. W panelach TN mamy do czynienia jedynie z 6 bitowym prezentowaniem kolorów, a zatem każdy z trzech kanałów – subpikseli – jest w stanie wyświetlić 6 bitów kolorów. Oznacza to, że ekran o matrycy TN jest generuje zaledwie 262 144 kolory, a sztucznie emulguje 16 194 277 kolory. Nie jest to bez znaczenia - mała ilość generowanych naturalnie poprzez filtry kolorów ma negatywny wpływ na kontrast oraz nasycenie.

Cechy użytkowe matrycy Twisted Nematic 

Taka konstrukcja sprawia, że monitory z matrycą TN charakteryzują się szybkim czasem reakcji na poziomie 1 ms, a zatem bardzo szybko realizują polecenia wydawane przez użytkownika. Nie występuje dzięki temu efekt smużenia czyli nie nadążanie ekranu do wprowadzania szybkich zmian obrazu co mogło by objawiać się smugami między wyświetlanymi klatkami. Tym samym piksele mają zdolność do szybkiej zmiany trybu działania z zapalonego na zgaszony i odwrotnie co jest koronną zaletą matrycy TN. Również częstotliwość odświeżania w takich ekranach stoi na imponującym poziomie i w najlepszych jednostkach sięga nawet wartości 240 Hz co wydatnie przekłada się na szybkość wyświetlanej animacji bez negatywnych efektów. Z tych dwóch powyższych względów ekrany z matrycą TN polecane są w szczególności osobom, które czas spędzony przed komputerem poświęcają na granie w gry komputerowe, z naciskiem na sieciowe FPSy (first person shooter) gdzie rozgrywka przybiera postać bardzo dynamiczną. Bardzo dobrze radzą sobie też z wyświetlaniem multimediów na przykład filmów z energicznymi scenami akcji, lecz tutaj trzeba koniecznie zaznaczyć, że z racji wąskiego kąta widzenia oglądanie takich filmów przez szerszą publikę jest niemożliwe. Ograniczone kąty widzenia sprawiają, że idealną jakością obrazu może cieszyć się tylko osoba, która siedzi bezpośrednio i centralnie na wprost ekranu. Osoby patrzące z góry lub od boku będą niestety widziały przekłamane kolory co uniemożliwia oglądanie filmów w większym gronie. Mimo to parametry wyświetlania obrazu są bardzo zadowalające podczas pracy biurowej, gdyż taka wykonywana jest w znakomitej większości przez jedną osobę. Monitory z tą matrycą są polecane najczęściej właśnie do takich zadań i wykorzystywane przez firmy do obsługi swojej działalności. Fakt wykorzystywania monitorów z matrycami TN do pracy biurowej wspierany jest również przez niski koszt produkcji, a zatem niską cenę tych urządzeń – firmom najzwyczajniej opłaca się inwestować środki w wydajny sprzęt w przystępnej cenie co przesądziło o zdominowaniu biur przez monitory Twisted Nematic.

Matryca TN gorzej - aniżeli dwa opisywane dalej typy matryc IPS i VA - wypada w kwestii odwzorowania palety barw i czerni bo nie jest w stanie wyświetlić naturalnie 16,7 milionów odcieni kolorów dostępnych dla kart graficznych. Zdecydowana większość kolorów jest sztucznie emulgowana poprzez różny stopień podświetlenia subpikseli co sprawia, że kolory prezentowane przez ekran TN nie są tak dobrze nasycone jak chociażby w matrycy IPS. Najgorzej w tym wszystkim wypadają barwy ciemne włącznie z czernią i dla wielu osób zauważalny jest ten efekt sztucznego odwzorowania kolorów - jest to główna wada matryc TN. Inną, lecz mniej dotkliwą wadą jest też średnio prezentowany kontrast. Z tych względów ekrany z matrycą TN nie są polecane osobom zajmującym się profesjonalnie grafiką komputerową czy produkcją wideo gdyż obrazy generowane na tym typie monitorów odtworzone później na monitorze z innym, bardziej zaawansowanym kolorystycznie rodzajem matrycy mogą wyglądać po prostu źle lub nieadekwatnie do założonego efektu.

Matryca Twisted Nematic - podsumowanie

Ekrany z matrycami TN są podstawowymi jednostkami, szeroko wykorzystywanymi zarówno przez prywatnych posiadaczy komputerów stacjonarnych jak również przez firmy. Fakt ich popularności wynika z niskiej ceny zakupu w stosunku do uniwersalnej użyteczności w szczególności podczas pracy biurowej oraz przeglądania internetu. Również część graczy, szczególnie operujących w środowisku sieciowym ceni sobie walory tej matrycy jako dynamicznie wyświetlającej obraz co jest niezbędne do prowadzenia płynnej rozgrywki. Matryca ta ma jednak dość istotną wadę – słabe wyświetlanie kolorów, ich niskie nasycenie oraz niski kontrast i z tego względu kategorycznie odradzamy stosowania monitorów z tą matrycą do profesjonalnych produkcji graficznych. 

W następnym artykule poruszymy temat kolejnego typu matryc stosowanych w monitorach LCD – matrycę IPS. Matryca ta, chodź posiada wiele wspólnego z matrycą TN znacząco różni się od niej parametrami – wyszczególnimy podstawowe różnice w budowie oraz to jak przekładają się one na generowany obraz. Określimy też grupę docelową, która w najpełniejszy sposób będzie w stanie wykorzystać ten typ monitora w swojej pracy.

Zapraszamy do przeczytania trzeciej części artykułu: Monitory komputerowe - artykuł przekrojowy, część 3: Monitory z matrycą IPS

PS. Oczywiście zachęcamy do zapoznania się z ofertą naszego sklepu internetowego - nie tylko z dostępnymi poleasingowymi, używanymi monitorami, które są bohaterami powyższego tekstu, ale również z oferowanymi przez nas poleasingowymi laptopami oraz komputerami stacjonarnymi. 

Przydatne linki:
Laptopy poleasingowe: https://netman.pl/3-laptopy-poleasingowe
Poleasingowe komputery stacjonarne: https://netman.pl/11-uzywane-komputery-poleasingowe
Monitory poleasingowe: https://netman.pl/10-monitory-poleasingowe-uzywane
Akcesoria: https://netman.pl/6-akcesoria

W razie pytań jesteśmy do dyspozycji ;)