Jdi na obsah Jdi na menu
 


Technologie podsvícení LCD

V tomto článku se podíváme na jednu z oblastí, která ve velké míře ovlivňuje kvalitu obrazu u LCD panelů. Projdeme si všechny technologie podsvícení obrazovek s tekutými krystaly – od stařičkého CCFL, až po LED podsvícení, jenž je v současné době na vzestupu.

Než se pustíme do porovnávání kvalit jednotlivých způsobů podsvícení, bylo by dobré si říci něco o tom, jak vůbec jednotlivé technologie pracují a jaké jsou jejich vlastnosti.

Na samotném začátku se podívejme trochu do minulosti, kdy LCD (Liquid Crystal Display) panely využívaly pro své podsvícení výhradně světelných trubic, také nazývaných jako CCFL. Byly umístěny za LCD panelem a jejich světlo mělo být pomocí podsvětlovacího panelu rozvedeno se stejnou intenzitou po celé ploše tohoto panelu.


CCFL trubice nacházely a dodnes nacházejí využití v televizorech, počítačových monitorech i noteboocích.

Ovšem, jak si ještě mnozí pamatují, ne vše bylo dokonalé. Od středu panelu směrem k okrajům intenzita osvětlení ubývala a v rozích a krajích obrazovky byl již viditelný úbytek jasu. Ani barevné podání obrazu nebylo nikterak oslnivé, především pak ve srovnání s plazmovými televizory. Technologie šla neustále kupředu a zlepšoval se jak barevný gamut (zobrazovaný barevný prostor), tak i kontrast, jas a osvětlení v rozích obrazovky, čehož bylo dosahováno např. přidáváním dalších CCFL trubic nebo použitím kvalitnějších výbojek.

Nyní se můžeme podívat na jednotlivé technologie využívající osvětlovacích trubic k podsvícení LCD panelů.


Trubice typu CCFL se vyrábí v mnoha rozmanitých tvarech a velikostech. Zatím jsou v oblasti podsvícení LCD panelů nejpoužívanější, i když je postupně nahrazují novější technologie.


Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL)

Jde o výbojku či osvětlovací trubici, která je tvořena uzavřenou skleněnou baňkou (trubicí) s elektrodou na každém konci. Povrch vnitřních stěn trubice je pokryt luminoforem (mění energii elektrického výboje na viditelné světlo) a trubice je vyplněna inertními plyny (argon, neon) s přídavkem malého množstvím rtuti. Jakmile přivedeme napětí na elektrody, plyn začne uvnitř trubice ionizovat a umožňuje tok elektrického proudu mezi elektrodami. Ionizovaný plyn vyzařuje ultrafialové světlo, to se při dopadu na luminoforní vrstvu částečně přemění na viditelné světlo. Barva výsledného světla závisí na přesném složení plynů použitých v trubici a na jejím luminoforu.


Struktura CCFL trubice.


External Electrode Fluorescent Lamp (EEFL)

Druhou technologií, kterou mohou výrobci použít při podsvícení panelu, je EEFL. Ta se od technologie CCFL liší v umístění elektrod, které již nejsou uvnitř trubice, ale jsou umístěny na její vnější straně. Díky tomu nemusí dráty procházet skrze sklo a odpadají tak problémy způsobované možnými netěsnostmi (zamezení pozvolnému úniku plynů), celkově se zjednoduší výroba. Trubice EEFL navíc obsahuje ve srovnání s typem CCFL o něco menší množství rtuti, čímž je o něco šetrnější k přírodě.


Struktura EEFL trubice.

Princip výbojky je však stejný jako u CCFL. Mezi její hlavní výhody patří vysoká účinnost a jas, generuje se méně tepla, což má za následek menší opotřebení luminoforu a elektrod, toto všechno prodlužuje životnost EEFL trubic. Tato technologie se používá především pro LCD panely větších formátů (32" a větší).


Trubice typu EEFL se používají především u obrazovek s většími úhlopříčkami.

Hot Cathode Fluorescent Lamp (HCFL)

HCFL technologie využívá vnitřních vláken, která se musí nejprve dostatečně zahřát. Plynná směs poté proudí mezi dvěma wolframovými elektrodami nebo vlákny. Toto podsvícení se většinou používá u velkých LCD panelů, kde potřebujeme dlouhé zářivky pro rovnoměrné osvětlení celého povrchu displeje.


Struktura HCFL trubice.


Flat Fluorescent Lamp (FFL)

FFL byla jednou z dalších technologií využívaných k podsvícení LCD panelů. Dostala se na trh počátkem roku 2000. Od roku 2006 však přestal být výraznější pokrok ve vývoji a do roku 2008 toto podsvícení téměř zmizelo z trhu. Zde ho uvádíme jen pro úplnost. Jednalo se o tenký, plochý, obdélníkový zdroj světla. Nabízel především dlouhou životnost (až 100 000 hodin), konstrukci zcela bez použití rtuti a lepší rovnoměrnost osvětlení v porovnání s CCFL technologií.

Navzdory těmto dobrým vlastnostem se však tato technologie nedokázala pořádně prosadit. Bylo to tím, že měla i své velké nedostatky. Tím hlavním byla až dvojnásobná spotřeba energie oproti CCFL podsvícení, což je pro mnohé zákazníky dodnes zásadním kritériem při výběru konkrétního televizoru.


Např. televizor Sony Bravia KDL46WE5 využívá HCFL podsvícení, zatímco Panasonic-TC-L42U25 obsahuje trubice EEFL.


 

Nástup LED podsvícení
Dalším velkým milníkem v oblasti podsvícení bylo až použití technologie LED (Light Emitting Diode/diody emitující světlo). Jedná se o elektronickou polovodičovou součástku, obsahující P-N přechod. Jakmile přechodem protéká proud, začne LED vyzařovat světlo. LED jsou v současné době používány jako alternativa za CCFL podsvícení v LCD panelech.

Samotné LCD televizory s LED podsvícením mají velké zastoupení především v high-endové části trhu, jelikož se jedná o poměrně novou technologii a cena je tím pádem vyšší. LED mají tři hlavní výhody oproti CCFL:
  • jsou energeticky úspornější,
  • umožňují výrobu tenkých panelů,
  • přináší širší barevný gamut.
Další případné výhody závisí na samotné konstrukci LCD panelu.


V roce 2005 přišla společnost Sony s LCD TV Qualia KDX-46Q005, kde bylo poprvé použito LED podsvícení.

Ještě než se podíváme, na jaké druhy LED podsvícení můžeme u LCD televizorů narazit. Měli bychom zde vysvětlit jeden v současné době hojně používaný název (především mezi výrobci LCD televizorů, jako první jej použila společnost Samsung) a tím je LED TV. Samozřejmě se jedná o LCD TV, která akorát využívá LED místo CCFL podsvícení. Aby nedocházelo k nějakému nedorozumění (především mezi běžnými uživateli), měl by se spíše používat název LED-LCD TV, ovšem to už není tak „poutavé“ ze strany výrobců.


Jedním z prvních výrobců, který se zaměřil na využití LED podsvícení LCD panelů k masivní propagaci svých televizorů, byl Samsung. Ten dal také vzniknout zavádějícímu pojmu „LED TV“.

Další diskutovanou věcí je již zmíněná ekologická zátěž/dopady vznikající při výrobě a po skončení životnosti LED podsvícení. LED na rozdíl od CCFL trubic neobsahuje rtuť, což je bráno jako další výhoda. Ale zapomíná se na to, že LED používají arzén a gallium při vytváření polovodičového přechodu (častým výchozím materiálem pro samotný čip diody je arsenit galitý, GaAs) a je tedy otázka, co jako odpad škodí více. Nyní se již můžeme podívat na dvě základní varianty vyskytující se v oblasti LED-LCD TV: „full-array“ LED podsvícení (tato varianta podsvícení se nazývá různě, např. Direct LED, nebo Full LED) a Edge LED.


Zjednodušený pohled na EdgeLED a Direct LED podsvícení.


Direct LED

Technologie s LED umístěnými po celé ploše přímo za LCD panelem, podobně jako tomu bylo u CCFL trubic. Nad tímto LED polem se nachází rozptylovací vrstva, zajišťující rovnoměrnou intenzitu podsvícení celé obrazovky. Takovéto uspořádání jednotlivých vrstev nabízí další potenciál pro vylepšování kvality obrazu. Toho se dá docílit technikou tzv. „local dimming“ (lokální stmívání), umožňujícího ztlumit jednotlivé LED nebo malé skupiny LED. Díky tomu černá a tmavě šedá barva je ještě tmavší a více realistická, zatímco světlejší části obrazu zůstávají stejné, obraz je tedy kontrastnější a také ostřejší.


Triluminos Direct LED podsvícení od Sony využívá namísto bílých LED soustavu RGB LED rozmístěných střídavě, jak ukazuje obrázek.

Tento efekt tedy přináší velký nárůst kontrastu, který byl dlouhou dobu obecně slabou stránkou LCD televizorů a dokonce novější Direct LED-LCD TV mohou překonat svými hodnotami kontrast plazmových televizorů. Stinnou stránkou lokálního stmívání je vznik tzv. „blooming efektu“, kdy světlejší části mohou prosvítat do tmavších a osvětlují sousední tmavé oblasti.

Můžeme si to představit, jako když bílá raketa letí přes černé pozadí. Rozsah tohoto efektu přímo souvisí s tím, kolik oblastí za panelem využívá lokálního stmívání a jakou mají velikost, popřípadě tvar (obvykle jsou stmívány celé bloky LED, nikoliv jednotlivé prvky). Většina výrobců tento údaj ovšem neuvádí.


Takto vypadá konktérní provedení Triluminos Direct LED podsvícení.

Většina výrobců používá k podsvětlování bílé LED (i ty jsou ve skutečnosti složené ze tří RGB prvků dávajících dohromady světlo bílého odstínu, avšak rovnou na jednom čipu diody), Sony však pro některé svoje LCD televizory využívá samostatné barevné LED. Ty jsou rozděleny do skupin po čtyřech a v každé skupině se nachází dvě zelené, jedna červená a jedna modrá (při kombinaci jednotlivých barev vzniká bílá). Sony má tuto technologii chráněnu pod názvem Triluminos. Výhodou může být širší barevný gamut, na druhé straně je zde však vyšší cena, navíc ostatní výrobci jsou již schopni vyrovnat barevný gamut i při použití bílých LED.


Edge LED

Edge LED-LCD TV jsou jednodušší a méně náročné na výrobu v porovnání s Direct LED modely. Bílé LED jsou umístěny na okrajích celého LCD panelu a světlo z nich je směřováno do středu, následně je odráženo na obrazovku směrem k pozorovateli pomocí tzv. světlovodivé desky (light guide plate). Jedná se o velkou tenkou vrstvu pokrytou vypouklými hrbolky, tvořenými z reflexního materiálu, který je schopný odrazit přicházející světlo směrem na obrazovku. Směrem ke středu obrazovky se hrbolky zvětšují a mají větší odrazovou schopnost, jelikož do středu se dostává slabší světlo.


Ukázka principu Edge LED podsvícení s využitím světlovodivé desky (light guide plate).

I u Edge LED podsvícení může být použito lokálního tlumení pro lepší hloubku černé barvy, avšak tlumeny mohou být pouze skupiny LED, nikoliv každá dioda jednotlivě. U Edge LED se může vyskytnout horší rovnoměrnost podsvícení, pokud například použijeme pouze černé pozadí, okraje obrazu budou o něco světlejší. Horší mohou být také pozorovací úhly v důsledku poklesu jasu při pohledu ze strany. Ani Direct LED nebo Edge LED však nedosahují stejných pozorovacích úhlů jako plazmové televizory. V současné době je Edge LED podsvícení rozšířenější než Direct LED (zejména u levnějších modelů TV). Výrobci ho často používají také proto, že s ním lze dosáhnout celkově tenčího designu zobrazovacího panelu.


Názorné vysvětlení rozdílu v možnostech lokálního stmívání podsvícení u technologií Edge LED, Dynamic Edge LED a Inteligent Dynamic LED (tyto názvy používá u svých produktů firma Sony).


 
Shrnutí a pohled do budoucnosti

Výhody a nevýhody různých druhů podsvícení

Na závěr si udělejme menší porovnání a shrnutí výhod/nevýhod u jednotlivých typů podsvícení.



Názorná ilustrace rozdílu v kontrastu u jednotlivých druhů podsvícení.

 

LCD TV využívající LED podsvícení převyšují modely s osvětlovacími trubicemi (CCFL) především v následujících parametrech:

  • Přináší vyšší barevný gamut a přesnější barvy. Například při použití Direct LED podsvícení můžeme dosáhnout hodnoty barevného gamutu až 114 %, zatímco u CCFL podsvícení se hodnota pohybuje v rozmezí od 72 až po 102 %.
  • Díky technologii „local dimming“ poskytují kvalitnější černou barvu (a tmavší odstíny obecně).
  • Jsou mnohem „tenčí“. Tato výhoda platí především pro Edge LED LCD TV. Když před dvěma roky Sony uvedla na trh první TV s Edge LED podsvícením, 40" Sony ZX-1, její „tloušťka“ byla 9,9 mm. Samsung nedávno představil ještě lepší výsledek u 55" modelu Samsung C9000 s „tloušťkou“ neuvěřitelných 7,98 mm. Nejtenčí LCD TV s Direct LED podsvícením se mohou pohybovat okolo hodnoty 38 mm.


Ultra tenký televizor Samsung C9000 je jasným důkazem toho, kam až je možné díky Edge LED podsvícení zajít.

 

  • Mají menší spotřebu energie, obecně to platí pro Edge LED podsvícení, jelikož využívá menší počet LED než Direct LED podsvícení (samozřejmě při stejné kvalitě a nastavení obrazu). Hlavní roli zde hraje velikost obrazovky a jas.
  • Jak již bylo zmíněno, vice šetří životní prostředí (neobsahují rtuť) a mají delší životnost. CCFL nevydrží tak dlouho a časem se snižuje jejich zářivost, ke konci životnosti trubic to může být pokles až o polovinu. Naopak LED září stejně, dokud nepřestanou pracovat. Pro LED se uvádí hodnoty okolo 100 000 hodin.
  • Mnohem vyšší hodnotu kontrastu a rovnoměrnější podsvícení.
  • Za všechna tato vylepšení se ale musí platit, a důsledkem je vyšší cena. Napomáhá tomu i fakt, že LED technologie je stále poměrně „nová“. Výrobci tedy musí zaplatit její vývoj a nové technologie se tradičně prodávají poněkud dráže.



Jak tomu bude dál

A jsme na konci našeho přehledu, kde jsme si postupně prošli technologie podsvícení LCD TV. Do budoucna se dá očekávat další pokrok především u LED podsvícení. U prodejnosti se předpokládá, že do roku 2014 by se měly LCD televizory s LED podsvícením dostat před TV s CFFL podsvícením (co se počtu prodaných kusů týče). Dnes tomu brání především vyšší cena, která by se měla časem snižovat, jako u všech kdysi „nových“ technologií.



Budoucnost by měla patřit OLED technologii, která začíná konkurovat technologii LCD. Ještě před tím však OLED proniknou zřejmě i do oblasti podsvícení LCD (jak avizovalo např. LG).

 

Nezůstaneme však pouze u LED. Na scéně se objevuje další konkurent a tím je OLED (Organic Light-Emitting Diode) technologie. Doteď byla používána nikoliv k podsvícení, ale jako samostatná zobrazovací technologie, která možná časem úplně nahradí technologii LCD. Ovšem není to tak dávno, co se začaly objevovat informace o tom, že někteří velcí světoví výrobci televizorů budou OLED používat i k podsvícení (viz info

např. tady

).

 

Dnes se OLED zobrazovačů používá téměř výhradně pouze u malých obrazovek (mobily a multimediální přehrávače, kamery), ale Sony už tuto technologii použila u 11palcového televizoru Sony XEL-1 (redakční test TV Freaku

najdete zde

). Ani Samsung nezůstává pozadu a má prototypy televizorů se 40" a 17" úhlopříčkou. OLED technologie přináší další zlepšení obrazu (kontrast, barevné podání, pozorovací úhly), je více „zelená“, ale zatím drahá, jelikož se ještě nevyrábí v mnohamilionových sériích.

 

Chcete-li se o technologii blízké budoucnosti (nejen) televizorů – OLED, dozvědět víc,

čtěte zde

.



LED podsvícení se dnes zcela běžně používá u mobilních i jiných zařízení, ovšem tam se neodehrává taková marketingová masáž, jako u televizorů.

 

Na úplný závěr je ještě potřeba zmínit jednu důležitou věc – samotný způsob podsvícení vašeho LCD televizoru rozhodně není hlavním určujícím parametrem pro kvalitu obrazu. Ta se odvíjí především od kvality (a typu) použitého LCD panelu. Tomu, kdo se v LCD panelech alespoň trochu vyzná, je asi známo, že nejméně kvalitní (a nejlevnější) jsou tzv. TN panely. Lepší obraz pak poskytují PVA či IPS panely, které už jsou ovšem o dost dražší.

 

Zejména u LED podsvícení se v poslední době ve spojitosti se zavádějícím označením „LED TV“ snaží výrobci mnohdy prodávat právě méně kvalitní a levné TN panely, které jsou doplněné Edge LED podsvícením, a v infoletácích vychvalují přednosti LED technologie, které platí spíše pro variantu s Direct LED. Tím samozřejmě není řečeno, že by se způsob podsvícení na kvalitě obrazu nepodílel. Ovšem určitě najdete na trhu kvalitní televizory s CCFL podsvícením, které budou mít ve výsledku lepší obraz (barevné podání, detailnost, pozorovací úhly), než mnohé televizory s (Edge) LED podsvícením. Ovšem bude to způsobeno především rozdílem v použitých LCD panelech.