Najlepsza technologia do wyświetlania filmów, czyli kilka słów o rewolucji OLED

Opublikowano: 2 kwietnia, 2020

Szykując się do zakupu telewizora, komputera czy smartfona, trudno nie natknąć się na nową opcję na rynku elektroniki użytkowej: technologię OLED. Czym różnią się wyświetlacze OLED od tradycyjnych wyświetlaczy LCD? Jakie są ich wady i zalety? Weźmy tę technologię pod lupę.

Poniższy tekst został przygotowany na podstawie angielskiego tłumaczenia japońskiego artykułu opublikowanego 28 listopada 2019 roku na portalu ITmedia PC USER. Copyright 2019 ITmedia Inc. Wszystkie prawa zastrzeżone.

Przez wiele lat na rynku telewizorów, komputerów i smartfonów dominowały panele LCD. Ostatnio jednak coraz częściej zastępuje się je wyświetlaczami OLED.

Urządzenia z wyświetlaczami OLED nie są zupełną nowością – można je było kupić już kilka lat temu, choć na początku były to wyłącznie wielkoformatowe telewizory i smartfony z wyższej półki. Obecnie na rynku takich produktów jest coraz więcej, a wśród nich znajdują się m.in. laptopy i monitory takie jak FORIS NOVA od EIZO, stworzony z myślą o domowej rozrywce.

.
Rynek elektroniki użytkowej zalała fala urządzeń z panelami OLED, od wielkoformatowych telewizorów po laptopy i smartfony.

Jedną z największych zalet paneli OLED jest ich zdolność do wyświetlania głębokiej, intensywnej czerni, nawet w scenach cechujących się wysokim kontrastem między jasnymi i ciemnymi obszarami obrazu. Technologia OLED zapewnia również krótki czas reakcji i szerokie kąty widzenia, a wyprodukowane z jej wykorzystaniem panele są cieńsze i lżejsze niż tradycyjne panele LCD. Wyświetlacze OLED nie są jednocześnie wolne od wad – w zależności od sposobu ich użytkowania na panelu może występować efekt podobny do wypalenia.

W dalszej części artykułu wyjaśniamy, jak działają wyświetlacze OLED i jakie mają zalety, jak również omawiamy technologie pozwalające zapobiegać potencjalnym problemom i wydłużyć żywotność panelu. Najpierw jednak przyjrzyjmy się historii wyświetlaczy – trochę teoretycznej wiedzy może się przydać podczas zakupów.

Historia wyświetlaczy: od ekranów kineskopowych po LCD i OLED

Pierwsze telewizory i monitory korzystały z technologii kineskopowej, czyli CRT (ang. cathode-ray tubes). Polegała ona na wysyłaniu trzech wiązek elektronów w kierunku czerwonych, zielonych i niebieskich luminoforów wewnątrz ekranu, co podświetlało je, tworząc pożądane piksele. Pole magnetyczne sterowało wiązkami elektronów tak, by szybko omiatały ekran i podświetlały piksele rząd po rzędzie.

Technologa CRT miała sporo wad, od ilości miejsca, jaką zajmował kineskop, po niejednorodne wyświetlanie obrazu. Zanim pierwsza dekada XXI wieku dobiegła końca, telewizory i monitory kineskopowe praktycznie zniknęły ze sklepowych półek, wypchnięte przez nową technologię: LCD.

LCD, czyli wyświetlacze ciekłokrystaliczne (ang. liquid crystal display) były znacznie cieńsze od wyświetlaczy kineskopowych, a przy tym łatwiej było je produkować w dużych rozmiarach. Producenci szybko przestawili się z ciężkich, niezgrabnych urządzeń kineskopowych, których przekątna nie przekraczała zazwyczaj 30 cali, na cienkie, płaskie wyświetlacze LCD o przekątnych 50 czy 60 cali.

Technologia LCD górowała nad technologią CRT również ze względu na wysoką jakość i ostrość obrazu. Standardowe telewizory i monitory kineskopowe wyświetlały obraz w rozdzielczości od 640 x 480 do 1600 x 1200, podczas gdy rozdzielczości oferowane w panelach LCD wciąż rosną, sięgając obecnie nawet 4K i 8K.

Panele LCD były niewątpliwie ważną innowacją na rynku elektroniki użytkowej i do dziś pozostają standardem wśród wyświetlaczy używanych w telewizorach i monitorach. LCD to dojrzała, niezawodna technologia powszechnie stosowana w produkcji filmów, tworzeniu animacji i gier wideo, diagnostyce i innych dziedzinach wymagających wysokiej jakości obrazu. Z pewnością będzie wykorzystywana jeszcze przez długi czas.

 

Po lewej: monitor kineskopowy FlexScan T965. Po prawej: monitor LCD FlexScan EV2430-GY.
Tak cienkiego i płaskiego monitora nie dałoby się wyprodukować, stosując technologię kineskopową.

Jak działają panele LCD? Choć same nie emitują światła, używają podświetlenia, które w kontrolowany sposób przenika przez filtry (czerwony, zielony i niebieski), tworząc obraz w kolorze. Oznacza to, że do rozwoju paneli LCD w dużej mierze przyczynił się rozwój technologii podświetlenia, m.in. wprowadzenie jaśniejszego podświetlenia i podświetlenia LED.

Mimo że technologia LCD ma swoje słabości, z biegiem czasu opracowano rozwiązania umożliwiające ich kompensację. Receptą na wąskie kąty widzenia okazał się rozwój technologii IPS (ang. in-plane switching), polegającej na rozmieszczeniu cząsteczek ciekłokrystalicznych równolegle do warstwy szkła. Efekt powidoku można zredukować dzięki funkcji overdrive, na krótko zwiększającej napięcie dochodzące do pikseli, lub podwojeniu częstotliwości odświeżania. Współczynnik kontrastu udało się natomiast poprawić za pomocą funkcji local dimming, która dzieli podświetlenie LED na różne obszary i niezależnie kontroluje ich poziom jasności.

LCD to wypróbowana, solidna technologia, która świetnie nadaje się do wyświetlania nieruchomych obrazów, ale jednocześnie może być dalej rozwijana. Jak wspomnieliśmy wcześniej, ma jednak na rynku nowego konkurenta: technologię OLED. Panele OLED dużo lepiej radzą sobie z wyświetlaniem filmów – ich szerokie kąty widzenia i wysoki współczynnik kontrastu są poza zasięgiem technologii LCD. Oprócz tego panele OLED wyświetlają znacznie głębszą, intensywniejszą czerń, a także mają krótszy czas reakcji. Patrząc na te parametry, można mieć wobec nich wysokie oczekiwania.

Czym jest OLED i jak odtwarza głęboką czerń?

OLED (ang. organic light-emitting diode) to organiczna dioda elektroluminescencyjna. Jak wskazuje nazwa, są to diody elektroluminescencyjne (LED) wytwarzane ze związków węgla, czyli związków organicznych. Subpiksele w monitorze OLED emitują czerwone, zielone i niebieskie światło w reakcji na przepływ prądu elektrycznego. Obraz wyświetla się poprzez kontrolę światła dla każdego subpiksela z osobna.

Powiększony fragment wyświetlacza OLED
(wzór subpikseli zależy od modelu urządzenia)

Największą różnicą między technologiami OLED i LCD jest to, że panele OLED samodzielnie emitują światło, nie korzystając – jak ma to miejsce w panelach LCD – z podświetlenia. Diody OLED tworzące subpiksele zapalają się w trzech kolorach, dzięki czemu nie potrzeba ani podświetlenia, ani filtrów koloru. Takie rozwiązanie ma dwie zalety: po pierwsze sprawia, że panele mogą być fizycznie cieńsze. Po drugie oznacza, że aby wyświetlić głęboką czerń, wystarczy wyłączyć odpowiednie diody OLED.

W przypadku monitorów LCD podświetlenie i filtry kolorów są niezbędnymi elementami konstrukcji koniecznymi do wyświetlania obrazu, dlatego nie można zbytnio „odchudzić” panelu. Ponadto monitor LCD nie jest w stanie całkowicie zablokować światła pochodzącego z podświetlenia, co uniemożliwia reprodukcję prawdziwej, głębokiej czerni. Przebijające światło powoduje, że ciemne sceny nigdy nie będą wyglądały tak dobrze, jak na panelu OLED.

Reprodukcja czerni na monitorach OLED i LCD. Na górze: monitory OLED w pełni kontrolują światło emitowane
przez każdy piksel, co umożliwia wyświetlanie prawdziwej czerni. Na dole: monitory LCD nie są w stanie
całkowicie zablokować światła pochodzącego z podświetlenia, w związku z czym wyświetlania przez nie
czerń jest sprana.

Co prawda istnieją technologie poprawiające kontrast w tradycyjnych monitorach LCD (m.in. funkcja local dimming, dzieląca podświetlenie na obszary i osobno kontrolująca ich jasność), ale nie mogą się równać z panelami OLED i ich zdolnością do całkowitego wyłączenia światła emitowanego przez poszczególne piksele. W praktyce oznacza to, że wyświetlacze OLED takie jak EIZO FORIS NOVA mogą osiągnąć współczynnik kontrastu 1 000 000:1, podczas gdy monitory LCD IPS mają zazwyczaj kontrast na poziomie 1000:1 – aż tysiąckrotnie niższy.

Bezpośrednia kontrola światła emitowanego przez panel OLED ma jeszcze jedną zaletę: krótszy czas reakcji. Panele LCD sterują ilością docierającego do nich światła, zmieniając napięcie i dopasowując w ten sposób kąt cząsteczek ciekłokrystalicznych – w panelach OLED nie jest to potrzebne. Faktyczny czas reakcji monitora OLED zależy od produktu; w FORIS NOVA jest to zaledwie 0,04 ms. Tymczasem w zwykłych monitorach LCD czas reakcji mieści się zazwyczaj w przedziale od kilku do kilkunastu milisekund. Nawet w monitorach gamingowych, w których czas reakcji ma pierwszeństwo nad jakością obrazu, wynosi on z reguły od 0,3 do 0,6 ms. Różnica robi wrażenie.

Wyświetlacze OLED można podzielić na dwie kategorie. Pierwsza to wyświetlacze z osobnymi subpikselami RGB, natomiast druga to wyświetlacze z warstwą OLED emitującą białe światło, które przechodzi następnie przez filtry koloru, by wyświetlać czerwień, zieleń i niebieski. Wyświetlacze OLED z filtrami koloru są tańsze i łatwiej jest produkować je w większych rozmiarach, ale mają jednocześnie uboższą przestrzeń barw i gorszą reprodukcję kolorów niż wyświetlacze OLED z subpikselami RGB. Warto mieć to na uwadze przy wyborze monitora OLED.

Czy OLED zawsze jest dobrym wyborem? Czy ma jakieś wady?

Przez pewien czas znaną słabością paneli OLED była ich stosunkowo krótka żywotność, choć ostatnio udało się ją wydłużyć na tyle, by wyświetlacze OLED stały się praktyczne w codziennym użytkowaniu. Jakość pojedynczych pikseli OLED pogarsza się z czasem, gdy są one intensywnie eksploatowane (tzn. gdy jasno się świecą). Oznacza to, że długie wyświetlanie nieruchomych obrazów spowoduje nierównomierne pogorszenie jakości między jaśniejszymi i ciemniejszymi pikselami. W zależności od sposobu użytkowania panelu nierówna degradacja pikseli może wywołać efekt podobny do wypalenia. Niestety w przeciwieństwie do wypalenia na panelach LCD, to na panelach OLED jest nieodwracalne.

Możliwe efekty pogorszenia jakości pikseli obserwowane po długim wyświetlaniu nieruchomego obrazu.

Istnieją dwie podstawowe metody przeciwdziałania temu zjawisku. Pierwsza to ograniczenie jasności: gdy na całym ekranie wyświetla się jasny obraz, panel może automatycznie zmniejszyć poziom jasności, aby zredukować obciążenie pikseli OLED. Drugim sposobem jest przesunięcie pikseli, polegające na przeniesieniu całego obrazu tak, aby piksele nie świeciły się tak samo przez dłuższy czas.

Oprócz środków zapobiegawczych stosowanych w samych wyświetlaczach są także proste czynności wykonywane przez użytkowników, które pomagają wydłużyć żywotność panelu. Zaleca się zwłaszcza wyłączanie telewizora lub monitora, gdy nie jest używany, oraz stosowanie wygaszacza ekranu. Wygaszacze ekranu stworzono po to, by nie dopuścić do wypalenia w urządzeniach kineskopowych, ale do dziś są one standardem w komputerach, konsolach gier wideo (np. PlayStation 4) i odtwarzaczach takich jak Apple TV czy Amazon Fire TV.

Wysoka jakość odtwarzania filmów na wyświetlaczach OLED

Jak już wspomnieliśmy, podstawową zaletą wyświetlaczy OLED jest zdolność reprodukcji prawdziwej czerni, wynikająca z faktu, że każdy piksel zapala się pojedynczo. Dzięki temu telewizory i monitory OLED wspaniale nadają się do odtwarzania subtelnych przejść tonalnych na obrazach z dużym kontrastem między jasnymi i ciemnymi kolorami. Oferują również szerokie kąty widzenia, szeroką przestrzeń barw oraz wyjątkowo krótki czas reakcji. Do tej pory nie powstała żadna inna technologia zapewniająca lepszą jakość wyświetlania filmów.

Przedstawienie różnicy między scenami HDR (z szeroką rozpiętością tonalną)
i SDR (ze standardową rozpiętością tonalną). Wyświetlacze HDR potrafią wiernie
odtwarzać przejścia tonalne zarówno na jasnych, jak i na ciemnych obszarach
ekranu bez utraty szczegółów, co pozwala uzyskać bardziej realistyczny obraz.

Materiały w standardzie HDR robią się coraz łatwiej dostępne – filmy na płytach 4K Ultra HD Blu-ray, gry wideo 4K HDR, seriale i filmy na Netfliksie. Wyświetlacz OLED to najlepszy sposób, by wydobyć ich pełny potencjał i poznać wrażenie głębi i realizmu, którego nie da się doświadczyć na panelach LCD i CRT.

FORIS NOVA od EIZO: wyświetlacz OLED o przekątnej 21,6″ 4K (3840 x 2160)
ze współczynnikiem kontrastu 1 000 000:1, czasem reakcji 0,04 ms
i odwzorowaniem 80% przestrzeni barwnej BT.2020.