Měření parametrů plazmových a LCD zobrazovacích jednotek Katedra radioelektroniky, FEL, ČVUT v Praze 1 Technologie obrazovek 1.1 Plazmová obrazovka Plazmové obrazovky sestávají z mnoha samostatných světelných zářičů. Výsledná barva každého pixelu je dána jasem každého ze tří subpixelů. Subpixel je elementární zářič, jehož barva je dána spektrální hustotou světla emitovaného jeho luminoforem. Zdrojem světla jsou tedy samotné subpixely, ve kterých se ultrafialové záření generované ionizací plynu přeměňuje na luminoforu ve viditelné světlo. Obrázek 1.1: Diagram znázorňující strukturu plazmové obrazovky [1] 1.2 LCD Displeje z tekutých krystalů (liquid crystal display) využívají narozdíl od plazmové obrazovky centrální zdroj světla, které potom jednotlivé subpixely jen filtrují. Regulace množství světla probíhá změnou úhlu jeho polarizace mezi dvěma kolmo orientovanými polarizačními filtry. Tuto změnu provádějí struktury tekutých krystalů a je řízena elektrostatickým polem. 1
Obrázek 1.2: Vrstvy LCD s technologií twisted nematic (TN) [1] Obrázek 1.3: Princip funkce TN [1] 2
2 Parametry obrazovek 2.1 Jas obrazovky V případě plazmové technologie je světlo generováno samotnými subpixely a tak i ztrátové teplo vznikající při jeho tvorbě je rozprostřeno na celou plochu obrazovky. Díky tomu lze snadněji dosáhnout vyššího jasu. LCD má naopak výhodu relativně stálejšího vizuálního vjemu díky velmi vysoké frekvenci blikání centrálního zdroje světla. Tento rozdíl se ale u moderních obrazovek stírá díky zvyšování frekvence blikání plazmových obrazovek. Jas měříme v kandelách na metr čtvereční ( cd m 2 ). 2.2 Rovnoměrnost jasu na ploše Velkou slabinou LCD obrazovek je právě nerovnoměrnost podsvícení. Tradičně se pro podsvícení používají zářivkové trubice podél spodní a horní hrany a jejich světlo je rozvedeno světlovodnou vrstvou po celé ploše obrazu. Přes veškeré snahy o rovnoměrnost tohoto šíření mívají LCD obrazovky výrazně světlejší spodní a vrchní část obrazu u krajů. Plazmové obrazovky s rovnoměrností jasu problém nemají, protože každý subpixel funguje jako samostatný zdroj světla a díky přesnosti dnešních výrobních technologií lze zajistit jejich téměř neměnné vlastnosti napříč celou obrazovkou. 2.3 Kontrast Kontrastní poměr obrazovky v jeden okamžik se nazývá statický kontrast a je vlastností, která dobře popisuje kvalitu obrazovky. Většina zobrazovacích technolgií nedokáže vyprodukovat zároveň dokonale černou a zářivě bílou plochu v obraze. Problém je v černých oblastech, které nezanedbatelně svítí. V případě LCD obrazovek jde o nedokonalé uzavření průchodu světla a u plazmových zase o potřebu mít jednotlivé (sub)pixely připravené na okamžité rozsvíení a tedy pod napětím. Statický kontrast je potom poměr mezi jasem nejsvětlejšího a nejtmavšího možného bodu v obraze které lze zobrazit současně. Udává se obvykle ve tvaru počet dílů v bílé : počet dílů v černé a je normován na jednotkovou hodnotu černé, tedy např. 5000 : 1. Dynamický kontrast je na druhou stranu více než technickou vlastností spíše marketingovým nástrojem pro podporu prodeje LCD obrazovek. Díky tomu, že většina výrobců se nejvíc chlubí dynamickým jasem svých obrazovek mohou uvádět mnohem vyšší kontrastní poměry, než technologie zvládne. Pokud totiž sledujeme na obrazovce tmavou scénu, tak lze docílit tmavější černé tím, že se sníží výkon podsvětlovací lampy a aby jas objektů na obraze zůstal stejný, zesvětlí se hodnoty pixelů ve stejném poměru jako se ztmavilo podsvětlení. Tak zůstane jas obrazu stejný jako před tím, ale černá bude tmavší a tak dojde k efektivnímu zvýšení kontrastu. Nevýhoda tohoto řešení je snížená kvalita obrazu případných malých oblastí se výrazně světlým obsahem a také nutná posterizace, tedy zvýšení viditelnosti kvantizačního šumu. Dynamický kontrast je tedy poměr jasu nejjasněšího a nejtmavšího bodu, které dokáže obrazovka zobrazit během provozu a ne jen současně najednou. Udává se stejným způsobem jako statický kontrast a dosahuje obvykle zhruba jeho pětinásobku. 2.4 Trichromatické souřadnice základních barev Souřadnice X, Y a Z barev subpixelů obrazovky jsou základním stavebním kamenem při tvorbě celkové barvy obrazu. Tyto základní barvy jsou dány spektrální hustotou světla zářícího z jednotlivých druhů subpixelů. Tyto body tvoří vrchody trojúhelníku vymezujícího všechny možné barvy, které obrazovka dokáže zobrazit. Plocha trojúhelníku tedy odpovídá množství reprodukovatelných barev neboli gamutu. 2.5 Spotřeba elektrické energie Jednou z otázek, na kterou obecně nelze jednoznačně odpovědět je zda mají vyšší spotřebu LCD nebo plazmové obrazovky. Odpověď je totiž taková, že záleží na tom, co na obrazovce zobrazujeme. U LCD obrazovek je spotřeba vždy stejná, pokud nepočítáme vliv dynamického kontrastu. Ta je daná příkonem podsvětlovací zářivky a spotřebou řídící elektroniky. V případě plazmové technologie je spotřeba závislá na jasu scény, která se zobrazuje. Jelikož světlo produkují samotné pixely, mají potom v případě zobrazování tmavého bodu jen nepatrnou spotřebu. U tmavých scén tedy spotřeba plazmové obrazovky klesá pod úroveň LCD a naopak u světlých scén je zase vyšší. 3
Obrázek 2.1: Diagram MKO s vyznačenými vlnovými délkami spektrálních barev [1] 3 Úkoly měření 1. Změřte minimální a maximální jas obrazovek. 2. Změřte rovnoměrnost jasu obrazovek. 3. Určete statický a dynamický kontrast obrazovek. 4. Změřte trichromatické souřadnice základních barev 5. Změřte spotřebu obrazovky při zobrazování různých typů scén 4 Postup měření Abyste mohli všecha měření provádět rychle po sobě, připojte obě testované obrazovky k počítači přes HDMI rozbočovač signálu. 4.1 Měření minimálního a maximálního jasu Měřte jas bílé plochy při nastavení minimálního a maximálního jasu v menu obrazovky. 4.2 Měření rovnoměrnosti jasu Zobrazte na obrazovce jednolitou plochu a visuálně vytipuje oblasti, kde se nachází maximální a minimální jas a ten změřte. Pokud není možné určit zmíněné regiony visuálně, proměřte v pravidelných intervalech jas po celé ploše obrazovky. 4
4.3 Měření statického a dynamického kontrastu Statický kontrast měřte mezi bílou a černou plochou zobrazenou najednou poblíž středu obrazovky. Dynamický kontrast nejdříve zapněte v menu obrazovky a poté měřte mezi bílou a černou, které vyplňují v danou chvíli celou obrazovku. Mezi měřeními nechte dostatečný čas na ustálení jasu obrazu. Měření jasů Měření jasu v úkolech 1-3 proveďte jedním z následujících způsobů: Sondou X-Rite Eye-One. V obslužném programu k sondě i1 Match spusťte kalibraci v pokročilém režimu a se sondou umístěnou na obrazovce se spuštěným programem postupujte v kalibraci až do bodu, kdy dochází k nastavení jasu. Program v tuto chvíli lze se sondou použít jako jasoměr a lze jím přímo změřit jas měřené obrazovky. Luxmetrem Luxmetr jakožto přístroj pro měření osvětlení lze za určitých podmínek použít jako jasoměr také. Pro porovnatelnost naměřených hodnot je však potřeba zaručit, že plocha, jejíž jas je měřen osvětluje čidlo luxmetru pod konstatním prostorovým úhlem. Pro lokální měření je tedy potřeba použít stínítko nejlépe s kruhovým otvorem a čidlo luxmetru udržovat v konstantní vzdálenosti od něj. Z prostorového úhlu svírajícího čidlo luxmetru s okrajem kruhového otvoru ve stínítku lze poté vypočítat koeficient přepočtu mezi naměřenými hodnotami v lx a jasem povrchu obrazovky v cd m 2. 4.4 Měření trichromatických souřadnic základních barev Pro měření trichromatických souřadnic použijte spektrální analyzátor Avantes AvaSpec. Tento počítačem řízený přístroj měří spektrum světla přijatého pomocí optického vlákna. Po kalibraci přesným a stálým zdrojem bílého světla umožnuje měřit množství barevných charakteristik včetně přímého výstupu XYZ souřadnic. Změřte tyto souřadnice pro modoru, zelenou a červenou plochu na obrazovce. Zaneste změřené souřadnice pro obě obrazovky do MKO diagramu a posuďte, která má vyšší gamut. 4.5 Měření spotřeby obrazovek Meřte wattmetrem aktuální příkon obou obrazovek při zobrazení bílé a černé plochy a libovolné obvyklé fotografie. Dynamický kontrast vypněte a nastavte maximální jas obrazovek. Zdroj obrázků [1] Wikipedia.org 5