Ah, taj IPS

Razvoj ekrana je u početku tekao sporo a prvi modeli su bili neprijatno skupi – čak su i laptop računari mnogo koštali, uglavnom zbog ekrana. Tanke ekrane su mučile pokretne slike: teško je bilo postići prikaz bez „duhova“, vernost i broj prikazanih boja. Danas na mobilnom telefonu imamo rezoluciju kakvu smo nekada sanjali na laptopu, a i druge karakteristike bitno su unapređene. No, tehnologija još nije dostigla krajnje granice – LG donosi novi proboj sa svojim IPS panelima.

Ako preskočimo razne elektromehaničke ekrane (kao što su oni na aerodromima) i neke prve elektronske displeje (nixi cevi), dolazimo do LED displeja koji su trošili mnogo energije, čega se sećaju stariji korisnici kalkulatora i prvih kvarcnih časovnika. Onda je došla revolucija s tehnologijom LCD ekrana, koja se i danas koristi na modernim uređajima, doduše uz znatne promene. Da bismo shvatili napredak koji je stigao sa IPS panelima, moramo da vidimo kako to u stvari radi.

Polarizacija i ekran

Prvo je potrebno da razumemo polarizaciju svetla. Svetlost je elektromagnetni talas, pri čemu su svetlosni talasi normalni na pravac prostiranja (transverzalni). Primer su talasi na vodi koji idu ka obali – prostiru se horizontalno, ali im je promena vertikalna (uzdizanje i spuštanje vode). Ta vrsta talasa može da se polarizuje, što znači da osciluje samo u jednoj ravni koja sadrži pravu duž koje se prostire. Ako imamo talase koji osciluju u raznim ravnima i pred njih postavimo rešetku koja ima proreze manje od amplitude talasa, dalje će proći samo talasi koji su paralelni sa otvorom rešetke. Ti talasi onda osciluju samo u toj jednoj ravni i kažemo da su polarizovani (slika 1).

Na isti način može se polarizovati i svetlost. U prirodi ima mnogo polarizovanog svetla, naročito reflektovanog od neke površine, kao što su staklo ili voda. To odlično znaju fotografi i zbog toga svaki ozbiljan pejzažista ima u torbi polarizacioni filter. Polarizacione naočare „uklanjaju“ neke reflekse, nebo je plavlje, voda bistrija, ali može se desiti da propustite dugu. Takve naočare su dokaz da novi monitori imaju nešto s polarizacijom, jer ako gledate ekran kroz njih pod nekim uglom, ili ćete slabije videti sliku ili je čak uopšte nećete videti.

Razlog što ekran ne vidimo dobro pod određenim uglom leži u principu njihovog rada. Ako imamo svetlost koja je polarizovana u jednoj ravni i ako naiđe na polarizator (zamislite rešetku) koji stoji upravno na tu ravan, nijedan talas neće proći (slika 2). Ako je pod nekim uglom, smanjiće se intenzitet svetla. Da bi to radilo, koristi se osobina nekih tečnih kristala da menjaju ravan polarizacije kada se nađu u električnom polju. Otuda i ime LCD – Liquid Crystal Display.

U početku se koristio samo kristal koji ravan polarizacije „obrće“ za 90 stepeni kad nije pod naponom i ispravi je kada dobije napon. Da bi se uštedela energija u početku nije bilo pozadinskog osvetljenja, već je svetlo prolazilo kroz jedan polarizacioni filter, pa bi tako polarizovanu svetlost tečni kristal okretao za 90 stepeni i sprovodio do drugog filtera čija je ravan upravna na prvi filter, ali kako je kristal pomerio tu ravan za 90 stepeni, ona prođe kroz njega, odbije se od refleksne površine i istim putem vrati nazad. kada nisu pobuđeni, pikseli (ili celi segmenti) su beli, a kada je kristal pod naponom, onda postaju crni. Dakle, kada se pokvari piksel, on postaje beo. Druge tehnologije, kao što ćemo videti, u pasivnom stanju daju crne piksele, a u pobuđenom bele – tako je „mrtvi“ piksel taman, što se manje primećuje.

TN panel

Ovaj način rada (slika 3) zadržan je (uz izmene) do danas, i to je TN – Twisted Nematic displej. Samo je sada dodat tanak film s tranzistorima, tako da je svakom pikselu dodeljen tranzistor (ili dva tranzistora) čime je olakšana i poboljšana adresibilnost i povećan kontrast. Ovo je poznato kao Thin Film Transistor, skraćeno TFT, otuda ime TFT monitori, koji ne koriste samo TN tehnologiju već i druge.

Glavna prednost TN ekrana jeste niska cena, a doskora i brzina odziva. Druge tehnologije ili nisu bile razvijene ili su bile preskupe. Zbog toga su CRT monitori dugo služili tamo gde je bila važna reprodukcija boja, jer ona obično nije sjajna kod TN panela: prvo je ograničen broj boja koje može da prikaže, a čak je i osmobitna paleta ponekad problem. Pored toga, zavisnost intenziteta osvetljaja tačaka nije linearna, tako da mora da se koriguje signal, a najveći problem je ugao pod kojim se ekran gleda, jer zbog prirode skretanja ravni polarizacije dolazi do vidljivih promena kada se gleda iskosa.

Zbog toga su razvijene još neke tehnologije koje su prevazilazile ove probleme. Neki su krenuli s VA – Vertical Alignment panelima, i njihovim varijantama MVA i PVA. Tu se radi o drugačijem načinu promene ravni polarizacije, čime se postižu bolji uglovi vidljivosti (i dalje ne idealni, iako se prihvata da se radi o 178 stepeni, male razlike se primete). Tu je i bolja reprodukcija boja, tako da su panele prihvatili u grafičarskom svetu. Čak je i brzina odziva solidna, bolja nego kod nekadašnjih IPS panela, ali je stigla do granice, te ova tehnologija više ne napreduje.

IPS tehnologija

Danas je aktuelna IPS tehnologija – In Plane Switching. Kao što ime kaže, ovde se obrtanje ravni orijentacije kristala i ravni polarizacije odvija u ravni paralelnoj s panelom. Time je omogućen odličan ugao vidljivosti na prvom mestu, ali je u početku bilo raznih problema, naročito s brzinom odziva. Jedna karakteristika ove tehnologije jeste to da su obe elektrode za orijentaciju kristala na istoj strani, što traži više mesta i smanjuje kontrast. Sve su to bile početne boljke koje su vremenom prevaziđene. Drugim rečima, ova tehnologija pokazala se kao dobra osnova za dalji razvoj i nije brzo „udarila u plafon“, tako da su današnji najbolji ekrani proizvedeni u nekoj verziji IPS-a.

Prvi IPS paneli nisu bili zvezde kao današnji, ali pokazali su se kao dobra osnova za dalji razvoj. Nekoliko opštih dobrih osobina tu je od početka: najpre vidno polje, zbog čijeg povećanja i jeste razvijena ova tehnologija. Zatim sledi bolja reprodukcija boja, čime su ovi monitori odmah zainteresovali dizajnere, fotografe i sve ostale koji su tvrdoglavo koristili CRT modele. A tu je i još jedna osobina koja je danas dobila na značaju: pošto se polarizacija menja u ravni paralelnoj sa ekranom, pritiskanje ekrana neće dovesti do promene slike kao kod drugih tehnologija, što je čini mnogo pogodnijom za primenu u uređajima sa ekranima osetljivim na dodir.

Odziv je i dalje bio spor, pa deo populacije nije bio zadovoljan. Dodajmo tome i slabiji kontrast i eto problema. Sledile su varijante koje su označene sufiksima: S-IPS, H-IPS, E-IPS... Promenom položaja elektroda i boljim iskorišćenjem električnog polja koje one stvaraju, što je uradio LG u H-IPS i E-IPS panelima, dobili smo bolji kontrast i veće iskorišćenje svetla. Ovo vodi ka manjoj potrošnji energije za pozadinsko osvetljenje, što je naročito važno kod baterijski napajanih uređaja. Zatim je LG povećao dubinu prikaza boja na 10 bitova po boji kod P-IPS ekrana, pa je broj nijansi svake komponente skočio s 256 na 1024. Na kraju smo dobili AH-IPS panele koji objedinjuju sve prethodne osobine s još boljom reprodukcijom boja, manjom potrošnjom energije i načinom da se poveća gustina tačaka – PPI (Pixel Per Inch). Zato danas imamo odlične ekrane velike gustine tačaka, čime se povećava čitljivost. Ovom tehnologijom dugo su se hvalili korisnici Apple-ovih uređaja, mnogi i ne znajući da se iza tako odličnih Retina ekrana kriju LG paneli. Njih koriste i drugi proizvođači, te ako imate neki od ekrana velike rezolucije (4K) i pri tome odlične boje, velika je verovatnoća da ga je potpisao LG. I ja kucam ovaj tekst na Dell-ovom 4K monitoru, gledajući zapravo u LG-jev panel.

Nabrojane osobine odlične su i za prenosive uređaje, koje karakteriše baterijsko napajanje i ekran osetljiv na dodir. Ušteda energije uvek je dobrodošla jer produžava autonomiju i smanjuje gabarite. Otpornost ekrana na pritisak, tj. da pri pritisku ne menja boje i ne pravi „duhove“, važna je za udoban rad, a pošto se ti uređaji posmatraju s manje razdaljine, velika gustina piksela je ključni adut.

Koji panel?

IPS panel je danas najbolje rešenje za mnoge primene, ali i i druge tehnoogije imaju svojih aduta, pa su prisutne na tržištu. TN ekrani su jeftini i imaju odličan odziv, te su i dalje vrlo popularni, bilo kod onih s „jeftinim ulaznicama“ ili za one koji traže veliku brzinu odziva, kao što su gejmeri. VA paneli i njihove verzije i dalje imaju prednost u kontrastu. Tu su i razne druge tehnologije, kao što je AMOLED, koja ima odličnu crnu boju i visok kontrast. Razlike i osnovne osobine mogu se sagledati sa slike 4.

Odlučujuće prednosti IPS tehnologija je dobila s verzijom AH-IPS: bolje iskorišćenje energije, bolju reprodukciju boja i otvoren put za veću gustinu piksela. Slika 5 prikazuje kako je to ostvareno. Najbolji današnji monitori zasnovani su na ovoj tehnologiji i nalaze se u uređajima renomiranih proizvođača – a to treba imati na umu kod izbora.