Nowy przegląd paneli LCD : Jak testujemy i oceniamy

Przez ostatnie trzy lata przetestowaliśmy na benchmarku około 70 monitorów LCD (17 paneli 15", 34 panele 17" i 17 paneli 18-21" calowych). Przez cały ten czas technologia LCD ulegała znacznej poprawie - szybsze i jaśniejsze matryce, lepsze odwzorowanie kolorów itd. Różnice pomiędzy poszczególnymi produktami powoli uniemożliwiają już jedynie 'wzrokową', subiektywną ocenę jakości obrazu, dlatego postanowiliśmy odświeżyć na przegląd monitorów LCD dodając nowe elementy do procedury testowej.

Każdy monitor testujemy przez co najmniej cztery dni, po 8-12 godzin dziennie. Jako że przywykłem już do pracy na dwóch monitorach, testowy panel staje obok roboczego (i jednocześnie wzorcowego na obecną chwilę) monitora iiyama E511S i przez kolejne 5-7 dni towarzyszy w pracy, oraz rozrywce. Podczas pracy na monitorze na bieżąco spisywane są spostrzeżenia, a przed zapakowaniem w pudełko ostateczne podsumowanie. W między czasie przeprowadzamy tez kilka testów.

Przy testowaniu i ocenie jakości obrazu paneli LCD korzystamy z kolorymetru Eye-One Display2 oraz aplikacji Eye-One Match 3 firmy GretagMacbeth.

Eye-One Display2 umożliwia wykonanie pomiaru jasności punktu czarnego od 0.02 cd/m2, punktu białego do 3000 cd/m2, oraz barw z dokładnością +/-0.004.

W zależności od potrzeb (praca, rozrywka itp), monitory podłączamy do trzech kart graficznych umieszczonych w naszych testowych komputerach :

• Radeon 9550 Gigabyte GV-R955128D 128 MB DDR AGP
  * wyjścia D-Sub i DVI,
  * zintegrowany podwójny (10-bitowy) RAMDAC 400 MHz
  * zintegrowany 165MHz TMDS transmitter (DVI 1.0)
  
• GeForce 6600 Gigabyte GV-NX66128DP 128MB PCI-E
  * wyjście D-Sub i DVI,
  * zintegrowany podwójny (10-bitowy) RAMDAC 400 MHz
  * zintegrowany 165 MHzowy TMDS transmitter (DVI 1.0 / HDMI i HDCP)
  
• GeForce 6600GT Gigabyte GV-NX66T128VP 128MB PCI-E
  * wyjście D-Sub i DVI,
  * zintegrowany podwójny (10-bitowy) RAMDAC 400 MHz
  * zintegrowany 165 MHzowy TMDS transmitter (DVI 1.0 / HDMI i HDCP)

Po pierwszych oględzinach monitora, zabawie z ustawieniami w menu itp, przechodzimy do jego kalibrowania. Na początek regulujemy go 'na oko', porównując kolory, jasność, poziom bieli i czerni, z wykalibrowanym już LCD iiyama E511S. Większość posiadaczy monitorów jest skazana na ich regulację właśnie metodą "na oko", dlatego podatność monitora na dobre wyregulowanie "z oka', to też bardzo ważna cecha. Czasami można spędzić bez pożądanego efektu nawet pół godziny naciskając na zmianę wszystkie przyciski. W dobrym monitorze dostrojenie powinno być szybkie i przyjemne. Po takim wyregulowaniu przeprowadzamy test, z którego dowiadujemy się jaką temperaturę mają kolory, czy 'krzywe' kolorów są równe i z jaką jasnością świeci matryca.

iiyama E511S : przy jasności 70% luminancja matrycy wynosi 157 cd/m2

krzywa charakterystyki kolorów jak na panel LCD jest bardzo ładna

Następnie zwiększamy jasność oraz podświetlenie do 100% i dowiadujemy się jaką maksymalną luminancją dysponuje matryca.

Jednak przy ustawieniach 'ręcznych' zdarza się, mimo iż obraz na ekranie może się nam podobać, że kolory na które patrzymy w rzeczywistości nie są tymi, które powinniśmy widzieć. Tak więc kolejny krok to regulacja monitora przy użyciu kalibratora. Ustawienia docelowe, przy których będziemy testować to :

1. Balans bieli : 6500K (medium white)
2. Gamma : 2.2
3. luminancja docelowa : 150 cd/m2
   
   przy kalibracji kolorymetru Eye-One Display2 na :
4. oświetlenie zewnętrzne o temperaturze 5100 K
5. natężenie światła 60 luxów

Uzyskanie bezpośrednio z otoczenia identycznych warunków oświetleniowych przy każdych testach w zasadzie nie jest trudne. W rzeczywistości chodzi nam jedynie o identyczne skalibrowanie kolorymetru przed testem każdego z monitorów. Jeśli kalibrator 'dostanie' odpowiedni kolor i natężenie światła, wszystkie wyniki testów powinny być porównywalne.

Nasz kącik testowy uzbroiliśmy w kilka lamp mających wykalibrować temperaturę. Lampa solna, o ciepłym, pomarańczowym świetle, obniża współczynnik do wymaganych 5000K. Lampa z 'zimną' żarówką halogenową zwiększa ten współczynnik. Biała kartka papieru potrafi zmienić natężenie światła o 10-20 luxów. Oczywiście nie staramy się w ten sposób niwelować różnicy większej jak 300K i 20 luxów.

Ten pomiar z kolei umożliwia nam sprawdzenie :

1. luminancji matrycy - poziomu jasności przy docelowych 150 cd/m2 i wartości maksymalnej,
2. poprawnego kontrastu - poziom na skali menu monitora,
3. Balansu bieli przy 6500K - poziom na skali menu monitora każdego z kolorów - RGB

Jednak ten test będziemy przeprowadzać już w monitorach z wyższej półki, przeznaczonych dla grafików, gdzie odwzorowanie kolorów jest sprawą kluczową. Ponadto każdy panel LCD, do którego producent przyklei etykietkę "dla grafików", zostanie osobno i surowo oceniony przez naszego zaprzyjaźnionego 'konserwatywnego grafika'.

Równomierność podświetlenia

Niektóre ze starszych paneli miały na tyle nierówne podświetlenie, że wystarczy rzut okiem, aby stwierdzić w rogach ekranu, górnej lub dolnej części matrycy inny odcień kolorów. Do tego testu używamy aplikacji "NOKIA LCD/CRT Optimizer". Ponadto korzystając z w/w kolorymetru Eye-One Display2 i aplikacji Eye-One Diagnostics sprawdzamy, czy matryca daje w rogach ekranu takiej samej jakości obraz co na środku. Podczas testu sprawdzana jest emisja kolorów - czarnego, szarego, białego, czerwonego, zielonego i niebieskiego.

Kąty widzialności

Na potrzeby naszych testów wykonaliśmy prosty, ale niezwykle funkcjonalny przyrząd. Naszym celem jest jedynie sprawdzenie, czy podane przez producenta w specyfikacji monitora wartości kątów są zgodne z rzeczywistością. Najczęstszą bolączką matryc - nawet tych o stosunkowo dużych kątach, jest zabarwianie białego koloru odcieniem czerwonym lub żółtym, już przy lekkim odchyleniu - nawet o 20°.

Zacznijmy jednak od tego, że wychylając się od osi prostopadłej do płaszczyzny ekranu, umieszczony na nim tekst (np: stronę internetową czy dokument txt) jesteśmy w stanie odczytać pod maksymalnym kątem 60° - w pełnej płaszczyźnie pionowej i poziomej daje to po 120°.

Z testów które przeprowadziliśmy wynika również, że oglądanie zdjęć lub filmów nie ma większego sensu jeśli będziemy patrzeć na ekran pod kątem większym jak 75-80°. I nie dlatego, że obraz będzie słabszej jakości, pod takim kątem generalnie ciężko rozróżnić detale na ekranie. Tak więc 'gość' siedzący na naszej 'testowej wygodnej kanapie' powyżej linii 70°, przyjemności z oglądania czegokolwiek na naszym ekranie nie będzie miał żadnej, nawet gdyby matryca dysponowała kątami widzialności 89° (178° w pełnej płaszczyźnie)

Czas reakcji - szybkość matrycy

Do określenia płynności i szybkości obrazu na testowanym panelu używamy :

• dwóch stron internetowych : z jasnym i ciemnym tłem - przewijanie oraz przesuwanie okna z zawartością,
• trzech gier 3D : strzelanka FPP, sportowa, strategia 2D
• dwóch filmów : DVD i Divx.
• programu diagnostycznego : Pixel Persistence Analyzer: wyścigówka, flag test, chase test, Scrolling game

Trzeba zdawać sobie sprawę, że jeśli czas reakcji wynosi na przykład 25ms, to panel będzie zdolny do wyświetlenia określonej tym czasem liczby obrazów na sekundę : 1/0.025 = 40 obrazów na sekundę. Jest to wystarczająca płynność dla ludzkiego oka, które potrafi rozróżnić 25~30 fps. Zobacz także co na temat 'czasu reakcji' sądzi zawodowy grafik.

Do oceny szybkości i jakości matrycy przyjęliśmy trzy poziomy:

* (testy 'wyścigówka' i 'rozkład jazdy' w programie Pixel Persistence Analyzer)

• bardzo szybka - brak wyraźnego smużenia przy tempie od 8 do 10
  * w praktyce: smużenie przy szybkiej zmianie grafiki jest niedostrzegalne,
• szybka - brak wyraźnego smużenia przy tempie od 5 do 7
  * w praktyce: w niektórych testach czasami można odnieść wrażenie, że pojawia się lekkie smużenie,
• wolna - brak smużenia przy tempie do 3 i 4
  * w praktyce smużenie jest zauważalne
• bardzo wolna - brak smużenia przy tempie do 1 i 2
  * w praktyce lepiej takiego monitora nie kupować i w zasadzie na dzień dzisiejszy nie są już takie dostępne

Mamy przy tym również na uwadze fakt, że niektórzy producenci tak naprawdę podają czas reakcji "gray to gray" - czyli przejście między odcieniami szarości (szarym bliższym bieli i szarym bliższym czerni), zamiast "black to black".

Czas reakcji "gray to gray" jest wtedy dodatkowym parametrem określającym dynamikę działania pixela, a dokładnie czas reakcji zmiany pomiędzy wszystkimi kolorami.

Od sześciu lat zawodowo zajmuję się grafiką komputerową, spędzając przed monitorem komputera przynajmniej 12h dziennie. W swojej karierze otarłem się o projektowanie na potrzeby poligrafii, internetu oraz systemy CAD/CAM. Bez wątpienia należę do konserwatywnej grupy, która najdłużej broni się przed zalewem technologii monitorów LCD.

Coraz głośniej mówi się w światku grafików, że stare dobre "bańki" odchodzą do lamusa, a producenci robią coraz doskonalsze matryce zaprzestając produkcji konwencjonalnych kineskopów.

Nie dzieje się tak jednak do końca, ponieważ najbardziej wymagająca grupa użytkowników monitorów wymaga czegoś więcej niż technologia LCD ma nam dziś do zaoferowania. Głównym tego powodem jest fakt, że nikt, kto poznał dobrodziejstwa płynące z pełnej palety barw i ich idealnego odwzorowania, na potrzeby prac poligraficznych nie opuści ich na rzecz obciętych charakterystyk składowych kolorów RGB.

Każdy z nas wie, jak ważną sprawą jest manipulowanie kolorami w CMYK, gdzie od procesu pracy DTP'owca po finalny druk, elementów powodujących utratę jakości jest wiele. Dlatego wymusza to na nas posiadanie sprzętu dobrej klasy. Dla przeciętnego użytkownika 1% składowej koloru nie jest aż tak istotne, lecz podczas przygotowywania projektu żaden grafik nie chce odpowiadać za 'rozjazdy' między kolorystyką w projektach, szczególnie dla firm posiadających sztywny i rygorystyczny system identyfikacji wizualnej.

To funkcja, która w zasadzie była głównym wabikiem konserwatywnego grafika. Po pierwszym zetknięciu się z wyświetlanym obrazem monitora 'dla grafików' miałem mieszane uczucia. Wiemy już jednak, jak ważna jest kwestia kalibracji monitora by mieć absolutną pewność, że widzimy obraz i kolory odzwierciedlające rzeczywistość. Po wstępnym ustawieniu wszystkiego na "oko" jakość i nasycenie barw nie wydawały się odbiegać od normy w zauważalny sposób. Powiem więcej, przy 100% nasyceniu poszczególnej składowej barwy wyglądają tak samo, jeśli nie lepiej, niż w konwencjonalnym monitorze. Ale zdałem sobie sprawę, że w tej chwili po części uległem marketingowi, bo w maksymalnym nasyceniu koloru, praktycznie większość dobrej klasy monitorów LCD spełni te oczekiwania. Cała sztuka budowy dobrej matrycy LCD polega na zachowaniu ciągłości charakterystyk poszczególnych składowych. Poniżej mamy dokładny wykres przedstawiający taką charakterystykę.

PHILIPS BRILLIANCE 109P

Zasada czytania tego wykresu jest prosta. Na wejście podawany jest sygnał określony cyfrowo, a kalibrator umieszczony na monitorze odczytuje faktyczny stan w zadanym natężeniu składowej koloru. Im większe jest odchylenie od lini biegnącej

pod kątem 45 stopni od 0 do 255, tym większa rozbieżność w kolorach w tym zakresie.

W zestawieniu ze stojącą obok 19-ką CRT dostajemy obszar roboczy o prawie 1 cal większy - 376 x 301 mm. Wydaje się, że do profesjonalnych zastosowań wymagania co do wielkości obszaru roboczego są nieco większe w dzisiejszych czasach. Jednak tutaj nadrabia właśnie funkcja pivot. Dla przeciętnego użytkownika w zasadzie mało przydatna, na ogół wykorzystywana do przeglądania stron www oraz czytania książek elektronicznych. Dla rasowego grafika oznacza to jednak maksymalne dostosowanie strony/obszaru roboczego w proporcjach kartki A4 do proporcji monitora. Praktycznie uzyskujemy komfort pracy porównywalny z 26" monitorem w standardowym położeniu.

W dzisiejszych czasach praca na dwóch monitorach dla grafika to standard. Na jednym panelu mamy obszar roboczy, a na drugim paski narzędzi, które zupełnie przestają przeszkadzać. Oczywiście można rozpatrywać wybór modelu o większej przekątnej, ale nasza 19-stka w zupełności wystarcza i na pewno polepszy komfort pracy komuś, kto przesiada się właśnie z 21" CRT'ka.

Od razu zastanowił mnie fakt, czy matryca do zastosowań graficznych musi być szybka? Bo jeśli jest, to na pewno kosztem innego parametru. Jak to wygląda w praktyce?

Z reguły podany czas reakcji nie jest parametrem nominalnym. Dla przykładu czas reakcji 8 ms to (na dzień dzisiejszy) czas mierzony między stanami piksela: białym-szarym-białym co w rzeczywistości jest mało adekwatne do odwzorowania pełnej palety barw. Faktyczny czas mierzony miedzy białym-czarnym-białym wynosi 16 ms co i tak czyni taką matrycę szybką i w zupełności nadającą się nawet do dynamicznych gier. Dla zastosowań graficznych nie ma to w zasadzie wielkiego znaczenia.

Natomiast panele LCD maja to do siebie, że ich dokładne pikselowe odwzorowanie wymusza niewyraźny obraz w chwili przesuwania obiektów. Dzieje się tak jeśli obiekt o grubości 1 piksela znajduję się pomiędzy fizycznymi pikselami na matrycy - obraz jest wtedy 'uśredniany' niczym krawędzie poddane antyaliasingowi w grze 3D. Wszyscy, którzy na co dzień pracują np: we Flash'u, zapewne dokładnie wiedzą o czym mowa i jak bardzo jest istotna jakość obiektów rozmieszczanych po scenie.

Faktycznie w panelach z wyższej półki obszar widzialny mieści się w przedziale kątów 178/178°. Jednak nie ulegajmy złudzeniu, że obszar widzialny jest jednoznaczny z odwzorowaniem barw, kontrastu i jasności. Po co komu kąt pół pełny, jeśli charakterystyka barw przestaje być dla nas zadawalająca praktycznie już przy 15 stopniach odchylenia? Jest to druga rzecz, której przyczepić się może każdy grafik.

Można się uprzeć, że przed monitorem i tak siedzimy nieruchomo, i w naszym zakresie widzenia jest wszystko OK. Ale np. przy pracy na 2 monitorach zaczynamy jeździć głową w poszukiwaniu 'dobrych' ustawień kolorów.

W praktyce najbardziej przeszkadza fakt wpadania matrycy w poblask. Jest to z jednej strony spowodowane funkcją 'backlight' (podświetlenie) z drugiej absorpcją światła z otoczenia. Wyłączając tę funkcję jest już lepiej. Gdyby dodatkowo zastosować "owiewkę" na monitor, sytuacja radykalnie się poprawia i efekt metalicznego poblasku nie jest już dokuczliwy.

Oto mały, podręczny słowniczek wyjaśniający niektóre zwroty i skróty używane w naszym przeglądzie monitorów LCD.

• cd/m2 : współczynnik jasności matrycy LCD - kandele na metr kwadratowy
  
• Czas reakcji piksela : to czas, który jest potrzebny dla pojedynczego piksela na zapalenie się i całkowite wygaśnięcie, liczony w milisekundach.
  
• DVI ( Digital Video Interface) : standard złącza pomiędzy kartą graficzną a monitorem. Złącze DVI występuje w 3 wariantach: DVI-I przesyła zarówno dane cyfrowe, jak i analogowe. Po zastosowaniu właściwej przejściówki można go połączyć ze zwykłym złączem D-Sub karty graficznej. DVI-D przesyła natomiast tylko dane cyfrowe, a DVI-A - tylko analogowe.
  
• Fabryczne ustawienia : ustawienia do których monitor powraca po użyciu funkcji reset.
  
• Luminancja : wielkość fotometryczna charakteryzująca świecenie źródeł światła w danym kierunku
  
• Kąt widzenia : jest obszarem, w którym obraz nie ulega żadnym przekłamaniom i zniekształceniom. Liczy się go od środka ekranu w obie strony, jeśli więc przekłamania pojawią się przy wychyleniu się obserwatora w jedną stronę o kąt 45 stopni, wówczas kąt widzenia wynosi 90 stopni. Ważny zarówno w poziomie, jak i w pionie.
  
• Kontrast : zdolność monitora do przedstawiania jasnego znaku na ciemnym tle lub odwrotnie. Niestety, kontrast trudno zmierzyć bez sprecjalnych przyrządów pomiarowych. Aby uzyskać pewność, że monitor odpowiada normom ostrości, należy przyjrzeć się ekranowi w warunkach oświetleniowych, panujących w miejscu pracy. Obraz powinien być czysty i wyraźny.
  
• LCD ( Liquid Crystal Display) : powszechnie używany skrót, określający wyświetlacze ciekłokrystaliczne (alternatywa do monitorów CRT). Wyświetlacz ciekłokrystaliczny składa się z matrycy komórek ciekłokrystalicznych, złożonej z milionów jednostek, w zależności od rozmiaru i rozdzielczości. Każdy piksel składa się z trzech takich komórek. Zmiany napięcia powodują zmianę orientacji przestrzennej cząsteczek krystalistycznych. To z kolei umożliwia kontrolę przepuszczalności światła. Kolorowe powłoki generują podstawowe kolory: czerwony, zielony i niebieski.
  
• Nasycenie kolorów : aby osiągnąć dobre nasycenie kolorów, monitor musi być w stanie wyświetlić odpowiednio dużą głębię kolorów i wyraziste ich odcienie. W monitorach CRT przestrzeń kolorów determinowana jest przez użyty luminofor, a w panelach LCD - przez użyte filtry (folie) barwne. Świetlistosć i nasycenie wyświetlanych kolorów zależy od kontrastu i jasności monitora. I większy zakres kontrastu, tym lepsze nasycenie kolorów, a im większa jasność, tym większa ich świetlistość.
  
• OSD (On-Screen Display) : wyświetlane na ekranie menu z logicznie ułożonymi ustawieniami monitora (np. jasność, kontrast, geometria itd.), które można łatwo zmieniać.
  
• RGB : ustandaryzowana przestrzeń kolorów RGB. Rosnąca liczba użytkowanych na całym świecie urządzeń RGB wymogła stworzenie międzynarodowego standardu. W przestrzeni kolorów sRGB wszystkie punkty czerwone, zielone i niebieskie są ściśle zdefiniowane i obowiązują dla wszystkich urządzeń zgodnych z sRGB. Więcej informacji pod adresem www.color.org.
  
• TFT (Thin Film Transistor) : wyświetlacz LCD składa się z matrycy bardzo małych tranzystorów, które aktywnie sterują położeniem ciekłych kryształów i w efekcie ilością wydostającego się światła. Każdy tranzystor sterowany jest osobno. Mówi się wtedy o wyświetlaczu z matrycą aktywną (AMLCD).
  
• Technologia IPS (Super - In Plane Switching) : pozwala na osiągnięcie dużych rozdzielczości (1600x1200) i dużych kątów widzenia, które mogą wynosić nawet 176 stopni. Opracowana w firmie Hitachi.
  
• Technologia MVA (Multi-domain Vertical Alignment) : technologia firmy Fujitsu. Kąt widzenia w granicach 160 stopni, czas reakcji bardzo mały, jednak dopiero najnowsze odmiany tej technologii - MVA Premium - dają satysfakcjonującą jakość obrazu.
  
• Technologia TN+Film (Twisted Nematic + Film) : najstarsza, rozwijana od kilku lat i najtańsza w produkcji technologia TN wzbogacona ostatnio poprzez dodanie dodatkowej warstwy (film=warstwa) zwiększającej kąt widzenia do ok. 160 stopni.
  
  c.d.n.
  
  inne zagadnienia
  
• Co określa norma ISO 13406-2, czyli definicja tolerancji błędu pikseli dla monitorów TFT
  Norma ISO 13406-2 jest częścią testu ergonomiczności TUEV i określa normy ergonomiczne dla monitorów LCD. Jednym z kryteriów jakości normy ISO jest tolerancja błędu pikseli. W tym przypadku błąd piksela odnosi się do własności produkcyjnej ekranów LCD związanej z warunkami technologicznymi i technicznymi.
  Współczesne monitory LCD mają dużą liczbę komórek i pojedyncze komórki mogą być wadliwe, włączając się lub wyłączając na stałe, wskutek czego na ekranie widoczne są jasne lub ciemne piksele. Norma ISO 13406-2 pozwala rozwiać wszelkie wątpliwości i stanowi jasną definicję warunków realizacji roszczeń gwarancyjnych dla klientów i producentów, określającą klasy wadliwych pikseli. Liczba i umiejscowienie wadliwych pikseli określają podstawę dla realizacji roszczeń gwarancyjnych.