Budowa wyświetlaczy Ultra HD LCD i OLED

(Fot. LG). 

Telewizory Ultra HD mają zróżnicowaną konstrukcję wyświetlaczy LCD i OLED, co ma zasadniczy wpływ na jakośc i obrazu. Warto zwrócić uwagę także od czego zależy szeroki zakres kolorów WCG i dynamika obrazu HDR.

Wspólną cechą wyświetlaczy telewizorów Ultra HD jest liczba pikseli, która wynosi 3840 × 2160, cztery razy większej niż Full HD (1920 × 1080 px). Najtańsze wyświetlacze i podstawowe funkcje znajdziemy w telewizorach takich marek jak Skymaster, Kruger& Matz, Manta, Blaupunkt. Najlepsze wyposażenie funkcje reprezentują marki Hitachi, JVC, LG, Philips, Toshiba, Sharp, Panasonic, Sony, Samsung, TCL. Wybór telewizora Ultra HD jest bardziej skomplikowany niż Full HD, a to ze względu na zróżnicowanie konstrukcji wyświetlaczy. Do wyboru mamy już trzy rodzaje wyświetlaczy Ultra HD:

• zwykłe wyświetlacze Ultra HD, które jedynie mają ekran o zwiększonej rozdzielczości do 4K, czyli 3840 × 2160 px i podstawowe układy przetwarzania obrazu,
• ze zwiększoną dynamiką obrazu HDR,
• ze zwiększonym zakresem odtwarzania kolorów Wide Color Gamut, i HDR.

W telewizorach klasy podstawowej ze zwykłymi wyświetlaczami Ultra HD najczęściej są stosowane dwa rodzaje matryc: VA i IPS. 

Matryca LCD VA

Według testów matryce VA mają bardzo dobry kontrast, poziom czerni. Na zakup TV z matrycą VA powinny decydować się osoby, które lubią oglądać telewizję tak jak w kinie, w mocno zaciemnionym pokoju. Matryca VA jest polecana oglądającym transmisje sportowe i filmy akcji. 

Kropki kwantowe są wykorzystywane w podświetleniu w wyświetlaczach QLED powodują znacznie lepsze odtwarzanie barw kolorów zielonego i czerwonego. 

Matryca LCD IPS

Zdecydowane większe kąty odtwarzania obrazu (+/-60°) bez pogorszenia kontrastu, jasności i barw mają matryce IPS. Najlepsze telewizory IPS z podświetleniem Direct LED (z miejscowym wygaszaniem) będą miały kontrast nieznacznie gorszy w porównaniu z matrycami VA. Zapewniają bardzo dobre odwzorowanie barw i ostrość obrazu. 

Matryca OLED

Telewizory z ekranami OLED mają wiele zalet. Pierwsza to jakość obrazu, którego czerń osiąga poziom maksymalny, a nasycenie kolorów jest wzorcowe. Czas reakcji matrycy OLED jest znacznie krótszy niż w LCD. Jasność obrazu jest znacznie mniejsza niż w wyświetlaczach LCD, przez co należy oglądać filmy tak jak w kinie. Zjawisko smużenia obrazu szybko poruszających się obiektów na ekranie jest znacznie mniejsze, ale występuje. Kąt patrzenia na ekran może być dowolny bez pogorszenia jakości obrazu. Ekrany nie wymagają podświetlenia LED, jak jest to w telewizorach LCD, które wiąże się z niejednorodnością światła i wpływa na jakość obrazu. Źródłem światła jest sam materiał piksela – dioda organiczna LED (a nie półprzewodnikowa), którą można nanosić na różne materiały, nawet folię przezroczystą, i tworzyć zwijane ekrany. 

Szeroka przestrzeń barw – Wide Color Gamut

Telewizory z wyższej półki mają poszerzony zakres kolorów (Wide Color Gamut). Poszerzony zakres kolorów wiąże się z rodzajem wyświetlacza, np. LCD QLED TV z kropkami kwantowymi czy NanoCell LG lub diodami LED w podświetleniu LED PFS (Potassium FluoroSilicate LED) z luminoforami zwiększającymi zakres kolorów do 95 proc. standardu DCI-P3. Poszerzony zakres kolorów mają także wyświetlacze OLED (LED organiczne). 

Szerszy zakres barw QLED

Zmieniając konstrukcję podświetlenia w wyświetlaczu i sposób jego sterowania, otrzymuje się poszerzony zakres kolorów i zwiększenie jasności i kontrastu obrazu. W tym celu jest konieczne wytworzenie białego światła o większym spektrum barw, szczególnie zieleni i czerwieni. Tak jak w zwykłym telewizorze LCD LED źródłem światła są LED-y, zamiast białych są niebieskie. W wyświetlaczu QLED oddzielna warstwa w postaci folii zawiera mieszaninę kropek kwantowych (nanokryształy) emitujących zielone i czerwone światło w momencie oświetlenia ich niebieskim światłem. W wyniku mieszania się ich światła ze światłem niebieskim cała warstwa świeci światłem białym o znacznie większym zakresie barw (charakterystyce widmowej), czyli zawiera więcej kolorów. Białe światło przechodzi przez filtry RGB poszczególnych subpikseli punktu obrazowego. Utworzone w ten sposób barwy mają znacznie większy zakres barw wzbogacony o lepsze odtwarzanie czerwieni i zieleni. 

Porównanie budowy wyświetlacza LCD LED z wyświetlaczem OLED. 

Kropki kwantowe w wyświetlaczach NanoCell

Inną funkcję pełnią nanocząstki w wyświetlaczach NanoCell firmy LG. Nazwa ich pochodzi od materiału zawierającego absorbujące światło nanocząstki o średnicy ok.1 nm, które zastosowano w filtrze barwnym najnowszych matryc LG. Ważną zaletą jest filtrowanie kolorów podstawowych. Dla przykładu kolor zielony na ekranach konwencjonalnych telewizorów może zawierać domieszkę fal świetlnych o innych długościach, przez co staje się wyblakły i nabiera żółtawych lub turkusowych odcieni. Precyzja odwzorowania barw przez najnowsze telewizory LG NanoCell została potwierdzona certyfikatem VDE wydanym przez niezależny Instytut Badań i Certyfikacji urządzeń elektronicznych.

Panel z filtrem z nanocząstkami pozwala na dokładne odwzorowanie kolorów przy jednoczesnej poprawie widoczności pod różnymi kątami widzenia. Dla przykładu, osoby siedzące pod kątem 60° nie dostrzegą różnic w odwzorowaniu kolorów na matrycy NanoCell w porównaniu z tymi, którzy siedzą naprzeciwko telewizora. Dzięki temu ekrany wykonane w tej technologii można z powodzeniem produkować w bardzo dużych przekątnych i z możliwością wyświetlenia dużych rozdzielczości. 

Przestrzenie kolorów

Jak duże są zmiany w przestrzeni kolorów? Najlepiej opisują je wykresy przestrzeni kolorów odtwarzanych przez wyświetlacz. Zakres odwzorowania kolorów określa się za pomocą pomiarów fotometrycznych i porównuje na wykresach przestrzeni kolorów zgodnych z określonymi normami dla obrazu T V. Najpopularniejsze normy to Rec. 709, DCI-P3 i Rec. 2020. Podstawowym standardem odtwarzania kolorów w telewizorach Rec. 709, która odpowiada 35 proc. możliwości naszego wzroku. Norma Rec. 2020 zakłada odtwarzanie na poziomie 75 proc. naszego wzroku. Przestrzeń kolorów DCI-P3 jest większa niż Rec.709, ale mniejsza niż Rec. 2020 i została opracowana przez Hollywood Studios do stosowania w projektorach kina cyfrowego. Najlepsze wyświetlacze LCD z kropkami kwantowym (QLED) osiągają ok. 80–90 proc. normy Rec. 2020. Należy nie zapominać, że źródło sygnału musi mieć także większy zakres barw niż dotychczas. Odczucia subiektywne widzów mogą być różne w zależności od indywidualnej wrażliwości wzroku na kolory. 

Porównanie kolorów w wyświetlaczu LCD NanoCell i zwykłego LCD.

HDR – jasność obrazu na nowym poziomie

Technika HDR zmieniła podejście inżynierów i filmowców do jakości obrazu. Rozdzielczość parametr obrazu uznawany dotychczas za najważniejszy stał się jednym z wielu, które mają wpływ na jakość obrazu. Teraz zdecydowanie za najważniejszy jest uznawany HDR. Coraz większą poprawę szczegółowości obrazu uzyskuje się przez zwiększenie jego dynamiki (High Dynamic Range). W praktyce oznacza to dynamicznie zwiększenie jasności obrazu w ściśle określonych miejscach punktowo oraz w ciemnych i jasnych obszarach obrazu. Aby tego dokonać, potrzebne są do podświetlenia LED-y o jasności od 600 do 1000 nt (nitów) i sterowanie impulsowe, aby w impulsie osiągnąć 1000 nt. 

Czym się różnią telewizory HDR?

Aby telewizor odtwarzał obrazy HDR, powinien być zgodny ze standardem HDR10 lub nowszym – HDR10+, Dolby Vision (kinowy) i rzadziej stosowanym HLG. Jeśli jest się kinomanem to warto sprawdzić w specyfikacji telewizora jakie materiały HDR może dekodować.

Najtańsze telewizory bez funkcji HDR mają podstawowe parametry obrazu: luminację 250 – 350 cd/m². W systemie HDR zakres luminacji jest zróżnicowany. Im większy, tym jakość efektów jest bardziej widoczna. Minimalne efekty są widoczne dla zakresu wartości 350 – 500 cd/m² telewizorach. Najlepsze telewizory Ultra HD Premium mają poszerzony zakres barw i HDR na poziomie luminacji min. 750 (OLED), 1000 cd/m² (QLED). 

Standard HDR 10/10+

Standard HDR10 jest podstawowym otwartym, co oznacza, że każdy producent może go stosować w telewizorach Ultra HD, projektorach oraz odtwarzaczach Blu-ray Ultra HD. W oparciu o niego opracowano standard Ultra HD Premium, określający, jakie wymagania mają spełniać telewizor i odtwarzacz Blu-ray. Nazwa HDR10 oznacza 10 bitową głębię kolorów.

Wersja HDR10+ podwyższa jakość otwartego standardu HDR10 dzięki dynamicznemu mapowaniu tonów. HDR10+ zawiera dynamiczne metadane umożliwiające telewizorom HDR dostosowywanie poziomów jasności scena po scenie, a nawet w poszczególnych klatkach. Dzięki większemu kontrastowi wyświetlane obrazy są bardziej szczegółowe, a gama kolorów – bogatsza. Wszystko to sprawia, że HDR10+ pozwala wyświetlać obrazy znacznie bliższe reżyserskiej intencji. 

Dolby Vision i Dolby Vision IQ

Standard został opracowany przez amerykańską firmę Dolby Vision, która jest między innymi producentem sprzętu kinowego. W systemie HDR Dolby Vision stosuje się funkcję Display Mapper (Inteligent Mapping Engine). Każdy piksel obrazu HDR Dolby Vision ma dokładnie określoną jasność, pakiet dynamicznych metadanych oraz informacje o używanym ekranie. Funkcja Inteligent Mapping Engine, używając specjalnych algorytmów, dostosowuje wyświetlany obraz do danego telewizora po to, aby zaprezentować treści zgodnie z intencjami twórców i wykorzystać cały potencjał urządzenia. w HDR Dolby Vision można ją ustalić dla każdej klatki oddzielnie zgodnie z wymaganiami reżysera. kolorów R, G, B wynosi 12 bitów (HDR10 – 10 bitów).

W najnowszej wersji Dolby Vision IQ uwzględniono wpływ oświetlenia zewnętrznego na jakość obrazu. System korzysta z czujnika oświetlenia mierzącego natężenie światła i korygując optymalnie kontrast i jasność obrazu. 

Standard HLG

Standard – Hybrid Log-Gamma, został opracowany przez nadawców TV BBC i NHK (publiczna telewizja japońska). Treści o zwiększonej dynamice obrazu można kodować w sygnale telewizji naziemnej i satelitarnej. Materiał wideo HDR może być dostarczany także złączem HDMI. HLG pozwala łączyć w sygnale telewizyjnym metadane SDR i HDR. Telewizor bez obsługi HDR ignoruje meta dane HDR, a ten z obsługą jest w stanie je rozpoznać i wykorzystać. Nadawcy nie będą musieli dublować kanałów z dodaną obsługą HDR i bez niej. Co ważne, w telewizorach wystarczy zmienić oprogramowanie, aby odbierać materiały HDR.