Jak zmieniał się rynek monitorów na przestrzeni ostatnich 20 lat? Najpierw dominacja LCD, potem atak ze strony OLED

W tym miesiącu portal PurePC.pl świętuje swoje 20-lecie i jest to dobra okazja do pewnych wspomnień dotyczących niektórych działów, które są rozwijane każdego dnia. W ubiegły weekend przygotowaliśmy felietony dotyczące rynków notebooków oraz smartfonów, natomiast tym razem zapraszamy do omówienia rynku monitorów. Jeszcze na początku XXI. wieku wciąż popularne były ekrany CRT, jednak coraz większy głos zyskiwała technologia LCD. Ta ostatnia w późniejszym czasie na lata zdominowała rynek monitorów, zarówno tych do gier, biurowych jak i profesjonalnych. Technologia LCD jednak w pewnym momencie zaczęła szybko zbliżać się do ściany pod kątem tego, co można jeszcze z niej wycisnąć. W tym samym czasie coraz większe znaczenie zaczęła zyskiwać technologia OLED.

Autor: Damian Marusiak

W przyszłym roku technologia CRT dla wyświetlaczy będzie obchodzić 130 rocznicę powstania. Czasami trudno uwierzyć, że minęło już tyle lat od powstania pierwszego ekranu tego typu. Działanie monitorów CRT opierało się przede wszystkim na umieszczonej wewnątrz obudowy katodzie, która oddziaływała na właściwy ekran (ten w monitorze CRT przypominał bańkę próżniową). Twórcą tuby z katodą (od tego wzięła się również nazwa technologii CRT - Cathode Ray Tube) był niemiecki fizyk Karl Ferdinand Braun - w 1897 roku stworzył on pierwszą na świecie katodę wykorzystaną później do oscyloskopu. Wewnątrz obudowy monitorów CRT znajdowało się kilka elementów, bez których wyświetlanie obrazu nie było możliwe. Po pierwsze wewnątrz znajdowała się wspomniana lampa katodowa w formie próżniowej tuby. Lampa na samym końcu (patrząc na wprost monitora mowa wówczas o jego tylnej części) posiadała dodatkowo działka elektronowe z układami skupiającymi wiązki.

Na początku XXI. wieku monitory z ekranami LCD zaczęły systematycznie wypierać modele ze starszymi wyświetlaczami CRT. Gdy jednak technologia LCD zaczęła dobijać do granic swoich możliwości, na rynku zaczęło pojawiać się coraz więcej matryc OLED.

Test Gigabyte GO27Q24G - Przystępny cenowo monitor OLED dla graczy. Rozdzielczość Quad HD, 240 Hz i NVIDIA G-SYNC na pokładzie

Wiązki te były następnie przekierowane na przednie szkło (przez które widzieliśmy obraz), powleczone dodatkowo warstwą luminoforu. W dwóch miejscach, w których lampa katodowa zaczynała się rozszerzać, umieszczone były ponadto dwie cewki odchylające. Cewki te były niezbędne do wytworzenia odpowiednio dużego pola magnetycznego, które umożliwiło przemieszczenie się wiązek energii do konkretnych punktów na luminoforze. Monitor CRT, choć był bardzo nieporęczny (wymagał naprawdę sporo miejsca na biurku), z drugiej strony charakteryzował się wyjątkową wręcz ostrością poruszających się obiektów. Nawet przy szybkim ruchu, obiekty były dobrze widoczne.

Pierwsza na świecie lampa katodowa z próżniową tubą, wynaleziona przez niemieckiego fizyka Karla Ferdinanda Braun'a - rok 1897 (źródło zdjęcia: Wikipedia)

Test ASUS ROG Swift OLED PG34WCDN - Monitor ultrawide z matrycą RGB V-Stripe QD-OLED i pełnym DisplayPort 2.1a UHBR20

CRT koniec końców został w monitorach zastąpiony przez technologię LCD - o ile popularyzacja tych wyświetlaczy nastąpiła już w XXI. wieku, o tyle samo jej powstanie miało miejsce znacznie wcześniej. Skrót LCD podchodzi od pełnej nazwy Liquid Crystal Display i oznacza wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Działanie tych ekranów oparte było na zmianie polaryzacji światła poprzez zmiany orientacji cząsteczek ciekłego kryształu pod wpływem działającego pola elektrycznego. Patent na ekran ciekłokrystaliczny powstał jeszcze w 1972 roku, natomiast prototyp pierwszego wyświetlacza LCD dla laptopów powstał dopiero w 1989 roku - charakteryzował się on chociażby przekątną 10 cali. Na rynku obecnie istnieje kilka typów ekranów LCD, ale nie wszystkie zostały wprowadzone w tym samym czasie na rynek. Pierwszym rodzajem panelu ciekłokrystalicznego był TN, w 1994 roku pojawił się pierwszy ekran IPS (za produkcję odpowiadała firma Hitachi), w 1996 roku doczekaliśmy się matrycy MVA (Fujitsu), natomiast w 1998 roku pojawił się PVA (Samsung). Tak więc mamy trzy główne rodzaje LCD: TN, IPS oraz VA wraz ze swoimi pochodnymi, tj. MVA oraz PVA.

Działanie technologii TN w monitorach LCD

Test LG UltraGear 27GX700A - Monitor Quad HD dla graczy z matrycą Primary RGB Tandem OLED i odświeżaniem 280 Hz

TN, czyli Twisted Nematic, był pierwszym i w późniejszym czasie także najtańszym w produkcji rodzajem ekranu ciekłokrystalicznego. Twisted Nematic w wolnym tłumaczeniu oznacza "skręcony nematyk", a struktura rozmieszczonych nematycznych kryształów ciekłych mocno różniła się od innych typów LCD. W matrycach TN cząsteczki kryształu układają się w kształt  przypominający wstęgę, której końce znajdujące się przy szklanych płytkach, ułożone są względem siebie prostopadle. Światło przechodzące przez ustawione w taki sposób kryształy zmienia polaryzację o 90 stopni. Najistotniejszą zaletą paneli TN jest bardzo krótki czas reakcji oraz najniższy input lag, które ostatecznie niemal w całości niwelują efekt tzw. smużenia (ghosting). Jest to bardzo istotne z punktu widzenia szybkich gier np. multiplayer (FPS) oraz podczas oglądania filmów, w których dominują sceny akcji. Stąd monitory LCD oparte na technologii TN stały się pierwszorzędnym wyborem pod kątem rynku e-sportowego. Rynku, który po 2010 roku zdominował wszystkie najważniejsze turnieje dla graczy. Wszędzie tam, gdzie potrzebny był monitor o jak najniższym czasie reakcji oraz ze zminimalizowanym do maksimum ghostingiem, tam wykorzystywany był właśnie model oparty na technologii TN. Z drugiej strony ekrany te przez wiele lat cierpiały na inne problemy - gorsze pokrycie barw oraz bardzo wąskie kąty widzenia (wystarczyło spojrzeć nawet pod niewielkim kątem, by zobaczyć mocno zdegradowany obraz, wyprany z kontrastu) były zdecydowanie piętą achillesową tychże ekranów. TN jednak rozwijał się w kolejnych latach i co ciekawe, nawet wiele współczesnych monitorów na rynek e-sportowy korzysta z paneli TN. Nowe ich generacje jednak w znacznym stopniu zredukowały wcześniejsze wady, oferując nie tylko niski czas reakcji, ale także znacznie szersze pokrycie barw (nie rzadko ponad 90% DCI-P3).

IPS wyraźnie różni się od TN, co przekłada się na kompletnie inną jakość obrazu, pomimo tego, że nadal obcujemy z szeroko pojętą technologią LCD

Test LG UltraGear 34GX90SA - Ultrapanoramiczny monitor OLED. Świetny do gier, a do tego oferuje system Smart TV webOS

Drugi typ ekranu LCD, który został wprowadzony na rynek monitorów, był IPS (In-Plane Switching). W tym wypadku kryształy ułożone są równolegle w stosunku do powierzchni, a więc inaczej niż choćby w matrycach typu TN, gdzie kryształy są rozłożone bardziej prostopadle. Głównymi cechami paneli IPS jest wierniejsze odwzorowanie barw oraz dobre kąty widzenia - te bowiem są równie szerokie gdy patrzymy z góry, z dołu lub też z boków. Matryce IPS nigdy nie dorównały TN pod kątem rzeczywistego czasu reakcji czy ostrości obrazu w ruchu, ale z drugiej strony charakteryzowały się znacznie lepszymi kątami widzenia. W ostatnich latach na rynku monitorów widać także wzrost popularności ekranów określanych jako Fast IPS czy Rapid IPS. To po prostu wyświetlacze, w których czas reakcji jest krótszy, a obraz nieco wyraźniejszy w ruchu. IPS miał i ma jednak wady, a najważniejszym problemem jest prawdopodobnie efekt srebrzenia (określany także jako IPS Glow), polegający na powstawaniu jasnej poświaty w różnych punktach wyświetlacza. Najczęściej występuje on na rogach matrycy, ale w tańszych wariantach IPS mógł się pojawiać także w innych miejscach. W połączeniu z niskim współczynnikiem kontrastu (typowo było to 1000:1) powodowało, że monitor odznaczał się kiepską jakością czerni, która nierzadko przypominała bardziej odcienie szarości niż faktyczną czerń.

VA w jeszcze inny sposób rozmieszcza kryształy

Samsung Display prezentuje nowy ekran RGB V-Stripe QD-OLED. Tym razem jest to matryca 4K z odświeżaniem 360 Hz

W ostatnich latach widać jednak dalszy rozwój także ekranów IPS, poprzez wprowadzenie paneli w technologii IPS Black (oraz IPS Black v2), opracowanej przez firmę LG Display. IPS Black charakteryzuje się zastosowaniem zmodyfikowanych kryształów (inna struktura cząsteczkowa), pozwalających na efektywniejsze blokowanie światła z podświetlenia zawsze, gdy ekran ma wyświetlać ciemniejszy obraz. Ta zmiana pozwala na wyraźne zwiększenie kontrastu: do 2000:1 w przypadku pierwszej generacji IPS Black oraz nawet do 3000:1 w przypadku IPS Black 2. generacji. Inną zaletą IPS Black jest redukcja efektu srebrzenia poprzez wprowadzenie ulepszonej warstwy polaryzacyjnej. Tego typu ekrany pojawiły się głównie w monitorach służących do pracy z grafiką i realne testy niejednokrotnie potwierdzały wyraźną poprawę w tych aspektach, gdzie standardowy IPS sobie nie radził (niska jakość czerni, srebrzenie). Obecnie jednak wszystko wskazuje na to, że nawet IPS Black dochodzi do granic swoich możliwości i w kolejnych latach nie ma co liczyć na dalszą, wyraźną poprawę jakości obrazu.

Obraz w mocno skrótowy sposób przedstawiający różnice pomiędzy IPS a IPS Black, jednak dobrze oddający jednocześnie istotę zmiany. Obraz w IPS Black ma wyraźnie wyższy kontrast, co przekłada się na większą plastyczność (lepsza czerń)

Test AOC Q27G3XMN/BK - Atrakcyjny cenowo monitor do gier z ekranem VA, podświetleniem Mini LED i VESA DisplayHDR 1000

IPS cechował się od początku istnienia dość słabą jakością czerni oraz niskim współczynnikiem kontrastu, zwłaszcza w porównaniu do VA (oraz w późniejszych latach także w zestawieniu z OLED). Choć opracowywano także ekrany IPS Black, równocześnie postawiono na inne rozwiązanie, które miało w znaczący sposób poprawić największe mankamenty technologii IPS. W taki sposób otrzymaliśmy w ostatnich latach także monitory, które z jednej strony oferowały matryce IPS, a z drugiej były wyposażone w nowy system podświetlenia, sterowany za pomocą malutkich diod LED. W ten sposób powstała nazwa Mini LED jako kolejnej metody podświetlenia w ramach ogólnej technologii LCD. W zależności od stopnia zaawansowania monitora (oraz jego ceny), otrzymaliśmy propozycje wyposażone w od kilkuset niezależnych stref wygaszania do ponad dwóch tysięcy - im więcej stref i diod, tym bardziej precyzyjne były algorytmy wygaszania, oferując w ten sposób lepszą jakość obrazu, zwłaszcza czerni). Działanie lokalnego systemu wygaszania powodowało, że zamiast standardowego kontrastu 1000:1, otrzymywaliśmy współczynnik około 7-8-krotnie wyższy. Konkretne wyniki były ściśle uzależnione od dwóch czynników - przekątnej ekranu (a więc jego fizycznego rozmiaru) oraz liczby diod LED, które rzutowały następnie na liczbę stref wygaszania. Najlepsze wyniki uzyskiwano jednak nie w monitorach, a wyświetlaczach laptopów, gdzie łączoną wysoką liczbę stref ze znacznie mniejszym ekranem, co pozwalało na gęstsze upakowanie diod, a zatem i bardziej precyzyjne działanie algorytmów wygaszania. Jednak nawet w monitorach, które bazowały na tej technologii, wyniki wielokrotnie przewyższały to, co standardowo oferował IPS. Udało się w ten sposób obejść pewne niedoskonałości IPS (i VA, wszak Mini LED został wprowadzony jako dodatek do obu tych paneli), w ten sposób po raz kolejny wydłużając już i tak bardzo długi cykl życia technologii LCD.

Ekran zarówno u góry jak i na dole wykonany jest w technologii IPS. Ten dolny jednak ma istotny dodatek w postaci podświetlenia Mini LED. Aktywacja lokalnego wygaszania potrafi totalnie przekształcić to, w jaki sposób postrzegamy typowy ekran IPS (źródło zdjęcia: Reddit)

Test KTC M27P20 Pro - Monitor 4K z odświeżaniem 160 Hz, podświetleniem Mini LED, matrycą Fast IPS i w dobrej cenie

Najmłodszym (patrząc przez pryzmat rozwoju kolejnych wariacji LCD) przedstawicielem ciekłokrystalicznych ekranów stał się wariant o nazwie VA (Vertical Alignment). W tym wypadku ciekłe kryształy ułożone są zarówno prostopadle jak również pod skosem względem powierzchni panelu. Takie ułożenie kryształów powoduje, że kąty widzenia są szersze w porównaniu do Twisted Nematic, ale jednocześnie nieco gorsze w porównaniu do IPS. Jednocześnie VA od zawsze cechowało się wyraźnie wyższym współczynnikiem kontrastu w zestawieniu z IPS, co automatycznie przekładało się na lepszą czerń (mniej świecącą). Kąty widzenia były jednak wyraźnie gorsze, ponieważ nawet niewielkie odchylenie od środka powodowało widoczne pogorszenie kontrastu, co dalej prowadziło do tego, że obraz wyglądał na wyprany z barw. VA jednak zazwyczaj wypadał także najsłabiej (z całej trójki) pod kątem rzeczywistego czasu reakcji oraz klarowności obrazu w ruchu. Smużenie oraz powidoki były najmocniej widoczne właśnie na VA, stąd nie były one w ogóle rekomendowane do szybkich gier (nie były zatem żadnym realnym wyborem np. pod rynek e-sportowy). Producenci tj. Samsung potrafili wyciągnąć więcej z VA, oferując monitory (np. Samsung Odyssey G7, jeden z kultowych monitorów tej marki) o wyraźnie niższym czasie reakcji. W ten sposób równolegle rozwijane były trzy warianty LCD w monitorów, które wykorzystywane są aż do dzisiaj. Każdy z tych wersji oferuje dzisiaj bardziej dopracowany obraz niż 10-15 lat temu, co pokazuje dobitnie, że technologia LCD przez lata była rozwijana i udoskonalana. Jednocześnie rynek monitorów w pewnym momencie dostał również potężny zastrzyk w postaci wprowadzenia technologii OLED. Technologii, która na rynku telewizorów istniała już od kilku lat, jednak w monitorach jej debiut był skutecznie odsuwany.

Ogólne różnice pomiędzy WOLED (LG Display) a QD-OLED (Samsung Display) w monitorach

Test KTC M27T20 - Monitor dla graczy z ekranem HVA, podświetleniem Mini LED i HDR1000 w bardzo dobrej cenie

Czym charakteryzuje się technologia OLED? Opiera się na wykorzystaniu organicznych diod elektroluminescencyjnych, które same emitują światło. Tym samym, w przeciwieństwie do monitorów LCD, nie ma konieczności stosowania dodatkowego źródła oświetlenia. Dzięki takiemu rozwiązaniu monitory oparte na matrycy OLED są cieńsze i lżejsze od odpowiedników bazujących na technologii LCD i podświetleniu LED. Oczywiście nie jest to jedyna zaleta organicznych paneli, bowiem dzięki temu, że każdy piksel jest de facto źródłem podświetlenia, może je wygasić w dowolnym momencie. Skutkiem jest ta idealna czerń, nie zawsze możliwa do uzyskania nawet na najlepszej klasy monitorze LCD z podświetleniem typu Mini LED (choć nie brakuje mu dużo). Ponadto bardzo wysoki jest również kontrast statyczny, co powoduje, że widziany obraz nabiera głębi oraz plastyczności, również trudno osiągalnej na telewizorze LCD. OLED w monitorach jest równolegle rozwijany głównie przez dwóch producentów - Samsung Display oraz LG Display. Pierwsza z firm oferuje technologię QD-OLED, łączącą w sobie ekran OLED z warstwą kropek kwantowych, natomiast druga bazuje wciąż przede wszystkim na WOLED, czyli takim rodzaju matrycy OLED, w której oprócz diody niebieskiej, zielonej i czerwonej jest także biała. OLED w monitorach to gwarancja nie tylko bardzo dobrej jakości obrazu, ale również znakomitej wyrazistości w ruchu, dzięki ekstremalnie niskiemu czasowi reakcji. W tym aspekcie, OLED jest lepszy od LCD i przywraca poziom znany z dawnych wyświetlaczy CRT.

Nowy sposób ułożenia subpikseli w ekranie QD-OLED 5. generacji (RGB V-Stripe QD-OLED) spowodował, że jakość czcionki stała się w końcu identyczna jak w klasycznych ekranach LCD

Retro-test monitora Samsung SyncMaster 797MB. Jak wypada monitor CRT na tle LCD oraz OLED?

OLED ma jednak w monitorach także ciemniejsze strony... dosłownie i w przenośni. Ekrany pierwszych generacji oferowały wyraźnie niższą luminancję, zarówno w SDR jak i HDR. Choć nie wszystkim to przeszkadzało, nie zmieniało to faktu, że wyświetlacze były ciemniejsze co w połączeniu z nie zawsze skutecznymi powłokami mającymi redukować odbicia światła, sprawiało że takie ekrany nie do końca sprawdzały się np. w jaśniejszych pomieszczeniach. Najnowsze generacje ekranów OLED od LG i Samsunga są jednak pod tym względem znacznie lepsze. LG dopracowuje chociażby wariant Primary RGB Tandem OLED (WOLED 4. generacji) o znacznie wyższej jasności. Samsung z kolei poprawił luminancję zarówno w QD-OLED 4. generacji (Penta Tandem OLED) jak i w najnowszej generacji o nazwie RGB V-Stripe QD-OLED. Ponadto pierwsze generacje OLED-ów w monitorach, zwłaszcza tych od Samsung Display, cechowały się gorszą jakością czcionek co wynikało ze sposobu rozmieszczenia subpikseli. Dopiero technologia wprowadzona przez LG i Samsunga w tym roku - RGB Stripe (RGB V-Stipe u Samsung Display) w pełni wyeliminowały problem z jakością czcionek. Problemem OLED-ów jest także ich obniżona odporność na wypalenia przy długotrwałym wyświetlaniu statycznych elementów. Kolejne generacje paneli OLED wprowadziły znaczące usprawnienia w tym zakresie, dodatkowo praktycznie każdy producent monitora dodaje różne opcje mające na celu wydłużenie żywotności. Problem nie jest jednak w pełni wyeliminowany i obecnie jest to ten punkt, którego OLED nie jest (i być może nigdy nie będzie) w stanie w pełni przeskoczyć.

Jednym z najnowszych ogłoszeń w dziedzinie ekranów dla monitorów jest wprowadzenie wyświetlacza RGB V-Stipe QD-OLED w rozmiarze 31,5", o rozdzielczości 4K i odświeżaniu 360 Hz. Wszystko wskazuje na to, że najbliższe lata będą należeć do technologii OLED, przynajmniej jeśli chodzi o high-endowe monitory do gier oraz pracy z grafiką.

Jak zmieniały się laptopy do gier w ostatnich 20 lat? Kiedyś było tandetnie i niewydajnie, dzisiaj jest stylowo i wydajnie

Obecnie rynek monitorów OLED na tyle się nasycił, że kolejne propozycje często są wprowadzane w wyraźnie niższych cenach. Podstawowe monitory OLED o rozdzielczości 2560 x 1440 pikseli oraz z 240 Hz częstotliwością odświeżania można dostać za około 1500-1600 złotych, co jeszcze 2-3 lata temu było w zasadzie nie do pomyślenia. Na rynku monitorów do gier dominują wyświetlacze o bardzo wysokiej częstotliwości odświeżania, ze wsparciem dla HDR oraz wsparciem dla szerokiej przestrzeni barw DCI-P3. Dobry monitor w technologii LCD możemy dostać za raptem kilkaset złotych, natomiast rynek powyżej 2000 złotych został już praktycznie zdominowany przez technologię OLED - zarówno w kontekście rozdzielczości Quad HD jak i 4K oraz modeli ultrapanoramicznych o przekątnej 34 cali (3440 x 1440), 39 cali (3440 x 1440), 45 cali (3440 x 1440 lub 5120 x 2160) oraz 49 cali (5120 x 1440). Po 20 latach rozwoju, rynek monitorów jest rozwinięty bardziej niż kiedykolwiek wcześniej, a olbrzymia różnorodność technologii i parametrów sprawia, że każdy jest w stanie znaleźć coś idealnego dla siebie.