Tehnologije panela ekrana (2)

U prošlom broju obradili smo osnove tehnologije ekrana koji koriste tečne kristale za prikaz slike. U ovom nastavku ćemo se pozabaviti nekim drugim, suštinski različitim i potencijalno daleko superiornijim tehnologijama

Ekrani sa tečnim kristalima danas suvereno vladaju tržištem digitalnih monitora. Ipak, ograničenja same tehnologije tečnih kristala nametnula su mnoge kompromise koji za rezultat imaju pristojne, ali znatno inferiornije performanse u odnosu na neke već postojeće tehnologije kao i one koje su tek u razvoju. Podsetimo se na kratko faktora zbog kojih će ekrani sa tečnim kristalima u dogledno vreme otići u istoriju i postati muzejski eksponati.

Zbog fizičkih karakteristika tečnih kristala, ekranima koji ih koriste neophodno je pozadinsko osvetljenje kako bi prikazana slika bila vidljiva ljudskom oku. Sami kristali igraju ulogu svetlosnog filtera i selektivnim propuštanjem bele svetlosti reprodukuju ostale nijanse spektra. Upravo takav princip funkcionisanja ujedno je i najveće ograničenje ove tehnologije. Svetlost koju generiše pozadinsko osvetljenje koliko se god nama činila belom, zapravo je samo jedna od nijansi koja ne odgovara pravoj beloj boji, a koju sačinjavaju sve boje spektra. Dakle, u samom startu javlja se gubitak dela spektra od koga filtriranjem nastaju ostale nijanse. Dalje, svaki sub-piksel koristi kolorni filter u zavisnosti od namene, tj. u zavisnosti od toga koju od osnovne tri boje i njenih nijansi je predviđen da reprodukuje. Prolaskom svetlosti kroz kolorni filter dodatno se smanjuje opseg boja koje na kraju zaista bivaju reprodukovane. Sve ovo na kraju dovodi do toga da ekrani sa tečnim kristalima čak ni u teoriji ne mogu da prikažu pun kolorni spektar, a što u mnogim situacijama ograničava mogućnost njihove upotrebe.

Brzina kojom tečni kristali menjaju svoj položaj, poznata kao brzina odziva, takođe je jedan od ograničavajućih faktora ove tehnologije. Koliko god se proizvođači trudili da ubrzaju kristale i koliko god je njihova brzina dovoljna za većinu svakodnevnih zadataka, ona je daleko niža u odnosu na vrednosti koje se mogu nazvati „trenutnim”, a koje ostvaruju ekrani koji koriste neke druge tehnologije.

Uglovi vidljivosti pod kojima je moguće gledati u ekran, a da pri tom distorzija slike ne bude uočljiva, još jedan je od problema koji direktno proizilaze iz same tehnologije tečnih kristala. Iako ekrani IPS tipa u velikoj meri otklanjaju ovaj problem, on je ipak u određenoj meri i dalje prisutan.

Iz svega navedenog dâ se zaključiti da je tehnologija ekrana sa tečnim kristalima dostigla svoj zenit i da je prostor za njeno dalje usavršavanje prilično ograničen. Zbog toga je bilo neophodno pronaći alternativu u vidu tehnologije koja će je naslediti. Krenimo redom, od nekih tehnologija za prikaz slike koje su već uveliko u upotrebi, pa sve do nekih koje se u ovom trenutku čine prilično futurističkim, ali u čijim ćemo blagodetima uživati u bliskoj budućnosti.

Plazma

Plazma ekrani su dobili naziv po četvrtom agregatnom stanju materije – plazmi. Po definiciji, plazma je jonizovani gas koga pored ostalih karakteristika odlikuje i intenzivna svetlost, vidljivog ili ultraljubičastog dela spektra. Princip rada plazma ekrana u osnovi je sličan neonskim svetiljkama. Plemeniti gas (obično neon ili ksenon) se pod dejstvom električne energije dovodi u stanje plazme, pri čemu nastaje svetlost. Baš kao i kod neonskih svetiljki, i kod plazma ekrana nastaje ultraljubičasta svetlost koja je nevidljiva ljudskom oku. Ta svetlost obasjava sloj fosfora kojim je obložen svaki sub-piksel, a fosfor zbog svojih fotoluminescentnih karakteristika odaje svetlost u vidljivom delu spektra. Slično kao kod ekrana sa tečnim kristalima, i plazma ekrani su sastavljeni od piksela, od kojih je svaki sačinjen od tri sub-piksela. Svaki sub-piksel sadrži fosfor obojen u jednu od tri osnovne boje i funkcioniše nezavisno od ostalih.

Plazma ekrani nastali su sredinom šezdesetih godina prošlog veka, a u kompjuterskom svetu našli su se tek dvadesetak godina kasnije. Prvi modeli bili su monohromatski, prepoznatljivi po slici narandžaste boje. Tek krajem dvadesetog veka predstavljeni su modeli kakve danas koristimo – sposobni za prikaz više boja u visokim rezolucijama. Iako je na mnogim poljima superiornija u odnosu na druge tehnologije za prikaz slike, plazma se danas smatra mrtvom tehnologijom. Od velikih proizvođača, još samo Samsung i LG proizvode plazma ekrane. Čak je i Panasonic, jedan od proizvođača koji je najviše doprineo usavršavanju ove tehnologije odustao od njenog daljeg razvoja i proizvodnje ekrana. Zbog čega se na kraju odustalo od nje?

Plazma ekrane odlikuje izuzetno širok spektar boja, fantastičan kontrast i dubina crne boje koja je do nedavno bila neprevaziđena. Pored vernosti reprodukcije, ona takođe ne pati od ostalih boljki karakterističnih za ekrane sa tečnim kristalima, poput brzine odziva i uglova vidljivosti. Plazma ekrani dobro su vidljivi iz svih uglova i pri tom se brzina odziva njihovih piksela meri mikro sekundama, što bi u prevodu značilo da su hiljadama puta brži od ekrana sa tečnim kristalima. Pri naglim promenama slike nema ni traga od nekog zamućenja i drugih neželjenih pojava. Ipak, njene mane su prevagnule i zapečatile joj sudbinu. Neke od njih je možda i moguće zanemariti, ali neke veoma važne proizvođači nikada nisu uspeli da otklone.

Image retention i Burn in su termini koji se po pravilu najčešće vezuju za plazma ekrane, iako nisu rezervisani samo za njih. Prvi bi mogao da se opiše kao „trajnost” slike, tj. efekat koji se javlja posle određenog vremena u kome je prikazana statična slika. Fosfor koji se nalazi u svakom plazma ekranu nastavlja da emituje svetlost i nakon prekida bombardovanja fotona iz plazme. Što je fosfor duže izložen ujednačenoj izloženosti fotona, to je podložniji memorijskom efektu i potrebno mu je više vremena da prekine sa emitovanjem svetlosti. U slučaju da plazma ekran duže vremena prikazuje statičnu sliku, obrisi prethodne slike biće jasno vidljivi i nakon njene promene. Drugi navedeni efekat proizilazi iz prvog. Razliku čine posledice koje su u ovom slučaju trajne. Ako plazma ekran prikazuje statičnu sliku nekoliko dana, njeni obrisi neće nestati vremenom i takav ekran će postati trajno neupotrebljiv. Možda se to čini kao pojava koja se ne može dogoditi u realnim uslovima, ali ako se plazma ekran koristi kao kompjuterski monitor, vrlo je realna mogućnost da će npr. Windowsov taskbar uvek biti prikazan na istom mestu što će posle određenog vremena neminovno dovesti do Burn in efekta. Proizvođači su uložili veliki trud i razvili razne tehnologije za prevenciju te pojave, poput pixel orbitera, ali čak i uz njihovu primenu problem je samo ublažen.

Pored tih najvećih mana, plazma ekrani su i veći potrošači električne energije. S obzirom na to da su nešto deblji i teži od ekrana sa tečnim kristalima, nepodesni su za upotrebu u prenosnim uređajima. Tome dodatno doprinosi i problematičnost proizvodnje ekrana manjih dijagonala. Tehnološki proces proizvodnje takođe je dosta složen i zahteva visok stepen vakuuma, dok fosfor i gas koji se nalaze u plazma ekranu vremenom gube svoja svojstva što se negativno odražava na jačinu osvetljaja i ostale karakteristike slike. Doduše, LCD ekrani imaju još kraći vek trajanja, naročito po pitanju pozadinskog osvetljenja.

Složenost procesa proizvodnje ujedno je i ograničavajući ekonomski faktor daljeg povećanja rezolucije plazma ekrana. Proizvodnja ekrana sa 4K ili 8K rezolucijom jeste osvojena, ali je skuplja u odnosu na LCD tehnologije.

Zbog svega navedenog, u budućnosti ćemo sve manje gledati u plazma ekrane. Prva od „tehnologija budućnosti” već agresivno nastupa na tržištu i pokušava da nas ubedi kako je u svemu superiorna. U pitanju je, naravno, OLED.

OLED (Organic Light-Emitting Diode)

OLED tehnologija zasniva se na fenomenu elektroluminescencije – pojave kod koje određena organska jedinjenja emituju svetlost pod uticajem električne energije. Ekran zasnovan na ovoj tehnologiji sastoji se od podloge koja može biti staklena ili od nekog savitljivog materijala, poput plastike. Katode i anoda napravljene su od providnog materijala, a između njih se nalaze slojevi organske materije. U zavisnosti od hemijskog sastava upotrebljene materije emitovana svetlost ima različitu talasnu dužinu, što kao posledicu podrazumeva stvaranje svetlosti različite boje. Kao i kod ostalih tehnologija, i ovde je upotrebljen princip tri osnovne boje čijom kombinacijom se dobijaju ostale boje spektra. Ovaj osnovni princip koristi se u svim vrstama proizvodnog procesa, ali se krajnji proizvodi razlikuju po svojim karakteristikama. Krenimo od najjednostavnijeg.

PMOLED (Passive Matrix OLED) ekrani predstavljaju tehnološki najjednostavniji i najjeftiniji vid upotrebe ove tehnologije. Prefiks označava pasivnu matricu, odnosno princip kontrole piksela u ekranu na takav način da oni nisu kontrolisani individualno, već u grupama. Preciznije, kontrolisane su čitave grupe piksela koje se nalaze u istom redu ili koloni ekrana. Zbog izuzetno velike brzine kojom se taj proces obavlja, stiče se utisak da određeni pikseli konstantno emituju svetlost, iako zapravo više vremena provedu „u mraku”. Odsustvo sopstvenih kondenzatora za svaki pojedinačni piksel koji bi im obezbedili napajanje u slučajevima kada je potrebno da emituju svetlost za negativnu posledicu ima povećanu potrošnju električne energije. Zbog toga su PMOLED ekrani znatno ograničeni po pitanju veličine i rezolucije, jer povećanje broja piksela dodatno multiplicira potrošnju. Njihova glavna prednost u odnosu na složenije OLED tehnologije ogleda se u jednostavnosti proizvodnog procesa i znatno nižoj ceni, a primenu su našli u mnogim uređajima malih dimenzija, poput prenosnih MP3 plejera, ekrana na audio/video opremi i nekim modelima ručnih časovnika.

AMOLED (Active Matrix OLED) je tip ekrana koji se gotovo uvek poistovećuje sa samom OLED tehnologijom. Aktivna matrica u prefiksu podrazumeva princip rada u kome je svaki sub-piksel individualno kontrolisan uz pomoć tranzistora i kondenzatora. To znači da pikselima nije neophodno konstantno napajanje električnom energijom iz izvora napajanja već se ona crpi iz kondenzatora, a što za posledicu ima znatno brži odziv piksela, bolji kontrast i jačinu osvetljaja, kao i znatno nižu ukupnu potrošnju. Negativnu stranu predstavlja znatno složeniji tehnološki proces proizvodnje i viša cena takvih ekrana.

Dalju podelu OLED ekrana moguće je izvršiti prema vrsti organskih materijala koji se koriste u njihovoj proizvodnji i to na tri osnovne podvrste.

SMOLED (Small Molecule OLED) je tip ekrana kod koga se koriste organska jedinjenja čiji su molekuli malih dimenzija (naravno, u poređenju sa drugim molekulima). Ovo je ujedno i najčešći tip ekrana koji su danas u upotrebi. Proizvodni proces je prilično složen i podrazumeva isušivanje organskog materijala u uslovima vakuuma. Glavna ograničenja takvog proizvodnog procesa svode se na maksimalnu veličinu ekrana koja na taj način može biti proizvedena i visoku cenu.

P-OLED (Polymer OLED) je donekle različit tip ekrana. Koristi jedinjenja čiji su molekuli većih dimenzija (otuda i naziv polimer), a što u praksi omogućava prilično različit proizvodni proces. Umesto isušivanja organskih jedinjenja u vakuumu, koristi se tehnologija slična onoj koju koriste ink-džet štampači. Takav proizvodni proces daleko je podesniji za proizvodnju savitljivih ekrana i nije ograničen njegovim dimenzijama. Cena gotovog proizvoda znatno je niža, ali su i karakteristike takvog ekrana lošije. To se posebno odnosi na njegov radni vek koji je višestruko kraći.

PHOLED (Phosphorescent OLED) je tip ekrana koji je još uvek u eksperimentalnoj fazi. Naziv je dobio po fenomenu fosforescencije koji je, iako blizak fluorescenciji koja se koristi kod prethodna dva tipa OLED ekrana, ipak pomalo različit. Za precizno razumevanje razlike ova dva fenomena neophodno je dobro poznavanje kvantne mehanike, ali to nije presudno za razumevanje same tehnologije. Suština bi najjednostavnije mogla da se da se iskaže kroz efikasnost koja kod PHOLED ekrana na kvantnom nivou dostiže gotovo 100 odsto, što znači da se gotovo sva električna energija pretvara u svetlost. Ipak, ni ovaj tip ekrana ne rešava glavni problem OLED tehnologije – radni vek.

Karakteristike trenutno upotrebljenih organskih jedinjenja vrlo brzo degradiraju, što za posledicu ima kraći radni vek OLED ekrana u odnosu na druge tehnologije. Pri tom, veći problem predstavlja neujednačena degradacija jedinjenja koja prikazuju različite boje. Tako je, na primer, radni vek organskog sloja koji je zadužen za reprodukciju zelene boje višestruko duži od onog koji reprodukuje plavu. To vremenom dovodi do nepravilne reprodukcije svih boja spektra koje ostaju uskraćene za plavu nijansu. Na trenutnom stepenu razvoja OLED tehnologije rešenje ovog problema još uvek nije pronađeno, pa se proizvođači služe raznim metodama da bi ublažili taj efekat. Najpopularnija metoda je fizičko povećanje (ili dupliranje) plavih sub-piksela koji emituju svetlost nižeg intenziteta po jedinici površine u odnosu na crvene i zelene sub-piksele, ali je zbog samih dimenzija ukupna količina emitovane svetlosti u konačnom zbiru jednaka.

Od ostalih mana OLED tehnologije izdvojili bismo problem refleksije ambijentalne svetlosti koji je naročito izražen kod prenosnih uređaja, ali su na tom polju već primetna poboljšanja koja ga ublažavaju. Potrošnja električne energije srazmerna je količini svetlosti koju ekrani ovog tipa emituju, pri čemu, naravno, prikaz bele boje troši najviše energije, jer u tom slučaju svi pikseli rade maksimalnim kapacitetom. Image retention efekat takođe je prisutan.

S druge strane, OLED tehnologija pruža dosta mogućnosti koje druge tehnologije ne mogu. Od svih postojećih tehnologija, OLED ekrani su najtanji. Već pomenuti savitljivi ekrani potencijalno imaju širok spektar primene, a pri tom mogu da budu i potpuno prozirni, što ih čini vrlo interesantnim za primenu u automobilskoj i avio-industriji u vidu HUD (Head-Up Display) rešenja. Spektar boja koji su sposobni da prikažu daleko je širi u odnosu na ekrane sa tečnim kristalima, a po dubini crne boje prevazilaze čak i plazma ekrane i pri tom su podjednako brzi.

Quantum dot

Ovaj tip ekrana koristi kvantne tačke i naziva se još i QD ekran. Navedena formulacija je prilično opšta i nedovoljno precizna da bi jasno definisala QD tip ekrana, prvenstveno zbog toga što se kvantne tačke koriste u dve suštinski različite tehnologije za prikaz slike. Pre svega, neophodno je objasniti šta su zapravo kvantne tačke i kako se one koriste u tehnologiji proizvodnje ekrana.

Kvantna tačka je veštački nano kristal izrađen od materijala koji ima svojstva poluprovodnika. Poznata je još i pod nazivom „veštački atom”. Za izradu nano kristala najčešće se upotrebljava jedinjenje sačinjeno od kadmijuma i selena. Pored pomenutih poluprovodničkih karakteristika, ovo jedinjenje odlikuju i fenomeni fotoluminescencije i elektroluminescencije, što znači da je ono sposobno da emituje svetlost bilo pod uticajem drugog izvora svetla, bilo pod uticajem električne energije. Pritom je talasna dužina, odnosno boja emitovane svetlosti direktno povezana sa veličinom same kvantne tačke. Kvantna tačka prečnika dva nanometra emitovaće svetlost talasne dužine od 500 nanometara, što odgovara plavoj boji, dok će ona prečnika šest nanometara emitovati svetlost talasne dužine od 650 nanometara, a to odgovara crvenoj boji. Dakle, kod kvantnih tačaka boja emitovane svetlosti ne zavisi od upotrebljenog materijala, već isključivo od veličine samih čestica zbog čega je moguće veoma precizno odrediti njihove karakteristike tokom procesa proizvodnje. Kvantne tačke su izuzetno malih dimenzija i u proseku su sačinjene od 20 do 50 atoma pomenutog jedinjenja kadmijuma i selena. Otuda i naziv nano kristal, jer u ovu grupu spadaju čestice čije dimenzije ne prelaze 100 nanometara.

U proizvodnji kvantnih tačaka pogodnih za dalju upotrebu koriste se dva procesa. Prvi je tzv. fazno odvajanje, a drugi kontaktna štampa. Kako sam proces nije bitan za temu ovog teksta, nećemo ulaziti u detalje. Važno je napomenuti da je prvi način jednostavniji, ali je ograničen fiksnom veličinom proizvedenih kvantnih tačaka, tako da je finalni proizvod sposoban da emituje svetlost isključivo u jednoj, unapred odabranoj nijansi. Drugi metod je donekle složeniji, ali zato omogućava proizvodnju kvantnih tačaka različitih veličina što automatski podrazumeva i mogućnost emitovanja svetlosti različitih boja. Sam proces je već toliko usavršen da je moguće odštampati niz kvantnih tačaka iste veličine koji je širok samo 25 mikrometara. Prevedeno na kompjuterski poznatiju jedinicu mere, ekran izrađen u ovom proizvodnom procesu može da ima gustinu od 1000 piksela po inču.

A sad da se vratimo na priču sa početka. Naime, svi ekrani koji nose QD oznaku i koji se od nedavno nalaze na tržištu – u suštini to nisu. Ako pokušate da pronađete neke informacije o QD ekranima na internetu, u najvećem broju slučajeva ćete naići na marketinške priče proizvođača u kojima se glorifikuju QD ekrani u odnosu na OLED. Pri tom se tek stidljivo pominje činjenica da je zapravo reč o klasičnim ekranima sa tečnim kristalima kod kojih je umesto standardnog LED ili CCFL (Cold Cathode Fluorescent Light) pozadinskog osvetljenja upotrebljen QLED, odnosno pozadinsko osvetljenje koje je delom sačinjeno od kvantnih tačaka. Jeste tačno da njegova upotreba omogućava „pravu” belu boju, što za posledicu ima verniju reprodukciju ostalih boja spektra, ali je u suštini to i dalje klasičan ekran od tečnih kristala sa svim svojim manama, uključujući malu brzinu odziva i nedovoljno duboku reprodukciju crne boje. Izgleda da je krupnom kapitalu isplativije da i dalje protežira prilično manjkavu tehnologiju i agresivnim marketingom pokuša da spreči omasovljenje OLED tehnologije u preuzimanju tržišnog kolača, nego da se posveti razvoju pravih QD ekrana.

A pravi QD ekran je daleko od pukog pozadinskog osvetljenja. Pomenutom metodom kontaktne štampe dobija se proizvod koji je tehnološki vrlo sličan OLED tehnologiji. Na prozirnu podlogu dodaju se katoda i anoda između kojih se nalazi sloj kvantnih tačaka i aktivne matrice koja ih kontroliše. Pri tom, nije neophodna implementacija više slojeva zaduženih za reprodukciju jedne od tri osnovne boje kao što je to slučaj kod OLED tehnologije, već je veličina kvantnih tačaka (a time i boja koju će reprodukovati) određena njihovom veličinom u samom procesu štampe. Takvi ekrani zadržavaju sve prednosti OLED tehnologije poput savitljivosti, prozirnosti, izuzetno male debljine, a u mnogo čemu ih i prevazilaze. To se pre svega ogleda u njihovoj trajnosti. Pošto se u procesu proizvodnje ne koriste organska jedinjenja, QD ekrani nisu osetljivi na vlagu i oksidaciju. Kvantne tačke različitih veličina nemaju različit vek trajanja, pa ne dolazi do brže degradacije plave boje i narušavanja preciznosti reprodukcije ostalih boja spektra. S obzirom na to da je boja svetlosti koju emituju određena na atomskom nivou, sama reprodukcija osnovnih boja je za 30 do 40 odsto preciznija u odnosu na najbolje OLED ekrane, a što za posledicu ima i višestruko širu ukupnu paletu koju su oni u stanju da prikažu. Teoretski, nema ograničenja po tom pitanju i s razlogom se veruje da će, kada se proizvodni proces dovoljno usavrši, QD ekrani biti sposobni za prikaz potpune palete, odnosno apsolutno svih nijansi spektra.

QD ekrani su u eksperimentalnoj fazi razvoja i još uvek nema najava o eventualnoj tržišnoj premijeri u skorijoj budućnosti. Ipak, na sadašnjem nivou razvoja oni već troše više nego duplo manje energije u odnosu na OLED i do 50 odsto manje u odnosu na najefikasnije ekrane sa tečnim kristalima. Pritom, postižu 50 do 100 puta intenzivniju svetlost u odnosu na druge tehnologije, emitujući pritom 40 hiljada kandela po metru kvadratnom. Njihova brzina odziva meri se mikro sekundama, a životni vek nije ispod 30 hiljada radnih časova. Koliko će vremena još proći pre nego što postanu komercijalno dostupni najviše zavisi od prepreka koje moraju da budu prevaziđene u samom proizvodnom procesu. Iako je u teoriji daleko jednostavniji i jeftiniji u odnosu na OLED, proizvodni proces još uvek nije dovoljno usavršen da bi omogućio preciznu reprodukciju plave boje, a za šta je najveći krivac upravo veličina molekula zaduženog za plavu boju koji mora da bude znatno manji od onih koji emituju svetlost zelene i crvene boje.

• • •

Za kraj nam ostaje samo da poželimo i da se nadamo da će ljudi koji donose odluke u nemilosrdnom korporativnom svetu jednom shvatiti da se ne može zauvek reciklirati prevaziđena tehnologija i da je ponekad potrebno napraviti hrabar zaokret i upustiti se u nepoznate vode. QD ekrani su gotovo na dohvat ruke. Ako neki prototip kojim slučajem pronađe put do redakcije „Sveta kompjutera”, odmah ćemo vam preneti utiske.

Vladimir TRAJKOVIĆ