Перспективные технологии дисплеев. Мониторы По какой технологии изготавливаются плоские мониторы

02.04.2022

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК-дисплей был представлен в 1971 году и тогда он получил горячее одобрение. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании.

Отметим, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.

Насладимся плоским экраном

Современные ЖК мониторы также называют плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами. Идея ЖК мониторов витала в воздухе более 30 лет, но проводившиеся исследования не приводили к приемлемому результату, поэтому ЖК мониторы не завоевали репутации устройств, обеспечивающих хорошее качество изображения. Сейчас они становятся популярными - всем нравится их изящный вид, тонкий стан, компактность, экономичность (15-30 ватт), кроме того, считается, что только обеспеченные и серьезные люди могут позволить себе такую роскошь.

Время идет, цены падают, а ЖК мониторы становятся все лучше и лучше. Теперь они обеспечивают качественное контрастное, яркое, отчетливое изображение. Именно по этой причине пользователи переходят с традиционных ЭЛТ-мониторов на жидкокристаллические. Раньше жидкокристаллические технологии были медленнее, они не были настолько эффективными, и их уровень контрастности был низок. Первые матричные технологии, так называемые пассивные матрицы, вполне неплохо работали с текстовой информацией, но при резкой смене картинки на экране оставались так называемые "призраки". Поэтому такого рода устройства не подходили для просмотра видеофильмов и игр. Сегодня на пассивных матрицах работает большинство черно-белых портативных компьютеров, пейджеры и мобильные телефоны. Так как ЖК технология адресует каждый пиксель отдельно, четкость получаемого текста выше в сравнении с ЭЛТ-монитором. Отметим, что на ЭЛТ-мониторах при плохом сведении лучей пиксели, из которых состоит изображение, размываются.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра.

В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.

Как работает ЖК монитор

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Именно здесь стоит поговорить о разрешении. Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.

Почему именно ЖК?

Жидкокристаллические мониторы обладают совершенно иным стилем. В традиционных электроннолучевых мониторах формообразующим фактором был кинескоп. Его размер и форму нельзя было изменять. В ЖК мониторах кинескопа нет, поэтому можно производить мониторы любой формы.

Сравните 15-дюймовый ЭЛТ-монитор весом 15 кг с жидкокристаллической панелью глубиной (вместе с подставкой) менее 15 см и весом 5-6 кг. Преимущества таких мониторов понятны. Они не такие громоздкие, не имеют проблем с фокусировкой, а их четкость облегчает работу на высоких разрешениях экрана, пусть даже его размер не так велик. Например, даже 17-дюймовый жидкокристаллический монитор прекрасно показывает в разрешении 1280х1024, тогда как даже для 18-дюймовых ЭЛТ-мониторов это предел. К тому же, в отличие от ЭЛТ-мониторов, большинство ЖК - цифровые. Это означает, что графической карте с цифровым выходом не придется производить цифроаналоговые преобразования, какие она производит в случае с ЭЛТ-монитором. Теоретически, это позволяет более тщательно передавать информацию о цвете и о местоположении пикселя. В то же время, если подключать ЖК монитор к стандартному аналоговому VGA выходу, придется проводить аналого-цифровые преобразования (ведь ЖК-панели - это цифровые устройства). При этом могут возникнуть различные нежелательные артефакты. Теперь, когда приняты соответствующие стандарты и все большее количество карт обеспечивается цифровыми выходами, ситуация значительно упростится.

Преимущества ЖК мониторов

ЖК мониторы более экономичные;
У них нет электромагнитного излучения в сравнении c ЭЛТ-мониторами;
Они не мерцают, как ЭЛТ-мониторы;
Они легкие и не такие объемные;
У них большая видимая область экрана.

Среди других отличий:

Разрешение: ЭЛТ-мониторы могут работать на нескольких разрешениях в полноэкранном режиме, когда ЖК монитор может работать только с одним разрешением. Меньшие разрешения возможны лишь при использовании части экрана. Так, например, на мониторе с разрешением 1024х768 при работе в разрешении 640х480 будет задействовано лишь 66% экрана.

Измерение диагонали: размер диагонали видимой области ЖК монитора соответствует размеру его реальной диагонали. В ЭЛТ-мониторах реальная диагональ теряет за рамкой монитора более дюйма.

Сведение лучей: в жидкокристаллических мониторах каждый пиксель включается или выключается отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в отличие от ЭЛТ-мониторов, где требуется безукоризненная работа электронных пушек.

Сигналы: ЭЛТ-мониторы работают на аналоговых сигналах, а ЖК мониторы используют цифровые сигналы.

Отсутствие мерцания: качество изображения на ЖК мониторах выше, а при работе нагрузка на глаза меньше - сказывается ровная плоскость экрана и отсутствие мерцания.

Как выбирать ЖК монитор?

"Внешность обманчива" - это высказывание применимо ко всему, включая и жидкокристаллические мониторы. Большинство неопытных покупателей делают свой выбор под влиянием внешности монитора. При покупке монитора в первую очередь стоит учитывать следующее.

"Мертвые пиксели" - на плоской панели может не работать несколько пикселей. Распознать их нетрудно - они всегда одного цвета. Они возникают в процессе производства и восстановлению не подлежат. Приемлемым считается, когда в мониторе не более трех таких пикселей. В некоторых случаях, такие пиксели могут раздражать - особенно при просмотре фильмов. Поэтому если для вас критично отсутствие мертвых пикселей, перед покупкой конкретного монитора проверьте его.

Угол просмотра - Если вы когда-либо ранее пользовались ноутбуком, вы, вероятнее всего, знаете, что работать за ЖК монитором лучше всего под определенным углом. У некоторых мониторов значение этого угла довольно велико, таким образом вы можете видеть изображение на мониторе даже в тех случаях, когда монитор не находится непосредственно перед вами. Отметим, что некоторые владельцы ноутбуков находят небольшие значения угла полезными - в тех случаях, когда требуется, чтобы ваш сосед не видел, что происходит на экране вашего монитора. Итак, угол в 120 градусов считается неплохим.

Контрастность - сами по себе пиксели не вырабатывают свет, они лишь пропускают свет от подсветки. И темный экран вовсе не означает, что подсветка не работает - просто пиксели блокируют этот свет и не пропускают его сквозь экран. Под контрастностью LCD монитора подразумевается, сколько уровней яркости могут создавать его пикселы. Обычно, контрастность 250:1 считается хорошей.

Яркость - насколько ярким может быть ЖК монитор? По правде сказать, яркость жидкокристаллического дисплея может быть выше яркости электронно-лучевой трубки. Но, как правило, яркость ЖК монитора не превышает 225 кандел на квадратный метр - это сопоставимо с яркостью телевизора.

Размер экрана - как и у ЭЛТ-мониторов, размер ЖК мониторов определяются диагональю. Однако заметим, что у ЖК мониторов нет черной рамочки, какая имеется у ЭЛТ-мониторов. Поэтому экран в 15,1 дюйма на самом деле показывает 15,1 дюйма (обычно это соответствует разрешению 1024х768). ЖК монитор размером 17,1 дюйма будет работать в разрешении 1280х1024.

Как выбирать ЖК монитор?

Существует множество различных производителей ЖК мониторов. Наиболее известны мониторы Viewsonic, Sony, Silicon Graphics, Samsung, Nec, Eizo Nano и Apple. Обычно за такими мониторами сидят крутые ребята. Обратите, ни один современный фильм не обходится без ЖК мониторов - ведь они так привлекательны. Вспомнить, к примеру, последние боевики: Лару Крофт из "Томб Райдера" окружали Sony N50, а в "Рыбе-меч" в компьютерной комнате использовались Silicon Graphics 1600SW. Разве они не выглядят привлекательно?

выглядят хорошо, легко, очень тонкий (всего 1,2 см) - 15"

Толщиной лишь 1,2 см, красивы, дороги, качественная картинка, и вообще, вещь - загляденье - 18"

Viewsonic VP181 - дорогой, имеет входы-выходы для TV, VCD, DBD, кроме того, встроенный колонки - 18";
Apple Cinema Display - отличаются высоким разрешением, имеют большой экран, отличаются дизайном - 22";
Sony M81 - тонкие, но на самом деле выглядят несколько иначе, не так, как на этом рисунке - 18"

SGI 1600SW - отличаются дизайном, превосходными характеристиками, дорогие - 17";
Sony L181 - очень тонкие, очень дорогие, но используют технологию Trinitron - 18";
Eizo Nano - выглядят изящно, дорогие - 18"

При подготовке тестирования ЖК-мониторов с диагональю 19 дюймов мы столкнулись с необычайно высоким интересом к данной теме. Проблема выбора, которая никогда не была легкой, в данном случае усугубляется большим разнообразием моделей, цена которых лежит в широких пределах – от $300 до $800 при сравнимых (на первый взгляд) характеристиках. Для того чтобы понять, чем же они отличаются между собой и какой продукт предпочесть, нам предстоит рассмотреть устройство современного ЖК-дисплея.

Мы не будем подробно останавливаться на базовых принципах функционирования ЖК-матриц, полагая, что большинство наших читателей уже знакомо с ними в достаточной степени. лишь, что в них используется явление поворота жидкими кристаллами плоскости поляризации светового потока. Но технологии и подходы, применяемые различными производителями к решению возникающих при создании мониторов проблем, подчас значительно отличаются.

В наследство от эпохи ЭЛТ-мониторов нам остался аналоговый интерфейс RGB VGA D-sub. Видеоадаптер преобразует данные кадрового буфера из цифрового вида в аналоговый, а электроника ЖК-монитора, со своей стороны, вынуждена выполнять обратное, аналого-цифровое преобразование. Несложно понять, что такие избыточные операции как минимум не улучшают качества изображения, к тому же они требуют дополнительных затрат для своей реализации. Поэтому с повсеместным распространением ЖК-дисплеев интерфейс VGA D-sub не имеет будущего и в скором времени его вытеснит цифровой DVI.

Не стоит думать, что в дешевых мониторах производители намеренно не реализуют поддержку DVI-интерфейса, ограничиваясь лишь VGA D-sub. Просто для этого требуется применение специального TMDS-приемника со стороны монитора, и себестоимость устройства с поддержкой как аналогового, так и цифрового интерфейсов по сравнению с вариантом с единственным аналоговым входом будет выше.

Электроника

Если разобрать корпус современного ЖК-монитора и взглянуть на плату управляющей электроники, поначалу может возникнуть легкое недоумение. В самом деле, даже плата блока питания, расположенная рядом, выглядит гораздо внушительнее!

Функциональную схему блока обработки изображения в ЖК-дисплее простой не назовешь, и лаконичность его платы объясняется иначе: благодаря подходу System-on-a-Chip большинство функций (от аналого-цифрового преобразования RGB-сигнала, его масштабирования, обработки и вплоть до формирования выходных сигналов LVDS) выполняется единственной ИС с высокой степенью интеграции, носящей название Display Engine. Среди производителей мониторов сегодня весьма популярны ИС от ST Microelectronics (семейства ADE3xxx), работающие под управлением 8-битовых микроконтроллеров.

Блок ЖК-матрицы также выглядит довольно простым, и его плата обычно содержит единственную схему управления, так называемый драйвер матрицы, в который интегрированы приемник LVDS и драйверы истоков и затворов, преобразующие видеосигнал в адресацию конкретных пикселов по столбцам и строкам. В целом же доля электронных компонентов в себестоимости монитора, по оценкам экспертов IDC, составляет всего 11% – нетрудно догадаться, что большинство затрат приходится на саму панель TFT LCD.

В блок ЖК-матрицы входит также система ее подсветки, которая, за редкими исключениями, выполнена на газоразрядных лампах с холодным катодом (Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL). Высокое напряжение для них обеспечивает инвертор, размещенный в блоке питания монитора. Лампы обычно располагаются сверху и снизу, их излучение направлено в торец полупрозрачной панели, находящейся сзади за матрицей и выполняющей роль световода. От качества матирования и однородности материала этой панели зависит такая важная характеристика, как равномерность подсветки матрицы.

Современные технологии TFT LCD

Для ЖК-мониторов основным элементом, определяющим качество изображения, является матрица TFT LCD. На сегодняшний день на рынке представлены три конкурирующие между собой базовые технологии ЖК-панелей и некоторое количество их разновидностей. Это Twisted Nematics (TN, раньше добавляли еще и +Film, однако сейчас других просто нет), In-Plane Shutter (IPS, S-IPS) и Vertical Alignment (VA, MVA, PVA). Не затрагивая технических особенностей данных технологий, которые широко обсуждаются на соответствующих технических сайтах в Интернете, остановимся лишь на их практических и рыночных аспектах.

ИС высокой интеграции (Display engine) семейства ADE3xxx от ST Microelectronics (a) под управлением восьмиразрядного микроконтроллера (б) и формирователи выходного сигнала (в) – вот и все устройства на плате управления ЖК-дисплеем

TN. Самый старый и дешевый в производстве тип матриц, для него же характерно минимальное время отклика, что и обусловило его широкое распространение. Большинство 17-дюймовых дисплеев и до 50% 19-дюймовых содержат именно матрицы TN. На этом, пожалуй, достоинства заканчиваются, и начинается длинный список недостатков.

Специфическая, «жесткая» цветопередача, весьма далекая от эталонной (а с появлением «сверхбыстрых» панелей она еще ухудшилась); клиппинг в светлых областях изображения; малые углы обзора, особенно вертикальный; невысокая контрастность. К тому же «битые» пикселы (dead pixels) на таких матрицах пропускают свет, поэтому на экране они будут видны в виде яркой синей, красной или зеленой точки.

Но все же, если вам нужен монитор с минимальным смазыванием движущегося изображения, пока именно TN остается наилучшим выбором. Однако не стоит забывать, что при этом он совершенно не подойдет для работы с графикой.

Узнать такие матрицы довольно легко по потемнению картинки при взгляде снизу и выцветанию, вплоть до инвертирования светлых областей при взгляде сверху.

IPS/S-IPS. Характеристики матриц, выполненных по данной технологии (разработанной компанией Hitachi), являют собой прямую противоположность таковым для TN. IPS имеет впечатляющий список достоинств. Это и отличная цветопередача, и широчайшие углы обзора, и хороший контраст (глубокий черный цвет). Но преуспеванию IPS на рынке мешают ее недостатки: сложность в производстве (как следствие, дороговизна) и большое время реакции матрицы.

IPS может быть идеальным выбором для задач, связанных с обработкой статического изображения. А вот комфортно играть в компьютерные игры, увы, не получится. Кроме того, на рынке до сих пор нет IPS-матриц с технологией overdrive (подробнее о ней ниже), поэтому мониторы с такими матрицами выбирают преимущественно профессионалы в области графики.

Узнать матрицы IPS также легко: если взглянуть под углом на включенный монитор с черной заливкой на экране, то черный цвет будет иметь фиолетовый оттенок.

MVA/PVA. Технология MVA (Multi-domain Vertical Alignment) разработана компанией Fujitsu в качестве компромиссной между IPS и TN. Достоинства таких матриц: отличные углы обзора, неплохая цветопередача, высокая контрастность; однако время отклика по-прежнему не может сравниться с соответствующим показателем у TN.

Samsung производит матрицы PVA (Pattern Vertical Alignment) и S-PVA, которые, грубо говоря, являются усовершенствованными вариантами MVA. Корейской компании удалось значительно улучшить контрастность, вплоть до рекордной 1000:1, а также с помощью технологии overdrive серьезно уменьшить время отклика – теперь на топовых моделях 19-дюймовых мониторов этого производителя вполне можно комфортно играть в динамичные компьютерные игры.

Если обобщить весь опыт тестирования ЖК-мониторов в нашей Тестовой лаборатории, то именно PVA-матрицы на сегодняшний день видятся нам как оптимальный компромисс между малым временем отклика TN и качественной цветопередачей IPS. Поэтому дисплеи, оборудованные такими матрицами, могут в наибольшей степени претендовать на звание универсальных.

Чем определяется качество

После рассмотрения достоинств и недостатков применяемых в ЖК-дисплеях технологий изготовления матриц у вас может возникнуть совершенно закономерный вопрос: если качество изображения на 80% зависит от матрицы, почему же цены на схожие мониторы разных брендов подчас отличаются в несколько раз?

Даже если оставить за рамками качество сборки и материал корпуса, а также конструкцию подставки и возможности настройки параметров изображения, останется такой животрепещущий вопрос, как политика производителя по отношению к «битым» пикселам. Последние представляют собой ячейки, управляющие тонкопленочные транзисторы которых вышли из строя. Обычно это вызвано производственным дефектом, так как сделать идеальную панель большой диагонали с тремя миллионами ячеек совсем не просто, в ходе же эксплуатации монитора новые дефекты появляются редко.

Стандарт ISO 13406-2 определяет четыре класса ЖК-панелей, для каждого из которых допускается наличие определенного количества неработающих ячеек на миллион пикселов. Для массового распространения на данный момент сертифицированы лишь матрицы первого («битые» субпикселы отсутствуют) и второго классов (количество вышедших из строя субпикселов не больше пяти). Однако ввиду непрекращающегося падения цен держать такую планку качества производителям все труднее: слишком много панелей уходит в брак, а работать в убыток в условиях демпинга долго не получится. Поэтому если тенденция к удешевлению ЖК-дисплеев сохранится и в будущем, то совсем не исключено появление на рынке и панелей третьего класса (от 6 до 50 вышедших из строя субпикселов).

Кто-то может спросить: а как же те производители, которые гарантируют, что «битых» пикселов в их мониторах нет? Они что, научились делать ЖК-панели практически без брака? Нет, здесь все гораздо проще. Гарантия на полное отсутствие вышедших из строя субпикселов обычно дается лишь на отдельные модели мониторов (вершины продуктовых линеек) и свидетельствует о применении панелей первого класса. Второй же класс просто устанавливают в более дешевые модели линейки. Кроме того, такую гарантию на свои дисплеи могут безбоязненно давать прежде всего те бренды, которые делают ЖК-панели и для себя, так как при этом они имеют возможность отобрать для собственных устройств самые качественные из них: Samsung, LG и Philips.

Таким образом, на пресловутый вопрос «навіщо платити більше?» применительно к ЖК-мониторам имеется совершенно четкий ответ. Как говорил М. Жванецкий, можно этого и не делать, если вас не интересует результат – в нашем случае качество приобретаемого устройства.

Не все спецификации одинаково полезны

Если взглянуть на страницу спецификаций ЖК-дисплея любого производителя, то список его технических характеристик обычно выглядит весьма внушительно. Для потенциальных покупателей зачастую именно спецификации являются единственным источником информации о продукте, и поэтому в народе довольно популярно сравнение характеристик устройств различных брендов. Тем не менее такой подход к ЖК-мониторам, к сожалению, совершенно неприменим – делать выводы о качестве, сравнивая спецификации, корректно лишь для продуктов одной компании (да и то не всегда).

Такая ситуация с, казалось бы, вполне объективными показателями, изначально призванными вносить ясность, требует дополнительного рассмотрения. Для начала отметим, что, хотя стандарт VESA на измерения параметров плоскопанельных дисплеев определяет их методику однозначно, далеко не все производители ее придерживаются. Более того, когда дело доходит до наиболее критичных с маркетинговой точки зрения пунктов спецификации, с методами и условиями их измерений зачастую начинается самый настоящий бардак.

Попробуем разобраться, какие же из характеристик ЖК-дисплея наиболее важны и стоят того, чтобы при выборе обратить на них внимание.

Блок подсветки (а) состоит из газоразрядных ламп с холодным катодом CCFL (б), полимерного световода (в), рассеивателей и поляризатора (г)

Размер диагонали и разрешение . Если первый параметр очевиден и особых комментариев не требует, то на втором стоит остановиться подробнее. ЭЛТ-дисплеи могут одинаково хорошо работать в широком диапазоне разрешений, так как размер ячейки их теневой маски или апертурной решетки намного меньше пиксела изображения. Однако картинка на ЖК-панели выглядит оптимально в том случае, если видеоадаптер работает в «родном» для ЖК-монитора разрешении (native resolution). Ячейки ЖК-панели по сравнению с ячейками теневой маски довольно велики, и на один пиксел изображения приходится лишь одна RGB-ячейка матрицы. Поэтому для 15-дюймовых дисплеев основным рабочим является разрешение 1024×768, для 17- и 19-дюмовых – 1280×1024. Все прочие режимы будут лишь компромиссами: при установке на видеоадаптере ПК меньшего разрешения изображение масштабируется до нужного размера электроникой дисплея и в результате «замыливается». Если же разрешение видеорежима превышает оптимальное, то большинство мониторов отказывается с ним работать либо опять-таки картинка ухудшается из-за пересчета.

Обратите внимание, что несмотря на два дюйма разницы в размере диагонали, 17- и 19-дюймовые мониторы (в большинстве своем) характеризуются одним и тем же «родным» разрешением. То есть количество информации, которое можно разместить на них, одинаково, выигрыш лишь в большем размере точки для 19-дюймового дисплея. На практике чаще всего оказывается, что значительно приятнее работать именно с последним – за счет увеличенного размера ячеек матрицы (и соответственно, уменьшенного расстояния между ними) изображение, формируемое 19-дюймовым устройством, кажется лучше.

Частота обновления экрана . В эпоху ЭЛТ-мониторов этот параметр был важнейшим для достижения комфортного, немерцающего изображения на дисплее. Но для того чтобы человеческий глаз воспринимал быстро сменяющиеся кадры как движущуюся картинку, достаточно и 30 кадров в секунду (60 при чересстрочном формировании). Необходимость же поднимать частоту «рефреша» до 85, 100 и даже 120 Гц была вызвана тем, что на ЭЛТ-дисплеях изображение формируется построчным сканированием, причем, пока электронный луч «засветит» строку в нижней части экрана, обладающий небольшим временем светимости люминофор в верхней его части уже успевает отдать значительный процент своей энергии, и картинка темнеет – до следующего прохода луча.

Так как в ЖК-дисплеях кадр формируется целиком, и каждая ячейка матрицы – это транзистор с запоминающим конденсатором (storage capacitor), который долго хранит заряд, то никакое мерцание (чередование светлых и темных кадров) не возникает, и необходимой и достаточной частотой обновления является значение в 60 Гц. Именно на него рассчитана электроника ЖК-матрицы, и потому, даже если на видеоадаптере установлена более высокая частота, DSP дисплея будет пропускать лишние кадры, что может привести к рывкам движущегося на экране изображения.

Яркость и контрастность . Максимальная яркость ЖК-панели зависит от мощности ее подсветки и коэффициента пропускания матрицы и фильтров. Контрастность же определяется отношением интенсивности белого цвета к светимости черного цвета. Производители частенько указывают в паспортных данных мониторов значения, которые заявлены для установленных в них панелей, что, строго говоря, не совсем верно, так как электроника и качество сборки дисплея могут оказать существенное влияние на эти величины.

Паспортное значение максимальной яркости в 250 кд/м2 считается вполне достаточным, причем для работы при искусственном освещении хватает реального уровня в 100–120 кд/м2, а бóльшая яркость может понадобиться лишь при ярком солнечном свете.

С контрастностью не все так просто: в идеале чем больше она заявлена (при равной яркости), тем чище черный цвет на мониторе. На практике же иногда бывает так, что при меньшей заявленной контрастности на одном мониторе черный цвет выглядит заметно чище и глубже, чем на другом, в паспорте которого указано более высокое значение: здесь вступают в силу тип, эффективность антибликового покрытия экрана и прочие факторы.

Количество отображаемых цветов . Этот, на первый взгляд, не слишком информативный пункт спецификации подчас может многое сказать об установленной в монитор ЖК-матрице. Дело здесь вот в чем: разрядность большинства «сверхбыстрых» TN-матриц, в изобилии появившихся на рынке за последние несколько лет, составляет менее 8 бит на канал цветности (24 бит RGB), обычно лишь 6 (18 бит RGB), чего без применения специальных средств совершенно недостаточно для формирования всего спектра режима True Color: 28∙28∙28 дает 16 777 216 цветов, а 26∙26∙26 – только 262 144. Для эмуляции недостающих оттенков в управляющую электронику закладываются алгоритмы дизеринга – либо традиционные пространственные (когда варьируются цвета соседних точек), либо временные, когда отображаемый пикселом цвет переключается через каждый кадр; а иногда и различные их сочетания. В итоге глаз удается обмануть, однако качество изображения на такой матрице все же нельзя сравнивать с таковым для полноценной 24-битовой матрицы.

Поэтому еще совсем недавно при установке в монитор матрицы с уменьшенной разрядностью производители в графе «количество цветов» указывали 16,2 млн оттенков, а для полноценной 24-битовой – 16,7 млн. На сегодняшний же день, к сожалению, некоторые компании даже для 18-битовых панелей пишут 16,7 млн оттенков, и потому определить с помощью спецификаций, какая в мониторе матрица, возможным не представляется.

Углы обзора . Данный параметр очень важен для комфортной работы с монитором. Однако он, увы, утратил свою информативность – с тех пор как в спецификациях даже быстрых ЖК-матриц производители начали указывать значения 140–160°. Нет, это не значит, что углы обзора стали лучше, скорее наоборот, немного изменилась методика их измерений.

Исторически граничным углом обзора, вносимым в спецификации, считался такой, при котором контраст падал до 10:1. Как видите, уже тогда при этом совершенно не учитывались возникающие искажения цветопередачи, которые для TN-матриц подчас выражаются в инвертировании цветов. Для «быстрых» же матриц реальные углы обзора еще ýже, чем для обычных. Поэтому в последнее время некоторые производители ни с того ни с сего начали считать граничными углы обзора матрицы при контрасте не 10:1, а всего 5:1, что дает им основания указывать даже для «быстрых» TN-матриц значения выше 140°.

На практике же разница между углами обзора для разных типов матриц, как говорится, небо и земля. Если для «быстрых» TN заметные искажения наблюдаются даже при небольшом отклонении взгляда от угла нормали (иногда при нормальном угле зрения по центру монитора они уже заметны в его углах), то на современные мониторы, оснащенные PVA- и IPS-матрицами, можно смотреть практически под любым углом. Поэтому углы обзора мониторов на матрицах типа TN и MVA/PVA/IPS несравнимы, хотя цифры спецификаций подчас довольно схожи.

Время отклика. Это один из наиболее спорных и неоднозначных параметров современных ЖК-дисплеев. Гонка миллисекунд, которая длится вот уже несколько лет, привела к тому, что многие пользователи, особенно любители компьютерных игр, выбирают для себя монитор, руководствуясь исключительно данной характеристикой. Однако, как мы неоднократно подчеркивали в тестированиях, на практике заявленное низкое время реакции матрицы еще не гарантирует отсутствия смазывания движущегося изображения – более того, нередки случаи, когда, скажем, монитор с паспортным временем реакции 16 мс на поверку оказывается быстрее 12-миллисекундной модели.

Дело, как обычно, в выбранной методике измерения. Еще недавно временем реакции было принято считать суммарное время переключения пиксела с черного цвета на белый (trise) и обратно (tfall), точнее достижения значений яркости 90% и 10% соответственно. Но эта цифра не давала представления о том, как будет вести себя монитор в реальных условиях, и вот почему. При переходе от минимального уровня к максимальному прикладываемое к электродам матрицы напряжение также максимальное; следовательно, воздействие на жидкие кристаллы довольно сильное, что обеспечивает их быструю переориентацию в нужном направлении. Гораздо сложнее осуществить столь же стремительный поворот на небольшой угол (речь идет все же о кристаллах, хоть и «жидких» – их вязкость высока), что соответствует переходам от одного промежуточного состояния к другому (между оттенками серого). Приложенное напряжение будет уже не столь высоким, и время отклика может превысить заявленное в несколько раз – все зависит от типа и конструкции матрицы. В итоге для одной 16-милисекундной модели на экране хорошо видно смазывание, а для другой оно практически не проявляется, и оценить его можно только на глаз либо путем измерения и последующего усреднения длительности всех переходов между различными состояниями ЖК-ячейки (число которых для 8-битовой RGB-матрицы составит 256).

Разгоняем… монитор!

А нельзя ли как-то подогнать неторопливые кристаллы, чтобы ускорить время их поворота при переходе между промежуточными состояниями? Оказывается, можно. Для этого нужно знать их исходное положение (запомнить предыдущий кадр) и точно рассчитать так называемый разгонный импульс напряжения для нового значения пиксела в следующем кадре. Он значительно превышает номинальное для требуемого состояния напряжение, подаваемое после него, и поэтому быстро повернет кристаллы в нужное положение. Данная технология получила название overdrive, и ее корректное воплощение способно снизить время отклика ЖК-ячейки до минимального почти по всему диапазону ее состояний.

Проблема здесь заключается в соблюдении требуемой точности: даже в обычных панелях значения напряжений для формирования 256 состояний находятся в столь узком диапазоне, что управление ими представляет собой настоящее балансирование на острие ножа. Для нормальной же работы форсированной панели точность нужно повысить на порядок, что пока удается отнюдь не всем.

На данном этапе корректная настройка схемы overdrive для панели все еще технически сложная задача, и под силу далеко не всем производителям. В результате при смене состояния ячейки могут стать заметны артефакты – скажем, если оптимальное значение разгонного импульса будет превышено и кристаллы повернутся на больший, чем нужно, угол, через ячейку на какое-то время пройдет больше света. Визуально для движущегося на сером фоне черного объекта это выразится в светлой кайме вместо привычных смазанных фронтов, хотя, повторим, при корректно реализованной технологии такие артефакты появляться не должны.

Чтобы подчеркнуть преимущества мониторов, оборудованных панелями с технологией overdrive, производители выбрали другую методику измерения времени отклика. Если раньше это была сумма временных затрат на переключение ячейки из черного в белый и обратно, то теперь часто указывают усредненное время переключения из одного оттенка серого в другой (Gray-to-Gray, GTG). Однако легко заметить, что в последнем варианте измерения одним переключением меньше, поэтому в результате даже без применения overdrive получается более красивая цифра. Ну а этим быстро воспользовались маркетинговые отделы тех компаний, которые еще даже не воплотили поддержку overdrive в своих матрицах…

Одним словом, заявленное в спецификации время отклика, к сожалению, имеет мало общего со степенью смазывания движущегося изображения в реальных задачах. Для объективной же оценки данного параметра необходимо проводить большое количество измерений, да еще учитывая при этом, что пользовательские настройки монитора, о которых пойдет речь ниже, могут вносить в них существенные коррективы.

Настройка ЖК-монитора

Из всех параметров ЖК-дисплея, которые пользователь может подстраивать, как важнейшие мы выделим яркость, контраст, гамму и цветовую температуру. Следующее утверждение на первый взгляд может показаться нелепым, однако это горькая правда: при установке для них значений, отличных от заводских (точнее, оптимальных для данной ЖК-матрицы), велика вероятность заметного ухудшения цветопередачи. Единственным исключением здесь будет лишь регулировка яркости ламп подсветки, хотя она встречается не у всех моделей.

Если вспомнить устройство и принцип работы ЖК-монитора, то понять, почему так происходит, будет несложно. Без изменения яркости и спектра излучения ламп подсветки (первое возможно, а вот второе – нет) единственный способ реализации всех подобных настроек – подмешивание к видеосигналу, подаваемому на матрицу, некоторой постоянной составляющей. А это приведет к сужению рабочего диапазона значений ячеек матрицы и, как следствие, к уменьшению количества отображаемых цветов (которое даже для лучших панелей и так относительно невелико).

Убедиться же в этом на практике еще проще: достаточно загрузить популярную программу TFTtest.exe и вывести на экран монохромную градиентную заливку (либо нарисовать ее в любом растровом графическом редакторе), а потом поменять значения упомянутых настроек и понаблюдать за появляющимися искажениями, которые выражаются в виде ступенек и/или цветных разводов на градиенте.

Выполнить полный сброс установок.
Вывести на экран плавную монохромную градиентную заливку.
Отрегулировать яркость, контраст, гамму и цветовую температуру таким образом, чтобы на градиенте не наблюдались полосы, ступеньки и цветовые аномалии.
В дальнейшем из всех настроек монитора корректировать лишь яркость подсветки, если есть такая возможность, так как она не влияет на качество цветопередачи.
Все остальные параметры настраивать с помощью драйверов видеоадаптера либо аппаратного калибратора.

ЖК-мониторы: светлое будущее?

Рыночные перспективы этих устройств не вызывают сомнений, так как наблюдаемый высокий спрос на них однозначно свидетельствует: пользователи сделали свой выбор и жаждут поскорее сменить на своих столах громоздкие ЭЛТ-устройства на компактные и изящные ЖК-мониторы, забывая при этом о недостатках ЖК-технологии. К сожалению, ценовые и маркетинговые войны, развязываемые производителями, приводят к ухудшению ряда важнейших для качества изображения параметров на фоне улучшения лишь двух – времени реакции и стоимости. Особенно данная тенденция заметна для mainstream-дисплеев – 17- и 19-дюймовых устройств с панелями на базе технологии TN.

Таким образом, прогнозы скорой смерти матриц типа TN оказались, мягко говоря, несколько преувеличенными: раз большинство пользователей вполне устраивает такое качество изображения, то и необходимости его улучшать на сегодняшний день попросту нет. Для требовательных же покупателей, готовых платить за качество, остаются дисплеи на матрицах PVA и IPS больших диагоналей (19 дюймов и более). И до тех пор пока их время отклика и цена не сравняются с таковыми для TN-матриц (что маловероятно), господство последних на рынке не подлежит сомнению.

В настоящее время существует большое количество типов или видов мониторов , имеющих отличия в технологии изготовления экрана, и как следствие, качество воспроизведения изображения и применения в различных областях деятельности. Перечислим основные виды мониторов и дадим краткую характеристику:

Электронно‐лучевые мониторы. Исторически самые первые. Состоят из вакуумной электронной трубки, в которой пучки электронов, с помощью магнитной системы отклонения, формируются и управляются. Эти пучки электронов бомбардируют слой люминофора на котором проецируется изображение, возникает свечение и, в результате, возникает изображение. Поскольку данные мониторы практически вытеснены повсеместно, более детально их рассматривать не будем.

Основные недостатки данных мониторов:

⁃Большие габариты, связанные с принципиальным устройством электронно‐лучевой трубки.

⁃Большая масса, связанная с первой характеристикой.

⁃Искажения изображения на переферии монитора, связанные с физическим устройством электронно‐ лучевой трубки и принципиальной невозможностью производства плоских мониторов по этой технологии.

⁃Конструктивная необходимость использования высокого напряжения, до 50 кВольт, что влияет не лучшим образм на энергосберегающие характеристики, а также безопасность.

Жидкокристаллические мониторы или LCD по‐английски. Эффект изменения положения молекулы жидкого кристалла под действием напряжения был известен давно. Практический эффект был получен ещё в начале 60‐х годов прошлого века. Тогда впервые появились миниатюрные дисплеи в наручных часах, калькуляторах, различных индикаторах. С течением времени технология совершенствовалась, хорошим толчком послужило появление ноутбуков и других портативных компьютеров.

Применение данной технологии в производстве мониторов позволило решить полностью проблемы, которые были у их предшественников, электронно‐лучевых мониторов. Габариты значительно уменьшились, в десятки раз. Теперь нет необходимости специально выделять большое место под монитор. В связи с этим значительно уменьшился вес самого монитора. Теперь по массе он сопоставим с ноутбуком. Естественно, это касается не очень больших мониторов. Искажения, характерные для электронно‐лучевых мониторов, исчезли, поскольку экран жидкокристаллической матрицы действительно плоский.

Однако, жидкокристаллическим мониторам присущи свои недостатки, которые фирмы‐производители пытаются преодолеть, внедряя новые технологии. К таким недостаткам относятся более низкая контрастность и насыщенность цвета изображения. Время отклика матрицы(появилась новая характеристика для LCD) на первых порах была большой, это приводило к тому, что динамические сцены показывались с артефактами изображения. Связано это с инерционностью переключения состояния жидких кристаллов. Малые углы обзора, когда одна и таже картинка, если смотреть сбоку, сверху или снизу начинает искажать или инвертировать цвета.

Для преодоления этих недостатков фирмы‐производители начали совершенствовать технологию жидкокристаллических матриц, что привело к созданию следующих типов мониторов, различающихся по технологии изготовления матрицы:

⁃TN+film(Twisted Nematic или скрученные нематически), исторически первые жидкокристаллические матрицы, в которой кристаллы выстроены друг за другом, но расположены относительно плоскости дисплея или взгляда по спирали. При подаче напряжения эта спираль «скручивается» на величину, зависящую от напряжения. Пиксел окрашивается в тот или иной цвет.

⁃S‐IPS, разработка фирмы Hitachi, кристаллы закручены не в спираль, а выстроены друг за другом параллельно. Это позволяет получить более качественные цвета, но время отклика увеличивается, так как нужно больше времени на поворот всего массива кристаллов.

⁃MVA/PVA, компания Fujitsu разработала очередную технологию, устраняющую недостатки цветопередачи технологии TN и уменьшающее время отклика по сравнению с технологией S‐IPS. Для этого пришлось существенно усложнить строение и матрицы, и фильтров‐поляризатров. Фирма Samsung разработала собственную технологию PVA, чтобы не платить лицензионные сборы. Технологии эти похожи, а отличие в большей контрастности изображения.

⁃PLS, технология разработанная фирмой Samsung, позиционируется в способности дать более контрастное изображение по сравнению с технологией S‐IPS, и дешевле на 10% по сравнению с ней. Технология изготовления и устройства матрицы неизвестна. До недавнего времени данный тип матриц использовался в мобильных устройствах.

Плазменные мониторы или PDP по‐английски. Используется эффект свечения инертных газов под высоким напряжением. Данная технология избавлена от недостатков, присущих жидкокристаллическим матрицам. Яркость и контрастность картинки на высоте, и поскольку элементы матрицы получаются достаточно большими, что влияет на разрешающую способность не лучшим образом, это практически не видно. Изображение динамических сцен также передаются без искажений. Углы обзора большие, картинку видно без потери цвета с любого направления. Толщина экрана стала ещё меньше, по сравнению с жидкокристаллическими мониторами.

OLED‐мониторы или мониторы с матрицей из органических светодиодов. Являются приемниками жидкокристаллических мониторов. К преимуществам относятся чрезвычайно низкое энергопотребление, так как данные светодиоды светятся сами по себе. Нет нужды в лампе подсветки. Чрезвычайно высокая контрастность, высокое быстродействие, время отклика измеряется в микросекундах, в отличие от миллисекунд в жидкокристаллических мониторах. Глубина OLED‐монитора ещё тоньше, чем у плазменных мониторов. А углы обзора состовляют 180 градусов, так как мы смотрим на сами светодиоды, а не на фильтры, как у жидкокристаллических мониторов.

Несмотря на такие выдающиеся характеристики есть и недостатки. Это недолговечность OLED‐матрицы при дороговизне подобных мониторов является решающим фактором низкого спроса на них. А это влияет на скорость внедрения разработок, ведь фирмы несут убытки. Зачем тратить большие ресурсы на убыточное дело?

Но несмотря на это, разработчики не оставляют попытки решить указанные проблемы, так как OLED‐технология позволяет делать фантастические вещи: сворачивать экран в трубочку, создавать прозрачные табло, использовать в широком диапозоне температур и т.д. Для любителей подобных вещей продаются OLED‐мониторы, стоимостью порядка 8000$, с диагональю экрана около 60 см.

На сегодняшний день это самые распространённые виды мониторов , за исключением самого первого и последнего в нашем списке. Времена первого уже прошли, а у последнего еще всё впереди. Рассмотрим более детально технологии изготовления матриц мониторов.

Основные недостатки данных мониторов:

Большие габариты, связанные с принципиальным устройством электронно‐лучевой трубки.

Большая масса, связанная с первой характеристикой.

Искажения изображения на переферии монитора, связанные с физическим устройством электронно‐лучевой трубки и принципиальной невозможностью производства плоских мониторов по этой технологии.

Конструктивная необходимость использования высокого напряжения, до 50 кВольт, что влияет не лучшим образм на энергосберегающие характеристики, а также безопасность.

Исторически первые жидкокристаллические матрицы, в которой кристаллы выстроены друг за другом, но расположены относительно плоскости дисплея или взгляда по спирали. При подаче напряжения эта спираль «скручивается» на величину, зависящую от напряжения. Пиксел окрашивается в тот или иной цвет.

Разработка фирмы Hitachi, кристаллы закручены не в спираль, а выстроены друг за другом параллельно. Это позволяет получить более качественные цвета, но время отклика увеличивается, так как нужно больше времени на поворот всего массива кристаллов.

Компания Fujitsu разработала очередную технологию, устраняющую недостатки цветопередачи технологии TN и уменьшающее время отклика по сравнению с технологией S‐IPS. Для этого пришлось существенно усложнить строение и матрицы, и фильтров‐поляризатров. Фирма Samsung разработала собственную технологию PVA, чтобы не платить лицензионные сборы. Технологии эти похожи, а отличие в большей контрастности изображения.

Технология разработанная фирмой Samsung, позиционируется в способности дать более контрастное изображение по сравнению с технологией S‐IPS, и дешевле на 10% по сравнению с ней. Технология изготовления и устройства матрицы неизвестна. До недавнего времени данный тип матриц использовался в мобильных устройствах.

по‐английски. Используется эффект свечения инертных газов под высоким напряжением. Данная технология избавлена от недостатков, присущих жидкокристаллическим матрицам. Яркость и контрастность картинки на высоте, и поскольку элементы матрицы получаются достаточно большими, что влияет на разрешающую способность не лучшим образом, это практически не видно. Изображение динамических сцен также передаются без искажений. Углы обзора большие, картинку видно без потери цвета с любого направления. Толщина экрана стала ещё меньше, по сравнению с жидкокристаллическими мониторами.

или мониторы с матрицей из органических светодиодов. Являются приемниками жидкокристаллических мониторов. К преимуществам относятся чрезвычайно низкое энергопотребление, так как данные светодиоды светятся сами по себе. Нет нужды в лампе подсветки. Чрезвычайно высокая контрастность, высокое быстродействие, время отклика измеряется в микросекундах, в отличие от миллисекунд в жидкокристаллических мониторах. Глубина OLED‐монитора ещё тоньше, чем у плазменных мониторов. А углы обзора состовляют 180 градусов, так как мы смотрим на сами светодиоды, а не на фильтры, как у жидкокристаллических мониторов.

На сегодняшний день это самые распространённые виды мониторов, за исключением самого первого и последнего в нашем списке. Времена первого уже прошли, а у последнего еще всё впереди. Рассмотрим более детально технологии изготовления матриц мониторов.

Технологии изготовления матриц.

Жидкокристаллическая матрица TN+film состоит из следующих элементов:

Пиксель в жидкокристаллической матрице формируется из 3 ячеек или точек синего, красного и зелёного цветов. Включая и выключая эти точки, комбинируя эти состояния, получают тот или иной цвет. Управление матрицей происходит по‐пиксельно. Здесь кроется большой недостаток данных пассивных матриц: пока сигнал дойдёт до последних пикселей, яркость первых, вследствие потери заряда уменьшится. Да и строить матрицы с большой диагональю по подобной технологии также нецелесообразно. Потребуется увеличить напряжение, что приведёт к росту помех.

Для преодоления этих препятствий была разработана технология TFT(Thin Film Transistor) или тонкоплёночный транзистор. Поскольку транзистор это активный элемент, соответственно, матрицы стали активными. Применение таких транзисторов позволило управлять каждым пикселом отдельно, что позволило значительно увеличить время реакции и производить жидкокристаллические матрицы больших размеров.

В каждой ячейке того или иного цвета, входящей в состав пикселя, расположены молекулы жидких кристаллов. В технологии TN+film они выстроены друг за другом, но развёрнуты относительно друг друга по‐спирали таким образом, что крайние молекулы развёрнуты относительно друг друга на 90 градусов. Данные молекулы расположены в специальных бороздках, которые и создают такое расположение на стеклянной подложке.

К концам данной спирали подсоединены электроды, к которым подаётся напряжение, управляющее пикселом. В ответ на это, в зависимости от напряжения, спираль начинает сжиматься. Таким образом при отсутствии напряжения свет проходит через первый фильтр‐поляризатор, затем молекулы жидкого кристалла разворачивают свет на 90 градусов, чтобы он был в одной плоскости со 2 фильтром и прошёл сквозь него. Таким образом получаем белый пиксель.

Если будет подано максимальное напряжение, молекулы кристалла займут такое положение, при котором свет будет поглощён полностью вторым фильтром‐поляризатором. Соответственно пиксель окрасится в чёрный цвет. При вариациях поданного напряжения, свет будет частично поглащаться поляризатором из‐за расположения кристаллов. Пиксель будет окрашен в серые оттенки, что означает свет будет частью проходить, а частью поглощаться.

Поскольку матрица, изготовленная по этой технологии обладают малыми углами обзора, применили специальную плёнку, накладываемую сверху и раширяющую обзор. Получилась технология TN+film, у которой при смене угла обзора интенсивность цвета меняется не так резко. Данная технология применяется и сейчас, поскольку она самая дешёвая. Но для работы с графикой она не подходит.

высокое быстродействие матрицы;

низкая стоимость;

Недостатки технологии:

малые углы обзора;

малая контрастность;

качество цветопередачи;

Технология S‐IPS основана на тех же принципах, отличие состоит в том, что молекулы выстраиваются друг за другом параллельно, а не скручиваясь в спираль, как в технологии TN+film. Электроды расположены на нижней подложке. При отсутствии напряжения свет не проходит через 2 поляризационный фильтр, плоскость поляризации которого расположена под углом 90 градусов. Таким образом получается насыщенный чёрный цвет. Углы обзора матриц, выполненных по этой технологии, составляют до 170 градусов по горизонтали и вертикали, что очень выгодно отличает данные мониторы от предыдущих.

большие углы обзора по горизонтали и вертикали;

высокая контрастность;

Недостатки технологии;

большое время отклика, так как надо развернуть молекулы на больший угол;

более мощные лампы для подсветки панели;

необходимы более мощные напряжения для разворота молекул, так как электроды в одной плоскости;

высокая стоимость;

Исходя из характеристик матриц, выполненных по данной технологии, применять их лучше всего в дизайнерских задачах, там где не требуется высокое быстродействие динамичных сцен, но требуется качественная цветопередача.

Компромиссом между высокой цветопередачей технологии S‐PS и быстродействием TN+film, стала технология MVA. Суть данной технологии состоит в том, что молекулы распологаются параллельно друг другу, а по отношению ко 2 фильтру по углом 90 градусов. Второй фильтр имеет сложное строение, он состоит из треугольников, к боковым сторонам которым и развёрнуты молекулы кристаллов таким образом. Попадая на второй фильтр через молекулы, свет поляризуется на 90 градусов(работа молекул кристалла) и поглощается 2 фильтром, который такой свет не пропускает. В результате получаем чёрный свет.

Подавая напряжение, молекулы начинают поворачиваться и тем самым направляя свет на 2 фильтр уже под углом, отличным от 90 градусов. В результате свет начинает проходить сквозь 2 фильтр с интенсивностью пропорциональной приложенному напряжению. Данная технология вольно или невольно делит экран на 2 части, по направленности молекул к 2 фильтру, получается то, что находясь по отношению к экрану со стороны, для нас молекулы кристаллов другой стороны не действуют. Мы видим только ту зону, которая ближе к нам и которая цвет не искажает. Применение подобной технологии значительно усложняет строение фильтров‐поляризаторов и самих матриц, так как каждую точку экрана дублируют с 2 зон.

Фирма Samsung не пожелала платить за лицензию и разработала свою технологию PVA, очень похожую на MVA, и имеющую ещё большую контрастность. Поэтому зачастую в характеристиках мониторов указывается MVA/PVA.

большие углы обзора;

хорошая цветопередача и контрастность;

Недостатки технологии:

сложность изготоления матрицы;

время отклика больше, чем матриц технологии TN+film

На этом обзор технологий жидкокристаллических матриц завершаем. Что касается сравнительно недавно ананосированной фирмой Samsung технологии PLS(Plane‐to‐Line Switching), то она скорей всего развитие технологии S‐IPS. Во вском случае сторонние эксперты изучив матрицы PLS и S‐IPS под микроскопом, отличий не выявили. Более того Samsung выдвинула иск против LG, в котором утверждала, что используемая LG технология AH‐IPS, является модификацией PLS, что косвенно подтверждает вышесказанное.

Плазменные мониторы в настоящее время получили широкое распространение благодаря тому, что подешевела технология производства. Производятся мониторы с большой диагональю, поскольку производить с малой диагональю технологически затруднительно. Поэтому и цены на них могут быть больше, чем на широкоэкранные.

Матрица плазменного монитора состоит из ячеек, на стенки которой нанесено покрытие из фосфора, а сами ячейки заполнены инертным газом: неоном или ксеноном. При подаче напряжения на ячейку происходит разряд, инертный газ начинает испускать фотоны, которые в свою очередь бомбардируют фосфорное покрытие ячейки. Фосфор в свою очередь начинает испускать фотоны света. Всем известно, как фосфор люминесцирует даже при дневном свете.

Ячейки плазменной матрицы имеют 3 цвета: красный, зелёный, синий, и в таком составе образуют пиксель. Соответственно, подавая напряжения разной интенсивности и комбинируя цвета, получают на данный момент тот цвет, который необходим. Принцип такой же, как и у жидкокристаллических матриц, просто вместо кристаллов используется ячейки с инертным газом. Причём, каждая ячейка пикселя управляется отдельно, что самым лучшим образом сказывается на цветопередаче и контрастности.

В целом экран плазменной матрицы состоит из 2 стёкол, наружного и внутреннего, между которыми располагаются 2 слоя диэлектрика с электродами. Один слой диэлектрика примыкает к внешнему стеклу. В этот диэлектрик встроены питающие электроды или электроды экрана. После слоя диэлектрика идёт тонкий слой оксида магния или защитный слой. А затем сам слой с ячейками инертного газа.

Со стороны внутреннего стекла также есть слой диэлектрика в который встроены электроды, которые называются адресными или управляющими. Таким образом, при подаче напряжения между питающим и адресным электродом и возникает газоразрядный ток, который приводит к испусканию фотонов в отдельной ячейке и всей плазменной панели в целом, согласно необходимому сюжету.

Как видно из этого описания, технология матрицы плазменных мониторов несколько проще, чем жидкокристаллических. Рассмотрим теперь плюсы и минусы данной технологии.

большие углы обзора;

бесподобное качество цветопередачи и контрастности, насыщенность передаваемого цвета;

абсолютно плоский экран и его малая толщина;

небольшое время регенерации изображения;

У всякой технологии есть какой‐либо предел, поэтому свои

повышенное энергопотребление, поскольку используется газоразрядный эффект;

большой размер пиксела, что влияет на разрешающую способность картинки с мелкими деталями;

ресурс плазменных панелей ниже, чем жидкокристаллических;

панели с малой диагональю дороже аналогичных жидкокристаллических;

OLED‐матрица состоит из органических светодиодов. Светодиод состоит из катода и анода, между которыми находится органическое вещество. При прохождении электрического тока катод испускает электроны, а анод—положительные ионы. Электрическое поле направляет эти частицы навстречу друг другу и рекомбинируя друг с другом они испускают свет. Анод, выполненный изоксида индия с добавками олова пропускает свет в видимом диапозоне.

Для создания цветных OLED‐дисплеев были подобраны вещества, которые могут излучать свет разной длины волны, и соответственно, цвета. Светодиоды синего, красного и зелёного цвета образуют ячейку матрицы. Данная ячейка управляется путём подачи к ней напряжения. Контроллер матрицы на большой скорости последовательно подаёт управляющее напряжение, как в строчной развёртке электронно‐лучевой трубки. За счёт этого человеческий глаз не успевает почувствовать разницу цвета, когда ячейка получила импульс, а когда он перестал воздействовать на ячейку. Такая OLED‐матрица является пассивной.

Есть и активные OLED‐матрицы, где каждой ячейкой управляет свой транзистор, и все диоды загораются практически одновременно. Такая матрица дороже пассивной, из‐за сложности производства.

Возможности OLED‐технологии удивительны. Так, например, прозрачным можно сделать не только анод, но и катод. В этом случае дисплей будет полностью прозрачным, а на восприятии картинки за счёт яркости свечения светодиодов, это не отразится. Или же вместо подложки из стекла, использовать гибкий материал. В этом случае экран можно сворачивать в трубочку.

Массовое производство OLED‐мониторов пока наблюдать не приходится в связи с большой ценой. Да и производить дисплеи с большими диагоналями трудней. Тем не менее, фирмы не останавливаются в своих оисследованиях. Не так давно фирма Samsung анонсировала монитор с диагональю 55 дюймов, поэтому проблемы, возникающие в технологии изготовления OLED‐матриц преодолеваются.

углы обзора самые большие по сравнению с другими технологиями;

самая высокая контрастность среди существующих технологий;

время отклика измеряется в микросекундах, а у жидкокристаллических матриц в миллисекундах;

отсутствие лампы подсветки, значит, энергопотребление ниже;

толщина экрана ёщё меньше;

могут использоваться в широком диапозоне температур;

время жизни органических светодиодов;

необходимость тщательной герметизации матрицы от влаги;

дороговизна;

Перспективы развития разных технологий создания дисплеев.

На данном этапе наблюдается интересная картина: существует несколько технологий изготовления матриц дисплеев и все они активно развиваются, избавляются от недостатков. При всём при этом, нет жёсткого противостояния между изделиями, изготовленными по разным технологиям.

Если вам нужен большой экран, то выбираем плазменную матрицу, если меньше, соответственно жидкокристаллическую. Необходимо решать дизайнерские задачи? Выбираете жидкокристаллический дисплей, изготовленный по технологии S‐IPS. Нужна картинка с более‐менее высокой чёткостью и малым временем отклика? Выбираем технологию MVA/PVA. Не хочется платить большие деньги? Тогда выбираем TN+film. Хочется чего‐то этакого? Вот на подходе и уже выпускаются OLED‐мониторы, правда за большие деньги.

Поскольку каждая технология по сути нашла свою нишу, соответственно есть на неё спрос и она будет развиваться дальше, избавляясь от недостатков. Но как только какая‐либо из них окажется по технологическим и потребительским характеристикам аналогична или превзойдёт другую, соответственно она вытеснит конкурента.

Новейшая технология OLED очень перспективна, она может вытеснить плазменные дисплеи и потеснить жидкокристаллические, но не раньше, чем решится вопрос с увеличением времени жизни органического светодиода и удешевления технологии.

Жидкокристаллические мониторы сейчас самые дешёвые и они тоже избавляются от своих недостатков, но они по определению не могут превзойти плазменные мониторы по качеству красок, углов обзора, толщине экрана, времени отклика и величине диагонали.

Соответственно плазменные мониторы не могут заменить остальные в классе средних и малых мониторов, и, соответственно, в степени детализации изображения. Мелкие детали, да ещё на небольшом мониторе будут выглядеть некачественно.

Поэтому работы над улучшением характеристик матриц, изготовленных по разным технологиям ведутся непрерывно, но о решающем превосходстве какой‐либо технологии говорить не приходится. Превосходя в одних характеристиках, каждая из них, уступают соперникам в других. Поэтому вывод один: все эти технологии будут развиваться, а следовательно все они перспективны.

Мы рассмотрели какие существуют виды мониторов в настоящее время и устройство их матриц. В следующих статьях мы продолжим обзор технических характерисик мониторов.

Существуют всего две массовые технологии изготовления дисплеев для телефонов: экраны на основе LCD , то есть жидких кристаллов, и на основе OLED - органических люминесцентных технологий. Дисплеи на жидких кристаллах пока наиболее распространены, но развитие и внедрение более современной технологии OLED идет неимоверно быстрыми темпами! Еще есть технология E-ink — такие дисплеи теоретически могут быть использованы в мобильных телефонах и прочей «мелкой» технике, однако расходы на их производство пока что довольно велики, да и недостатки имеются.

Жидкие кристаллы LCD

Устройства с жидкокристаллическими экранами - LCD (liquid cristal display) - сегодня можно увидеть повсюду: компьютерные дисплеи (плоские панели), телевизоры, карманные компьютеры. И, разумеется, мобильники. Практически все продающиеся сегодня телефоны оснащены ЖК-экранами: монохромными (янтарными, серо-зелеными) или цветными.

Что это за кристаллы? Они, как и твердые кристаллические вещества, например, соль, обладают строго определенной структурой - кристаллической решеткой - и прозрачны для света. Но, в отличие от обычных кристаллов, жидкие могут изменять структуру под внешним воздействием (электрического тока или температуры), закручиваться, становясь при этом непрозрачными. Темные элементы на экране - это участки ЖК-покрытия, на которые подан ток. Управляя током, можно создавать на экране надписи или картинки и так же легко добиваться того, чтобы они исчезали.

Жидкие кристаллы открыл австрийский ботаник Рейницер еще в 1888 году. И лишь в 1963 году ученые обнаружили, что в нормальном состоянии такие кристаллы пропускают свет, но могут менять свою структуру и отражать или поглощать свет под воздействием электротока. Это открытие через 10 лет позволило создать первый ЖК-экран, который появился на рынке в 1973 году в калькуляторах Sharp.

С тех пор ученые создали еще несколько технологий отображения информации, в основе которых лежит использование жидких кристаллов. Заметим только, что практически все сегодняшние LCD-дисплеи можно разделить на те, где кристаллы отражают/поглощают внешний свет, и те, где кристаллы преобразуют (поляризуют) свет, который идет от встроенного в телефон источника. Последние сейчас используются повсеместно, т. к. они способны обеспечить в общем-то приемлемое качество изображения да и диапазон отображаемых оттенков цвета у них не столь уж мал.

Вам наверняка приходилось встречаться с аббревиатурой STN (super twisted nematic - структура со сверхбольшим искажением), в таких дисплеях кристаллы способны «закручиваться» особенно сильно, что обеспечивает черно-белой или цветной картинке на экране повышенную контрастность. В STN степень «закручивания» очень велика - до 140 процентов! Такие экраны стоят во многих современных телефонах.

В ЖК-дисплеях для управления может использоваться активная или пассивная матрица. Пассивная матрица образована наложением слоев горизонтальных и вертикальных контактных полос. Если подать ток на вертикальную и горизонтальную полоску, задавая координаты, как в игре «Морской бой», то там, где эти полоски скрещиваются, кристаллы изменят структуру, и в соответствующем месте экрана можно будет видеть точку. В зависимости от силы тока кристаллы поворачиваются (искажаются) в большей или меньшей степени, пропуская, соответственно, больше или меньше света. В цветных дисплеях они еще и поляризуют свет. При поляризации из белого света электролюминесцентной лампы задней подсветки в нужных пропорциях «вырезаются» те или иные цветные составляющие, что в итоге и определяет цвет точки экрана. Кстати, именно эффект поляризации света приводит к тому, что на поверхности компакт-диска можно наблюдать радужные разводы. Отметим, что одним из основных недостатков таких экранов является их низкое быстродействие - для статичных картинок это значения не имеет, но картинки динамические, например, анимированные заставки или игрушки, на таких дисплеях смотрятся неказисто. Пример пассивной матрицы - экран, установленный в аппаратах Nokia 7210/6610.

Активные матрицы

Активные матрицы - это другой способ управления жидкими кристаллами. Активные матрицы обозначают аббревиатурой TFT (Thin Film Transistors) или AM (Active Matrix). Под поверхностью экрана на их основе - слой мельчайших транзисторов, полупроводников, каждый из которых управляет одной точкой экрана. В цветном дисплее телефона их количество может достигать нескольких десятков (а то и сотен) тысяч. Такой способ управления позволяет ускорить работу дисплея в несколько раз, хотя для воспроизведения видеоролика и этот способ не слишком эффективен, изображение может быть слегка «размытым», поскольку сами кристаллы не будут успевать поворачи-ваться с нужной быстротой.

Случается, что транзистор выходит из строя. Подобный дефект легко заметить невооруженным взглядом - точка экрана постоянно светится яркой «звездой» на фоне других или не светится вообще. Поэтому при покупке мобилки не поленитесь включить ее и внимательно присмотритесь к дисплею и, если заметите «битые» элементы, вовремя поменяйте аппарат.

Своим путем идут разработчики Samsung - в прошлом году компания представила ЖК-дисплеи, выполненные по собственной технологии UFB (Ultra Fine and Bright). За этой аббревиатурой скрывается экран, обладающий повышенной яркостью и контрастностью, при этом потребляемая мощность снижена по сравнению с традиционными ЖКИ. Вдобавок производство нового дисплея, по заверению разработчиков, обходится дешевле. Интересно, что удалось пробить барьер в 65 тысяч цветов, начиная с 2003 года в серию идут уже экранчики на 260 тысяч.

Органические дисплеи OLED

Брешь в засилье ЖК-дисплеев пробила новая технология OLED (Organic Light Emitting Diodes) - электролюминесцентные дисплеи на органических светоизлучающих полупроводниках. Главное отличие - не нужны лампы подсветки, в новых дисплеях светятся непосредственно элементы поверхности. И светятся ярко, в десятки раз ярче, чем экраны на ЖК! При этом они потребляют гораздо меньше электроэнергии, обеспечивают хорошую цветопередачу, высокую контрастность, большой угол обзора (до 180 градусов), могут иметь широкий цветовой охват. Из недостатков отметим относительно низкое «время жизни» (порядка 5–8 тысяч часов), впрочем, для телефона - более чем достаточно.

По толщине органические дисплеи соизмеримы с обычным оконным стеклом, впрочем, есть даже гибкие образцы, которым прочат большое будущее в качестве, например, экранов большого формата. Их можно будет при необходимости выдвинуть из телефона, а после использования такой экран вновь скатается в рулончик внутри корпуса аппарата.

«Органикой» оснащают в основном дорогие устройства высшего класса, серийное производство которых еще не так масштабно. Однако ведущие производители дисплеев (Sanyo, Sony, Samsung, Philips и прочие) настолько активно продвигают OLED-технологию на рынок, что совсем скоро такого рода дисплеи начнут вытеснять привычные нам STN.

Как устроены органические OLED экраны?

Что такое обычные светодиоды (неорганические) читателям объяснять не нужно - их можно видеть в различной электронной технике, начиная от телевизоров и магнитофонов и заканчивая телефонами и компьютерами. Гуманитарии обычно называют зеленые или красные светодиоды (например, те, что своим миганием подсказывают, находитесь ли вы в зоне покрытия сотовой сети) «лампочками»: на самом деле, это полупроводниковые устройства, способные под действием тока излучать свет того или иного цвета.
Впервые органические люминесцентные полупроводники (диоды) были созданы в 1987 году японской компанией Kodak. В природе аналогичное по происхождению (но не по способу получения) свечение наблюдается у светлячков и глубоководных рыб. Ученые исследовали процессы их свечения и синтезировали необходимые вещества. На протяжении последних лет технологии производства органических дисплеев активно разрабатывались, совершенствовались, а в 2003 году OLED-дисплеи выплеснулись на массовый рынок.

Изобретатели люминесцентных диодов обнаружили, что если совместить два слоя определенных органических материалов и в какой-либо точке пропустить через них электрический ток, то в этом месте появится свечение. Используя разные материалы и светофильтры, можно получать разные цвета.

Существующие модели, как и в случае с ЖКИ, разделяются по типу управляющей матрицы. Есть OLED с пассивными, а есть и с активными матрицами (TFT). Принцип работы матрицы такой же, но вместо слоя жидких кристаллов используется слой органических полупроводников. TFT OLED - самые быстрые и обеспечивают просто потрясающую картинку. Такой экран не спасует и при солнечном освещении, а видеоролик на нем будет смотреться не хуже, чем на телеэкране.

E-ink дисплеи

Поговаривают, что это еще одна перспективная технология. Уже созданы рабочие черно-белые образцы, но с реализацией цветности есть проблемы. Самый простой дисплей на электронных чернилах состоит из двух слоев: белого (верхнего) и черного (специальные чернила) под белым. Под действием тока частицы нижнего слоя могут проходить в верхний (и возвращаться обратно), создавая требуемую картинку. Как обычно, ток на слои можно подавать как с помощью пассивной матрицы, так и с помощью активной TFT. По заверениям компании-разработчика, электронно-чернильные дисплеи теоретически могут иметь очень низкое энергопотребление (точные данные не сообщаются) и сохранять картинку даже при выключенном питании. Звучит заманчиво, но надо посмотреть, как же в итоге это будет выглядеть.

OLED vs LCD

Обратим внимание на достоинства и недостатки дисплеев. ЖК-дисплеи уже на пределе своих возможностей. Сама сущность работы жидких кристаллов определяет невысокую скорость смены кадров на экране и высокую потребляемую мощность, поскольку в некоторых телефонах, кроме задней подсветки экрана, есть еще и фронтальная. На цветных ЖК-экранах почти всегда тяжело что-то разглядеть при солнечном свете, они весьма хрупкие. Дисплеи с активными матрицами (LCD TFT) более яркие и контрастные, чем аналогичные дисплеи с пассивными матрицами, но активные дисплеи сложнее в производстве и, соответственно, дороже. Исключением можно признать разве что UFB-экраны.

Технология органических дисплеев лишена едва ли не всех недостатков, характерных для ЖК-дисплеев, и обеспечивает гораздо лучшие характеристики изображения. Начать хотя бы с того, что можно забыть о необходимости подсвечивать экран спереди или сзади - элементы экрана светятся сами!

Для любителей технических подробностей:

Дисплеи UFB , способные отображать 65 тысяч цветов, обладают контрастностью 100:1, яркостью 150 кд/кв. м, при этом потребляют не более 3 мВт.
Дисплей OLED , представленный Sony еще в 2002 году, обладал яркостью в 300 кд/кв. м, а показатель контрастности для OELD может достигать 300:1. Если сравнивать быстродействие, то от обычного ЖК-дисплея органика отличается тем, что способна реагировать в 100–1000 раз быстрее - это оценят владельцы видеотелефонов 3G и телефонов с видеопроигрывателями.

Категории: / от 24.04.2017