» » » Внутрь матрицы – обзор жидкокристаллических мониторов

Внутрь матрицы – обзор жидкокристаллических мониторов

Жидкокристаллические мониторы: типы, выбор и настройка мониторов

Внутрь матрицы – обзор жидкокристаллических мониторовКогда-то давно, лет 20 назад, технология дисплеев на жидких кристаллах (ЖК) была знакома потребителям разве что по малюсеньким индикаторам электронных часов и калькуляторов, да различным электронным играм. Какой скачок в ее развитии последовал затем - можно представить, пытаясь сейчас найти область науки и техники, в которой не использовались бы ЖК. Оказывается, таковых почти не осталось. ЖК-технология бурно ворвалась в нашу жизнь и прочно закрепила за собой лидирующие позиции. О стремительном темпе эволюции в мире ЖК-мониторов говорить незачем - это очевидно для всех.

Взять хотя бы тот факт, что нынче уже трудно встретить в продаже старый добрый ЭЛТ-монитор. И перед потребителем встает задача более детального изучения особенностей работы и эксплуатационных параметров современных ЖК-мониторов, чтобы не ошибиться с выбором. Необходимость этого продиктована еще и тем, что в отличие от ЭЛТ (где были намечены два основных технологических направления развития электронно-лучевых трубок - теневая маска и апертурная решетка), с ЖК все обстоит гораздо сложнее - технологии матриц разрастаются, как ветки дерева.

Поэтому только разобравшись в особенностях ЖК-мониторов, вы сможете выстроить логичный алгоритм подбора монитора, наиболее подходящего под определенные задачи, а также обеспечить на рабочем месте эргономическую безопасность. Итак, для достижения столь благородной цели окунемся в мир технологии современных ЖК-матриц, используемых в мониторах.

Что же такое ЖК-монитор?

Подавляющее большинство современных полноцветных жидкокристаллических дисплеев представляют собой так называемые активные матрицы (AM) тонкопленочных транзисторов (TFT, Thin Film Transistor), в которых под действием внешнего электрического сигнала изменяется управляющее напряжение на слое жидкого кристалла, примыкающего к TFT. Вследствие этого происходит переориентация ЖК, приводящая к изменению его оптического состояния, а при помощи поляризатора и анализатора (или двух поляризаторов, имеющих определенную ориентацию относительно друг друга) - к изменению яркости света, прошедшего через ЖК от тыловой лампы подсветки.

Другими словами, активная матрица является лишь преградой с переменными свойствами, регулирующей количество света, проходящего через нее от ламп подсветки в направлении от экрана. Отсюда сразу следует важный практический вывод: максимальная яркость монитора определяется в основном яркостью тыловой подсветки (сейчас попадаются рекордсмены по яркости, обеспечивающие 800 кд/м2 и более). К настоящему моменту появились модели мониторов, в которых подсветка осуществляется не лампами, а массивом светодиодов, что способно обеспечить лучшую равномерность света и более длительный срок службы экрана.

Классификация ЖК-технологий

Компании, работающие в дисплейном сегменте рынка, разработали и выпускают множество конструкций активно-матричных ЖК-мониторов, отличающихся структурой и материалом TFT, а также используемым электрооптическим эффектом в ЖК. Визуальные характеристики изображения, формируемого на экране ЖК-монитора, определяются в основном особенностями переориентации жидкого кристалла под действием приложенного электрического поля. Поэтому дисплеи следует классифицировать как по конструкции полупроводникового элемента, так и по электрооптическому эффекту в ЖК.

Мы уделим внимание только тем конструкциям и эффектам, которые нашли или найдут в ближайшем будущем применение в производстве ЖК-дисплеев. Основным материалом современного TFT является кремний в его различных модификациях: аморфный кремний (a-Si); поликристаллический кремний, или поликремний (p-Si); низкотемпературный поликремний. Типовую структуру TFT иллюстрирует первый

Сказанное выше - теория. На практике же все обстоит сложнее: потребитель, выбирая себе ЖК-монитор, зачастую может пользоваться лишь данными, указанными производителем в спецификации - именно там отмечают (достаточно редко), по какой технологии собрана матрица монитора.

Классификация ЖК-матриц

Чтобы все же не заблудиться в многообразии и специфичности информации о ЖК-матрицах, рекомендуем более простой путь: проанализировать то, что гораздо чаще указывают в спецификации монитора - тип матрицы, зависящий от принципа формирования изображения. Наверняка вы встречали загадочные буквы TN, MVA, PVA, IPS. Итак, рассмотрим эту классификацию подробно.

Кроме структуры и материала TFT, качество активно-матричного ЖК-монитора определяется также применяемым ЖК-материалом и электрооптическим эффектом в нем. В современных устройствах используются следующие их типы:
- твист-эффект (TN, Twisted Nematic и TN+film, Twisted Nematic+film), где исходная ориентация - планарная (параллельная подложкам), а закрутка ориентации ЖК - 90 градусов;
- эффект управляемого лучепреломления в слоях с вертикальной ориентацией ЖК (VA - Vertical Alignment; MVA -Multidomain Vertical Alignment; PVA - Patterned Vertical Alignment);
- планарное переключение (IPS - In-Plane-Switching) однородно ориентированного слоя ЖК, вызывающее поворот анализатора ЖК (его переориентацию) в плоскости, параллельной плоскости подложек.

Достоинства и недостатки различных электрооптических эффектов в ЖК приведены в таблице ниже.


Диапазон углов обзора ЖК-монитора существенно улучшает наличие компенсирующих пленок(например, TN+film) или разбиение пикселя на несколько частей с различными начальными ориентациями ЖК (MVA, PVA), хотя при этом возрастает сложность изготовления устройства и его стоимость.

Данные из таблицы также позволяют проанализировать особенности различных типов ЖК-мониторов, с тем чтобы более грамотно подойти к выбору достойного монитора для решения определенных задач (ниже мы рассмотрим этот вопрос подробнее). Тем, кто углубленно изучал рынок ЖК-мониторов, хорошо известны первые два направления. Третье присоединилось к ним позже, вобрав в себя достоинства обеих технологий.


Кто на свете всех быстрее?

Началось все с погони за скоростью матриц, и надо отметить, что темпы этого развития были просто молниеносными - каких-то пару лет назад большинство пользователей работало с мониторами, имеющими среднее время отклика около 20 мс, а сейчас уже никого не удивляют цифры в 5 и даже 2 мс. Причем увеличение быстродействия не всегда было связано с оптимизацией технологий производства жидких кристаллов. Не меньшую роль сыграло и радикальное изменение управляющей электроники (драйверов дисплеев), а также алгоритмов управления.

Кстати, с быстродействием матриц (а точнее, с методиками его измерения) связана неопределенность. Как видно из графика, в начальный момент времени тестируемый пиксель находится в запертом состоянии (не пропускает свет). Далее следует процесс быстрого переключения состояния пикселя в открытое: длина переднего фронта импульса переключения - это время, за которое пиксель достигает максимальной яркости. Затем начинается обратный процесс: задний фронт импульса характеризует процесс релаксации ЖК (гашения пикселя).

Таким образом, для любого ЖК-экрана можно получить два различных времени - реакции (зажигания) и релаксации (гашения). А теперь вспомним, что пишут в спецификациях мониторов. Почти всегда мы видим надпись примерно следующего содержания: "Быстродействие матрицы равно 5 мс". Что означает эта цифра? Время зажигания, гашения или сумму этих времен? А вот этого вам никто не скажет, это знают только производители. Отсюда и неопределенность.

Среди обозначений быстродействия все чаще можно встретить значение времени переключения с припиской "G-T-G" - указание на то, что время переключения засекается не от уровня черного до уровня белого (максимальное время), а от одного уровня серого (нижнего) до другого (верхнего), то есть границы измерения искусственно сужены. Таким образом, измеренное время становится гораздо меньше, чем активно пользуются в целях рекламы.

Важный вывод: сравнивать матрицы по быстродействию, не зная методики измерения времени реакции, - бессмысленно! Объективная картина получается только при проведении сравнительного анализа быстродействия нескольких мониторов, определенного по одной принятой методике.

Скорость или обзор плюс цветопередача?

Параллельно с борьбой за быстродействие матрицы шла не менее значимая борьба за увеличение углов обзора экрана. Естественно, чем больше угол - тем лучше и удобнее использовать монитор для коллективного творчества или просмотра фильмов. Если же вы, наоборот, хотите, чтобы изображение видели только вы, следует выбирать монитор с минимальным углом обзора. Так что в некоторых случаях это свойство является не недостатком, а преимуществом.

Есть тут еще одна тонкость - угол обзора может быть большим, но при этом цветовые искажения не дадут насладиться качественной картинкой, поэтому при покупке рекомендуем вывести тестовое изображение на экран и убедиться в отсутствии или незначительности цветовых искажений на больших углах наблюдения. Этот параметр будет играть весомую роль, если планируется использование монитора в качестве телевизора (например, с ТВ-тюнером).
Но вернемся к интересующим нас технологиям. TN-матрицы - самые быстрые (именно у них можно встретить время реакции пикселя с рекордным значением 2 мс). Эти матрицы неприхотливы и широко распространены - их ставят практически во все бюджетные мониторы, а также в большинство недорогих ноутбуков. Достоинства данных матриц очевидны: им "по зубам" отображение самых динамичных сцен (например, в компьютерных играх и динамичных фильмах) плюс, немаловажный фактор, дешевизна (в настоящее время даже модели с диагональю 19-20 дюймов, что называется, "пошли в народ" - благодаря доступной цене).

Чем же мы расплачиваемся за такие красочные перспективы? Правильно, небольшими углами обзора. Вы наверняка замечали, если смотреть на экран некоторых ЖК-мониторов под разным углом, то можно отметить существенное изменение контрастности изображения и искажение цветовых оттенков. Таким способом достаточно просто опознать матрицу типа TN - при взгляде на экран снизу изображение значительно теряет в контрасте, а цвета становятся блеклыми (инверсия цвета). Существует несколько технологий изготовления матриц, предусматривающих нанесение согласующих пленок для увеличения j углов обзора, но даже с этими улучшениями TN-матрицы не обеспечивают качественной и стабильной цветопередачи, необходимой для работы с цветом и графикой.

Для подобных целей как нельзя кстати пришлась вторая технология с названием MVA (и ее модификация PVA). Здесь преимущества точной цветопередачи налицо - широкие углы обзора (причем по всем направлениям) не позволяют допустить угловых искажений цвета, что (после предварительной цветокалибровки) делает эти матрицы вполне пригодными для работы с графикой. Вот только по быстродействию они отстают от TN-типа и стоят дороже.

Таким образом, рассмотрев актуальные "мониторные" технологии, можно отметить, что их не так уж и много. Это, в общем-то, понятно - хотя на заре возникновения ЖК-мониторов матрицы для них вы пускались лишь четырьмя крупными заводами, и по сей день подавляющее большинство матриц, используемых при производстве мониторов, телевизоров, портативных компьютеров и мобильных телефонов, производится всего полутора десятками компаний трех азиатских стран – Южной Кореи, Японии и Тайваня. При этом сами производства могут находиться и в других странах, например в Китае.

Береги глаза смолоду

Чем выше качество ЖК-монитора, тем больше дополнительных приспособлений использовано в нем и тем выше его начальная стоимость по сравнению с другими аналогичными устройствами. Очевидно, что качество монитора должно определяться степенью комфортности и безопасности работы с ним человека, ведь какой смысл проектировать монитор, за которым неудобно работать?

Теперь уже немногие помнят экранные защитные фильтры, наводнившие одно время всемирный компьютерный рынок, призванные уменьшить электростатическое поле экрана ЭЛТ-монитора, устранить блики от внешних ярких источников света, улучшить контрастность изображения. Они типичный пример попытки исправить такое "досадное недоразумение", как недостаточная эргономичность ЭЛТ-мониторов. Другими словами, при проектировании дисплейной техники уже на первых этапах (техническое задание на проектирование монитора) должны быть учтены возможности человека, в частности ограничения его зрительной системы.

Это самый правильный, но достаточно трудный путь, поскольку необходимая информация по особенностям восприятия человеком изображения на экране монитора или телевизора может быть получена только в результате статистически достоверных эргономических исследований. В ходе таких исследований получают различные модели процессов зрительного и моторного утомления пользователя при работе за компьютером и выстраивают оптимальные режимы труда/отдыха для различных видов деятельности (например, для работы с текстом или компьютерных игр).

На степень комфорта и эргономической безопасности работы за компьютером влияют не только собственные визуальные параметры дисплея, но и световой климат на рабочем месте. Статистика - вещь неумолимая. Она говорит, что если монитор настроен неправильно либо освещение рабочей зоны не соответствует оптимальному, то возможна потеря зрения вплоть до одной диоптрии в год! Как видите, все очень серьезно.

Попробуем теперь выяснить, по силам ли обычному пользователю самостоятельно выстроить компьютерное рабочее место, удовлетворяющее требованиям эргономической безопасности? Оказывается, вполне по силам! Тут, как и в случае с мониторными технологиями, нужно разобраться в сути вопроса. Что же имеется на вооружении у пользователя? Что обеспечивает ему необходимые условия работы? Как уже было сказано, это визуальные параметры монитора и параметры светового климата на рабочем месте. И те, и другие можно менять (естественно в ограниченных диапазонах), обеспечив в итоге максимальный комфорт и визуальную безопасность компьютерной работы.

Что может ваш монитор?

всего, нужно рассмотреть две важнейшие характеристики - яркость и контрастность изображения. Минимальное и максимальное значения первого параметра определяют его диапазон. Естественно, лучше, чтобы последний был как можно больше, ведь в этом случае простая подстройка яркости позволит задать оптимальный режим яркости-контрастности, обеспечив тем самым долговременную безопасную работу за ЖК-монитором. Кроме того, важно, чтобы минимальная яркость была очень небольшой, ведь среди пользователей всегда имеется определенный процент любителей поработать ночью, в условиях слабого освещения рабочего места.

Можно использовать следующее полезное правило: выведите на экран изображение белого поля (это может быть пустая страница в текстовом редакторе Word), a затем несколько раз мысленно сопоставьте яркости экрана и его внешнего окружения. Они должны быть одного порядка - очень вредно, когда в темноте вы пытаетесь работать с ослепительно белым экраном, из этого ничего, кроме ярко выраженного утомления, не получится. Если уж вам пришлось работать ночью, позаботьтесь о локальном источнике умеренного освещения на рабочем месте (настольной лампы хватит). Если вам удался эксперимент с белым полем, считайте, что с задачей справились. Теперь пришла пора полностью настроить монитор. Чтобы получить оптимальный режим яркости-контрастности, достаточно воспользоваться программой тестов для монитора NokiaTest.

Оптимальная настройка монитора в NokiaTest состоит в следующем. Из набора тестов выбираем "Градации серого" - здесь с помощью настроек яркости и контрастности нужно добиться различимого отображения всех градаций, кроме первой (самой темной). Если это удалось - оптимальный контраст вы получили. Это и есть оптимальная настройка. Необходимо отметить, что таковой она является только для текущей освещенности рабочего места. Если же в помещении стало темнее или, наоборот, светлее (зажгли свет, открыли шторы), то нужно повторить операцию поиска оптимального режима.
Не все разрешения одинаково полезны

Рассматривая особенности ЖК-мониторов, нельзя не заострить внимание на очевидном факте, о котором, к сожалению, почти всегда забывают. Речь идет о работе монитора в нестандартном режиме - с нестандартным разрешением. Таковым для ЖК-монитора будет любое разрешение, отличное от физического разрешения матрицы. В компьютерном мире всегда существовали негласные правила обеспечения комфортного режима работы при помощи подбора этого параметра. Например, для ЭЛТ-монитора с диагональю 17 дюймов оптимальным считается режим 1024*768 пикселей, для ЖК-монитора - на ступеньку выше (1280*1024). Если же выбранный режим видеокарты отличается от физического разрешения матрицы, то начинаются всякие "чудеса".

Задача, решаемая в такой ситуации, весьма непростая - подогнать (как правило, растянуть) изображение, созданное видеоадаптером компьютера, под рабочее разрешение матрицы.

Другими словами, нужно провести оптимизацию изображения. А как решить эту задачу? Конечно, с помощью электроники монитора. А справится ли она с ней? И, если справится, то насколько успешно? Практика показывает, что иногда справляется, и даже неплохо.

Еще раз заметим, что, если вы планируете превратить свой ЖК-монитор в телевизор, следует обратить внимание на модели со встроенным ТВ-тюнером - в них все допустимые режимы картинки "зашиты" на заводе. А в случае обычного использования монитора, лично позаботьтесь о его оптимальном режиме по разрешению - только в этом случае вы получите максимально четкую, сбалансированную картинку. Этим советом настоятельно рекомендуем пользоваться - зрение дороже.

Удачного выбора и комфортной работы!

Константин Богачев
журнал "Hard&Soft" №9 сентябрь 2007г.




-------------------
- скачать программу NokiaTest с нашего сайта : Скачать файл: nokiatest.zip [0 b] (cкачиваний: 261)
- как выбрать монитор для дома с помощью Nokia теста - читать
  0
 QR-код адреса статьи
Коментарів: 0
Додати коментар
Інформація
Коментувати новини на сайті можна тільки протягом 370 з дня публікації.