Casa del mare
Езерото
Creative Design

Как да изберем LCD монитор – I част

В категории Монитори
Добавено на 27.12.2009 @ 15:04
Разгледан общо 6361 пъти, 1 пъти днес

Zaglavna


Годината е 2003. Световното изложение CeBIT в Хановер. Палата №25 – Меката на мониторите. Трескаво разглеждам щанд след щанд с тайната надежда, че тук за първи път „ще срещна“ бъдещия си професионален CRT монитор. Макар и само като наблюдател, съм щастлива, че все пак по някакъв начин се докосвам до недостижимото – малки, леки, тънки, и грациозни LCD дисплеи. Изглеждат съвършени. Знам, че скоро няма да мога да притежавам подобно бижу. Знам, че тези модели ще се появят в България месеци след това, но така или иначе цената им наистина ще е недостижима. Но не се отчайвам, дори напротив – радвам се на възможността да видя подобни „космически“ устройства. И си оставам с мечтата…

Поглеждам тук, спирам се там, разговарям с любезните изложители, продължавам напред. И се потрисам – CRT монитори няма. Решавам, че може би аз съм в грешка, че не съм обиколила както трябва огромната палата. За жалост се оказва, че CRT монитори просто няма. Тогава разбрах – ще минат година-две и те просто ще изчезнат от пазара. Ето, че така и стана – да намериш нови CRT модели е равносилно на това да видиш бяла лястовица. Поне на Запад е така. Разбира се, у нас положението е малко по-различно, но пък налице са всички признаци в недалечно бъдеще и ние да се изравним в това отношение с „белите държави“.

И така огромното разнообразие на LCD дисплеи вече е факт. Появиха се редица знайни и незнайни марки, а всеки производител твърди, че неговите са най-добри. Цените станаха достъпни дори и за обикновения потребител, а що се отнася до професионалистите – те или все още предпочитат да работят с добрия си стар „приятел“ – мониторът с електронно-лъчева тръба, твърдейки, че само той става за обработка на изображения, или отдавна са си закупили някой от истинските професионалните модели. Така или иначе скоро всички ще минат на LCD дисплеи поради простата причина, че в недалечно бъдеще CRT монитори просто няма да има.

Този факт, както и многобройните въпроси на тема „Какъв модел LCD монитор да си купя и защо?“, задавани предимно в Интернет пространството, ме подтикнаха да подготвя две статии. В настоящата ще ви обясня принципа на работа на основните видове матрици, а в следващия брой ще може да прочетете подробно за най-важните характеристики, на които трябва да се обръща внимание при закупуването на LCD монитор.

Как работи LCD мониторът

LCD (Liquid Crystal Display) дисплеите са съставени от вещество (цианофенил), намиращо се в течно състояние, но притежаващо и някои свойства, присъщи на кристалните тела. Неговият вискозитет и анизотропни свойства (в частност оптични) са свързани с ориентирането и подреждането на молекулите му. В основата на всеки LCD панел стои нематичното свойство на течните кристали да завъртат равнината на поляризация на преминаващата през тях светлина на ъгъл, който зависи от положението на кристала спрямо светлинния сноп, както и това, че положението на течния кристал може да се променя с помощта на електрическо поле.

Най-общо казано, LCD панелът представлява две стъклени пластини с нанесени върху тях прозрачни електроди, между които се намират течните кристали. От двете си страни този „сандвич“ е покрит с поляризиращ слой от специално обработен полиамиден филм. Повърхността му, грубо казано, е набраздена с тънки линии, определящи посоката (главното направление), в която се ориентират продълговатите молекули на течния кристал. Оптичните равнини на двата поляризиращи слоя са перпендикулярни една на друга, като направлението на „улеите“ съвпада с равнината на съответния поляризиращ слой. При движението си от единия поляризатор към другия молекулите на течния кристал се опитват да се ориентират в посока, еднаква с разположените перпендикулярно едни на други „улеи“, в резултат на което се завъртат плавно на 90 градуса и образуват обемна спираловидна структура, наречена Twisted Nematic (TN). Ако през подобна конструкция се пропусне светлинен поток, преминавайки през първия поляризиращ слой, той ще се поляризира в равнината на този слой. По-нататък, преминавайки през спираловидната структура на нематика, той ще се завърта постепенно, докато съвпадне с оптичната равнина на втория поляризатор, и не премине от другата страна на панела. За наблюдателя панелът ще бъде прозрачен, защото човешкото око не е чувствително по отношение направлението на поляризацията на светлината.

LCD Displays

Ако обаче на панела се приложи напрежение, молекулите на течните кристали ще се ориентират по посока на това напрежение, спираловидната структура на нематика ще се разруши и той няма да е в състояние да „преведе“ светлинния поток между разположените перпендикулярно един на друг поляризатори. С други думи, променяйки приложеното напрежение, прозрачността на панела може да се регулира плавно.

Сам по себе си LCD екранът не излъчва. Той единствено променя интензитета на преминаващата през него светлина. Това е и основната му разлика по отношение на другите видове дисплеи, при които всеки пиксел е самостоятелен, излъчващ светлина елемент. Ето защо за работа на LCD екраните е необходима външна подсветка. Най-често за целта се използват живачни флуоресцентни лампи със студен катод (Cold Cathode Fluorescent Lamp).

Модулацията на външната светлина определя и един от най-големите недостатъци на LCD екраните – ниския контраст. Проблемът е в това, че поляризаторите не са способни напълно да блокират преминаващата през тях светлина. В резултат черният цвят винаги ще има малка, но не и нулева интензивност на излъчване. В същото време при технологиите, в които всеки пиксел е самостоятелен излъчващ елемент, идеалният черен цвят е напълно достижим – ако на пиксела не му се подаде сигнал, той просто не свети.

Въпроса за контраста ще разгледаме по-нататък, а сега да се върнем отново на принципа на работа на LCD мониторите. Течните кристали не влияят на дължината на вълната на светлината, поради което панелът би трябвало да възпроизвежда само цвета на подсветката. За получаването на цветове се поставя т.нар. цветоотделителна маска, като всеки пиксел на панела се разбива на три независими подпиксела. Маската представлява най-обикновен филтър, оцветяващ преминаващата през всеки подпиксел светлина в един от основните цветове – червен, зелен или син. Така чрез осветяване на панела с бяла светлина се получават обичайните за всеки монитор RGB цветове: всеки подпиксел се управлява с отделен транзистор, на който се подава съответното напрежение; промените на това напрежение заставят течния кристал в съответния подпиксел да се завърта на определен ъгъл; ъгълът на завъртане определя количеството светлина, което преминава през подпиксела.

Видове матрици

За своята не чак толкова дълга история дисплеите с течни кристали са „преживели“ смяната на няколко поколения. Първите LCD монитори са били с т.нар. пасивна матрица, използваща технологията STN (Super Twisted Nematic). Те се характеризират с по-висок общ контраст на изображението, който се постига, като максималният ъгъл на завъртане на молекулите във вътрешността на матрицата на монитора се увеличи от 90 градуса на 270 градуса. При тези монитори обаче се използват отделни (обособени) електроди за формирането на всеки пиксел от изображението, т.е. подсветката се осъществява попикселно. И понеже всяка „клетка“ се нуждае от определено време за смяна на напрежението, изображението се изгражда бавно, почти ред по ред. За работа с офис програми полученото качество е, общо взето, достатъчно, но динамичните изображения са размазани и трептят. Освен това електродите често интерферират един с друг и създават доста неприятни „текстури“.

По-скъп, но и по-качествен метод за създаване на изображение на екрана на монитор с течни кристали е използването на т.нар. активна матрица. В този случай също действа принципът един електрод – една клетка, но всеки пиксел от екрана се „обслужва“ от още един, допълнителен елемент (транзистор), който намалява времето за смяна на напрежението, и отстранява опасността от взаимодействието на съседните „клетки“ една с друга. В резултат се повишават практически всички параметри на изображението – острота, яркост и скорост на изграждане на изображението. Благодарение на прикрепения към всяка „клетка“ транзистор матрицата „помни“ състоянието на всички елементи на екрана и го „отхвърля“ веднага след получаване на командата за опресняване. Поради изискванията за прозрачност на матрицата като цяло тези транзистори са с дебелина под 0,1 µm и се наричат Thin Film Transistors (TFT).

LCD_Razrez

Днес съществуват няколко различни технологии за производство на монитори с активна матрица. Те се различават по начина на разположение на кристалите, а оттам и на параметрите на дисплеите.

TN+Film. Както вече споменахме, един от основните недостатъци на технологията Twisted Nematic е малкият ъгъл (около 90 градуса), под който изображението се вижда ясно. И за този проблем обаче е намерено решение: повърхността на екрана се покрива с полимерен филм с висок показател на пречупване, което позволява значително увеличение на ъгъла на видимост (до 120–140 градуса), и то без да се налага съществено изменение на технологията. Тези панели са наречени TN+Film. Увеличеният ъгъл на видимост води и до други подобрения – така например характерните за TN дисплеите изкривявания на цветовете са сведени до минимум. С времето е подобрен и контрастът на матрицата.

Цветопредаването на по-голямата част от TN матриците е 18-битово. Като качество то е удовлетворително единствено за домашно, непрофесионално използване. Неотдавна според времето за реакция TN матриците се разделяха основно на два вида – със скорост на реакция 25 и 16 ms. Днес обаче има редица технологии за ускоряване на времето на реакция, с помощта на които то е съкратено на 8 ms, 4 ms, та дори и 2 ms. Друг е въпросът доколко това е вярно, защото всеки производител измерва времето за реакция по различен начин. Най-общо казано, ускоряването му е реализирано изключително на ниво електроника на LCD монитора и по никакъв начин не засяга технологията на производство на самата матрица. Но повече за тази важна за работа с движещи се обекти характеристика може да прочетете в следващата част на статията.

TN

Вляво – ориентация на молекулите на течните кристали в TN матрицата без подадено напрежение, а вдясно – с подадено напрежение на управляващите електроди

И така LCD мониторите с TN матрици са подходящи за потребители без особени изисквания за високо качество на цветовъзпроизвеждането. Дисплеите с по-кратко време за реакция са добро решение за игри, филми и изобщо за движещи се обекти, а останалите – за работа с офис програми от типа на Word, Excel и др., както и за сърфиране в Интернет. Ако работата обаче е свързана с предпечатна подготовка, обработване на фотографии или 3D моделиране, по-подходящи са мониторите с друг тип матрици.

IPS. През 1995 г. Hitachi и NEC съвместно разработват нова технология, която би трябвало да реши проблемите на TN матриците, наречена IPS (In-Plane Switching). Конструкторите разместили управляващите електроди в една равнина така, че силовите линии на създаваното от тях електрическо поле да се разполагат успоредно на подложката. Така при подаването на управляващо напрежение течните кристали се завъртат само в една равнина, а не образуват спираловидна структура като в TN матриците. Изменението на ориентацията на кристалите дава още едно съществено предимство на IPS панелите – ъгълът на видимост се увеличава на 170 градуса и в хоризонтална, и във вертикална посока. Методът за завъртане на течните кристали в една равнина се оказва доста по-удачен и от гледна точка на общото цветопредаване, и най-вече във възпроизвеждането на тъмните тонове.

Разбира се, и тази технология има недостатъци. За преориентиране на кристалите напрегнатостта на полето трябва да е по-висока, а и процесът е по-бавен. Ето защо IPS панелите имат сравнително по-голямо време за реакция, за който проблем в днешно време отново е намерено подходящото технологично решение. За време на реакция на някои от последните модели LCD монитори с IPS матрица производителите обявяват 6 ms, което е по-скоро маркетингова примамка. Само за сравнение ще ви дам пример с професионалните дисплеи за графична обработка на лидера в производството на LCD монитори – японската фирма EIZO, чийто последни модели са с време за реакция 16 ms и 8 ms.

IPS

Вляво – ориентация на молекулите на течните кристали в IPS матрицата без подадено напрежение, а вдясно – с подадено напрежение на управляващите електроди

И друг недостатък – двата електрода са разположени в една равнина и заемат по-голям процент от общата площ на екрана, което води до намаляване на прозрачността на панела, респективно до необходимостта от по-мощна подсветка за достигане на необходимата яркост. Разбира се и на този проблем е намерено решение, като повечето от професионалните модели LCD монитори имат функции за компенсиране на яркостта и контраста.

Развитието на IPS технологията доведе до създаването на някои успешни модификации:

»          Super IPS (S-IPS), за която е характерно яркото, контрастно изображение с почти незабележими цветови отклонения, увеличени ъгли на видимост (170 градуса и в двете направления) и изключително висока яснота.
»          Super Advanced IPS (SA-IPS), която в сравнение с S-IPS има с около 30% по-висока разделителна способност.
»          Ultra Advanced IPS (UA-IPS) с повишена прозрачност на панела и разширяване на цветовата гама при достатъчно високо ниво на яркостта.
»          Dual Domain IPS (DD-IPS), при която за увеличаване на ъгъла на видимост „клетката“ е съставена от две зони с различно направление на поляризацията.

В настоящия момент LCD дисплеите с S-IPS матрица са практически единственият разумен избор за професионална работа като предпечатна подготовка, графичен дизайн, обработване на снимки и т.н. Като правило обаче те са на значително по-висока цена от тази на TN мониторите поради по-скъпото изготвяне на IPS матрицата.

MVA. През 1996 г. Fujitsu разработи още една технология за LCD дисплеи, наречена Multidomain Vertical Alignment (MVA). В нея всеки подпиксел се разделя на няколко зони, а поляризационните филтри са с по-сложна структура (имат изпъкнала форма). При подаване на напрежение течните кристали от всички зони се подреждат перпендикулярно на електродите, като ориентацията им във всяка зона е независима от другите (всяка зона има своя собствена „директория“). Така, без значение от какъв ъгъл ще се наблюдава екранът, всички пиксели се виждат с максимална яркост.

MVA

Вляво – ориентация на молекулите на течните кристали в MVA матрицата без подадено напрежение, в средата – при ниско и вдясно – при по-високо напрежение

На практика MVA технологията решава почти всички недостатъци на TN и IPS матриците – ъгълът на видимост е увеличен до 160 градуса в хоризонтална и вертикална посока, контрастът достига до 600:1, а най-доброто време за реакция, постигнато отново чрез специално разработена технология, е 8 ms. Но и тук има проблеми. Първият е, че при намаляване на разликата между началното и крайното състояние на пиксела времето за реакция нараства приблизително двойно. Директните следствия са: (1), че MVA матриците не са особено подходящи за динамични игри, защото изображенията в тях, особено нискоконтрастните, ще се размазват силно при всяко по-рязко движение: (2), че такива монитори са сравнително подходящи за работа с контрастни изображения, тъй като времето за превключване от черен в бял цвят е доста по-малко. Вторият недостатък на LCD дисплеите с MVA матрица е високата им цена, породена от сложността на конструкцията.

PVA. Технологията Patterned Vertical Alignment (PVA) е разработка на Samsung. Използват се решения, близки до MVA, като разликата е в незначителни технически особености. Принципът на действие на PVA се състои в подреждането на молекулите на течния кристал под прав ъгъл спрямо управляващите електроди и формиране на изображението за сметка на малкото им отклонение от указаното положение. Това позволява постигането на висок ъгъл на видимост (до 170 градуса), ниво на контраста 500:1 и подобрено цветопредаване.

През 2003 г. Samsung представи нова технология за усъвършенстване на PVA матрицата, наречена Dynamical Capacitance Compensation (DCC), при която, според инженерите на компанията, времето за превключване между пикселите не зависи от тяхното начално и крайно състояние. Това се постига чрез нов метод за управляване на електромагнитното поле на течнокристалните структури. Постигнати са впечатляващи резултати – яркост до 500 Cd/m2, контраст, по-висок от 800:1, и време за реакция – 10–12 ms. Единственият недостатък и тук е сложната конструкция на панела, а оттам и високата му цена.

Следва

Ваня Абаджиева-Бучел



Напиши коментар



Коментарите се публикуват след одобрение от страна на администраторите и модераторите на сайта. Администрацията не поема ангажимента да публикува всеки получен коментар и не дължи обяснение защо даден коментар е публикуван или не.

Полетата със звездичка са задължителни.



Последни тестове