Жидкокристаллические мониторы. Конструкция жк-дисплея и основные характеристики монитора Тип ЖК матрицы

Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы (электронные часы , телефоны, плееры , термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей . Многоцветное изображение формируется с помощью 2008) в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, а также во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом (6 бит на канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом .

Устройство ЖК-монитора

Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами , и двух поляризационных фильтров , плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны , поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света - ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение - молекулы стремятся выстроиться в направлении поля , что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение , можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени - жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток , или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным - отражённым от подложки(в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют , кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Технические характеристики ЖК-монитора

Важнейшие характеристики ЖК-мониторов:

• Разрешение : Горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселах . В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно, «родное», физическое разрешение, остальные достигаются интерполяцией .

Фрагмент матрицы ЖК монитора (0,78х0,78 мм), увеличеный в 46 раз.

• Размер точки: расстояние между центрами соседних пикселов. Непосредственно связан с физическим разрешением.

• Соотношение сторон экрана (формат): Отношение ширины к высоте, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

• Видимая диагональ: размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.

• Контрастность : отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведенная для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.

• Яркость : количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.

• Время отклика : минимальное время, необходимое пикселу для изменения своей яркости. Методы измерения неоднозначны.

• Угол обзора: угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению.

• Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.

• Входы: (напр, DVI , HDMI и пр.).

Технологии

Часы с ЖКИ-дисплеем

Жидкокристаллические мониторы были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA, Принстон, штат Нью-Джерси.

Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода . Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.

Время отклика ЖК мониторов, сконструированных по технологии SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display - кремниевая отражающая жидкокристаллическая матрица), уменьшено до 5 мс. Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal - плазменное управление жидкими кристаллами), которая соединила в себе преимущества LCD (яркость и сочность цветов, контрастность) и плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту, H, и вертикали, V, высокую скорость обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения.

TN+film (Twisted Nematic + film)

Часть «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно - от 90° до 150°). В настоящее время приставку «film» часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности - нет.

TN + film - самая простая технология.

Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселам не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.

К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.

IPS (In-Plane Switching)

Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Однако, хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.

На настоящий момент матрицы, изготовленные по технологии IPS единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB - 24 бита, по 8 бит на канал. TN-матрицы почти всегда имеют 6-бит, как и часть MVA.

Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение черного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.

При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.

IPS в настоящее время вытеснено технологией S-IPS (Super-IPS, Hitachi год), которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика . Но, несмотря на то, что цветность S-IPS панелей приблизилась к обычным мониторам CRT , контрастность все равно остаётся слабым местом. S-IPS активно используется в панелях размером от 20", LG.Philips , NEC остаются единственными производителями панелей по данной технологии.

AS-IPS - технология Advanced Super IPS (Расширенная Супер-IPS), также была разработана корпорацией Hitachi в году. В основном улучшения касались уровня контрастности обычных панелей S-IPS, приблизив его к контрастности S-PVA панелей. AS-IPS также используется в качестве названия для мониторов корпорации LG.Philips.

A-TW-IPS - Advanced True White IPS (Расширенная IPS с настоящим белым), разработано LG.Philips для корпорации году. Усиленная мощность электрического поля позволила добиться ещё больших углов обзора и яркости, а также уменьшить межпиксельное расстояние. Дисплеи на основе AFFS в основном применяются в планшетных ПК , на матрицах производства Hitachi Displays.

*VA (Vertical Alignment)

MVA - Multi-domain Vertical Alignment. Эта технология разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160°(на современных моделях мониторов до 176-178 градусов), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.

MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки.

Достоинствами технологии MVA являются глубокий черный цвет и отсутствие, как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля.

Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения, большее время отклика.

Аналогами MVA являются технологии:

• PVA (Patterned Vertical Alignment ) от Samsung.
• Super PVA от Samsung.
• Super MVA от CMO.

Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским качествам.

Преимущества и недостатки

Искажение изображения на ЖК-мониторе при большом угле обзора

Макрофотография типичной жк-матрицы. В центре можно увидеть два дефектных субпикселя (зелёный и синий).

В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малый размер и вес в сравнении с ЭЛТ . У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ , нет видимого мерцания, дефектов фокусировки и сведения лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в 2-4 раза меньше, чем у ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров. Энергопотребление ЖК мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight - задний свет) ЖК-матрицы. Во многих современных (2007) мониторах для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более Герц . Светодиодная подсветка в основном используется в небольших дисплеях, хотя в последние годы она все шире применяется в ноутбуках и даже в настольных мониторах. Несмотря на технические трудности её реализации, она имеет и очевидные преимущества перед флуоресцентными лампами, например более широкий спектр излучения, а значит, и цветовой охват.

С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:

• В отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320x200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах.
• Цветовой охват и точность цветопередачи ниже, чем у плазменных панелей и ЭЛТ соответственно. На многих мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах).
• Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.
• Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки).
• Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев . Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.
• Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
• Массово производимые ЖК-мониторы более уязвимы, чем ЭЛТ. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей .
• Вопреки расхожему мнению пикселы ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения.

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED -дисплеи. С другой стороны, эта технология встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

См. также

• Видимая область экрана
• Антибликовое покрытие
• en:Backlight

Ссылки

• Информация о флюоресцентных лампах, используемых для подсветки ЖК-матрицы
• Жидкокристаллические дисплеи (технологии TN + film, IPS, MVA, PVA)

Литература

• Артамонов О. Параметры современных ЖК-мониторов
• Мухин И. А. Как выбрать ЖК-монитор? . «Компьютер-бизнес-маркет», № 4 (292), январь 2005, стр. 284-291.
• Мухин И. А. Развитие жидкокристаллических мониторов . «BROADCASTING Телевидение и радиовещение»: 1 часть - № 2(46) март 2005, с.55-56; 2 часть - № 4(48) июнь-июль 2005, с.71-73.
• Мухин И. А. Современные плоскопанельные отображающие устройства ."BROADCASTING Телевидение и радиовещение": № 1(37), январь-февраль 2004, с.43-47.
• Мухин И. А., Украинский О. В. Способы улучшения качества телевизионного изображения, воспроизводимого жидкокристаллическими панелями . Материалы доклада на научно-технической конференции «Современное телевидение», Москва, март 2006.

Московский Государственный Институт Электроники и Математики

(Технический университет)

Кафедра:

«Информационно-Коммуникационные Технологии»

Курсовая работа

«ЖК-мониторы: внутренняя организация, технологии, перспективы».

Выполнила:

Старухина Е.В.

Группа: С-35

Москва 2008 г
Содержание

1.Введение......................................................................................................................................... 3

2.Жидкие кристаллы......................................................................................................................... 3

2.1.Физические свойства жидких кристаллов.......................................................................... 3

2.2.История развития жидких кристаллов................................................................................. 4

3.Структура ЖК-монитора............................................................................................................... 4

3.1.Субпиксел цветного ЖК-дисплея........................................................................................ 5

3.2. Способы подсветки матриц.................................................................................................. 5

4.Технические характеристики ЖК-монитора............................................................................... 5

5.Актуальные технологии изготовления ЖК-матриц................................................................... 7

5.1.TN+film (Twisted Nematic + film).......................................................................................... 7

5.2.IPS (In-Plane Switching).......................................................................................................... 8

5.3.MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)............................................................................... 9

6.Преимущества и недостатки......................................................................................................... 9

7.Перспективные технологии изготовления плоскопанельных монитров.............................. 10

8.Обзор рынка и критерии выбора ЖК-монитора....................................................................... 12

9.Заключение................................................................................................................................... 13

10.Список литературы.................................................................................................................... 14

Введение.

В настоящее время, большую часть рынка мониторов занимают ЖК-мониторы, представленные такими брендами, как Samsung, ASUS, NEC, Acer, Philips и т.д ЖК-технологии также применяются при изготовлении телевизионных панелей, дисплеев ноутбуков, мобильных телефонов, плееров, фотоаппаратов и т.п.. В силу своих физических свойств (рассмотрим их ниже), жидкие кристаллы позволяют создавать экраны, сочетающие в себе такие качества как высокая четкость изображения, экономичное энергопотребление, малая толщина дисплея, высокое разрешение, но при этом широкий диапазон диаганалей: от 0,44 дюйма/11 миллиметров (январь 2008, самый маленький экран от производителя микродисплеев Kopin), до 108 дюймов/2,74 метра (самая большая ЖК-панель, представлена 29 июня 2008 года компанией Sharp Microelectronics Europe). Также плюсом ЖК-мониторов является отсутствие вредного для здоровье излучения и мерцания, которое было проблемой ЭЛТ-мониторов.

Но все же ЖК-мониторы имеют ряд недостатков: наличие такой характеристики как время отклика, не всегда удовлетворительный угол обзора, недостаточно глубокий черный цвет и возможность дефектов матрицы (битые пиксели). Являются ли ЖК-панели достойными преемниками ЭЛТ-мониторов, и есть ли у них будущее, в виду активно развивающейся плазменной технологии? В этом вопросе нам предстоит разобраться, изучив физическую структуру ЖК-мониторов, их характеристики и сравнив их с аналогичными показателями конкурирующих технологий.

1. Жидкие кристаллы.

1.1. Физические свойства жидких кристаллов.

Жидкие кристаллы – это вещества, обладающие свойствами, присущими как жидкостям, так и кристаллам: текучестью и анизотропией. Структурно жидкие кристаллы являются желеобразными жидкостями. Молекулы имеют вытянутую форму и упорядочены во всем объеме. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности. По типу ЖК обычно разделяют на две большие группы: нематики и смектики. В свою очередь нематики подразделяются на собственно нематические и холестерические жидкие кристаллы.

Холестерические жидкие кристаллы - образуются, в основном, соединениями холестерина и других стероидов. Это нематические ЖК, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль). Холестерики ярко окрашены и малейшее изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, изменению окраски ЖК.

У ЖК необычные оптические свойства. Нематики и смектики - оптически одноосные кристаллы. Холестерики вследствие периодического строения сильно отражают свет в видимой области спектра. Поскольку в нематиках и холестериках носителями свойств является жидкая фаза, то она легко деформируется под влиянием внешнего воздействия, а так как шаг спирали в холестериках очень чувствителен к температуре, то, следовательно, и отражение света резко меняется с температурой, приводя к изменению цвета вещества.

Эти явления широко используются в различных приложениях, например, для нахождения горячих точек в микроцепях, локализации переломов и опухолей у человека, визуализации изображения в инфракрасных лучах и др.

1.2. История развития жидких кристаллов.

Жидкие кристаллы были открыты австрийским ботаником Ф. Рейнитцером в 1888 году. Исследуя кристаллы холистерилбензоата и холестерилацетата, он обнаружил что вещества имеют 2 точки плавления и 2 разных жидких состояния – прозрачное и мутное. Однако свойства этих веществ, по началу, не привлекли внимания ученых. Более того, жидкие кристаллы рушили теорию о трех агрегатных состояниях вещества, поэтому физики и химики долгое время не признавали жидкие кристаллы в принципе. Профессор Страсбургскорского университета Отто Леманн в результате многолетних исследований предоставил доказательство, но даже после этого жидкие кристаллы не нашли применения.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон использовал важнейшее свойство жидких кристаллов - изменять цвет под воздействием температуры - для обнаружения не видимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение, интерес к жидким кристаллам резко возрос.

В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея синтезировала жидкие кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.

Впервые дисплеи на основе жидких кристаллах стали применяться при изготовлении ноутбуков в связи с их компактными размерами. На ранних этапах конечные продукты стоили очень дорого, а качество их при этом было весьма невысоким. Однако несколько лет назад появились первые полноценные ЖК-мониторы, стоимость которых оставалась также довольно высокой, но качество их заметно повысилось. И наконец-то сейчас рынок ЖК-мониторов развивается быстрыми темпами. Это связано с тем, что технологии развиваются очень активно и, кроме того, конкуренция среди производителей привела к заметному снижению цен на данный вид продукции.

2. Структура ЖК-монитора.

Жидкокристаллический монитор – это устройство, предназначенное для вывода графичесокой информации с компьютера, фотоаппарата и т.п.

Особенностью жидкокристаллических дисплеев является то, что жидкие кристаллы сами по себе свет не излучают. Каждый пиксель ЖК-монитора состоит из трех субпикселей основных цветов (красный, зеленый, синий). Проходящий через ячейки свет может быть естественным - отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

2.1. Субпиксел цветного ЖК-дисплея.

Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Размер по диагонали и разрешение

Размер ЖК-монитора по диагонали – это вторичный параметр, обусловленный его физическим разрешением, т.е. количеством пикселей, а также размером последних. В зависимости от того, с каким физическим размером пикселя используется TFT-матрица и для какого разрешения (число пикселей) её разрезают производители, получается та или иная диагональ монитора (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1

Основные разрешения и типоразмеры
современных ЖК-мониторов

Важной особенностью ЖК- и других плоскопанельных мониторов является то, что они предназначены для работы с каким-либо разрешением, оптимальным с точки зрения качества изображения. Необходимость работы с фиксированным разрешением монитора обусловлено тем, что в ЖК-мониторах «пиксель» и «зерно» означают практически одно и то же. Пиксель изображения может быть образован только целым количеством ЖК-ячеек. При максимальном разрешении, которое является и основным рабочим разрешением ЖК-монитора, каждый пиксель образован одной триадой ЖК-ячеек. Если необходимо снизить разрешение, то оно должно быть уменьшено в целое число раз. В частности, при основном разрешении 1024*768 более низкое разрешение составляет 512*384 , чего явно мало.

Дополнительной причиной, вынуждающей использовать при работе только одно разрешение, является сложность синхронизации выходных сигналов видеоадаптера и контроллера ЖК-монитора.

Яркость

Важнейшим параметром монитора является яркость. Чем выше яркость, тем лучше цветопередача, блики менее заметны, углы обзора увеличиваются. Типовая яркость для ЖК-мониторов составляет 200–
300 кд/м 2 .

Контрастность

Контрастность изображения на мониторе показывает во сколько раз изменяется его яркость при изменении уровня видеосигнала от максимального до минимального. Эту величину часто называют коэффициентом контрастности и обозначают в виде отношения. Чем выше контрастность, тем более четкое изображение можно на нем получить. Приемлемая цветопередача обеспечивается при контрастности не менее 130:1, высококачественная цветопередача требует контрастности 300:1. Достигнутая в лучших образцах ЖК-мониторов контрастность составляет 500:1.

Инерционность

Инерционность ЖК-экранов характеризуется минимальным временем, необходимым для активизации его ячейки. Инерционность современных ЖК-мониторов составляет? мс. Лучшие ЖК-мониторы имеют? мс. См. современные источники

Проблемные пиксели

Еще одной отличительной чертой ЖК-мониторов является наличие на некоторых экземплярах «проблемных» пикселей, яркость которых при смене изображения остается неизменной. Битый» пиксель на жидкокристаллическом мониторе появляется из-за выхода из строя транзистора, управляющего работой ЖК-ячейки или его нештатной работы.

Максимальное количество, а также типы «битых» пикселей установлены стандартом ISO-13406 . Так, пиксели первого типа – это белые на черном фоне, второго типа – черные на белом фоне, третьего типа – цветные пиксели (красные, зеленые, синие).

В соответствии с этим стандартом мониторы можно разделить на четыре класса . Первый класс вообще не допускает наличия битых пикселей. Второй – разрешает 2 дефекта 1 и 2 типов, а также 5 дефектов третьего типа. На дисплеях третьего класса может быть до 5 дефектов первого типа, до 15 – второго и до 50 – третьего типа. Наконец, четвертый класс мониторов разрешает по 50, 150 и 500 дефектов первого, второго и третьего типов соответственно.

Чтобы найти «битые» пиксели , необходимо провести определенную проверку. Существуют специальные утилиты (например, Nokia Monitor Test), которые тестируют монитор на наличие таких пикселей. Суть действия этих утилит заключается в том, что пользователю предлагаются однотонные картинки разных цветов. Переключая цвета, пользователь визуально оценивает, есть ли на экране «битые» пиксели.

При выборе и покупке монитора подобные утилиты можно записать на диск или flash-накопитель и провести проверку прямо в магазине.

Ориентация экрана

Важным аспектом при использовании ЖК-мониторов является возможность ориентации экрана: портретная или ландшафтная. У этих мониторов имеется возможность развернуть его на 90 ° , при этом ориентация изображения останется прежней.

Все современные мониторы оснащены интерфейсом DVI, HDMI. Ряд моделей имеет вход S-видео, что позволяет подключать их к обычному видеомагнитофону, DVD-плееру, для того чтобы монитор выполнял функции телевизора.

Плазменные панели

В 1964 году сотрудники Иллинойского университета Дональд Битцер, Джин Слоттоу и Роберт Уилсон сконструировали первую плазменную панель (Plazma Panel=PP; Plazma Display Panel=PDP ).

Принцип действия плазменной панели основан на использовании эффекта свечения инертного (благородного) газа, молекулы которого находятся в ионизированном состоянии. Для приведения молекул инертного газа в ионизированное состояние, т.е. в состояние плазмы (отсюда и название данной технологии), используется высокое напряжение. Формирование изображения в PP происходит в пространстве между стеклянными пластинами, заполненном благородным газом или их смесью. На переднее стекло нанесены тончайшие прозрачные проводники, на заднее стекло также нанесены проводники, но перпендикулярно. Место пересечения проводников образует ячейку. Подавая на электроды электрическое напряжение, можно вызвать пробой газа в нужной ячейке, сопровождающийся излучением света.

Первые плазменные панели, заполнявшиеся в основном неоном, были монохромными и имели характерный оранжевый цвет. Проблема создания цветного изображения была решена путем нанесения на внутренних поверхностях в триадах соседних ячеек люминофоров, светящихся под воздействием ультрафиолетового излучения тремя основными цветами (красного, зеленого и синего). Для генерации при разряде невидимым глазу ультрафиолетовым излучением была подобрана газовая смесь. Ультрафиолетовое излучение ионизированного газа вызывает свечение соответствующего люминофора красным, зеленым и синим цветом. Совокупность ячеек-пикселей формирует цветное изображение.

Существуют два разных типа плазменных панелей: панели постоянного тока (DC ) и переменного тока (AC ). Исторически первыми появились панели DC. В них электроды размещались на противоположных подложках панели (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Устройство ячейки цветной газоразрядной панели постоянного тока (рисунок взят с сайта http://www.plasmadisplay.ru с согласия компании Viking):
1 – видимый свет; 2 – катод; 3 – внешнее стекло; 4 – слой диэлектрика; 5 – плазма;
6 – флюоресцирующее покрытие; 7 – ультрафиолетовое излучение; 8 – анод; 9 – внутренняя подложка

Для активизации ячейки между анодом и катодом подается управляющее напряжение, которое вызывает электрический пробой газового промежутка с выделением ультрафиолетовых волн. При использовании панелей с разрядом постоянного тока уязвимым местом являются электроды в зоне разрядного промежутка, которые подвергаются интенсивной эрозии. Это заметно ограничивает срок службы панели (срок службы панелей DC не превышает 10000 часов) и не позволяет достичь высокой яркости изображения, ограничивая ток разряда.

Подавляющее большинство панелей, выпускаемых современной промышленностью, относится к типу AC. В основе панелей переменного тока лежит разработанная фирмой Fujitsu в 1984 году так называемая трехэлектродная структура газоразрядной ячейки
(рис. 2.13).

Рис. 2.13. Устройство ячейки цветной газоразрядной панели переменного тока (рисунок взят с сайта http://www.plasmadisplay.ru с согласия компании Viking):
1 – видимый свет; 2 – внешнее стекло; 3 – электрод развертки;
4 – ионизирующий электрод; 5 – слой диэлектрика; 6 – защитный слой (MgO); 7 – плазма;
8 – ультрафиолетовое излучение;
9 – флюоресцирующее покрытие; 10 – адресный электрод;
11 – внутренняя подложка

Принципиальное отличие этого типа панелей заключается в том, что люминофор защищен от ионной бомбардировки плазмы. Достигается это следующим образом. Пара электродов (электрод развертки и ионизирующий электрод) расположены на поверхности внешнего стекла и отделены слоем диэлектрика. Они питаются переменным напряжением и создают в газовом слое слабый тлеющий разряд. Эти электроды называют дисплейными. При подаче управляющего импульса на адресный электрод, расположенный на внутренней подложке, происходит электрический пробой между дисплейными электродами. При этом появляется ультрафиолетовое излучение, заставляющее светиться люминофор. Тлеющий разряд между дисплейными электродами "подготавливает" канал для электрического пробоя и позволяет значительно снизить время реакции ячейки плазменной панели. Такая схема позволяет существенно сэкономить "ресурс" люминофора. Срок службы современных панелей AC не менее 30 000 часов.

Однако нанесенный диэлектрик не только защищает электроды, но и препятствует протеканию разрядного тока. Электрически система электродов, покрытых диэлектриком, образует сложный конденсатор. На этот конденсатор для формирования разрядного тока подаются импульсы сложной формы с частотой около 200 кГц. При подаче таких сигналов через конденсатор протекают импульсы тока амплитудой в десятки ампер в моменты его перезарядки. Длительность импульса тока порядка сотни наносекунд. По этой причине алгоритм управления панелью становится сложным и высокочастотным, что значительно усложняет схему управления. На рис. 2.14 приведена структура цветной плазменной панели переменного тока.

Рис. 2.14. Структура цветной плазменной панели переменного тока (рисунок взят с сайта http://www.plasmadisplay.ru с согласия компании Viking):
1 - внешнее стекло, 2 – дисплейный электрод развертки, 3 – дисплейный ионизирующий электрод, 4 – защитный слой (MgO), 5 – флюорисцирующий слой, 6 – внутренняя подложка, 7 – адресные электроды

Плазменные панели по качеству изображения в настоящее время намного превосходят даже хорошие мониторы на ЭЛТ, которые пока считаются эталоном. Кроме того, они имеют и такие преимущества:

1. малая толщина (10–15 см) и легкость при достаточно больших размерах экрана (40–60 и более дюймов);

2. высокая скорость обновления (примерно в пять раз лучше, чем у ЖК-панели);

3. высокая яркость (от 350 до 1000 кд/м2), контрастность (заявляемый показатель у Panasonic и ряда других производителей достигает 3000:1) и четкость при отсутствии геометрических искажений;

4. отсутствие неравномерности яркости по полю экрана;

5. почти 100-процентное использование площади экрана под изображение;

6. большой угол обзора (160° и более);

7. отсутствие рентгеновского и других вредных для здоровья излучений;

8. невосприимчивость к воздействию магнитных и электрических полей (следовательно, нет также и ограничений на использование акустических систем);

9. не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы;

10. механическая прочность;

11. широкий рабочий температурный диапазон;

12. небольшое время отклика (время между посылкой сигнала на изменение яркости пикселя и фактическим изменением);

13. высокая надежность;

14. защищенность информации (изображение, отображаемое на плазменной панели, практически невозможно перехватить техникой, применяемой в промышленном шпионаже).

К числу основных недостатков плазменных панелей относятся следующие.

Несмотря на существенные различия в технологии плазменные мониторы, как и электронно-лучевые трубки, используют люминофор, который подвержен деградации. Различные фирмы-изготовители называют ресурс от 15000 часов (NEC) до 20000–30000 часов (Pioneer) по критерию снижения яркости в два раза.

Высокий уровень питающего напряжения и энергопотребления требует подключения плазменных панелей к сети и не дает возможности работы от аккумуляторов. Например, плазменный телевизор Sony KZ-32TS1 c диагональю 32 дюйма потребляет 270 Вт, а телевизор на ЭЛТ Toshiba 32 ZD26, c такой же диагональю, – 115 Вт. Панель с диагональю 61 дюйм потребляет около 700 Вт, а в момент возникновения разряда (поджога) – 1,5 кВт. Плазменные панели требовательны к стабильности питающего напряжения.

Следствием высокого энергопотребления является существенное тепловыделение. Для охлаждения в корпус встраиваются вентиляторы, которые создают шум на уровне 30 дБ.

Высокая зернистость изображения. Для плазменной панели с диагональю 50 дюймов и разрешением 1365х768 характерен размер пикселя 0,6 – 0,7 мм. Для комфортного просмотра изображения на такой панели необходимо находиться на расстоянии нескольких метров.

Существенным недостатком также является высокая цена плазменных панелей. Однако под давлением жесткой конкуренции производителей технология производства панелей очень быстро развивается, и это приводит к постоянному снижению цены. Качество изображения и стандартные типоразмеры плазменных панелей позволяют использовать их в качестве монитора компьютера, экрана телевизора, домашнего кинотеатра, рекламно-информационного панно, интерактивных досок. В настоящий момент в мире плазменные панели и телевизоры выпускают около 50 различный компаний, однако сами матрицы производятся всего несколькими фирмами, среди них: Fujitsu Hitachi Plasma (FHP), Pioneer, NEC, Matsushita (Panasonic), LG, Acer и Samsung. Остальные фирмы закупают матрицы у этих производителей и оснащают их своей электронной начинкой.

Похожая информация.

В заключение обзора приведем таблицу 1, в которой сведены все особенности различных типов ЖК-матриц.

Таблица 1. − Особенности различных ЖК-матриц

Исходя из особенностей ЖК-матриц различного типа, можно сделать один важный вывод по поводу выбора ЖК-мониторов. Так, если монитор построен на матрице типа TN+Film, то благодаря хорошей скорости реакции пикселя он прекрасно подойдет для офисной работы, а также в качестве игрового монитора.

Мониторы на матрице S-IPS являются универсальными мониторами. Они прекрасно подойдут и для офисной работы, и для просмотра видео, и для игр, и даже (с некоторой натяжкой) для работы с цветом.

Мониторы на основе PVA-матриц производства компании Samsung универсальны и их можно смело рекомендовать для любых приложений.

Сегодня в ЖК-мониторах максимальная яркость, заявляемая в технической документации, составляет от 250 до 500 кд/м 2 . И если яркость монитора достаточна высока, то это обязательно указывается в рекламных буклетах и преподносится как одно из основных преимуществ монитора. Впрочем, как раз в этом кроется один из подводных камней. Парадокс заключается в том, что ориентироваться на цифры, указанные в технической документации, нельзя. Это касается не только яркости, но и контраста, углов обзора и времени реакции пикселя.

Мало того, что они могут вовсе не соответствовать реально наблюдаемым значениям, иногда вообще трудно понять, что означают эти цифры. Прежде всего, существуют разные методики измерения, описанные в различных стандартах; соответственно измерения, проводимые по разным методикам, дают различные результаты, причем вы вряд ли сможете выяснить, по какой именно методике и как проводились измерения. Вот один простой пример. Измеряемая яркость зависит от цветовой температуры, но когда говорят, что яркость монитора составляет 300 кд/м 2 , то возникает вопрос: при какой цветовой температуре достигается эта самая максимальная яркость? Более того, производители указывают яркость не для монитора, а для ЖК-матрицы, что совсем не одно и то же.

Для измерения яркости используются специальные эталонные сигналы генераторов с точно заданной цветовой температурой, поэтому характеристики самого монитора как конечного изделия могут существенно отличаться от заявленных в технической документации. А ведь для пользователя первостепенное значение имеют характеристики собственно монитора, а не матрицы.

Яркость является для ЖК-монитора действительно важной характеристикой. К примеру, при недостаточной яркости вы вряд ли сможете играть в различные игры или просматривать DVD-фильмы. Кроме того, окажется некомфортной работа за монитором в условиях дневного освещения (внешней засветки).

Однако делать на этом основании вывод, что монитор с заявленной яркостью 450 кд/м 2 чем-то лучше монитора с яркостью 350 кд/м 2 , было бы преждевременно. Во-первых, как уже отмечалось, заявленная и реальная яркость – это не одно и то же, а во-вторых, вполне достаточно, чтобы ЖК-монитор имел яркость 200-250 кд/м 2 (но не заявленную, а реально наблюдаемую). Кроме того, немаловажное значение имеет и тот факт, каким образом регулируется яркость монитора.

С точки зрения физики регулировка яркости может производиться путем изменения яркости ламп подсветки. Это достигается либо за счет регулировки тока разряда в лампе (в мониторах в качестве ламп подсветки используются лампы дневного света с холодным катодом ColdCathodeFluorescentLamp, CCFL), либо за счет так называемой широтно-импульсной модуляции питания лампы. При широтно-импульсной модуляции напряжение на лампу подсветки подается импульсами определенной длительности. В результате лампа подсветки светится не постоянно, а только в периодически повторяющиеся интервалы времени, но за счет инертности зрения создается впечатление, что лампа горит постоянно (частота следования импульсов составляет более 200 Гц).

Очевидно, что, меняя ширину подаваемых импульсов напряжения, можно регулировать среднюю яркость свечения лампы подсветки. На рис. 6 показан пример широтно-импульсной модуляции лампы подсветки, наблюдаемой при различных значениях установленного уровня яркости монитора.

Рис. 6. − Регулирование яркости монитора методом широтно-

импульсной модуляции

Кроме регулирования яркости монитора за счет лампы подсветки, иногда это регулировка осуществляется самой матрицей. Фактически, к управляющему напряжению на электродах ЖК-ячейки добавляется постоянная составляющая. Это позволяет полностью открывать ЖК-ячейку, но не позволяет полностью ее закрывать. В этом случае при увеличении яркости черный цвет перестает быть черным (матрица становится частично прозрачной даже при закрытой ЖК-ячейке).

2.7 Контрастность

Не менее важной характеристикой ЖК-монитора является его контрастность, которая определяется как отношение яркости белого фона к яркости черного фона:

Теоретически контрастность монитора не должна зависеть от установленного на мониторе уровня яркости, то есть при любом уровне яркости измеренный контраст должен иметь одно и то же значение. Действительно, яркость белого фона пропорциональна яркости лампы подсветки B и равна

Аналогично, яркость черного фона можно выразить по формуле:

– коэффициент пропускания света ЖК-ячейкой в закрытом состоянии. Тогда контраст можно выразить по формуле:

В идеальном случае отношение коэффициентов пропускания света ЖК-ячейкой в открытом и закрытом состоянии является характеристикой самой ЖК-ячейки, однако на практике это отношение может зависеть и от установленной цветовой температуры, и от установленного уровня яркости монитора.

За последнее время контрастность изображения на цифровых мониторах заметно выросла, и сейчас этот показатель нередко достигает значения 500:1. Но и здесь все не так просто. Дело в том, что контраст может указываться не для монитора, а для матрицы. Впрочем, как показывает опыт, если в паспорте указывается контраст более 350:1, то этого вполне достаточно для нормальной работы.

2.8 Угол обзора

Максимальный угол обзора (как по вертикали, так и по горизонтали) определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения в центре составляет не менее 10:1. Некоторые производители матриц при определении углов обзора используют контрастность не 10:1, а 5:1, что также вносит некоторую путаницу в технические характеристики. Формальное определение углов обзора довольно туманно и, что самое главное, не имеет прямого отношения к правильности цветопередачи при просмотре изображения под углом.

На самом деле для пользователей куда более важным обстоятельством является тот факт, что при просмотре изображения под углом к поверхности монитора происходит не падение контрастности, а цветовые искажения. К примеру, красный цвет превращается в желтый, а зеленый – в синий. Причем подобные искажения у разных моделей проявляются по-разному: у некоторых они становятся заметными уже при незначительном угле, много меньшем угла обзора. Поэтому сравнивать мониторы по углам обзора в принципе неправильно. Сравнить-то можно, но вот практического значения такое сравнение не имеет.

2.9 Время реакции пикселя

Время реакции, или время отклика пикселя, как правило, указывается в технической документации на монитор и считается одной из важнейших характеристик монитора (что не совсем верно).

В ЖК-мониторах время реакции пикселя, которое зависит от типа матрицы, измеряется десятками миллисекунд (в новых TN+Film-матрицах время реакции пикселя составляет 12 мс), а это приводит к смазанности меняющейся картинки и может быть заметно на глаз.

Различают время включения и время выключения пикселя. Под временем включения пикселя понимается промежуток времени, необходимый для открытия ЖК-ячейки, а под временем выключения – промежуток времени, необходимый для ее закрытия. Когда же говорят о времени реакции пикселя, то понимают суммарное время включения и выключения пикселя.

Время включения пикселя и время его выключения могут существенно различаться.

На рис. 7 показаны типичные временные диаграммы включения (рис. 7а) и выключения (рис. 7б) пикселя для TN+Film-матрицы. В приведенном примере время включения пикселя составляет 20 мс, а выключения – 6 мс. Суммарное же время реакции пикселя равно 26 мс.

Когда говорят о времени реакции пикселя, указываемом в технической документации на монитор, то имеют в виду время реакции именно матрицы, а не монитора. Кроме того, время реакции пикселя, указываемое в технической документации, различными производителями матриц трактуется по-разному. К примеру, один из вариантов трактовки времени включения (выключения) пикселя заключается в том, что это время изменения яркости пикселя от 10 до 90% (от 90 до 10%).

В этой статье мы рассмотрим основные характеристики ЖК - мониторов, опуская такую важную характеристику, как тип матрицы. В типах матриц ЖК – мониторов, мы попробуем разобраться в отдельной статье.

ЖК – мониторы классифицируют по рабочему разрешению. В отличии от мониторов на основе ЭЛТ, разрешение которых можно менять очень гибко, ЖК-дисплеи имеют фиксированный набор физических пикселей. Поэтому они рассчитаны на работу с одним фиксированным разрешением, которое называется рабочим. Например, мониторы с диагональю от 17 до 19 дюймов, зачастую имеют рабочее разрешение 1280 х 1024, а это означает, что у данного монитора действительно содержится 1280 пикселей по горизонтали и 1024 по вертикали. Соответственно чем больше разрешение, тем лучше качество картинки.

ЖК – монитор способен выводить изображение в другом разрешении. Такой режим называют интерполяцией, но здесь есть свои недостатки. В этом режиме, в большинстве случаев, может произойти деформация изображения: края элементов на экране могут стать зазубренными и т. д. Поэтому при покупке ЖК-монитора следует понимать, что комфортно можно будет работать только в рабочем разрешении.

Яркость

Высокая яркость ЖК – монитора является его преимуществом, так как иногда превышает в два раза, аналогичный параметр в мониторах на основе ЭЛТ. Сегодня яркость ЖК – мониторов колеблется в рамках 300 – 600 кд. Яркость монитора является очень важным параметром, так как при недостаточной яркости монитора вы не сможете комфортно играть в игры или просматривать фильмы. Но все жё следует понимать, что значительное повышение яркости монитора, увеличит и нагрузку на ваши глаза, так что нужно соблюдать баланс яркости.

В последнее время контрастность изображения мониторов значительно возросла. Сейчас нередко этот показатель достигает значения 1000:1, а иногда и больше. Данный параметр определяется как соотношение между максимальной и минимальной яркостью на белом и чёрном фоне соответственно. Как показывает практика, если в документации к монитору указывается параметр более 500: 1, то этого вполне хватает для комфортной работы.

Угол обзора

Максимальный угол обзора определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения составляет не менее 10:1. Правда, для большинства пользователей контрастность не имеет особого значения, более приоритетным здесь является корректность цветопередачи, при изменении угла обзора. К примеру, красный цвет превращается в жёлтый, а зелёный - в синий. Подобные искажения у разных моделей мониторов проявляются по-разному, поэтому сравнивать мониторы по углу обзора практически не имеет смысла.

Время реакции пикселя

Теперь речь пойдёт о времени реакции пикселя (время отклика). Очень часто эту характеристику называют слабым местом ЖК-монитора. В ЭЛТ-мониторах, время отклика измеряется в микросекундах, а в ЖК-мониторах – в десятках миллисекунд, что при смене картинки в ряде случаев, может быть заметно невооружённым глазом (хотя на практике такие случаи исключены). При выборе монитора обращайте внимание на эту характеристику, желательно отдать предпочтении моделям, где время реакции пикселя - меньше.

Интерфейс монитора

Для ЖК-мониторов, которые являются цифровыми устройствами, родным считается интерфейс DVI, также допускается подключение через разъем D-sub. Плюс DVI – интерфейса в том, что отсутствуют преобразование сигнала в аналоговый видеокарте (ЦАП), а он поступает сразу в цифровом виде, что уменьшает риск искажений. Правда, на практике, такие искажения не встречаются, поэтому подключать монитор можно по любому интерфейсу, лишь бы соответствующий разъем присутствовал на видеокарте.

DVI

Перейдём к новому стандарту подключения, который пришёл на смену DVI,- это DisplayPort. Уже в ближайшем будущем он должен стать единым интерфейсом для подключения мониторов различных типов. Этот интерфейс прижился у ноутбуков и компьютеров Apple. А вот в мире PC, несмотря на продвижение его фирмой AMD/ATI (с 2007 года в видеоплатах этого производителя имеется соответствующий разъём), несколько стопорится. Фирма NViDIA пока отдает предпочтение HDMI. Новая версия разъёма DisplayPort 1.2, обеспечит пропускную способность для работы с разрешением 3840х2160. Технология Main Link обеспечит скорость до 5 Гбит/с на одну полосу (всего полос может быть до четырёх).

У вас смартфон Xiaomi? Тогда вас должны заинтересовать чехлы на Xiaomi Rendi 3 по доступным ценам.

При покупке монитора, можно обнаружить битые пиксели. Это могут быть светящиеся чёрные точки, которые остаются неизменными независимо от динамики изображения, также эти точки могут проявиться со временем. Вышеперечисленное означает, что один или несколько пикселей вышли из строя. Это не подлежит ремонту, но в ряде случаев может быть заменено по гарантии, хотя тут уже нужно вчитываться в документацию. Отдельные разработчики гарантируют 100% отсутствия битых пикселей, другие же допускают присутствие их незначительного количества.