11 лет назад 10 августа 2007 в 1:37 46

Неидеальные

Автор: Андрей Воленко

Жидкокристаллические мониторы развиваются очень динамично. От медленных дорогих панелей за несколько лет удалось прийти к быстрым качественным матрицам, цены на которые стали до неприличия демократичными.

Все дело в том, что LCD-технологии были доведены до очень высокого уровня. Из существующих типов матриц выжимают максимум цвета, скорости и обзорности. Но возможности этих технологий, увы, ограничены. И не все эти ограничения можно обойти, по крайней мере, пока.

СКОРОСТЬ

Принцип работы ЭЛТ-мониторов был основан на инертности глаза. В них при достаточно высокой частоте вертикальной развертки (от 85 Гц и выше) удавалось создать визуально статичную картинку. При этом изображение прорисовывалось всего лишь одним лучом, последовательно проходящим строки на экране сверху вниз. Глаз не сразу забывал вспышку люминофора на экране, от чего получалось сформировать визуально целостную картинку, каковой та, по сути, не являлась. Именно мерцающая картинка была основной причиной утомляемости глаз. При частоте порядка 100 Гц мерцание картинки если и можно было обнаружить, то только гораздо более чувствительным периферическим зрением, и именно эта частота была рекомендованной для снижения нагрузки на глаза. Но стоило поставить рядом с ЭЛТ-монитором жидкокристаллическую матрицу, как мерцание первого становилось абсолютно очевидным даже на самых высоких частотах вертикальной развертки и под любым углом зрения.

Такой эффект связан с тем, что в ЖК-мониторах изображение формируется совершенно иным образом: картинка выводится целиком и меняется фрагментарно и достаточно медленно. Ни о каком мерцании не может быть и речи, поскольку фактически картинка статична. И все было бы просто великолепно, если бы не все та же инертность глаза, сработавшая в данном случае с точностью до наоборот: формируемое матрицей изображение сменяется настолько медленно, что глаз хорошо помнит старую картинку, в то время как уже видит новое. В итоге и получается тот самый шлейф от движущихся объектов. Уменьшение скорости реакции пикселя, как и ожидалось, свело этот эффект практически на нет, и для большей части задач оказалось достаточно монитора с временем отклика 10-15 мс. Однако динамичные сцены в фильмах и играх все еще выдают заметный многим пользователям шлейф даже на мониторах с временем срабатывания пикселя в единицы миллисекунд. Стремясь как-то избавиться от этого эффекта, производители прибегают к весьма неожиданному решению: между сменой кадров выводится черный экран, чтобы глаз забывал старую картинку. Что из этого выходит? Фактически эмуляция работы электронно-лучевой трубки!

Инициативная компания BenQ для решения этой проблемы представила технологию Black Frame Insertion (BFI), основной идеей которой была как раз вставка черного экрана между кадрами. Только вот применять эту технологию можно было с быстрыми TN-матрицами. С медленными PVA/MVA-панелями такой фокус только усугубил бы ситуацию: при частоте вертикальной развертки 60 Гц время жизни одного кадра равно 16,7 мс. В PVA/MVA-матрицах только переключение пикселя в черный цвет занимает столько же времени, а иногда и больше. Получается, что в относительно медленных матрицах BFI только добавила бы мерцания.

До конечного продукта в недрах все той же BenQ дошла другая технология, в которой реализована идея вставки черной картинки. Только теперь черный фон получался гашением ламп подсветки. Такую технологию можно использовать с матрицей любого типа. В представленном компанией 24-дюймовом мониторе FP241WZ на PVA-матрице из 16 ламп подсветки одновременно горят только 15. Выходит, что черная полоска бегает по монитору сверху вниз. В FP241WZ можно выбрать одну из трех степеней активности BFI. Практические исследования показывают, что при работе с офисными приложениями становится заметно мерцание. При активации BFI заметно падает яркость и, как следствие, контрастность. В играх же, напротив, плюсов больше – скорость монитора воспринимается на равных с быстрыми TN-матрицами.

Мерцание можно устранить тем же способом, который применялся в ЭЛТ-мониторах – увеличением частоты вертикальной развертки до 85-100 Гц. Но если это и будет реализовано в современных мониторах, то наложит заметные ограничения на существующую версию DVI-интерфейсов: уже для разрешения 1600×1200 придется использовать Dual-DVI-подключение.

Спасительный овердрайв

Из существующих типов матриц наиболее быстрым оказывается TN+Film. При этом такие матрицы имеют самую слабую цветопередачу, малые углы обзора и невысокую контрастность. У PVA-, MVA– и S-IPS-матриц эти недостатки выражены в меньшей степени, но зато они заметно медленней. Впрочем, и TN+Film-матрицы не достаточно быстры, чтобы удовлетворить запросы требовательных пользователей. В последние несколько лет рост скоростей матриц обеспечивается совершенствованием технологии Overdrive.

Суть ее в том, чтобы заставить пиксель быстрее переключаться, подавая на него повышенное напряжение. От повышенного напряжения пиксель включается в состояние с максимальной яркостью, после чего его яркость понижается до требуемого значения. При такой махинации получается заметный выигрыш во времени отклика, поскольку в обычных матрицах в штатных условиях работы пикселя время его включения в разы больше времени выключения.

Также встречается двойной овердрайв, в котором благодаря подаче нестандартного напряжения на пиксель удается как включить его на максимальную яркость, так и выключить.

Дольше всего пиксели переключаются в областях, близких к половинной яркости свечения. Именно в таких случаях наиболее ценен овердрайв. Между тем, из-за того что пиксель загорается с максимальной яркостью, а потом гаснет до нужного значения, на некоторых изображениях возникают артефакты. При незначительных изменениях яркости картинки или при движении объектов на экране может появиться цветной шум или шлейф за объектом – побочный эффект овердрайва.

Производители матриц на современном этапе отработали технологию до такой степени, что на большей части мониторов артефакты овердрайва заметны лишь при пристальном рассмотрении. Овердрайв позволил повысить скорость отклика (серый в серый) TN-матриц до 1-2 миллисекунд, остальных – до 6-10 мс. Время полного цикла приблизительно вдвое больше. Однако чем быстрее матрица, тем, как правило, заметней на ней артефакты овердрайва.

КОНТРАСТНОСТЬ

Второй параметр, который может не устраивать пользователя в ЖК-мониторах – это их невысокая контрастность. Если сравнивать хорошие ЖК– и ЭЛТ-мониторы, то ЭЛТ оказываются заметно контрастней. В темноте… Именно в темноте видно, что даже самый темный ЖК-монитор при выводе черной заливки светится. ЭЛТ практически лишены паразитного свечения и демонстрирует правдоподобный черный цвет. Однако за мониторами обычно работают днем, и тут картина противоположная. При обычном дневном свете люминофор ЭЛТ-мониторов выглядит серым, ЖК-мониторы в таком случае оказываются чернее, поскольку свечение ламп становится практически незаметным.

Низкая контрастность часто улучшается при помощи глянцевого покрытия (обычно практикуется на ноутбуках). Оно, как зеркало, отражает свет непосредственно на наблюдателя, повышая визуальную контрастность. Матовое же покрытие рассеивает свет по все стороны. Но поскольку глянцевое покрытие имеет больше недостатков, чем достоинств, на обычных мониторах для увеличения контрастности начали использовать другой прием – динамическую контрастность. Эта хитрость позволяет повысить контрастность до невиданных ранее 3000:1 и даже выше. Работает это следующим образом. Электроника монитора оценивает кадр в целом и в зависимости от этого меняет яркость подсветки матрицы: на темных картинках яркость ламп уменьшается, на светлых – повышается. Получается, что при измерении контрастности черный фон замеряется при минимальном свечении ламп, белый – при максимальном. Очевидно, что в таком случае соотношение может быть и большим, чем 3000:1. Другое дело, что полноценно использовать такой монитор сложно. При работе с офисными приложениями и графикой изменение яркости экрана просто раздражает. В играх это часто мешает, поскольку во многих шутерах в темных сценах, чтобы рассмотреть соперника, яркость лучше, наоборот, поднять. Только в фильмах динамическая контрастность может оказаться полезной, там обычно нет моментов с областями с очень разной яркостью, поскольку сцены имеют равномерную по яркости структуру.

ЦВЕТОПЕРЕДАЧА: ЧЕСТНЫЙ ЦВЕТ

Третий важный недостаток всех существующих мониторов – малый диапазон цветового охвата. Поскольку в мониторах каждый оттенок получается смешением трех компонент: красного, зеленого и синего – то такой дисплей может задать лишь треугольник внутри CIE-диаграммы. Именно “чистыми” цветами для каждого монитора и определяется треугольник цветового охвата. Три этих цвета зависят от типа используемой подсветки матрицы, от того, какой спектр излучает та или иная подсветка. В современных мониторах используются CCFL-лампы (Cold Cathode Fluorescent Lamp – флуоресцентные лампы с холодным катодом), в которых электрический разряд излучает свет в ультрафиолетовом спектре, а нанесенный на стенки лампы люминофор преобразует ультрафиолет в белый цвет. Идеальный белый цвет с точки зрения RGB-модели должен состоять из красного с длиной волны 515 нм, синего – 420 нм и зеленого – 680 нм. В таком случае можно вывести треугольник цветов с максимальным охватом полутонов из CIE-диаграммы. Теоретическая модель такого дисплея называется лазерным дисплеем. На деле же вывести цвет, состоящий всего лишь из трех монохроматических волн с указанными длинами волн, пока невозможно. Можно взять больше опорных точек, вписывая в диаграмму уже многоугольник, захватывая больше цветов. Но на практике это сложно реализуемо.

CCFL-лампы выводят целый спектр волн вблизи идеальных чистых компонент. Более того, в диапазоне излучения этих ламп встречаются промежуточные всплески. Все это приводит к тому, что вершины треугольника смещаются внутрь диаграммы. Среднестатистический монитор способен вывести приблизительно 60% от треугольника лазерного дисплея. При этом теряется больше всего цветов зеленой части спектра.

Для увеличения цветового охвата производители начинают использовать в мониторах не флуоресцентные лампы, а светодиоды. Спектр излучения светодиодов намного ровнее, к тому же в их диапазонах нет промежуточных всплесков. Практика показывает, что такие мониторы, как NEC SpectraView 2180WG-LED или Samsung XL20, обладают куда более широким цветовым охватом.

В ПЕРСПЕКТИВЕ

Из перспективных технологий очень интересна и близка к реализации в серийных моделях (на выставках уже неоднократно показывались опытные образцы мониторов) технология OLED (organic light-emitting diode). В этих мониторах в качестве светоизлучающих элементов используются светодиоды на основе органических соединений. Цветопередача, яркость и контрастность таких мониторов выгодно отличается от того, чего можно ждать от ЖК-мониторов даже со светодиодной подсветкой. Органическими диодами легче управлять, время переключения их состояния несравнимо меньше. Если для самых быстрых TN-матриц достигнуты цифры порядка 1-2 мс, то для существующих OLED-дисплеев время отклика исчисляется сотыми долями миллисекунды.

Но пока у OLED недостатки весомее достоинств. OLED-дисплеи имеют очень малое время жизни. Такой дисплей способен проработать около 5000 часов, после чего органические соединения начинают разрушаться. Воздействие влаги заметно ускоряет этот процесс.

Кроме того, в настоящий момент активно развивать OLED не очень выгодно, поскольку сначала нужно приобрести лицензию у компании Kodak и нескольких других. Популяризация OLED прогнозируется как раз на момент окончания срока действия патента Kodak на OLED-технологию.

БУДУЩЕЕ

Глядя на ситуацию с LCD-дисплеями, становится понятно, что в ближайшее время они хоть и будут развиваться, но резких скачков в качестве и скорости их работы не предвидится. Каждый новый трюк по улучшению ЖК-технологии неизбежно приводит к новой проблеме, которую так или иначе приходится решать. Именно поэтому сам собой напрашивается вывод, что будущее за новыми технологиями, большая часть из которых пока сыра. В качестве реального примера можно взять OLED-технологию, доведя которую до зрелого состояния, производители теоретически могут получить устройства изображения с совершенно иными потребительскими свойствами. Но даже эта технология в некотором своем предельном состоянии все равно будет далека от совершенства, поэтому стоит ждать появления принципиально новых решений.