«Устройства отображения информации»

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4 5

Стандартизированное время реакции пиксела (Black-White-Black)

Различают время включения и выключения пиксела. Под временем включения пиксела понимается промежуток времени, необходимый для открытия ЖК-ячейки (переход с GL 0-GL 255), а под временем выключения — промежуток времени, необходимый для закрытия ЖК-ячейки (переход GL 255-GL 0). Когда же говорят о времени реакции пиксела, то понимают суммарное время включения и выключения пиксела, то есть переход Black-White-Black (BWB).

Методика измерения времени реакции пиксела определяется стандартом ISO 13406-2. В этом же стандарте оговаривается, что под временем включения пиксела понимается время, необходимое для изменения яркости пиксела от 0 до 90% (а не от 0 до 100%), а под временем выключения пиксела понимается время, необходимое для изменения яркости пиксела от 100 до 0%.

Время включения пиксела и время его выключения могут существенно отличаться друг от друга.

Рис. 4.5. График перехода пиксела из одного состояния в другое.

Нестандартизированное время переключения пиксела (Gray to Gray)

Итак, стандартом ISO 13406-2 предусмотрено измерение времени реакции пиксела при переключениях между чёрным и белым цветами. Вопрос только в том, насколько адекватно время реакции пиксела, измеряемое по стандарту ISO 13406-2, отражает динамические характеристики монитора. Насколько корректно утверждать, что если время реакции пиксела для одного монитора составляет 20 мс, а для другого – 30 мс, то первый монитор лучше другого в том смысле, что он не приводит к образованию смазанной картинки?

В реальных приложениях переключение пиксела GL 0-GL 255 или GL 255-GL 0 встречается относительно редко. В большинстве приложений реализуются, как правило, переходы между полутонами (градациями серого). Но как будет меняться время реакции пиксела, если его измерять при переключении между различными полутонами? Оказывается, что для большинства ЖК-матриц время перехода между полутонами оказывается больше, чем время перехода между чёрным и белым цветами. Что же из этого следует? Как минимум, это означает, что заявляемое производителем время реакции пиксела по стандарту ISO 13406-2 не позволяет однозначно судить о динамических свойствах монитора.

Если более важным является время переключения между полутонами, то именно это время и надо рассматривать в качестве характеристики динамических свойств монитора. Однако количество возможных переходов между градациями серого, не много не мало, 256х256=65536.

Конечно, все времена всех возможных переходов можно измерить, но что принять за результат? Печатать в технической документации таблицу времён переходов размером 256х256 – не слишком удачная идея. Однако можно использовать среднее время переключения между полутонами.

В качестве примера мы рассмотрим 19-дюймовый ЖК-монитор Samsung SyncMaster 970P на основе S-PVA матрицы.

Согласно технической документации, среднее время реакции пиксела для данного монитора составляет 6 мс (GTG). Причём главное, что в этом мониторе имеется чип RTA (Response Time Accelerator), который и реализует технологию RTC.

Рис. 4.6. График времени переключения пиксела.

Рис. 4.10. Осциллограмма перехода пиксела GL0-GL200 для монитора Samsung SyncMaster 970P

Отметим и проблему времени отклика. Сама по себе, технология поворота кристаллов очень медлительна, в результате чего ЖК-панели хуже подходят для фильмов, чем плазменные телевизоры. Впрочем, в этой области прогресс не стоит на месте, и сегодня появились ЖК-мониторы, которые весьма отзывчивы, хотя до уровня ЭЛТ ещё далеко. В то же время, приемлемое время отклика уже достигнуто, поэтому вы сможете смотреть фильмы и телевизионные передачи без всяких помех. Так что проблема времени отклика, остро стоявшая ещё несколько лет назад, сегодня уже практически решена.

Преимущества и недостатки типов матриц

Ориентировочная таблица сравнительных пользовательских характеристик LCD-мониторов в зависимости от использованного типа матрицы:

На сегодняшний день на рынке ЖК-мониторов можно наблюдать примерно следующую картину:

TN+Film решение не приводит к существенному увеличению времени отклика, однако, оно достаточно дешево и несколько увеличивает угол рассмотрения. На сегодняшний день эта технология имеет самое широкое распространение.

Технология IPS, благодаря активной поддержки со стороны компаний Hitachi и NEC может претендовать на достаточно большую рыночную долю. Решающими факторами успеха этой технологии являются большой угол видимости до 170° и приемлемое время отклика.

С технической точки зрения, технология MVA является лучшим решением. Угол рассмотрения увеличивается до 160 и почти равен углу рассмотрению обычных ЭЛТ-мониторов. Время отклика, уменьшено и составляет 20 миллисекунд, что подходит для воспроизведения видео. Пока рыночная доля этой технологии достаточно маленькая, однако уже сегодня наблюдается некоторый рост.

Основные характеристики
1. Контрастность

Контраст изображения - отношение яркостей самой светлой и самой тёмной частей изображения;

Паспортная контрастность, как правило, измеряется производителями не самих мониторов, а ЖК-матриц, на специальном стенде, при подаче определённого сигнала и определённом уровне яркости подсветки. Равна она отношению уровня белого цвета к уровню чёрного цвета.

Несомненно, паспортная контрастность современных ЖК-мониторов всё ещё недостаточно высока, чтобы успешно конкурировать с хорошими ЭЛТ-мониторами по этому параметру – в темноте их экраны всё ещё заметно светятся, даже если картинка целиком чёрная. Но ведь мы-то чаще всего используем мониторы как раз не в темноте, а вовсе даже при дневном освещении, иногда достаточно ярком. Очевидно, что в этом случае наблюдаемая нами реальная контрастность будет отличаться от паспортной, измеренной в полутьме лаборатории – к собственному свечению экрана монитора добавится отражённый им внешний свет.

Рис. 4.7 Пример уровня черного при внешнем освещении.

Выше представлена фотография двух стоящих рядом мониторов – ЭЛТ-монитор Samsung SyncMaster 950p+ и ЖК-монитор SyncMaster 215TW. Оба выключены, внешнее освещение – обычное дневное, в пасмурный день. Хорошо видно, что экран ЭЛТ-монитора при внешнем освещении оказывается не просто светлее, а намного светлее экрана ЖК-монитора – ситуация, ровно противоположная тому, что мы наблюдаем в темноте и при включённых мониторах.

Таким образом, реальная контрастность мониторов зависит от внешней освещённости: чем она выше, тем в более выигрышном положении оказываются ЖК-мониторы, даже на ярком свету картинка на них остаётся контрастной, в то время как на ЭЛТ она заметно выцветает. В темноте же, наоборот, преимущество на стороне ЭЛТ.

Кстати говоря, отчасти на этом основан хороший внешний вид – по крайней мере, на витрине – мониторов с глянцевой поверхностью экрана. Обычное матовое покрытие рассеивает падающий на него свет во все стороны, глянцевое же отражает его целенаправленно, как обычное зеркало – поэтому, если источник освещения не расположен непосредственно у вас за спиной, то матрица с глянцевым покрытием будет выглядеть более контрастной, чем с матовым. Увы, если источник освещения вдруг оказался у вас за спиной, картина в корне меняет – матовый экран по-прежнему рассеивает свет более-менее равномерно, а вот глянцевый будет отражать его точно вам в глаза.

Динамическая контрастность

На рынке присутствуют модели ЖК-мониторов с необычайно высокими значениями заявленной паспортной контрастности – вплоть до 3000:1 – и при этом использующие те же самые матрицы, что и мониторы с более привычными цифрами в спецификациях. Объяснение этого кроется в том, что столь большие по меркам ЖК значения соответствуют не "обычной" контрастности, а так называемой динамической.

Идея, в общем-то, проста: в любом фильме есть как светлые сцены, так и тёмные. В обоих случаях наш глаз воспринимает яркость всей картинки в целом, то есть, если большая часть экрана светлая, то уровень чёрного в немногочисленных тёмных областях большого значения не имеет, и наоборот. Поэтому вполне разумной выглядит автоматическая регулировка яркости подсветки в зависимости от изображения на экране – на тёмных сценах подсветку можно пригасить, тем самым сделав их ещё более тёмными, на светлых же, наоборот, вывести её на максимальную яркость. Именно такая автоматическая регулировка и называется "динамическая контрастность".

Официальные же цифры динамической контрастности получаются очень просто: уровень белого измеряется при максимальной яркости подсветки, уровень чёрного – при минимальной. В результате, если матрица имеет паспортную контрастность 1000:1, а электроника монитора позволяет автоматически менять яркость подсветки в три раза, то итоговая динамическая контрастность окажется равной 3000:1.

Равномерность подсветки

Неравномерность подсветки является одним из параметров, характерных именно для ЖК-мониторов — применительно к ЭЛТ-мониторам он куда менее существенен. Суть проблемы заключается в том, что при заливке всего экрана одним цветом яркость его получается различной в разных точках, например, углы экрана могут оказаться темнее, нежели середина. Причиной этого может быть как собственно неравномерная подсветка лампами тыльной стороны матрицы, так и неоднородности самой матрицы (например, небольшие перекосы, возникшие при установке её в корпус).

Рис. 4.8. Точки замера яркости.

Для объективного измерения неравномерности подсветки с помощью чувствительного фотодатчика снимаются значения яркости экрана, с шагом между точками измерения 3 см для 19" мониторов и пропорционально больше для более крупных. Для примера, выше на рисунке сеткой размечен экран 20" монитора.

Измерения производятся в двух режимах: при выводе на экран только белого цвета и только чёрного, после чего для полученных массивов данных вычисляются значения отклонений в процентах в каждой точке — для белого цвета отклонения считаются в минус от максимального значения, достигнутого в процессе измерения, а для чёрного — в плюс от минимального.

Рис. 4.9. Неравномерность белого. Рис. 4.10. Неравномерность черного

Если говорить о конкретных цифрах, то хорошим результатом мы считаем среднее отклонение в пределах 5 %, приемлемым — в пределах 7...8 %, плохим — более 8%. Нормы на максимальное отклонение мягче — хорошо, если оно не превышает 15 %, приемлемо, если не превышает 20 %, и совсем плохо, если оно больше.

Также необходимо отметить, что степень неравномерности может сильно — в большей степени, чем другие параметры — зависеть от конкретного экземпляра монитора. К сожалению, проконтролировать её при покупке не так просто — вряд ли в магазине Вам позволят выключить свет и придирчиво осмотреть монитор.

Преимущества и недостатки ЖК-мониторов

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 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.

Рис. 4.11. Пример битых пикселей.

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.

Плазменные дисплеи
1. Определение

Газоразрядный экран (также широко применяется английская калька «плазменная панель») — устройство отображения информации, монитор, использующее в своей работе явления электрического разряда в газе и возбуждаемого им свечения люминофора.

Сфера применения плазменных дисплеев

Плазменные панели чаще всего встречаются в высококачественных видеосистемах большого формата. Их большой размер и хорошее качество картинки прекрасно подходят для просмотра DVD или телевидения высокого разрешения. Плазменные панели традиционно позиционируются на high-end сектор рынка, где проблемы высокой цены, старения люминофора и высокого энергопотребления вторичны по сравнению с качеством. Хотя, надо сказать, последние поколения ЖК-телевизоров начали вытеснять "плазму" и с этого рынка. Если заглянуть дальше в будущее, то вполне очевидно, что ЖК будут "отъедать" рынок плазменных панелей, поскольку их диагональ продолжает увеличиваться. И причина проста: по мере наработки технологии производить ЖК-панели становится проще, да и стоят они дешевле. Если ситуацию не изменят какие-либо инновации, плазменные панели останутся прерогативой специфических сфер использования, когда нужно выводить очень большую картинку для просмотра с большого расстояния, что сильно сужает область использования.

Проблема мерцания плазменных панелей также объясняет, почему эта технология мало подходит для компьютерных мониторов.

Устройство и принцип действия

Рис. 4.12. Устройство экрана плазменного дисплея.

Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными поверхностями. В качестве газовой среды обычно используется неон или ксенон. Разряд в газе протекает между прозрачным электродом на лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. Газовый разряд вызывает ультрафиолетовое излучение, которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора.

Рис. 4.13. Устройство пикселя.

Рис. 4.14. Устройство суб-пикселя.

В цветных плазменных панелях каждый пиксель экрана состоит из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди и сзади. После того, как к электродам будет приложено сильное напряжение, плазма начнёт перемещаться. При этом она излучает ультрафиолетовый свет, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают, подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность — размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объём 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома — он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.

Последней проблемой остаётся адресация пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние — в столбцы.

Blog

«Устройства отображения информации»