lcd-apple

Сейчас основной характеристикой практически всех устройств, оснащенных дисплеем, является тип примененной матрицы. Именно этот фактор в итоге оказывает влияние как на качество отображаемой картинки, так и на цену конечного изделия.

Можно выделить три основных типа применяемых матриц. В самых недорогих моделях использованы панели TN (Twist Nematic), дешевые в производстве и способные обеспечить вполне сносные характеристики изображения.

К их недостаткам следует отнести небольшие вертикальные углы обзора и довольно посредственную цветопередачу. Такие устройства подойдут для дома и офиса — их возможностей с лихвой хватает, для того чтобы посмотреть фильм или поработать с текстами и таблицами. А поскольку им свойственно малое время отклика, составляющее в современных моделях в среднем 2—5 мс, они могут стать идеальным выбором для игроманов.

Средним вариантом, как по цене, так и по характеристикам изображения, является второй тип — семейство матриц VA (Vertical Alignment], в которое входят различные виды PVA/MVA-панелей.

Они дают хорошую глубину черного и обладают отличными показателями контрастности. К тому же углы обзора у них больше, нежели у TN-моделей, но по времени отклика данные аппараты немного проигрывают недорогим конкурентам.

Третий тип — матрицы семейства IPS (In-Plane Switching], более всего годящиеся для работы с цветом благодаря широкому цветовому охвату и отличным углам обзора. Именно такие дисплеи устанавливают сейчас в большинстве смартфонов.

Сегодня рынок переполнен разнообразными моделями на любой вкус и доход. Чтобы понять, какая же требуется в конкретном случае, необходимо разобраться с массой различных параметров, как незначительных, так и существенных, способных повлиять на решение о покупке. Если несколько лет назад ЖК-мониторы с диагональю экрана 23—24 дюйма считались предметом роскоши, который далеко не каждому был по карману, то сейчас ситуация несколько изменилась — цены на них стали более доступными и для рядового потребителя. Большинство современных моделей имеют довольно высокие показатели контрастности и яркости, что заметно улучшает качество просмотра фильмов. К тому же и скорость реакции пиксела, особенно если учитывать повсеместно применяющуюся технологию компенсации времени отклика, достигла невероятных значений, так что характерные хвосты в динамичных сценах теперь можно увидеть лишь на самых недорогих аппаратах.

Еще около 15 лет назад жидкокристаллические мониторы почти во всем проигрывали традиционным дисплеям на основе электронно-лучевой трубки – за исключением, может быть, габаритов и веса. Но они дешевели и совершенствовались так стремительно, что процесс практически полного вытеснения ЭЛТ-монстров с прилавков в первой половине 2000-х продолжался всего от трех до пяти лет.

ЖК-мониторы экономичнее, легче и компактнее ЭЛТ, они не имеют геометрических искажений, не создают сильных магнитных полей, не требуют размагничивания (Degauss) при перемещениях. Наконец, они гораздо меньше утомляют глаза, потому что изображение на ЖК-мониторах практически не мигает, и от видеокарты не приходится требовать сверхвысоких значений частоты кадровой развертки.

При этом ЖК-дисплеи и по сей день не избавились от многих своих родовых болезней (таких, как неудовлетворительная цветопередача и ограниченные углы обзора), что первоначально заставляло снобов воротить носы от новинки и держаться за ЭЛТ-монстров до последнего. Самое, пожалуй, странное в этой истории – то, что за все это время адекватной замены ЖК-панелям со всеми их недостатками так и не нашлось.

Наоборот, постепенно вытеснялись все альтернативы – так, уже почти сошли со сцены плазменные телевизоры, не состоялась и светодиодная (LED) революция – технологические трудности оказались настолько велики, что светодиодным экранам удалось проникнуть в наш быт лишь в виде небольших дисплеев некоторых моделей смартфонов. И название «LED-телевизор» прочно закрепилось за совсем другими устройствами – теми же ЖК-панелями, только использующими для подсветки светодиоды вместо люминесцентных ламп. Особенно удивительна эта экспансия ЖК-технологий в свете того факта, что они – представители крайне немногочисленного и редко встречающегося класса устройств для демонстрации изображений, в которых элементы экрана не светятся сами. Собственно, именно из этой особенности, как мы увидим, и проистекают все недостатки ЖК-дисплеев, связанные с неудовлетворительной цветопередачей и плохими углами обзора.

Прежде чем перейти к подробностям, следует сделать еще одно замечание. Хотя последнее время, в связи с развитием «этих ваших Интернетов», разница между телевизорами и собственно мониторами постепенно стирается, все же не стоит забывать и о различиях, которые могут стать определяющими при выборе. Телевизор смотрят, во-первых, с большого расстояния, во-вторых, картинки на нем движущиеся, быстро сменяющие друг друга. В монитор же практически утыкаются носом (особенно на ноутбуках и планшетах), а картинка на нем обычно статическая, и меняется относительно редко. Потому для телевизора гораздо меньшее значение имеют разрешение, углы обзора и цветопередача, зато желательны высокие яркость и контрастность. На мониторах же излишне высокие контрастность и яркость только излишне напрягают глаза, зато сильнее сказываются углы обзора и плохая передача цвета, а неверно подобранное разрешение может сказаться совершенно фатальным образом (о чем далее).

И хотя имеется тенденция, всячески поддерживаемая производителями, совмещать эти два устройства в одном, лично я бы все-таки посоветовал перед покупкой определиться с задачами. Скажем, для игромана телевизор вместо монитора даже лучший выбор, а вот если основное содержание вашей деятельности составляет интернет-серфинг, подготовка текстовых материалов или серьезная работа с фотографиями, то телевизор в качестве монитора вам решительно не подойдет.

Ячейка простейшей ЖК-матрицы

Вообще-то словосочетание «жидкий кристалл» звучит примерно, как «твердая вода» или «горячий снег». Во второй половине XIX века, когда бурно развивалась наука кристаллография, любой физик, не задумываясь, заявил бы вам, что такого просто не может существовать в природе. В жидкости по определению молекулы двигаются хаотично, в то время как в кристалле они жестко связаны в стройную упорядоченную структуру. Тем не менее в 1888 г. австрийский ботаник Фридрих Райнитцер обнаружил необычное вещество — бензоат холестерола, которое могло существовать в трех фазах: твердой, жидкой и промежуточной. В том, что это «промежуточное» было самое настоящее отдельное фазовое состояние (а не просто плавный переход из твердого в жидкое состояние, как, например, при плавлении стекла), ученые убедились очень быстро. И столь же быстро обнаружили, что эта промежуточная фаза, по всем признакам являясь жидкостью, обладает также всеми свойствами кристалла, т.е. имеет разные характеристики по разным направлениям.

Для дисплейных технологий самым важным оказался тот факт, что жидкий кристалл по-разному в разных направлениях пропускает свет, поворачивая его плоскость поляризации. Причем вследствие того, что кристалл жидкий, а не твердый, этим поворотом можно управлять, если поместить слой такой жидкости в электрическое поле, которое будет выстраивать молекулы в нужном порядке.

А что это такое – поляризация?

Поляризованного света в природе не встречается – все источники, и естественные, и созданные руками человека, испускают неполяризованный (по крайней мере, практически неполяризованный), в котором плоскости колебаний отдельных световых волн ориентированы случайным образом. Кристаллы, в том числе и жидкие, могут поворачивать плоскости каждой из этих волн, но в результате все равно получится хаотический неполяризованный свет. Для того чтобы получить поток света, в котором все волны колеблются в одной плоскости, нужен поляризатор – специальный фильтр, пропускающий волны, колеблющиеся только в определенном направлении, и отсеивающий все остальные.

Такие поляризационные фильтры продаются в магазинах фотопринадлежностей – как в виде насадок на объективы, так и в виде специальной пленки. Если сложить два таких фильтра, ориентировав их направления поляризации параллельно друг другу, то «бутерброд» будет пропускать свет, если установить перпендикулярно – станет полностью непрозрачным. К слову, этим пользуются фотографы при репродуцировании бликующих оригиналов (например, произведений масляной живописи). Осветив объект через поляризующую пленку, они снимают через поляризационный фильтр, ориентированный перпендикулярно плоскости поляризации пленки. Тогда рассеянный свет через фильтр проходит, а блики полностью исчезают.

Если объединить эти особенности поляризационных фильтров и свойство жидких кристаллов управляемо поворачивать плоскость поляризации проходящего света, то получится ячейка, прозрачность которой можно изменять с помощью электрического сигнала.

В середине 1960-х инженеры из знаменитой RCA  Д.Фергасон и Р.Вильямс, занимавшиеся исследованиями воздействия электрического поля на жидкие кристаллы так называемого «нематического» типа, продемонстрировали первые ЖК-индикаторы для часов. На основе этих исследований в конце 1970-х–начале 1980-х были разработаны первые ЖК-матрицы – пассивные. Устройство ячейки такой простейшей матрицы, или индикатора, вместо подсветки использующего отражающее внешний свет зеркало, показано на рис. 1.

рис.1

рис.1

Здесь слой жидких кристаллов толщиной несколько микрон находится между двумя стеклянными электродами. Причем за счет специальной структуры поверхности стекла молекулы кристалла ориентированы параллельно плоскости этих электродов. Сверху и снизу такого «сэндвича» расположены пластины-поляризаторы, ориентированные перпендикулярно друг другу. Толщина слоя жидких кристаллов рассчитана так, что в исходном состоянии он поворачивает плоскость поляризации световой волны ровно на 90° . В результате в обесточенной ячейке (рис. 1, слева) свет беспрепятственно проходит через весь «пирог», отражается от зеркала (оно сделано матовым, чтобы в нем не отражались окружающие предметы) и возвращается обратно. Подобная матрица в обесточенном состоянии выглядит, как обычная стеклянная пластинка.

Когда на электроды подается напряжение (рис. 1, справа), электрическое поле ориентирует молекулы жидкого кристалла вдоль его силовых линий, т.е. перпендикулярно плоскости электродов. Жидкий кристалл теряет свои свойства и перестает поворачивать плоскость поляризации света. Вследствие перпендикулярной ориентации поляризационных пластин весь «пирог» перестает пропускать свет. Образуется черная точка (или сегмент цифрового индикатора – в зависимости от конфигурации электродов).

Подобные монохромные ЖК-дисплеи хорошо всем знакомы – их можно встретить в наручных и настольных часах, портативных измерительных приборах, калькуляторах, информационных дисплеях фотокамер, плейеров, магнитол и прочих гаджетов. Они отличаются практически нулевым потреблением энергии – только на перезаряд конденсатора, который образуют электроды. Кстати, управлять сегментами такого индикатора приходится с помощью переменного тока, потому что однажды «засвеченный» сегмент может оставаться в таком состоянии часами даже после снятия напряжения с электродов. И возвращать его в исходное состояние приходится принудительно, подачей напряжения противоположной полярности.

Величина напряжения сверх некоего, очень небольшого, предела (в диапазоне 1–3 В) практически не влияет на «яркость» (точнее, на контрастность) такой ячейки. Поэтому таким способом получаются монохромные цифро-буквенные индикаторы или небольшие табло, для приличной разборчивости символов на которых достаточно лишь слабой внешней засветки. Зато крайне сложно в таких пассивных матрицах обеспечить полутоновые изображения обычным методом изменения величины подаваемого на электроды напряжения. Один из первых ноутбуков, с которым мне пришлось работать в начале 1990-х, имел монохромную пассивную матрицу, не достигавшую даже возможностей экрана ранних образцов IBM PC, – последние все же могли отображать16 оттенков серого (точнее, зеленого), а указанный ноутбук – только четыре. Кроме того, простая пассивная матрица имеет неплохую контрастность в отраженном свете, но при наличии лампы-подсветки, увы, черного цвета в ней не добиться.

О подсветке ЖК-мониторов

Если простой пассивный ЖК-индикатор использует зеркало, отражающее внешний свет, то для компьютерных дисплеев это, естественно, оказалось неприемлемым. Потому для мониторов требуется подсветка, которую сначала выполняли по одной и той же схеме: за матрицей по боковым краям ставили ртутные флюоресцентные лампы с холодным катодом, питающиеся от высоковольтного преобразователя. Они представляют собой тонкую светящуюся трубочку, вытянутую вдоль всей высоты матрицы, а равномерность освещения обеспечивается специальной конструкцией отражающей задней стенки, которая распределяет свет по всей площади. В небольших ЖК-мониторах лампа может быть одна, а в крупных (особенно «широкоэкранных») ставят и более двух – четыре, шесть и т.д.

Во второй половине 2000-х в производстве ЖК-дисплеев начали постепенно внедрять светодиоды. Такие дисплеи незаслуженно получили в быту название «LED-дисплеев», хотя правильно, конечно, называть их «дисплеями с LED-подсветкой». Есть два основных способа такого освещения экрана. Первый заключается в размещении за экраном триад цветных светодиодов (по образцу обычного пиксела, только, конечно, более крупного размера). Он называется «RGB-подсветкой». Отметим, что в самом первом мониторе с LCD-подсветкой (NEC SpectraView Reference 21, 2005 г.) был использован именно RGB-способ, являющийся сложным и дорогим, поскольку требует навороченных схем управления. Зато в идеале он может обеспечивать выдающиеся результаты по цветопередаче, и потому применяется почти исключительно в дорогих мониторах профессионального класса.

Второй способ – использование белых светодиодов, причем он также имеет два подвида. В одном из них светодиодные линейки просто устанавливаются вместо ламп по боковым сторонам экрана. В большинстве недорогих мониторов и телевизоров (в частности, во всех сверхтонких) с LED-подсветкой освещение делается именно таким образом, по сути не отличающимся от обычной подсветки на лампах. В другом подвиде матрица белых светодиодов устанавливается позади экрана. Это, в частности, позволяет динамически управлять яркостью в разных областях изображения, динамически повышая контрастность (так называемую local dimming). О таком свойстве LED-подсветки часто упоминают в обзорах, однако следует учесть, что оно используется на деле лишь в наиболее дорогих телевизорах (и не факт, что всегда на надлежащем уровне исполнения).

Стоит отметить, что LED-подсветка всегда дороже традиционной, так как, независимо от способа ее реализации, требует индивидуального отбора светодиодов по яркости и спектру свечения. И напоследок нельзя не упомянуть, что показатели контрастности типа «5 000 000:1», которыми любят щегольнуть производители телевизоров с LED-подсветкой – цифра, взятая с потолка. Дело в том, что обычный показатель статической контрастности, определяемый как отношение яркости белой точки к черной, для LED-подсветки теряет смысл, ведь светодиод, в отличие от лампы, можно выключить полностью, и это соотношение станет равно бесконечности. А динамическая контрастность в очень сильной степени зависит от совершенства схем управления, и в общем случае глубокий черный цвет все равно не получается.

Поступь прогресса

По всем этим причинам в качестве устройств вывода изображения в компьютерных дисплеях практически не применяли простые пассивные матрицы. Сначала придумали ячейки, использующие технологию STN, с помощью которой стало возможным увеличить угол «закручивания» поляризованного света внутри ЖК-ячейки с 90° до 270°, что позволило обеспечить лучшую контрастность изображения и более плавное управление полутонами. Дальнейшим усовершенствованием стала технология DSTN, где попросту нагромождены друг на друга две STN-ячейки, молекулы которых при работе поворачиваются в противоположные стороны. Благодаря этому удалось получить уже настолько приемлемую контрастность в проходящем свете, что появилась возможность изготовить цветной дисплей, в котором на любой пиксел приходится по три ЖК-ячейки (субпиксела), каждая со своим цветным фильтром.

Наряду с контрастностью большой проблемой пассивных матриц было огромное время прорисовки изображения. Система параллельных электродов по сути представляет собой отличный конденсатор, к тому же еще заполненный электролитом (жидкими кристаллами) как будто специально для увеличения его емкости. Вместе с тончайшими прозрачными электродами с неизбежно высоким сопротивлением ячейка образует отличный фильтр низкой частоты. Поэтому время реакции при подаче импульса напряжения было удручающе высоким – сотня-другая миллисекунд считалась очень хорошим показателем. Это совершенно некритично для цифровых индикаторов, но для компьютерных дисплеев с сотнями тысяч и миллионами ячеек никуда не годится. На таких дисплеях, например, за курсором мыши всегда тянулся заметный «хвост», а ни о каких движущихся изображениях и говорить не приходилось.

Быстродействие ячеек удалось увеличить, поставив в каждой из них дополнительный тонкопленочный транзистор (TFT). Он резко снизил временные характеристики фильтра, в результате чего время обновления снизилось до приемлемых десятков миллисекунд. Управлять напряжением, открывающим транзистор, можно гораздо быстрее, и за счет его усилительных свойств так же быстро происходит и перезаряд. В результате улучшаются практически все параметры картинки – четкость, яркость и скорость перерисовки экрана.

Такие дисплеи стали называться активноматричными (или TFT-мониторами). Если в спецификациях устройства указано просто «TFT-монитор», то будьте уверены, что перед вами дисплей, изготовленный по самой примитивной TN-технологии. В реальности же все мониторы теперь делают только с активными матрицами. Их родовым недостатком стало то, что транзисторы имеют свойство иногда «сгорать», и при нескольких миллионах ячеек вероятность такого события становится весьма ощутимой. Вот тогда и появляются всем известные «битые» пикселы, которые в рассматриваемой технологии TN выглядят, как бросающиеся в глаза ярко светящиеся точки.

TN+film

Третьей серьезной проблемой, с которой столкнулись изготовители матриц, был малый угол обзора. Взгляните еще раз на рис. 1 и мысленно поставьте две таких ячейки друг на друга, чтобы получить нечто, напоминающее ячейку DSTN. Становится даже удивительно, как производители вообще достигают углов обзора 120–160°, а то 170°. Причем дело не только в том, что поляризаторы, электроды и не показанная на рисунке так называемая Black Matrix («черная сетка», разделяющая отдельные субпикселы, чтобы они не засвечивали друг друга) попросту загораживают свет, но и в том, что при взгляде сбоку угол поляризации светового потока получается не совсем таким, как при строго перпендикулярном направлении взгляда на матрицу.

Теперь ясно, почему изображение чернеет, синеет и даже может обращаться в негатив, стоит присесть перед монитором с TN-матрицей. Если же взглянуть на него сверху, изображение, наоборот, светлеет. Это характерный признак TN-технологии, по которому такие матрицы легко отличить от других разновидностей.

Добавление +film означает, что матрицу покрывают специальной пленкой, увеличивающей угол обзора (за счет эффекта преломления в этой пленке). В последние годы эта приставка из спецификаций почти исчезла, так как никаких других TN, кроме +film, больше не бывает.

Обычная TN-матрица имеет углы обзора около 90° по горизонтали (по вертикали не более 20° ), а film позволяет увеличить их примерно до 140° (по вертикали – до 40–60° ). Так уверяют производители, но тут уместно вспомнить известное изречение, приписываемое Сталину: «неважно, как голосуют, важно, кто подсчитывает». Угол обзора 140° обычно означает, что контрастность падает не более чем в 10 раз. А вот что при этом творится с цветопередачей – умалчивается.

А творится вот что. Под одним углом на весь экран взглянуть нельзя – дальняя его часть будет видна под большим, ближняя – под меньшим. Поэтому контрастность разных областей будет разная (дальняя часть вообще может обращаться в негатив, как было замечено), и это гораздо более неприятно, чем собственно изменение контрастности. Для настольных мониторов небольшого размера (до 17-дюймовых включительно) и, наоборот, для телевизоров, рассматриваемых с большого расстояния, это не так важно. Но вот что касается мониторов размерами побольше, то там этот эффект проявляется куда сильнее – монитор с диагональю 20 дюймов на расстоянии комфортного зрения (50 см) мы обозреваем под углом примерно 45° (а «широкоэкранный» – и еще под большим). Под таким углом изменение контрастности и цветопередачи обычных TN-матриц уже очень заметно глазу. Особенно же этот эффект сказывается у ноутбуков, экран которых рассматривают с меньшего расстояния. И, к примеру, обрабатывать фотографии на таком устройстве просто физически некомфортно – приходится все время наклоняться туда-сюда, чтобы рассмотреть все детали под одним углом.

Поэтому все качественные мониторы делают по технологиям, отличным от TN, рассмотренной здесь стольподробно.

IPS (Super-TFT)

В 1995 г., когда и технология TFT-TN только вылезала из пеленок, дисплейное подразделение компании Hitachi при участии фирмы NEC предложило совсем иное построение ячейки ЖК-матрицы. Первоначально оно получило название Super-TFT, а ныне более известно под именем IPS. Упрощенно ячейка (точнее, две соседние ячейки) такой матрицы представлена на рис. 2..

рис. 2

рис. 2

На нем не показаны транзисторы и та самая Black Matrix («сетка» для разделения пикселов), но все равно видно, что IPS-ячейка имеет гораздо меньшую глубину, чем DSTN. Это один из факторов, хотя и не главный, в результате которого углы обзора в современных IPS-матрицах возрастают практически до 170° и более, что сравнимо с углами в ЭЛТ-мониторах.

Принцип действия такой ячейки диаметрально противоположен TN – при отсутствии напряжения (рис. 2, слева) молекулы жидких кристаллов ориентированы таким образом, что не поворачивают плоскость поляризации светового потока. Поляризаторы, как и ранее, ориентированы перпендикулярно друг другу, и такая ячейка не пропускает свет. Из-за этого, кстати, «битые» пикселы в IPS-матрице черные, а не светящиеся, что уже само по себе несомненный плюс.

При подаче управляющего напряжения (рис. 2, справа) на электроды, расположенные здесь на одной плоскости (а не на параллельных, как в TN, вследствие чего IPS-технология и получила свое наименование «переключение в плоскости»), молекулы выстраиваются иначе. Слой жидких кристаллов теперь поворачивает плоскость поляризации, и ячейка пропускает свет. Обратите внимание, что молекулы всегда ориентированы параллельно подложке, независимо от того, пропускает ячейка свет, задерживает или пропускает наполовину. Эта особенность – главная причина того, что в IPS-матрицах цветовой оттенок почти не зависит от угла зрения. В технологии IPS сразу удалось получить глубокий черный цвет и приличную контрастность, и потому цветопередача у таких матриц также сильно выигрывает по сравнению с TN.

Имеются недостатки и у IPS. Один из них заключается в том, что электроды закрывают часть проходящего света, и потому для той же яркости требуется более мощная подсветка. Кроме того, из-за меньшей площади и ограниченного радиуса действия электродов создание нужной напряженности электрического поля в подобной системе требует значительных затрат энергии и занимает больше времени.

И в результате растет время реакции ячейки. В первых IPS-матрицах оно составляло до 50 мс. А этого не то что для воспроизведения видео, но и для простого передвижения курсора мыши недостаточно. Впрочем, сейчас эти недостатки успешно преодолеваются в различных вариантах данной технологии (вроде S-IPS или e-IPS). И самые лучшие ЖК-мониторы (в том числе упоминаемые далее Retina компании Apple) делаются именно по технологии IPS в ее различных вариантах. Причем даже наиболее дешевые из них все же заметно дороже «бюджетных» мониторов, построенных по технологии TN+film.

Отличить IPS-матрицу от матриц других типов иногда можно по тому, что при взгляде под углом сбоку черный цвет приобретает выраженный фиолетовый оттенок. Но в многих современных модификациях этот эффект уже отсутствует – например, в e-IPS остается лишь общий слабый фиолетовый оттенок черного экрана (заметный, впрочем, лишь очень придирчивому пользователю).

MVA/PVA

Эти практически идентичные технологии используют ячейку, похожую на обычную TN, только в отсутствие управляющего напряжения молекулы жидкого кристалла у них ориентированы перпендикулярно подложке и не влияют на поляризацию света. Поэтому, как и в IPS-ячейке, выключенный (а также и «битый») пиксел у них «черный». При подаче управляющего напряжения молекулы поворачиваются параллельно плоскости поляризатора (точно так же, как у выключенной ячейки TN), и теперь ячейка пропускает свет.

Но такая технология (которая называется VA – от «вертикальное выравнивание») почти не имела бы преимуществ перед TN (за исключением несветящегося «битого» пиксела), если бы ее не модернизировали так, как показано на рис. 3.

рис. 3

рис. 3

На нем продемонстрирована очень грубая, без подробностей, схема ячейки MVA фирмы Fujitsu. Как видите, форма поляризатора (а также электродов, которых нет на рисунке) здесь ступенчатая. Молекулы стремятся выстроиться перпендикулярно поверхности, над которой располагаются (или параллельно, если подано управляющее напряжение). Ячейка как бы разбивается на зоны, и в каждой из них ориентация молекул относительно перпендикуляра к поверхности матрицы несколько отличается. Следовательно, откуда не взгляни на такую ячейку, она всегда в идеале должна быть одинакового оттенка. Аналогично, но с определенными нюансами, устроена и ячейка PVA, разработанная компанией Samsung.

Считается, что MVA/PVA-матрицы, проигрывая TN-мониторам при равной цене только в одном показателе – времени реакции (см. далее), в остальном существенно лучше: имеют более широкий угол обзора (в самых хороших последних моделях – аж до 178°) и глубокий черный цвет, как и у IPS. В некоторых отношениях MVA/PVA-матрицы даже обгоняют IPS – для достижения одинаковой контрастности им требуется меньшая яркость подсветки. Поэтому при сравнении различных моделей вы можете обратить внимание, что у MVA/PVA самые высокие показатели контрастности из всех разновидностей матриц, вплоть до 1500:1 (ну как тут опять не вспомнить Сталина?). Вместе с тем с качеством цветопередачи у них дела обстоят похуже – из-за фрагментации ячейки у MVA- и PVA-матриц имеет место зависимость оттенков от угла обзора (явление «цветового сдвига»5 ).

Такая особенность позволяет отличить MVA/PVA-матрицу от других разновидностей. Кстати, практически все мониторы, способные изменять ориентацию (портретное-ландшафтное расположение), по понятным причинам построены как минимум на MVA/PVA-матрицах – у технологии TN и по сей день слишком малы углы обзора по вертикали, чтобы можно было свободно манипулировать ориентацией матрицы.

Время реакции пиксела

Есть, однако, у MVA/PVA и IPS еще один специфический недостаток, да и с TN-матрицами также не все однозначно. Заключается он в следующем. Если монитор имеет паспортное время реакции, к примеру, 8 мс, то это означает, что за 8 мс ячейка переключится из состояния 10%-го пропускания (что для человеческого глаза практически равносильно черному) в состояние 90%-го пропускания (равносильно белому) и обратно (то, что это именно сумма времен, очень важный момент, и потому время переключения от черного к белому и от белого к черному может различаться в несколько раз). Интуитивно должно казаться, что переключение между промежуточными оттенками должно происходить быстрее, но, как ни парадоксально, время переключения ячейки тем больше, чем ближе оттенки. Между тем переключение между крайними значениями черного и белого – не самый характерный случай – для получения несмазанной картинки в тех же играх или в кинофильмах гораздо важнее времени переключения между оттенками. Потому во многих моделях мониторов (по крайней мере классом выше бюджетного) указываются условия измерения времени переключения Gray-to-Gray (GtG, т.е. «от серого к серому»).

Что же касается самого времени реакции, то считается, что практически все современные ЖК-мониторы, независимо от типа матрицы, достигли того предела, при котором можно, не напрягаясь, и игры проходить, и кинофильмы смотреть. Поэтому, хотя и считается, что TN-матрицы, как самые быстрые, для этой цели больше подходят лучше, все же при выборе монитора не стоит зацикливаться на магии цифр. Единой методики измерения времени реакции как не было, так и нет, и иногда практические измерения в определенных режимах для некоторых TN-матриц с паспортными 8 мс дают реальное время переключения «туда и обратно» аж 40 мс, так что их обгоняют даже модификации IPS. Например, один из лучших когда-то мониторов, NEC 2070NX, при паспортных 16 мс, согласно независимым измерениям, дает в худшем случае всего 30 мс отклика.

Некоторые нюансы цветопередачи ЖК-мониторов

Аналоговые видеосигналы «заточены» под ЭЛТ – все стандарты видео, и телевизионные, и компьютерный VGA, устроены таким образом, чтобы после определенной расшифровки (для VGA ее даже и не требуется) и усиления эти сигналы можно было бы напрямую подавать на отклоняющую систему кинескопа. Естественно, для ЖК-матрицы, являющейся по своей природе цифровым устройством, такой способ не годится. И потому подключение ЖК-монитора через стандартный разъем D-Sub – это еще один особый вид извращения. Аналоговый VGA-сигнал все равно преобразуется в цифровую форму внутри монитора, т.е. происходит двойное преобразование: сначала в видеокарте, потом опять в АЦП монитора.

Однако далее начинается самое интересное. Для управления матрицей цифровой сигнал опять преобразуется в аналоговую форму! Если вернуться к рис. 1 и 2, станет ясно, почему, – потому, что угол поворота плоскости поляризации, определяющий оттенок пиксела или субпиксела, зависит от аналоговой величины – напряжения. И ее надо еще как-то извлечь из цифрового значения. Поэтому для формирования управляющего напряжения ячейки цифровой сигнал пропускают через ЦАП. И на данном этапе сигнал обычно необратимо портят – в большинстве мониторов стоят 18-битные ЦАП. Как легко подсчитать, это позволяет получить максимально примерно 262 тыс. оттенков цвета. Вместо положенных 16,7 млн!

Производители придумали целых два способа – пространственный и временной, помогающих обойти это ограничение, искусственно формируя недостающие цвета. Первый из них, пространственный, под названием Dithering («дизеринг»), заключается в том, что недостающие цветовые оттенки получают путем визуального смешивания цветов соседних пикселов. Потеря разрешения в данном случае, конечно, имеет место, и потому на практике Dithering комбинируют с временным методом – FRC, заключающимся в том, что оттенок данного субпиксела быстро-быстро переключают между соседними градациями, визуально получая промежуточный цвет. Здесь происходит потеря иного рода – ранее отмечалось, что время реакции ячейки у ЖК-матриц и так хромает, а тут еще оно увеличивается как минимум вдвое.

Впрочем, на практике пользователь обо всех этих ухищрениях может вообще не догадываться. Отличить 262 тыс. цветов от 16 млн способен лишь тренированный глаз, да и то в особых случаях, например на плавных градиентных заливках. А вот проблемы цветопередачи, связанные с углами обзора, куда серьезнее. Кстати, если производитель честен, то отличить 18-битные мониторы от «настоящих» 24-битных легко по спецификациям: для первых указывается 16,2 млн цветов. И если вы видите эту цифру – перед вами наверняка 18-битный монитор, а если написано, что монитор воспроизводит все 16,7 млн оттенков, то ничего определенного утверждать нельзя.

О разрешении

К сожалению, производители ЖК-матриц пошли по традиционному пути и стали классифицировать их точно так же, как и кинескопы, – по размеру диагонали. Эта характеристика хромает уже в случае «широкоэкранных» мониторов, но главное не в этом. На ЭЛТ-экране изображение сливается в непрерывное естественным образом. И несмотря на конечный шаг апертурной решетки кинескопа (как правило, в диапазоне 0,25–0,27 мм, что соответствует примерно 1200–1400 точкам по длинной стороне экрана 17-дюймовой трубки, то есть плотности точек в 92–100 ppi ), установленное видеокартой реальное разрешение картинки можно изменять в очень широких пределах без потери качества – по крайней мере, если не превышать максимального, которое поддерживает данный монитор. Собственно, для ЭЛТ-мониторов только эта максимальная паспортная величина нас и интересовала, но во всех последних конструкциях она обычно превышала потребности «среднего» пользователя: редко кто устанавливает на 17-дюймовом мониторе разрешение даже 1280 точек по длинной стороне, слишком мелко получается.

А с ЖК-мониторами все совершенно иначе – у них определяющей характеристикой служит как раз разрешение, а не диагональ. И отклоняться от паспортного значения здесь решительно не рекомендуется, причем не только в сторону увеличения (что, как понимаете, бессмысленно), но, как ни парадоксально, и в сторону уменьшения. Следовательно, если вы счастливый обладатель громадного монитора с разрешением 3840х2400 точек, то можете установить разрешение 1920х1200 точек. При этом каждый пиксел исходного изображения будет отображаться четырьмя пикселами экрана (конечно, при таком кратном преобразовании изображение сильно ухудшится – оно станет заметно более зернистым, но не размытым). А если спуститься с небес на землю, то для обычных мониторов при попытке установить при паспортных 1024х768 точек разрешение 800х600 точек интерполяция настолько размоет картинку, что даже текст в Word разобрать будет затруднительно.

Алгоритмы интерполяции, как и все в этом мире, бывают разными – совсем плохими и не совсем, поэтому многие высококлассные мониторы все же позволяют относительно комфортно работать и при меньших разрешениях, чем паспортное. Но выбирать монитор по этому критерию – последнее дело. Лучше четко усвоить: ЖК-монитор работает только при одном разрешении – том, которое указано в его паспорте. Исключением будет или супервысокое разрешение монитора (что будет обсуждаться ниже), или, конечно, ситуация с кратными значениями. В качестве примера можно привести новинку прошлой осени – Apple Thunderbolt Display. В нем на диагональ 27 дюймов приходится 2560х1440 точек. Авторы обзоров, подключавшие его к MacBook, выяснили, что нельзя сделать разрешение монитора отличным от разрешения ноутбука, но на размытие не жаловались. Секрет объяснялся просто – в одном случае к монитору подключался MacBook Pro 13 MD314, имеющий экран дискретностью 1280х800 точек, т.е. по длинной стороне ровно в 2 раза меньше (а по короткой, вполне вероятно, на большом мониторе картинка слегка обрезалась, так что имело место кратное преобразование). Во втором же случае это был крутой MacBook Pro 15 Retina 2013, у которого разрешение собственного дисплея (2880х1800 точек) выше, чем у рассматриваемого монитора, и размытия просто не увидеть.

Справедливости ради стоит заметить, что при демонстрации видео эффект размытия совершенно не имеет значения, более того, подобрать видео, строго соответствующее разрешению монитора, в большинстве случаев просто невозможно. Но просмотр видео на мониторах все же не основное занятие, и потому в большинстве случаев, выбирая модель, нужно обращать внимание прежде всего на разрешение. Я рекомендую для средних диагоналей (21–24 дюйма) выбирать как минимум разрешение Full HD (1920х1080 точек), а еще лучше – с соотношением сторон 16:10 (1920х1200 точек). В последнем случае черные полосы сверху и снизу при демонстрации видео можно пережить, а информации на таком дисплее помещается заметно больше.

О формировании изображений… и немного о кактусах

Почему ЖК-мониторы нормально работают только при паспортном разрешении? В кинескопе электронный луч бегает по экрану и формирует картинку совершенно независимо от количества отверстий в апертурной решетке, поэтому при ее достаточно мелком шаге соответствие пикселов изображения и физических пикселов экрана не имеет никакого значения, ведь в электронном луче вообще нет никаких таких «пикселов». А вот в ЖК-матрице формирование картинки больше напоминает запись изображения в компьютерную память. И если у вас число ячеек (или байт памяти) не кратно числу пикселов, то их приходится как-то делить между ячейками, причем делить нацело, ведь величина 0,33 или 0,75 пиксела (которые в аналоговом электронном луче формируются легко – просто промежуточными между значениями соседних пикселов уровнями напряжения) в цифровом мире не имеет физического смысла. И тогда приходится применять специальные алгоритмы интерполяции – задача, не имеющая однозначного решения.

Все грамотные фотографы знают, что не существует универсального алгоритма на все случаи жизни – тот, который дает прекрасные результаты с одним изображением, может напрочь испортить другое. Указанный в тексте пример интерполяции картинки с разрешением 1920х1200 точек до 3840х2400 точек равносилен самому примитивному и оттого практически не употребляющемуся в компьютерной графике алгоритму интерполяции методом «ближайшего соседа» (Nearest Neighbour), и потому для значений, отличных от строго кратных, результат никак не может получиться приемлемым. А более сложные алгоритмы требуют значительных вычислительных мощностей. Все сказанное и есть физические причины того, что ЖК-мониторы прилично работают только при своем «родном» разрешении.

Зато цифровой способ формирования изображения имеет одно принципиальное преимущество перед строчно-кадровым: такие экраны в принципе не мерцают, вследствие чего абсолютно не воздействуют на глаза, независимо от частоты обновления. На практике это правило действует не всегда – для управления яркостью нередко используют метод периодического включения-выключения подсветки. Но это происходит с гораздо большей частотой, чем критичные для глаза 70 – 80 Гц, и потому хотя такое мерцание и имеет место, но на глаза ЖК-мониторы все равно воздействуют гораздо меньше.

ЖК-мониторы превосходят ЭЛТ и еще в одном отношении: в них нет мощной отклоняющей системы, вследствие чего электромагнитный фон, который они создают, на несколько порядков ниже. Неизвестно, влияет ли фон этот на организм человека, но кактусы (или фикусы, я уже забыл, что там рекомендовали для «поглощения электромагнитных полей») расставлять вокруг ЖК-мониторов можно уже исключительно в декоративных целях.

Глянец, покрытый матом

В большинстве бюджетных случаев проблемы матрицы хочется как-то прикрыть, и для этого предусмотрены покрытия, которые у разных фирм именуются по-разному. У Toshiba это называется TruBrite, у Sony – X-Brite и X-Black, у ASUS – ACE View, ColorShine, у Acer — CrystalBrite, у IBM – FlexView, у Fujitsu – CrystalView, у NEC — OptiClear и т.д.

На самом же деле это, проще говоря, использование эффекта глянца хорошо известного каждому фотографу. Глянцевая фотография визуально выглядит контрастнее, а черный цвет на ней – более черным. Иногда технологии «глянцевания» используют и другие методы улучшения контрастности и качества изображения в целом – например, в некоторых из них покрытие дополнительно деполяризует изначально поляризованный свет от матрицы, что улучшает обзорность.

На мой придирчивый взгляд, настольные мониторы с «глянцем» приемлемы разве что для использования в качестве телевизора. При взгляде с близкого расстояния почти невозможно найти такое положение экрана, при котором вы не будете рассматривать собственное изображение и яркие предметы позади себя. А глянцевое покрытие ноутбуков и планшетов, кроме всего прочего, очень легко пачкается. Экранам таких устройств требуется специальный уход, почти как за фотообъективами, поскольку и пыль, и следы от пальцев, практически незаметные на обычном дисплее, на «глянце» сразу бросаются в глаза. Для очистки поверхности ЖК-матриц существуют специальные салфетки, в крайнем случае можно использовать чистый, слегка влажный носовой платок.

Камо грядеши?

Первые ЖК-матрицы были установлены в ноутбуках, что естественно. К большому сожалению, в современных ноутбуках производители, кажется, вообще перестали обращать внимание на качество экранов, и потому подавляющая часть даже относительно дорогих моделей снабжается довольно примитивными TN-матрицами. То, что TN-технологии также бывают очень разными, можно установить, просто пройдясь по компьютерному рынку и рассматривая попадающиеся настольные мониторы. В итоге вы придете к выводу, что не всегда они так уж и плохи, а вот о большинстве ноутбуков я сказать этого не могу.

Когда я искал ноутбук на замену имеющейся у меня модели компании ASUS, которая устарела и морально и физически, то так и не нашел приемлемого по качеству экрана. Вполне приличное изображение дает Mac с дисплеем Retina, но даже если отвлечься от запредельной цены, 15-дюймовый дисплей для меня будет маловат, а Retina больших размеров и не бывает. (Для непосвященных: Retina – маркетинговое название ЖК-дисплеев Apple, отличающихся настолько высокой плотностью пикселов, что человеческий глаз не способен заметить зернистость изображения. Такие дисплеи делают LG Display и Sharp по какой-то из разновидностей IPS-технологий, так что за цветопередачу и углы обзора можно не беспокоиться.)

«Ретины», используемые в ноутбуках, планшетах и в смартфонах Apple, сейчас, наверное, представляют собой наиболее совершенные из всех ЖК-дисплеев. В подражание «яблочникам» даже родилось своеобразное соревнование – кто сделает дисплей с более высоким разрешением. После iPhone 4 и 4S, у которых разрешение экрана (330 ppi) превышает требования к качественной типографской печати, LG анонсирует 5-дюймовый дисплей с 440 ppi, Toshiba отвечает дисплеем с диагональю 6 дюймов и плотностью 495 ppi. Лидером, кажется, является консорциум Japan Display, который анонсировал 2,3-дюймовый дисплейчик с плотностью 651 ppi. В общем-то, такие плотности совершенно излишни и подозрительно напоминают пресловутую «гонку мегагерц» среди производителей процессоров десять лет назад. К тому же высокое разрешение означает и более мощную видеокарту, что может оказаться критичным для и так невеликой автономности карманных гаджетов.

Но еще хуже другое – как видите, в области высокой плотности пикселов речь идет о дисплеях небольшого размера. При диагонали экрана свыше 15-дюймов разрешение дисплеев остается на уровне традиционных 90–100 ppi, а в недорогих моделях это еще и сопровождается проблемами с цветопередачей и углами обзора. Но если качественный настольный монитор в пределах 1000 долл. найти все-таки несложно, то с ноутбуками, как было отмечено, ситуация стала, кажется, даже хуже, чем была лет восемь–десять назад. И кажется, в области ЖК-дисплеев ничего больше принципиально не изменится до тех пор, пока не появятся экраны, основанные на новых принципах, хотя, разумеется, и со своими недостатками.

 

Некоторые термины и аббревиатуры

Монитор – первоначальное значение: контрольный телевизионный приемник, лишенный антенного приемного блока. По аналогии и соответствующие компьютерные устройства были названы мониторами.

Дисплей – любое устройство для воспроизведения визуальной информации. Например, цифровые наручные часы имеют цифровой (или цифробуквенный) дисплей, а автомобильный спидометр или указатель количества топлива имеет аналоговый стрелочный дисплей.

CRT (Cathode Ray Tube) – буквально «катодно-лучевая трубка», по-русски «электронно-лучевая трубка», ЭЛТ, кинескоп.

LCD (Liquid Crystal Display) – жидкокристаллический дисплей, ЖК-дисплей. Устройство для отображения информации с использованием жидких кристаллов.

LCD-монитор (ЖК-монитор) – монитор с ЖК-дисплеем, то же, что и плоскопанельный монитор.

Пиксел – элемент изображения на экране. Различают монохромный и трехцветный пикселы, последний состоит из трех отдельных монохромных субпикселов, каждый из которых окрашен в один из основных цветов.

TFT (Thin-Film Transistor) – тонкопленочный транзистор.

TFT-матрица – ЖК-матрица с использованием тонкопленочных транзисторов, то же, что и активная матрица.

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) – многодоменное вертикальное размещение. Технология производства ЖК-матриц компании Fujitsu.

PVA (Patterned Vertical Alignment) – микроструктурное вертикальное размещение. Технология производства ЖК-матриц компании Samsung, аналогичная MVA. Модификация: S-PVA (Super-PVA), отличается меньшим временем реакции.

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь.

ЦАП – цифроаналоговый преобразователь.

Dithering («дизеринг») – от dither, добавочный псевдослучайный сигнал. Технология искусственного увеличения глубины цвета для ЖК-мониторов.

FRC (Frame Rate Control) – можно перевести как «кадровое управление соотношением». Технология искусственного увеличения глубины цвета для ЖК-мониторов.

XGA – разрешение экрана 1024х768 точек (4:3).

WXGA – Wide (широкий) XGA, разрешение экрана 1280х768 точек (5:3), иногда 1280х720 точек (16:9), что еще обозначается как HD 720p.

UXGA – Ultra XGA, разрешение экрана 1600х1200 точек (4:3).

Full HD – разрешение экрана 1920х1080 точек (16:9), обычно сочетающееся с возможностью полнокадровой развертки, так что полное обозначение Full HD 1080p.

WUXGA – Wide Ultra XGA, разрешение экрана 1920х1200 точек (16:10).