Современные ЖК-мониторы

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 05 августа 2011 года

В течение последних десяти лет конструкция жидкокристаллических мониторов стремительно совершенствовалась, но ещё быстрее увеличивалась диагональ экрана: если в 2001 году подавляющее большинство таких дисплеев оснащалась матрицами с диагональю 15 дюймов, то уже к 2004 году нормой стали 17-дюймовые модели, а к 2008-му - 19-дюймовые. Сегодня же самыми популярными стали мониторы с диагональю экрана от 20 до 24 дюймов, а у требовательных пользователей пользуются спросом 27- и даже 30-дюймовые дисплеи. Появились модели, способные выводить объёмное 3D-изображение и обладающие сенсорными экранами с функцией мультитач, то есть с распознаванием нажатий и разнообразных "жестов" с помощью нескольких пальцев.

Однако все эти устройства различных классов и поколений объединяет одно - принцип работы, основанный на свойстве жидких кристаллов реагировать на электрическое поле. Первые крупносерийные ЖК-мониторы оснащались так называемыми пассивными матрицами, и их использовали, преимущественно в портативных компьютерах. Все современные ЖК-экраны, как ноутбучные, так и настольные, построены на основе активных матриц. Принципиальное отличие между этими двумя типами матриц заключается в том, что в активной панели каждым пикселем управляют три тонкоплёночных транзистора, по одному на каждый из субпикселей (красный, зелёный и синий). В пассивной матрице транзисторы управляли не пикселями, а лишь электрическими проводниками, которыми покрыта панель, что существенно снижало время отклика пикселей. Дисплеи с активной матрицей ещё называют TFT-дисплеями (Thin Film Transistor), поскольку в них используются транзисторы, изготовленные по тонкоплёночной технологии.

Не вдаваясь в нюансы, принцип работы ЖК-дисплеев можно описать следующим образом. Между двумя стеклянными подложками размещены жидкие кристаллы, молекулы которых имеют вытянутую, то есть нематическую (от греческого "нема" - "нить") форму. Благодаря такой форме молекул жидкие кристаллы могут по-разному преломлять световые волны в зависимости от их расположения. Для получения упорядоченной картинки жидкие кристаллы размещаются вдоль нанесённых на стеклянные подложки бороздок, сами стеклянные пластины устанавливаются между поляризационных фильтров, а за всей панелью располагается лампа подсветки, линейки или массив светодиодов. В результате при подаче на электроды матрицы электрического сигнала возникает электрическое поле и жидкие кристаллы начинают тем или иным образом преломлять свет.

Наибольшее распространение получили технологичные и потому дешёвые в производстве TN-матрицы (Twisted Nematic - cкрученные нематические кристаллы), названные так, поскольку при отсутствии напряжения на матрице молекулы кристаллов как бы закручены на 90 градусов. При подаче на электроды напряжения молекулы выстраиваются вдоль электрического поля, в результате чего и формируется изображение. Для создания цветной картинки применяются три фильтра - красный, зелёный и голубой, которые устанавливаются между стеклянной пластиной и поляризационным фильтром.

Несмотря на массовость TN-технологии, у неё больше всего тех недостатков, за которые принято ругать ЖК-матрицы. Прежде всего, это недостаточно большие углы обзора и относительно невысокая контрастность. С первым недостатком научились достаточно эффективно бороться с помощью рассеивающей плёнки, которая крепится к лицевой стороне матрицы. Такая усовершенствованная технология получила название TN+Film.

Второй недостаток, увы, неисправим, и с ним связана ещё одна врождённая проблема TN-технологии - принципиальная невозможность получить глубокий чёрный цвет. Это вызвано именно закрученностью молекул кристаллов, которые нельзя полностью раскрутить даже мощными электромагнитными полями. В результате даже при полностью выключенном пикселе, то есть при отсутствии напряжения на нём, через такой пиксель будет частично проникать свет. Кстати, при наличии "битого" пикселя на TN-матрице он будет всегда светиться, что гораздо неприятней, чем полностью "мёртвый" пиксель.

Получить близкий к натуральному чёрный цвет позволяют IPS-матрицы (In-Plane Switching - выравнивание молекул параллельно подложке), в которых при отсутствии напряжения молекулы жидких кристаллов расположены строго параллельно направлению поляризации одного из фильтров, который полностью поглощает свет от ламп подсветки - тем самым, вместо тёмно-серого мы получаем глубокий чёрный цвет. Кроме того, за счёт "распрямлённости" молекул, которые постоянно находятся в одной плоскости по отношению к экрану, увеличиваются до 170 градусов углы обзора, что особенно важно для экранов с большой диагональю.

Улучшенная разновидность IPS-матриц, разработанная японской компанией NEC, получила название S-IPS - до недавнего времени она применялась в настольных мониторах профессионального класса компаний Eizo Nanao и iiYama, а также в ноутбуках премиум-класса Apple MacBook Pro. К достоинствам матриц S-IPS относятся чёткое, яркое и контрастное изображение и точная цветопередача (при надлежащей калибровке) - поэтому экраны с такими матрицами предпочитают художники, фотографы, дизайнеры и полиграфисты.

Главный недостаток S-IPS-матриц - дороговизна, особенно на фоне TN+Film. Кроме того, как IPS-, так и S-IPS-матрицы отличаются большими по сравнению с TN-матрицами временем отклика пикселя. Впрочем, современные модели показывают вполне сопоставимые с TN-матрицами скорости реакции - порядка 5 мс, что делает их вполне пригодными не только для просмотра статичного изображения и видео, но и для динамичных компьютерных игр.

Существует ещё одна модификация IPS-матриц - AFFS-матрица, разработанная фирмой BOE Hydis и представляющая собой дальнейшее развитие технологии S-IPS. Благодаря увеличению мощности электрического поля, воздействующего на кристаллы, удалось добиться большей плотности кристаллов, расширить углы обзора и обеспечить повышенную яркостью. Благодаря последнему свойству, позволяющему работать с ЖК-дисплеями при естественном освещении, они широко применяются в профессиональных планшетных компьютерах. Кроме того, AFFS-матрицы устанавливаются в смартфонах и коммуникаторах и прочих портативных устройствах.

Реже всего в современных ЖК-мониторах встречаются MVA-матрицы (Multi-Domain-Vertical Alignment - мультидоменное вертикальное выравнивание), на которые в своё время возлагались большие надежды и которые были разработаны японской компанией Fujitsu c целью объединить достоинства и минимизировать недостатки технологий TN+Film и IPS. В отличие от TN- и IPS-матриц, здесь при подаче напряжения молекулы жидких кристаллов ориентируются не вдоль электрического поля, а перпендикулярно ему. Это дaёт возможность, как и в случае с IPS-матрицами, добиться идеального чёрного цвета, а также больших углов обзора. Для расширения углов обзора используется мультидоменная структура, которая заключается в создании для каждого субпикселя нескольких доменов (или областей), каждый из которых поляризует свет с небольшими отклонениями по сторонам.

Основное достоинство MVA-матриц - великолепная цветопередача, по которой они практически не уступают S-IPS-матрицам, главные недостатки - зависимость цветопередачи от угла обзора и большое время отклика в сочетании с высокой ценой, что в условиях распространения быстрых и дешёвых TN-матриц сделало их попросту неконкурентоспособными.

Южнокорейская компания Samsung разработала свой вариант MVA- технологию PVA (Patterned Vertical Alignment - микроструктурное вертикальное выравнивание). PVA-матрицы дешевле в производстве, при этом обладают практически всеми достоинствами MVA-матриц и даже имеют меньшее время отклика. Такие матрицы и их различные модификации изредка встречаются в мониторах Dell, NEC, Samsung и некоторых других производителей.

Современные 3D-дисплеи построены на основе TN-матриц: для этой категории экранов важна поддержка высокой частоты обновления (как минимум, 120 Гц) и скорость реакции пикселей, поскольку они должны одновременно формировать две картинки - для левого и правого глаза. Чаще всего в комплект поставки таких мониторов входят специальные активные затворные очки (в частности, технологии NVIDIA 3D VISION), есть и модели, работающие с пассивными поляризационными очками. Существуют также образцы мониторов, способных демонстрировать объёмное изображение без очков, но они пока ещё очень дороги и до российских магазинов не добрались.

Ещё одна "фишка", которую можно встретить в ЖК-дисплеях, это сенсорный экран с поддержкой технологии мультитач. Такие мониторы не очень популярны, что неудивительно: несмотря на кажущиеся преимущества "пальцевого" управления, вряд ли многим понравится заляпанный дисплей перед глазами, так что то, что вполне уместно в планшетах и смартфонах, не очень применимо в десктопных панелях.

Как правило, сенсорные мониторы - это глянцевые модели на основе TN-матриц, в которых используется ёмкостная технология. Такой экран в ближайшем приближении представляет собой стеклянную панель, на которую нанесён слой прозрачного резистивного материала. По углам панели установлены электроды, подающие на проводящий слой низковольтное переменное напряжение. Поскольку тело человека способно проводить электрический ток и обладает некоторой ёмкостью, при касании экрана в системе появляется утечка. На основе данных с электродов по углам панели контроллер определяет место этой утечки.

Одна из перспективных разновидностей ёмкостных экранов - проекционно-ёмкостные дисплеи. На обратную сторону такого экрана нанесена целая сетка проводников (или ряды электродов), на которые подаётся слабый ток, а место касания определяется по точкам с повышенной ёмкостью. Модификации проекционно-ёмкостных дисплеев используются, в частности, в популярных плеерофонах iPhone и планшетах iPad, а также в дорогих профессиональных мониторах.

В отличие от современных ноутбуков, в которых очень редко можно встретить матовый экран, производители мониторов, к счастью, не злоупотребляют глянцем, и большая часть ЖК-дисплеев имеет антибликовое покрытие. При этом не проблема найти и глянцевые экраны, изображение на которых выглядит более контрастным.

Примерно с 2007 года начался массовый переход на светодиодную (LED) подсветку матрицы, которая компактнее, надёжнее, эффективнее и экономичней традиционной подсветкой при помощи ламп с холодным катодом. Светодиодная подсветка уже практически полностью вытеснила ламповую в портативных компьютерах и, судя по всему, в ближайшее время это же произойдёт и с настольными мониторами.

Около 90% всех современных ЖК-мониторов имеют формат 16:9, порядка 9% - "киношный" формат 16:10 и менее процента - "классический" формат 4:3. Подавляющее большинство моделей всё ещё оснащается интерфейсами VGA и DVI, но очевидна тенденция отказа от аналоговых интерфейсов, и в более моделях среднего и высокого класса часто имеются один или два входов DVI, а иногда и порты HDMI, звуковой цифровой интерфейс S/PDIF и даже новомодный DisplayPort. При желании не составит труда подобрать подходящий монитор с функцией поворота экрана в "портретную" ориентацию, со встроенной акустической системой и с USB-хабом. А вот веб-камеры почему-то до сих пор большая редкость в настольных мониторах, хотя в ноутбуках они уже давно считаются чуть ли не стандартным оснащением.

Во второй части мы познакомимся с некоторыми моделями современных ЖК-мониторов разных классов и типов с диагональю от 19 до 24 дюймов.