Технологии дисплеев ноутбуков

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 21 октября 2010 года

Во всех современных портативных компьютерах, включая ноутбуки, нетбуки и планшетники, устанавливаются цветные жидкокристаллические дисплеи. 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. По всей видимости, уже в самое ближайшее время светодиодная подсветка полностью вытеснит ламповую в экранах портативных компьютеров.

Вот уже около пяти лет все производители упорно оснащают экраны ноутбуков глянцевыми покрытиями, которые визуально повышают контрастность изображения. При этом у них почему-то не находит понимания нелюбовь подавляющего большинства пользователей к бликующим зеркальным дисплеям, в которых отражается буквально всё - от лика владельца до потолочных светильников. Самое удивительное, что до этой странной моды на глянец все ноутбучные экраны в обязательном порядке снабжались матовыми антибликовыми покрытиями. В качестве утешения можно добавить, что глянцевые экраны проще очищать от грязи - правда, и пачкаются они гораздо проще.

У компании ASUS есть несколько технологий, позволяющих улучшить качество изображения и сделать просмотр более приятным. Ноутбуки ASUS поставляются с экранами одного из трёх типов - матовыми (это стандарт, и он обычно не упоминается), Colour Shine и Crystal Shine. Значок "Colour Shine" означает, что дисплей имеет глянцевую поверхность - она придаёт картинке большую контрастность, увеличивая четкость изображения и насыщенность цветов. Дисплеи с пометкой "ASUS Crystal Shine" обеспечивают более яркое и изображение по сравнению с обычными дисплеями, позволяя с комфортом работать в любых условиях освещенности. Эта технология используется как в комбинации с Colour Shine, так и отдельно - с обычными матовыми дисплеями.

Стоит также обратить внимание на технологию ASUS Splendid Video Intelligence - она помогает дополнительно повысить качество изображения, автоматически определяя тип картинки и корректируя настройки с его учётом. Статическая картинка, видео или компьютерная игра будут обрабатываться по-разному, и это положительно сказывается на качестве изображения.

Жидкокристаллические экраны - устройства, построенные на основе свойства жидких кристаллов реагировать на электрическое поле. Давно ушли в прошлое ноутбуки с тусклой и "тормозящей" пассивной ЖК-матрицей, все современные модели оснащаются исключительно активными матрицами. Принципиальное отличие между этими двумя типами матрицы 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 снижает скорость реакции пикселей. Дисплеи с активной матрицей ещё называют TFT-дисплеями (Thin Film Transistor), поскольку в них используются транзисторы, изготовленные по тонкоплёночной технологии.

С известной долей упрощения принцип работы ЖК-дисплеев можно описать следующим образом. Между двумя стеклянными подложками размещены жидкие кристаллы, молекулы которых имет 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 отстутствии напряжения на матрице молекулы кристаллов как бы закручены на 90 градусов. При подаче напряжения на электроды молекулы выстраиваются вдоль электрического поля, в результате чего и формируется изображение. Для создания цветного изображения применяются три цветных 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 низкая, особенно по сравнению с классическими "ящиками" ЭЛТ-мониторов, контрастность.

С первым недостатком научились достаточно эффективно бороться с помощью рассеивающей плёнки, которая крепится к лицевой стороне матрицы. Такая усовершенствованная технлоогия получила название TN+Film.

Второй недостаток, увы, неисправим, и с ним связана ещё одна врождённая проблема этой технологии - принципиальная невозможность получить глубокий чёрный цвет. Это вызвано именно закрученностью молекул кристаллов, которые невозможно 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 идеальному 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, которым полностью поглощается 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 и более 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 десктопных 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 предпочитали 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, что делает их менее пригодными для компьютерных игр.

В настоящее время матрицы IPS/S-IPS практически полностью сняты с производства, и в ноутбуках их заменили AFFS-матрицы, разработанные фирмой BOE Hydis и представляющие собой дальнейшее развитие технологии S-IPS. Благодаря увеличению мощности электрического поля, воздействующего на кристаллы, удалось добиться большей плотности кристаллов, расширить углы обзора до 180 и более градусов и обеспечить повышенную яркостью. Благодаря последнему свойству, позволяющему работать с ЖК-дисплеями при естественном освещении, они широко применяются в профессиональных планшетных компьютерах; AFFS-матрицы встречаются и в смартфонах и коммуникаторах.

Реже всего в ноутбуках можно встретить MVA-матрицы (Multi-Domain-Vertical Alignment - мультидоменное вертикальное выравнивание), которые создавались чтобы объединить достоинства и минимизировать недостатки технологий TN+Film и IPS. Главным разработчиком MVA стала японская фирма Fujitsu и такие матрицы чаще вего встречаются в ноутбуках именно под этой маркой. 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 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, а главный недостаток - большое время отклика, что в сочетании с высокой ценой ограничивает распространение таких панелей.

Обе эти проблемы весьма успешно решила южнокорейская компания Samsung, представившая 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 достаточно широко используются в ноутбуках Samsung.

В планшетных компьютерах и ноутбуках-трансформерах устанавливаются сенсорные экраны. В настоящее время порядка 90% всех сенсорных экранов (включая коммуникаторы и плееры) относятся к типу резистивных, оставшиеся 10% делят между собой ёмкостные и её модификации. При этом наблюдается чёткая тенденция к вытеснению резистивных экранов ёмкостными.

Принципиальное отличие между этими двумя основными типами сенсорных дисплеев заключается в том, что резистивные экраны чувствительны к нажатию, а ёмкостные - к касанию. Проще говоря, первые реагируют на нажатие любым твёрдым предметом, а вторые - только на пальцы или предметы, обладающие электрической ёмкостью.

В первом приближении резистивный экран представляет собой стеклянный жидкокристаллический дисплей, на который наложена гибкая мембрана. На соприкасающиеся стороны нанесён резистивный состав, пространство между плоскостями разделено диэлектриком, а по их краям закреплено несколько электродов. При нажатии экран и мембрана соприкасаются в месте этого нажатия, координаты которого вычисляются путём последовательной подачи тока на верхнюю и нижнюю пластины и замеров напряжения в точке касания пластин. Именно поэтому на такой экран можно нажимать любым твёрдым предметом - от ногтя и стилуса до карандаша или спички.

Ёмкостный сенсорный экран в общем случае 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.

Модную технологию "мультитач" поддерживает 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 популярных плеерофонах iPhone и планшетах iPad, хотя в силу конструктивных причин эта технология неприменима на экранах с большой диагональю.