Сучасні рідкокристалічні монітори. СПК
Рідкокристалі́чний диспле́й — це електронний пристрій візуального відображення інформації (дисплей), принцип дії якого ґрунтується на явищі електричного переходу Фредерікса в рідких кристалах. Дисплей складається з довільної кількості кольорових або монохромних точок (пікселів), і джерела світла або відбивача (рефлектора).
Зміст
Історія
Комп'ютерні рідкокристалічні монітори пішли в маси лише на початку 2000-х років, але вже важко уявити, що зовсім недавно всі ми сиділи перед громіздкими дисплеями в півстола.Протягом останніх десяти років конструкція рідкокристалічних моніторів стрімко удосконалювалася, але ще швидше збільшувалася діагональ екрана: якщо в 2001 році переважна більшість таких дисплеїв оснащувалася матрицями з діагоналлю 15 дюймів, то вже до 2004 року нормою стали сімнадцятидюймові моделі, а до 2008 - девятнадцатидюймові.
Технологічні характеристики
- Тип матриці - технологія виготовлення РК дисплею
- Роздільна здатність - кількості пікселів в кожному з вимірів, що може бути відображена.
- Розмір пікселя - відстань між центрами сусідніх пікселів.
- Яскравість - світлова характеристика тіл, які є джерелами світла.
- Контраст|Контрастність - міра виявлення об'єкта на фоні.
- Час відгуку - мінімальний час, необхідний пікселю для зміни своєї яскравості.
- Кут огляду - кут відносно перпендикуляра до центру матриці, при спостеріганні котрого контрастність зображення у центрі матриці падає до 10:1.
Принцип дії
Робота РК-дисплея заснована на явищі поляризації світлового потоку. Кристали-поляроїди здатні пропускати тільки ту складову світла, вектор магнітної індукції якої лежить у площині, паралельній оптичній площині поляроїда. Для решти світлового потоку поляроїд буде непрозорим. У такий спосіб поляроїд ніби просіває світло. Цей процес називається поляризацією світла. Із відкриттям класу рідких речовин, довгі молекули яких чутливі до електростатичного й електромагнітного поля і здатні повертати площину поляризації світла, з'явилася можливість керувати поляризацією. Ці аморфні речовини за схожість із кристалічними речовинами за електрооптичними властивостями, а також за здатність приймати форму посудини, назвали рідкими кристалами.
Сучасні рідкокристалічні монітори
Сьогодні ж найпопулярнішими стали монітори з діагоналлю екрана від 20 до 24 дюймів, а у вимогливих користувачів користуються попитом двадцатисеми і навіть тридцатидюймові дисплеї. З'явилися моделі, здатні виводити об'ємне 3D-зображення і котрі володіють сенсорними екранами з функцією мультитач, тобто з розпізнаванням натисків і різноманітних "жестів" за допомогою декількох пальців.
Проте всі ці пристрої різних класів і поколінь об'єднує одне - принцип роботи, заснований на властивості рідких кристалів реагувати на електричне поле. Перші великосерійні рідкокристалічні монітори оснащувалися так званими пасивними матрицями, і їх використовували переважно в портативних комп'ютерах. Всі сучасні рідкокристалічні екрани, як ноутбучні, так і настільні, побудовані на основі активних матриць. Принципова відмінність між цими двома типами матриць полягає в тому, що в активній панелі кожним пікселем керують три тонкоплівкових транзистора, по одному на кожен з субпікселів (червоний, зелений і синій). У пасивній матриці транзистори керували не пікселями, а лише електричними провідниками, якими покрита панель, що істотно знижувало час відгуку пікселів. Дисплеї з активною матрицею ще називають TFT-дисплеями (Thin Film Transistor), оскільки в них використовуються транзистори, виготовлені за тонкоплівковою технологією.
Не вдаючись у нюанси, принцип роботи рідкокристалічних дисплеїв можна описати таким чином. Між двома скляними підкладками розміщені рідкі кристали, молекули яких мають витягнуту, тобто нематичну (від грецького "нема" - "нитка") форму. Завдяки такій формі молекул рідкі кристали можуть по-різному заломлювати світлові хвилі в залежності від їх розташування. Для отримання впорядкованої картинки рідкі кристали розміщуються уздовж нанесених на скляні підкладки канавок, самі скляні пластини встановлюються між поляризаційними фільтрами, а за всією панеллю розташовується лампа підсвічування, лінійки або масив світлодіодів. В результаті при подачі на електроди матриці електричного сигналу виникає електричне поле і рідкі кристали починають тим чи іншим чином заломлювати світло.
Найбільшого поширення набули технологічні і тому дешеві у виробництві TN-матриці (Twisted Nematic - cкрученние нематичені кристали), названі так, оскільки при відсутності напруги на матриці молекули кристалів як би закручені на 90 градусів. При подачі на електроди напруги молекули шикуються уздовж електричного поля, в результаті чого і формується зображення. Для створення кольорової картинки застосовуються три фільтри - червоний, зелений і блакитний, які встановлюються між скляною пластиною і поляризаційним фільтром.
Незважаючи на масовість TN-технології, в неї найбільше тих недоліків, за які прийнято лаяти ЖК-матриці. Перш за все, це недостатньо великі кути огляду і відносно невисока контрастність. З першим недоліком навчилися досить ефективно боротися за допомогою розсіючої плівки, яка кріпиться до лицьового боку матриці. Така вдосконалена технологія отримала назву TN + Film.
Другий недолік, на жаль, невиправний, і з ним пов'язана ще одна вроджена проблема TN-технології - принципова неможливість отримати глибокий чорний колір. Це викликано саме закрученістю молекул кристалів, які не можна повністю розкрутити навіть потужними електромагнітними полями. У результаті навіть при повністю вимкненому пікселі, тобто при відсутності напруги на ньому через такий піксель буде частково проникати світло. До речі, при наявності "битого" пікселя на TN-матриці він буде завжди світитися, що набагато неприємніше, ніж повністю "мертвий" піксель.
Отримати близький до натурального чорний колір дозволяють IPS-матриці (In-Plane Switching - вирівнювання молекул паралельно підкладці), в яких при відсутності напруги молекули рідких кристалів розташовані строго паралельно напрямку поляризації одного з фільтрів, який повністю поглинає світло від ламп підсвічування. Тим самим замість темно-сірого ми отримуємо глибокий чорний колір. Крім того, за рахунок "распрямлення" молекул, які постійно перебувають в одній площині по відношенню до екрану, збільшуються до 170 градусів кути огляду, що особливо важливо для екранів з великою діагоналлю.
Покращений різновид IPS-матриць, розроблених японською компанією NEC, отримав назву S-IPS - до недавнього часу він застосовувався в настільних моніторах професійного класу компаній Eizo Nanao і iiYama, а також в ноутбуках преміум-класу Apple MacBook Pro. До переваг матриць S-IPS відноситься чітке, яскраве і контрастне зображення і точна передача кольору (при належному калібруванні) - тому екрани з такими матрицями воліють художники, фотографи, дизайнери і поліграфісти.
Головний недолік S-IPS-матриць - дорожнеча, особливо на тлі TN + Film. Крім того, як IPS, так і S-IPS-матриці відрізняються великим, в порівнянні з TN-матрицями, часом відгуку пікселя. Втім, сучасні монітори показують цілком непогану у порівнянні з TN-матрицями швидкостість реакції - близько 5 мс, що робить їх цілком придатними не тільки для перегляду статичного зображення і відео, але і для динамічних комп'ютерних ігор.
Існує ще одна модифікація IPS-матриць - AFFS-матриця, розроблена фірмою BOE Hydis і яка представляє собою подальший розвиток технології S-IPS. Завдяки збільшенню потужності електричного поля, що впливає на кристали, вдалося домогтися більшої щільності кристалів, розширити кути огляду і забезпечити підвищену яскравість. Завдяки останній властивості, що дозволяє працювати з рідкокристалічними екранами при природному освітленні, вони широко застосовуються в сучасних професійних планшетних комп'ютерах. Крім того, AFFS-матриці встановлюються в смартфонах і комунікаторах та інших портативних пристроях.
Найрідше в сучасних рідкокристалічних моніторах зустрічаються MVA-матриці (Multi-Domain-Vertical Alignment - мультидоменне вертикальне вирівнювання), на які свого часу покладалися великі надії і які були розроблені японською компанією Fujitsu c метою об'єднати переваги і мінімізувати недоліки технологій TN + Film і IPS. На відміну від TN і IPS-матриць, тут при подачі напруги молекули рідких кристалів орієнтуються не вздовж електричного поля, а перпендикулярно йому. Це дaет можливість, як і у випадку з IPS-матрицями, домогтися ідеального чорного кольору, а також великих кутів огляду. Для розширення кутів огляду використовується мультидоменна структура, яка полягає у створенні для кожного субпікселя декількох доменів (або областей), кожен з яких поляризує світло з невеликими відхиленнями по сторонам.
Основна перевага MVA-матриць - прекрасне перенесення кольорів, за якою вони практично не поступаються S-IPS-матрицями, головні недоліки - залежність кольору від кута огляду і великий час відгуку в поєднанні з високою ціною, що в умовах поширення швидких і дешевих TN-матриць зробило їх просто неконкурентоспроможними.
Південнокорейська компанія Samsung розробила свій варіант MVA - технологію PVA (Patterned Vertical Alignment - мікроструктурне вертикальне вирівнювання). PVA-матриці дешевші у виробництві, при цьому володіють практично всіма перевагами MVA-матриць і навіть мають менший час відгуку. Такі матриці і їх різні модифікації зрідка зустрічаються в моніторах Dell, NEC, Samsung і деяких інших виробників.
Сучасні 3D-дисплеї побудовані на основі TN-матриць: для цієї категорії екранів важлива підтримка високої частоти оновлення (як мінімум 120 Гц) та швидкість реакції пікселів, оскільки вони повинні одночасно формувати дві картинки - для лівого і правого ока. Найчастіше в комплект поставки таких сучасних моніторів входять спеціальні активні затворні окуляри (зокрема, технології NVIDIA 3D VISION); є і моделі, що працюють з пасивними поляризаційними окулярами. Існують також зразки моніторів, здатних демонструвати об'ємне зображення без окулярів, але вони поки ще дуже дорогі і до наших магазинів не добралися.
Ще одна "фішка", яку можна зустріти в сучасних рідкокристалічних моніторах, - це сенсорний екран з підтримкою технології мультитач. Такі монітори не дуже популярні, що не дивно: незважаючи на переваги "пальцевого" управління, навряд чи багатьом сподобається заляпаний дисплей перед очима, так що те, що цілком доречно в планшетах і смартфонах, не дуже застосовне в десктопних панелях.
Як правило, сучасні сенсорні монітори - це глянсові моделі на основі TN-матриць, в яких використовується ємнісна технологія. Такий екран при ближчому розгляді являє собою скляну панель, на яку нанесений шар прозорого резистивного матеріалу. По кутах панелі встановлені електроди, що подають на провідний шар низьковольтне змінну напругу. Оскільки тіло людини здатне проводити електричний струм і має деяку ємністть, при торканні екрану в системі з'являється витік. На основі даних з електродів по кутах панелі контролер визначає місце цього витоку.
Один з перспективних різновидів ємнісних екранів - проекційно-ємнісні дисплеї. На зворотний бік такого екрану нанесена ціла сітка провідників (або ряди електродів), на які подається слабкий струм, а місце дотику визначається по точках з підвищеною місткістю. Модифікації проекційно-ємнісних дисплеїв використовуються, зокрема, в популярних плеєрофонах iPhone і планшетах iPad, а також в дорогих професійних моніторах.
На відміну від сучасних ноутбуків, в яких дуже рідко можна зустріти матовий екран, виробники сучасних моніторів, на щастя, не зловживають глянцем, і велика частина рідкокристалічних дисплеїв має покриття антивідблиску. При цьому не проблема знайти і глянцеві екрани, зображення на яких виглядає більш контрастним.
Приблизно з 2007 року почався масовий перехід на світлодіодне (LED) підсвічування матриці, яке компактніше, надійніше, ефективніше і економніше традиційного підсвічування за допомогою ламп з холодним катодом. Світлодіодне підсвічування уже практично повністю витіснило лампове в портативних комп'ютерах, і, судячи з усього, найближчим часом це ж станеться і з настільними моніторами. А якщо Вам буде цікаво, то прочитайте статтю про те як вибрати сучасний AV-ресивер.
Близько 90 відсотків всіх сучасних рідкокристалічних моніторів мають формат 16:9, близько 9 відсотків - "кіношний" формат 16:10 і менше 1 відсотка - "класичний" формат 4:3. Переважна більшість моделей все ще оснащується інтерфейсами VGA і DVI, але очевидна тенденція відмови від аналогових інтерфейсів, і в більшості моделях середнього і високого класу часто є один або два входів DVI, а іноді і порти HDMI, звуковий цифровий інтерфейс S/PDIF і навіть новомодний DisplayPort. При бажанні не важко підібрати підходящий монітор з функцією повороту екрану в "портретну" орієнтацію, з вбудованою акустичною системою і з USB-хабом. А от веб-камери - чомусь до цих пір велика рідкість в настільних моніторах, хоча в ноутбуках вони вже давно вважаються мало не стандартним оснащенням.
