Рис. 1: В дисплеях, сделанных по технологии TN+Film, жидкие кристаллы
выравниваются перпендикулярно подложке, так же, как и в обычных TFT-
дисплеях. Плёнка на верхней поверхности позволяет увеличить угол обзора.
С технической точки зрения решение TN+Film является наиболее простым для
реализации. Производители плоскопанельных дисплеев используют относительно
старую технологию TFT (Twisted Nematic), который мы уже описывали в Части
1. Специальная плёнка наносится на верхнюю поверхность панели, при этом
угол обзора по горизонтали увеличивается от 90° до 140°. Однако плохая
контрастность и низкое время реакции остаются неизменными. Метод TN+Film не
является наилучшим решением, но это несомненно самый дешёвый метод, т.к.
при этом производственный выход наиболее высок (примерно равен выходу
обычных ЖК-дисплеев).
IPS (In-Plane Switching или Super-TFT)
[pic]
Рис. 2: При подаче напряжения молекулы выравниваются параллельно подложке.
IPS или 'In-Plane Switching' изначально была разработана фирмой Hitachi,
однако такие фирмы, как NEC и Nokia в настоящее время также используют
данную технологию.
Различие по отношению к обычным ЖК-дисплеям (TN или TN+Film) состоит в том,
что молекулы жидких кристаллов выравниваются параллельно подложке.
Эта технология позволяет достичь прекрасных значений угла обзора - до 170°,
примерно таких же, как у ЭЛТ-мониторов. Однако эта технология также имеет
недостаток: из-за параллельного выравнивания жидких кристаллов электроды
могут не разместиться на стеклянных поверхностях, как в случае с ЖК-
дисплеями с закрученными кристаллами. Вместо этого они должны быть
выполнены в виде гребёнки на нижней стеклянной поверхности. Это в конце
концов приводит к снижению контрастности и тогда требуется более
интенсивная подсветка для увеличения яркости до требуемого уровня. Время
реакции и контрастность вряд ли могут быть увеличены по сравнению с
обычными TFT-дисплеями.
MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)
[pic]
Рис. 3: Технология MVA фирмы Fujitsu. С технической точки зрения это
наилучший компромисс для получения широких углов обзора и малого времени
реакции.
По нашему мнению компания Fujitsu нашла идеальный компромисс. Технология
MVA позволяет достичь углов зрения до 160° - достаточно хороший показатель
- а также высоких значений контрастности и малого времени реакции пиксела.
Основы технологии MVA.
Буква M в MVA означает "Мulti-domains" - "многодоменный". Домен - это
совокупность молекул. На рис.3 показано несколько доменов, которые
формируются при помощи электродов. Компания Fujitsu в настоящее время
производит дисплеи, в которых каждая цветовая ячейка содержит до четырёх
доменов.
VA означают "Vertical Alignment"-"Вертикальное Выравнивание" - это термин,
который немного неверен, т.к. молекулы жидких кристаллов (в статическом
состоянии) не полностью вертикально выравнены из-за наличия бугоркообразных
электродов (см. рисунок, состояние "Off", т.е. тёмное изображение). При
приложении напряжения и образования электрического поля кристаллы
выравниваются по горизонтали, и свет от подсветки при этом может проходить
сквозь различные слои. Технология MVA позволяет достичь более малых
значений времени реакции, чем технологии IPS и TN+Film, что является важным
фактором для воспроизведения видеоизображений и игр. Контрастность обычно
получается лучше, однако она может несколько меняться в зависимости от угла
зрения.
Сравнение различных технологий улучшения угла обзора
[pic]
Рис. 4: Технология MVA обеспечивает улучшенное время реакции и хорошие
значения угла обзора, однако рыночная доля технологии Fujitsu до сих пор
достаточно мала.
Решение TN+Film не обеспечивает значительных улучшений такого показателя
как время реакции пиксела. При этом такие системы недороги, позволяют
обеспечить достаточный производственный уровень и увеличить угол обзора до
приемлемых значений. Доля рынка таких дисплеев со временем должна
уменьшиться.
IPS уже завоевали значительную долю рынка, т.к. их производят несколько
компаний, например Hitachi и NEC, которые поддерживают данную технологию.
Решающими факторами успеха этих дисплеев является высокое значение угла
зрения (до 170°) и приемлемое время реакции.
С технической точки зрения, технология MVA является наилучшим решением.
Углы зрения до 160° - это почти такой же хороший показатель, как у ЭЛТ-
мониторов. Время реакции, равное примерно 20 мс, также подходит и для
воспроизведения видео. Доля рынка таких дисплеев до сих пор мала, хотя она
постепенно растёт.
Китайские фонарики
или TFT мониторы в наступлении
В предыдущих статьях цикла "Китайские фонарики" мы обсудили проблемы выбора
и состояние рынка классических ЭЛТ-мониторов. Теперь пришла пора поговорить
об альтернативных моделях на TFT-матрицах.
Достоинства и недостатки TFT-матриц
Компоненты персонального компьютера совершенствуются уже почти два десятка
лет, многие из них значительно увеличили свое быстродействие, уменьшили
габариты и массу, стали дешевле. И только монитор, основное средство вывода
результатов работы компьютера, за эти годы принципиально не изменился - он
все такой же тяжелый и громоздкий, а все достижения технологии привели
только к увеличению его размеров (хотя, конечно, он стал безопаснее для
здоровья и показывает более качественную картинку, чем двадцатилетней
давности предки).
Вы думаете, конструкторов не занимала мысль о том, как уменьшить габариты и
массу монитора? Занимала, и еще как - следствием этого стало появление
укороченных трубок и даже трубок с боковым расположением электронной пушки
(в мониторах, увы, не прижившихся из-за значительных геометрических
искажений, но зато применяющихся в некоторых TV-приемниках), а также
разработка альтернативных технологий - плазменных, светодиодных и
жидкокристалльных (ЖКИ).
Быстрее всех прогрессировала технология ЖКИ, так как ввиду низкого
энергопотребления она оказалась наиболее востребована рынком - для начала в
секторе экранов мобильных устройств (ноутбуков, портативных тестеров,
мобильных телефонов и т.д.). Первыми на ноутбуках появились монохромные ЖКИ-
панели с пассивной решеткой, затем цветные пассивные панели, и, наконец,
венцом этой технологии стали цветные панели с активной решеткой (так
называемые TFT-матрицы).
В основе функционирования любой ЖКИ-панели лежит принцип изменения
прозрачности (точнее, изменения поляризации проходящего света) у жидких
кристаллов под воздействием электрического тока. В TFT-матрице слой жидких
кристаллов управляется матрицей из микроскопических транзисторных
аналоговых ключей, по одному ключу на каждый пиксел изображения, что
позволяет добиться высокой скорости включения-выключения точек и повысить
контрастность изображения.
Поскольку жидкие кристаллы сами по себе не имеют цвета, в цветной панели
имеется три слоя жидких кристаллов (либо специальная однослойная мозаичная
структура) с соответствующими светофильтрами для каждой цветовой
составляющей (красный, зеленый, синий). Жидкие кристаллы не могут сами
светиться, поэтому для того, чтобы придать экрану привычный светящийся вид,
за ЖКИ-панелью установлена специальная плоская лампа, подсвечивающая экран
с обратной стороны. В результате пользователю кажется, что матрица
"светится", как обычный экран ЭЛТ.
Контрастность получаемого изображения напрямую зависит от яркости лампы,
помноженной на степень прозрачности открытой ЖКИ ячейки и поделенной на
степень прозрачности закрытой ЖКИ ячейки. Однако с допустимым числом
градаций цвета у ЖКИ-монитора не все так просто.
Неискушенному человеку может показаться, что поскольку транзисторный ключ,
управляющий точкой матрицы, суть аналоговое (бесступенчатое) устройство,
яркость точки управляется столь же бесступенчато, как в ЭЛТ-мониторе, и
число цветов определяется только разрядностью ЦАП (DAC) на видеокарте.
Однако все гораздо хуже - дело в том, что у ЖКИ монитора нет построчной
развертки, аналогичной развертке ЭЛТ, и принцип доступа к ячейкам (точкам)
экрана напоминает адресный принцип доступа к ячейкам современной DRAM-
памяти, в которую пишется одновременно много (например, 64) бит информации.
Из-за этого электронике ЖКИ монитора приходится преобразовывать аналоговый
сигнал видеокарты снова в цифровой, с тем, чтобы разложить последовательно
идущие яркости точек по ячейкам памяти и затем выдвигать на управляющие
входы матрицы сразу несколько уровней яркости для соседних точек экрана.
Таким образом, электроника ЖКИ-монитора вынуждена выполнять обратное
(аналого-цифровое) преобразование аналоговых уровней сигнала, идущих с
видеокарты, в цифровые отсчеты. При этом неизбежно теряется часть
информации из-за несоответствия масштабной сетки ЦАП-а видеокарты и АЦП
монитора, и число различимых градаций яркости каждого цвета падает.
Одновременно проявляется и проблема точного совпадения точек развертки
видеокарты с точками на ЖКИ-матрице, так как фронты синхросигнала
горизонтальной развертки, генерируемого видеокартой для обозначения начала
строки, после прохождения по кабелю оказываются несколько завалены и
зашумлены посторонними наводками.
Очевидно, что ЖКИ-мониторам не свойственны многие проблемы классических ЭЛТ
- например, им не нужно фокусировать электронный луч на плоском экране,
края которого отстоят от электронной пушки дальше, чем центр, не нужно
сводить лучи трех пушек в одной точке, не нужно, двигая луч по радиусу,
умудряться рисовать прямые линии. Соответственно ЖКИ-мониторы всегда имеют
идеальную геометрию, фокус и сведение, в этом их несомненный плюс. В
принципе, ЖКИ мониторам также несвойственно понятие муара - по крайней
мере, при работе в геометрическом разрешении через цифровой интерфейс муара
на ЖКИ быть не может по определению, так как пикселы экрана точно совпадают
с пикселами развертки.
Однако есть у ЖКИ и минусы, причем минусы врожденные и трудноустранимые. Об
одном из них я говорил выше - у любого ЖКИ монитора, работающего по
аналоговому входу, число реально отображаемых цветов меньше, чем то,
которое поддерживает видеокарта. Вторым важным недостатком является
инерционность жидких кристаллов - из-за этого наблюдаются эффекты, похожие
на "послесвечение" люминофора некоторых старых ЭЛТ, вызывающие неприятное
"размазывание" быстро меняющихся картинок (попробуйте, например, быстро
прокрутить текст в Ворде - если буквы слились в серую мешанину, это значит,
что монитор имеет слишком большую инерционность и послесвечение). Третий
коренной недостаток ЖКИ - ограниченный угол обзора, вызванный трудностью
построения поляризационных фильтров с характеристиками, неизменными в
