LCD экран Вашего ноутбука

Физика  VS  Маркетинг

Случалось ли вам, будучи покупателем интернет-магазина или крупной торговой сети, чувствовать себя «фриком», предъявляя, с точки зрения продавца, абсурдные требования к товару, а по сути – пытаясь выяснить его характеристики и убедится в качестве? Безаппеляционность и напористость персонала, пытающегося «блистать» интеллектом, распространяя вокруг себя бессмысленный псевдонаучный текст, отдаленно не понимающего истинной сути вещей, иногда может поразить. Но это всего лишь технологии – технологии продаж, которые продолжают совершенствоваться, воздействуя на эмоции, чувства и комплексы покупателя. Рассчитанные на среднестатистического потребителя методики работают безотказно. С притязательными покупателями продавцы стараются не связываться вообще: все прекрасно понимают – современный товар боится неудобных вопросов. Малейшая попытка проявить во время покупки задатки критического мышления оборачивается пропажей интереса к Вам как к клиенту, а так как другого товара просто не существует, то и тратить время на неудобного покупателя не к чему. В конце концов, обойдя все магазины, Вы все равно купите то, что есть в наличии.

Итак, сегодняшняя тема – LCD экран Вашего лэптопа. Сейчас мне приходится работать на двух ноутбуках, и в сравнении разница всегда чувствуется лучше. Оба куплены в США несколько лет назад, оба от хорошего производителя, оба по хорошей скидке; и по ней цена одного составила около 900 USD, другого – 500 USD. Т.е. первоначальная цена более дешевой машины оказалась в несколько раз выше предлагаемых в то время эконом-вариантов. Казалось бы, следовало ожидать в этом случае довольно качественного продукта, так же как и 10 лет назад, когда, приобретая не самый дешевый ноутбук, я точно знал, что плачу за отсутствие проблем. Но сегодня не 2000-ые. На одном из приобретенных ноутбуков я могу работать сутками, на другом – всего несколько часов. Проблема – мерцание экрана, не устраняемое никакими программными средствами. Стоить заметить, что более комфортный для глаз ноутбук, допускающий разрешение 2048х1536 при частоте до 100 Гц и работающий под Windows XP, при переходе на Windows Vista или Windows 7 не может реализовать заложенные возможности. Т.е новое программное обеспечение априори исключает привычное качество, превращая достойную машину в металлолом.

Ситуацию с доминированием ноутбуков, за которыми из-за мерцающего экрана тяжело проработать целый день, можно наблюдать практически в любом киевском офисе под дружный смешок «специалистов с 15-летним стажем» IT департамента, которые точно знают, что ноутбуки не могут мерцать, в отличие от старых CRT мониторов настольных компьютеров. Интеллектуалы могут даже просветить «юзера», прочитав лекцию об отсутствии развертки и электронно-лучевой трубки, в которую также войдут популярные догмы о «бессмысленности» частоты обновления в «статичных» LCD матрицах.

Что бы Вам не рассказывали, принцип работы большинства LCD панелей приблизительно одинаков и мало чем отличается по сути. Вопрос больше состоит в том, насколько далеко может пойти производитель, противопоставляя оптимизацию производства качеству конечного продукта. Будь то матрица TN, IPS или MVA – не важно, в каждой из них при качественной реализации есть как положительные, так и отрицательные стороны, я ведь не имел никаких проблем с ноутбуком 10 летней данности. Однако в последнее время оптимизация упраздняет элементы компенсации негативных явлений, что приводит к изменению свойств конечного продукта.

Нетрудно догадаться, что LCD (Liquid Crystal Display) дисплей получил свое название благодаря жидким кристаллам, из которых состоит его матрица. Под жидкими кристаллами понимают аморфные вещества, находящиеся в жидком состоянии, но при этом обладающие некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Т.е. это жидкости, обладающие анизотропией, в том числе и оптических свойств, связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Длинные молекулы жидких кристаллов чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, т.е. предоставляют возможность управлять поляризацией.

Именно на явлении поляризации света так называемыми кристаллами-поляроидами основана работа LCD монитора. Поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид является непрозрачным.

Для того чтобы свойства жидких кристаллов, используемых в качестве матрицы дисплея, проявлялись, необходим источник света. А различный цвет можно получить в результате использования фильтров, которые выделяют из белого света необходимые компоненты. Путем смешивания выделенных цветов, для каждого пикселя матрицы появляется возможность воспроизвести необходимый цвет.

Вот, собственно, и все о теории; давайте посмотрим, как это практически реализуется – это еще более интересно, чем сухая теория.

В общем случае LCD матрица состоит из массива ячеек, содержащих жидкое вещество, к каждой из которых подведены отдельные пиксельные электроды. Как уже говорилось, от положения молекул зависит плоскость поляризации проходящего через них света, излучаемого лампой подсветки.

Положение молекул жидких кристаллов в каждой ячейке регулируется электрическим полем, которое создается напряжением на электродах — пиксельном и общем. Напряжение используется исключительно переменное, поскольку применение постоянного напряжения нарушает упорядоченность расположения молекул жидкокристаллического материала и приводит к деградации ячейки.

Можно сказать проще: LCD монитор – это источник света, расположенный за матрицей из жидких кристаллов, которая меняет цвет и интенсивность свечения в разных точках под влиянием электрического поля. Ничего не напоминает?

Контроллеры LCD панели обрабатывают поступающие с определенной частотой сигналы видеокарты и формируют соответствующее необходимому положению молекул напряжение для каждой ячейки.

В качестве ламп подсветки используются флуоресцентные лампы с холодным катодом, представляющие собой стеклянную трубку, наполненную инертным газом с примесью ртути, для питания которой используется переменный ток. Образование света происходит при ионизации газа, а необходимым условием ее возникновения является наличие напряжения 600-900 В. Для запуска лампы на несколько сотен микросекунд на электроды подается пусковое напряжение до 1600 В. Приложенное высокое переменное напряжение вызывает ионизацию газа и пробой зазора между электродами. Возникает разряд. Поддержание разряда происходит за счет так называемого катодного падения потенциала. При этом возникает интенсивное излучение в ультрафиолетовой области, доля которого составляет около 60% общего излучения.

Видимый свет образуется за счет покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность стекла. Спектр излучения применяемых ламп крайне неровный, в нем присутствуют ярко выраженные узкие пики. Поэтому при производстве LCD панелей необходим еще и точный подбор цветовых фильтров, полосы пропускания которых должны максимально соответствовать пикам спектра излучения ламп, в чем сейчас уверенности мало.

Сквозь матрицу пройдет не более 3% видимого излучения. Поэтому собственная яркость модуля подсветки должна быть значительной. Применяемые лампы имеют яркость свыше 30000 кд/м². Для сравнения скажем, что яркость СRT монитора 500 кд/м², и самостоятельно пересчитав исходные данные, Вы можете узнать, насколько далеко ушел ваш «безопасный» LCD дисплей от «опасных» СRT.

Следующий имеющий отношение к делу факт – это способ регулировки яркости ламп. Рассмотрим два основных. Первый заключается в изменении тока разряда в лампе, что не позволяет изменять яркость монитора в широком диапазоне и критически проявляется при работе в условиях слабого внешнего освещения, делая мониторы излишне яркими. Второй способ заключатся в управлении длительностью импульса, что приводит к появлению заметного для глаз мерцания ламп на низкой частоте. Что, собственно, и требовалось доказать.

Теперь перейдем к важнейшим характеристикам LCD панелей, истинным и фальсифицированным, а также возможностям их проверить.

Время реакции (отклика) матрицы – время, за которое молекулы жидкого кристалла могут изменить определенный тестом как эталонный угол поворота. Т.е. это время, за которое пиксель может изменить свой цвет от белого до черного и обратно до начала угасания по одной из методик, от черного к белому и обратно к черному по второй, или от серого к белому и обратно к серому по третьей.

Скорость переключения ячейки зависит еще и от величины поданного на него напряжения. Например, для перехода из белого в черный цвет подается напряжение, превышающее необходимое, для улучшения времени реакции: молекула в этом случае достигнет максимального значения угла поворота, но не сможет превысить его; а если необходимо отобразить градации серого цвета, то напряжение подается строго определенной величины для поворота молекулы на нужный угол, и поворот произойдет с меньшей скоростью. Время отклика пикселя в пределах даже одной матрицы может быть различно. Впрочем, официальные показатели выглядят совсем неплохо: от 8 мс для первой методики до 25 мс для третьей.

При времени реакции пикселей 16.7 мс, вне зависимости от частоты сигналов видеокарты или контроллеров матрицы, экран может обновиться не чаще 60 раз в секунду. Вернее – может, но не отрабатывая предыдущий сигнал. И не стоит думать, что это влияет исключительно на отображение динамических картинок. Проверить параметр можно по долго угасающему на экране следу мыши.

Частота обновления экрана – число полных, с первого до последнего пикселя, обновлений экрана в секунду. В LCD мониторах зависит от типа управления ячейками и типа матрицы. В рамках одного обновления на ячейку поступает требуемое значение напряжения. Однако собственной емкости жидкокристаллического материала недостаточно для сохранения заряда в промежутке времени между обновлениями, вследствие чего каждая ячейка дополняется конденсатором (в TFT панели), который заряжается при подаче напряжения на ячейке и удерживает его до следующего импульса (хорошо, если удерживает).

Для TFT матриц частота обновления экрана редко превышает 60 Гц. При этом время вывода кадра на экран при частоте f = 60 Гц: Tf = 1/f = 16.7 мс. Сравниваем со временем реакции дисплея, и можем рассуждать об их синхронизации.

Маркетологи подменяют понятия и пытаются доказать, что гашение экрана 80 - 120 раз в секунду CRT монитора во время обратного хода луча, называемое мерцанием, не является таковым по отношению к 60 раз в секунду меняющим интенсивность своего свечения, а по сути – мерцающим пикселям LCD матрицы, за которыми к тому же расположен мощный мерцающий источник светового излучения.

Пока еще остался относительно надежный и простой способ проверить этот параметр – правда, вызывающий истеричный смех продавцов. Через меню экрана Properties –> Settings –> Advanced –> Monitor. Следует четко знать, что частота обновления на вашем LCD мониторе должна быть не менее 76 Гц. Однако стоит помнить, что частота обновления не может превышать время реакции матрицы.

Цветопередача – описывает насколько естественно выглядит цветовая гамма отображенных на мониторе объектов. Удивительно, но цветопередача также может стать причиной мерцания экрана.

Пытаясь достичь приемлемых в сравнении с конкурентами показателей, производители часть недоступных цветов могут эмулировать, используя смежные ресурсы матрицы. Например, при необходимости отобразить цвет, физически недоступный для матрицы, можно сформировать его, задействовав доступные цвета двух смежных ячеек. Тогда с каждым обновлением матрицы (а это все те же 60Гц) поочередно будут включаться соседние ячейки, каждая из которых предоставит существующий цвет для создания несуществующего. Наверное, нет необходимости объяснять, во что это выливается на практике. Потеря четкости изображения и мерцание монитора из-за двойного падения частоты обновления тем больше, чем больше площади сложного цвета по отношению к площади всего экрана.

Разрешение – это количество размещающихся пикселей на LCD матрице по горизонтали и вертикали, например, 1280х800 или 1024х768.

Если разрешение LCD матрицы 1024х768 пикселей, то растянутое до этого размера изображение 800х600 будет выглядеть искаженным, так как необходимо отобразить информацию, рассчитанную на два пикселя с помощью трех. По умолчанию единственное действие, не приводящее к искажению – это кратное целому числу зуммирование.

Теоретически при выводе некратного изображения можно менять цвет среднего пикселя с черного на белый, однако необходимо устанавливать частоту обновления, недоступную для большинства современных ноутбуков – более 60 Гц. LCD матрицы, имеющие возможность использовать частоту обновления выше 60 Гц, например, упомянутая мной в начале статьи машина, позволяют с небольшой потерей качества изображения реализовывать некратное зуммирование в широких пределах.

Яркость, контрастность. Так как LCD матрица сама по себе не излучает свет, то под яркостью понимается яркость цвета лампы подсветки в момент, когда кристалл полностью пропускает ее свет. Контрастность – отношение уровня интенсивности белого цвета к уровню интенсивности черного в момент, когда кристалл не пропускает свет.

Теоретически, контрастность должна быть бесконечной, но жидкий кристалл не может полностью перекрыть свет лампы подсветки, и часть света все равно проходит сквозь него. На LCD мониторе трудно добиться абсолютно черного цвета – это факт.

Что касается яркости, то ее максимальное значение – это максимальная яркость лампы подсветки, незначительно уменьшенная кристаллом, который все равно не абсолютно прозрачен, см. выше. Тут стоит еще раз повториться: в LCD мониторе прямо Вам в лицо с расстояния полметра светит газоразрядная низкочастотная ртутная лампа.

И все это в «честно» выполненных дисплеях без так называемой «динамической контрастности» и прочих технологически-маркетинговых уловок.

Итак, суммируя сказанное об LCD панелях, важно четко выделить несколько принципиальных моментов:

Первое – для управления кристаллами необходимо переменное электрическое поле, а для формирования изображения импульсный световой источник. Т.е LCD TFT панель – это не набор светодиодов с контроллером; кстати, это касается и LED панелей!

Втрое – видеокарта не знает, играете ли Вы, смотрите ли фильм или читаете, и постоянно, с определенной частотой, обновляет изображение на дисплее. А значит, изображение не статично, даже при отображении неподвижных объектов.

Третье – важно понимать, что характеристики LCD дисплея зависят от обработки видеосигнала, собственно жидкокристаллической матрицы, модуля подсветки, контроллеров, и только совокупность характеристик всех этих составляющих и их взаимное влияние определяют свойства монитора в целом.

Все разговоры о статичности изображения LCD панели не более, чем попытка выдать желаемое за действительное. Да, работа на LCD панелях, в которых «честно» компенсированы негативные влияния импульсных процессов, действительно приятна. Однако оптимизация, погоня за энергосбережением и снижением цены заставляет производителей отказываться от средств компенсации, превращая сами панели в чудовищно вредные для здоровья устройства.

Никто не предлагает отказаться от LCD дисплеев, на самом деле они совершенно не плохи; однако при покупке ноутбука следует прислушаться к действительно мудрым рекомендациям по их выбору, которых в интернете достаточно, правда, не на первой странице Google, либо обратиться к своему организму, а не ряженым «специалистам».

Игорь Савицкий