| Введение |
В настоящее время на рынке плоскопанельных дисплеев складывается
такая ситуация, которая наверняка напомнит некоторым производителям
о тех временах, когда спрос на такие дисплеи и полученная прибыль
выглядели очень привлекательно. Сегодня спрос быстро растёт, при
этом производство плоскопанельных дисплеев испытывает недостаток
инвестиций, а уровень брака на таком производстве остаётся достаточно
стабильным. Для производителя такая ситуация является благоприятной.
Потенциальный покупатель вынужден платить больше денег, желая
освободить место на рабочем столе и сэкономить электроэнергию.
Однако такое состояние не может существовать долго, поскольку
под влиянием непреложных законов экономики ситуация на рынке постепенно
изменяется.
В данной статье представлен обзор ситуации на рынке, тенденции
развития и цены рынка жидкокристаллических мониторов. Как новички,
так и профессионалы найдут в ней что-то полезное для себя. Мы
детально рассмотрим такие темы, как функциональные возможности
и наиболее важные характеристики плоскопанельных дисплеев и технологий
их производства. В данной статье также содержится много полезных
советов для покупателей.
|
| Ситуация на рынке |
Колоссальный успех ноутбуков послужил толчком к быстрому развитию
технологий плоскопанельных дисплеев. Плоскопанельные дисплеи (которые
также часто называются TFT или LC-дисплеями) одно время были самой
горячей темой обсуждения в Европе и в Японии. Такое проявление интереса
средств массовой информации к этим дисплеям было достаточно необычным,
так как объёмы их продаж за 1998 г. были существенно ниже объёмов
продаж ЭЛТ-дисплеев. Особенно если принять во внимание, что лидер
на рынке ЭЛТ продал за неделю больше, чем за год было продано LCD-мониторов.
С другой стороны, существует огромный спрос на TFT-дисплеи, причём
такой, который даже не может быть удовлетворён. Это означает, что
ситуация с TFT-дисплеями достаточно напряжена. Такая ситуация стала
уже редкостью на компьютерном рынке. Некоторые производители оправдывают
такую ситуацию, объясняя её низкой доступностью стекла, ограниченностью
производственных возможностей продавцов и нежеланием производителей
тратить деньги, вкладывая их в бизнес, который они оценивают как
весьма рискованный. Но фактом остаётся то, что большинство TПT-дисплеев
используются в бизнесе, особенно там, где свободное место на столе
пользователя играет немаловажную роль, или где уровни шума, рассеяние
тепла и фактор влияния на здоровье находятся на первом месте. Вот
некоторые рекомендации, на которые следует обратить внимание для
того, чтобы можно было эффективно использовать TПT-дисплеи в быту:
|
| Производство |
Разработка и производство TFT-дисплеев на базе активных матриц
- это процесс настолько же сложный, насколько сложен сам принцип
их работы. При их производстве используется очень много различных
материалов, включая очень тонкое стекло, и всё это при длине диагонали
до 30"! Уровень брака при производстве также довольно высок. В процессе
производства изготавливаются очень тонкие транзисторы, которые служат
для управления элементами дисплея в процессе работы. Кроме всего
прочего, зазор между слоями должен быть выдержан абсолютно точно.
Хотя производители имеют различные взгляды на эту проблему, остаётся
фактом то, что малогабаритные модели производить проще и уровень
брака при их производстве меньше. Поэтому все производители сталкиваются
с проблемой, что же лучше производить: большие мониторы для применения
в качестве дисплеев настольных компьютеров, или малогабаритные модели
для ноутбуков и других целей. Чем больше мониторы, тем больший размер
прибыли можно ожидать от них, но малые мониторы продаются в больших
количествах, т.к. спрос на ноутбуки довольно высок, поэтому от них
можно также получить высокие прибыли. Во втором квартале 1999 г.
наблюдался недостаток и тех, и других моделей - ноутбуки, по-видимому,
производятся и затем складируются, а их производители ждут появления
TFT для того, чтобы закончить процесс и выпустить машины. Поэтому
потребности в 15" полоскопанельных дисплеях (и бОльших) не могут
быть полностью удовлетворены.
|
| Что такое TFT? - Знакомство с технологией |
Современные дисплеи классифицируются на дисплеи с электронно-лучевыми
трубками (ЭЛТ) и на плоскопанельные дисплеи. ЭЛТ-дисплеи имеют существенные
габариты и занимают много места на столе, а плоскопанельные дисплеи
- т.е. дисплеи без кинескопа - как видно из названия являются плоскими
и позволяют экономить рабочее место. Сама по себе категория плоскопанельных
дисплеев охватывает некоторое количество разнообразных технологий,
таких как LCD-дисплеи (ЖидкоКристаллические Дисплеи, ЖКД), плазменные
дисплеи, светодиодные и различные другие дисплеи. Внутри этих технологий
можно различить плоскопанельные дисплеи, которые эмитируют свет,
и которые используют свет от подсветки, пропуская его сквозь себя.
Здесь мы будем также обсуждать дисплеи, которые - с точки зрения
наших дней - оказываются наиболее полезными; так называемые TFT-LCD.
Эти дисплеи принадлежат к группе дисплеев, которые используют свет
от устройства подстветки, пропуская лучи через себя. Дисплеи типа
STN и DSTN (LC-дисплеи с пассивными матрицами) также используются,
но в настоящее время они остались только в дешёвых ноутбуках.
|
рис.1
|
| Как работают TFT |
TFT - это сокращение от 'Thin Film Transistor' (Тонкоплёночный
Транзистор). Эта аббревиатура описывает управляющие элементы, которые
активно управляют отдельно каждой точкой экрана. По этой причине
можно говорить о так называемых "TFT на базе активных матриц". Как
же получается изображение? Основной принцип очень прост: берётся
панель с большим количеством точек (пикселей), причём каждая точка
может излучать свет любого цветового оттенка. Для этой цели используется
подсветка, которая обычно состоит из некоторого количества флуоресцирующих
трубочек. Для того, чтобы подсветить один пиксел, нужно управлять
как бы дверцей, или заслонкой, которая открывается, открывая путь
световым лучам. Технология, которая это реализует, конечно, намного
сложнее, чем упрощённое её представление, описанное выше. LCD
(Liquid Crystal Display) /(ЖидкоКристаллические Дисплеи) - так
называются мониторы, которые изготовлены на основе жидких кристаллов.
Жидкие кристаллы могут менять свою молекулярную структуру и вследствие
этого пропускают через себя то или иное количество света (либо вообще
блокируют его прохождение). Два поляризационных фильтра, цветные
фильтры и два слоя выравнивания определяют, сколько именно света
сможет пройти и какой цвет будет получен. Эти слои размещаются между
двумя стеклянными панелями. К слою выравнивания прикладывается определённое
напряжение, создавая электрическое поле - которое затем выравнивает
жидкие кристаллы. Каждая точка (пиксел) на экране таким образом
требует трёх компонент, одной для красного, зелёного и синего -
как пушки внутри электронно-лучевой трубки. Наиболее распространены
ТFТ на скрученных жидких кристаллах (Twisted Nematic TFT).
В следующей части объясняется принцип работы ТFТ. Существует несколько
возможных технологий. Они все объясняются в Части 2 - Технологии
Увеличения Угла Обзора.
При отсутствии напряжения молекулы вещества находятся в своём естественном
состоянии и повёрнуты на 90°. В этом случае свет, который идёт от
устройства подсветки, может проходить сквозь структуру. (Работа
обычного ТFТ-дисплея на скрученных жидких кристаллах/ Twisted Nematic
TFT (рис.2). При наличии электрического поля, т.е. при приложении
напряжения, жидкие кристаллы поворачиваются таким образом, что становятся
выравненными по горизонтали. Поляризованный свет при этом абсорбируется
вторым поляризатором. Поэтому при такой ориентации молекул свет
не может пройти сквозь экран. (Работа обычного ТFТ-дисплея на скрученных
жидких кристаллах (twisted nematic). (рис.3)
|
рис.2
рис.3
|
| Строение пиксела TFT |
Цветные фильтры для красного, зелёного и синего цветов интегрированы
в стеклянную основу и расположены близко друг к другу. Каждый пиксел
(точка) состоит из трёх ячеек указанных цветов (субпикселей). Это
означает, что при разрешении 1280 x 1024 точки экран содержит ровно
3840 x 1024 транзистора и пиксельных элемента. Шаг пиксела для 15.1"
TFT-дисплея (1024 x 768 точек) составляет примерно 0.0188" (или
0.30 мм), а для 18.1" TFT (1280 x 1024 точки) примерно 0.011" (или
0.28 мм).
Рис. 4: Пикселы TFT-дисплея. Левый верхний угол ячейки содержит
тонкоплёночный транзистор (Thin Film Transistor). Цветные фильтры
дают возможность ячейкам менять свои естественные цвета RGB.
Точки явственно различимы, при этом чем меньше расстояние между
ними, тем больше максимально возможное разрешение. Однако TFT также
имеют физическое ограничение, которое определяется максимальной
площадью экрана. При диагонали 15" (или примерно 38 см) и шаге точки
0.0117" (0.297 мм), нет смысла иметь разрешение 1280 x 1024. В Части
4 данной статьи приводятся соотношения между шагом точки и диагональю
дисплея.
|
рис.4
|
| Чем вызваны неприятные ошибки масштабирования? |
Пикселы находятся в фиксированных позициях на экране и поэтому
определяют разрешние TFT-дисплея без каких-либо геометрических искажений.
Другими словами: максимальное число точек соответствует максимальному
разрешению. Но как насчёт пониженного разрешения? Что случится,
если вам потребуется переключиться на пониженное разрешение, что
часто бывает необходимо для игр, воспроизведения видеороликов или
каких-либо ещё приложений? В этом случае важно, чтобы электроника
смасштабировала "малое" изображения до полного размера экрана. Если
система не сможет эффективно выполнить такую задачу, результат получится
искажённым и недостаточно эргономичным. С технической точки зрения,
это не так легко, как в случае с ЭЛТ. Почему? В случае с ЭЛТ электронный
пучок может быть "адаптирован" к новому разрешению путём простого
изменения отклоняющих напряжений. Кроме того, на самом деле не страшно,
если пучок случайно попадёт на точку между двумя пикселами. В случае
с TFT дело обстоит иным образом: благодаря активному управлению
каждым индивидуальным пикселом, требуется сложная управляющая система,
которая "пересчитывала" бы данные для малых разрешений. При целых
коэффициентах масштабирования (например при масштабировании с 800x600
до 1600x1200 коэффициент масштабирования равен 2) это очень просто:
высота и ширина каждой точки дублируются. И изображение получается
корректным. Всё становится сложнее при масштабировании, например,
из 800x600 в 1024x768. Масштабный коэффициент при этом получается
равным 1.28 и не является целым числом. Уже невозможно однозначно
поставить каждой точке в соответствие определённые данные. Поэтому
система должна определить, активизировать ли один пиксел, или два.
При этом математические ошибки округления приводят к неприятным
эффектам при отображении текста (см. рисунок). Современные системы
позволяют уменьшить этот эффект, прибегнув к специальным способам
(см. Advanced Scaling) для того, чтобы сгладить оптическое восприятие:
если данные не могут однозначно сопоставляться пикселу, то интенсивность
отображения пиксела уменьшается.
Рис. 5: Масштабирование буквы "m". Коэффициенты масштабирования
с дробными числами часто вызывают визуальные искажения.
|
рис.5
|
| Наиболее важные характеристики при оценке мониторов.
Понятие Размера Экрана по Диагонали |
Видимый размер экрана по диагонали ЭЛТ-монитора всегда меньше реального
размера кинескопа по диагонали. TПT-дисплеи не имеют краевой затемнённой
области. Указанный размер по диагонали поэтому оказывается равен
диагонали видимой области. Это означает, например, что 15.1" плоскопанельный
дисплей имеет такой же размер по диагонали, как 17" ЭЛТ-монитор.
|
| Наиболее важные характеристики при оценке мониторов.
Угол обзора |
Этот параметр до сих пор является предметом улучшения, поскольку
не все плоскопанельные дисплеи имеют такой угол обзора, который
удовлетворил бы вас, если вы привыкли работать с ЭЛТ-монитором.
Так как свет от системы подсветки должен проходить сквозь поляризационные
фильтры, жидкие кристаллы и так называемые слои выравнивания, он
направлен в строго определённом направлении, т.е. в основном покидает
поверхность дисплея, будучи ориентированными нормально относительно
неё. Если пользователь смотрит на дисплей сбоку под острым углом,
он может увидеть тёмный экран, либо цветовые искажения. Этот эффект
может быть полезен для банковских автоматов, но в иных случаях он
не является желаемым. Очень долго производились поиски технологий,
позволяющих увеличить угол зрения. IPS (In-Plane Switching), MVA
(Multi-domain Vertical Alignment) и TN+film (Twisted Nematic and
retardation film) - это наиболее эффективные используемые техники
увеличения угла обзора. Они позволяют увеличить угол обзора до 160°
и более, что примерно равно углу обзора ЭЛТ-монитора. Максимальный
угол обзора определяется как угол, при котором визуальная контрастность
уменьшается в 10 раз от исходного нормального значения (т.е. при
вертикальном направлении взгляда к поверхности дисплея).
|
| Наиболее важные характеристики при оценке мониторов.
Контрастность |
Контрастность определяется максимальным и минимальным значениями
яркости. Чем дальше друг от друга отстоят эти значения, тем лучше.
Этот параметр не представляет проблемы для ЭЛТ-мониторов, которые
имеют соотношения контраста до 500:1 и таким образом позволяют получать
фотографическое качество. И поэтому получить чёрное изображение
на ЭЛТ-мониторе не представляет труда. Но с TFT-дисплеями дело обстоит
иначе. Яркость флуоресцирующего подсвечивающего слоя изменять достаточно
сложно, и он просто всегда включается при включении монитора. Для
того, чтобы получить чёрное изображение, жидкие кристаллы должны
полностью блокировать прохождение света от подсветки. Однако, физически
невозможно сделать это достаточно хорошо - немного света всё равно
"просочится". Производители поэтому до сих пор работают над этой
проблемой. Приемлемые значения для человеческого глаза составляют
примерно 250:1.
|
| Наиболее важные характеристики при оценке мониторов.
Яркость |
Можно сказать, что по этому параметру TFT-дисплеи являются лидерами.
Максимальная яркость принципиально определяется флуоресцирующим
слоем (слоем подсветки). Значения яркости между 200 и 250 Кд/м2
- это не проблема. И хотя технически возможно получить ещё более
высокие уровни яркости, практически это не имеет смысла, т.к. при
этом дисплей может просто ослепить человека. Максимальная яркость
для ЭЛТ составляет 100 - 120 Кд/м2. Более высокие уровни получить
сложно, т.к. придётся приложить чрезмерные ускоряющие напряжения
к пушкам, что в свою очередь имеет такие побочные эффекты, как увеличение
эмиссии катодов и снижение времени службы люминофора.
|
| Наиболее важные характеристики при оценке мониторов.
Дефекты пикселов |
Такие дефекты имеют место из-за дефектных транзисторов, и проявляются
на экране в виде искажённых цветных точек. При наличии нерабочих
транзисторов свет либо никогда не проходит через данную точку, либо
эта точка светится постоянно. Искажения получаются очень сильными,
если подобные неисправности возникают на целых областях экрана (группах
точек). К сожалению, не существует стандарта, который определяет
максимальное число допустимых пиксельных дефектов, или групп пиксельных
ошибок на экране. Каждый производитель даёт своё собственное определение.
Обычно считается нормальным наличие от 3 до 5 дефектных точек. Покупатели,
для которых данная характеристика является критичной, должны обратить
внимание на данный параметр при покупке монитора, т.к. ошибки возникают
в процессе производства и не могут быть впоследствие устранены.
Правда, есть одно утешение: число таких ошибок в дальнейшем не увеличивается,
если только вы не будете давить на экран пальцами или хуже того
какими-либо твёрдыми предметами.
|
| Наиболее важные характеристики при оценке мониторов.
Время реакции пиксела |
|
| Наиболее важные характеристики при оценке мониторов.
Время реакции пиксела |
Многие TFT-дисплеи до сих пор имеют проблемы с отображением движущихся
(анимированных) картинок. Причиной тому является относительно малая
подвижность жидких кристаллов. Для современных систем нормальное
значение времени реакции пиксела равно 20 .. 30 мс. Для сравнения:
стандартное видео выдаёт 25 кадров в секунду, т.е. один кадр показывается
на экране около 40 мс. Так как жидкие кристаллы весьма инерционны,
быстрые смены изображений, например, вид реактивного самолёта, летящего
над земной поверхностью, или титры в фильме окажутся смазанными.
Однако, было бы несправедливо говорить, что TFT-дисплеи не подходят
для воспроизведения видео, потому что время реакции в основном является
удовлетворительным.
|
| Наиболее важные характеристики при оценке мониторов.
Качество цвета - Аналоговые входные сигналы |
В отличие от цифровых плоскопанельных дисплеев, модели, которые
оснащены стандартным VGA-разъёмом, должны переводить аналоговое
изображение сначала обратно в цифровое, и это может приводить к
потерям качества цвета. Некоторые производители настаивают на использовании
медленных аналого-цифровых преобразователей, которые могут обрабатывать
только 18-битовые значения (3 x 6 бит для красного, зелёного и синего).
Следовательно, может быть отображено всего 262,144 цвета (псевдо
RGB). Режим True Color требует по крайней мере 16.7 млн цветов.
|
| Достоинства и недостатки TFT-дисплеев |
| |
Плоскопанельные
мониторы (TFT) |
ЭЛТ-мониторы
(CRT) |
| Яркость |
(+) 170 - 250 Кд/м2
|
(~) 80 - 120 Кд/м2
|
| Контрастность |
(~) 200:1 - 400:1
|
(+) 350:1 - 700:1
|
| Угол обзора (контрастность)
|
(~) 110 - 170 градусов
|
(+) свыше 150 градусов
|
| Угол обзора (цвет)
|
(-) от 50 до 125
градусов |
(~) свыше 120 градусов
|
| Ошибки конвергенции
|
(+) нет
|
(~) от 0.0079 до 0.0118 дюймов (от 0,20 до 0,30 мм)
|
| Фокусировка |
(+) очень хорошая
|
(~) удовлетворительная/хорошая
|
| Геометрические
искажения |
(+) нет
|
(~) возможны
|
| Дефекты пикселов
|
(-) до 8 |
(+) нет |
| Входящий сигнал
|
(+) аналоговый или цифровой
|
(~) только аналоговый
|
| Масштабирование
различных разрешений |
(-) нет или выполняется
методами низкопроизводительной интерполяции |
(+) очень хорошее
|
| Цветовая гамма
(настройка для пользователя) |
(~) удовлетворительная
|
(+) фотографическая
|
| Равномерность |
(~) часто более
ярко по краям |
(~) часто более
ярко по центру |
| Чистота цвета /
качество цвета |
(~) хорошее
|
(+) высокое
|
| Мерцание |
(+) нет |
(~) невидимо при
85 Гц и выше |
| Время реакции |
(-) 20 .. 30 мс
|
(+) не заметно
|
| Энергопотребление
|
(+) 25 .. 40 Вт
|
(-) 60 .. 150 Вт
|
| Требуемое пространство
/ вес |
(+) плоская конструкция, лёгкий вес
|
(-) требует много места, тяжёлый
|
Легенда: (+) хорошо (~) приемлемо (-) плохо
|
| Идеальный TFT - На что нужно обратить внимание при
покупке |
Вы хотите купить плоский монитор? Первое, что вы должны сделать
- это проконсультироваться с продавцом и прочитать руководство для
того, чтобы убедиться, что данный монитор отвечает поставленным
требованиям. Покупка может состояться только в том случае, если
выполняются следующие требования:
|
| Что нас ждёт в будущем? Новые технологии |
В настоящее время выделяются два наиболее важных направления развития
технологий ТFТ-дисплеев. Первое - это работа над увеличением угла
обзора. Параллельно применению плёнки на обычных дисплеях, некоторые
производители исследуют другие потенциальные возможности. Какие
преимущества дадут нам новые технологии, такие как IPS (In-Plane
Switching) и MVA (Multi-domain Vertical Alignment) - этот вопрос
освещается в следующей части данной статьи. Второе направление -
это полный переход к цифровому управлению. Третья часть статьи детально
описывает цифровые интерфейсы.
|
| Заключение |
Плоскопанельные дисплеи обеспечивают прекрасную фокусировку изображения
и достаточно высокое качество цвета для стандартных офисных приложений,
например для текстовых редакторов и электронных таблиц. TFT-дисплеи
также имеют высокие эргономические показатели: занимают мало места
на рабочем столе, потребляют в три раза меньше электроэнергии
по сравнению с обычными ЭЛТ-мониторами, и, конечно, обеспечивают
более низкий уровень излучения. Правда, TFT-дисплеи не подойдут
для дизайнеров-графиков, которым требуется фотографическое качество
изображения. Время обновления пиксела, которое имеют в настоящее
время ТFТ-мониторы, определённо будет недостаточным для пользователей,
которые на своих компьютерах в основном играют, хотя воспроизведение
видео, DVD и презентаций на современных TFT-мониторах удаётся
производить достаточно неплохо. Плоскопанельные дисплеи найдут
широкое распрoстранение в быту, но только при условии снижения
цен, и, конечно, при достаточной их доступности.
|
|
