Новые технологии мониторов (стр. 1 из 10)

Какие новые технологии мониторов заменят существующие и в каких областях. Объективно (по конкретным показателям) сравнить с популярными на сегодняшний день технологиями

1. ЖК-мониторы

Процесс изготовления

Процесс изготовления ЖК-панелей очень схож с производством полупроводников.

На стекло наносится слой хромовых проводников для создания проводящей структуры транзисторов и запоминающих конденсаторов. Затем добавляется тонкий слой оксида кремния, который будет работать в качестве диэлектрика для затворов транзисторов и конденсаторов. После этого для создания канала транзистора наносится слой аморфного кремния. Затем две зоны транзистора легируются N+ для создания стока и истока. Наконец, наносится слой металлических проводников, чтобы связать транзистор (слева) с запоминающим конденсатором (справа). Этот слой также обеспечивает подключение к металлической шине данных. Хромовая решётка, соединяющая все транзисторы в строчке, работает в качестве горизонтальной адресной линии. Наконец, весь комплекс покрывается оксидной плёнкой для защиты компонентов.

Так как транзистор на аморфном кремнии имеет не такие хорошие характеристики, как транзистор на легированной подложке, к решётке прикладывается отрицательное напряжение (-5 В), которое гарантирует, что транзистор открыт (выключен). Как только транзисторный слой будет нанесён, можно добавлять жидкие кристаллы.

Чтобы две стеклянные пластины не соприкасались друг с другом, добавляется специальный разделитель (spacer). Затем наносятся жидкие кристаллы и электроды из оксида индия и олова. После этого добавляются цветовые фильтры (в нашем случае зелёный), передняя стеклянная панель и ещё один поляризатор, ось которого перпендикулярна оси первого поляризатора.

Над транзистором наносится чёрный фильтр. Причина проста: в этой области напряжение не контролируется, в отличие от пространства под электродом. Оно зависит от напряжения в линии данных, которое может меняться даже тогда, когда наш пиксель вовсе не адресуется. Поэтому лучше "замазать" эту область, чтобы она не влияла на результат.

Преимущества и недостатки ЖК

Технология ЖК даёт явные преимущества в мире вычислительной техники. Она вышла в свет благодаря компьютерам и лишь потом была адаптирована в других сферах. Благодаря процессу литографии, взятому из полупроводниковой промышленности, пиксели могут быть очень маленькими. ЖК-мониторы сегодня стали серьёзной альтернативой громоздким ЭЛТ-дисплеям и скоро вытеснят их с рынка. Кроме того, в портативных и мобильных областях без ЖК просто нельзя обойтись. Впрочем, здесь набирают силы OLED-дисплеи (органические светодиоды, Organic Light-Emitting Diode), но пока они продвигаются вперёд крохотными шажками.

В целом, решения на основе ЖК стоят дешевле плазменных моделей, но здесь во внимание следует принимать и фактор маркетинга. Если на рынке наблюдается недостаток панелей, то даже недорогие технологии могут дать продукт с астрономической ценой. Мы наблюдали подобное явление около полутора лет тому назад.

Что касается качества картинки, то ЖК-мониторы обеспечивают большую яркость по сравнению с ЭЛТ-дисплеями. Кроме того, пиксели ЖК-мониторов не мерцают, и даже на близком расстоянии вы сможете наслаждаться картинкой.

ЖК-телевизоры отличаются великолепной стабильностью картинки - вы можете сидеть вплотную к телевизору, и ваши глаза не устанут. Кроме того, яркость просто великолепна, а картинка - очень резка. Добавьте к этому разумные цены (если на рынке достаточно панелей) и уменьшенные габариты - и вы поймёте всю прелесть ЖК.

Недостатки

К сожалению, углы обзора ЖК-телевизоров не могут достичь уровня плазменных панелей, не говоря уже о ЭЛТ. Дело в том, что излучаемый подсветкой свет проходит через два поляризатора, и лишь затем покидает поверхность монитора. Однако в этой области производители немало продвинулись вперёд, и современные ЖК-панели обладают углами обзора, вполне достаточными для комнаты.

Искажение изображения на ЖК-мониторе при большом угле обзора

Макрофотография типичной жк-матрицы. В центре можно увидеть два битых субпикселя (зелёный и синий).

Контрастность ЖК остаётся ниже уровня ЭЛТ и плазменных панелей, но сегодня это уже не проблема. Существенным же недостатком можно считать недостаточно глубокий чёрный цвет. Как мы уже видели выше, пиксели ЖК-панели работают как световые переключатели - и они не идеальны, то есть часть света просачивается даже в закрытом состоянии. Даже когда переключатель полностью закрыт, и соответствующий суб-пиксель должен быть чёрным, некоторое количество света всё равно проходит. И в этой области у плазменных панелей и ЭЛТ есть большое преимущество - здесь чёрный цвет является по-настоящему чёрным.

Отметим и проблему времени отклика. Сама по себе, технология поворота кристаллов очень медлительна, в результате чего ЖК-панели хуже подходят для фильмов, чем плазменные телевизоры. Впрочем, в этой области прогресс не стоит на месте, и сегодня появились ЖК-мониторы, которые весьма отзывчивы, хотя до уровня ЭЛТ ещё далеко. В то же время, приемлемое время отклика уже достигнуто, поэтому вы сможете смотреть фильмы и телевизионные передачи без всяких помех. Так что проблема времени отклика, остро стоявшая ещё несколько лет назад, сегодня уже практически решена.

Наконец, так как "родное" разрешение ЖК-мониторов высоко, для просмотра телевизионных программ и фильмов требуется интерполяция пикселей, По крайней мере, пока в наши дома не придёт HDTV. ЖК-телевизоры осуществляют интерполяцию более-менее сносно, но чем больше диагональ дисплея, тем труднее это делать. Все производители сегодня работают над этой проблемой, и у 26" экранов уже достигнут приемлемый результат. Но до сих пор мы ещё не видели интерполированной картинки, которая бы нас удовлетворила. Впрочем, с распространением видео высокого разрешения (High Definition) эта проблема уже не будет существовать, поскольку картинка будет иметь то же разрешение, что и экран.

Компенсация времени отклика

Суть технологии компенсации времени отклика (RTC, Response Time Compensation) состоит в том, что при необходимости изменить состояние пикселя ЖК-панели на него на короткое время подается "разгонный" импульс напряжения, заставляющий кристаллы поворачиваться с максимально возможной скоростью. В момент, когда кристаллы достигают нужного положения, импульс прекращается, и на ячейку подается напряжение, необходимое для удержания этого положения.

Основная проблема с временем отклика – в квадратичной зависимости действующей на кристаллы силы от приложенного к ЖК-ячейке напряжения (или, точнее, от созданного этим напряжением электрического поля). Метод решения этой проблемы давно известен в технике под названием форсированный запуск.

Выше на графике сплошной линией обозначена временная диаграмма работы обычной ЖК-ячейки: красный цвет – приложенное к ней напряжение, синий – яркость этой ячейки (пусть для простоты нулевое напряжение означает нулевую яркость). В некоторый момент времени монитору требуется изменить яркость данной ячейки с нулевой на некоторое промежуточное (но не максимальное значение) – электроника монитора рассчитывает и подаёт на ячейку напряжение V0, соответствующее необходимому углу поворота жидких кристаллов; далее это напряжение удерживается постоянным до тех пор, пока не возникнет необходимость снова изменить яркость ячейки.

Однако можно поступить и иначе – этот вариант указан пунктирными линиями. При необходимости изменить яркость ячейки электроника монитора подаёт на неё такое напряжение, при котором кристаллы развернутся на заданный угол аккурат к началу следующего кадра. В новом же кадре напряжение будет снижено до уровня V0 – таким оно должно быть, чтобы удерживать заданный угол поворота кристаллов. В результате мы получаем монитор, для которого любой переход между любыми промежуточными полутонами может быть завершён ровно за один кадр – причём, прошу заметить, собственная частота кадров ЖК-матрицы совершенно не обязана зависеть от частоты кадров, установленной на видеокарте компьютера, а потому длительность этого кадра может быть и меньше стандартных для ЖК-мониторов 16,7 мс (частота кадровой развёртки 60 Гц).

Совершенно аналогично эта схема работает и при необходимости переключиться из яркого тона в более тёмный – за тем лишь исключением, что "разгонный импульс" теперь будет отрицательным. На рисунке выше он также показан пунктиром.

Схема RTC работает на самом низком уровне из возможных – с сигналом, поступающим уже непосредственно на матрицу. Дело в том, что величина разгонного импульса зависит только от того, в каком положении пребывают кристаллы в данный момент, и в какое положение их требуется развернуть.

Схема RTC является неотъемлемой принадлежностью монитора и в своей работе никак не связана ни с видеокартой, ни с драйверами, ни с операционной системой, ни с какими-либо ещё элементами внешнего окружения.

Очевидно, что из-за нелинейной и немонотонной зависимости времени переключения пикселя от градаций серого, между которыми он переключается, параметры разгонного импульса должны рассчитываться электроникой монитора каждый раз индивидуально, в зависимости от того, в каком состоянии пиксель находится в данный момент, и в какое состояние его надо переключить. Для этой цели в схеме RTC обязательно есть кадровый буфер, в котором хранится предыдущий кадр – при приходе же нового кадра он сравнивается с содержимым буфера, и для тех пикселей, значение которых изменилось, рассчитывается величина разгонного импульса.