Технічні характеристики LCD-моніторів

Одним з основних недоліків LCD-моніторів є відсутність універсальності застосування їх для вирішення різнопланових завдань. Якісний ЕПТ-монітор придатний для роботи з текстом, для обробки фотографій, для ігор і т. д.

Однак серед LCD-пристроїв можна назвати моделі, що підходять тільки для ігор, але непридатні для роботи з фотографіями, або можна виявити моделі, що володіють прекрасною передачею кольору, але погано підходять для динамічних ігор.

До жаль, сьогодні відсутня універсальна технологія виробництва LCD-панелей, споживчі характеристики яких задовольняли б усіх користувачів. Тому вибір LCD-монітора справа непроста. Покупець вивчає колонки технічних характеристик, порівнює якість зображення, які стоять поряд моніторів і намагається зробити "правильний вибір". Іноді виробники свідомо завищують параметри своїх виробів, не вказуючи, що вони розуміють під тим чи іншим заявленим параметром і як вони його вимірюють. Технічним характеристикам LCD-моніторів і присвячена ця стаття.

Час відгуку

Час відгуку є найбільш "популярною" характеристикою будь-якого LCD-монітора, тому що саме на нього в першу чергу звертають увагу покупці при виборі пристрою.

Фізика процесу. Яскравість піксела в LCD-панелі змінюється за рахунок зміни кута повороту рідких кристалів під дією прикладеної до них електричного поля. Оскільки рідкі кристали - речовина в'язке, то поворот відбувається не миттєво, а за досить великий час - одиниці або десятки мілісекунд.

Час відгуку - це сумарний час переключення пікселя з чорного кольору на білий і назад (вимірюється час зміни яскравості пікселя від 10% до 90%). Момент початку загоряння пікселя і момент досягнення нею яскравості 100% неможливо достовірно визначити через наявність шумів і обмеженої точності вимірювального обладнання, тому говорять лише про входження яскравості піксела в 10% інтервал. Отримане таким чином час відгуку є мінімальним (тобто це мінімальне значення, що може продемонструвати матриця). Подібний підхід до вимірювання часу відгуку не дає покупцеві повного уявлення про те, як буде поводитися монітор при роботі з динамічною графікою.

Напруженість електричного поля і кут повороту кристалів. У багатьох іграшках, які мають переважно затемнені сцени, набагато частіше відбувається перемикання пікселя не з чорного на білий, а з чорного на темно-сірий колір. У цьому випадку кристалам необхідно повернутися на менший кут, але швидкість їх повороту пропорційна напруженості прикладеного електричного поля (саме напруженістю поля і визначається кут повороту: чим менший кут нам необхідний, тим менше повинна бути напруженість прикладається електричного поля). Отже, ми маємо дві протилежні тенденції. Як показують дослідження, зі зменшенням кута повороту падає і швидкість реакції пікселя. Т. о., в реальності час відгуку завжди буде більше, ніж при перемиканні з чорного кольору на білий.

Тип матриці. Виходячи з паспортного часу відгуку не можна з певністю сказати, наскільки швидкий монітор, тому що у різних типів матриць залежність часу відгуку від початкового і кінцевого стану піксела проявляється по-різному. Напряму порівнювати монітори, побудовані на базі "технологічно різних" матриць, покладаючись лише на заявлені виробником цифри, некоректно. Для подібного порівняння необхідний тривимірний графік (поверхня) залежності часу відгуку від кінцевого стану пікселя при всіх можливих переходах, включаючи переходи між двома проміжними рівнями (між двома градаціями сірого). Як правило, виробники панелей та моніторів такої інформації про своїх дітища не надають.

Зазначена особливість LCD-панелей найбільш істотно буде позначатися в динамічних іграх з недостатньо контрастним зображенням ( "темних" іграх). Змазування зображення може виявитися досить помітним, при малому заявленому часу відгуку.

Яскравість і контрастність.

Швидкість переключення пікселя з чорного на білий колір не є абсолютним показником часу відгуку, оскільки вона залежить від встановленої на моніторі контрастності і яскравості - зниження контрастності завжди веде до збільшення часу відгуку монітора.

Наприклад, регулювання "Brightness" у більшості моніторів реалізована зміною яскравості ламп підсвічування, не пов'язана з матрицею і ніяк не впливає на час відгуку. Однак існують монітори, у яких яскравість регулюється трансформацією матриці, наприклад, в моделях від Sony є окрема регулювання "Backlight", що змінює яскравість ламп підсвічування, і регулювання "Brightness", що управляє матрицею. У разі використання "Brightness" очевидно, що час відгуку залежить від положення регулятора - при низьких значеннях, встановлених користувачем, воно може істотно зростати.

несиметричність часу відгуку пікселя - це різниця між часом запалення і часом гасіння піксела. Наприклад, якщо ми вивчимо два монітори з часом відгуку 20 мс, у першому з них співвідношення часу запалювання і гасіння буде 15/5 мс (TN-панель), а у другій - 10/10 мс (MVA-і PVA-панелі), то рухомі об'єкти на них будуть виглядати по-різному. Тонкі чорні лінії при русі на білому фоні у першу монітора будуть виглядати значно тонше, ніж вони повинні Можливо, в той час як у другого вони будуть зберігати свою товщину, стаючи лише декілька світліше, що сприймається оком значно краще.

Висновок: покупець може лише суб'єктивно оцінити час відгуку монітора на якісному рівні - "мене влаштовує" або "мене не влаштовує ", спостерігаючи за відображенням динамічної гри на екрані LCD-панелі.

Кути огляду

Якщо якість зображення на ЕПТ-моніторі не страждає при погляді майже паралельно площині екрану, то на багатьох LCD-панелях навіть невелике відхилення від перпендикуляра призводить до помітного падіння контрастності і спотворення передачі кольору.

Кут огляду - це кут щодо перпендикуляра до центру панелі, при спостереженні під яким контрастність зображення в центрі панелі падає до 10:1.

Недоліки такого підходу до оцінки кутів огляду:

-- Спотворення зображення стають помітні при падінні контрастності вже до 100:1, тобто використовується показник м'який, тому що помітити відміну картинки від ідеальною можна і при менших кутах огляду. Окремі виробники вказують кути огляду для граничної контрастності НЕ 10:1, а вдвічі менше - 5:1, в внаслідок чого "легким рухом руки" TN + Film-панель з кутами огляду 150/140 градусів перетворюється на панель з кутами вже 160/160 градусів.

-- Вимірювання контрастності проводяться в центрі екрану, в той час як користувач, що знаходиться перед монітором, бачить краю екрану під іншим кутом, ніж центр.

-- Виробник панелі вказує контрастність, що спостерігається при погляді строго перпендикулярно екрану, і під яким кутом ця контрастність впаде до 10:1, але ми нічого не знаємо про те, як вона змінюється між цими двома точками.

-- При вимірюванні кутів огляду враховується тільки падіння контрастності, але не спотворення кольору.

-- Вказується сумарний кут огляду в обидві сторони від нормалі (тобто з вертикальним кутом огляду підсумовуються граничні кути при погляді на панель зверху і при погляді знизу). Наприклад, для моделей на TN + Film-матрицях кут огляду зверху істотно більше, однак при погляді зверху нижня частина зображення спочатку вицвітає, а потім, у міру збільшення кута, інвертується (білий колір набуває характерного синюватий відтінок і стає темніше світлих відтінків сірого). В результаті, в паспортних характеристиках зазначений великий кут огляду по вертикалі, в реальності найменше відхилення екрану монітора тому призводить до помітного потемніння його верхній частині.

-- Кути огляду по вертикалі і горизонталі (тобто саме ті кути, які вказуються в характеристиках) максимальні, в той час як "діагональні" кути огляду істотно менше.

Висновки. Технічна характеристика монітора "кути огляду" мало говорить про те, як буде виглядати зображення на екрані. З кутами пов'язано таке кількість обмежень і припущень для різних типів матриць, що єдиний придатний для покупця спосіб оцінки якості монітора - це подивитися на різні зразки на власні очі, не покладаючись на скупі паспортні дані, і прийняти рішення.

Яскравість і контрастність

Яскравість - Це яскравість білого кольору (тобто на матрицю подається максимальний сигнал) в центрі екрана.

Контрастність - Це відношення рівня білого кольору до рівня чорного в центрі екрану.

Говорити про "яскравості" і "контрастності" монітора некоректно, тому що В якості цих параметрів виробники моніторів в більшості випадків заявляють паспортні параметри панелі, надані їм виробниками цих панелей. Якщо на час відгуку і кути огляду електроніка всього пристрою не робить істотного впливу, то у випадку з яскравістю і контрастністю ситуація змінюється.

Фізика процесу.

Проблема з контрастністю LCD-панелей випливає з принципу їх дії. На відміну від абсолютної більшості електронних пристроїв відображення інформації, за відношенню до світла матриця є не активним, а пасивним елементом. Вона не здатна випромінювати світло, а лише здатна модулювати світловий потік, що проходить через неї. Тому позаду LCD-матриці завжди розміщується модуль підсвічування, а матриця лише управляє прозорістю, послабляючи світло від модуля підсвічування в задану кількість разів. Регулювання прозорості здійснюється за рахунок повороту площини поляризації за допомогою рідких кристалів, розташованих між двома сонаправленнимі поляризаторами. Сонаправленность поляризаторів означає, що якщо світло між ними не змінив свою площину поляризації, то він подолає другий поляризатор без втрат. Якщо ж площину поляризації була повернута рідкими кристалами, то другий поляризатор затримає світловий потік, і відповідна комірка буде виглядати чорною. Через неідеальної поляризаторів і розташування кристалів затримати весь світ неможливо, тому якийсь відсоток світлового потоку завжди буде проходити через матрицю, злегка "підсвічуючи" чорний колір монітора.

Вимірювання контрастності виконуються виробниками панелей, а не моніторів. На спеціальному стенді панель підключається до джерела тестового сигналу, а лампи підсвічування живляться струмом певної величини, і виходять еталонні значення. У реальному моніторі додається вплив його електроніки, що:

-- тактуючого генератором сигналів, відмінним від лабораторного;

-- управляється користувачем, що регулює яскравість, контрастність, колірну температуру та інші параметри.

Навіть заявляється багатьма виробниками панелей контрастність 500 ... 1000:1 далека від ідеалу. За такої контрастності монітор не може забезпечити глибокого чорного кольору. Якщо подивитися на екран під час неяскравому зовнішньому освітленні, то він може виглядати темно-сірим, але не чорним.

Користувач здатний самостійно регулювати яскравість і контрастність, що впливає на параметри зображення.

Некоректно говорити, що користувач змінює яскравість і контрастність ручками "Brightness" і "Contrast", тому що незрозуміло - яскравість чого він регулює і за рахунок чого змінюється контрастність. Регулюванням "Contrast" користувач змінює яскравість білого кольору (і всіх відтінків сірого, але от чорний колір залишається незмінним), а регулюванням "Brightness" - яскравість як чорного, так і білого одночасно.

В більшості моніторів регулюванням "Brightness" змінюється яскравість ламп підсвічування. Зустрічається регулювання яскравості за допомогою матриці - при збільшення яскравості користувачем монітор додає до подається на матрицю сигналу постійну складову. При такому способі регулювання страждає контрастність, тому що лампи підсвічування завжди працюють на потужності, необхідної для забезпечення максимально можливою для монітора яскравості. Тому на невеликий яскравості, навіть якщо додається до сигналу постійна складова буде дорівнювати нулю, такий монітор покаже свідомо більш високий рівень чорного. Регулювання яскравості за допомогою матриці негативно впливає і на час відгуку.

У матриць з невисокою контрастністю часто страждає рівномірність підсвічування. Це проявляється у вигляді світлих або темних смуг або плям (світлі плями можуть відповідати розташуванню ламп підсвічування), іноді у вигляді світлих смуг у краю матриці.

Висновок:

-- доцільно порівнювати два монітора на матрицях однакового типу по паспортному значенню контрастності;

-- порівнювати монітори на різних типах матриць і робити якісь висновки про контрастності за одними заявленим виробником монітора цифр навряд чи варто;

-- знову доводиться вибирати на якісному рівні - "краще-гірше".

Передача кольору

Виробники зазвичай вказують лише одну цифру - кількість квітів, що традиційно дорівнює 16,2 млн. або 16,7 млн. Однак багато хто з випускаються сьогодні матриць (а з "швидких" матриць - всі поголовно) не вміють відображати більше 262 тисяч квітів (що дорівнює 18 бітам, або по 6 біт на кожен з трьох базових кольорів).

Фізика процесу. Виробники панелей використовують Frame Rate Control (FRC) - метод емуляції відсутніх кольорів, при якому колір пікселя змінюється з кожним кадром в невеликих межах. Припустимо, нам необхідно вивести колір RGB: (154; 154; 154), який наша матриця фізично не підтримує, проте вона підтримує два сусідні кольори - RGB: (152; 152; 152) і RGB: (156; 156; 156). Якщо по черзі (з частотою кадрової розгортки) виводити ці два кольори, то в результаті близькості квітів і інерційності людського ока і матриці ми будемо бачити усереднений колір, тобто шуканий RGB: (154; 154; 154). Однак емуляція НЕ дотягує до повноцінної "true color"-передачі кольору, тому в описах моніторів з такими матрицями зазвичай вказують, що він відтворює 16,2 млн. квітів.

Застосовуються більш складні механізми FRC, що працюють у поєднанні зі звичним для користувачів дізерінга (коли потрібний колір формується декількома розташованими поруч пікселами з незначно відрізняються кольорами), тобто міняють на кожному кадрі колір не одного пікселя, а групи з чотирьох пікселів. Це дозволяє більш точно передавати недоступні матриці відтінки кольору, проте суть від цього не змінюється - "кольоровими" такі матриці можна називати лише умовно. Якість передачі кольору подібних матриць визначається якістю реалізації FRC.

Кольорова температура. Колірна температура визначає тональність зображення на екрані монітора. Чим нижче температура, тим тепліше кольору (таке сприйняття кольорової температури людиною. Як більш холодний він сприймає спектр випромінювання тіла, яке насправді більш гаряче). Необхідність в кольоровій температурі виникає тому, що немає універсального білого кольору, який очей завжди сприймав би як білий. Залежно від умов очей підлаштовується під певний колірний діапазон. Відтінок білого кольору на екрані монітора буде злегка змінюватися залежно від зовнішнього освітлення, під яке підлаштовується і очей. Рекомендується встановлювати на екрані монітора таку колірну температуру, при якій білий колір на екрані не має яких-то додаткових відтінків.

Специфічні для LCD-моніторів особливості установки колірної температури:

-- колірна температура може істотно відрізнятися для різних відтінків сірого.

-- якщо Кінескопні монітори дозволяють плавно (з кроком 50 ... 100 К) регулювати колірну температуру від 5000 К до 9300 К, то LCD-монітори мають три-чотири значення температури, з яких користувач вибирає найбільш відповідне. При зниженні температури екран LCD-моніторів набуває рожевий або навіть зеленуватий відтінок, при збільшенні сірий колір настільки вдаряється в синяву, що калібратор зашкалює при спробі виміряти його колірну температуру.

Колірний охоплення. Сьогодні всі монітори відповідають стандарту sRGB. Діапазон квітів sRGB дуже малий в порівнянні з видимим оком діапазоном, а тому багато кольору на етапі отримання зображення опиняються за його межами (sRGB-монітор в принципі не здатний відтворити жоден дійсно чистий колір). Відмінності між моделями (аж до відмінностей між ЕЛТ і LCD-моніторами) не такі великі, щоб помітно впливати на передачу кольору, тому її якість огранічівается іншими чинниками.

Очікується поява LCD-моніторів з відмінним кольоровим охопленням за рахунок застосування білої світлодіодним підсвічування замість звичних ртутних ламп денного світла з холодним катодом. Лампи мають нерівний спектр випромінювання, в той час як у світлодіодів він рівномірний і добре вписується в смуги пропускання світлофільтрів матриці, що і дозволяє істотно поліпшити зображення.

Висновок: забезпечення якісної передачі кольору - складна і комплексне завдання. Одна напис "16,7 millions of colors" не говорить практично ні про що.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.nodevice.ru/