За что отвечает матрица
Как работает ЖК-экран монитора и телевизора
Содержание
Содержание
Каждый день вы видите самые разнообразные экраны. В их числе рекламные дисплеи на улице, состоящие из светодиодов, а также читалки, в пикселях которых черный пигмент перемещается во взвеси белого пигмента. Или экран кинотеатра, который вовсе не простой кусок ткани, а холст со специальной фактурой и покрытием. Но сейчас речь пойдет не о них, а о жидкокристаллических экранах и о том, каким образом электричество превращается в конечное изображение.
Источник света
Изначально источником света для ЖК-экранов были газоразрядные лампы с холодным электродом (CCFL).
Под действием газового разряда ртуть излучает ультрафиолетовое свечение, которое, в свою очередь, возбуждает люминофор на стенках колбы и превращается в видимый свет. В отличие от обычных ламп дневного света, у таких ламп электрод без подогрева (что становится ясно из названия). Для нормальной работы им нужно высокое напряжение — до 900 вольт.
Сейчас вместо газоразрядных ламп используют светодиоды. От их типа сильно зависит конечная цена монитора. Так, в бюджетном сегменте используются обычные белые светодиоды W-Led. Основой для белых светодиодов служат синие светодиоды.
Они покрыты слоем люминофора, который преобразует часть синего спектра в другие цвета. В результате из синих светодиодов получаются белые светодиоды.
Обычный люминофор для белых светодиодов состоит из множества редкоземельных металлов: иттрий, гадолиний, церий, тербий, лантан.
В профессиональных устройствах подсветку из белых светодиодов дополняют зелеными светодиодами (GB-LED). Это дешевле люминофора, дающего нужный спектр. Использование же RGB-светодиодов даже в профессиональных устройствах — редкость, хотя это позволяет регулировать цветовую температуру и яркость без нарушения калибровки гамма-кривых монитора.
В последнее время производители обратили внимание не только на обычные люминофоры, изготавливаемые из редкоземельных металлов, но и на квантовые точки.
Квантовые точки не требуют использования редких компонентов и просты в производстве: достаточно в правильных условиях смешать два дешевых реактива. Из-за того, что идеально выдержать условия невозможно, квантовые точки имеют небольшие различия в размере, поэтому ширина спектра излучения составляет порядка 20 нм.
Такой ширины спектра недостаточно для того, чтобы перекрыть REC.2020 на 100%, но это значение находится очень близко.
Подсветка
Подсветка может быть как боковой (Edge), так и прямой (Direct). Изначально боковая подсветка появилась для ртутных ламп. Потом на нее перешли и светодиоды.
Прямая подсветка ограничена довольно маленькими зонами, за которые отвечают отдельные светодиоды. Она более требовательна к качеству светодиодов, но позволяет хоть как-то реализовать технологию HDR не в OLED-устройствах.
Некоторых производителей при реализации HDR не останавливает наличие боковой подсветки, что приводит к большой площади изменения локальной яркости подсветки.
Полноценный HDR возможен только на OLED — это типичное заблуждение. В студиях кинопроизводства используют все те же самые дисплеи TFT LСD, но с одним маленьким отличием. В таких мониторах дополнительная матрица TFT обеспечивает попиксельное затенение подсветки, за счет чего получается монитор, превосходящий OLED почти по всем показателям, включая нескромную цену.
Рассеиватель
Как можно понять из названия, задача этой части ЖК-экрана — получить равномерное освещение, выдаваемое источником света. Первый слой — отражающий, обычно представляет из себя комбинацию белого пластика и фольги. Следующим идет световод.
Тут используется эффект полного отражения света в диэлектрике, а чтобы свет хоть как-то мог выйти, на поверхность световода наносят мельчайшие линзы.
Аналогичный способ используют и в акриловых вывесках и указателях.
Третий и шестой слои — рассеивающая пленка. Она обладает настолько мелкой и хаотичной структурой поверхности, что снимок был сделан на грани возможностей обычного объектива.
Четвертый и пятый слои отражают большую часть света и обладают либо призматическим, либо полуцилиндрическим рельефом.
Здесь снова используется принцип полного отражения в диэлектрическом материале, но уже как в катафотах.
Свет поочерёдно отражается от двух поверхностей, образованных микроклиньями на плёнке, и возвращается обратно.
Использование двух световозвращающих пленок обусловлено тем, что на производстве, чтобы получить более качественный рельеф, проще вытягивать пленку, чем пытаться штамповать заготовку и получить что-то непригодное.
Прямая подсветка устроена по тому же принципу, только вместо световода установлены рассеивающие линзы на светодиодах.
TFT-панель
Можно подумать, что эффект «капель воды» дает антибликовое покрытие, но нет. Это вид со стороны подсветки. Мельчайшие неровности находятся на поверхности первого слоя TFT-панели — поляризующей пленки, которая приклеена к стеклянной подложке.
Основную работу по поляризации в дешевой поляризующей пленке выполняют атомы йода, вшитые внутрь полимера. А за счет 15-кратного вытягивания пленки молекулы полимера ориентируются в пространстве, и пленка получает свойства линейного поляризатора.
В отличие от демонстрационных моделей со шнурком в решетке, в реальности небольшая проводимость йода вдоль цепочки вызывает поглощение в видимом спектре вдоль ориентации.
После первого слоя преполяризатора идет непосредственно матрица TFT (тонкоплёночных транзисторов). Принцип работы всех панелей заключается в изменении поляризации света на тонкопленочных транзисторах. В зависимости от конфигурации электродов получаются разновидности TN(+film), IPS, VA. Современные панели настолько оптимизированы, что в конечном результате могут иметь как достоинства, так и недостатки панелей других типов.
Расположение слоя жидких кристаллов можно увидеть на приведенной выше схеме. Под действием электрического поля жидкие кристаллы меняют ориентацию и тем самым вращают плоскость поляризации проходящего через них света.
За ним следуют светофильтры. Они обеспечивают разбиение белого цвета на цвета субпикселей. В зависимости от полосы пропускания фильтра, меняется конечная цветопередача всего монитора. Поэтому не факт, что, заменив подсветку W-LED на RGB, вы получите монитор, который станет пригоден для решения полиграфических задач.
Анализатор — это та же самая поляризационная пленка, но ориентированная перпендикулярно поляризатору. Она превращает изображение в видимое. Удалив эту пленку с экрана, можно скрыть изображение от посторонних глаз.
Антибликовое покрытие — последний слой. Вариантов его реализации множество, но основных — не так уж много. В первую очередь, это использование пластика с низким коэффициентом преломления света, что, в свою очередь, уменьшает коэффициент отражения от экрана.
Гладкое покрытие дает более контрастную картинку при условии, что за спиной нет сильных источников света. Матовое покрытие рассеивает свет равномерно и независимо от угла падения, что снижает контраст изображения, но при этом не создает отвлекающих бликов на экране.
Компромиссом является полуматовое/глянцевое покрытие, степень рассеивания отраженного света которого зависит от угла падения.
В самых дорогих моделях встречаются и другие типы антибликовых покрытий: с поляризацией, интерференцией и переменным эффективным коэффициентом преломления.
Ну, и какой экран без управляющей электроники. От электроники зависит интерфейс подключения монитора, частота обновления, глубина цветопередачи и маленькие фичи – разгон матрицы, хранение калибровки в самом мониторе, управление подсветкой, наличие технологий синхронизации и не только.
Несмотря на кажущуюся простоту, жидкокристаллические экраны — это очень сложные устройства, объединяющие в себе множество достижений в области химии, физики и электроники.
Матрица в компьютерном мониторе и что это такое?
Привет, друзья! Правительство и масонские ложи скрывают от граждан правду, и лишь немногие посвященные знают, как оно на самом деле. Что ж, настала пора узнать всю правду. Сегодня я расскажу вам о Матрице.
А если отбросить шутки, то вы узнаете, что такое матрица в мониторе, для чего нужна эта составляющая и какие виды бывают. Простите, не удержался от шутки – сама тема статьи обязывает это сделать. Также советую почитать публикацию о типах матриц для мониторов, которую вы найдете здесь.
Из истории вопроса
Дисплей на жидких кристаллах был изобретен в 1963 году в исследовательском центре Radio Corporation of America. Это та самая компания, которая за десять лет до этого изобрела стандарт цветного телевизионного вещания NTSC, широко используемый в США и ряде других стран еще до недавнего времени.
Первые жидкокристаллические экраны были крохотными, монохромными и отличались низкой контрастностью. Это не помешало использовать их в электронных часах и калькуляторах. Первый в мире ноутбук с таким дисплеем выпущен компанией Apple в 1984 году.
Как устроена матрица
Принцип работы прост: кристалл, который помещен в специальную ячейку, пребывает в жидкой среде. Ячейка меняет цвет при подаче электрического импульса. В современных цветных мониторах применяют аддитивную цветовую модель RGB.
Кристаллы, которые находятся внутри, в зависимости от подаваемого напряжения могут окрашиваться в синий, красный или зеленый цвет. Огромное разнообразие цветов (а современные мониторы отображают несколько миллионов) получаются от смешивания базовых трех в разных пропорциях.
По сути, матрица – это и есть экран, который видит пользователь компьютера.
Если постучать пальцем по монитору, можно понять, где находится этот компонент.
Это плоский пакет из стеклянных или полимерных пластин, между которыми размещается определенное количество ячеек с жидкими кристаллами. Также необходимы два поляризационных фильтра.
Поверхность электродов, через которые передается ток, предварительно обработана так, чтобы кристаллы выстраивались в направлении электрического поля. Строение каждого кристалла, в зависимости от угла поворота, позволяет ему отображать разные цвета.
Каждый кристалл является отдельным пикселем, то есть точкой изображения. Чем больше таких кристаллов размещается на матрице, тем больше будет разрешение монитора.
При постоянном приложении фиксированного напряжения, кристаллическая структура деградирует из-за миграции ионов.
Именно поэтому «выгорают» мониторы, которыми пользуются длительное время: например, на офисном дисплее часто можно увидеть «отпечаток» Вордовского документа.
Если же вы – заядлый геймер, не стоит переживать: матрица на вашем мониторе выгорит равномерно, поэтому никаких «слепков» вы не заметите, просто цвета потеряют прежнюю яркость и насыщенность.
Подсветка и прочие элементы
Однако нормальная работа ЖК монитора невозможна, если матрица не подсвечена изнутри: пользователь видит именно проходящий сквозь нее, свет, а сами кристаллы не светятся. Обычно подсветка установлена непосредственно за матрицей.
Часто при выходе монитора из строя, когда он перестает показывать картинку, владелец грешит на матрицу, что в корне неверно. Единственный способ ее повредить – ударить или как вариант перебить провод, питающий электроды.
Причина поломки банальна – выходит из строя подсветка. Такой ремонт стоит гораздо дешевле, чем замена разбитой матрицы. Именно так: поврежденная матрица ремонту не подлежит.
Меняется она целиком, поэтому всегда выпускается отдельным модулем. Кстати, разборка этой детали обычно заканчивается ее поломкой.
В первых моделях плоских мониторов использовалась LCD-подсветка – газоразрядная лампа накаливания с холодным катодом. Такие мониторы отличаются высоким энергопотреблением. Источником света в них является плазма, которая синтезируется при пропускании электрического тока в газовой среде.
Однако не следует путать такие устройства с плазменными панелями, где каждый пиксель светится самостоятельно и конструктивно является миниатюрной газоразрядной лампой.
К недостаткам LCD также можно отнести ненадежность ламп, используемых для подсветки.
В некоторой мере этих недостатков лишены мониторы с LED-подсветкой – набором светодиодов. Они потребляют меньше энергии и служат дольше.
Хотя в момент появления, такие мониторы стоили существенно дороже от LCD, сегодня они практически сравнялись по цене и постепенно вытесняют предшественников с рынка.
В завершение
Также хочу отметить, что в современных планшетах и смартфонах используются фактически такие же матрицы. Как и в жидкокристаллических мониторах. Разница только в том, что сенсорные экраны оснащаются дополнительно еще и тачскрином, который реагирует на нажатие пальца.
Однако это два отдельных модуля, а матрицы с распознаванием нажатий пока не существует.
Описанная выше конструкция, позволяет создать экран любого размера: от компактного телефона, который помещается в ладони, до огромного ЖК телевизора в половину стены. Возможно, со временем инженеры изобретут более совершенную технологию.
Но пока жидкокристаллические матрицы доминируют на рынке, давно «убив» электронно-лучевые трубки и значительно потеснив плазменные панели.
Спасибо за внимание, друзья, и не забывайте поделиться этой публикацией в социальных сетях. До завтра!
Что такое матрица ТВ и какие они бывают?
Содержание
Содержание
Практически в каждом обзоре телевизоров говорят про такой параметр, как тип матрицы. О ней же часто задают вопросы и в комментариях к товарам. Что это такое и как выбрать правильную матрицу для телевизора мы и попробуем разобраться.
Сегодня на рынке основную массу телевизоров низкого и среднего ценового сегмента составляют различные LED‑телевизоры с ЖК (LCD) экраном, которые используют матрицы IPS или VA. В верхней части среднего ценового сегмента, а также в премиальном сегменте появляются телевизоры на базе органических светодиодов (OLED), а также экраны с технологией квантовых точек (например, ULED-телевизоры компании Hisense) и особняком стоят так называемые лазерные телевизоры (Laser TV).
Что такое матрицы ТВ, зачем они нужны и какие бывают
Современный экран телевизора (за исключением лазерного ТВ) представляет собой многослойный сэндвич.
На рисунке ниже приведена упрощённая схема строения экрана ЖК-телевизора. Цель которого сформировать на изображение, состоящее из отдельных точек – пикселей. При этом каждая точка формируется из трёх субпикселей красного, синего и зелёного цветов (в некоторых случаях из четырёх, но об этом чуть позже). Количество пикселей на экране определяет его разрешение, например Full HD (1920 на 1080) или 4K (3 840 на 2 160). Каждый пиксель формируется отдельными жидкими кристаллами и связанными с ними электродами, которые и формируют матрицу экрана.
Для формирования изображения свет последовательно проходит через поляризационную плёнку, слой жидких кристаллов с управляющими электродами, светофильтр и вторую поляризационную плёнку. Данная схема актуальна практически для всех современных типов ЖК-матриц: TN, IPS и VA, а также различных их модификаций (например TN+Film или MVA). Эти матрицы принципиально отличаются друг от друга строением слоя с жидкими кристаллами, которые определяют особенности каждого из них.
Структура ЖК-экрана представляет собой сэндвич
В качестве подсветки обычно используется светодиодная (LED) подсветка белого цвета. В случае если кристалл, через который проходит свет находится в закрытом состоянии, то свет не проходит через него, если же он открыт, то в зависимости от светофильтра он окрашивается в красный, синий или зелёный цвет. Смешиваясь данные цвета формируют 1 пиксель нужного цвета.
Телевизоры на квантовых точках (QLED или ULED) отличаются от обычных ЖК наличием дополнительного «слоя», содержащего квантовые точки красного и зелёного цвета, а также подсветкой из синих светодиодов. Таким образом обеспечивается спектрально чистый белый свет и в результате расширяется спектр отображаемых цветов.
Телевизоры на квантовых точках имеют специальный слой с квантовыми точками
OLED-телевизоры имеют принципиально другую конструкцию, они лишены подсветки, а изображение формируется самими элементами матрицы – органическими светодиодами. Пиксель здесь образуется тремя светодиодами, также красного, синего и зелёного цвета. Но часто в продаже можно встретить и модификацию с дополнительным белым светодиодом, который позволяет повысить яркость экрана, но при этом уменьшает реальное количество пикселей.
Ну и наконец лазерные телевизоры (Laser TV), которые принципиально отличаются от всех рассмотренных выше, тем, что фактически представляют собой специальный проектор и экран. Пожалуй, это единственный вид телевизоров, в отношении которого понятие матрицы не применимо. Здесь нужно говорить об источнике света, технологиях проектора и параметрах экрана.
Лазерный телевизор это ультракороткофокусный проектор и специальный экран
Какие бывают типы матриц и какие у каждого типа плюсы и минусы
TN-матрицы в настоящий момент практически вытеснены с рынка телевизоров и остались только в самом бюджетном сегменте. Их особенностью является то, что в выключенном состоянии жидкий кристалл пропускает свет. Поэтому «битый» пиксель данной матрицы белый, а чёрный обычно виден как тёмно-серый. Другим большим недостатком данной матрицы является угол обзора среди всех существующих на рынке ТВ-матриц, он в настоящий минимален, то есть если вы будете смотреть телевизор под углом к экрану, то картинка очень сильно теряет в контрасте и становится практически не читаемой.
IPS и VA-матрицы – самые распространённые на рынке современных телевизоров в настоящий момент. У обеих из них выключенный кристалл не пропускает свет, а значит и «битый» пиксель будет чёрным. Преимуществами VA-матрицы являются более чёткие чёрные оттенки и более высокая контрастность, что позволяет при прочих равных получать более «яркую» картинку, в тоже время IPS-матрицы, как правило обладают лучшими углами обзора.
ULED(QLED)-матрицы имеют дополнительный слой с квантовыми точками, для того, чтобы на ЖК-матрицу и светофильтры пошёл действительно чистый белый свет. Благодаря этому обеспечивается отображение большего количества цветов и более точная цветопередача.
Эти телевизоры (например, Hisense U7QF) способны показать как чёрный цвет близкий к настоящему, так и реальный белый. При прочих равных данные матрицы имеют преимущество перед ранее рассмотренными, но и выше цене.
Телевизоры на квантовых точках имеют более широкую цветовую гамму
OLED-телевизоры обладают реальным чёрным цветом и обладают практически бесконечной контрастностью, обладают лучшими углами обзора. Они одни из лучших по энергопотреблению и имеют меньшие габариты, но при этом достаточно дороги в производстве. Ещё одним недостатком OLED является разный срок службы светодиодов. Так у синих светодиодов он составляет около 15 000 часов, в то время как у зелёного более 100 000 часов. Таким образом со временем у данных экранов проявляется эффект «выгорания». Для компенсации высокой стоимости OLED-матрицы часто используется вариант с белым светодиодом (так называемые RGBW-матрицы), но так как при этом общее количество субпикселей не меняется, эффективное разрешение 4K-панелей падает с 3840 на 2160 до 2880 на 2160 пикселей. Соответственно изображение становится менее детальным. А применяемое при этом смещение пикселей приводит к невозможности отразить ровные вертикальные линии.
Laser TV или лазерный телевизор, например Hisense L5F с диагональю в 100 дюймов – остаётся в стороне от всех этих нюансов за счёт использования совершенно другой технологии, свойственной скорее кинопроекторам, а не телевизорам.
Специальный экран защищает от окружающего света и не создаёт дополнительную нагрузку на глаза, как это делают светящие в глаза классический телевизоры. Высокое качество изображение и широчайший цветовой диапазон. Практически всё говорит в пользу данного варианта, за исключением, пожалуй, двух вещей. Первая – это яркость, отражая свет, всё же сложно быть настолько же ярким как светя напрямую в глаза, а вторая – это цена.
На какие параметры нужно обратить внимание при выборе матрицы
К сожалению, обращать внимание на параметры в данном случае имеет смысл только при выборе продуктов одного производителя. В остальном есть значительное количество моментов, которые просто невозможно показать цифрами. Так, невозможно определить цветовую гамму телевизоров по цифрам в характеристиках, а параметры угла обзора, часто не позволяют понять о чём именно идёт речь: когда уже совсем ничего не видно или когда начинает снижаться контрастность. Поэтому часто самым действенным вариантом остаётся сравнение выставленных рядом на витрине различных моделей телевизоров.
Тем не менее, если средства позволяют стоит обратить внимание на лазерный телевизор. Если вы хотите классические варианты, то рекомендую выбирать между ULED и OLED-телевизорами, только в случае с последними, обязательно уточните, чтобы не было белых субпикселей. Последние два также подойдут для того, чтобы получить максимально детализированное изображение, например, если вы планируете подключать к телевизору игровые приставки.
Если же хочется найти максимально бюджетный, но при этом качественный вариант, то лучше всего обратить внимание на телевизоры с VA-матрицей, но крайне желательно, чтобы контрастность у него была не менее 4000:1. А вот на матрицы IPS имеет смысл обратить внимание, если вы планируете использовать телевизор как монитор, или если размеры помещения требуют больших углов обзора.