Файл: Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров (Электронно-лучевые трубки).pdf

Размер монитора зависит от занимаемого пространства и, что немаловажно, его цены. Несмотря на установленную классификацию ЖК-мониторов в зависимости от диагонали экрана (15-, 17-, 19-дюймовый), классификация по рабочему разрешению более правильная. Дело в том, что в отличие от мониторов на основе ЭЛТ, разрешение которых можно изменять достаточно гибко, ЖК-дисплеи имеют фиксированный набор физических пикселей. Вот почему они предназначены для работы только с одним разрешением, называемым работником. Косвенно это разрешение определяет размер диагонали матрицы, однако мониторы с одинаковым рабочим разрешением могут иметь разный размер матрицы. Например, мониторы с диагональю от 15 до 16 дюймов в основном имеют рабочее разрешение 1024-768, что означает, что этот монитор действительно физически содержит 1024 горизонтальных пикселя и 768 вертикальных пикселей. Рабочее разрешение монитора определяет размер значков и шрифтов, которые будут отображаться на экране. Например, 15-дюймовый монитор может иметь рабочее разрешение 1024–768 и 1400–1050 пикселей. В последнем случае физические размеры самих пикселей будут меньше, и поскольку при формировании стандартной иконки в обоих случаях используется одинаковое количество пикселей, то при разрешении 1400-1050 пикселей значок будет меньше по физическим размерам. Для некоторых пользователей значки слишком малого размера с монитором высокого разрешения могут быть неприемлемы, поэтому при покупке монитора следует немедленно обратить внимание на рабочее разрешение. Конечно, монитор способен отображать изображение в другом разрешении, чем рабочее. Этот режим мониторинга называется интерполяцией. В случае интерполяции качество изображения хуже. Этот режим заметно влияет на качество отображения экранных шрифтов.

ЖК-мониторы являются цифровыми устройствами (Рисунок 2.),

Рисунок 2. Строение ЖК монитора

поэтому «родным» для них интерфейсом является цифровой интерфейс DVI, который может иметь два типа конвекторов: DVI-I, объединяющий цифровые и аналоговые сигналы, и DVI-D, передающий только цифровой сигнал. Считается, что DVI является более предпочтительным для подключения ЖК-монитора к компьютеру, хотя его можно подключить через стандартный разъем D-Sub. В пользу интерфейса DVI в случае аналогового интерфейса имеется двойное преобразование видеосигнала: сначала цифровой сигнал преобразуется в аналоговый на видеокарте (преобразование ЦАП), который затем преобразуется в цифровые электронные единицы измерения самого ЖК-монитора (преобразование АЦП), в результате увеличивается риск различных искажений сигнала. Многие современные ЖК-мониторы имеют разъемы D-Sub и DVI, что позволяет одновременно подключать к монитору два системных блока. Вы также можете найти модели с двумя цифровыми разъемами. В недорогих офисных моделях в основном используется только стандартный разъем D-Sub.

Ну и на конец о яркости. Сегодня в ЖК-мониторах максимальная яркость, заявленная в технической документации, составляет от 250 до 500 кд / м2. И если яркость монитора достаточно высокая, то это обязательно указывается в рекламных буклетах и ​​представляется как одно из основных преимуществ монитора. Впрочем, просто это одна из ловушек. Парадокс в том, что вы не можете полагаться на цифры, указанные в технической документации. Это относится не только к яркости, но и к контрасту, углам обзора и времени отклика пикселей. Мало того, что они вообще не соответствуют реальным наблюдаемым значениям, иногда трудно вообще понять, что означают эти числа. Прежде всего, существуют разные методы измерения, описанные в различных стандартах; соответственно, измерения, выполненные разными методами, дают разные результаты, и вы вряд ли сможете узнать, каким методом и как были проведены измерения. Вот один простой пример. Измеренная яркость зависит от цветовой температуры, но когда говорят, что яркость монитора составляет 300 кд / м2, возникает вопрос: при какой цветовой температуре достигается эта максимальная яркость? Причем производители указывают яркость не для монитора, а для ЖК-матрицы, что не одно и то же. Для измерения яркости используются специальные опорные сигналы генераторов с точно заданной цветовой температурой, поэтому характеристики самого монитора как конечного продукта могут значительно отличаться от тех, которые указаны в технической документации. Но для пользователя первостепенное значение имеют характеристики самого монитора, а не матрицы. Яркость - действительно важная функция для ЖК-монитора. Например, при недостаточной яркости вы вряд ли сможете играть в различные игры или смотреть фильмы на DVD. Кроме того, будет неудобно работать за монитором в дневное время (внешнее воздействие). Однако было бы преждевременным делать вывод, что монитор с заявленной яркостью 450 кд / м2 является чем-то лучшим, чем монитор с яркостью 350 кд / м2. Во-первых, как уже отмечалось, заявленная и реальная яркость - это не одно и то же, а во-вторых, вполне достаточно, чтобы ЖК-монитор имел яркость 200-250 кд / м2 (но не заявленная, но реально наблюдаемая). Кроме того, тот факт, что яркость монитора регулируется, также немаловажно. С точки зрения физики яркость можно регулировать, изменяя яркость подсветки. Это достигается либо путем регулировки тока разряда в лампе (в мониторах люминесцентные лампы с флуоресцентной лампой с холодным катодом с холодным катодом, CCFL используются в качестве подсветки), либо за счет так называемой широтно-импульсной модуляции мощности лампы. При широтно-импульсной модуляции напряжение на подсветку подается импульсами определенной длительности. В результате подсветка не светится непрерывно, а только через периодически повторяющиеся временные интервалы, но из-за инерции глаза, кажется, что лампа постоянно включена (частота повторения импульсов составляет более 200 Гц). Очевидно, что, изменяя ширину подаваемых импульсов напряжения, вы можете регулировать среднюю яркость подсветки. Помимо регулировки яркости монитора за счет подсветки, иногда эту настройку выполняет сама матрица. Фактически постоянная составляющая добавляется к управляющему напряжению на электродах ЖК-элемента. Это позволяет полностью открыть ячейку ЖК-дисплея, но не позволяет полностью ее закрыть. В этом случае, когда яркость увеличивается, черный цвет перестает быть черным, так-как матрица становится частично прозрачной, даже когда ячейка ЖК-дисплея закрыта.

Одной из важнейших характеристик ЖК-мониторов является его контраст, который определяется как отношение яркости белого фона к яркости черного фона. Теоретически контрастность монитора не должна зависеть от уровня яркости, установленного на мониторе, то есть при любом уровне яркости измеренная контрастность должна иметь одинаковое значение. Действительно, яркость белого фона пропорциональна яркости подсветки. В идеальном случае коэффициент пропускания света ячейки ЖКД в открытом и закрытом состоянии является характеристикой самой ячейки ЖКД, однако на практике это соотношение может зависеть от заданной цветовой температуры и от заданной яркости. уровень монитора. В последнее время контрастность изображения на цифровых мониторах заметно возросла, и теперь эта цифра часто достигает значения 500: 1. Но здесь все не так просто. Дело в том, что контраст можно указывать не для монитора, а для матрицы. Однако, как показывает опыт, если в паспорте указана контрастность более 350: 1, то этого вполне достаточно для нормальной работы.

Время реакции или время отклика пикселя обычно указывается в технической документации на монитор и считается одной из наиболее важных характеристик монитора (что не совсем верно). В ЖК-мониторах время отклика пикселя, которое зависит от типа матрицы, измеряется в десятках миллисекунд (в новых матрицах TN + Film время отклика пикселя составляет 12 мс), и это приводит к размытие изменяющейся картинки и может быть заметно на глаз. Различают время включения и время выключения пикселя. Время включения пикселя относится к количеству времени, необходимого для открытия ячейки ЖКД, а время выключения относится к количеству времени, необходимого для его закрытия. Когда они говорят о времени реакции пикселя, они понимают общее время включения и выключения пикселя. Время включения пикселя и время его выключения могут значительно различаться. Когда мы говорим о времени реакции пикселя, указанного в технической документации на монитор, мы имеем в виду время реакции матрицы, а не монитора. Кроме того, время отклика пикселя, указанное в технической документации, по-разному интерпретируется разными производителями матриц. Например, один из вариантов интерпретации времени включения / выключения пикселя заключается в том, что это время, когда яркость пикселя изменяется от 10 до 90% (от 90 до 10%). Пока что, говоря об измерении времени реакции пикселя, мы понимаем, что речь идет о переключении между черным и белым цветами. Если нет вопросов с черным (пиксель только что закрыт), то выбор белого неочевиден. Как изменится время отклика пикселя при измерении при переключении между разными полутонами? Этот вопрос имеет большое практическое значение. Потому что, переключение с черного фона на белый или, наоборот, в реальных приложениях встречается относительно редко. В большинстве приложений переходы обычно осуществляются между полутонами. И если время переключения между черным и белым цветами оказывается меньше, чем время переключения между оттенками серого, то время реакции пикселя не будет иметь практического значения, и будет невозможно сосредоточиться на этой характеристике монитора. Какой вывод можно сделать из вышеизложенного? Все очень просто: заявленное производителем время реакции на пиксель не позволяет нам однозначно судить о динамических характеристиках монитора. В этом смысле правильнее говорить не о времени переключения пикселей между белым и черным цветами, а о среднем времени переключения пикселей между полутонами.

Все мониторы по своей сути являются RGB-устройствами, то есть цвет в них получается путем смешивания в разных пропорциях трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Таким образом, каждый пиксель LCD состоит из трех цветовых подпикселей. Помимо полностью закрытого или полностью открытого состояния ячейки ЖКД, промежуточные состояния также возможны, когда ячейка ЖКД частично открыта. Это позволяет создавать цветовые оттенки и смешивать цветовые оттенки базовых цветов в правильных пропорциях. Количество цветов, воспроизводимых монитором, теоретически зависит от того, сколько цветовых оттенков можно сформировать в каждом цветовом канале. Частичное открытие ячейки ЖКД достигается подачей необходимого уровня напряжения на управляющие электроды. Следовательно, количество воспроизводимых цветовых оттенков в каждом цветовом канале зависит от того, сколько различных уровней напряжения можно подать на ЖК-элемент. Формирование произвольного уровня напряжения потребует использования цепей ЦАП с большой разрядностью, что чрезвычайно дорого. Поэтому в современных ЖК-мониторах чаще всего используются 18-разрядные ЦАП, а реже - 24-разрядные. При использовании 18-разрядного ЦАП для каждого цветового канала имеется 6 битов. Это позволяет создать 64 (26 = 64) различных уровня напряжения и, соответственно, получить 64 цветовых оттенка в одном цветовом канале. Всего путем смешивания цветовых оттенков разных каналов можно создать 262 144 цветовых оттенка. При использовании 24-битной матрицы (24-битная схема ЦАП) каждый канал учитывает 8 битов, что позволяет нам генерировать 256 (28 = 256) цветовых оттенков в каждом канале, и в целом такая матрица воспроизводит 16 777 216 цветовых оттенков. В то же время для многих 18-битных матриц в паспорте указывается, что они воспроизводят 16,2 миллиона цветовых оттенков. В чем здесь дело и возможно ли это? Оказывается, что в 18-битных матрицах, благодаря всевозможным хитростям, вы можете приблизить количество цветовых оттенков к тому, что воспроизводят реальные 24-битные матрицы. Для экстраполяции цветовых оттенков в 18-битных матрицах используются две технологии (и их комбинации): дизеринг (дизеринг) и FRC (управление частотой кадров). Суть технологии сглаживания заключается в том, что недостающие цветовые оттенки получаются путем смешивания ближайших цветовых оттенков соседних пикселей. Рассмотрим простой пример. Предположим, что пиксель может находиться только в двух состояниях: открытом и закрытом, причем закрытое состояние пикселя образует черный, а открытый красный. Если вместо одного пикселя мы рассмотрим группу из двух пикселей, то, кроме черного и красного, мы также можем получить промежуточный цвет, экстраполируя тем самым из двухцветного режима в трехцветный. В результате, если изначально такой монитор может генерировать шесть цветов (по два на каждый канал), то после такого сглаживания он будет воспроизводить уже 27 цветов. Схема сглаживания имеет один существенный недостаток: увеличение цветовых оттенков достигается за счет уменьшения разрешения. Фактически это увеличивает размер пикселя, что может отрицательно повлиять на рендеринг деталей изображения. Суть технологии FRC заключается в манипулировании яркостью отдельных подпикселей с их дополнительным включением / выключением. Как и в предыдущем примере, считается, что пиксель может быть либо черным (выключен), либо красным (включен). Каждый субпиксель принимает команду включения с частотой вертикальной развертки, то есть при частоте сканирования кадра 60 Гц каждый субпиксель получает команду включения 60 раз в секунду. Это позволяет генерировать красный цвет. Если вы заставляете пиксель включаться не 60 раз в секунду, а только 50 (на каждом 12-м шаге, не включайте, а выключайте пиксель), в результате яркость пикселя будет составлять 83% от максимальной, что будет позволяют создавать промежуточный цветовой оттенок красного. Оба рассмотренных метода экстраполяции цвета имеют свои недостатки. В первом случае это возможное мерцание экрана и небольшое увеличение времени реакции, а во втором - вероятность потери деталей изображения. Довольно сложно отличить 18-битную матрицу с экстраполяцией цвета от истинной 24-битной матрицы. В то же время стоимость 24-битной матрицы намного выше.

Глава 2. Параметры мониторов

Типы матриц

1. Самый старый тип матрицы, который до сих пор занимает значительную долю рынка и не собирается покидать его, это TN, который не продавался долгое время - в основном продаются улучшенные модификации, TN + film: улучшения позволили довести горизонтальные углы обзора до 130-150 градусов, но с вертикальными вещами плохо: даже с отклонением в дюжину градусов цвета начинают меняться, вплоть до инвертирования. Кроме того, по большей части такие мониторы не покрывают 70% sRGB, что означает, что они не будут подходить для коррекции цвета. Другим недостатком является довольно низкая максимальная яркость, обычно она не превышает 150 кд / м^2: этого достаточно только для работы в помещении. Казалось бы - все, TFT TN сильно устарели. Однако у этих матриц задержка время отклика не превышает 1 мс, что теоретически позволяет выводить до 1000 отдельных кадров в секунду, отличное решение для e-sports. Ну, кроме того, в таких матрицах яркость над ушами доводится до 250-300 кд / м^2, а цветовая гамма как минимум соответствует 80-90% sRGB: в любом случае это не работает для коррекции цвета, но для игр это идеальное решение.
2. IPS матрицы начали свой путь на пользовательском рынке с телефонами, где низкие углы обзора матриц TN сильно мешали нормальному использованию. За последние несколько лет цена на мониторы IPS значительно упала, и теперь их можно купить даже на бюджетном компьютере. Эти матрицы имеют два основных преимущества: углы обзора достигают почти 180 градусов как по горизонтали, так и по вертикали, и они обычно имеют хорошую цветовую гамму прямо из коробки - даже в мониторах дешевле, чем на 10 тысяч рублей, часто есть профиль с покрытием 100% sRGB. Но, увы, минусов также достаточно: это низкий контраст, обычно не выше 1000, из-за которого черный цвет выглядит не как черный, а как темно-серый, и так называемый эффект свечения, при просмотре с под определенным углом матрица кажется розоватой (или пурпурной). Также раньше была проблема с малым временем отклика - до 40-50 мс (что позволяло честно отображать только 20-25 кадров, остальные были размытыми). Однако сейчас такой проблемы нет, и даже дешевые IPS-матрицы имеют время отклика не более 4-6 мс, что позволяет спокойно выводить 100-150 кадров - этого более чем достаточно для любого использования.
3. Чуть позже в мире была представлена ​​новая матрица, учитывающая многочисленные пожелания как геймеров, так и офисных работников - MVA. Единственным недостатком таких мониторов была кривизна некоторых оттенков. Но противники матрицы TN отметили цветопередачу как вполне терпимую и подходящую для большинства задач. Конечно, не все стало гладко и идеально сразу. Первые модели были довольно медленными даже по сравнению с предшественниками TN. Иногда при быстрой смене кадров пользователь может заметить изображение, которое нельзя изменить в течение нескольких мгновений. Эта проблема была решена чуть позже, когда на рынок вышли ускоренные матрицы такого типа. Но на таких мониторах все в порядке с контрастностью и углами обзора. Черный - это черный, а детали видны даже в самых маленьких вариациях. Неудивительно, что профессиональные дизайнеры выбирают MVA. Существует другой вид матрицы этого типа. Его зовут ПВА. Он был разработан корейской корпорацией Samsung. ПВА намного быстрее и контрастнее. Работать над такой матрицей одно удовольствие, поэтому она заняла свое достойное место в нише для профессионалов.
4. OLED матрицы - это новейшие матрицы, которые начали появляться на пользовательском рынке всего пару лет назад по астрономическим ценам. У них много плюсов: во-первых, у них нет такой вещи, как яркость черного, потому что при выводе черного светодиоды не являются банальными, поэтому черный цвет выглядит как черный, а контраст в теории - бесконечность. Во-вторых, время отклика таких матриц составляет десятые доли миллисекунды - это в несколько раз меньше, чем даже в киберспортивном TN. В-третьих, углы обзора не только составляют почти 180 градусов, но и яркость практически не падает при наклоне монитора. В-четвертых, очень широкая цветовая гамма, которая может быть на 100% AdobeRGB, не каждая матрица IPS может похвастаться таким результатом. Однако, увы, есть две проблемы, которые сводят на нет многие преимущества: это мерцание матрицы на частоте 240 Гц, которое может привести к боли в глазах и повышенной усталости, а также к выгораниям пикселей, так что такие матрицы недолговечны. Третья проблема, с которой сталкиваются многие новые решения, - это невероятно высокая цена, иногда вдвое превышающая профессиональную IPS. Однако всем уже ясно, что будущее за такими матрицами, и их проблемы будут решены, а цены упадут.
5. QD (Quantum Dots) – это еще одна перспективная технология, основанная на использовании квантовых точек. На данный момент мониторов, изготовленных по этой технологии, немного, и они недешевы. Технология позволяет преодолеть практически все недостатки, присущие всем остальным вариантам матрицы, используемым в дисплеях. Единственным недостатком является то, что глубина черного не достигает уровня, который имеют экраны OLED. Работают такие типы мониторов на основе использования нанокристаллов, размером от 2 до 10 нанометров. Разница в размерах не случайна, когда к ним прикладывают напряжение, они начинают излучать свет и с определенной длиной волны (то есть с определенным цветом), которая зависит от размера этих кристаллов. Цвет также зависит от материала, из которого сделаны нанокристаллы, а именно: красный цвет - размер 10 нм, сплав кадмия, цинка и селена; зеленый цвет - размер 6 нм, сплав кадмия и селена; синий цвет - размер 3 нм, соединение цинка и серы. Синие светодиоды используются в качестве подсветки, а квантовые точки, отвечающие за зеленый и красный, наносятся на подложку, и сами эти точки никак не упорядочены. Они просто смешаны вместе. Синий свет, падающий на них от светодиода, заставляет их светиться с определенной длиной волны, образуя цвет. Эта технология позволяет обойтись без установки световых фильтров, поскольку нужный цвет уже был получен заранее. Это улучшает яркость и контрастность, поскольку можно избавиться от одного из слоев, составляющих экран. В отличие от OLED, глубина черного немного ниже. Стоимость таких экранов все еще высока. Но сам факт такого развития потрясает. Рассмотрим таблицу в (Приложение 1).