Изучение аппаратного и программного обеспечения персонального компьютера

 

 

Рисунок 13 – Поведение  жидких кристаллов при появлении  напряжения

 

Молекулы нематических жидких кристаллов (или нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу, а жидкокристаллическая панель освещается источником света.

 Плоскость поляризации  светового луча поворачивается  на 90° при прохождении одной панели. При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через жидкие кристаллы.

 Поворот плоскости  поляризации светового луча был незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданной. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем.

 В присутствии электрического поля поворот вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным, так как лучи подсветки поглощаются в экране полностью. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади таким образом, чтобы свет исходил из задней части LCD дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты.

 

 

Рисунок 14 – Ход поляризованного  луча

 

Комбинируя три основные цвета для каждой точки или  пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.

 Вообще в случае  с цветом существует несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом. Но это приводит к малой доле проходящего излучения. Можно воспользоваться свойством жидкокристаллической ячейки — при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации изменяется по-разному для компонента света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать или поглощать излучение заданной длины волны. Но здесь проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение. Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя. Первый метод является более простым, но второй эффективнее.

 

1.2.2.1 Характеристики LCD мониторов

1.2.2.1.1 Формат экрана

 

Устаревшие ныне ЭЛТ-мониторы обладали стандартным соотношением сторон 4:3 (ширина к высоте). Первые ЖК-мониторы также выпускались такими (плюс производился формат 5:4). Сейчас их уже сложно встретить в продаже: на полках магазинов стоят широкоформатные  модели с соотношением сторон 16:10, 16:9, 15:9, что связано с активным внедрением видео в HD-формате (16:9).  
Мониторы 4:3 более предпочтительны для веб-серфинга, работы в текстовых, издательских и других программах, где работа ведется преимущественно над вертикальными объектами (страницами). Но в качестве домашнего монитора и средства для развлечения (просмотр разнообразного видеоконтента, трехмерных игр) широкомасштабный монитор окажется лучшим выходом. 

1.2.2.1.2 Разрешение экрана

 

Этот параметр показывает, сколько точек (пикселей) размещается на видимой части монитора. Например: 1680x1050 (1680 точек по горизонтали и 1050 точек по вертикали). Этот параметр определяется исходя из формата кадра (число точек кратно соотношению сторон). В данном случае это 16:10. Существует конечное число таких пар чисел (таблицу разрешений можно найти в Интернете). 
В ЭЛТ-мониторах вы могли выставить любое разрешение, которое поддерживается монитором или видеокартой. В ЖК-мониторах же существует только одно фиксированное разрешение, остальные достигаются интерполяцией. При этом ухудшается качество картинки. Поэтому при выборе между мониторами с одинаковым разрешением лучше выбрать с большей диагональю. Особенно если у вас ослабленное зрение, что в наше время совсем не редкость. И еще, разрешение ЖК-монитора должно поддерживаться вашей видеокартой. Проблемы могут возникнуть с устаревшими видеокартами. Иначе придется ставить неродное разрешение.   
Покупать монитор с разрешением 1920x1080 (Full HD) или 2560x1600 вовсе необязательно. Потому что ваш компьютер может не потянуть 3D-игры при таком разрешении, а видеофильмы в Full HD еще пока мало распространены. 

 

1.2.2.1.3 Диагональ экрана

 

Это значение традиционно  измеряется в дюймах и показывает расстояние между двумя противоположными углами. Оптимальная на сегодня диагональ по размеру и цене - это 20-22 дюйма. Кстати, при одинаковом размере диагонали монитор с форматом 4:3 будет обладать большей площадью поверхности. 

 

1.2.2.1.4 Контрастность

 

Эта величина показывает максимальное отношение яркостей между  самой светлой и самой темной точками. Обычно указывается в виде пары чисел типа 1000:1. Чем больше статическая контрастность, тем лучше, так как это позволит увидеть больше оттенков (к примеру, вместо черных областей - оттенки черного).

 

1.2.2.1.5 Яркость 

 

Этот параметр показывает количество света, излучаемое дисплеем. Измеряется в канделах на квадратный метр. Высокое значение яркости не повредит. В случае чего всегда можно будет яркость уменьшить в зависимости от собственных предпочтений и освещенности вашего рабочего места. Это позволит сделать работу комфортнее.

 

1.2.2.1.6 Время отклика

 

Время отклика - минимальное  время, которое необходимо пикселю  для изменения своей яркости от активного (белого) в бездействующий (черный) и обратно к активному.  Время отклика складывается из времени буферизации и времени переключения. В характеристиках указывается последний параметр. Измеряется в миллисекундах (мс). Чем меньше, тем лучше. Большое время отклика приводит к смазыванию изображений в быстрых сценах в фильмах и играх. В большинстве недорогих моделях на базе TN-матрицы время отклика не превышает 10 мс и вполне достаточно для комфортной работы. Кстати, некоторые производители лукавят, измеряя время перехода от одного оттенка серого к другому и выдавая это значение за время отклика.

 

1.2.2.1.7 Угол обзора

 

Этот параметр показывает, при каком  угле просмотра контраст падает до заданного значения. При этом искажения становятся неприемлемыми для просмотра. Увы, каждая компания вычисляет угол обзора по-своему, поэтому самое лучшее - внимательно присмотреться к монитору перед покупкой.

 

1.2.2.1.8 Дефектные пиксели

 

После производства ЖК-матрицы на ней могут оказаться дефекты  изображения, подразделяющиеся на пиксели мертвые и “горячие” (зависимые). Появление последних зависит от некоторых факторов: например, они могут проявляться при повышении температуры. “Горячие” пиксели можно попробовать убрать с помощью процедуры “ремапа” (поврежденные пиксели при этом будут выключены). От пикселей избавиться вряд ли получится. Согласитесь, неприятно работать на мониторе с постоянно горящей зеленой либо красной точкой. Поэтому при осмотре монитора в магазине запустите какую-нибудь тестовую программу, чтобы определить наличие или отсутствие дефектных пикселей. Либо поочередно залейте экран черным, белым, красным, зеленым и синим цветом и внимательно приглядитесь. Если битых пикселей нет, смело берите. К сожалению, они могут проявиться позднее, но вероятность этого невысока. Следует знать еще один момент: стандарт ISO 13406-2 устанавливает четыре класса качества мониторов по допустимому числу битых пикселей. Поэтому продавец может отказать вам в обмене модели, если число битых пикселей не выходит за рамки определенного производителем класса качества. 

1.2.2.1.9 Интерфейсы

 
Современные мониторы могут подключаться к компьютеру с помощью аналоговых и цифровых интерфейсов. Аналоговый VGA (D-Sub) морально устарел, но, скорее всего, будет использоваться еще достаточно долго. Постепенно вытесняется цифровым DVI. Также могут встретиться цифровые интерфейсы HDMI и displayport.  
Вам, по сути, нужно знать одно: есть ли на вашей видеокарте соответствующий интерфейс. К примеру, вы купили новый монитор с цифровым DVI, а на видеокарте - только аналоговый. В таком случае придется использовать переходник. 

1.2.2.2 Типы матриц

 

При производстве дисплеев применяются  три основные технологии: TN, IPS и MVA/PVA. Имеются и другие, но они не имеют  такого распространения. Технологические различия нам неинтересны, перейдем к потребительским свойствам. TN+film. Наиболее массовые и дешевые панели. Обладают хорошим временем отклика, но плохим уровнем контрастности и малым углом обзора. Также хромает цветопередача. Поэтому не применяются в сферах, где необходима точная работа с цветом. Для домашнего использования - наилучший вариант. IPS (SFT). Дорогие панели. Хороший угол обзора, высокая контрастность, хорошая цветопередача, но большое время отклика. Единственные, которые могут передать полную гамму цветов RGB. В настоящее время ведутся разработки для уменьшения времени отклика, еще большего расширения цветового диапазона и улучшения других параметров. MVA/PVA. Нечто среднее между TN и IPS как по стоимости, так и по характеристикам. Время отклика не сильно хуже TN, а контрастность, цветопередача и угол обзора лучше. 

 

1.2.2.2.1 Матрицы TN 

 

Наиболее распространенным типом матрицы в современных  ЖК-мониторах является технология Twisted Nematic или просто TN. Матрицы TN – это  одновременно самые старые и самые дешевые из существующих технологий производства ЖК-матриц. Такая матрица выглядит как многослойная структура, состоящая из поляризующих фильтров, прозрачных электродов и стеклянных пластинок, между которыми размещаются жидкокристаллические молекулы с положительной диэлектрической анизотропией. При этом жидкие кристаллы располагаются параллельно плоскости экрана, а верхний и нижний слой кристаллов, в свою очередь, повернуты перпендикулярно относительно друг друга.

 

 

Рисунок 15 – Матрицы TN

 

Все остальные кристаллы  «скручены» по спирали, в результате чего пропущенный через них свет скручивается и беспрепятственно проходит через внешнюю поляризующую пленку. Чем выше подается напряжение, тем больше кристаллов разворачивается, и тем меньше проходит света. Поскольку крайние кристаллы располагаются под небольшим углом к поверхности, форма спирали оказывается слегка искаженной, вследствие чего TN-матрицы не обладают большой контрастностью.

Другой существенный недостаток TN-матриц – это небольшие углы обзора. Картинка на мониторе под разными  углами выглядит не одинаково. Для уменьшения подобного эффекта на поверхность монитора наносится специальная рассеивающая пленка, что позволяет несколько увеличить угол обзора. Поэтому к названию технологии TN часто добавляется приставка Film (TN + Film), указывающая на наличие такой дополнительной пленки.

К сожалению, ЖК-мониторы на основе матриц TN не могут похвастаться и идеальной цветопередачей, поскольку  они в принципе не могут выводить полную палитру цветов, лишь компенсируя недостаток оттенков с помощью особых алгоритмов. К достоинствам матриц TN можно отнести маленькое время отклика, минимальное энергопотребление и, конечно же, доступная цена, купить ЖК-монитор с TN матрицей можно по самой низкой цене. На сегодняшний день значительная часть мониторов с диагональю до 24 дюймов (например, Samsung Syncmaster BX2331 или Samsung syncmaster S24A350H) используют именно матрицу TN. 

 

1.2.2.2.2 Матрицы IPS 

 

Следующей по времени  разработки стала технология IPS или In Plane Switch, разработанная в 1995 году компаниями Hitachi и NEC для решения двух основополагающих проблем TN-матриц — маленьких углов обзора и не оптимального качества цветопередачи. Матрицы IPS отличаются от TN тем, что в них управляющие электроды расположены в одной плоскости на нижней стороне ЖК-ячейки. При подаче на ячейку напряжения все кристаллы поворачиваются на 90 градусов, таким образом, в активном состоянии IPS-панель пропускает свет, а при отсутствии напряжения – нет. Изменение напряжения между электродами дает возможность поворачивать ЖК-молекулы на любой произвольный угол, меняя тем самым прозрачность ячейки. Само же цветное изображение, как и в TN-матрицах, формируется за счет использования трех цветовых фильтров.

 

 

Рисунок 16 – Матрица IPS

 

IPS-матрицы превосходят  TN в качестве цветопередачи и  углах обзора, они способны формировать  изображение на экране с приятными  и мягкими цветами, близкими  к качественным ЭЛТ-мониторам.  Большие углы обзора IPS-матриц достигают 178 градусов. В тоже время IPS-матрицы имеют и собственные недостатки. В частности, большее время отклика в сравнении с TN-матрицами и достаточно высокая цена.

Сегодня выпускаются  различные модификации IPS-матриц, призванных улучшить их характеристики. Например, матрицы Super-IPS (S-IPS), обладающие высоким качеством цветопередачи. Компания NEC также производит матрицы, выполненные по сходной технологии, но с собственной аббревиатурой — SFT (Super Fine TFT). Новые модификации на базе IPS-матрицы уже обеспечивают приемлемое время отклика и являются прекрасным решением для графических профессиональных мониторов.