Изучение аппаратного и программного обеспечения персонального компьютера

 

1.2.2.2.3 Матрицы PVA/MVA 

 

Технология VA (Vertical Alignment) предусматривает, что кристаллы  в выключенном состоянии располагаются перпендикулярно плоскости экрана, вследствие чего обеспечивается максимально глубокий и чистый черный цвет. Это, в свою очередь, положительно сказывается на возможности получения высококонтрастных изображений. К сожалению, при повороте матрицы относительно направления взгляда, кристаллы будут видны не одинаково.

 

 

Рисунок 17 – Матрицы PVA/MVA

 

Для устранения этой проблемы компания Fujitsu в 1996 году разработала  технологию Multi-Domain Vertical Alignment (MVA), в которой предусматриваются выступы на обкладках, определяющие направление поворота кристаллов. Компания Samsung производит матрицы PVA (Patterned Vertical Alignment), которые являются по-существу аналогом MVA. В отличие от технологий TN и IPS, в MVA-матрицах применяются жидкие кристаллы с отрицательной диэлектрической анизотропией, которые ориентируются перпендикулярно направлению линий электрического поля.

Таким образом, при отсутствии напряжения между обкладками ЖК-ячейки кристаллы ориентированы вертикально  и не оказывают никакого влияния  на плоскость поляризации проходящего света. При возникновении напряжения ЖК-молекулы поворачиваются на 90°, ориентируясь перпендикулярно линиям электрического поля.

К достоинствам подобной технологии относится возможность  получения идеально черного цвета и малое время отклика. Современные MVA-матрицы также отличает высокая контрастность, хорошая цветопередача и большие углы обзора (до 178°). MVA/PVA-матрицы являются своеобразным компромиссом между технологиями TN и IPS по своим характеристикам и стоимости. Но у них имеется один неприятный недостаток – даже при небольшом отклонении направления взгляда от перпендикуляра возникают искажения в полутонах.

Таким образом, существует зависимость цветового баланса  изображения от угла зрения, что  хорошо отмечается профессионалами  в области фотографии и дизайна. Сегодня известно несколько разновидностей технологии MVA, в частности, матрицы Premium MVA (PMVA) и Super PVA (SPVA), призванные приблизить качество цветопередачи к матрицам IPS.

Итак, подводя итоги, можно  отметить, что если Вам нужен монитор  для офисных задач и домашнего пользования за доступную цену, то лучше всего подходят мониторы с матрицей TN. Хотя такие матрицы не обеспечивают ни высокой контрастности, ни профессиональной цветопередачи, они дают приемлемое качество изображения при минимальном времени отклика, что немаловажно для любителей динамичных игр. К тому же для работы в офисе или домашнего пользования цена жк-монитора зачастую оказывается решающим фактором.

Профессионалам в области  полиграфии и дизайна стоит присмотреться  к современным мониторам на базе IPS-матриц, которые гарантируют на порядок более высокое качество изображения, чем TN. Мониторы же на основе MVA или PVA матриц вполне могут рассматриваться в качестве домашнего мультимедийного центра (например, benq E24-5500 LED или iiyama prolite X2472HD-1), а также могут стать хорошим вариантом для работы с текстом и несложной графикой.

 

1.2.3 LCD мониторы с LED-подсветкой

 

Вместо обычных люминесцентных ламп, используемых в ЖК-технологии, в мониторах LED применяется высокоэффективная светодиодная LED-подсветка (Light Emitting Diode – светоизлучающий диод). Данная разработка обеспечивает множество преимуществ – более высокое качество изображения, компактные размеры, экономичность и долговечность работы.

 

 

Рисунок 18 – Торцевая светодиодная подсветка (белые светодиоды)

 

Какие бывают типы LED подсветки?

Основных типов LED-подсветки  два. Во-первых, это боковая подсветка. «Белые» LED элементы (White LED) расположены по бокам либо по периметру LCD-матрицы, а за равномерное распределение света отвечает специальная панель.

 

 

Рисунок 19 – Светодиоды трех базовых цветов (задняя подсветка)

 

Второй, более дорогой  способ – размещение LED-элементов  непосредственно за LCD субстратом. Такой тип обычно использует элементы трех цветов – красного, зеленого и синего (RGB LED). Производить такие системы с использованием «белых» элементов нерентабельно, хотя возможно что встречаются и такие модели. Подсветка более умная - в зависимости от цвета оригинального изображения, фрагмент экрана подсвечивается тем или иным цветом. Однако, та  и другая технология имеют как преимущества, так и недостатки.

Экономичность и экологичность. Применение светодиодной подсветки  позволило значительно снизить энергопотребление дисплея и сделать их более безопасными  с  экологической точки зрения. В отличие от люминесцентных ламп, при производстве телевизоров и мониторов , в мониторах с LED-подсветкой не используются вредные для окружающей среды вещества.

Применение нового типа подсветки позволило сделать изображение на экране по-настоящему реалистичным и контрастным. В новой разработке мониторов,  светодиоды расположены по принципу direct LED, то есть по всей плоскости экрана, а не только по краям. За счет этого удалось добиться невероятно глубокого черного цвета – в устройствах реализована функция локального затемнения (Local  Dimming). Это означает, что матрица монитора  постоянно подсвечивается, а в темных сценах соответствующие участки гаснут. Таким образом, изображение делается еще более контрастным. Кроме того, благодаря светодиодной подсветке существенно ярче отображаются и другие цвета и оттенки спектра. В результате картинка, которую передают новые мониторы  с LED-технологией, становится действительно живой и максимально достоверной. За получение наилучшего изображения отвечают сразу несколько систем шумоподавления, в том числе специальный цифровой фильтр 3D Comb Filter. Высокое разрешение – 1920х1080 пикселей - делает данный  монитор  идеальным средством отображения HD-видео.

 

1.2.3.1 Преимущества  LED

 

Во-первых, все типы LED-подсветки  позволяют серьезно экономить электроэнергию – потребление электричества едва ли не вполовину меньше, чем у сопоставимых LCD-телевизоров. Особенно это касается моделей с боковой подсветкой.

 

Во-вторых, в отличие  от флуоресцентных ламп подсветки, LED не содержит ртути.

White LED подсветка (с  боковой подсветкой). Такая система  стоит намного дешевле, чем  RGB-LED, однако по своим характеристикам  она достаточно близка к обычным LCD. Главное ее достоинство – возможность выпуска действительно тонких дисплеев, в некоторых случаях менее 10 мм. Однако возможность регулировать подсветку на разных участках экрана отсутствует, не говоря уже о многоцветной подсветке.

RGB LED подсветка. Действительно довольно интересный вариант, используемый в некоторых моделях (например, от Sony) уже несколько лет. Поскольку система обеспечивает цветную подсветку отдельных фрагментов дисплея, изображение получается чрезвычайно четким и невероятно контрастным, в современных моделях до 1000000:1 и даже выше. Гарантирован глубокий черный цвет – благодаря возможности вовсе отключать отдельные участки.

Есть еще одно явное  преимущество светодиодной подсветки  в сравнении с традиционными  лампами – это быстрая готовность монитора к работе. LED-монитор готов к работе практически сразу после включения питания.

 

1.2.4 OLED – вечно перспективные дисплеи

 

Причины всех побед и  поражений OLED кроются в особенностях технологии. Поэтому давайте взглянем на ее истоки.

Предпосылки появления OLED (Organic Light Emitting Diode) возникли еще в середине прошлого века. В 50-х годах Андре Бернаноз открыл электролюминисцентные свойства специальных органических материалов. Исследования проводились в течение 60-80-х, однако до попыток внедрения разработок дело не доходило. Были обнаружены органические материалы, которые испускали очень яркий свет, при прохождении через них электрического тока. При этом нередко практически вся энергия подаваемая на такой материал превращалась в свет.

Лишь в 1989 году сотрудники Eastman Kodak Чин Танг и Стив ван Слайк  продемонстрировали первый диод, который и открыл путь в большую жизнь материалам, открытым еще 30 лет назад. Танг и Слайк заключили люминисцентный материал между двумя электродами. При пропускании электрического тока анод и катод начинают испускать положительные ионы и электроны. В органическом материале они встречаются, соединяются, а высвободившаяся энергия рассеивается в виде цвета. Заслуга Танга и Слайка была в том, что они не только создали эффективный эмиссионный слой, но и догадались разместить его между двумя электродами, а также сделать один из них прозрачным. Для анодов используется оксид индия, легированный оловом. Он почти полностью пропускает весь видимый диапазон света.

 

 

Рисунок 20 – Схема  двойных OLED-панелей

 

Дальше развитие технологии стало делом техники. К девяностым годам принципы создания цветного изображения уже были хорошо известны и применялись в электронно-лучевых трубках, а также первых ЖК-дисплеях. Особенности материалов, используемых в органических светодиодах, даже упростили задачу. Они могли испускать свет не только разной интенсивности, но и с разной длиной волны. То есть просто нужно было подобрать вещества, которые давали бы чистый красный, зеленый и синий – основные цвета для RGB.

Впрочем, первые OLED-дисплеи, появившиеся в 1998 году были монохромными: с оранжевым, голубым или зеленым оттенком.

 

1.2.4.1 Типы OLED

 

Итак, зеленые, красные и синие светодиоды объединены в ячейки. Ячейки упакованы в матрицу. Чтобы заставить их светиться, необходимо подать на каждую электрический ток определенного напряжения. Самый простой способ - использовать принцип строчной развертки, применяемых в кинескопах: электронный луч последовательно пробегает по слою люминофора, создавая изображение.

В OLED-дисплее контроллер последовательно передает сигнал на каждый из светодиодов. Если это происходит на очень большой скорости, то из-за инерции человеческого зрения, мы видим целостную картинку, а не отдельные вспыхивающие и гаснущие диоды. Такая OLED-матрица называется пассивной. Пассивная матрица дисплеев состоит из массива отображающих элементов или пикселей, расположенных на поверхности по строкам и столбцам. В OLED-дисплее каждый пиксель является органическим светодиодом, образованного на пересечении каждой линии строки и столбца. Первые OLED-дисплеи, также как и первые ЖК-дисплеи адресовались как пассивная матрица. Это означает, что для активизации пикселя необходимо приложить электрические сигналы к линиям строки и столбца, на пересечении которых находится требуемый пиксель. Чем больший ток протекает через каждый пиксель, тем больше яркость наблюдаемого свечения. PMOLED (Passive Matrix OLED) достаточно дешевы в производстве, но не экономичны. Фактически при таком построении картинки не получается раскрыть потенциал OLED, которые имеют очень высокий коэффициент полезного действия. Кроме того, особенности конструкции (задержка сигнала) не позволяют сделать PMOLED с большими диагоналями. Максимум – 3.5 дюйма. Такие дисплеи прописали в некоторые MP3-плеерах, автомагнитолах. Они выступают в качестве служебных и чаще всего являются монохромными. Собственно, первое устройство с OLED-дисплеем, выпущенное в 1998 году, было автомагнитолой.

 

 

Рисунок 21 - На крышке телефона Nokia 7205 расположена пассивная матрица OLED

 

Наиболее приемлемым вариантом является AMOLED (Active Matrix OLED) – дисплей с активной матрицей. В активной матрице OLED-дисплея (AMOLED) информация посылается микротранзистору каждого пикселя, сообщая эму как ярко необходимо светиться пикселю. TFT-транзистор запоминает эту информацию и плавно регулирует ток через OLED. Таким образом, OLED работает все время, избегая необходимости пропускания самых высоких токов, что необходимо в пассивном матричном индикаторе. Здесь каждой ячейке соответствует один управляющий транзистор, а все диоды загораются практически одновременно. Но такие дисплеи относительно дороги в производстве. Кстати, летом 2009 года количество выпускаемых AMOLED превзошло объемы производства PMOLED.

Помимо дисплеев на базе OLED с активной и пассивной матрицы, выделяют экраны в зависимости от способа нанесения органического материала на подложку: микромолекулярные (Small Molecular OLED – SMOLED) и полимерные (Polymer OLED – PLED). В первом случае органика конденсируется на подложке из специального пара. Можно получить люминисцентный слой толщиной в одну или несколько молекул, что улучшает характеристики матрицы. Во втором он наносится в жидком виде. Здесь возможны несколько вариантов технологических решений и оборудования. Как правило, они дешевле, чем SMOLED.

Наконец выделяют несколько типов OLED в зависимости от их потребительских свойств. TOLED – прозрачные дисплеи. В классическом органическом светодиоде прозрачным делается анод, но ничто не мешает сделать таковым и катод. Подобные экраны уже есть у Samsung и LG. Их прозрачность не влияет на восприятие картинки, так как сами OLED обладают высокой яркостью. Кроме того, TOLED пропускают 70-80% света.

 

 

Рисунок 22 – Прототип ноутбука Samsung с прозрачным дисплеем

 

В классическом OLED-дисплее  в качестве подложки используется стекло, но его можно заменить и гибким материалом. Из гибких (flexible) OLED можно  делать дисплеи неправильных форм. Они пригодятся в рекламе, музейном деле. В Японии уже созданы прототипы FOLED, которые можно изгибать не единожды, а многократно. Такой дисплей можно свернуть в трубку. Первые прототипы показаны Sony осенью 2009 года.

 

 

Рисунок 23- Гибкий OLED

 

SOLED – «упакованные»  дисплеи. В классическом OLED светодиоды, как и ячейки кристаллов в  ЖК или люминофор в ЭЛТ объединены  в пучки по три RGB. Но ведь  можно расположить прозрачные  диоды различных цветов друг  над другом, добившись таким образом увеличения суммарной яркости, да и получить оттенок, комбинируя в этой конструкции базовый красный, зеленый и синий будет проще.