В настоящее время наиболее перспективной технологией является технология жидкокристаллических мониторов. И хотя сейчас доля продаж этих мониторов не превышает долю продаж ЭЛТ, она стремительно растёт. Это связано с тем, что в последнее время большинство недостатков LCD дисплеев устранено. К тому же, цена на них очень быстро падает (например, осенью 2003-го года цена среднего 15" ЖК дисплея составляла 10.000 - 11.000 руб., сейчас же, в начале 2006-го, - 6.500 руб., а за 10.000 - 11.000 руб. можно взять 19").
Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.
Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ почти на десять лет, первое описание этих веществ было сделано еще в 1888 г. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике: есть такие вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков, они не были интересны. Итак, жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс (Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот в конце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора – цифровые часы. Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих пор находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.
Работа ЖК дисплеев основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы "просеивает" свет, данный эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.
Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в электронных часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-дисплеи для настольных компьютеров.
Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) 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. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение 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 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 заданному. 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 поворота 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 (лучи подсветки поглощаются в экране полностью). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD монитора, и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. 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. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.
Вообще-то в случае с цветом несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом (приводит к малой доле проходящего излучения), можно воспользоваться свойством жидкокристаллической ячейки - при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения изменяется по-разному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной длины волны (проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение). Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя.
Первые LCD дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как сегодня они достигли 10" и более. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые были решены с помощью появившихся специальных технологий.
Появилась самой первой, но в своем классическом виде практически не использовалась. Изображение было очень бледным, а быстроменяющиеся участки изображения оставляли за собой характерные "хвосты".
Изображение формируется строка за строкой путем последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки, делающего их прозрачными. Ячейка находится на пересечении проводников-электродов строки и столбца. Из-за довольно большой электрической емкости ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому обновление картинки происходит медленно. Такой дисплей имеет много недостатков с точки зрения качества, потому что изображение не отображается плавно и дрожит на экране. Маленькая скорость изменения прозрачности кристаллов не позволяет правильно отображать движущиеся изображения.
Технология STN позволяет увеличить торсионный угол (угол кручения) ориентации кристаллов внутри LCD дисплея с 90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора. Монохромные пассивные матрицы, использующие эту технологию, стали первыми более-менее массовыми.
Часто STN ячейки используются в паре. Такая конструкция называется DSTN, в которой одна двухслойная DSTN-ячейка состоит из 2 STN-ячеек, молекулы которых при работе поворачиваются в противоположные стороны. Свет, проходя через такую конструкцию в "запертом" состоянии, теряет большую часть своей энергии. Контрастность и разрешающая способность DSTN достаточно высокая, поэтому появилась возможность изготовить цветной дисплей, в котором на каждый пиксель приходится три ЖК-ячейки и три оптических фильтра основных цветов.
В активной матрице используются отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и позволяющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Активная матрица имеет массу преимуществ по сравнению с пассивной. Например, лучшая яркость и возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° и более (т. е. при угле обзора 120°-140°) без ущерба качеству изображения, что невозможно в случае с пассивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только с фронтальной позиции по отношению к экрану. Заметим, что уже многие модели LCD мониторов с активной матрицей обеспечивают угол обзора в 160°. Активная матрица может отображать движущиеся изображения без видимого дрожания, так как время реакции дисплея с активной матрицей не более 25 мс против 300 мс для пассивной матрицы, кроме того, контрастность мониторов с активной матрицей достаточно высока. Следует отметить, что яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый элементом люминофора ЭЛТ-монитора сразу после похождения по нему электронного луча. Именно поэтому для LCD мониторов достаточной является частота вертикальной развертки, равная 60 Гц.
Функциональные возможности LCD мониторов с активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов. В случае с пассивной матрицей разные электроды получают электрический заряд циклическим методом при построчном обновлении дисплея, а в результате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен запоминающий транзистор, который может хранить цифровую информацию (двоичные значения 0 или 1) и в результате изображение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал.
Запоминающие транзисторы должны производиться из прозрачных материалов, что позволит световому лучу проходить сквозь них, а значит, транзисторы можно располагать на тыльной части дисплея, на стеклянной панели, которая содержит жидкие кристаллы. Для этих целей используются пластиковые пленки, называемые "Thin Film Transistor", или просто TFT.
Thin Film Transistor, т.е. тонкопленочный транзистор - это те управляющие элементы, при помощи которых контролируется каждый пиксель на экране. Он действительно очень тонкий, его толщина составляет 0,01 - 0,1 микрона.
В первых TFT-дисплеях, появившихся в 1972 г., использовался селенид кадмия, обладающий высокой подвижностью электронов и поддерживающий высокую плотность тока, но со временем был осуществлен переход на аморфный кремний (a-Si), а в матрицах с высоким разрешением используется поликристаллический кремний (p-Si).
Технология создания TFT довольно сложна, при этом имеются трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за того, что число используемых транзисторов очень велико. Например, монитор, который может отображать изображение с разрешением 800х600 пикселей в SVGA режиме и только с тремя цветами имеет 1440000 отдельных транзисторов. Производители устанавливают нормы на предельное количество транзисторов, которые могут быть нерабочими в LCD дисплее. Правда, у каждого производителя свое мнение о том, какое количество транзисторов могут не работать. Стоит однако заметить, что в настоящее время Вы навряд ли найдёте в продаже ЖК-панели с "битыми" пикселями.
Пиксель на основе TFT устроен следующим образом: в стеклянной пластине друг за другом интегрировано три цветных фильтра (красный, зеленый и синий). Каждый пиксель представляет собой комбинацию трех цветных ячеек или субпиксельных элементов. Это означает, например, что у дисплея, имеющего разрешение 1280x1024, существует ровно 3840x1024 транзистора и субпиксельных элемента. Размер точки (пикселя) для 15.1" дисплея TFT (1024x768) приблизительно равен 0.0188" (или 0.30 мм), а для 18.1" дисплея TFT - около 0.011" (или 0.28 мм).
TN+film (скрученный кристалл + пленка) – самая простая технология, поскольку она основана на все тех же скрученных кристаллах. Скрученным кристаллам насчитываются годы – они используются в большинстве TFT панелей. Для улучшения удобочитаемости изображения был добавлен пленочный слой, увеличивающий угол обзора от 90° до 150°. К сожалению, пленка не влияет на уровень контрастности или время реакции, которые остаются плохими.
Когда транзистор находится в выключенном состоянии, то есть не создает электрическое поле, молекулы жидких кристаллов находятся в своем нормальном состоянии и выстроены так, чтобы менять угол поляризации проходящего через них светового потока на 90° (жидкие кристаллы образуют спираль). Поскольку угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу первого, то проходящий через неактивный транзистор свет будет без потерь выходить наружу, образуя яркую точку, цвет которой задается световым фильтром. Когда транзистор генерирует электрическое поле, все молекулы жидких кристаллов выстраиваются в линии, параллельные углу поляризации первого фильтра, и тем самым никоим образом не влияют на проходящий через них световой поток. Второй поляризующий фильтр поглощает свет полностью, создавая черную точку на месте одной из трех цветовых компонент.
У дисплея на скрученных кристаллах существует ряд недостатков. Во-первых, инженеры уже очень долгое время борются за то, чтобы заставить жидкие кристаллы выстраиваться строго перпендикулярно подложке при включении напряжения. Именно по этой причине старые ЖК дисплеи не могли отображать четкий черный цвет. Во-вторых, если транзистор перегорает, он более не может прикладывать напряжение к своим трем субпикселям. Это важно, поскольку нулевое напряжение означает яркую точку на экране. По этой причине «мертвые» ЖК пиксели очень яркие и заметные.
Второе дыхание к технологии TN пришло с появлением матриц с временем отклика 16 мс. Во-первых, на тот момент это были единственные матрицы, для которых можно было указать такое время отклика – а следовательно, это было громадное подспорье маркетинговым отделам, которые могли начать громко рекламировать непревзойденно быстрые матрицы. Как известно, для подобной рекламы лучше всего выделить один параметр, "интуитивно" понимаемый пользователем (насколько близко к реальности понимает его пользователь, уже не столь важно) – тогда достаточно будет крупным шрифтом написать его на коробке; эту идею, крайне широко применяемую при продаже компьютерной (да и не только) техники, наиболее лаконично озвучил Крейг Барретт, говоря об успехах продаж процессоров Intel: "Покупают мегагерцы". Как с точки зрения покупателей процессоров тактовая частота была "интуитивно понятным" показателем, якобы однозначно определяющим скорость процессора (и AMD пришлось приложить немало усилий и потратить немало денег лишь на то, чтобы поколебать это убеждение), так для покупателей ЖК-мониторов время отклика стало (или, как утверждают скептики, было сделано не без помощи маркетинговых отделов) параметром, однозначно определяющим качество матрицы.
Кроме того, технология TN – самая дешевая из имеющихся технологий производства ЖК-матриц, а значит, ЖК-мониторы на этих матрицах можно продавать дешевле, чем изделия конкурентов на других типах матриц. Это сочетание – дешевизна и интуитивно понятная для пользователей характеристика – оказалось практически убийственным для других типов матриц. Снова проводя аналогию с процессорами – представьте себе эффект от появления в продаже многогигагерцовых процессоров Intel по цене значительно ниже конкурирующих изделий AMD. Ох, несладко бы пришлось в этом случае AMD...
Именно эта ситуация и была реализована производителями ЖК-мониторов пару лет назад – на рынок были выброшены TN-матрицы, мониторы на которых были одновременно дешевле конкурентов на IPS или MVA матрицах и "качественнее" их же (это слово я беру в кавычки, потому что под качеством маркетинговые отделы понимали одну-единственную достойную внимания характеристику TN – время отклика). В результате к настоящему моменту все 17-дюймовые мониторы, кроме буквально нескольких моделей (некоторые мониторы Samsung выпускаются на базе PVA-матриц, а у Iiyama есть модель H430S на базе S-IPS-матрицы), выпускаются на базе TN-матриц, и уже началось наступление TN на рынок 19-дюймовых мониторов – до сих пор его спасало фактически только отсутствие большеформатных TN-матриц.
К сожалению, на практике время отклика отнюдь не является показателем качества. Во-первых, время отклика 16 мс для новых матриц было достигнуто за счет трюка, возможного благодаря методике измерения времени отклика. Как Вы помните, оно измеряется только на переключении матрицы с черного на белый и обратно... а теперь посмотрите на приведенные ниже графики времени переключения пиксела с черного на градации серого.
На этом графике представлены результаты двух мониторов – NEC LCD1760VM имеет время отклика 25 мс, а Iiyama ProLite E431S – 16 мс. Невооруженным глазом видно, что графики совпадают практически полностью, за исключением именно переключения с черного на белый, где 16 мс матрица резко вырывается вперед. Такая ситуация не является уникальной для данного монитора – все TN-матрицы со временем отклика менее 25 мс демонстрируют такие же графики. Разумеется, время отклика на переходах с черного на серый тоже уменьшается – для современных 12-миллисекундных матриц оно составляет уже менее 25 мс в максимуме, и очевидно, что если бы продолжалось дальнейшее развитие 25 мс матрицы, то и они могли бы достичь таких же показателей, за исключением резкого падения времени отклика на переходах с черного на белый. Впрочем, компании Samsung удалось добиться времени перехода с черного на серый менее 20 мс в своем SyncMaster 710T, однако это пока единственный случай, где максимальное время отклика в достаточной степени соответствует паспортному времени – во многих остальных мониторах выигрыш "быстрых" матриц на переходах с черного на серый весьма невелик и составляет не более 2-3 мс по сравнению с матрицами предыдущего поколения. Иначе говоря, на практике Вы обнаружите, что во многих случаях 16 мс матрица быстрее 25 мс отнюдь не в полтора раза, а 12 мс матрица быстрее 16 мс опять же не в 1,33 раза, а несколько меньше.
Тем не менее, постепенное улучшение времени отклика, хоть оно и не столь велико, как это кажется из приводимых производителями цифр, не может не радовать. К настоящему моменту 25 мс матрицы уже полностью вытеснены с рынка, а господствуют на нем 16 мс модели (я сейчас говорю про TN+Film и только про TN+Film матрицы!). Впрочем, и их господство продлится недолго – уже появились модели на 12 мс и даже на 8 мс матрицах. Однако даже с таким временем отклика ЖК-матрицам еще далеко до ЭЛТ-мониторов – для того, чтобы смазывание движущихся изображений стало неразличимо, необходимо время отклика порядка 4 мс, причем не только на переходах с черного на белый, а во всем диапазоне оттенков.
Выше я сетовал на то, что маркетинговые отделы производителей мониторов постарались сделать время отклика основным параметром матрицы, что не совсем адекватно отражает действительность. Вернемся же к другим параметрам этих матриц...
Во-первых, у матрицы есть углы обзора. Проблема первых 16-миллисекундных матриц заключалась в том, что эти углы обзора были настолько малы, что это делало фактически неприемлемой нормальную работу за монитором – даже сидя перед ним неподвижно, все равно нельзя было не отметить, что верх экрана заметно темнее низа, а по бокам цвета начинают слегка отдавать в желтизну... Вообще говоря, такая особенность – заметное потемнение при взгляде снизу – однозначно выдает TN-матрицу, ибо на других типах матриц не наблюдается.
Разумеется, с тех пор произошли заметные улучшения – горизонтальные углы обзора стали достаточными для того, чтобы, даже сидя перед монитором вдвоем, не жаловаться на "грязноватость" белого цвета, да и вертикальные углы уже не доставляют больших неудобств, хотя неравномерность яркости экрана по вертикали до сих пор заметна даже на лучших образцах матриц. К сожалению, производители мониторов на TN-матрицах, стараясь догнать конкурирующие типы матриц по этому параметру хотя бы на бумаге, стали все чаще указывать углы обзора, измеренные по падению контрастности до 5:1, а не до 10:1 – таким образом TN-матрицы "обзавелись" паспортными углами обзора 160°, не получив при этом никаких реальных преимуществ. Здесь мне хотелось бы еще раз предостеречь читателей и напомнить про описанный выше метод измерения углов обзора – даже заявленный производителем "честный" угол обзора 140° означает вовсе не то, что для обнаружения его нехватки придется "смотреть на монитор из-под стола" или "танцевать перед ним во время работы", как полагают при взгляде на заявленные характеристики многие покупатели, ибо заметные на глаз искажения картинки наступают при углах намного меньше заявленных, а цифра "140°" означает сильные искажения картинки при взгляде под такими углами. Так, неравномерность яркости по вертикали на TN-матрицах можно легко заметить, даже неподвижно сидя прямо перед монитором, а потому, если для Вас важна равномерность изображения по всей площади экрана, то монитор на базе TN-матрицы будет, прямо скажем, худшим вариантом выбора из возможных.
Во-вторых, контрастность TN-матриц также оставляет желать лучшего. Несмотря на то, что большинство производителей заявляют контрастность порядка 500:1, реальная контрастность таких матриц редко достигает даже 300:1, и лишь немногим экземплярам мониторов удается добраться до 400:1. На практике это означает, что получить на мониторе с TN-матрицей качественный черный цвет практически невозможно, а уж в полутемной комнате (например, при просмотре фильмов) черный фон на экране будет отчетливо подсвечиваться. Впрочем, надо заметить, что контрастность матриц сильно зависит от их производителя – если, скажем, для последних матриц от Samsung контрастность 300...400:1 является достаточно стандартным показателем, то матрицы от Chunghwa Picture Tubes (CPT) зачастую демонстрируют столь плачевную контрастность, что мониторы на их базе не всегда можно рекомендовать даже в качестве недорогих офисных моделей.
Еще один недостаток TN-матриц – в случае выхода из строя тонкопленочного транзистора на экране появляется яркая точка, ибо в неактивном состоянии пикселы в TN-матрицах свободно пропускают свет. Такие точки значительно заметнее, чем просто темные пикселы, особенно если Вы собираетесь использовать монитор дома, то есть преимущественно вечером и для просмотра фильмов или игр.
В-третьих, не лучше и цветопередача этого типа матриц. Мало того, что все без исключения "быстрые" матрицы – 18-битные, то есть отображение 16,2 млн. цветов на них достигается исключительно за счет FRC, так еще и даже без учета этого цвета на TN-матрицах оставляют желать лучшего – они бледные, невыразительные и сравнительно далеки от естественных, что делает TN-матрицы малопригодными для работы с цветом даже на среднем любительском уровне.
Таким образом, малое время отклика оказывается не только главным, но и единственным преимуществом TN-матриц – все остальные параметры находятся у них на весьма среднем уровне. Мониторы на этом типе матриц подойдут для игр или просмотра фильмов, а также для обычной офисной работы, но вот для серьезной работы лучше будет обратить внимание на другие типы матриц. К сожалению, фактически это ограничивает выбор мониторов моделями с диагональю от 19 дюймов и больше, ибо среди 17-дюймовых моделей абсолютное большинство имеют именно TN+Film матрицу.
Super-TFT, или IPS (In-Plane Switching - приблизительно это можно перевести как "плоскостное переключение"), разработанная японскими компаниями Hitachi и NEC. IPS представляет собой своеобразный компромисс, когда за счет снижения одних характеристик цифровых панелей оказалось возможным улучшить другие: расширить угол обзора до примерно 170° (что, практически, соотносимо с аналогичными показателями ЭЛТ-мониторов) за счет более точного механизма управления ориентацией жидких кристаллов, что и явилось ее главным достижением. Такой важный параметр, как контрастность, остался на уровне TN TFT, а время отклика даже немного увеличилось.
Суть технологии Super-TFT в том, что разнополярные электроды располагаются не в разных плоскостях, а в одной. При отсутствии электрического поля молекулы жидких кристаллов выстроены вертикально и не влияют на угол поляризации проходящего через них света. Поскольку углы поляризации фильтров перпендикулярны, то свет, идущий через выключенный транзистор, полностью поглощается вторым фильтром. Создаваемое электродами поле поворачивает молекулы жидких кристаллов на 90° относительно позиции покоя, меняя тем самым поляризацию светового потока, который пройдет второй поляризующий фильтр без помех.
Среди плюсов технологии IPS можно отметить четкий черный цвет, большой угол обзора, достигающий 170°, и тот факт, что "битые" пиксели теперь выглядят черными, а потому они и достаточно малозаметны. Минус не столь очевиден, но существенен: электроды располагаются на одной плоскости, по паре на цветовой элемент, и закрывают собой часть проходящего света. В результате страдает контрастность, которую приходится компенсировать более мощной подсветкой. Но это мелочь по сравнению с главным недостатком, состоящим в том, что создание электрического поля в подобной системе требует больших затрат энергии и занимает больше времени, из-за чего растет время отклика.
Дальнейшее совершенствование технологии IPS породило целое семейство технологий: S-IPS (Super IPS), SFT (Super Fine TFT), A-SFT (Advanced SFT), SA-IPS (Super Advanced IPS), SA-SFT (Super Advanced SFT), UA-IPS (Ultra Advanced IPS), UA-SFT (Ultra Advanced SFT), DD-IPS (Dual Domain IPS).
Панели, выполненные по технологии S-IPS, получили большое распространение, в первую очередь стараниями одного совместного предприятия – LG.Philips LCD, наладившего выпуск сравнительно недорогих и весьма качественных 19" и 20" матриц. Причем цена – а 19" монитор LG L1910S на S-IPS панели последнего поколения можно купить менее чем за 600 долларов – является весьма немаловажным достижением, ибо очень долгое время IPS-матрицы являлись наиболее дорогими, что сильно сдерживало их распространение.
Помимо дороговизны, серьезным недостатком IPS-панелей являлось время отклика – для первых панелей оно составляло до 60 мс (и это на "официальных" переходах с черного на белый и обратно, на переходах же между оттенками серого – и того больше), постепенно опустившись до 35 мс – но даже такое улучшение все еще не позволяло использовать IPS-матрицы для игровых мониторов. К счастью, в последнее время инженерам удалось добиться снижения полного времени отклика до 25 мс, причем эта цифра практически поровну делится между временами зажигания и гашения пиксела. К тому же на переходах с черного на серый цвет время отклика по сравнению с паспортным растет не сильно, что позволяет современным S-IPS матрицам практически на равных конкурировать с TN-матрицами по этому параметру. На графике приведено сравнение времени зажигания пиксела для 16 мс TN+Film матрицы монитора NEC LCD1760NX и 25 мс S-IPS матрицы монитора LG Flatron L1910S – как видите, графики весьма близки.
А вот в чем IPS-матрицы всегда превосходили TN+Film, так это в цветопередаче и углах обзора. По качеству цветопередачи S-IPS матрицы фактически не оставляют шансов другим жидкокристаллическим технологиям – только они демонстрируют настолько приятные и мягкие цвета, очень естественные и близкие к качественным ЭЛТ-мониторам. Благодаря этому все без исключения ЖК-мониторы для профессиональной работы с цветом базируются именно на S-IPS матрицах – от сравнительно недорогих моделей до hi-end мониторов серий Eizo ColorEdge со встроенными средствами пользовательской аппаратной калибровки.
Углы обзора после TN-матриц также не могут не радовать – сидя перед монитором, невозможно заметить ни малейших искажений картинки, как это бывает у мониторов на базе TN+Film. С этой точки зрения есть только один специфичный для технологии IPS недостаток – при отклонении вбок черный цвет приобретает характерный фиолетовый оттенок (по которому, к слову, можно легко отличить IPS-матрицу от любой другой технологии). Впрочем, с этим недостатком идет достаточно успешная борьба разработчиков матриц, и, хотя до полной победы еще далеко, фиолетовую засветку можно спокойно отнести к несущественным – в большинстве случаев – недостаткам.
Единственной действительно хорошо заметной проблемой S-IPS матриц на данный момент является невысокая контрастность – как правило, она составляет всего лишь около 200:1, то есть находится на уровне TN-матрицы среднего класса. На практике это приводит к тому, что вместо черного цвета на мониторе будет наблюдаться темно-серый – и если при работе при дневном освещении это практически не заметно, то при использовании монитора дома вечером, при неярком освещении постоянная подсветка черного фона (а уж тем более в сочетании с характерным фиолетовым оттенком при взгляде чуть сбоку) может несколько разочаровать.
Увы, но по указанным ранее причинам к настоящему моменту IPS-матрицы полностью вытеснены с рынка 17-дюймовых мониторов (за исключением модели Iiyama H430S, по своим характеристикам подходящей только для работы со статичными изображениями – большое время отклика делает ее малопригодной для динамичных игр или работы с видеороликами), так что покупателям, которых не устраивает невысокое качество изображения TN+Film матриц, но все же требуется низкое время отклика, волей-неволей приходится обращать внимание на 19-дюймовые модели. К счастью, среди них S-IPS матрицы достаточно распространены, чтобы не стеснять покупателя в выборе – так, на них базируются весьма распространенные модели LG Flatron L1910S и L1910B, NEC MultiSync LCD1960NXi (не путайте с моделью LCD1960NX, в ней используется другой тип матрицы), Philips Brilliance 190B5 и многие другие.
С точки же зрения целей и задач мониторы на базе S-IPS матриц – единственный разумный выбор для любой сколь-нибудь серьезной работы с цветом. Кроме того, эти матрицы являются наиболее разумным компромиссом между различными требованиями – они обеспечивают отличные углы обзора и достаточно малое время отклика, а потому отлично подойдут людям, выбирающим себе домашний монитор для игр, фильмов и интернета. TN+Film же матрицы, проникшие в последнее время на рынок 19-дюймовых мониторов, несмотря на лучшее время отклика, имеют весьма и весьма скромные углы обзора (всего лишь 140 градусов), а потому для мониторов с большой диагональю их довольно трудно назвать хорошим выбором.
Данная технология была разработана компанией Fujitsu в 1996 году. В такой системе кристаллы без подачи напряжения выстроены вертикально по отношению ко второму фильтру. Таким образом, свет не может проходить через них. Как только к ним будет приложено напряжение, кристаллы поворачиваются на 90°, пропуская свет и создавая на экране яркое пятно.
Преимуществами такой системы являются скорость и отсутствие как спиралевидной структуры, так и двойного магнитного поля. Благодаря этому время реакции уменьшилось до 25 мс. Здесь также можно выделить преимущество, которое мы уже упоминали в IPS – очень хороший черный цвет. Главное же проблемой системы VA явилось искажение оттенков при просмотре экрана под углом. Если вывести на экран пиксель какого-либо оттенка, к примеру, светло-красный, то к транзистору будет приложено половинное напряжение. При этом кристаллы повернутся только наполовину. Спереди экрана вы увидите светло-красный цвет. Однако если вы посмотрите на экран сбоку, то в одном случае вы будете смотреть вдоль направления кристаллов, а в другом – поперек. То есть с одной стороны вы увидите чистый красный цвет, а с другой – чистый черный цвет.
Некоторые производители предпочитают использовать MVA, технологию, разработанную Fujitsu (MVA является дальнейшим развитием технологии VA). Как они считают, MVA обеспечивает лучший компромисс практически во всем. И вертикальный, и горизонтальный угол обзора составляют 160°; время реакции в два раза меньше, чем у IPS и TN+film – 25 мс; цвета отображаются намного более точно.
Суть технологии MVA заключается в следующем: для расширения угла обзора все цветовые элементы панели разбиты на ячейки (или зоны), образуемые выступами на внутренней поверхности фильтров. Цель такой конструкции - дать возможность жидким кристаллам двигаться независимо от своих соседей в противоположном направлении. Это позволяет наблюдателю, вне зависимости от угла обзора, видеть один и тот же оттенок цвета - отсутствие такой возможности было главным недостатком предыдущей технологии VA. В выключенном положении молекулы жидких кристаллов ориентированы перпендикулярно второму фильтру (каждому его выступу), что на выходе дает точку черного цвета. При слабом электрическом поле молекулы немного поворачиваются, образуя на выходе точку половинной интенсивности серого цвета. Стоит заметить, что интенсивность света для наблюдателя не зависит от угла обзора, поскольку более яркие ячейки, попавшие в поле зрения, будут компенсироваться находящимися рядом более темными. В полном электрическом поле молекулы выстроятся так, чтобы при разных углах наблюдения на выходе была видна точка максимальной интенсивности.
Потенциал технологии MVA и ее клонов значителен. Один из главных ее плюсов - сокращенное время отклика. Кроме этого, также можно отметить и такое преимущество MVA, как очень хороший черный цвет. Однако сложное устройство панели не только серьезно увеличивает стоимость готового LCD-дисплея на ее основе, но и не позволяет производителю в полной мере реализовать все возможности MVA по причине сложностей технического характера.
В течение нескольких лет аналитики прочили MVA-матрицам светлое будущее и большую часть рынка – TN-матрицы по прогнозам должны были быть вытеснены в нижний сегмент рынка (они изначально были дешевле MVA), дорогие S-IPS матрицы – напротив, в верхний, а на основной части рынка должна была восторжествовать MVA. Этим прогнозам не суждено было сбыться – виной тому, помимо описанного выше эффекта от появления дешевых 16 мс TN-матриц, стала все же сравнительно высокая цена MVA в сочетании с очень маленькой скоростью этих матриц. Нет, я не ошибся – несмотря на многочисленные заявления о великолепном (на тот момент) времени отклика 25 мс, MVA матрицы оказались одними из самых медленных. Хитрость здесь, как и почти во всех случаях с временем отклика, оказалась в методике измерения.
С уменьшением разницы между начальным и конечным состояниями пиксела время отклика растет просто катастрофически, делая эти матрицы практически непригодными для динамичных игр – то есть для домашнего применения. Конечно, "пригодность" – это очень субъективное понятие, и кого-то вполне устроит и изображение на MVA, однако не признать, что по этому параметру они объективно уступают как TN, так и IPS-матрицам, нельзя.
Долгое время производители обещали 16-миллисекундные MVA-матрицы, якобы призванные успешно конкурировать с "быстрыми" TN-матрицами, однако и это заявление – не более чем игра на неосведомленности большинства покупателей об особенностях измерения времени отклика. Иначе говоря, с точки зрения среднего покупателя именно указанная цифра полного времени отклика определяет быстродействие матрицы, а потому 25 мс MVA – это плохо, а вот 16 мс MVA – это явно хорошо. На практике же, разумеется, вид графика времени зажигания пиксела на переходах черный-серый ничуть не меняется – с переходом от 25 мс к 16 мс матрицам та же самая кривая лишь опускается немного ниже. Конечно, то, что время переключения с черного на темно-серый снизится с 90 мс до 80 мс, приятно – но по большому счету оно все равно слишком велико, чтобы хоть как-то конкурировать с другими типами матриц. Таким образом, переход с 25 мс на 16 мс MVA, как это ни странно звучит, в первую очередь нужен тем, кто использует монитор для работы с текстом или чертежной графикой, ибо у новых матриц смазывание текста при его плавном перемещении будет заметно меньше. А вот любителям динамичных игр будет намного разумнее выбрать монитор на 25 мс S-IPS матрице, нежели на 16 мс MVA.
Также не очень гладко оказалось у MVA и с цветопередачей. Эти панели дают сочные, яркие цвета, однако из-за особенностей доменной технологии при взгляде точно перпендикулярно экрану многие тонкие оттенки (в первую очередь темные) напрочь теряются, а при небольшом отклонении в сторону – появляются вновь. Производители панелей иногда также упоминают большой цветовой охват, но, как я уже отмечал, это скорее свойства светофильтров и подсветки, нежели матрицы. Таким образом, с точки зрения цветопередачи MVA-матрицы занимают промежуточное положение между IPS и TN – с одной стороны, они значительно лучше TN-матриц по этому параметру, но, с другой стороны, на равных конкурировать с IPS им не дает описанный выше недостаток.
Впрочем, есть у MVA-матриц и несомненные достоинства. Во-первых, это контрастность... впрочем, даже здесь все не так просто. Разговоры о высокой контрастности MVA-матриц велись во времена продвижения этой технологии на рынок, когда для ЖК-монитора даже контрастность 300:1 была очень высокой. Однако с тех пор TN-матрицы совершили серьезный рывок вперед, и неожиданно MVA-матрицы оказались не то что бы не лидерами по сравнению с TN, но фактически на грани поражения. Кроме того, MVA-матрицы, изначально разработанные Fujitsu, в данный момент производят несколько компаний различного уровня – и если у современных матриц Premium MVA от Fujitsu или AU Optronics реальная контрастность составляет порядка 400...600:1, то изделия, скажем, от Chi Mei Optoelectronics (CMO) редко могут похвастаться контрастностью, значительно превышающей 200:1 – иначе говоря, по этому параметру они не просто не лучше TN-матриц, а зачастую даже и хуже, особенно если сравнивать с новыми моделями TN-матриц от крупных производителей, таких, как LG.Philips или Samsung. Таким образом, один только факт, что в мониторе установлена MVA матрица, еще не дает гарантии, что его контрастность окажется на подобающем уровне.
С углами обзора, впрочем, у MVA все действительно в порядке – как и у IPS-матриц, заявленные цифры действительно оказываются "реальными" углами обзора. Иначе говоря, сидя перед монитором на MVA-матрице, заметить какую-либо неравномерность, вызванную недостатком угла обзора, весьма трудно – да и даже при взгляде под достаточно большими углами изображение остается сравнительно контрастным и без сильных искажений цвета (как это наблюдается, например, у TN-матриц с их белым цветом, переходящим при взгляде сбоку в грязно-желтый). Также надо отметить, что и вертикальные углы обзора у MVA-матриц ничуть не хуже горизонтальных.
Как видите, матрицы получились достаточно неоднозначными. Пожалуй, лучше всего они подходят для работы с текстом и чертежной графикой – здесь отличные углы обзора и большая контрастность (с учетом написанного выше про матрицы разных производителей и разных лет выпуска) будут как нельзя кстати, а вот цветопередача и время отклика на переходах с черного на серый практически не имеют значения. Также хорошо подойдут мониторы на базе MVA в качестве домашних мониторов для людей, не интересующихся динамичным игрушками – для просмотра фильмов и запуска стратегий (и прочих игр, не критичных к скорости реакции), быстродействия этих матриц вполне достаточно, а глубокий черный цвет (благодаря высокой контрастности) будет весьма кстати людям, часто использующим компьютер вечером или ночью. Если же Вам нужен монитор для работы с цветом или для быстрых игр, то, несмотря на заверения производителей MVA-матриц, намного более разумным выбором будут мониторы на базе S-IPS-матриц. К сожалению, как и в случае с S-IPS-матрицами, с рынка 17" мониторов технология MVA вытеснена полностью, так что шанс встретить эти матрицы есть только у покупателей 19" моделей.
Технология PVA – Patterned Vertical Alignment – была разработана компанией Samsung в качестве альтернативы MVA. Отмечу, что такая модель разработки для Samsung не нова – в свое время существовала также технология ACE, фактически аналогичная более привычному IPS. Тем не менее, говорить о том, что PVA есть копия MVA, созданная лишь с целью ухода от лицензионных выплат Fujitsu, неверно – как Вы увидите ниже, параметры и пути развития MVA и PVA матриц различаются достаточно, чтобы можно было говорить о PVA как о самостоятельной технологии.
Тем не менее, структура жидких кристаллов в PVA такая же, как и в MVA – домены с различной ориентацией кристаллов позволяют сохранять нужный цвет практически независимо от угла, под которым пользователь смотрит на монитор. Фактически в последних моделях мониторов от Samsung углы обзора при традиционном их измерении по падению контрастности до 10:1 ограничиваются даже не матрицей, а скорее пластиковой рамкой вокруг экрана.
Увы, но со временем отклика у PVA-матриц существует ровно та же проблема, что и у MVA – оно катастрофически растет при уменьшении разницы между начальным и конечным состояниями пиксела.
Не столь давно компания Samsung выпустила монитор SyncMaster 193P с PVA-матрицей с полным временем отклика 20 мс, однако ситуация с ним такая же, как и с 16 мс MVA-матрицами – матрица действительно стала быстрее предшественницы, но на фоне зависимости времени отклика от разницы между начальным и конечным состоянием пиксела это улучшение малозаметно.
Такая же проблема, как и у MVA, есть и с цветопередачей – при взгляде перпендикулярно экрану матрица "теряет" некоторую часть оттенков, которые вновь появляются при небольшом отклонении вбок.
Зато с чем у PVA лучше, так это с контрастностью. Во-первых, PVA-матрицы производит только Samsung, а потому проблем с разнобоем качества между различными производителями нет и быть не может в принципе. Во-вторых, Samsung весьма активно работает над увеличением контрастности, и эта работа приносит свои плоды – мониторы на PVA-матрицах (которые также производит в основном Samsung) с контрастностью менее 400:1 являются редким исключением, типичным значением контрастности является 600...800:1, а последние модели – SyncMaster 910N и 910T – продемонстрировали на тестах контрастность, намного превышающую 1000:1 (в одном из режимов на модели 910T калибратор даже не смог измерить уровень черного, благодаря чему контрастность получилась "как будто" бесконечной). В общем и целом, можно сказать, что PVA-матрицы на данный момент являются единственным типом матриц, для которых показатели реальной контрастности в среднем не меньше, а зачастую и больше, чем заявленные производителем. Это фактически единственные на данный момент ЖК-матрицы, способные продемонстрировать действительно глубокий черный цвет.
Иначе говоря, можно сказать, что PVA-матрицы являются улучшенным вариантом MVA – не имея каких-либо недостатков, кроме уже имеющихся и у MVA, они демонстрируют намного более высокую контрастность и имеют значительно более предсказуемое качество изготовления благодаря производству на заводах только одной компании. Таким образом, PVA-матрицы имеют те же предназначения и противопоказания, что и MVA – они отлично подходят для работы с чертежным текстом и графикой, хорошо подходят для просмотра фильмов и малоподвижных игр, однако будут далеко не лучшим выбором для динамичных игр или работы с цветом. Большим плюсом PVA-матриц является также то, что Samsung выпускает линейку 17-дюймовых мониторов на их базе – и они являются фактически единственным выбором для желающих приобрести 17-дюймовый монитор не на TN-матрице.
Прежде всего рассмотрим еще раз устройство обыкновенной ЖК-панели. Она состоит из стеклянной защитной пластины, а также пластин с нанесенными полупрозрачными электродами из окисла индия, поляризационных фильтров (верхнего и нижнего), полимерных пленок с микроскопическими направляющими бороздками, прозрачной подложки со слоем аморфного кремния и, наконец, мощной галогенной лампы. Правильную ориентацию молекулам придают направляющие бороздки на полимерных пленках. А ориентировать молекулы необходимо, поскольку они имеют лишь одну ось симметрии, вдоль которой и надо направить свет, чтобы его поляризация изменилась. Первоначальное расположение молекул соответствует пассивному состоянию, когда свет проходит сквозь слой ЖК неизмененным. Чтобы скорректировать поляризацию света, пропускаемого через определенный пиксел, следует избирательно подать напряжение на полупрозрачные электроды, отвечающие за его формирование. Для этого и существует слой аморфного кремния, в котором расположены управляющие транзисторы, числом равные количеству активных пикселов.
Узнав об этих свойствах жидких кристаллов, несложно догадаться, зачем нужен верхний поляризационный фильтр - он пропускает свет лишь определенной поляризации. Подали напряжение на ячейку панели - и поляризация изменилась, а точка на экране погасла.
Функция нижнего фильтра тоже очевидна, если вспомнить, что поляризация света, излучаемого лампой, является случайной и практически не контролируется. Чтобы верхний, ближний к пользователю, фильтр был эффективен (ведь он поглощает только свет с каким-то одним направлением поляризации), необходимо убрать все типы поляризации, кроме одного-единственного. Поскольку основное состояние компьютерного дисплея - это свечение, для экономии электроэнергии поляризационные фильтры выбирают так, чтобы пассивное состояние ЖК-ячейки соответствовало пропусканию, а включенное - блокированию. Пикселы цветного изображения формируются с помощью трех отдельных ЖК-ячеек, снабженных светофильтрами.
В чем "беда" жидкокристаллических мониторов? В них так много слоев, что пропускаемый сквозь этот "сандвич" свет существенно ослабляется. Мы видим яркое и четкое изображение лишь благодаря мощной галогенной лампе, расположенной с тыльной стороны монитора. Лампа греется, тратит уйму электроэнергии и постепенно "садится", т. е. яркость ее со временем падает. Вдобавок ко всему на дневном свету никакая лампа не поможет - все равно ничего не будет видно. Другая проблема ЖК-технологии - управляющие транзисторы. Нанести огромное их количество на подложку 15" панели современного монитора без брака очень сложно.
LCOS позволяет одним махом решить все проблемы, навалившиеся на индустрию ЖК-дисплеев.
Начнем с названия. Из него следует, что для изготовления устройства никакого аморфного кремния, громоздких панелей и больших хрупких стекол не требуется. Хотя конструкция LCOS-дисплея почти такая же, что и традиционного LCD, за исключением размера и способа отображения. Пакет из двух пластин с ориентирующими бороздками и жидким кристаллом: на верхнюю нанесен общий (сплошной слой) электрод из окисла индия, а на нижнюю - зеркальный слой, разделенный на отдельные электроды-ячейки. Нижние электроды подключены к матрице обыкновенных транзисторов, которые ими управляют. Свет попадает на пакет сверху через один поляризационный фильтр, отражается от зеркального слоя и уходит обратно, но немного под другим углом. Как раз под таким, чтобы пройти через другой поляризационный фильтр. Если какая-либо ЖК-ячейка была под напряжением, значит, пиксел, за который она отвечает, поменяет состояние: например, с "включено" на "выключено".
Таким образом, LCOS-дисплей работает на отражение, следовательно, при естественном дневном освещении проблем не возникнет. Однако тут закрадываются два подозрения: виной тому присутствие в описании словосочетания "обыкновенный кремний" и отсутствие любых упоминаний о светофильтрах. Итак, все это правда - в "естественном" виде LCOS-монитор имеет размер с ноготок младенца (хотя и достаточно "взрослое" разрешение, например 1024 x 768) и способен формировать изображение только в градациях серого.
Однако есть предостаточно способов отобразить с помощью такого миниатюрного чипа нормальную полноразмерную картинку. Например, проекция на экран или, что еще более заманчиво, прямо на сетчатку глаза. Последняя методика отлично подходит для конструирования мобильных устройств: сотовых телефонов, PDA, портативных DVD-плееров.
В коктейле пока не хватает единственного компонента - цвета. Самый простой способ сделать цветной LCOS-дисплей состоит в организации быстро переключающегося цветного освещения. К примеру, китайская компания China Display Digital Imaging Technology является приверженцем схемы с переключающимся трехцветным диодом. Чтобы у человека появилась иллюзия цветного изображения, необходимо синхронно обновлять изображение на панели и цвет свечения диода в несколько раз быстрее, чем происходит смена кадровой частоты.
Аналогичным образом функционирует и вращающийся секционный светофильтр. Синхронизировав вращение со сменой картинки на панели, можно добиться точно такого же эффекта.
И наконец, наиболее совершенна, однако и более громоздка реализация схемы трех панелей. Система включает в себя три LCOS-панели, установленные параллельно трем граням воображаемого куба, называемого еще "цветовым кубом" (color cube). Сначала единый поток света разбивается на три луча с помощью системы призм, а затем, после отражения от панелей, снова собирается в единый пучок. Единственный вариант, который не нашел применения в случае LCOS, - наложение светофильтров непосредственно на ячейки панели, как это делается при изготовлении обычных ЖК-дисплеев. Естественно, при этом количество ячеек должно в три раза превосходить число пикселов.
Существует два типа чипов LCOS: сформированные на подложке из поликристаллического кремния и однокристальные, сделанные по CMOS-технологии, известной как SOI (Silicon-on-Insulator). Именно последняя методика дает возможность добиться достаточно быстрого переключения состояния ячеек для реализации схемы с вращающимися светофильтрами. К поликристаллическому кремнию склоняются японские компании, а к SOI - американские. Этот факт объясняет некоторые различия между техническими параметрами конечной продукции евро-американских и японских альянсов.
Конечно же, не все так просто, как может показаться сразу, и за 9 лет, в течение которых шли разработки, технология LCOS была вынуждена преодолеть немало проблем. Например, как осветить миниатюрную панель поляризованным светом так, чтобы он прошел сквозь слой ЖК, отразился от алюминиевых зеркальных электродов и вернулся к зрителю? Для этого применяли поляризационные делители лучей (polarizing beam splitter), которые сами по себе стоят немало. Потом возникла еще более фундаментальная проблема: галогенная лампа имеет довольно большую площадь свечения. Согласно законам оптики, на конечных расстояниях невозможно сфокусировать свет от неточечного источника в пятно меньше определенного диаметра. Увы, галогенные лампы, как правило, имеют значительный зазор между электродами, и генерируемый разряд обладает довольно большими геометрическими размерами, а LCOS-дисплей столь миниатюрен, что эффективность освещения (доля света, попадающего на панель, а не мимо) получается невысокой. Пришлось заняться конструированием специальных галогенных ламп с уменьшенным расстоянием между электродами.
Малые размеры матрицы не самым лучшим образом отражаются и на контрастности и яркости конечного изображения. Потеря яркости при "масштабировании" достигает 70%. Иногда, помимо низкой контрастности и яркости, наблюдается "эффект призмы", который описывают как появление "ярких трехцветных точечных источников света" в поле изображения.
В 2001 г. Thomson представила 50" проекционный телевизор HDTV RCA L50000, обеспечивающий изображение разрешением 1280x720 точек. "Сердце" устройства - три чипа от упомянутой выше Three Five System и, соответственно, трехпанельная методика генерации цвета. Толщина телевизора составила 45 см, а масса - 45 кг. Цена на RCA L50000 в онлайновых магазинах сегодня ещё очень высока - она составляет несколько тысяч долларов.
JVC начала поставки первых 50" мониторов на базе LCOS-панелей еще в 1999 г. (правда, только в Японии). Для формирования цветного изображения JVC использует голографические фильтры, а особая архитектура чипов даже запатентована под названием D-ILA (Direct Drive Image Light Amplifier). Идея заключается в многослойной организации управляющих транзисторов, электродов и прочих схем. Это ликвидирует межпиксельные промежутки, характерные для обычной "плоской" конфигурации. Последние чипы JVC содержат матрицу 3,2 см, состоящую из 3,2 млн. элементов (2048x1536). В таких проекторах применяется не галогенная, а ксеноновая лампа. Для того чтобы сформировать достаточный световой поток, мощность ее должна быть примерно в 2-3 раза выше, чем в случае ламп для LCD- или DLP-устройств. В настоящий момент японская корпорация имеет целую линейку проекторов, выпускаемых под кодом DLA-x.
Philips недавно начала продажи в США телевизора DD720, использующего единственный чип LCOS и некую фирменную технологию получения цвета scrolling color. Фокус состоит в применении четырех призм: одна разделяет свет на красную, голубую и зеленую составляющие, три другие вращаются, за счет чего происходит "сканирование" цветными лучами поверхности единственной LCOS-матрицы. Образуются три бегущие цветные полосы, вслед за перемещением которых по матрице соответствующим образом изменяется изображение. В опытной установке использовался обыкновенный двигатель от жесткого диска, обеспечивший частоту полного цикла сканирования 180 Hz. Плюс технологии - высокая эффективность, поскольку в схеме отсутствуют светофильтры, снижающие мощность светового потока на 2/3. В целом патентованная система, сделавшая возможными достижение контрастности 1000:1 и разрешения 1280ч768, носит название engaze. Диагональ собственно микродисплея составляет всего 3 см. Первоначально компания не планировала самостоятельно изготовлять продукты на основе scrolling color, а собиралась продавать лицензии для покупателей матриц LCOS. Однако желающих, видимо, не нашлось, и Philips пришлось подать личный пример.
Компания Microdisplay Report разделила рынок микродисплеев, к которым относятся и устройства, основанные на технологии LCOS, на 6 секторов: развлекательный, презентационный, дисплейный, видоискателей, встроенных дисплеев близкого поля зрения (Near-Eye Dispays) и носимых мониторов (Headsets). Около 20 компаний занимаются разработками в этой области, однако, к сожалению, по мнению наблюдателей, зарождающейся индустрии не хватает явного лидера, который бы инвестировал значительные средства в создание полной производственной цепочки.
Впрочем, пока никто из вышеозначенных корпораций не горит желанием занять место "дирижера" и помочь "сыграться оркестру" LCOS. Существует достаточное количество тайваньских и китайских фирм, готовых приступить к выпуску дешевых телевизоров и проекторов, но им требуется готовое производственное решение и поставщики дешевых компонентов: некий конструктор "лего", из кубиков которого можно быстро собирать изделия. Большинство азиатских компаний не имеют инженерных ресурсов для проектирования собственных устройств с нуля, им необходим "альбом выкроек", также ощущается острая потребность в стандартизации. Этот пробел собрался восполнить образованный в 2001 г. альянс LCOS Strategic Partnership, куда вошли наиболее известные проектировщики чипов Тайваня и США.
Проблемой стала и абсурдная технологическая гонка: спроектированные дисплеи успевают устареть прежде, чем разворачивается массовое производство. Размеры кристаллов уменьшаются, а сложность управляющих схем растет при том, что предыдущие поколения устройств так и не успели принести прибыли.
Некоторую надежду вселяет факт создания JVC нового дисплея с диагональю 1,78 см, обеспечивающего разрешение 1365x1024. Здесь вызывает интерес то, что впервые корпорация поставила во главу угла не рекордные технические показатели, а снижение стоимости конечного продукта.
Сенсацию обещают пресс-релизы японской корпорации Sony, рассказывающие о технологии SXRD (Silicon X-tal Reflective Display) (itc.ua/12606). Блестящий результат ее применения - спроектированный 0,78" чип, отражающий 65% падающего света и генерирующий картинку 1920x1080 с контрастностью 3000:1. Процесс производства максимально упрощен, а небольшие размеры чипа позволяют увеличить количество дисплеев, получаемых из одной кремниевой пластины. Столь выдающихся характеристик удалось добиться за счет множества технологических новшеств: вертикальной ориентации молекул (VAN, Vertically Aligned Nematic, аналогичная конфигурация используется в JVC D-ILA), уменьшенного межпиксельного расстояния (0,35 мкм), новой методики равномерного регулирования толщины жидкокристаллической прослойки.
В начале 2003 года на подножку "поезда" LCOS-индустрии запрыгнула Toshiba, представив 57" телевизор 57HLX82 на трех микродисплеях. Разрешение каждой из трех 0,9" жидкокристаллических панелей составляет 1920x1080 пикселов, контрастность 1700:1, проекционную систему собирает фирма Nikon из чипов Hitachi. У Toshiba есть планы и по выпуску LCOS-проекторов для домашних кинотеатров.
Компания Hewlett-Packard предложила новую технологию производства жидкокристаллических дисплеев, которая, возможно, позволит создавать недорогие экраны очень высокого разрешения с небольшим энергопотреблением.
Выпускаемые сегодня жидкокристаллические дисплеи состоят из нескольких слоев: защитной стеклянной панели, слоя тонкопленочных транзисторов, цветовых фильтров и собственно слоя жидких кристаллов. В условиях отсутствия электрического заряда жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии, то есть пропускают свет. Изменяя заряд, можно изменять ориентацию кристаллов и, соответственно, управлять количеством пропускаемого кристаллами света. Причем для каждого отдельного пикселя требуется отдельный тонкопленочный транзистор, что, соответственно, негативно влияет на энергопотребление. Что касается разрешения современных ЖК-экранов, то оно, как правило, не превышает 1600х1200 точек.
Инженеры Hewlett-Packard нашли способ, как существенно улучшить характеристики жидкокристаллических дисплеев. Предложенная методика, получившая название PABN LCD, основана на применении крошечных полимерных "столбиков" диаметром менее 1 мкм. Оказалось, что в зависимости от приложенного напряжения, жидкие кристаллы выстраиваются вокруг таких "столбиков" строго определенным образом - либо по горизонтали, что соответствует темному пикселю, либо по спирали, что соответствует светлой точке. Более того, сформированное изображение сохраняется на дисплее даже после отключения напряжения.
Процесс получения экранов по методике PABN LCD сводится к нанесению полимера на печатную форму, содержащую сетку с микроскопическими отверстиями, и последующему объединению получившегося слоя с RGB-фильтрами, массивами электродов и слоем жидких кристаллов.
Компания Hewlett-Packard уже продемонстрировала прототип PABN-экрана размером 4х3 см. Правда, созданный образец имеет очень большое время отклика, а получаемая на нем картинка содержит множество артефактов. Тем не менее, исследователи рассчитывают существенно улучшить характеристики новых дисплеев в течение ближайших пяти лет. В частности, планируется разработка экрана формата А4 с разрешением 7000х5000 пикселей, что по качеству изображения сравнимо с глянцевыми журналами.