Параметры ЖК-мониторов: реальность и мифы

[Ivan.Rybin]

Параметры ЖК-мониторов: реальность и мифы

03.02.2004
Олег Артамонов

Технология промышленного изготовления цветных ЖК-мониторов насчитывает уже много лет, за это время они прошли путь от дорогих игрушек и выставочных экспонатов до аппаратов, серьезно конкурирующих с классическими ЭЛТ-мониторами даже в домашних компьютерах. Формально параметры современных ЖК-мониторов — в том виде, в каком их заявляют производители — уже фактически не уступают ЭЛТ-мониторам, но все же постоянно слышатся нарекания: углы обзора небольшие, цветопередача странная, время отклика большое, черный цвет в полутьме вдруг оказывается серым…

В настоящее время в мониторах используются в основном четыре типа ЖК-матриц. Во-первых, это TN+Film-матрицы — самые дешевые и на данный момент самые распространенные, ибо абсолютное большинство наиболее популярных 17-дюймовых мониторов делается на них. Технология TN+Film (Twisted Neumatic плюс пленка, наложенная на экран для увеличения углов обзора) — старейшая из используемых и характеризуется в первую очередь небольшими углами обзора и плохой цветопередачей.

Именно маленькие углы обзора, весьма специфичные цвета и — на то время — неприемлемое время отклика подтолкнули компанию Hitachi к разработке технологии IPS (In-Plane Switching), давшей великолепный результат — при сравнимом времени отклика IPS-матрицы обеспечивали углы обзора почти как у классических ЭЛТ-мониторов и превосходную цветопередачу. До сих пор мониторы на матрицах, изготовленных по технологиям S-IPS (Super-IPS) и DD-IPS (Dual Domain IPS), являющимися потомками Hitachi IPS, обладают непревзойденной среди ЖК цветопередачей — именно на таких матрицах сделаны все ЖК-мониторы, предназначенные для профессиональной работы с цветом.

Однако технология IPS получилась сравнительно дорогой, что заставило других производителей разрабатывать свои технологии — и вот на свет появились матрицы Fujitsu MVA (Multidomain Vertical Alignment), представлявшие собой разумный компромисс между углами обзора, скоростью и цветопередачей.

Вслед за Fujitsu компания Samsung разработала технологию PVA (Patterned Vertical Alignment), в общих чертах повторяющую MVA и отличающуюся, с одной стороны, несколько большими углами обзора, но с другой — худшим временем отклика.

Всего лишь год назад практически все обозреватели были единодушны — будущее за MVA. Время отклика 25 мс, отличные углы обзора, аккуратная цветопередача… казалось бы, технологии TN+Film навечно уготовано место на рынке недорогих мониторов, тогда как в средней ценовой категории будет царствовать MVA. Но получилось совсем по-другому: вскоре компания AU Optronics разработала технологию, позволяющую TN+Film-матрицам достичь времени отклика 16 мс, и вдруг оказалось, что сочетание дешевизны технологии с возможностью красиво подать ее потребителю перечеркивает все недостатки — в первую очередь это маленькие углы обзора, низкая контрастность и плохая цветопередача. Увы, но на данный момент среди наиболее популярных мониторов — 17-дюймовых — абсолютное большинство, включая весьма дорогие модели, сделаны на TN+Film-матрицах, что практически не оставляет потребителю выбора. Разве что топ-модели от Samsung делаются на PVA-матрицах, но и они в продаже встречаются лишь эпизодически…

Но, казалось бы, о чем я сожалею? Ведь современный монитор на TN+Film-матрице, если смотреть на официальные цифры, имеет просто превосходные параметры: углы обзора 160 градусов по вертикали и 140 — по горизонтали, контрастность 450:1, 16,2 миллиона цветов — и это при времени отклика всего 16 мс! Однако действительность оказывается несколько печальнее… давайте разбираться почему.



Миф первый: время отклика

Нет, не подумайте, у новых мониторов время отклика действительно 16 мс. Точнее говоря, если измерять его определенным образом — оно будет не больше 16 мс. Согласно действующим стандартам, время отклика измеряется при переключении пиксела с черного на белый и обратно, причем меряется не время полного переключения, а только время перехода от 10-процентной яркости к 90-процентной. Ключевые слова здесь — «с черного на белый». Дело в том, что кристаллы в ЖК-матрице управляются напряжением — чем больше поданное на ячейку напряжение, тем больше угол поворота кристаллов и тем больше света пропускает ячейка. Проблема же в том, что скорость поворота кристаллов тоже зависит от поданного напряжения — чем оно больше, тем быстрее кристалл займет нужную позицию.

Итак, у нас есть две противоположные тенденции — уменьшение угла поворота уменьшает время реакции (потому что надо повернуться на меньший угол), но уменьшение скорости этого поворота это время увеличивает. На практике результат противоборства зависит от типа матрицы — например, для PVA-матриц время сильно растет с уменьшением разницы между конечным и начальным состояниями пиксела, а для TN+Film оно сначала растет, а потом падает.

Если построить графики зависимости времени переключения пиксела для 16-мс матриц от разницы между начальным и конечным состояниями пиксела, то хорошо видно, что это время резко уменьшается на переходах именно с черного на белый, но на переходах с черного на различные градации серого — достигает 27-28 мс. Впрочем, интересны не столько абсолютные значения, сколько сравнение с 25-мс матрицами, выполненными по той же технологии TN+Film — ибо это сравнение показывает, что от 16-мс матриц они отличаются только отсутствием резкого спада на переходах с черного на белый. Однако именно там, где больше всего нужно хорошее время отклика (то есть в играх), высококонтрастным изображением с резкими цветовыми переходами зачастую и не пахнет — следовательно, новые 16-мс матрицы не будут иметь практически никаких преимуществ перед 25-мс матрицами. А вот поплатиться за эти 16 мс пришлось — уменьшенными углами обзора и ухудшенной цветопередачей…

Ситуация с другими типами матриц еще более плачевна — для них характерен ощутимый рост времени отклика при переключении пиксела между близкими цветами. Особенно это заметно на PVA-матрицах, где время отклика легко может превышать 60 мс, что делает эти матрицы практически непригодными для динамичных игр.



Миф второй: углы обзора

Корень зла здесь опять же кроется в методике измерения. Угол обзора производителями определяется как угол к перпендикуляру к поверхности экрана, при взгляде под которым изображение в центре экрана имеет контрастность не менее 10:1. В спецификациях указываются не четыре (два вертикальных и два горизонтальных), а два угла — углы, лежащие в одной плоскости, суммируются.

Пойдем по порядку — здесь, в отличие от времени отклика, есть уже целых три подвоха. Во-первых, это определение угла обзора через минимальную контрастность. Проблема в том, что при отклонении влево или вправо у TN+Film-матриц цвета начинают искажаться гораздо раньше, чем теряется контрастность: если вы посмотрите на такой монитор сбоку под углом около 45 градусов, то увидите, что белый цвет приобрел отчетливый желтый оттенок. Таким образом, если бы производители учитывали искажения цвета, возникающие при отклонении от центра, — горизонтальные углы обзора TN+Film-матриц одним махом уменьшились бы со 140–160 градусов до 80–100.

Во-вторых, суммирование углов обзора. Если посмотреть на TN+Film-матрицу даже под небольшим углом снизу — изображение заметно темнеет, если же посмотреть сверху — наоборот, оно слегка светлеет. Потемнение заметно сильнее, так что угол обзора «вниз» меньше угла обзора «вверх» — в сумме же получаются вполне приличные цифры. Падение контрастности до 10:1 воспринимается глазом как очень сильное — порог заметности лежит куда выше, а ведь пользователь воспринимает максимальный угол обзора как угол, при котором искажения становятся видны…

В-третьих, углы обзора измеряются по падению контрастности в центре экрана, но ведь пользователь, сидя перед монитором, смотрит не только в центр. Очевидно, что угол, под которым взгляд падает на края экрана, больше угла, под которым он падает на центр, — иначе говоря, все эффекты от этих недостатков в первую очередь будут проявляться в виде искажений цвета и падения контрастности по краям экрана, и чем ближе вы сидите к монитору, тем лучше это будет заметно. Если же скомбинировать изложенное со вторым пунктом, то становится понятно, откуда берется большое количество жалоб пользователей на неравномерную яркость экрана в современных мониторах с быстрыми матрицами — дело в том, что перед таким монитором практически невозможно расположиться так, чтобы верхняя часть экрана не была заметно темнее нижней: если вы поднимаете голову повыше, то светлеет низ изображения, если вы опускаете ее пониже, то темнеет верх…

Наверное, вы уже обратили внимание, что в этом разделе я очень часто упоминаю именно TN+Film-матрицы. Дело в том, что для IPS-, MVA- и PVA-матриц недостаток углов обзора практически незаметен — у них прекрасные углы обзора по вертикали и нет существенных цветовых искажений по горизонтали. А вот реальные углы обзора по горизонтали для TN+Film-матриц с учетом всего вышесказанного не превышают 90 градусов, углы же по вертикали — 30 градусов и меньше.



Миф третий: контрастность

Контрастность, по определению, есть отношение яркости белого цвета к яркости черного. В ЖК-мониторах этот параметр особенно актуален, ибо если пиксел выключен — это означает, что он лишь глушит свет лампы подсветки в определенное количество раз, в отличие от ЭЛТ, где выключенный пиксел не светится вообще.

Да, все производители сейчас заявляют для своих мониторов уровень контрастности от 450:1 до 700:1. Проблема заключается лишь в том, что контрастность измеряется как характеристика не монитора, а самой матрицы, на специальном стенде. При этом матрица подключена не к электронике конкретного монитора, а к специализированному тестовому оборудованию, подающему на нее некие стандартные сигналы. Такая ситуация больше всего напоминает старый анекдот про сферического коня в вакууме. Да, при работе в определенных условиях, с определенным уровнем сигнала, с определенной яркостью подсветки — современные матрицы обеспечивают большую контрастность. Но, к сожалению, реальный монитор — это уже не тестовый стенд…

В результате получается, что уровень черного для современных TN+Film-матриц составляет около 0,7-1,5 кд/м2 — что при соответствующем ему уровне белого 150-250 кд/м2 дает контрастность порядка 200:1, но не больше. При работе же в полутьме — например, дома вечером — яркость 1 кд/м2 выглядит уже не черным, а отчетливым серым цветом. И лишь очень немногие мониторы на быстрых матрицах позволяют снизить уровень черного до 0,3-0,5 кд/м2 — но лишь при снижении общей яркости экрана.

Как видите, здесь я опять говорю исключительно о TN+Film. Если же обратиться к MVA- и PVA-матрицах — для них уровень черного порядка 0,1 кд/м2 не является чем-то недостижимым, да и автор лично встречал мониторы на PVA-матрицах с реальной контрастностью вплоть до 800:1, что уже позволяет им конкурировать с мониторами на ЭЛТ (для сравнения: уровень черного на хороших мониторах может быть менее 0,05 кд/м2).



Итог

На эту тему можно говорить еще очень долго — обсудить количество цветов у разных типов матриц (отнюдь не все мониторы честно отображают 16 миллионов цветов), качество цветопередачи с точки зрения гамма-кривых, показывающих зависимость между уровнем входного сигнала и яркостью соответствующего цвета, особенности настройки цветовой температуры во многих мониторах и многое, многое другое.

Но и из уже написанного можно сделать однозначный вывод: никогда не полагайтесь вслепую на заявленные производителем характеристики, особенно если производитель не указывает, как именно он их измерял. Если производитель сулит необычные характеристики, всегда задумывайтесь, чем за это придется поплатиться, ибо технологии, позволяющей одновременно получить хорошую контрастность, углы обзора, цветопередачу и время отклика, пока не существует.

По материалам еженедельника «Компьютерра».