Доклад: Новые технологии мониторов
Схема RTC является неотъемлемой принадлежностью монитора и в своей работе никак не связана ни с видеокартой, ни с драйверами, ни с операционной системой, ни с какими-либо ещё элементами внешнего окружения.
Очевидно, что из-за нелинейной и немонотонной зависимости времени переключения пикселя от градаций серого, между которыми он переключается, параметры разгонного импульса должны рассчитываться электроникой монитора каждый раз индивидуально, в зависимости от того, в каком состоянии пиксель находится в данный момент, и в какое состояние его надо переключить. Для этой цели в схеме RTC обязательно есть кадровый буфер, в котором хранится предыдущий кадр – при приходе же нового кадра он сравнивается с содержимым буфера, и для тех пикселей, значение которых изменилось, рассчитывается величина разгонного импульса.
Кроме описанного выше механизма "затормаживания" кристаллов существует и ещё один, менее очевидный – он связан с тем, что при повороте кристаллов меняется электрическая ёмкость ячейки, в которую они заключены. Ячейки ЖК-матрицы подключены к источнику питания не непрерывно – нужное напряжение на них устанавливается коротким импульсом с периодичностью кадровой развёртки, а после прохождения импульса поддерживается за счёт того, что каждая ячейка является конденсатором. К сожалению, ёмкость этого конденсатора не постоянна – она зависит от положения кристаллов.
Возможны, разумеется, два варианта – когда величина импульса занижена и, наоборот, когда она завышена. В первом случае никаких новых эффектов не появляется – лишь смаз изображения будет чуть больше, чем он мог бы быть, но, впрочем, всё равно намного меньше, чем на мониторах с аналогичными матрицами, но без RTC.
Второй случай представлен на картинке выше – сплошной линией обозначена нормальная работа RTC, а пунктирной – работа при завышенной величине импульса. Очевидно, что к концу первого кадра (когда разгонный импульс будет снят) яркость пикселя успеет не только достичь заданного уровня, но и превысить его. После снятия импульса яркость через некоторое время (определяемое инерционностью матрицы) опустится до нужного значения.
Интересен этот случай тем, что создаёт новый вид артефактов, в принципе невозможный на мониторах без RTC – на движущихся изображениях могут появляться полосы, более светлые, чем и сам движущийся объект, и фон. Ниже приведены две фотографии чёрной надписи, движущейся справа налево по серому фону: первая сделана на мониторе Samsung SyncMaster 194T, в котором используется обычная PVA-матрица без RTC – мы видим самое обычное "жидкокристаллическое" смазывание, причём, из-за особенностей PVA-матриц, очень сильное, надпись читается с большим трудом.
Вторая фотография снята ровно в тех же условиях, но на мониторе Samsung SyncMaster 930BF, сделанном на базе TN+Film-матрицы с RTC. Отлично видно, что чёрная надпись, двигаясь по серому фону, оставляет за собой отчётливую светлую тень:
В случае ошибки расчета импульса происходит пересвет пикселя, который отрицательно скажется на реальности цветопередачи и будет проявляться в виде послесвечения движущегося объекта.
Как показывает практика, все выпущенные на данный момент мониторы с RTC страдают этим недостатком, причём в разной степени – "промахи" могут составлять от единиц до десятков процентов.
Наибольшую пользу технология компенсации времени отклика принесёт – и уже приносит – технологиям PVA и MVA, для которых очень большое время отклика на переходах между полутонами всегда являлось серьёзной проблемой, делая эти мониторы пригодными фактически только для работы, но не для игр. Как мы видим, по крайней мере на новых моделях с PVA-матрицами, с помощью RTC удалось достичь очень существенного снижения времени отклика для большинства тонов, кроме самых тёмных – и, вероятно, по мере дальнейшего совершенствования схем RTC будет решена и эта проблема. Впрочем, уже сейчас можно наконец-то сказать, что мониторы на PVA-матрицах с RTC стали пригодны не только для работы, но даже и для многих динамичных игр – а это в сочетании с очень хорошими прочими параметрами и доступностью на рынке делает их весьма и весьма интересным выбором для домашнего использования.
Сейчас мы видим только первое мониторов с RTC, но даже они уже обеспечивают заметно лучшее время отклика, хоть и ценой появления нового типа артефактов. По мере же совершенствования схемотехники и алгоритмов работы RTC можно надеяться, что время отклика будет уменьшаться, а артефакты если и не исчезнут совсем, то станут пренебрежимо малыми.
Типы матриц с компенсацией времени отклика, используемые в мониторах, и их характеристики
Как уже мы неоднократно говорили, TFT дисплеи имеют два серьезных недостатка при сравнении с обычными ЭЛТ-мониторами:
Во-первых, когда Вы смотрите на TFT дисплей со стороны, Вы сразу же обнаружите катастрофическую потерю яркости и характерное изменение отображаемых цветов. Старые модели TFT дисплеев типично имели угол видимости 90°, т.е. 45° с каждой стороны. Пока на экран смотрит один человек, проблемы нет, однако, как только вокруг дисплея собирается несколько человек, Вам, как владельцу, придется выслушать много не добрых слов в адрес своего не дешевого монитора.
Во-вторых, при просмотре видео, иногда ощущается некоторая "заторможенность" пикселей, связанная с т.н. большим временем отклика. Несмотря на то, что современные уровни времени отклика значительно уменьшились по сравнению с тем, что можно было наблюдать несколько лет назад, "хвосты" иногда остаются.
С одной стороны все эти проблемы нельзя назвать серьезными, с другой, снижение цен и резкое поднятие популярности LCD, заставляет производителей постоянно развивать технологии.
Для частичного устранения этих недостатков разработано три основные технологии: TN+Film (скрученный кристалл + пленка), IPS (или 'Super-TFT') и VA (сюда входят и MVA и PVA). Рассмотрим характерные особенности этих типов матриц.
1. TN+Film (Twisted Nematic)
Один из первых типов TFT матриц.
TN+Film
Технология TN+Film выравнивает жидкие кристаллы перпендикулярно к основанию, так же как обычные TFT дисплеи, а применение специальной пленки на верхней поверхности позволяет увеличить угол видимости.
Принцип работы таких мониторов заключается в следующем:
Если транзистор прикладывает нулевое напряжение к субпикселям, то жидкие кристаллы (а, соответственно, и ось поляризованного света, проходящего сквозь них) поворачиваются на 90º (от задней стенки к передней). Поскольку ось фильтра-поляризатора на второй панели отличается от первого на 90º, свет будет через него проходить. Если полностью задействовать красный, зеленый и синий подпиксели, вместе они создадут белую точку на экране.
Если же применить напряжение (поле между двумя электродами), то оно уничтожит спиралевидную структуру кристалла. Молекулы выстроятся в направлении электрического поля. В нашем примере они станут перпендикулярны подложке. В данном положении свет не может пройти через субпиксели. Белая точка превращается в черную.
С технической точки зрения, технология TN+Film является самым простым. Производители используют относительно старую, стандартную TFT (Twisted Nematic) технологию, которую мы описывали в первой части. Специальная пленка, приложенная к верхней поверхности панели, улучшает горизонтальный угол видимости в диапазоне от 90° до 140°. Однако, в этом случае уменьшается контрастность и время отклика остается неизменным. Технология TN+Film не самое лучшее решение, однако, оно является наиболее дешевым, поскольку производство имеет достаточно большой выход годных панелей (фактически эквивалентный стандартным TN дисплеем).