Качество воспроизведения изображения ЖК-панелями

Немного исторического отступления

Первые ЖК-панели для мониторов изготовлялись по технологии TN (Twisted Nematic), STN (Super TN) и DSTN (Dual Scan STN). Такие панели назывались пассивными, так как каждый пиксел не имел собственного затвора, который препятствовал бы истечению заряда с ячейки. Подобные панели обладали неприемлемым временем реакции (высокой инерционностью), малым количеством отображаемых цветов и малыми углами обзора. Следующим шагом стала разработка активных матриц TFT (Thin Film Transistor), имеющих в каждой ячейке по запирающему транзистору. Пусть время реакции сразу и не достигло приемлемого уровня, но зато изображение «очистилось» от паразитных шлейфов и «тянучек», присущих цветным пассивным матрицам.

Дальнейшие разработки продолжались в русле активных матриц. Усилия конструкторов привели к разработке новых способов ориентации и размещения молекул жидких кристаллов, среди которых следует отметить мультидоменное размещение MVA/PVA и планарную ориентацию IPS/S-IPS/AFFS. Считается, что две последние технологические ветви позволяют добиться более высоких результатов в качестве цветопередачи и широты углов обзора в том числе.

Цветовой охват

На данном графике отображено соотношение количества воспроизводимых цветов самой совершенной модели ЖК-панели (SA-SFT/S-IPS) c телевизионным сигналом стандарта NTSC.

Даже по этому графику видно, что остальным панелям (MVA, PVA и просто TN+Film) ещё сложнее состязаться с качеством даже телевизионного сигнала.

Углы обзора

Также серьёзной проблемой для ЖК-панелей является приемлемая величина угла обзора формируемого изображения. Изображение на современных ЖК-дисплеях заметно искажается при изменении угла обзора наблюдателем. Только при в том случае, когда наблюдатель смотрит на изображение почти перпендикулярно, оно выглядит наиболее естественно. При изменении угла обзора либо цвет изображения может исказиться, либо картинка потеряет контраст, а следовательно и насыщенность.

Различные технологии по разному решали эти проблемы, ниже приведены сравнительные графики изменения яркости серого поля при изменении угла обзора либо слева-направо, либо сверху-вниз. По оси Y отложена логарифмическая шкала яркости (в канделлах/м²), а по оси X — значение отклонения наблюдателя от нормали (в градусах).

ЖК + корректор	A-SFT на базе IPS
яркость (кд/м2) угол обзора по вертикали (сверху-вниз)	яркость (кд/м2) угол обзора по вертикали (сверху-вниз)
яркость (кд/м2) угол обзора по горизонтали (слева-направо)	яркость (кд/м2) угол обзора по горизонтали (слева-направо)

Из левого столбца видно, что для традиционных активноматричных ЖК-панелей большой проблемой было изменение угла обзора по вертикали. То есть, например, если монитор разворачивался в портретный режим, то два человека уже не могли за ним работать. График имеет несимметричную форму, то есть характер искажения изображения сверху и снизу отличается.

Кроме того, можно отметить, что если производитель матриц TN+Film+OCF указывал, что угол обзора по вертикали составляет 90^o, то на самом деле пользователь мог наблюдать более чем 10-кратное изменение яркости (и более, чем 15-кратное — для тёмных тонов). В общем виде можно сказать, что с точки зрения пользователя (например, меня), реальные углы обзора у TN+Film мониторов составляют по вертикали не более +5^o/−5^o (особенно для тёмных градаций серого), а по горизонтали не более +30^o/−30^o.

У технологий MVA и IPS всё немного лучше, по крайней мере по вертикали всё стало более плавным и почти симметричным. Но всё равно имеются большие провалы по тёмным градациям, особенно у MVA. Тёмное поле будет становиться заметно ярче при отклонении от нормали, а потом снова станет темнеть. Это объясняет почему на MVA панели заметно искажается цветопередача изображения, так как не только уменьшается контраст изображения, но и сам этот процесс происходит нелинейно.

MVA	IPS
яркость (кд/м2) угол обзора по вертикали (сверху-вниз)	яркость (кд/м2) угол обзора по вертикали (сверху-вниз)
яркость (кд/м2) угол обзора по горизонтали (слева-направо)	яркость (кд/м2) угол обзора по горизонтали (слева-направо)

В общем виде можно сказать, что с точки зрения пользователя (например, опять же меня), реальные углы обзора у MVA-панелей составляют по вертикали не более +20^o/−20^o (это особенно заметно для тёмных градаций серого), а по горизонтали не более +20^o/−20^o. IPS-панели, скорее всего, имеют область качественного отображения размером (это, естественно, зависит от конкретной технологии-преемницы) по вертикали и по горизонтали +40^o/−40^o.

Скорость реакции

На качество динамических изображений (видео, игры) существенно может влиять время отклика матрицы, то есть с какой скоростью пикселы принимают нужный цвет. Если точки не успевают устанавливать цвет адекватно динамическому изображению, то наблюдатель отметит, что изображение имеет ненасыщенный и «грязный» цвет. Пользователям не всегда понятно, что подразумевается под «временем отклика», так как производители публикуют этот параметр с небольшими оговорками: полное время отклика, типичное и максимальное время отклика.

Итак, полное время отклика — это сумма времени включения (активации) и выключения пиксела (full response time = time rise + time fall). Эта характеристика означает скорость реакции пиксела на переключение в крайние значения: белый и чёрный. Но обладая только этими данными, совершенно нельзя судить о том, насколько будет «быстрой» панель в реальных приложениях, в которых происходит динамическая смена цветных изображений. Это утверждение основано на том, что ЖК гораздо быстрее переключаются в крайние состояния (так как при это либо ток максимален, либо его нет вовсе), чем в промежуточные.

Взгляните на график, на котором изображена полная диаграмма времени отклика при переключении пиксела из некоторого начального состояния в другое для TN+Film панелей:

Как видно из этого графика, скорость работы ЖК-ячейки сильно меняется в большом диапазоне. Именно поэтому говорят о типичном (среднем) времени реакции и о максимальном, которые в свою очередь могут совсем не корелировать с полным временем отклика. К тому же, следует отметить, что скорость реакции до полного прогрева панели значительно ниже типичной.