Ffs матрицы что это
Какими бывают дисплеи в ноутбуках? Разбор
У нас уже было много роликов про дисплеи: мы разбирали все типы LCD-матриц в телевизорах. Сделали один из самых подробных материалов про все виды OLED в смартфонах и ТВ. Также мы рассказывали вам про mini-LED и microLED-дисплеи будущего. Но мы еще ни разу не рассказывали про дисплеи в ноутбуках. А ведь в дисплеях для ноутбуков есть своя особая специфика. Поэтому сегодня мы глубоко нырнём в разновидности дисплеев для ноутбуков. Разберём всё страшные аббревиатуры и узнаем как маркетологи вводят нас в заблуждение?
Разберемся как узнать модель и тип дисплея в вашем ноутбуке? И посмотрим на конкретные примеры ноутов и дисплеев.
Какими бывают матрицы?
Начнём с общей информации. Какие вообще бывают матрицы и какие преимущества и недостатки бывают у каждого из типов?
Несмотря на всё многообразие дисплеев в мире матрицы бывают всего 4 типов:
TN — Twisted Nematic
TN — это самые дешевые матрицы. Их главный недостаток — малые углы обзора по вертикали, что для ноутбуков особенно критичная проблема. Любое отклонение дисплея вверх-вниз сразу влечет за собой серьезное искажение цветов, а это мало кому понравится.
Второй важный недостаток — плохая цветопередача. А как правило TN-дисплеи имеют тесную глубину цвета: 6 бит на канал. А 8 бит на канал достигается за счет FRC — Frame rate control, то есть быстрого моргания субпикселей.
Субпиксели быстро моргают, из-за этого их яркость приглушается и мы можем смешивать цвета в разных пропорциях, от чего получаем дополнительные оттенки. И мы имеем 6 бит + 2 бита FRC.
Как правило на глаз настоящие 8 бит от 6 бит + FRC вы не отличите. Но для людей чувствительных к мерцанию мониторы с FRC — не лучший выбор. Мерцание FRC может достигать 30 Гц это очень мало и суперзаметно. Короче, иногда FRC — это хуже, чем ШИМ.
Зато есть у TN-мониторов есть важное достоинство — это очень быстрый отклик — 1 мс и ниже. Это очень важно для игр. Поэтому для игровых мониторов TN-матрицы с высокой герцовкой от 120 Гц и выше — это рациональный выбор.
Кстати, в случае с TN-матрицами есть лайфхак. Чем выше у них разрешение, тем выше углы обзора. Поэтому в теории современная TN-матрица с высокой плотностью пикселей может выдавать вполне приличную картинку.
VA — Vertical Alignment
И эти сокращения важно знать. Почему? Часто даже для одной модели ноутов используются различные комплектации экранов. Почему так? Разберемся. Сегодня у нас для этого как раз народный игровой ноутбук от Dell. У него три типа экранов.
Намного более качественное изображение выдают VA-матрицы. В отличие от TN у них отличные углы обзора по вертикали и неплохие углы обзора по горизонтали, но всё равно они ниже, чем у IPS.
В целом, для ноутбуков именно вертикальные углы обзора — критические. Вряд ли вы часто будете смотреть на экран сильно сбоку, а вот для ТВ это может стать проблемой.
Также у VA-матрицы хорошая цветопередача. Они выдают честную глубину цвета 8 бит на канал, либо 8 + 2 бита FRC. Поэтому такие матрицы могут даже подойти для работы с цветом, но естественно, непрофессионально. А главное достоинство таких матриц — глубокий черный цвет, а значит высокая контрастность.
Скорость отклика VA-матриц меньше чем у TN и плюс/минус сопоставима с IPS. Это 5-10 мс. Поэтому самые быстрые VA-мониторы вполне подходят для потной катки в шутер. И в целом, современные VA-матрицы — хороший вариант для потребления контента и игр. Но самый сбалансированный и желанный тип матрицы в ноутбуках — это по-прежнему IPS.
IPS — In-plane switching
У IPS-матриц лучшая цветопередача. Они выдают настоящую глубину цвета 10 бит на канал и поэтому лучше всего подходят для профессиональной работы с цветом. Время отклика дорогих IPS также достойное и составляет от 5 мс. Есть даже дисплеи, на которых рекламируют отклик в 1 мс, но не верьте это хитрая маркетинговая уловка.
Тем не менее, IPS — почти идеальный варинт для всего. Но есть у них недостаток — уровень черного цвета.
IPS-матрицы плохо блокирует фоновую подсветку, из-за чего черный цвет в таких матрицах может иметь фиолетовый оттенок. Особенно это заметно на больших экранах. Поэтому IPS в телевизорах, как правило не используют. Но в мониторах и ноутбуках этот эффект менее выражен, поэтому IPS по-прежнему наше всё. Хотя в будущем всё может измениться. Сейчас стало появляться всё больше моделей ноутбуков с OLED-экранами.
OLED — Organic Light-Emitting Diode
И безусловно не просто так. У OLED масса преимуществ:
Разные LCD технологии
Казалось бы в чём проблема? Мы узнали про плюсы и минусы всех технологий и теперь каждый из нас может выбрать то, что подходит именно ему. Но сделать это непросто, потому как непросто определить какой дисплей в ноутбуке тебе на самом деле достанется. И проблема тут маркетинге.
Дело в том, что разновидностей технологий матриц огромное количество и все они по-разному называются. Вот взгляните на этот список, тут уже легко запутаться.
Но плюс к этому списку названий, которые мы можем точно отнести к определенному типу дисплея есть еще и ряд “маркетинговых” обозначений, которые вообще могут значить, что угодно.
Во-первых, есть аббревиатуры SVA, WVA и EWV.
SVA значит Standard View Angle, что просто значит стандартный угол обзора. На практике так обозначаются обычные TN-матрицы или их немного улучшенные версии TN+film. Иными словами эта технология не имеет ничего общего с настоящей SVA-матрицей — Super Vertical Alignment, которая относится к VA-подобным матрицам.
Вроде как такая подмена понятия используется только в ноутбуках HP. Тем не менее будьте аккуратны: никто не гарантирует, что этот приём не возьмут на вооружение и другие производители.
Похожая история с аббревиатурами WVA — Wide Viewing Angles и EWV — Enhanced Wide Viewing. Так просто обозначается, что дисплей имеет широкие углы обзора. При этом EWV — это всегда TN-матрица. А вот WVA — может по факту оказаться вообще чем угодно: и TN-матрицей, и VA и IPS. При этом не стоит всё это путать с технологиями AHVA и UWVA, которые являются разновидностями IPS-матриц.
Дело в том, что IPS — это не только название технологии, но еще и торговая марка, которая принадлежит LG.
Поэтому только LG имеет право называть свои дисплеи IPS. Поэтому остальным производителям, ничего не оставалось, как придумать что-то своё и так сложилось, что все стали использовать термин матрица IPS-уровня. С другой стороны, так как это достаточно размытый термин за уровнем может скрываться и настоящий IPS или очень прокаченный VA.
Более того, часто магазины упускают из виду, что это IPS-like матрица и просто пишут IPS. Поэтому верить указанным характеристикам в сети нельзя.
Как определить тип матрицы?
Давайте поговорим, о том как нам выжить во всей этой путанице. Как купить комплектацию ноутбука с правильным типом дисплея? Или, если вы уже купили ноутбук — как проверить, что вам досталось?
Возьмём к примеру, бюджетный игровой ноутбук DELL G3 15, тут как раз сложный вариант.
На официальной странице указано что бывает три типа матрицы:
Мы знаем, что WVA — это просто широкие углы обзора, поэтому значить это может, что угодно.
Поэтому перед покупкой обязательно нужно погуглить обзоры, чтобы определить какая на самом деле матрица установлена. Но надо смотреть обзоры на комплектацию, которая вас интересует. Например, на эту модель в комплектации с дисплеем в 144 Гц есть обзор на notebookcheck-ru. Кстати, замечательный ресурс, всем советуем.
Ребята указали не только тип матрицы, но и конкретную модель производства AU Optronics. Кто не знает, это очень крупный производитель дисплеев.
Дальше гуглим эту модель и переходим по ссылочке на сайт Panelook.com — это самый подробные ресурс про матрицы дисплеев. Это как GSMARENA — только для экранов.
И видим, что тут используется дисплей типа AHVA, что очень хорошо. Потому как это одна из самых передовых технологий IPS-подобных дисплеев. Это первый дисплей IPS типа с частотой обновления 144 Гц и откликом в 4 мс. Короче, тут нам повезло.
Но давайте проверим. какой дисплей стоит конкретно в этом экземпляре.
У меня оказалось, что это Dell FNVDR с матрицей LQ156D1JW04 (SHP1436) производства Sharp.
Кстати, если например AIDA не выдаёт вам название модели или вы разбили дисплей в ноутбуке и хотите найти замену и вы не готовы ни перед чем останавливаться. Модель дисплея всегда указывается задней стороне матрицы, поэтому сняв верхнюю крышку ноутбука вы сможете узнать модель.
И главный лайфхак. Если вы взяли самую дешевую комплектацию с TN-матрицей, очень часто можно сделать апгрейд, просто заказав себе дисплей из комплектации подороже. Это так, информация для размышления.
Остальные характеристики
Помимо типа матрицы, стоит учитывать и другие характеристики
В первую очередь, это цветовой охват. Для комфортного повседневного использования как правило хватает примерно 57-63% цветового пространства sRGB, это где-то 45% NTSC.
Такого дисплея вам хватит для просмотра контента, игр, и даже для редактирования фото и видео на любительском уровне.
А для профессиональной работы с цветом вам понадобится монитор с охватом 72% NTSC или 90-100% sRGB. Это уже очень хороший дисплей. В этом ноутбуке, к примеру, охват SRGB — 94%.
Цветовой охват больше 100% SRGB нужен только для работы с печатью или для редактирования HDR-видео, то есть это очень узкие сферы.
Также важна яркость монитора, особенно если вы любите поработать за ноутбуком в дороге или на открытом воздухе, на веранде. Тут такая история: на солнце нормально работать получится при яркости от 450 нит. Таких дисплеев очень мало и это премиальный сегмент. А в помещении вам и 250 нит хватит с запасом.
Ну а брать глянцевый или матовый монитор, решайте сами. Профессионалы чаще предпочитают матовый, но и глянцевый тоже многие берут.
Надеемся, что сегодня вы благодаря нам еще больше узнали о сложном и непонятном мире всевозможных дисплеев и мы рассказали вам что-то новое и важное. На этом на сегодня всё.
Технологии ЖК-панелей
Примечание:
К сожалению, данный документ не закончен, но, на мой взгляд, даже в таком виде он уже может быть полезен.
Ниже представлена обобщенная модель классификации дисплеев, использующих жидкие кристаллы в качестве оптического модулятора:
1. Регулярность формы элементов изображения
«Вершиной» сегментного индикатора является графическая точечно-матричная панель, которая позволяет в дискретном «матричном» виде приблизить отображение произвольной графической формы. Графическая панель представляет собой совокупность ячеек на плоскости, отвечающих за отображение отдельных дискретных элементов изображения.
2. Методы адресации ЖК-панели (Drive Method)
2.1. Прямая адресация или мультиплексирование адресных линий (Direct driving vs multiplex driving)
Чем меньше удельный размер дискретных элементов изображения (ячеек) по отношению к линейным размерам дисплея, тем выше детализация изображения. Но с ростом количества ячеек расчтет и количество линий управления. Например для цифрового семисегментного (плюс знак точки) индикатора для формирования трехзначных чисел нужно 3 x 8 = 24 входных управляющих линии.
Самый распространенный способ сокращения количества линий управления основан на мультиплексировании управляющего сигнала. Данный метод позволяет для M × N сегментов индикатора использовать не M × N управляющих линий (или пар линий), а всего лишь M + N линий. В случае если M = N = 1000, возникает кардинальная экономия в 1000 х 1000 − (1000 + 1000) = 998 000 управляющих линий.
Здесь нужно отметить, следующее. В отличие от прямой адресации, метод мультиплексирования не позволяет контроллеру (управляющему устройству) поддерживать непрерывную связь с управляемым элементом. Таким образом, в один момент времени контроллер получает возможность управления меньшим числом элементов. Отсюда следует, что по сути контроллер использует не параллельный интерфейс, а параллельно-последовательный (или чисто последовательный), в котором управляющие импульсы к разным элементам управления чередуются во времени. То есть в этом случае существенное влияние на качество изображения начинают влиять такие параметры, как время опроса одного элемента, время автономной работы одного элемента, частота опроса всех элементов (например, частота регенерации кадра) и т. п.
Очевидно, что данный метод позволяет сократить число линий управления от индикатора к контроллеру. Но, с другой стороны, мультиплексирование не применимо для таких типов элементов управления, разрыв управляющей связи с которыми неприемлем и приводит к деградации функциональности.
К счастью, человеческий глаз обладает инерционностью восприятия (этот факт, например, обеспечил саму возможность передачи телевизионного изображения последовательным способом по одной линии связи). Подбирая подходящую частоту опроса элементов индикатора, можно обеспечить вывод устойчивого изображения даже при очень малом времени автономной работы отдельных элементов индикатора.
2.2. Пассивные ЖК-панели PMLCD (Passive Matrix LCD)
Управление ячейками пассивных ЖК-панелей основано на базовом принципе мультиплексирования адресных линий, поэтому контрастность изображения сильно зависит от времени восстановления ЖК-ячейки и от чувствительности к перекрестным помехам.
2.3. Активные ЖК-панели AMLCD (Active Matrix LCD)
3. Простраственная ориентация молекул ЖК (или порядок ЖК)
3.1. Смектический порядок (смектики)
Свойство бистабильности подразумевает наличие двух возможных устойчивых положений ориентации директора ЖК-молекул. Это значит, что в результате управляющего воздействия хиральные смектики принимают одну из двух стабильных пространственных ориентаций. При этом после прекращения управляющего импульа ЖК-молекулы сохраняют стабильное заданное направление. Это позволяет кардинально снизить энергозатраты при выводе статического изображения.
3.2. Нематический порядок (нематики)
3.3. Холестерический порядок (холестерики)
4.Режим светопропускания
4.1. Светопропускание
4.1.1. Гомеотропная ориентация VA (Vertical Alignment)
Advanced Super View (ASV)
Линейка ЖК-панелей ASV разработана Sharp по технологии Continuous Pinwheel Alignment (CPA), основанной на гомеотропной ориентации директора в ЖК-ячейке с осевой симметрией.
4.2. Светопоглощение (Absorption Mode)
4.3. Избирательное отражение (Selective Reflection)
4.4. Дисперсия (Scattering)
В дисплеях PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) ЖК нематического типа смешаны с полимерами. В свободном состоянии ячейка выглядит светлой, так как падающий свет равомерно рассеивается вследствие разных показателей рефракции составляющих ячейку полимеров и ЖК. После подачи управляющего напряжения нематики меняют показатель преломления света, сравниваясь по этой характеристике с дисперсированными частичками полимеров. Это приводит к тому, что падающий свет свободно достигает и поглощается задней матовой стенкой дисплея, и ячейка становится темной.
5. Методы формирования цветовых оттенков изображения (Color Image)
5.1. Цветные светофильтры (Color filters)
ЖК-ячейка по сути является оптическим модулятором, то есть изменяет величину пропускаемого светового потока пропорционально поданному к ячейке управляющему напряжению. Но для создания цветного изображения необходимо не только иметь возможность управления яркостью пикселей, но и их цветом. Одно из возможных относительно недорогих решений этой задачи заключается в том, чтобы использовать цветовые фильтры. Как известно, в аддитивной цветовой модели используются три основных цвета: красный, зеленый, синий. Поэтому один полноцветный пиксель ЖК-дисплея состоит из трех ЖК-ячеек, покрытых соответствующими цветовыми фильтрами. В качестве материалов для светофильтров используют органические пигменты, красители и окислы металлов. Недостатком данного подхода является низкий оптический КПД, так как ЖК-панель пропускает всего несколько процентов падающего или проходящего насквозь света.
5.2. Электрически управляемое двулучепреломление ECB (Electrically Controlled Birefringence)
Скрученные нематики помимо поворота оси поляризации света обладают также побочным действием в виде эффекта двойного преломления света. Этот эффект проявляется при раздвоении проходящего через анизотропную среду светового луча. В обчных ЖК-панелях этот эффект считается паразитным, так как вызывает нежелательное окрашивание элементов изображения. Но за счет применения специальной схемы управления ЖК-ячейками высокочастотным напряжением можно обеспечить формирование устойчивого цветового оттенка. Созданные на этом принципе дисплеи позволяют формировать до 4 цветовых оттенков изображения без использования цветных светофильтров.
 |
 |
Из недостатков следует отметить высокую чувствительность к высоким и низким температурам, а также малое количество формируемых тонов. Широкого применения технология ECB не получила.
6. Методы инверсии полярности (Polarity-inversion Driving Mode)
Как уже было сказано, ЖК-ячейки нельзя надого «запирать» постоянным управляющим напряжением. Дело в том, что постоянный электрический потенциал вызывает взаимодействие ионов с материалом электродов, нарушающее упорядоченность расположения молекул ЖК-материала, и приводит к деградации ячейки. В связи с этим используются различные методы чередования знака полярности управляющего напряжения. Наиболее полный перечень методов инверсии приведен здесь www.techmind.org/lcd.
6.1. Покадровая инверсия полярности
Изменение полярности всех пикселей при отрисовке каждого кадра является наиболее простым в реализации. Основной недостаток этого метода — изображение начинает мерцать с частотой, равной половине частоты кадровой регенерации. То есть если дисплей отображает видеосигнал с кадровой частотой 60 Гц, то мерцание изображения будет раздражать наблюдателя, так как мерцание на частоте 30 Гц заметно почти каждому человеку. Важно, что если бы не было необходимости менять полярность управляющего напряжения ячеек, то воспроизводимое избражение было бы одинаково стабильно, не зависимо от кадровой частоты входного сигнала. Именно переход управляющего напряжения через «ноль» в противоложный знак и приводит к тому, что пиксель кратковренно изменяет свой цвет.
6.2. Чересстрочная инверсия полярности
Объединение четных и нечетных строк ЖК-панели в две группы, изменяющие полярность в противоположных направлениях, позволяет слегка уменьшить эффект мерцания изображения.
6.3. Инверсия с чередованием пикселей (субпикселей)
Чередование полярности соседних пикслеей или субпикселей в противофазе дает наиболее качественный результат. Изображение получается максимально стабильным, а инверсия полярности при этом может проявиться только на специально синтезированных изображениях.
7. Методы управления ячейками активных ЖК-панелей (Drive Mode)
Тонкопленочный диод TFD (Thin Film Diode)
Технология MIM (Metal-Insulator-Metal) производства TFD-панелей позволяет использовать основу из некаленого стекла, которое на порядок дешевле, так как для изготовления тонкопленочных диодов достаточно температуры около 300 о C. К недостаткам TFD-панелей относится температурная нестабильность, а также высокая чуствительность к неоднородностям толщины ЖК-слоя, выраженная в неравномерности отображения серого поля.
Тонкопленочный транзистор TFT (Thin Film Transistor)
Аморфный кремний a-Si (Amorphous Silicon)
Поликристалический кремний p-Si (Poly-Silicon)
Процесс изготовления тонкопленочного транзистора из поликристаллического кремния состоит из меньшего количества операций и позволяет создавать ЖК-панели с более высоким разрешением, по сравнению с формированием транзисторов из аморфного кремния. Но необходимость использования более высоких температур существенно удорожает производство панелей больших диагоналей из-за более высоких требований к термостойкости стекляной основы.
Низкотемпературный поликристаллический кремний LTPS (Low Temperature Poly-Silicon)
8. Способы компенсации низкого контраста и малых углов обзора (Low Contrast & Viewing Angles Compensation)
используется полимерная пленка ОCF (Optical Compensator Film)
9. Метод увеличения количества отображаемых полутонов (Color Range Expanding)
При малом угловом размере элемента изображения невооруженный человеческий глаз не способен точно определить цвет этого элемента. В связи с этим восприятие изображения, насыщенного мелкими контрастными деталями, будет почти одинаковым как при просмотре его в исходном виде, так и после небольшого уменьшения количества промежуточных полутонов за счет снижения разрядности представления цифровых координат.
Но при просмотре изображений ясного неба, туманов, полированных поверхностей и т. п. наблюдатель сразу обнаружит «пропажу» полутонов в случае, если количество отображаемых оттенков не будет превышать 300 тысяч. Плавные переходы полутонов будут «расчерчены» визуально отчетливыми границами перехода от одного тона к соседнему, так как занимаемая одним цветовым тоном площадь будет достаточна, чтобы глаз наблюдателя адаптировался и зафиксировал границу цветового перехода.
Именно для этой крайней ситуации применяется метод увеличения отображаемых полутонов на ЖК-дисплеях, управляющая электроника которых не позволяет управлять ЖК-ячейками с достаточной точностью для отображения более 300 тыс. оттенков. Среди таких устройств наиболее распространены дисплей с 6-битным представлением цветовых координат. Ячейки таких ЖК-дисплеев аппаратно могут отображать не более 262 тысяч отттенков ( (2 6 ) 3 = 262 144), поэтому в этом случае зачастую применяются методы как межкадрового (Frame Rate Control), так и внутрикадрового (Spatial Dithering) цветового смешения для получения промежуточных полутонов.
9.1. FRC
Межкадровое чередование основных цветовых тонов (Frame Rate Control) формирует у наблюдателя ощущение восприятия промежуточного цветового оттенка:
Таким образом, благодаря парному чередованию можно сформировать восприятие N‘ = N + N − 1 = 2N − 1 оттенков. Очевидно, что при увеличении периода кадровой серии, например, до 4 кадров количество различимых цветовых оттенков вырастет примерно 4 раза:
Если предложенную схему применить для ЖК-панели с 6-битными контроллерами, то глубина представления цвета при N = 2 6 = 64 (по каждому каналу) вырастет до 16,2 млн. оттенков:
9.2. Hi-FRC
По мере разработки более скоростных TN TFT ЖК-панелей был предложен метод высокочастотного межкадрового чередования Hi-FRC. В дисплеях с Hi-FRC длина кадровой серии увеличена до 8 кадров, что расширило потенциальную глубину представления цвета до 129 млн. оттенков.
Поскольку на практике большинство видеоинтерфейсов работает с 24-битной глубиной цвета, контроллеры Hi-FRC «отбрасывают» младшие биты и округляют расчетное значение воспринимаего цветового тона, «вписывая» его в диапазон 16,7 млн. воспроизводимых цветов.
9.3. Внутрикадровое пространственное (spatial) смешение (dithering) полутонов
Данный метод основан на том, что при малом угловом размере элемента изображения невооруженный человеческий глаз не способен точно определить цвет этого элемента. В связи с этим восприятие изображения, насыщенного мелкими контрастными деталями, будет почти одинаковым как при просмотре его в исходном виде, так и после небольшого уменьшения количества промежуточных полутонов за счет снижения разрядности представления цифровых координат. Таким образом, области изображения, насыщенные мелкими деталями, выводятся без обработки. Но для областей с плавными тоновыми переходами различимых пространственных размеров выполняет преобразование по шаблонам.
Рассмотрим одну из самых простых схем смешения 2×2. Для формирования более точного восприятия областей изображения с плавными переходами через промежуточные тона выполняется квантование данных областей на группы размером 2×2 пикселя. После вычисления среднего значения цвета в каждой группе выбирается подходящий шаблон комбинирования цветов. Данная схема позволяет расширить количество ращличимых цветовых оттенков почти в 4 раза: