ВЫБИРАЕМ ДИСПЛЕЙ | HDVision — Оборудование и решения «под ключ» для 3D домашнего кинотеатра: Домашние кинотеатры, дизайн домашнего кинотеатра, проекти…
Многие годы выбор средств отображения был крайне ограничен: в распоряжении разработчиков были только дисплеи на основе электронно-лучевых трубок, примитивные панели на основе газоразрядных приборов и уж совсем древние электромеханические табло.
К счастью, в последние десятилетия ситуация коренным образом изменилась. Ученые и инженеры разработали принципиально новые дисплеи, работа которых основана на различных физических принципах – LCD, «плазма», светодиодные панели, и самый последний хит сезона – лазерно-фосфорные дисплеи. Каждая из этих технологий имеет свои особенности, свои достоинства и недостатки, да и цены различаются весьма существенно. Как не запутаться в нагромождении незнакомых терминов, как сделать правильный выбор?
Эта статья – краткий путеводитель в мире современных электронных средств отображения информации.
Дисплеи на основе жидкокристаллических матриц (LCD, Liquid Crystal Display)
В 1888 г. жидкие кристаллы случайно открыл австрийский ботаник Ф. Рейнитцер, изучая сложный эфир, у которого почему-то оказалось две точки плавления и два разных состояния – мутное и прозрачное. Сам термин «жидкие кристаллы» придумал немецкий химик Отто Леман, но в XIX веке на открытие не обратили внимания и о жидких кристаллах забыли почти на сто лет.
Первые жидкокристаллические дисплеи вышли на рынок в конце прошлого века и быстро вытеснили электронно-лучевые трубки.
Как устроен жидкокристаллический дисплей?
По принципу действия это т.н. оптический затвор. При включении дисплея лампа подсветки постоянно излучает ярко-белый неполяризованный свет, который проходит или не проходит через матрицу в зависимости от положения молекул жидких кристаллов. Каждая точка на экране дисплея называется пикселем и состоит из трех субпикселей – красного, зеленого и синего. Сочетание трех базовых цветов позволяет получить практически любой оттенок цвета. Поскольку лампа подсветки имеет белый цвет, для того чтобы получить три базовых цвета, на каждый субпиксель устанавливают цветной фильтр. Каждый субпиксель управляется крошечным тонкопленочным транзистором, из-за чего эта технология известна ещё и под названием TFT (thin film transistors, тонкоплёночные транзисторы). TFT матрицы имеет большинство LCD мониторов и телевизоров, хотя существуют и другие, более совершенные, но и более дорогие технологии IPS (In-Plane Switching), разработанная компаниями Hitachi и NEC, и PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung.
В последние годы в мобильных устройствах все чаще используются AMOLED дисплеи (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode, активная матрица на органических светодиодах.
На сегодняшний день решения на основе LCD являются наиболее популярными и бюджетными, они практически вытеснили плазменные дисплеи из большинства областей применения.
Достоинства:
Сравнительно невысокая цена Высокая яркость и контрастность изображения Малый вес и потребляемая мощность
Недостатки:
Недостаточно глубокий чёрный цвет. Пиксели LCD панели работают как оптические переключатели, но они не идеальны, поэтому часть света просачивается через них даже в закрытом состоянии. LCD панели могут работать только внутри помещений, для установки их под открытым небом требуются специальные кожухи или всеклиматическое исполнение панелей, что резко повышает их цену
Технология плазменных панелей была разработана в США в 60-х годах прошлого века. Их принцип работы довольно прост: панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными пластинами. На внутренней стороне пластин расположены прозрачные электроды, между которыми и происходит разряд в газе. При разряде в ячейках создается ультрафиолетовое излучение, заставляющее люминофоры излучать видимый свет. Иными словами, каждый субпиксель растра представляет собой микроскопическую флуоресцентную лампу, излучающую только один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Регулируя яркость свечения субпикселей, можно получить различные оттенки цвета. В настоящее время плазменные экраны широко применяются в качестве информационных табло в аэропортах, на вокзалах и выставках, используются в домашних кинотеатрах.
Достоинства:
Сравнительно невысокая цена Высокая яркость и контрастность изображения Малый вес и потребляемая мощность Более сочные цвета и больший цветовой охват, чем у LCD панелей Более широкие углы обзора, чем у LCD панелей Полноценный черный цвет Плазменные панели могут быть гораздо большего размера, чем жидкокристаллические.
Недостатки:
Сравнительно большой вес и энергопотребление. Если сравнить LCD и плазменный телевизор с одной и той же диагональю, то «плазма» в среднем будет весить на треть больше и потреблять на четверть больше электроэнергии. Плазменные панели могут работать только внутри помещений, для установки их под открытым небом требуются специальные кожухи или всеклиматическое исполнение панелей, что резко повышает их цену. Для плазменных панелей ранних моделей было характерно выгорание со временем люминофора и появления эффекта «водяных знаков» на изображении. Сейчас эти проблемы решены.
Проекционные устройства были известны еще в XIX веке, когда наши прадедушки любовались «туманными картинами». Современный мультимедийный проектор отличается от старых слайдоскопов, эпидиаскопов и других приборов, прежде всего, тем, что ему не нужны физические носители изображения – слайды, «прозрачки», диапозитивы и пр., он работает с электронными сигналами.
Первые видео проекторы появились в 70-х годах XX века и были построены на электронно-лучевых трубках. Сейчас это уже экзотика.
Появление жидкокристаллических дисплеев позволило создать принципиально новую схему получения изображения – на основе LCD панелей. По принципу действия такой проектор не отличается от обычного LCD монитора, только вместо лампы подсветки устанавливается мощная проекционная лампа, а изображение через систему линз проецируется на экран.
Более сложную конструкцию имеют появившиеся позднее трехматричные LCD проекторы, использующие три дисплея, каждый из которых управляет одним базовым цветом (красным, синим, зеленым). Трехматричные проекторы позволяют получать очень яркие, насыщенные краски, но стоят гораздо дороже одноматричных.
С 1996 года в проекторах вместо LCD стали применять специализированные интегральные микросхемы, разработанные фирмой Texas Instruments. DMD (Digital Mirror Device) чипы содержат на своей поверхности более 500 тыс. крошечных алюминиевых зеркал. Каждое микрозеркало соответствует одной световой точке на экране. При отсутствии управляющего сигнала отражённый от микрозеркала свет в объектив не попадает и рассеивается в проекторе.
Если в проекторе используется один микрозеркальный чип, цветовая гамма создаётся вращением специального цветового фильтра, т.н. цветового колеса. В более качественных и существенно более дорогих моделях используется три таких чипа, по одному на базовый цвет. Этим проекторам цветовое колесо не нужно.
Один из важнейших недостатков LCD проекторов состоит в том, что через LCD матрицы нельзя пропускать большие световые потоки, поскольку матрица перегревается. Именно поэтому мощных LCD проекторов не существует. Микрозеркальная технология этого недостатка лишена. За счёт высокой теплоустойчивости микрозеркальных чипов можно создавать стационарные сверхъяркие проекторы.
Кроме того, относительные расстояния между микрозеркалами существенно меньше, чем между пикселями ЖКД, поэтому на изображении гораздо менее заметно «зерно».
На практике LCD проекторы господствуют в сегменте бюджетных и недорогих офисных решений, а там, где нужны мощные проекторы с большими световыми потоками, лидирует технология DLP.
Возможность создания изображений больших размеров на поверхностях сложной формы.
Недостатки:
Высокая цена проекторов Значительные эксплуатационные расходы, поскольку дорогостоящие проекционные лампы и воздушные фильтры требуют периодической замены.
Светодиодный экран (LED screen, LED display) — это устройство, в котором каждым пикселем изображения является полупроводниковый светодиод. Принцип построения экрана модульный, т.е. экран собирается из функционально законченных сборочных единиц, которые называются модулями или кабинетами. Модули легко монтируются на специальной раме. Светодиодные экраны можно использовать как в стационарном варианте, так и в легкосборном – на концертах, рекламных акциях, при проведении предвыборных мероприятий.
Светодиодные экраны чаще всего используются в целях рекламы на улицах крупных городов или в качестве информационных экранов и дорожных знаков.
Достоинства:
Высокая яркость изображения Возможность сборки экрана больших размеров (до сотен метров в ширину и высоту) Произвольное соотношение высота/ширина Высокая надёжность, поскольку отказ одного или нескольких модулей не повлияет на работоспособность остальных Допускают круглогодичное использование на улице.
Недостатки:
Довольно большой размер зерна у экрана и низкое разрешение изображения Сложность самостоятельной сборки и установки Высокая стоимость Высокое энергопотребление Необходимость принудительного охлаждения в летнее время.
Видеостена представляет собой единый полиэкран, состоящий из нескольких видео модулей, называемых видеокубами. Видеокубы управляются специальным контроллером. Модульный принцип позволяет создавать видеостены сколь угодно больших размеров, существуют видеостены площадью в десятки и даже сотни квадратных метров. Понятно, что размеры видеостены должны быть кратны размерам видео кубов, из которых собирается полиэкран. В последнее время для создания видеостен иногда применяют профессиональные плазменные и ЖК-панели.
Видеокуб представляет собой блок, содержащий проектор, систему зеркал и просветный экран, т.е. в видеокубе используется обратная проекция. Как правило, в современных видеокубах применяют микрозеркальные (DLP) проекторы.
Видеокубы могут иметь диагональ от 40 до 100 дюймов (от 100 до 254 см). Чаще всего встречаются видеокубы с диагональю 50 и 67 дюймов. Соотношение сторон видеокубов – 4:3 или 16:9.
Видеостены бывают с с фронтальным и тыловым доступом для обслуживания. Фронтальные видеостены занимают меньше места, но сложнее по конструкции, имеют больший зазор между экранами соседних кубов и стоят дороже.
Иногда видеокубы применяют отдельно в качестве больших мониторов.
Достоинства:
Высокое качество изображения Возможность сборки экрана больших размеров Произвольное соотношение высота/ширина Экран занимает всю переднюю панель куба, а значит, швы между экранами минимальны и практически не заметны на полиэкране.
Недостатки:
Высокая стоимость Сложность самостоятельной сборки и установки Высокие эксплуатационные расходы Необходимость периодической регулировки Неравномерное изменение характеристик отдельных видеокубов
Работа лазерно-фосфорных дисплеев основана на принципиально новой технологии, разработанной американской компанией Prysm. Размеры экранов практически ничем не ограничены, и они могут использоваться как рекламные щиты в кинотеатрах, на стадионах и даже на стенах зданий.
По принципу действия лазерно-фосфорные дисплеи напоминают электронно-лучевые трубки, но вместо электронного луча используется лазерное излучение. Поскольку перемещением лазерного луча невозможно управлять с помощью электромагнитных полей, развертка механическая, с помощью вращающегося зеркального барабана.
Заметим, что русский перевод названия технологии содержит ошибку. Дело в том, что в англоязычной литературе по телевидению слово phosphor нужно переводить не как «фосфор», а как «люминофор», поэтому правильное название технологии – лазерно-люминофорная. Оно подчеркивает, что в дисплеях используется совершенно новый люминофор, чувствительный не к электронному, а к лазерному излучению.
Достоинства:
Могут иметь практически любую геометрическую форму Возможность сборки экрана больших размеров Произвольное соотношение высота/ширина Экран занимает всю переднюю панель куба, а значит, швы между экранами минимальны и практически не заметны на полиэкране Хорошая яркость и большие углы обзора Низкие эксплуатационные расходы, поскольку дисплей не требует обслуживания Малое энергопотребление
Недостатки:
Высокая стоимость Сложность самостоятельной сборки и установки Невысокое разрешение экрана
Обзор технических решений полагается завершать рекомендациями, когда и какую технологию лучше применять. Но в этой статье рекомендаций не будет, пусть читатели не обижаются. Дело в том, что общего ответа на этот вопрос просто не существует: сколько разных задач, столько и разных решений. И. чтобы не потратить деньги впустую и не испытать разочарования, заказчику лучше доверить решение своих проблем профессионалу, системному интегратору.
«Тогда зачем эта статья?» – возможно, спросит читатель. – Затем, ответит автор, чтобы заказчик говорил с системным интегратором на одном языке и мог корректно поставить перед ним задачу. Опыт показывает, что в таком подходе кроется не менее половины успеха всего дела.
