Журнал Компьютерра - Журнал «Компьютерра» №31 от 30 августа 2005 года

Ждет ли нас в близком будущем общедоступное секвенирование по цене средненького ноутбука - бог весть. Однако ученые мужи излучают оптимизм.

О технологии с громким названием Overdrive я впервые услышал во время весенней поездки на Computex 2005 - о ней несколько раз вскользь упоминали сотрудники BenQ, показывавшие нам завод и исследовательскую лабораторию фирмы. А чуть позднее, при посещении завода третьего по величине в мире производителя LCD-панелей AU Optronics (AUO), меня удивило изобилие панелей, сделанных на основе, казалось бы, совершенно непопулярной технологии MVA. Однако «экскурсоводы» в обоих случаях предпочитали говорить не о технологических, а о финансовых достижениях своих компаний, ограничиваясь демонстрацией «железок» и лабораторий, так что Overdrive на время забылась.

Вспомнилась же мне эта история много позднее, когда мой коллега рассказал о появлении на рынке нового поколения мониторов, в которых принципиально решена проблема слишком большого времени отклика матрицы. Заинтересовавшись, я отправился на поиски информации об использующейся в этих мониторах технологии.

Каждый (суб)пиксел в современной активной LCD-панели представляет собой довольно сложную конструкцию из транзистора, конденсатора и резистора, управляющих напряжением на электродах, между которыми зажата крошечная капля жидких кристаллов. В зависимости от этого напряжения изменяется ориентация кристаллов в этой капле, а в зависимости от ориентации субпиксел определенным образом поворачивает плоскость поляризации проходящего через него света. Поскольку вся конструкция, в свою очередь, зажата между двумя поляроидами, первый из которых поляризует свет в одном направлении перед прохождением его через массив субпикселов, а второй - отсекает часть света в зависимости от направления поляризации, то панель пропускает в данной точке то или иное количество света. Сетка управляющих электродов и «встроенные» в каждый субпиксел транзисторы позволяют электронной схеме, управляющей работой панели, подавать необходимый уровень напряжения на любой из субпикселов, образующих матрицу, а встроенные в субпикселы конденсаторы позволяют это напряжение на непродолжительное время «запоминать» - до следующего цикла обновления изображения на экране. Остается только равномерно осветить LCD-панель специальным источником (поток света от которого матрица будет «модулировать») - и жидкокристаллический монитор готов (рис. 1).

Грубая, упрощенная схема устройства субпиксела TFT-матрицы. При снятии напряжения с нужного «горизонтального» электрода в сетке, «открываются» транзисторы, соединяющие конденсаторы субпикселов с «вертикальными» электродами, и через эти электроды на всех субпикселах данного «ряда» устанавливается требуемый уровень напряжения. Эта процедура изменяет ориентацию жидких кристаллов в субпикселах, изменяет угол вращения поляризации света этими кристаллами и регулирует количество света, проходящего через субпиксел. Цветные светофильтры позволяют создавать цветные TFT-матрицы, набирая их из субпикселов разных цветов; пленка из материала с высоким коэффициентом преломления значительно увеличивает углы обзора.

Как видим, технология получается очень сложной и дорогой в производстве: неудивительно, что даже очень сложные по электронике и внутреннему устройству качественные CRT-мониторы до недавних пор были гораздо дешевле. Но даже если отойти от «производственных» проблем, то нетрудно заметить, что в описанной конструкции наличествует «механический» элемент - поворачивающиеся кристаллы; и время изменения цвета точки на экране определяется отнюдь не возможностями электронной схемы, управляющей напряжениями на субпикселах, а временем, которое требуется кристаллам, чтобы занять положенную ориентацию. Это время варьируется в зависимости от подхода к поляризации света (типа матрицы) и от «рецептуры» жидких кристаллов; в современных матрицах оно составляет от 4 до 60 мс и существенно зависит от того, между какими состояниями переключается субпиксел. Для отображения этой зависимости давайте зададимся каким-нибудь одним начальным уровнем яркости (например, нулем) и посмотрим «двухмерный» график времени переключения субпиксела в зависимости от того, какую «результирующую» яркость нам нужно получить от матрицы (рис. 2, 3).

Серый график - время отклика, соответствующее типовой современной TFT-панели. Белый график - время отклика AUO M170EG01, одной из самых быстрых матриц на основе технологии TN+Film. Хорошо видно, что время отклика для первой панели постепенно растет в зависимости от величины перехода и составляет в среднем от 30 до 45 мс, а время отклика более быстрой, восьмимиллисекундной панели примерно постоянно (22-25 мс) во всем диапазоне переходов. И только для переходов «черный-белый» (от полностью непрозрачного к полностью прозрачному состоянию) оно резко падает - до 18 (в первом случае) и 8 (во втором) миллисекунд. Именно это время, согласно стандарту ISO, и указывается в качестве времени реакции матрицы. То есть, как нетрудно посчитать, реальное среднее время отклика матрицы примерно в 2,5-3 раза больше, чем то, которое указывается производителем!

Человеческий глаз довольно инерционен (киношных 24 кадров в секунду достаточно, чтобы создать иллюзию плавного движения), однако инерционность эта чисто психологическая - на самом деле человек замечательно улавливает «мелкие детали», которые ему показывают с куда большей частотой. К примеру, подавляющее большинство людей отчетливо видят мерцание CRT-монитора с частотой обновления кадров 60 Гц - это происходит потому, что в каждый момент времени светится только небольшая часть экрана, а остальное пространство остается темным. И точно так же для LCD-панелей: глаз не улавливает промежуточного серого цвета при, скажем, изменении цвета всего экрана, однако при смене кадров хорошо видит не успевшее погаснуть старое изображение одновременно с новым. Например, при скроллировании черного текста на белом фоне на большинстве мониторов ясно видна серая «тень», слегка отстающая от текста (замыливание, ghosting). А в фильмах и динамичных трехмерных играх инерционность, хоть и не столь явно, может создавать неприятные для глаза артефакты. И чтобы избавиться от этих эффектов, необходимо, чтобы время отклика матрицы позволяло полностью сменять на экране хотя бы 50-60, а лучше - 70-75 изображений. То есть довести время реакции до 17-20, а то и 13-14 мс во всем диапазоне яркости.