Технологии формирования изображения в телевизорах

Словарь терминов. Технологии, функции и характеристики телевизоров Samsung

Словарь терминов. Технологии, функции и характеристики телевизоров LG

Словарь терминов. Технологии, функции и характеристики телевизоров Philips

Технологии формирования изображения в телевизорах

Жидкокристаллическая технология формирования изображения (LCD) - основана на способности жидких кристаллов менять свою прозрачность (пропускать свет) в зависимости от уровня напряжения, которое к ним прикладывается. Если не вдаваться в поляризационные сложности, то жидкие кристаллы работают как диафрагма в фотоаппарате, плавно меняя количество света, который проходит сквозь них, от полностью белого до черного цвета. 

Так как задняя подсветка LCD-матрицы белая, то перед ней (со стороны зрителей) располагают специальный цветной светофильтр. Получается, что каждой LCD-ячейке соответствует пиксель светофильтра красного, зеленого или синего цвета (RGB), который она подсвечивает. Из подобных триад создается любой оттенок цветного изображения на экране телевизора.

Плазменная технология формирования изображения (PDP) – основана на свечении инертных газов при их ионизации. Плазменная панель телевизора представляет собой набор огромного количества маленьких стеклянных капсул, заполненных смесью неона и ксенона, задняя стенка каждой из которых покрыта цветным люминофором (красным, зеленым или синим). Три капсулы разного цвета составляют один пиксель цветного изображения матрицы.

При подаче на ячейку напряжения в ней происходит ионизация газа (холодная плазма) с последующим излучением ультрафиолета, который начинает светиться цветом присутствующего люминофора. Меняя напряжение, приложенное к капсулам, можно менять яркость их свечения и создавать различные оттенки цвета.

OLED технология формирования изображения (Organic Light Emitting Display) – основана на использовании свечения органических светодиодов различного цвета при подаче на них управляющего напряжения. На сегодняшний день это наиболее перспективная технология, в развитие которой вкладываются огромные деньги.

К преимуществам данной технологии можно отнести высокие показатели контрастности и яркости, а также низкие энергозатраты при использовании. Кроме того, OLED-экраны являются более тонкими (примерно 3-5 мм), а за счет больших углов обзора можно создавать крупноэкранные телевизоры модной ныне изогнутой формы.  

К недостаткам OLED-технологии относят высокую стоимость производства крупных панелей, которая на данный момент не позволяет производить телевизоры для массовой аудитории потребителей. Для примера можно сказать, что на сегодняшний день 11-дюймовый OLED-телевизор обойдется вам в несколько тысяч долларов. Поэтому ныне экономически оправдан выпуск OLED-экранов только небольших размеров, которые широко используются в различных мобильных устройствах.

Кроме того, серьезным недостатком органических светодиодов является короткий срок их службы. В среднем OLED-элементы качественно работают примерно 20 000 часов, что в три раза меньше, чем их LCD-конкуренты.  

Технология 3D – создание у телезрителей иллюзии просмотра объемного изображения, которая основана на особенностях бинокулярного человеческого зрения. В целом, когда говорят о 3D-изображении, имеют в виду стереоскопическую картинку, каждая часть которой снята под разным углом, а затем сводится зрительным аппаратом человека в единый объемный образ.     

Существуют два метода формирования телевизионного стереоизображения: активный и пассивный.

При активном методе два стереокадра передаются на экран телевизора последовательно, но настолько быстро, что человеческий зрительный аппарат воспринимает их одновременно. Для правильного восприятия последовательных стереокадров отдельно каждым глазом применяются специальные синхронизированные активные очки затворного типа. То есть когда передается кадр для левого глаза, правый окуляр очков на мгновение становится непрозрачным (закрывает изображение шторкой). На следующем кадре закрывается уже левый окуляр очков.

К сильным сторонам активного метода можно отнести качество отображения мелких деталей картинки, обусловленное сохранением высокого разрешения экрана. Действительно, в данном случае кадры передаются последовательно в полном формате  1080p.

Слабыми моментами активного 3D можно назвать сравнительную дороговизну технологии, а также повышенную утомляемость глаз, вызванную постоянным мерцанием затворных шторок очков.

Созданием телевизоров с активным 3D сегодня занимаются компании Samsung, Sharp, Sony, а также частично Panasonic и Philips.

При пассивном типе формирования 3D-изображения картинка разбивается на два полукадра (вертикальных или горизонтальных), которые выводятся на экран одновременно. Для их пространственного разделения используются специальные пассивные очки с эффектом поляризации. То есть специальные поляризационные фильтры позволяют каждому глазу одновременно видеть только свою картинку.  

Сильными сторонами пассивного метода 3D являются простота и дешевизна реализации, а также низкие нагрузки на зрительный аппарат человека.

К недостаткам пассивного метода можно отнести снижения качества отображения картинки за счет уменьшения разрешения в два раза (в вертикальной или горизонтальной области), которое происходит за счет одновременной демонстрации двух картинок на полном экране.

Активным пропагандистом пассивной технологии и созданием на ее основе телевизоров является компания LG.

Типы LCD-матриц

Наиболее распространенная на сегодняшний день жидкокристаллическая технология создания цветного телевизионного изображения подразумевает использование матриц нескольких типов, каждая из которых имеет как сильные, так и слабые стороны.

TN (Twisted Nematic) – наиболее ранняя технология создания LCD-матриц, отличающаяся скрученным по спирали расположением жидких кристаллов в ячейке.

Данная технология обеспечивала простоту производства телевизионных экранов и мониторов, стоила недорого, а также обеспечивала наибольшую скорость отклика ячейки. К ее характерным недостаткам можно отнести малые углы обзора экранов, а также характерное выцветание картинки и существенное снижение ее яркости. Кроме того, неодновременный поворот кристаллов не позволял добиться насыщенного черного цвета на экране.  

Особенностью данной технологии является и то, что при отсутствии напряжения на LCD-ячейке она полностью пропускает свет, поэтому сгоревший или изначально «битый» пиксель всегда светится на экране яркой заметной точкой.

Усовершенствованными вариантами технологии TNявляются STN (Super Twisted Nematic) и DSTN (Dual-Scan Twisted Nematic) которые были разработаны специально для улучшения углов обзора и цветопередачи.

IPS (In-Plane Switching) – более совершенная технология, разработанная компанией Hitachi, которая добилась изначально параллельного расположения жидких кристаллов в одной плоскости. Исходя из этого, поворот всех кристаллов под воздействием электрического поля происходит одновременно и одинаково.

К сильным сторонам данной технологии можно отнести высокие показатели яркости и расширенные углы качественного просмотра экрана. Кроме того, при отсутствии управляющего напряжения на ячейке (сгоревшая или бракованная) «битый» пиксель не светится как в TN-матрице, а практически незаметен.

К недостаткам технологии IPS можно отнести относительно низкую скорость отклика, более высокие производственно-технологические затраты, а также пониженный уровень контрастности экрана. Эти недостатки в разной степени устранили усовершенствованные варианты технологии S-IPS (LG, Philips) и SA-SFT (NEC).

MVA(Multi-Domain Vertical Alignment) – компромиссная технология, разработанная японской компанией Fujitsu, призванная усреднить минусы и плюсы, присущие более ранним разработкам TN иIPS. Fujitsu применила так называемое мультидоменное расположение кристаллов, при котором зрители, смотрящие на экран под разными углами, могли видеть усреднено равные оттенки цветовой палитры.

На сегодняшний день технология MVA является наиболее перспективной, поэтому специалисты продолжают работать над ее совершенствованием и снижением стоимости производства подобных экранов.

Компания Samsung со временем развила технологию MVA, создав собственную разработку под названием PVA (Patterned Vertical Alignment), которая обеспечивает несколько большие углы обзора матрицы, но зато отличается более длительным временем отклика ячеек.

LED-подсветка – важный элемент формирования изображения на экране ЖК-телевизора путем подсветки матрицы массивами излучающих светодиодов (Light Emitting Diode). Как известно, цветные пиксели, из которых состоит жидкокристаллическая матрица, не могут сами светиться, а поэтому нуждаются во внешней подсветке.

Светодиодная подсветка явилась достойной альтернативой более традиционного варианта освещения матрицы при помощи флуоресцентных ламп с холодным катодом (CCFL) и впервые была применена в телевизорах южнокорейской компании Samsung.  LED-подсветка матрицы требует меньших энергетических затрат, позволяет создавать более компактные телевизионные панели, но сама светодиодная технология пока обходится производителям примерно в два раза дороже, чем традиционная CCFL.

На сегодняшний день производители LCD-телевизоров используют три типа светодиодной подсветки:

1. Боковая подсветка Edge-LED. При ней светодиоды располагаются по краям телевизионной панели (двум, трем или четырем), а излучаемый ими свет равномерно рассеивается по всей поверхности матрицы специальной подложкой. Такая конструкция позволяет максимально уменьшить толщину телевизионного экрана.
2. Ковровая подсветка Full-LED (Direct-LED). В данном случае светодиоды подсветки равномерно располагаются позади LCD-матрицы с разной степенью плотности. Подобное решение не только обеспечивает более равномерное освещение всего экрана, но и позволяет более гибко регулировать интенсивность света на его определенных участках, приглушая или усиливая его в зависимости от характера отображаемой картинки. Чем плотнее расположены светодиоды за матрицей, тем более реалистичной кажется формируемое на экране изображение, но и тем дороже обходится производство подобной панели. 
3. Цветная динамическая подсветка RGB-LED. Данный тип формирования задней подсветки аналогичен ковровой, только в нем вместо излучающих диодов белого цвета (White-LED) используются цветные (красные R, зеленые G и синие B) элементы. Благодаря использованию сложного алгоритма управления интенсивностью свечения каждого отдельного светодиода достигается чрезвычайно качественная, контрастная и насыщенная цветом картинка. На сегодняшний день данная технология все еще является достаточно дорогой.