Выбрать приличный монитор сейчас не просто: открываешь сайт, настраиваешь фильтры, в выдачу попадает сотня одинаковых прямоугольников. Из очевидных отличий, лежащих на поверхности: разрешение, частота развертки, диагональ, набор разъемов и реже эргономика. Главное скрывается за несколькими десятками технических характеристик, которые большинству не понятны. В этом материале простым языком разберем основные из них, начиная с самых азов.
Технология жидких кристаллов или LCD
Отправной точкой развития привычных для нас плоских современных мониторов стал 1964 г. Задачей инженеров того времени было сделать простой в производстве тонкий экран с малым энергопотреблением: требовалась замена сложным «пузатым» электронно-лучевым аппаратам, которые обычно называют «кинескопными».
Тогда Джордж Хейлмейер представил общественности первый в мире монохромный ЖК (жидкокристаллический) дисплей, а спустя 24 года появился и цветной LCD (Liquid Crystal Display). По большому счету с тех пор мало что изменилось: принцип построения изображения у сегодняшних панелей этого типа тот же.
Для вывода картинки им нужен источник света сзади или по бокам ЖК-матрицы. Раньше это были лампы с холодным катодом, теперь используют более яркие и эффективные диоды. Их световой поток должен преодолеть первый поляризационный фильтр и попасть непосредственно на жидкие кристаллы. Под напряжением они определенным образом разворачиваются и пропускают поток теперь уже на второй поляризационный фильтр, а без напряжения, наоборот, блокируют его, возвращаясь в исходное положение. Замыкает цепочку последний слой светофильтров, называемых пикселами. Каждый состоит из трех субпикселов: красного, синего и зеленого. Если свет попадает на все разом, получается белый цвет, а если лишь на один конкретный — определенный оттенок.
Простая и эффективная схема, но из одного только описания понятны ее минусы. Первый — источник света за матрицей. Как ни блокируй его, часть так или иначе будет пробиваться через пикселную структуру, что ведет к проблемам с черным цветом и детализацией изображения в тенях. В среднем контрастность типичного ЖК-монитора — 1000:1, при лучшем раскладе — 3000:1.
Второй недостаток — скорость: жидким кристаллам нужно время, чтобы разворачиваться. В худшем случае это занимает до 20 мс, а у самых быстрых игровых моделей — до 6 мс. Эту задержку называют временем отклика пиксела.
Типы ЖК-матриц
С фундаментальными принципами работы ЖК-матриц разобрались — переходим к их видам. Всего таких три: TN (Twisted Neumatic), VA (Vertical Alignment), IPS (In-plane Switching). Каждая со своими достоинствами и недостатками.
TN-матрицы
Их основное преимущество — время отклика, влияющее на восприятие изображения в динамике. Чем медленнее работают жидкие кристаллы, тем отчетливее виден шлейф, тянущийся за движущимся по экрану объектом. У TN они очень быстры, поэтому в течение многих лет хардкорные геймеры выбирали именно эти матрицы: изображение четкое даже в самых интенсивных боевиках. По этой же причине именно на TN были собраны дисплеи, первыми покорившие отметки 120 Гц, далее 144 Гц и 240 Гц, а в 2024 г рекордные 540 Гц. Но об этом позже, а сейчас к недостаткам панели. Их много, но все они сводятся к слабой цветопередаче:
- Сужен цветовой диапазон. Хотя бы 90% базовой палитры sRGB — уже редкость. При этом даже в рамках этих 90% матрица попадает в нужные оттенки не точно, отклоняясь от эталонных значений.
- Хромает контрастность — в среднем это порядка 700:1, что крайне мало и от того картинка на TN-мониторах выглядит блекло и как будто в дымке.
- Углы обзора. Если сидеть за экраном прямо — все более-менее приемлемо, но стоит чуть наклониться, особенно, вниз — и картинка становится похожа на негатив фотопленки.
По этой части twisted neumatic — самая плохая матрица из всех. Таким образом вопросов почему, ее ставят либо в недорогие офисные дисплеи, либо в быстрые игровые, быть не должно. Это сносный вариант для мониторов, где точность воспроизведения цветов совершенно не важна. Единственное исключение — Asus ROG Swift Pro PG248QP с TN-матрицей нового поколения за $1000. Ей подтянули контрастность, расширили цветовой диапазон, разогнали до 540 Гц. Все остальные минусы как были, так и остались, и своих денег продукт не стоит.
О том, что такое цветопередача, в подробностях читайте во второй части материала:
«Как выбрать монитор: выясняем, что такое G-Sync, V-Sync, VRR, DCI-P3 и ULMB»
IPS-матрицы
Это прямая противоположность TN: отличная цветопередача, угол обзора 178°, средняя контрастность в районе 1200:1, 100% покрытие палитр sRGB и DCI-P3, однако низкая скорость отклика пикселов. С недостатком активно борются всю историю существования IPS, и за последние четыре года достигнуто немало успехов: отставание от лучших экземпляров TN в лице все того же PG248QP — всего 0,30 мс. По этой причине сегодня TN постепенно, но планомерно вытесняется с рынка.
VA-матрицы
Этот подвид — нечто среднее между двумя предыдущими матрицами. Vertical Alignment быстрее IPS, но с менее точной цветопередачей. Зато превосходит последнюю в контрасте, который в среднем достигает 3000:1. С TN матрицы схожи углами обзора: они значимо шире и эффект «фото-негатива» отсутствует, но отставание от IPS очевидное. Что до скорости отклика, то VA в этом плане неоднозначны. Они могут быть крайне быстры (на уровне TN), но все портит black smearing — феномен, превращающий в кашу любые динамично перемещающиеся по дисплею темные объекты. Отсюда и тот факт, что VA — не популярны у профессиональных игроков. Впрочем и для профессиональной работы с цветом матрицы не особо подходят. В общем, вариант для домашнего использования без претензий на профессионализм: просмотра кино, игр в неспешные сюжетные проекты, легкой ретуши фото из семейного альбома. Киберспортсменам и колористам с художниками — TN и IPS.
Типы подсветки матриц
Итак, закрепим: в основе любой ЖК-панели лежит подсветка, и долгие годы с ней особо не изощрялись: размещали ее по краям матрицы или за ней. Раньше это были флуоресцентные лампы, теперь — диоды. Отсюда и название LED — Light Emitting Diode. Аббревиатуру часто путают с LCD — Liquid Crystal Display, хотя это попросту общее название всех жидкокристаллических матриц. В последнее время путаницы стало еще больше: появились QLED, MiniLED, QD-OLED, OLED и MicroLED. Выясним, что это за термины.
Основное, что нужно понять — все это по-прежнему LCD или ЖК-матрицы и от классических LED их отличает только тип подсветки.
QLED
Матрицы QLED (Quantum Dot LED), они же QDEF (Quantum Dot Enhancement Film), а также LG Nanocell и Sony Triluminos — все построены по одной технологии. В ее фундаменте лежит обыкновенная ЖК-матрица, но с одним изменением: за слоем диодов размещается пленка с мелкими искусственно выращенными частицами или точками.
Интересный факт: открытие квантовых точек принадлежит советским исследователям Алексею Онущенко и Алексею Екимову.
Под воздействием света точки возбуждаются и также излучают свечение, а его цвет зависит от их размера: 2 нм — синий, 3 нм — зеленый, 6 нм — красный. После потоки смешиваются, образуя чистый белый, а далее матрица работает по традиционному принципу. Смысл подхода в том, что так имеем два источника света, соответственно, он интенсивнее и проходит меньшее количество фильтров — картинка получается ощутимо ярче и насыщеннее. Но на этом все — ожидать чудес от QLED не стоит.
MiniLED
MiniLED уже намного интереснее. Матрица та же — ЖК, но с подсветкой нового поколения, которая в отличие от QLED дает настолько весомые преимущества, что выводит MiniLED-мониторы и телевизоры в совершенно другой класс устройств. Секретный ингредиент здесь — диоды: размер, количество, схема управления.
Напомним: как правило, они ставятся по бокам или за жидкокристаллической матрицей, их не так много, зато они большие и мощные. Просто, дешево, эффективно, но так выходит, что в глаза в буквальном смысле постоянно светит лампа — раз, а два — прощай, контраст: глубокого черного при соотношении 3000:1 не достичь. Но что, если взять те же, размещенные за ЖК-панелью диоды, сделать их крохотными, кратно увеличить их количество и объединить в мелкие группы, образовав маленькие независимые зоны свечения? Что ж, в таком случае получится MiniLED с контрастностью 1 000 000:1.
Числа — это хорошо, но обратимся к реальным примерам. Представим, что управляем монитором с обычной LED-подсветкой, которому нужно отобразить сцену ночного неба с луной и звездами. Спутник — яркий объект, соответственно, открываем пикселы, отвечающие за его вывод на экран, и включаем диоды на полную. Получилось. Теперь дело за малым — темный фон вокруг. И вот тупик: вместо черного цвета — серый, ведь свет от LED пробивается даже через закрытые пикселы. Картинка испорчена и совершенно не похожа на реальность.
Поставим тот же эксперимент, но на MiniLED-панели. Интенсивность работы диодов, подсвечивающих Луну — на максимум, остальные просто выключаем. Результат — схожее с действительностью изображение и все лишь благодаря контрасту.
Однако технология не лишена недостатка — эффекта Halo. Причина в количестве зон подсветки: их всегда меньше, чем самих пикселов, следовательно, диоды не могут работать точно внутри контуров объекта, и от того он неизбежно будет окружен ореолом. Хуже того, у бюджетных MiniLED-продуктов, помимо него, станет заметно, как матрица активирует группы диодов. При перемещении курсора мыши по рабочему столу Windows будет видно, как при переходе в новую зону подсветки на экране гаснут и зажигаются небольшие квадратные области — те самые зоны. Поэтому при выборе MiniLED-монитора важно, чтобы их было как можно больше.
Исходя из всего вышесказанного выходит, что идеальных ЖК-матриц нет. Это действительно так, однако способ получить безупречную картинку есть — OLED.
OLED
Прежде чем переходить к тонкостям OLED, погрузимся в историю. В начале текста фигурировали ЭЛТ или CRT-мониторы. Так вот, как бы парадоксально это ни было, современные и технологичные ЖК-панели до сих пор во многом уступают своим «допотопным» собратьям. И вот причины.
Сердце любого подобного монитора — электронно-лучевая трубка (Cathode-Ray Tube). Ее функция — обстреливать электронами люминофорные точки на стекле экрана, от чего последние светятся. Они называются триадами, поскольку состоят из красного, зеленого и синего сегментов (Red, Green, Blue — RGB). Если горят все три, получается белый цвет, если одна определенная — конкретный оттенок. Это похоже на субпикселную структуру сегодняшних ЖК-матриц, но лишь отдаленно. Лучевая пушка предельно точно управляет электронами, направляя их исключительно на точки, нужные для построения картинки — на полностью темные участки, где изображения нет, ничего не попадает. Вдобавок к этому электроны летят со скоростью света. Отсюда два фундаментальных преимущества CRT над ЖК: нулевые задержки и настоящий глубокий черный цвет.
В технологии OLED то же самое, но результат достигнут другим способом. Ее база — органический светоизлучающий диод или Organic Light Emitting Diode, разработку которого с 1987 г. вели Стивен ван Слайк и Дэн Цинъюнь из компании Kodak. Им удалось создать полупроводник из углеродных полимеров. При подаче на него напряжения он возбуждается и источает свет. В этом и есть ключевая особенность: OLED-матрице не нужны ни внешняя подсветка, ни жидкие кристаллы, ни ЭЛ-пушки — только RGBW-субпикселы, способные светиться самостоятельно. Результат: задержки не выше 0,03 мс, отсутствие эффекта Halo, корректная цветопередача, хирургически точное отображение оттенков черного, широкие углы обзора, практически неограниченная частота развертки, полное покрытие палитр sRGB, Adobe RGB и DCI-P3. Но во главе угла — идеальный черный, благодаря чему достигается запредельный контраст ∞:1, то есть бесконечность к одному. Плюс ко всему OLED — это энергоэффективно, сравнительно несложно в производстве и умещается в корпус меньше, чем того требует среднестатистическая ЖК-матрица.
Казалось бы, одни плюсы, что на самом деле близко к истине, но все же ограничения имеются:
- OLED не в состоянии конкурировать с LED-панелями в вопросах статической яркости. ЖК-матрицы в среднем достигают 450 нит или кд/м², в то время как органические диоды выдают лишь 250.
- ШИМ (PWM) или широтно-импульсная модуляция. В случае с OLED понизить напряжение на диоды, чтобы уменьшить яркость не выйдет: пострадает качество изображения. Поэтому прибегают к помощи импульсной подсветки, и от того матрица мерцает. Некоторые люди особенно восприимчивы к ШИМ, от чего у них могут болеть глаза и голова. Но вспомним: мерцание тем интенсивнее, чем ниже светимость экрана — повышаем яркость и пагубный эффект минимизируется либо вовсе сходит на нет.
- Рендеринг текста. Корень этой проблемы в том, что у классической ЖК-матрицы уже много лет сохраняется строго определенный порядок расположения субпикселов: RGB (Red — красный, Green — зеленый, Blue — синий). Как следствие, операционные системы хорошо оптимизированы для работы именно с такой структурой. Но у OLED она отличается: это может быть BGR, RBG или вовсе RGBW (W — белый). В связи с этим мелкий шрифт выглядит слегка нечетко: края символов окружены радужным ореолом — похоже на эффект хроматической аберрации. Звучит плохо, но на деле все не так страшно: достаточно отключить Clear Type в ОС Windows, что на 90% исправит ситуацию. Кроме того, в новом поколении матриц пикселы расположены плотнее, специально, чтобы улучшить восприятие текста — на свежих WQHD-моделях с диагональю 27″ изъян практически не заметен, на 32″ UHD-панелях — тем более. В будущем, когда OLED станут достаточно популярны, и специалисты Microsoft все же возьмут их в расчет, недочет уйдет полностью.
- Выгорание или, так называемое, остаточное изображение. Органические диоды подвержены повышенному износу под постоянным электрическим напряжением и поэтому боятся статического изображения: логотипов телевизионных каналов, неподвижных элементов меню игр, иконок рабочего стола. Если пренебрегать элементарными правилами эксплуатации OLED может случиться так, что лого любимого телешоу останется на экране навсегда.
Интересный факт: первыми «умирают» синие субпикселы, им для работы нужен самый высокий вольтаж.
Но не так страшен черт, как его рисуют. Производители OLED-панелей наработали массу действенных практик по борьбе с выгоранием: картинка постоянно незаметно смещается, сводя к минимуму статическую нагрузку, снижает яркость при длительном бездействии и «очищает пикселы». Все эти меры сводят шансы угробить панель к минимуму, так что сегодняшние OLED вполне надежны.
Лидируют LG WOLED. В сети ставили опыт, в рамках которого имитировали типичный сценарий работы на OLED-мониторе на протяжении трех лет, при том, меры предосторожности намеренно игнорировались. Результат — полное отсутствие остаточного изображения. Матрицы Samsung QD-OLED уступают конкуренту и подвержены износу сильнее, о чем говорит тестирование ресурса Rtings.
MicroLED
Массово доступных потребительских устройств с MicroLED к моменту публикации этого материала не существует, хотя разработку уже 24 года ведут профессоры Хунсин Цзян и Цзинюй Линь. И тем не менее, дальше прототипов от Sony и Samsung за баснословные деньги дело пока не пошло. Однако технология крайне перспективная, поскольку решает все проблемы OLED. Основная идея та же: субпиксел — это источник света, и все, что касается скорости с контрастностью, применимо к MicroLED.
Разница в том, из чего и как сделаны диоды. Во-первых, они крошечные — до 5 мк. Во-вторых, они работают на неорганическом нитриде галлия, а он совершенно не подвержен выгоранию. И, наконец, в-третьих, при всей своей надежности он способен достигать светимости порядка 5000 нит, что в 20 раз больше, чем пиковые значения OLED. Остается только с нетерпением ждать.
Что же выбрать
Теперь, когда о матрицах известно все, можно закрепить материал и подвести итоги:
TN
Самые недорогие и скоростные матрицы. В то же время и наиболее проблемные: ужасны цветопередача, контрастность и углы обзора. Подобные решения имеют право на существование только в самых доступных офисных мониторах либо дисплеях для динамичных онлайн-шутеров, где качество картинки не имеет никакого значения, а главный приоритет — скорость.
IPS
Совсем скоро полностью вытеснят TN с рынка, так как предлагают почти ту же скорость при точной цветопередаче и углах обзора. Отличный вариант для геймеров и тех, кому важен точный контроль над цветом. Минус — невысокая контрастность, но спасательный круг в данном случае — MiniLED-подсветка.
VA
Промежуточный вариант между IPS и TN. Это быстрые матрицы с неплохим контрастом, особенно, в тандеме с MiniLED. Недостатки: black smearing, не лучшая цветопередача, не самые широкие углы обзора.
OLED
Ультимативный продукт к этому дню. С феноменальным качеством изображения, недоступным ни одной другой матрице. Подходит как для точной работы с цветом на профессиональном уровне, так и для состязаний в соревновательных шутерах на турнирах мирового класса. Минусы: потенциальное выгорание диодов, небольшие изъяны при отображении текста, возможные головные боли и повышенная усталость глаз у восприимчивых к ШИМ людей, предпочитающих пользоваться экранами с крайне низкой яркостью.
MicroLED
Теоретически беспроблемная технология, продолжающая идеи OLED, попутно решая ее проблемы с надежностью и невысокой яркостью. О качестве говорить рано: ожидается выход в массовое производство, но скорее всего, оно не только не будет уступать возможностям органических диодов, но и превзойдет их.
Во второй части материала читайте обо всех дополнительных фичах мониторов: VRR, G-Sync, FreeSync, Adaptive-Sync, ULMB, DCI-P3.