Service Hotline
+86-755-86524100
Knowledge
Home > Knowledge > Content

Product Categories

Яркость и контрастность ЖК дисплеев

Edit: Blaze Display Technology Co.,Ltd      Date: Nov 08, 2017

【R&D Department of Blaze Display】Строго говоря, писать "яркость и контрастность монитора", говоря о заявленных производителем этого монитора паспортных параметрах, некорректно – дело в том, что в качестве таковых производители мониторов в абсолютном большинстве случаев заявляют паспортные параметры матрицы, предоставленные им производителями этих матриц. И, если в случае с временем отклика и углами обзора электроника монитора не оказывает существенного влияния на параметры матрицы, то в случае с яркостью и контрастностью это совсем не так.

Однако давайте сначала определимся с терминологией: под яркостью понимается яркость белого цвета (то есть на матрицу подается максимальный сигнал) в центре экрана, под контрастностью – отношение уровня белого цвета к уровню черного, также в центре экрана.

Проблема с контрастностью принципиальна для ЖК-матриц в силу самого их принципа действия. В отличие от абсолютного большинства электронных устройств отображения информации (ЭЛТ, электролюминесцентные и светодиодные табло, OLED и так далее), по отношению к свету матрица является не активным, а пассивным элементом – иначе говоря, она не способна излучать свет, а лишь способна модулировать проходящий через нее. Поэтому позади ЖК-матрицы всегда размещается модуль подсветки, а матрица лишь управляет своей прозрачностью, ослабляя свет от модуля подсветки в заданное количество раз. Регулировка прозрачности осуществляется за счет поворота плоскости поляризации – жидкие кристаллы расположены между двумя сонаправленными поляризаторами: сонаправленность означает, что если свет между ними не изменил свою плоскость поляризации, то он проходит через второй поляризатор без потерь. Если же плоскость поляризации была повернута жидкими кристаллами, то второй поляризатор задержит световой поток, и соответствующая ячейка будет выглядеть черной. Однако по различным причинам – из-за неидеальности поляризаторов, не идеально точного расположения кристаллов и так далее – задержать весь свет невозможно, а потому какой-то его процент всегда будет проходить через матрицу, слегка "подсвечивая" черный цвет монитора.

Как я уже отметил выше, эти измерения производятся производителем матрицы, а не монитора, а потому делаются на специальном стенде, где матрица подключается к источнику тестового сигнала, а лампы подсветки питаются током определенной величины – таким образом получаются некие эталонные значения. В реальном же мониторе добавляется влияние его электроники, которая, во-первых, отлична от лабораторного генератора сигналов, во-вторых, еще и в некоторой степени управляется пользователем, регулирующим яркость, контрастность, цветовую температуру и другие параметры, а потому и реальные параметры монитора очень часто не соответствуют заявленным. Например, если электроника монитора дает небольшую "подсветку" черного цвета (разумеется, это дефект, однако на некоторых недорогих моделях он достаточно распространен), то реальная контрастность окажется значительно ниже заявленной.

При этом даже заявляемая многими производителями матриц для своих изделий контрастность 500...700:1, несмотря на кажущуюся высокой цифру, на самом деле все еще далека от идеала – фактически при такой контрастности монитор все еще не может обеспечить действительно глубокого черного цвета, если посмотреть на экран при неярком внешнем освещении, то он будет выглядеть темно-серым, но не черным. При реальной контрастности же 200...300:1 заметить, что сквозь черный цвет просвечивают лампы подсветки, и вовсе не составляет никакого труда.

Как бы в оправдание производителей ЖК-мониторов иногда встречается мнение, что слишком большая контрастность матриц негативно влияет на зрение, излишне утомляя глаза. Это в корне неверно – "слишком низкого" уровня черного не бывает, ибо в идеале он должен быть не просто низким, а нулевым, и именно это будет означать, что монитор может воспроизвести настоящий черный цвет, без каких-либо оговорок. Паспортная контрастность при этом, очевидно, будет бесконечно велика (разумеется, так как поверхность экрана не является абсолютно черным телом, то она будет в той или иной мере отражать падающий на нее внешний свет, однако в данном случае я говорю именно о паспортной контрастности, при измерении которой внешней засветки нет). Существует и еще один миф, пущенный чьей-то легкой рукой и заключающийся в том, что производители увеличивают паспортную контрастность матриц, увеличивая яркость белого цвета при неизменной яркости черного, что приводит к тому, что паспортная-то контрастность увеличивается, а вот реальная – нет, ибо пользователь работает при той яркости, которая для него наиболее комфортна, а не при максимально возможной. Очевидно, что в силу принципа действия ЖК-матриц увеличить яркость можно только увеличением интенсивности подсветки. Пусть яркость подсветки у нас равна L, тогда уровень белого цвета будет равен  , где   – коэффициент пропускания открытого пиксела (он чуть меньше единицы, так как часть света при проходе через кристаллы и поляризаторы все же теряется), а уровень черного цвета, соответственно,  , где   – коэффициент пропускания закрытого пиксела (он немногим больше нуля). Соответственно, контрастность будет равна  , причем коэффициенты пропускания открытого и закрытого пикселов зависят только от характеристик самой матрицы, но никоим образом не от яркости подсветки, а потому и паспортная контрастность матрицы от яркости подсветки никак не зависит и определяется только внутренними характеристиками самой матрицы. Таким образом, увеличение яркости никак не поможет производителю поднять заявленную контрастность матрицы, а распространенное мнение об обратном не имеет под собой никаких фактических оснований.

Иногда в оправдание существования этого мифа приводят мнение, что в реальных условиях также будет играть роль внешняя засветка матрицы, иногда – например, при нормальном дневном освещении помещения – дающая заметный вклад в уровень черного (в таком случае "визуальная" контрастность будет равна  , где   – внешняя засветка; в этом выражении, очевидно, с увеличением L увеличивается и  ), однако я еще раз подчеркну, что речь идет о паспортной контрастности матриц, которая измеряется их производителями без учета какой-либо внешней засветки.

Помимо того, что контрастность матрицы измеряется в условиях специального тестового стенда, а не готового монитора (то есть без учета особенностей электроники этого монитора), пользователь может сам регулировать яркость и контрастность, что также влияет на многие параметры изображения, причем как именно влияет – зависит от реализации этих регулировок опять же в конкретной модели монитора.

Во-первых, не совсем корректно говорить, что пользователь меняет яркость и контрастность ручками "Brightness" и "Contrast" соответственно, ибо сразу же возникает вопрос – яркость чего он регулирует, и за счет чего меняется контрастность. Как я уже отмечал выше, в идеале яркость пиксела L определяется как L = B + x*C, где B – величина, напрямую зависящая от положения регулятора "Brightness" монитора, C – величина, зависящая от положения регулятора "Contrast", а x – сигнал, подаваемый на данный пиксел с компьютера (x=0 соответствует черному цвету, а максимальное значение x – белому). Отсюда очевидно, что регулировкой "Contrast" пользователь меняет яркость белого цвета (а точнее говоря, и всех оттенков серого, но вот черный цвет остается неизменным), а регулировкой "Brightness" – яркость как черного, так и белого одновременно.

В большинстве мониторов регулировка "Brightness" реализована изменением яркости ламп подсветки – впрочем, это весьма очевидный способ. Используемые в мониторах лампы дневного света с холодным катодом (CCFL – Cold Cathode Fluorescent Lamp) позволяют это делать двумя способами – либо регулируя ток разряда в лампе, либо (так как первый способ позволяет регулировать яркость лишь в сравнительно небольших пределах, при сильном уходе тока от номинала теряется стабильность разряда в лампе) с помощью широтно-импульсной модуляции питания лампы на сравнительно небольшой частоте (сравнительно – потому что она достаточно мала с точки зрения физики разряда в лампе, но при этом достаточно велика, чтобы глаз не замечал мерцания подсветки; на практике частота составляет обычно от 200 до 500Гц). Широтно-импульсная модуляция – это очень распространенный способ регулировки напряжений и токов, заключающийся в том, что в зависимости от нужного напряжения регулируется ширина подаваемых импульсов при их неизменной частоте и амплитуде – и среднее напряжение как раз оказывается пропорционально этой ширине. На практике процесс регулировки показан на осциллограммах ниже:

Этот сигнал снят не с цепей питания ламп, а с помощью фотодатчика уже с экрана монитора, поэтому импульсы сильно сглажены за счет послесвечения люминофора ламп, и на анимированной картинке отчетливо видно, как растет средняя яркость. При этом расстояния между пиками не меняются с изменением яркости, а потому очевидно, что используется именно широтно-импульсная модуляция.

Также встречается регулировка яркости с помощью матрицы – при увеличении яркости пользователем монитор добавляет к подаваемому на матрицу сигналу постоянную составляющую. При таком способе регулировки, увы, заметно страдает контрастность – ведь лампы подсветки всегда работают на мощности, необходимой для обеспечения максимально возможной для монитора яркости, а потому при работе на небольшой яркости, даже если добавляемая к сигналу постоянная составляющая будет уже равняться нулю, такой монитор покажет заведомо более высокий уровень черного, чем модель с регулировкой яркости с помощью ламп подсветки – пусть у нас яркость черного равна  , где L – яркость подсветки, а   – коэффициент пропускания пиксела в закрытом состоянии. Пусть также у наших мониторов одинаковые матрицы с максимальной яркостью 250 кд/кв.м (соответственно, числа   у них также одинаковы), а мы хотим получить яркость экрана 100 кд/кв.м – тогда в мониторе с регулировкой яркости лампами подсветки L снизится в 2,5 раза по сравнению с максимумом, а в мониторе с регулировкой яркости с помощью матрицы она останется неизменной. Очевидно, уровень черного на мониторе   с регулировкой яркости лампами подсветки также окажется в 2,5 раза ниже, чем на мониторе с регулировкой матрицей.

Кроме этого, как я уже отмечал в соответствующем разделе, регулировка яркости с помощью матрицы негативно влияет и на время отклика. Наиболее наглядно все эти эффекты можно наблюдать на примерах мониторов Sony, у которых есть возможность регулировки яркости как матрицей (параметр "Brightness" в экранном меню), так и лампами подсветки (параметр "Backlight").

О самой же величине яркости можно сказать лишь то, что она зависит от конкретных задач и внешнего освещения – если для работы с текстом яркость экрана должна составлять примерно от 70 до 130 кд/кв.м, то для игр и просмотра фильмов комфортная яркость может доходить до 200 кд/кв.м и даже выше. Если сравнивать ЖК-мониторы с ЭЛТ, то у последних типичная рабочая яркость составляет 80...100 кд/кв.м (у моделей, выпускающихся в последние пару лет, есть режимы повышенной яркости – они появились после того, как удалось добиться приемлемой фокусировки луча в таких режимах; впрочем, они все равно по большому счету пригодны только для фильмов и игр – с этой точки зрения ЖК-панели, имеющие идеальную четкость изображения при любой яркости, давно их превзошли), контрастность же хорошего ЭЛТ-монитора легко превышает 1000:1, оставаясь недостижимой для большинства ЖК-мониторов.

Также у ЖК-мониторов часто страдает еще и такой параметр, как равномерность подсветки, причем на практике он обычно сильнее страдает как раз у матриц с невысокой контрастностью. Чаще всего это проявляется в виде светлых или темных полос или пятен (светлые пятна иногда могут соответствовать расположению ламп подсветки), иногда также в виде светлых полос непосредственно у края матрицы – они возникают, если матрицу при сборке модуля слегка пережали в корпусе (имеется в виду именно металлический корпус модуля, а не пластиковый корпус монитора, играющий чисто декоративную роль).

Итак, если делать краткий вывод из сказанного выше, то он в общем-то будет сводиться к тому же, к чему сводились выводы и в предыдущих разделах – если сравнивать два монитора на матрицах одинакового типа по паспортному значению контрастности можно (монитор с большей заявленной контрастностью, как правило, будет иметь и большую реальную контрастность), то сравнивать мониторы на разных типах матриц, а уж тем более делать какие-то выводы о реальной абсолютной (а не относительной, то есть в категориях "лучше-хуже") контрастности по одним только заявленным производителем монитора цифрам, вряд ли стоит.


Feedback
Send
Contact Us
Address: 5th Floor, HSAE Tech Building, Hi-Tech Park, Nanshan, Shenzhen, 518057, China
Tel: +86-755-86524100
Fax: +86-755-86524101
E-mail: info@blazedisplay.com
E-mail: info@blazedisplay.com  Copyright © 2017 Blaze Display Technology Co.,Ltd All Rights Reserved