6 бит frc что это

8

Как выбрать монитор в 2023г.: для работы с текстом, игр, фильмов и пр., чтобы не уставали глаза и было комфортно работать (на что обратить внимание!)

Д оброго времени!

Несмотря на «громкое и ёмкое» название сегодняшней заметки, затронуть я в ней собираюсь лишь самое важное, самое «основное», на что нужно взглянуть при выборе монитора (одной из самых значимых частей любого ПК!).

Почему на этом такой акцент? 👀

Дело в том, что, если неправильно подобрать монитор — сидеть за ним будет не комфортно, качество работы может страдать, да и глаза могут начать уставать, слезиться, болеть (разумеется, ни о какой производительной работе тогда не будет идти речи. ).

Ну а про то, что при неправильном выборе — изображение на экране вообще может «смазываться» (например, в тех же динамич. сценах игр) — упоминать, наверное, не нужно? 😥 Это меньшее из зол.

Собственно, решил обновить свою прошлую заметку по этой теме (возможно, кого-то убережет от импульсивной покупки).

Итак.

📌 Примечание!

1) В заметке высказано только мое личное мнение (как автора заметки), это не офиц. позиция каких-то разработчиков.

2) Найти монитор с учетом параметров, приведенных мной ниже, можно в следующих компьютерных интернет-магазинах: https://ocomp.info/magazinyi-kompyuterov.html

На что обратить внимание при выборе монитора

Для чего монитор?

Это первый вопрос, на который нужно ответить!

Понятно, что, если вам он будет нужен 10-15 мин. в день (для проверки почты, например) — можно купить любой, и не заморачиваться. Другое дело , если собираетесь за ним сидеть часами (а ведь от этого будет зависеть и качество работы, и наше самочувствие!).

📌Если брать в целом (без узко-спец. моментов), то чаще всего задачи бывают следующими:

• офисная работа с документами (текстовые док. Word, таблицы в Excel, подготовка презентаций, отправка почты, чтение книг и др. работа с текстом);
• игры, фильмы (понятно, что любители игр могут засесть и за каким-нибудь документом, но речь идет об основном времяпровождении);
• обработка фото, видео (где важно видеть и чувствовать все оттенки цветов 😉).

Под какую задачу покупается монитор — игры, офис, или работа с графикой // краткие хар-ки

Теперь попробую кратко разобрать основные характеристики, которые приведены на изображении выше.

Технологии защиты зрения: Flicker Free, Low Blue

Вообще, я бы рекомендовал обращать на это самое пристальное внимание (это может сказываться на здоровье!).

См. скрин ниже : слева видны небольшие горизонтальные полосы. На самом деле при работе монитора — мы их не успеваем увидеть (они очень быстро «бегают»), однако, камера (без фильтров) легко снимает их на фото (а ведь они сказываются на усталости глаз!).

Коварство этих » бегающих невидимых полосок» еще и в том, что они могут появляться не всегда, а при определенном уровне яркости!

Обратите внимание, что слева есть полосы (при работе мы их не успеваем увидеть, однако, они сказываются на усталости!)

В ряде современных мониторов (не во всех!) есть спец. технология защиты зрения (Flicker Free), которая «дает» гарантию, что экран так себя вести не будет (при любом уровне яркости). Разумеется, рассматривая мониторы с наличием этой функции и без оной — выбор, по-моему, очевиден. 👀

Кстати, в довесок к Flicker Free я бы еще порекомендовал обратить внимание на фильтр Low Blue — он позволит снизить количество синего яркого света, который может утомлять глаза. Этот фильтр крайне полезен будет тем, кто много времени проводит за документами, чтением, работе с текстом. 👇

Из личного опыта : такой фильтр есть на мониторах от Philips, Asus, Benq и пр.

Фильтр Low Blue — есть ли разница

Разрешение, диагональ и плотность пикселей

Что такое диагональ, как ее измерить

Если раньше была хоть какая-то определенная «связка» между 📌диагональю монитора (длина в см. от одного угла до другого) и его 📌разрешением (кол-во точек, обеспечивающих изображение) — то сейчас можно встретить самые разные «крайности»:

• 13 дюймовый монитор (33 см) с разрешением 4k (3840 на 2160) . Плотность пикселей: 338 PPI (📌Калькулятор плотности пикселей). Разумеется, при работе на нем необходимо в Windows изменить масштабирование, иначе все элементы на экране будут очень мелкими!
• 31 дюймовый монитор (78,74 см) с разрешением FullHD (1920 на 1080) . Плотность пикселей: 71.07 PPI. Изображение на нем будет крупное, хорошо-различимое без всякого масштабирования. Однако, если вы приглядитесь к мелким элементам, например, к тексту — то увидите, что буквы не плавно-нарисованные, а с «зубчиками» и неровностями, как бы состоят из мелких квадратиков (пикселей). См. скрин ниже. 👇

Плотность пикселей — как это выглядит на практике

Так вот, этот параметр (плотность пикселей), может в некоторых случаях влиять на работу: как в лучшую, так и в худшую стороны.

Случай 1. Допустим, у вас большая диагональ экрана и низкое разрешение (плотность пикс.: 71.07 PPI). При работе с мелким текстом на таком мониторе — могут уставать глаза (т.к. шрифт будет не таким уж плавным, и вы будете постоянно видеть эти «зубчики» — т.е. напрягать зрение. Чисто на мой взгляд, для постоянной работы с текстами и шрифтами — плотность пикселей должна быть не менее 100! // но тут многое индивидуально. ).

С другой стороны, если вы будете на этом мониторе смотреть фильмы или играть, откинувшись в кресле, — никакую пикселизацию шрифтов вы не заметите в принципе!

Случай 2 . Возьмем противоположную ситуацию. Монитор у вас с плотностью пикселей 338 PPI (в Windows установлено значение масштабирования на 200%).

Текст, шрифты, какие-то мелкие элементы на нем будут выглядеть отлично! Однако, если вы запустите какую-нибудь старую игру (или приложение, не оптимизированное под возможность масштабирования) — то очень высока вероятность «проблем»: его окно либо не впишется в экран, либо будет очень мелким.

Как решить эту загвоздку?

Честно говоря — не знаю. Можно взять какой-то «средний» монитор (с 90-150 PPI), либо, если у вас позволяет рабочее место — поставить парочку мониторов: один для одного, другой — для другого.

Частота обновления и матрица (IPS, TN, VA)

Примечание : частота обновления, матрица и время отклика указывается в тех. характеристиках монитора.

*

Частота обновления и время отклика монитора важны (в первую очередь) для игр! (либо в тех работах, когда у вас резко сменяется изображение)

Чем выше частота обновления (т.е. сколько раз на секунду обновится на экране картинка) — тем более плавнее на нем выглядят динамичные сцены (а такие как раз часто бывают в играх, некоторых фильмах).

Примечание : если вы выбираете монитор со 144 Гц (и выше) — имейте ввиду, что производительность вашего ПК должна обеспечить заветные 144 кадра/в сек. (FPS) в нужной вам игре, иначе вы можете не почувствовать разницу по сравнению со своим старым 60-герцовым монитором.

Частота обновления экрана — на примере двух экранов 144 ГЦ и 60 ГЦ

Пару слов о матрице и времени отклика.

Для игр (на мой взгляд!) лучший выбор будет TN (для обработки фото — IPS // и ее аналоги ).

Почему? Да ответ очевиден, у IPS матриц хорошая и точная цветопередача, а у TN низкое время отклика (ниже, чем у многих сегодняшних IPS мониторов) , — изображение на них при резких сменах кадров — не смазывается (как, например, на многих матрицах VA — см. видео ниже, на нем показано, как могут выглядеть шлейфы и искажения. ).

📌 В помощь!

Матрица IPS, TN (TN+film) или PLS: с какой матрицей выбрать монитор, в чем у них разница: https://ocomp.info/matritsa-ips-tn-pls-monitor-faq.html

E-ink (редкий эксклюзив)

Вообще, мониторы с этой матрицей — очень редкий эксклюзив, но они все-таки встречаются! (E-ink обычно используется в электронных книгах).

Чем же так примечателен E-ink монитор?

Дело в том, что в E-ink используется спец. технология отображения информации, разработанная для имитации обычной печати. Т.е. изображение на экране не мерцает, не светит вам в лицо подсветкой, не отсвечивает при попадании на него солнечных лучей, вообще не «делает» ничего такого, что могло бы вызывать усталость или раздражение глаз (по крайней мере так заявлено, и так я сам ощущаю по своей электронной книге) . Поэтому за ними работать гораздо приятнее и комфортнее.

На мой взгляд, отлично подходят для долгой работы с документами, таблицами, текстом и т.д.

E-ink (электронные чернила)

Правда есть у них «свои» недостатки:

• плохая цветопередача , либо вообще только черно-белые версии мониторов (хотя, вроде бы технология развивается в этом плане, и может когда-нибудь они существенно прибавят);
• большое время отклика : под 20+ мс (в то время как у TN 1 мс). Разумеется, под игры E-ink монитор точно не годится;
• высокая стоимость!

Технологии G-Sync (FreeSync)

На мой взгляд, эти технологии в мониторе будут полезны любителям игр. Их основная цель : сделать изображение более четким и плавным при смене частоты кадров (например, исключить разрывы). См. пример на фото ниже.

G-Sync — закрытая технология, совместима только с видеоадаптерами от nVidia.

FreeSync — открытая технология под брендом AMD (будет поддерживаться любыми видеокартами). Минимальная частота кадров для FreeSync — 9 кадров/сек.

*

📌 Кстати, в определенных случаях можно включить G-Sync на мониторе FreeSync.

Глубина цвета (цветовой охват)

Вообще, тема эта сложная и многие ее «тонкости» я и сам не знаю (т.к. не фотограф, и не специалист по графике). Однако, я не мог не сделать на ней акцент, т.к. заметку могут читать люди разных профессий и начинаний. (поэтому здесь я приведу лишь самое основное, что легко усваивается и понимается!)

Глубина цвета монитора — это количество цветов, которое он сможет отобразить. Обычно, этот момент можно оценить, взглянув на то, скольки битная матрица установлена в мониторе.

Сейчас можно встретить следующие значения:

1. 6 бит (или 262 144 цветов) — встречаются в самых обычных бюджетных ТВ и мониторах. Как правило, эти устройства совсем не подходят для работы с графикой;
2. 6 бит + FRC (16 777 216 цветов*) — хитрые технологии «сглаживания», позволяющие 6 битной матрице дать больше оттенков. Изображение на ней, конечно, смотрятся лучше, чем на просто 6 битной, однако проигрывают «настоящей» 8 битной.
3. 8-бит (16 777 216 цветов) — средний сегмент, многие современные мониторы на рынке идут с 8 битной матрицей. Начальный уровень для работы с графикой;
4. 👌10-бит (1 073 741 824 цветов) — устанавливаются в дорогие ТВ и мониторы. Изображение на них очень сочное, яркое, играющее красками (особенно, если поставить рядом монитор с 6 битной матрицей);
5. 8 бит + FRC (1 073 741 824 цветов*) — почти 10 битная, но. см. выше по аналогии с 6bit + FRC;
6. 12-бит (68 719 476 736 цветов) — на текущий день используются в медицинском оборудовании, на некоторых производствах. Очень дорогие!

Многие, кстати, думают, что раз там исчисление ведется на сотни тысяч оттенков — разница между мониторами будет незаметна. Однако, это не так! Обратите внимание на плавность переходов на нижеприведенном скриншоте. думаю, спорить тут не с чем.

Обратите внимание, какая разница в кол-ве оттенков

Если касаться не каких-то теоретических цветов радуги, а реальных фото (изображений) — см. на пример ниже: на мониторе с 8 битной матрицей куда лучше отображается вода и небо. При более высоком разрешении снимков — мелкие детали могут различаться еще сильнее!

Как определить цветопередачу монитора по характеристикам?

Прискорбно, но неоспоримо: все мониторы изначально показывают цвет по-разному, даже два экземпляра одной модели с серийными номерами, отличающимися на единицу. И если нет возможности рвануть в магазин и сравнить нос к носу с десяток мониторов, то приходится ориентироваться на отзывы и характеристики. Вот только отзывы бывают противоречивыми (глаза у всех разные, предпочтения тоже), а характеристики могут ввести в ступор. Если с разрешением, яркостью или диагональю все понятно, то сколько бит нужно монитору? Что такое цветовой охват sRGB/NTSC и сколько процентов необходимо? Стоит ли переплачивать за монитор с сертификатом Pantone? У какой матрицы лучше цветопередача? Ломали голову над этими вопросами? Отлично, тогда ответы ждут вас в данном материале.

Зависимость цветопередачи от типа матрицы

Любые разговоры об умении монитора достоверно отображать цвета стоит начинать с типов матрицы.

Большинство TN-матриц не выдерживают никакой критики, когда речь заходит об отображении цветов. Их конек ― это быстрый отклик и дешевизна.

VA-экраны можно поставить на ступеньку выше, однако точность цветопередачи у них тоже не идеальная. Впрочем, в последнее время на рынке все чаще появляются VA-мониторы для дизайнеров с хорошими углами обзора, натуральной цветопередачей и ценниками чуть ниже IPS.

IPS в этом плане лучшие: они могут похвастаться не только точной цветопередачей, но и широким динамическим диапазоном вкупе с оптимальными показателями яркости и контрастности. Все это тоже важные параметры, влияющие на восприятие цвета. Именно поэтому дизайнеры предпочитают работать именно на IPS-мониторах.

PLS ― это «продвинутая» разновидность IPS, которую развивает Samsung. На самом деле убедительных доказательств преимущества PLS перед IPS не существует, а двух на 100% идентичных мониторов с такими матрицами для сравнения лоб в лоб мы, к сожалению, не встречали.

Глубина цвета и битность монитора

Большинство среднестатистических мониторов, которые стоят у нас дома или на работе, используют классическую 8-битную матрицу.

Для начала давайте немного разберемся с битами. Бит ― это разряд двоичного кода, который может принимать одно из двух значений, 1 или 0, да или нет. Если говорить о мониторах и пикселях, если бы это был пиксель, он был бы абсолютно черного или абсолютно белого цвета. Для описания сложного цвета это не самая полезная информация, поэтому мы можем объединить несколько бит. Каждый раз, когда мы добавляем биты, количество потенциальных комбинаций удваивается. Один бит имеет 2 возможных значения, собственно ноль и единицу. В двух бита мы можем уместить уже четыре возможных значения ― 00, 01, 10 или 11. В трех битах количество вариантов вырастает до восьми. И так далее. Итоговое количество вариантов равняется являться двойке, возведенной в степень количества бит.

Фактически «битовая глубина» определяет возможности минимального изменения оттенка, которое способен отобразить монитор. Грубо говоря, метафорический монитор с двухбитным цветом сможет отобразить лишь 4 оттенка базовых цветов: черный, темно-серый, светло серый и белый. То есть пестрые картины импрессионистов он сможет показывать лишь в режиме «оттенки грязи в луже». Классическая 8-битная матрица отображает 16.7 миллионов оттенков, а профессиональная 10-битная выдает более миллиарда оттенков, обеспечивая максимальную точность и детализацию цветовой палитры.

Вот как черно-белый градиент будет выглядеть на разной битовой глубине

Что такое FRC и псевдо 8- и 10-битные матрицы?

Отлично, с битностью мы вроде как разобрались, но что такое FRC? В паспортных данных мониторов частенько встречается характерика в духе 6 бит + FRC или 8 бит + FRC. Это хитрость, которая позволяет добиться большей глубины цвета на ЖК-дисплеях, не увеличивая его битность. Она позволяет увеличить количество отображаемых оттенков за счет покадрового изменения яркости субпикселя, благодаря чему глаз будет воспринимать один и тот же цвет, как целую палитру его оттенков. Подобные ухищрения позволяют монитору отобразить недостающие цвета с помощью имеющейся палитры, а обычная 8-битная матрица может отобразить целый миллиард цветов, характерный для 10 бит, вместо обычных для нее 16 миллионов.

Если перевести этот разговор в плоскость «так что брать?», то советуем не экономить на 6bit+frc матрицах, так как стоят они плюс минус-так же, как и обычные 8-битные мониторы. Если вы не эстет и не обладатель орлиного зрения, то такой матрицы хватит для повседневной работы, игр и мультимедиа. Ну, а раскошеливаться на 10-битные дисплеи целесообразно если:

Как увидеть 120 Гц и выбрать три телевизора. Часть 2

Опасайтесь ложных суппикселей

В этой части разберем аппаратное устройство, виды и повадки современных телевизоров.

Список всех частей

Как увидеть 120 Гц и выбрать три телевизора. Часть 2

Основные характеристики — всякие разрешения, HDRы, контрасты и цветовые охваты, что они значат и зачем нужно 120Гц, а также некоторые программные плюшки мы разобрали в предыдущей части.

Дисклеймер: я не претендую на экспертизу, а буду простыми словами рассказывать то, что знаю про эту тему, сознательно допуская весьма большие неточности, иногда даже немного искажая смысл, чтобы было проще. Главное — дать представление о том, что сейчас творится в зоопарке телевизоров. Если я где-то ошибаюсь — буду рад любым дополнениям, уточнениям и критике.

Про прошлое (механика, кинескопы, проекционники и плазму), экзотику (FED/SED/PALC и всякие кинескопные ЖК с эйдофорами) и возможное будущее (MicroLET, быстрые HDR e‑ink, световое поле и фемтосекундные проекторы), а также обычные проекторы, тоже воздержусь рассказывать, ибо и так слишком много всего.

Ложные субпиксели

Простейшая структура пикселя

Существуют нечестные экраны, у которых разное количество субпикселей. Например, зелёных столько, сколько надо, а красных и синих в два раза меньше. Примерно так выглядят экраны современных телефонов с AMOLED-экранами:

Нечестный PenTile — классика смартфонов

Разрешение у них ненастоящее, но пиксели настолько маленькие, что это почти незаметно. В телевизорах же часто встречается другая вариация нечестного разрешения:

Нечестная половина нечестных пикселей чёрно-белые — они расставлены в шахматном порядке

Это встречается в бюджетных телевизорах. Добавляется белый субпиксель, но вставляется в шахматном порядке, и считается за один отдельный целый пиксель. То есть в строках изображения каждый второй пиксель — не цветной, а чёрно-белый. Для просмотра видео это оказывается почти незаметным, ведь у глаза разрешение по цвету гораздо меньше разрешения по яркости. Однако, цветопередача при таком подходе всё равно заметно страдает, и особенно страдает отображение мелких тонких деталей.

Если мы говорим о ТВ в качестве монитора — то у нас этих мелких тонких деталей будет очень много — это кусочки букв. Если собираетесь использовать ТВ как экран в 100% масштабе, то есть без увеличения интерфейса, то такие неполноценные экраны брать строго не рекомендуется. Для шрифтов нужно настоящее разрешение, где всех субпикселей одинаковое количество.

Поэтому, телевизор, который предполагается использовать как монитор, должен иметь полноценные пиксели.

ЖК и светодиоды

Говоря просто, в 2022 основой субпикселей может служить одна из двух технологий: светодиоды или жидкие кристаллы.

Светодиодные дисплеи сразу делают нужное изображение, лепят его из света, как из глины. А жидкокристаллические наоборот, берут сразу кучу света от лампы, и высекают из него картинку, как из камня, удаляя всё лишнее.

Можно сказать, что жидкокристаллические дисплеи — это как бензиновые авто — старая отработанная технология, за счёт кучи улучшений и дополнений всё ещё остающаяся конкурентоспособной, а светодиодные — как электромобили. Лаконичнее, технологичнее, но с капризами и детскими проблемами. Технология-то сравнительно новая .

Теперь рассмотрим подробнее, как каждый тип экранов, а точнее, матриц, генерирует картинку.

TFT и PCB

Для начала: и в светодиодных, и в жидкокристаллических экранах надо рулить пикселями. Как? Для этого существует технология Thin-Film-Transistor — транзисторы и сопутствующая требуха, которая управляет субпикселями. Присутствует в большинстве дисплеев всех типов — и ЖК, и светодиодных.

Всё вот это вот «a-Si», «LTPS», «LTPO» и «IGZO» — это не типы экранов и не виды телевизоров. Это наиболее распространённые технологии изготовления транзисторов, управляющих пикселями экрана. И светодиодными, и жидкокристаллическими. Эти штуки встречаются почти во всех экранах, даже в ныне почивших плазменных .

Важно не только родить гору транзисторов, но и правильно их между собой соединить

a-Si TFT — самая распространённая технология управления. В большинстве современных экранов за управление пикселями отвечает именно она. Делают эти транзисторы из аморфного кремния. Когда говорят TFT, подразумевают именно это.

LTPS TFT — суровые транзисторы из низкотемпературных поликремниевых транзисторов. Работают они быстрее a-Si TFT. При необходимости, можно изготавливать их сразу вместе со слоем жидких кристаллов или со светодиодами, а также вместе с интегральными схемами, управляющими адресацией пикселей и другими штуками. То есть можно взять жидкие кристаллы или светодиоды, управляющие транзисторы и их логику, и всё это объединить в один слой.

IGZO TFT — это более продвинутая реализация. Замена кремния на оксид индия, галлия и цинка сделала их быстрее, точнее, гораздо энергоэффективнее и миниатюрнее. IGZO позволяет повысить яркость (меньше места для транзистора — больше места для светоизлучателя-субпикселя) и расширить цветовой охват (ибо точность).

LTPO TFT — проапгрейженый вариант LTPS. Расшифровывается как «низкотемпературный поликристаллический оксид». По сути, это комбинация LTPS и IGZO, вобравшая в себе плюсы обеих технологий. Пока что применяется в смартфонах, до телевизоров ещё не докатилась.

Разрядность

Пиксель может менять цвет потому, что его субпиксели меняют силу свечения. Каждый субпиксель имеет строго определённое число возможных уровней свечения. Наиболее распространённые варианты:

Разрядность

Число уровней свечения

Число возможных цветов

Также существует специальная функция FRC (Frame Rate Control), которая способна докинуть пару бит несовершенному дисплею: 6 бит превратить в 8 бит, а 8 бит превратить в 10 бит. Работает просто — если субпикселю надо занять промежуточный уровень, он начинает быстро-быстро переключаться между двумя соседними — тот же ШИМ.

По точности и качеству эти дополнительные 2 бита всегда немного хуже, чем настоящие. Обозначение у таких разрядностей выглядит так:

6+2frc — это когда 6-битная матрица делает вид, что она 8-битная

8+2frc — это когда 8-битная матрица делает вид, что она 10-битная

Чем больше промежуточных уровней, тем плавнее дисплей может рисовать градиенты. Тут важно понимать, что чем выше яркость и контрастность дисплея, тем острее он нуждается в большем числе промежуточных уровней, потому что больше будет «перескок» между соседними уровнями — при повышении яркости возрастает разница между яркостями соседних уровней. Особенно остро в большом числе уровней нуждаются HDR-телевизоры, потому что у них высокая пиковая яркость.

Хороший дисплей в 2022 году — 10-битный, то есть умеющий показывать более одного миллиарда разных цветов. Для того, чтобы 10 бит были честными, мало отсутствия FRC — все части дисплея должны поддерживать эту высокую разрядность — и управляющие транзисторы, и исполнительное устройство, будь то ЖК или светодиоды.

До реальной потребности в 12-битных матрицах нам ещё довольно далеко, впрочем, маркетологи не дремлют.

Теперь разберём разные типы дисплеев — светодиодные и жидкокристаллические.

Светодиодные дисплеи

В светодиодных телевизорах пиксели светятся сами, и всё устроено довольно просто: меняй себе яркость каждого субпикселя-светодиода и получай картинку. В каждом пикселе получаем столько света и цвета, сколько нужно.

Способность полностью выключать пиксели — это возможность показывать нормальный чёрный цвет чёрного цвета, который даже в темноте не видно (а не серо-синее марево, как у ЖК), без ореолов, засветки и прочих проблем. Светодиодные дисплеи имеют превосходные углы обзора, контрастность, цветопередачу и уровень чёрного.

Делать светодиодные ТВ по-нормальному научились сравнительно недавно, а у новых технологий вечно бывают детские проблемы. Главная — большинство дисплейных светодиодов любят быстро умирать, и приходится сильно изворачиваться, чтобы замедлить этот процесс. Это то самое выгорание, за которое любят критиковать светодиодные ТВ.

Собственно, каждый субпиксель такого телевизора — это отдельный светодиод.

Диоды и светодиоды

Начнём не со светодиода, а просто с диода (diode). Если отбросить суровые вещи про нелинейности, динамические характеристики и прочее, и говорить просто, то диод — это электрическая деталь, которая пропускает ток только в одну сторону. До появления диодов, чтобы так делать, электронами стреляли в вакуумных колбах и с помощью электрических полей управляли их движением — это был один из видов вакуумных ламп. А диод — это более совершенная технология, простой полупроводник, то есть кристалл, без стекла, вакуума и прочих штук. Диоды применяют много где, с помощью них можно делать много разных полезных вещей.

Меньше атома диод делать не умеют, но это пока что

99 лет назад Олег Владимирович Лосев случайно обнаружил, что у некоторых диодов есть побочный эффект — они светятся, когда по ним идет ток. И понеслась.

Формально, слово LED (Light-Emitting Diode) означает «светоизлучающий диод» или коротко — «светодиод».

Но в мире телевизоров и экранов это слово пихают абсолютно везде, называют им всё подряд. И в светодиодные экраны, и в ЖК, и в телевизоры, и в мониторы, запутывая людей. Например, сейчас самый простой вариант ЖК телевизора называют LED™ ™ , более навороченный ЖК называется QLED, а светодиодный телевизор из органических светодиодов называется OLED.

Первый в мире серийный OLED Sony XEL-1 (2007)

История путаницы такова. Вначале были только ЖК телевизоры с подсветкой на ртутных лампах. Называли их LCD — ну ок, других всё равно не было. Вдруг в 2007 появился светодиодный OLED, картинка по тем временам сумасшедшая, все радуются. Слово OLED стало синонимом ультракачества изображения. Тем временем, производители ЖК догадались заменить ртутные лампы подсветки на светодиоды. Получилось тоньше, чуть лучше, экономнее. Как таки лучше пrодать такой ЖК? Давайте назовём его LED™ ™ . А чего такого, у них же светодиоды есть. Люди же как подумают: OLED крутой, слова OLED и LED™ ™ похожи, значит и дисплеи похожи, а LED™ ™ ещё и гораздо дешевле. С тех пор словом LED™ ™ называют ЖК телевизоры со светодиодной, причем самой примитивной, на сегодняшний день, подсветкой, в то время как OLED как раз по-настоящему состоят из светодиодов. В итоге LED™ ™ — это дешевый ЖК, а OLED — это светодиодный экран. Но это не всё! Аббревиатуру LED™ ™ можно встретить где угодно: NeoQLED, QLED, MiniLED — это всё ЖК, только со светодиодной подсветкой и дополнительными улучшалками, а OLED, CrystalLED и MicroLED — это светодиодные тв. Попробуй разберись >:(

Даже сюда добрались

Таким образом, названия телевизоров контринтуитивны и сильно запутывают. За двумя похожими названиями могут стоять технологии из разных веков. Например, QLED и OLED — это две фундаментально разные технологии. Между MicroLED и MiniLED вообще лежит технологическая пропасть. Похожесть названий никак не коррелирует с похожестью технологий.

Возвращаемся к светодиодам. Светодиод может сразу излучать цветной свет, например, красный или зелёный — здесь не требуется какого-либо светофильтра, цветного стекла или каких-нибудь квантовых точек. Просто сразу излучается нужная длина волны.

Существуют белые светодиоды. Белый свет — это комбинация всех возможных видимых цветов. Белые светодиоды делают либо комбинируя красный, зелёный и синий светодиоды в одном корпусе, либо берут синий или фиолетовый светодиод, и покрывают сверху специальным веществом — люминофором, которое превращает синий/фиолетовый свет в белый . Второй способ используется чаще всего, поэтому большинство белых светодиодов на самом деле синие или фиолетовые. В некачественных светодиодах люминофор делает это превращение не до конца, из-за чего такой свет весьма неприятен для глаз.

Само превращение синего/фиолетового в белый имеет далеко не 100% КПД. Часть энергии уходит в тепло, поэтому такие белые светодиоды имеют меньшую энергоэффективность по сравнению с «чистыми».

Для простоты поделю светодиоды на три типа:

Неорганические обычные светодиоды — LED

Вне мира дисплеев, где LED™ ™ натянули на ЖК-экраны, это слово как раз обозначает обычный неорганический светодиод. Классический полупроводниковый источник света, ему уже почти 100 лет. Можно купить в радиомагазине и спаять себе красивый LED-кубик.

Интересно было бы собрать робота, который в автоматическом режиме спаял бы кубик 200х200х200 диодов

У этих светодиодов куча реализаций, размеров и корпусов. Из них состоят энергосберегающие лампы, индикаторы на зарядках, фары у авто, гирлянды и светодиодные ленты, и из них состоит подсветка у большинства ЖК-телевизоров. Если хорошо сделать, LED работает почти вечно.

Светодиоды не любят чрезмерный нагрев — они от него тускнеют и умирают. Греются они всегда, когда светят. Именно поэтому часто умирают дешёвые светодиодные лампы — там охлаждению почти не уделяют внимания. Чтобы противодействовать умиранию, яркие светодиоды часто снабжают каким-нибудь радиатором.

В мире экранных технологий обычные светодиоды больше прижились в качестве подсветки жидкокристаллических дисплеев. Делать из таких обычных светодиодов сами пиксели довольно сложно, такое, разве что, встречается в промышленных видеостенах и уличных экранах с диагоналями в сотни и тысячи дюймов.

Экраны сделаны из органических светодиодов, а светодиодные ленты — из неорганических

В моём случае, именно из таких светодиодов сделаны ленты окружающей подсветки, создающей ореолы вокруг экранов — в каждом корпусе стоит красный, зелёный и синий светодиод, а также чип, управляющий их яркостью.

Внутри каждого корпуса три светодиода и контроллер

Органические светодиоды — OLED

Органический светодиод aka OLED наоборот, обитает, в основном, только в дисплеях (хотя из них ещё делают интересные светильники), и самостоятельно в природе почти не встречается. Главный недостаток — эффект памяти. При постоянном нагреве органический светодиод медленно и верно умирает, и делает это гораздо быстрее обычных светодиодов.

А греется он постоянно. Поэтому его надо не сильно напрягать, чтобы не грелся, и охлаждать получше. Совсем хорошо — радиатор поставить. Единственное преимущество Organic LED перед неорганическим собратом — их умеют изготавливать сразу миллионами и в виде дисплеев. Всё. Больше преимуществ у них нет. Самые распространенные и доступные светодиодные телевизоры сделаны именно из органических светодиодов — они так и называются: OLED-телевизоры.

Любимая пугалка противников OLED: на экране через пару лет появятся такие вот отпечатки. Всем бояться.

Если органический светодиод долго горит, он постепенно начинает тускнеть, как бы устаёт — поэтому возникает эффект «отпечатывания» картинки. Если целенаправленно им поморгать — тусклость пропадёт, и сбросится эффект отпечатка. Поэтому OLED телевизоры любят периодически проситься отключиться на 5 минут, чтобы «размять» свои пиксели и избавиться от отпечатков.

Если пиксели не «разминать», то они деревенеют и тусклость остаётся навсегда — это уже называется выгорание, с теми самыми неубираемыми отпечатками, которыми любят пугать противники OLED телевизоров.

Ещё одна проблема OLED — большинство моделей отстают по яркости от топовых ЖК-телевизоров, обвешанных дополнительными улучшалками (1500 кд/м 2 против 2000 – 4000 кд/м 2 ). А мы помним, что яркость это не только корректная работа функции HDR, но и для противодействия засветке в ярко освещённых помещениях.

Другими словами, ограничение яркости — это превентивная мера против перегрева и преждевременной деградации. Если ярко светить, пиксели слишком быстро вымрут.

Теоретически можно попробовать разогнать яркость OLED, но проживёт он в таком режиме не долго. Можно продлить ему жизнь с помощью контура жидкостного охлаждения сзади + соорудить прозрачную ёмкость с водой толщиной пару сантиметров прямо перед телевизором, чтобы вода контактировала напрямую с экраном и снимала с него тепло. В любом случае, жидкостное охлаждение напрямую к пикселям можно подвести только на этапе производства на конвейере. А значит — экран всё равно быстро умрёт.

Красные, зелёные и синие субпиксели тут почти не участвуют — всё рисуют специальные, белые

Всего общепринятых вариантов цветных OLED дисплеев три: из цветных светодиодов, из белых светодиодов со светофильтрами и из синих светодиодов с фильтрами на квантовых точках.

Строение пикселя OLED телевизора. Первый вариант слишком сложный и не прижился, второй — наиболее распространённый сегодня, третий — самый совершенный, только набирает обороты

По логике, цветные светодиоды — самый лучший способ. Сразу получаем нужный цвет. Однако, у него есть две большие проблемы. Первая — светодиоды, светящие разным цветом, имеют разный химический состав. Создавать матрицу из миллионов лампочек, устроенных по-разному — сложно, долго и дорого. Вторая — разные светодиоды выгорают с разной скоростью. Первые OLED экраны так и были сделаны, и постепенно желтели, потому что синие субпиксели выгорали быстрее всех.

Белый субпиксель делают по той же причине, по которой у цветных принтеров есть чёрная краска: если надо получить чёрно-белое, то смешивать все три цвета слишком затратно — лучше делать это отдельно. У принтера эта затратность выражается краской, а у телевизора — энергией. Светофильтры пропускают только какой-то один цвет из состава белого (белый — смесь всех цветов), а остальное превращают в тепло. Зачем брать три белых светодиода, от одного брать только красный, у другого только зелёный, у третьего синий, и потом обратно это смешивать, чтобы получить белый? Мы же 70% света в тепло превращаем — мало того, что это тусклота, мы этим теплом добиваем и без того хлипкие органические светодиоды. Давайте сразу белым светить.

Третий вид OLED дисплеев появился сравнительно недавно. Все светодиоды здесь не белые, а синие. Вместо светофильтров — особое вещество, которое называется квантовые точки , сразу превращающие синий свет в красный или в зелёный.

Говоря простыми словами, в предыдущем варианте синий цвет с помощью люминофора превращается в смесь красного, зелёного и синего, то есть, в белый (и уже тут часть энергии уходит в тепло), и потом с помощью светофильтров из этих трёх выбирается какой-то один цвет, а остальные утилизируются в тепло. В варианте с квантовыми точками синий свет сразу превращается в зелёный или красный с КПД близким к 100%. Из-за того, что мы не теряем кучу энергии по дороге, получаем высокую яркость + органические светодиоды живут гораздо дольше, потому что их меньше греют.

Пиксели вновь состоят из трёх субпикселей, в четвёртом необходимости нет. Поскольку квантовые точки намного лучше, точнее и энергоэффективнее светофильтров, такие телевизоры гораздо ярче и меньше подвержены выгоранию, и в качестве бонуса — улучшенная цветопередача. Эти телевизоры называются QD-OLED.

Неорганические микросветодиоды — MicroLED

Обратите внимание, как оно пышет ярким светом на людей рядом. 5000 кд/м² — не шутки. Закат на таком экране выглядит бесподобно

Вы также можете делать из них отличную равномерную подсветку для ЖК дисплеев. А уж если сделать из них светодиодный экран — вы получите самый крутой, доступный на сегодняшний день, дисплей: MicroLED. Данные экраны, с их цветовым охватом и яркостью, любят использовать вместо зелёного фона на съёмках современных сериалов и кино.

Цвета и яркость MicroLED сопоставима с реальными, и на актёров “Мандалорца” сам собой ложится реалистичный свет. Никаких осветителей и ламп — окружение само светит так, как надо

Самые крутые в мире телевизоры с яркостью 5000 кд/м 2 имеют гигантские модульные экраны в сотни дюймов, целиком сделанные из таких светодиодов. Это — вершина дисплейной технологии на 2022 год.

Изначально для управления светодиодами в MicroLED-телевизорах использовались печатные платы (PCB), то есть светодиоды буквально тупо припаивались к печатной плате, как обычные детали. Сейчас происходит переход на технологию TFT LTPS.

Телевизоры с этой технологией у Samsung называются The WALL, у LG называются MAGNIT, а у Sony — CrystalLED.

Вместе с тем, MicroLED является достаточно сырой технологией. На 2022 год выявлено большое число случаев с битыми пикселями и низкой надёжностью матриц. Технология молодая, и ей ещё предстоит избавиться от детских проблем. Один из очевидных путей удешевления и увеличения надёжности — сделать все диоды синими и намазывать квантовые точки — подозреваю, что сделают именно так.

Жидкокристаллические дисплеи

Структурно ЖК дисплеи устроены гораздо сложнее светодиодных. Такие ТВ сначала просто генерируют свет, а дальше отсекают от него всё лишнее, чтобы получилась картинка. Слоёв для этого используется много. Для начала сосредоточимся на трёх главных и рассмотрим, как эти слои формируют картинку.

Упрощённый принцип работы пикселя в ЖК-дисплее

Сначала светим рассеянным равномерным светом, какой-нибудь единой целой лампой под всем дисплеем, или, в более дорогих вариантах — сотней или тысячей маленьких лампочек для каждой отдельной зоны дисплея.

Теперь, чтобы свет стал картинкой, нам надо отсечь ненужную часть света в каждом пикселе. Если забыть про физику и поляризацию, и объяснить неправильно, но просто, то жидкие кристаллы — это такая чёрная жидкость, которая станет прозрачной, если на неё подать электричество. В дисплеях её помещают в маленькие капсулы с прозрачной оболочкой, делают из таких капсул субпиксели, и используют как электронную версию жалюзи, дозирующих свет.

Затем красим свет. Для этого можно просто использовать светофильтры — маленькие цветные стекла, а можно более экзотические варианты, например, квантовые точки.

В современных дисплеях последние два этапа (ЖК и раскраска) любят менять местами.

В реальности слоёв в ЖК гораздо больше. И эта куча слоёв генерирует кучу проблем: слишком толстые пиксели убивают углы обзора, делаем кучу света, а потом его заслоняем — кучу энергии впустую, кристаллы инертные и оставляют шлейфы, и, даже в закрытом состоянии, пропускают немного света — поэтому чёрный цвет не будет идеальным. Пытаемся локально выключать подсветку в тех местах, где она не нужна — становится лучше, но всё равно остаются противные ореолы. И ещё много всего.

При всей сложности, ЖК экраны появились очень давно, поэтому уже отработанная и отлаженная технология стоит дешево и широко распространена. Та же история, что с механическими жесткими дисками (HDD), сложность которых уже сопоставима с космической техникой, но из-за отработанности технологии они стоят меньше, чем более простые SSD.

Рассмотрим основные слои ЖК-дисплеев: подсветка, жидкие кристаллы и окрашивающий слой.

Подсветка

Прежде чем высечь скульптуру из камня, нам нужен сам камень. Так и с ЖК дисплеями: прежде, чем высечь картинку из света, нам нужен сам свет.

Подсветка CCFL: ртутная лампа

Самый первый и древний тип подсветки. Устроен примерно так же, как вот такие олдскульные лампы, только в дисплеях эти лампы гораздо тоньше и лучше. Лампы эти называют люминесцентными, если точнее — флуоресцентными.

Примерно такое ставили в жидкокристаллические дисплеи

Если говорить неправильно, но просто, то работает это так. Внутри запаянной стеклянной трубки пары ртути. Пускаем по парам электричество, из-за чего часть пробегающих электронов превращается в фотоны ультрафиолетового света. А на поверхность лампы намазываем особое вещество — люминофор. Проходя через него, у ультрафиолетового излучения понижается частота, и фотоны ультрафиолета становятся фотонами видимого света. На самом деле всё сложнее, но сейчас это не важно.

Почему эти лампы делают зззззз?

«Ззззз» делают дроссели и трансформаторы питания, а не сами лампы. Ртуть внутри ламп — это металл, и, как положено металлу, хорошо проводит электричество, но этот металл там в виде пара. Заставить электроны течь по пару сложно, потому что атомы далеко друг от друга — электронам далеко прыгать. Приходится подпинывать их высоким напряжением в тысячи вольт. Высокое напряжение генерируем с помощью трансформатора: электричество превращаем в магнитное поле, а его — снова в электричество, но уже другое.

Если те железные детали трансформатора, где это магнитное поле постоянно появляется-пропадает, плохо держатся, они начинают притягиваться-отталкиваться — и дребезжать. Вот это оно и есть.

В дисплеях эти лампы совершеннее. Вдобавок, перед лампами обязательно стоит светорассеиватель — что-то вроде матового стекла, равномерно размазывающего свет по всему дисплею. Размазывается свет очень туго, поэтому у дисплея яркость неравномерная и пятнами раскидана по дисплею.

Несмотря на древность, у этой подсветки есть большой плюс — неплохой спектр. Именно он создает ощущение тёпломягкой природной естественности цветов на некоторых старых ЖК дисплеях, даже дешёвых.

А что если сами пиксели сделать из таких ламп? Т. е. как светодиодный дисплей, без жидких кристаллов и пиксели сами светятся, только вместо светодиодов взять такие вот миниатюрные лампы? Мы только что придумали PDP‑телевизор — отдельный вид телевизоров, который уже вымер, к сожалению. Долгое время именно этот тип доминировал на рынке премиальных ТВ, пока не уступил место OLED. Шикарные цвета, шикарный спектр, отличный контраст, но большие пиксели и сильный нагрев. Вероятно, вы о них слышали — это те самые плазменные ТВ.

Все остальные виды подсветки уже светодиодные.

Подсветка EdgeLED: светодиоды по краям

Самый простой тип светодиодной подсветки. Такой же светорассеиватель, но вместо ртутных ламп — обычные неорганические светодиоды по периметру. Поэтому он и называется «edge». Также, как и предыдущий тип, имеет проблемы с равномерностью.

По сравнению с ртутными лампами, такие дисплеи кушают меньше энергии (светодиоды же), меньше весят и гораздо тоньше. Бывает, что светят только снизу, бывает — только сверху и снизу, бывает — со всех сторон. В теории это не должно играть роли — светорассеиватель должен равномерно распределить свет по всему экрану. На практике он далеко не всегда хорошо с этим справляется.

Подсветка DirectLED и FALD: светодиоды под экраном

Продвинутая подсветка, родом из профессиональных дисплеев. Довольно очевидная идея состоит в том, что мы светим уже не с боков, а сзади. Размещаем массив обычных светодиодов под экраном. Этих диодов может быть несколько десятков. Здесь нам гораздо легче размазать свет по всему экрану. К слову, первый ЖК телевизор со светодиодной подсветкой был именно с подсветкой DirectLED, потом решили удешевить и появился EdgeLED, а потом, для улучшения качества в небюджетных моделях, вернулись к DirectLED.

Более продвинутый вариант DirectLED любят называть FALD (Full-Array Local Dimming) — это название в 2018 году решила использовать компания LG. К тому моменту светодиоды научились ставить уже не десятками, а сотнями, поэтому, зачастую, FALD лучше, чем DirectLED.

Подсветка MiniLED: очень много светодиодов под экраном

Как правило, оно используется с квантовыми точками, поэтому имеет синий цвет

Эволюционное развитие DirectLED и FALD — теперь у нас не сотни, а тысячи или даже десятки тысяч маленьких светодиодов размером около 200 мкм — почти как человеческий волос. Поэтому дела с равномерностью и энергоэффективностью обстоят ещё лучше. На горизонте уже маячат варианты с сотнями тысяч и даже миллионами зон подсветки.

RGB-LED: много цветных светодиодов под экраном

Технически, RGB-LED — это как DirectLED, FALD или MiniLED, но разница в том, что светодиоды подсветки здесь не белые или синие, а цветные, и не просто помогают экрану светиться в нужных местах, но и задают общую цветовую палитру в локальной области.

Изначально эта технология появилась в профессиональных мониторах для точной передачи цвета. Одно время RGB-LED-подсветку пытались удешевить, используя лишь зелёный и синий светодиоды — она называлась GB-подсветка (GB-LED). В потребительские телевизоры более-менее массово RGB-LED начала внедряться только в 2022 году, и такие телевизоры получили название SLED .

Подсветкой в таком ЖК телевизоре выступает целый «светодиодный телевизор», только очень низкого разрешения в духе 120×90. А затем эта грубая цветная картинка уточняется жидкими кристаллами и докрашивается светофильтрами.

Таким образом, в телевизорах с RGB-LED-подсветкой цвет рождается дважды: грубо в подсветке, и уточнённо в слое со светофильтрами. С одной стороны, это действительно улучшает цветопередачу, с другой — лишает нас возможности вместо светофильтров использовать более технологичный и качественный способ получения цвета — квантовые точки. Квантовым точкам обязательна именно синяя подсветка, цветная или белая работать не будут.

Но самое главное во всех этих вариантах с большим числом светодиодов сзади — не их количество, а то, что ими можно управлять по отдельности.

Функция подсветки LocalDimming меняет всё

Однажды ЖК телевизоры сильно приблизились к светодиодным по уровню чёрного и контрастности. Всё благодаря функции локального затеменения, которая идеально ложится на концепцию DirectLED, MiniLED и SLED. Сейчас практически всё, кроме EdgeLED, обладает этой функцией.

Изначально эта функция была только в профессиональных ЖК дисплеях, но потом попала в потребительский сектор и просто перевернула рынок: ЖК вплотную подобрались к OLED почти по всем характеристикам и обогнали их по яркости.

Идея проста: давайте, раз уж у нас тут в подсветке куча лампочек, управлять ими отдельно — превратим подсветку в такой себе недодисплей низкого разрешения, который будет помогать жидким кристаллам делать дело. Подсветка будет грубо накидывать картинку крупными мазками, а дальше мы будем её уточнять жидкими кристаллами и раскрашивать.

Мы затемняем подсветку в тех областях, где изображение тёмное (естественно, в меру возможности). Например, у нас луна на фоне черного неба — давайте включим подсветку только под луной, а в остальных местах её ослабим.

Такое поведение очень хорошо борется с проблемой плохого контраста и недочёрного цвета у ЖК дисплеев. Нет света — нет проблем со светом.

Хотя подсветка и может затемняться где нужно, «подражая» яркости картинки в разных местах, разрешение у этой подсветки, мягко говоря, небольшое, даже у MiniLED с его десятками тысяч зон. Пикселей-то на дисплее миллионы, а не тысячи. Поэтому подсветка будет либо откусывать участки ярких объектов, занижая подсветку вблизи их краёв, либо наоборот, создавать толстые размытые ореолы вокруг ярких объектов на темном фоне.

MiniLED пытается в контраст. Эти смачные синие ореолы вокруг микроперсиков — артефакт дисплея, на самой картинке их нет. На DirectLED всё было бы ещё суровее

Например, такой дисплей хорошо справится с луной на темном фоне, но вот со звездным небом — кучей маленьких белых точек — у него будут проблемы: вокруг звезд будут ореолы и разводы. Между близко расположенными звездами и вовсе будет не чёрный, а темно серый. Изделие будет отчаянно метаться между недобелым и светящимся чёрным, в итоге, завалит и то, и другое, и до кучи похоронит контраст с цветовым охватом. Замечательно.

DirectLED vs OLED

Чем больше число светодиодов, тем точнее мы локализуем подсветку, тем меньше все эти ореолы, разводы и недосветы, и лучше наш ЖК дисплей. Поэтому MiniLED круче, чем FALD, FALD круче, чем обычный DirectLED, а DirectLED круче чем EdgeLED. Но проблемы всё равно не уйдут, пока светодиодов меньше, чем пикселей. А если будет столько же, сколько пикселей — то зачем нам вообще ЖК слой, у нас тут уже светодиодный телевизор.

Локальное затемнение бывает у всех подсветок, кроме ртутных — эти слишком древние.

Хотя, имхо, было бы забавно поставить в жидкокристаллический 8K дисплей вместо подсветки цветную плазменную панель FullHD. Жидкокристаллический плазменный телевизор (не путать с PALC — там подсветка не плазменная). Спектр, цвета, контраст, яркость — всё это должно получиться идеальным. А если ещё сделать два слоя ЖК кристаллов, а цвета получать квантовыми точками.

На EdgeLED локальное затемнение ставят, но от там от него толку маловато. А вот подсветки DirectLED и MiniLED — самое то. Благодаря этой функции, они могут держать уровень чёрного на уровне OLED, обгоняя, при этом, его по яркости. Мухлёж выдают только противные ореолы, засветки, и провал контраста в местах соседства ярких и тёмных областей, особенно, если они маленькие и их много. Но, справедливости ради, все эти ореолы и провалы подсветки заметны не так сильно.

В случае локального затемнения в SLED технологии, то здесь цветные светодиоды дополнительно помогают картинке окрашиваться нужным образом, а не просто меняют яркость. Дальше цвет проходит через жидкие кристаллы и докрашивается дополнительно светофильтрами. Теоретически, у такой подсветки тоже проблемы с ореолами, причём, эти ореолы цветные, а у двух соседних областей с яркими, но разными цветами, на месте резкого перехода с цветами происходит цирк. Однако, в большинстве случаев, это малозаметно — разрешение глаза по цвету ниже, чем по яркости.

Здесь можно отследить забавную закономерность: по мере приближения качества картинки жидкокристаллического дисплея к светодиодному, количество светодиодов в подсветке ЖК экрана возрастает настолько, что эта подсветка сама постепенно превращается в светодиодный дисплей.

Жидкие кристаллы

Жидкие кристаллы используются как электронная версия жалюзи, чтобы заслонять или не заслонять свет в определённых пикселях, как-бы меняя прозрачность. Это жидкость, состоящая из очень вытянутых молекул, с одной стороны, воздействующих на свет, с другой — поддающихся управлению с помощью электрического поля.

ЖК используют не только в дисплеях — из них, например, делают детекторы химических соединений, измерители давления и датчики ультразвука. Оболочки живых клеток — это тоже лиотропные жидкие кристаллы.

Кстати, аббревиатура LCD (Liquid Crystal Display) как раз означает «жидкокристаллический дисплей». На деле эту аббревиатуру вешают только на старые-старые, первые, самые примитивные толстые ЖК телевизоры с подсветкой на ртутных лампах. Для более новых ЖК телевизоров используют другие аббревиатуры: IPS, DirectLED, QLED, QNED, NeoQLED, SLED, LED, MiniLED — это жидкокристаллические дисплеи, т.е. LCD.

Сами по себе жидкие кристаллы прозрачность менять не умеют, вместо этого они умеют поворачивать поляризацию света. В комбинации с поляризационными фильтрами это свойство можно использовать для регулировки прозрачности.

Поляризация

Поляризация — это одно из свойств света. Люди поляризацию не различают, потому что у нас нет нужных органов чувств. По этой причине феномен поляризации не является интуитивно понятным, и чтобы его объяснить, нужно много букв.

Свет — это электромагнитные волны. Любые электромагнитные волны состоят из электрического и магнитного полей, которые колеблются с какой-то частотой, и при этом распространяются со скоростью света. В случае с видимым светом, эти колебания происходят сотни триллионов раз в секунду.

Поля колеблются не «сильнее-слабее», а «выше-ниже», «левее-правее», то есть они ориентированы в пространстве. Направление колебаний электрического поля всегда перпендикулярно направлению колебаний магнитного поля. Оба направления колебаний одновременно перпендикулярны направлению их распространения. В общем, все три направления перпендикулярны.

Отсюда растут ноги таких картинок в учебнике физики.

Типичные электромагнитные волны в типичном учебнике

Электромагнитное поле, тем более волны электромагнитного поля — довольно сложный объёмный объект. Представьте себе, что из каждой точки некоторого объёмного трёхмерного пространства торчит сразу два вектора-стрелочки, при этом стрелочки не замерли, а шевелятся: колеблются волнами по определённым законам, как волна из болельщиков на стадионе. Если теперь взять какую-нибудь прямую, параллельную направлению распространения электромагнитных волн в этом объёмном пространстве, и скрыть все векторы-стрелочки, кроме тех, начальная точка которых лежит на этой прямой, то получится картинка выше. Но это не важно.

Важно другое: направление колебания поля — это и есть поляризация. Именно направление колебания, а не направление распространения. Например, поляризация может быть горизонтальной, или вертикальной. Или диагональной. Или под углом 29,91905°. Любой. Поляризация относительна и зависит от того, под каким углом смотришь — повернёшь голову на бок, и поляризация уже другая. Может даже существовать вариант, когда направление поляризации постоянно меняется вместе с колебаниями электромагнитного поля — тогда получается закрученная электромагнитная волна.

Светящийся объект обычно состоит из очень большого количества источников электромагнитных волн (говоря упрощённо, каждая молекула выступает «антенной» — самостоятельным источником волн видимого спектра). При этом, направления колебания поля — поляризация — у каждого источника-молекулы случайные. Поэтому суммарно светящийся объект излучает электромагнитные волны сразу под всеми возможными углами поляризации.

Из всех имеющихся колебаний мы можем отсечь только те, которые происходят в определённом направлении. Для этого существуют поляризационные фильтры.

Например, можно оставить только горизонтальную поляризацию:

Разумеется, возможны и промежуточные углы. В любом случае, поляризационный фильтр отсеет только волны, которые колеблются в определённом направлении. Остальные он не удалит полностью, вместо этого он будет их подавлять, и чем больше направление колебаний волны отклонено от направления поляризации в фильтре, тем сильнее он их подавит. В пределе подавление света будет максимальным, если волна колеблется перпендикулярно направлению поляризации фильтра.

Свет, отражённый от воды, поляризован — его легко убрать поляризационным фильтром

Поляризационные фильтры активно используют на объективах фотоаппаратов. Свет, отражающийся от неметаллических поверхностей, поляризуется. При этом свет, падающий по касательной к поверхности, поляризуется сильнее, чем тот, который падает прямо. Этот эффект используется для удалений всяких бликов, туманов, дымок с отражениями на воде. В век вычислительной фотографии большую часть задач хорошо делают алгоритмы , но некоторые вещи оптика всё ещё делает лучше.

Так вот, жидкие кристаллы не умеют менять прозрачность, вместо этого они поворачивают поляризацию света, проходящего через них. Или не поворачивают. Если поместить жидкие кристаллы в электрическое поле — то есть, подать напряжение — то так можно управлять, насколько именно они повернут или не повернут поляризацию.

Из двух поляризационных фильтров и жидких кристаллов между ними мы можем создать бутерброд с изменяемой прозрачностью — те самые электронные жалюзи:

Горизонтальным поляризатором оставляем только горизонтальные волны.

ЖК поворачиваем или не поворачиваем поляризацию вертикально.

Вертикальным поляризатором удаляем всё, что не было повёрнуто вертикально.

После горизонтального фильтра остаются горизонтальные волны — они не пробьются через стоящий дальше вертикальный фильтр. Но если в промежутке между горизонтальным и вертикальным фильтрами мы повернём волны с помощью жидких кристаллов — тогда они смогут пройти через второй фильтр.

Гипотетически жидкие кристаллы можно заменить поляризационным фильтром с двигателем, который бы его поворачивал, но на сегодняшний день это слишком сложно, дорого, ненадёжно и неэффективно, даже если использовать MEMC.

Жидкие кристаллы инертны, и поворачиваются не мгновенно, поэтому у жидкокристаллических дисплеев есть проблема со шлейфами от быстро движущихся обьектов. Время полного переключения кристалла между двумя крайними состояниями называется временем отклика. Раньше оно измерялось десятками миллисекунд, сейчас некоторые дисплеи вплотную подобрались к показателю в 1 мс.

Теперь разберём виды жидких кристаллов.

Жидкие кристаллы TN

TN (англ. «Twisted Nematic», рус. «скрученные нитевидные») — жидкие кристаллы времён раннего палеолита. Работает это дело так: в расслабленном состоянии TN-кристаллы представляют собой что-то вроде спиралек, разворачивающих поляризацию света на 90°. При подаче напряжения спиральки распрямляются, и перестают разворачивать поляризацию — свет начинает блокироваться вторым поляризационным фильтром.

В настоящее время единственный плюс TN — скорость. Бешеные геймерские мониторы с разверткой 500 Гц сделаны как раз из таких кристаллов, просто потому, что другие так быстро переключаться не умеют. С остальными характеристиками всё плохо — контрастность ужасная, углы обзора ужасные, точность ужасная, яркость ужасная. Распрямление скрученных кристаллов тяжело контролировать точно, поэтому матрицы TN, зачастую, имеют 6-битный цвет, а 8 бит достигается путём той самой ШИМ — кристалл «дрожит» между двумя положениями, и достигается промежуточная яркость.

Интересно, когда доберутся до 1 КГц. Впрочем, одна из возможных реализаций дисплеев светового поля потребует частоты обновления экрана в десятки МГц

Когда говорят «TFT дисплей», зачастую, подразумевают именно TN-кристаллы. Напомню: TFT — это не тип дисплея, и не вид ЖК, а способ управления пикселями, он есть в любых дисплеях, даже в светодиодных.

Чтобы хоть как-то улучшить углы обзора TN, на них стали наносить специальную плёнку. Её так и называют — film. Поэтому существуют TN+Film — это TN с улучшенными углами обзора. Кроме того, при увеличении разрешения углы обзора TN матриц улучшаются, поэтому в современных дисплеях дела с углами обзора обстоят не так плохо, как раньше.

Жидкие кристаллы IPS и PLS

IPS (англ. «In-Plane Switching», рус. «переключающиеся в плоскости»). Кристаллы не скручиваются, а просто поворачиваются в плоскости экрана. Их положение можно очень точно регулировать, поэтому экраны с IPS-кристаллами имеют очень хорошие, точные и сочные цвета с 8-ми или даже 10-битной градацией .

К недостаткам можно отнести медлительность и проблемы с чёрным цветом. Первые матрицы имели время отклика порядка 50 мс. Сейчас самые быстрые умеют переключаться за 5 мс — по современным меркам это не предел мечтаний, но неплохо. IPS в закрытом положении плохо блокирует свет, поэтому такие дисплеи вместо чёрного показывают серо-сине-фиолетовое марево. IPS дисплей может выручить подсветка с локальным затемнением, выключающая свет в областях, где он не нужен — тогда проблемы чёрного остаются только в виде ореолов вокруг ярких объектов.

Samsung выпускает свою, немного улучшенную версию IPS, и называет её PLS — расстояние между субпикселями чуть меньше, сами они чуть больше, поэтому такой дисплей чуть ярче, чем IPS, и плотность пикселей у него может быть выше.

Жидкие кристаллы PVA, MVA, *VA

VA (англ. «Vertical Alignment», рус. «вертикально ориентированные»). Эти кристаллы тоже поворачиваются, только не в плоскости экрана, а перпендикулярно ему. Изначально кристаллы находятся в плоскости экрана вертикально. При подаче напряжения они поворачиваются перпендикулярно экрану, то есть как-бы смотрят торцом на наблюдателя.

Этакий компромисс между IPS и TN. VA-матриц много, они называются MVA, PVA и т.п., поэтому, чтобы обобщить, их часто называют *VA, или просто — VA.

Долгое время VA означало, что у экрана средняя (хуже, чем у TN, но лучше IPS) скорость, средний уровень цветопередачи, отличный уровень чёрного и отличный контраст. Углы обзора был лучше, чем у TN, но хуже, чем у IPS. Экраны *VA любили использовать для САПР и работы с текстом. Потом VA развилась, победили проблему углов обзора, научились добиваться высокой точности цветопередачи — у субпикселей появились субсубпиксели , выключая и включая их можно достичь большего числа промежуточных состояний — а это повышает точность цвета. Сейчас это одни из самых распространённых типов матриц и в мониторах и телевизорах.

Покраска

Свет получен и дозирован. Теперь надо его покрасить.

Важное уточнение: свет красят не только в ЖК телевизорах, но и в светодиодных — в светодиодные дисплеи часто ставят не цветные светодиоды, а одноцветные, и потом просто раскрашивают свет от них. Технологии покраски применяются и в светодиодных, и в ЖК телевизорах.

Красящие светофильтры

Элементарно — это цветные стёкла. Если стараться не погружаться в толщу физики, смысл такой: белая подсветка — это смесь всех возможных цветов. Светофильтр может пропустить какой-то один цвет из этого света, а все остальные нет. При этом, всё, что не пропущено, не исчезает, а трансформируется в тепло . Закон сохранения энергии никто не отменял.

У светофильтров может быть не только разный цвет, но и разная плотность

Например, если мы светим белым светом сквозь красное стекло, то из белого цвета стекло пропустит красный, а зелёный и синий цвет превратит в тепло.

В результате получаем два недостатка: плохая энергоэффективность и низкая яркость — мы тут большую часть света просто гасим.

Если мы хотим сделать цвета точнее и насыщеннее, нам нужно сильнее фильтровать свет — для этого фильтр должен быть плотнее. Так мы сильнее погасим ненужные нам цвета, и оставим только то, что нужно. Но это влечёт за собой большую потерю яркости. Если хотим сделать такой дисплей ярче, мы должны светить белым светом ярче, чтобы после светофильтра больше оставалось. От этого больше кушаем энергии, светофильтр больше греется и греет остальные куски дисплея и т.п. Либо энергоэффективность и яркость, либо неплохие цвета.

Древнющее, дешёвое, прожорливое, очевидное и сердитое решение. Встречается как в ЖК, так и в светодиодных телевизорах.

Красящие квантовые точки

Свет — это электромагнитные волны.

Оранжевый свет имеет частоту около 480 000 ГГц

Квантовые точки — это особое вещество, каждая частица которого работает как антенна для электромагнитных волн. Частица-точка устроена так, что может поймать волны с одной частотой, преобразовать их в волны с другой частотой, и излучить обратно. В зависимости от размера частицы, она будет излучать ту или иную частоту.

И происходит это всё в видимом спектре — то есть с теми электромагнитными волнами, которые наши органы чувств умеют ловить, а наш мозг интерпретирует сигналы от этих органов чувств как цвет.

На этих наномасштабах уже сильно заметно, что электромагнитная энергия не непрерывна — она квантуется на фотоны. Поймал один фотон с частотой побольше — излучил два с частотой поменьше, ну и всё в таком духе. Из-за существенного влияния квантовых эффектов, эти частицы порошка называются квантовыми точками.

У квантовой точки антенной выступает сам шарик, торчащие палочки-молекулы нужны, чтобы это дело не распалось

В дисплеях на квантовых точках свет, который пихают в точки, обычно либо синий, либо фиолетовый. Тут важно правило — мы можем только уменьшить частоту, увеличить не получится. Поэтому, мы можем из фиолетового сделать синий, зелёный и красный, из синего — только зелёный и красный. А из зелёного синий уже сделать не получится.

Теоретически, в будущем возможно появление схемы фиолетовые/УФ светодиоды + красные, зелёные и синие квантовые точки, то есть где все три цвета генерируются с помощью квантовых точек. Но такой подход станет оправдан, когда синие квантовые точки смогут вытащить из фиолетового/УФ светодиода лучший по качеству спектра синий цвет, чем способен дать обычный синий светодиод.

В итоге, в отличие от светофильтров, утилизирующих большую часть света в тепло, мы тут всю световую энергию окрашиваем в тот свет, что нам нужно. Мы не греемся, мы энергоэффективны, мы очень яркие. Всё хорошо и замечательно.

Таким образом, в настоящее время квантовые точки — это просто технология окрашивания света, а не тип дисплея.

Теоретически, квантовым точкам можно посылать энергию напрямую электричеством — если в неё передать электрон, она вполне может излучить фотон. Такой дисплей был бы восхитительным — не ЖК, не светодиоды, а новый способ эмиссии света. Но пока так не умеют.

Комбинация светофильтров и квантовых точек

Этот способ получения цвета встречается в некоторых ЖК-телевизорах.

Смысл тут такой: у ЖК телевизора стоит синяя подсветка, на неё сверху ставят слой из смеси квантовых точек — красных, зелёных и синих. Получается белая подсветка, но с очень хорошим спектром, идеально подходящим для фильтрации светофильтрами. То есть квантовые точки тут не в роли красящего слоя, а как дополнительный обвес подсветки, чтобы её свет лучше переваривался светофильтрами.

А дальше всё по накатанной — жидкие кристаллы фильтруют свет, светофильтры красят. Но, поскольку белый свет тут у нас с чётко выверенным спектром, у светофильтров получается делать свою работу гораздо лучше. Такая штука обычно обитает в QLED начального уровня, в QLED посерьёзней светофильтров нет — квантовые точки непосредственно занимаются окрашиванием.

А зачем вообще красить?

Светодиоды, вообще-то, могут быть цветными, безо всяких светофильтров и квантовых точек. В OLED дисплеях изначально так и было, но технология не прижилась. На данный момент прерогатива без окрашивания есть только у MicroLED дисплеев. Тут у нас сами микросветодиоды генерируют нужную длину волны, ничего не надо красить, всё хорошо.

Зрение

В плане здоровья телевизор может нагадить следующими способами:

Использовать ШИМ для регулировки яркости и просто потому что может — ищите телевизоры без ШИМ

Быть настроенными на слишком большую яркость, и, как любой яркий объект, сильно перегружать глаза

Иметь большой контраст между яркостью экрана и яркостью окружения. Смотреть экран в абсолютной темноте — не круто

Быть слишком близко — глаза устают от постоянного просмотра объектов вблизи

Не напоминать о том, что надо моргать

Съесть деньги и не оставить их на доктора

Иметь плохой спектр — не быть природным, мягким и книжковым

Потому что материальная книжка несёт в себе биополе автора, глубоко внедряя силу земли? Нет. Добро пожаловать в чан с физикой.

На всякий случай, повторю дисклеймер: я не претендую на экспертизу в данной области, а лишь изложу свою поверхностную гипотезу по этому вопросу простыми словами, и буду рад дополнениям, уточнениям и критике со стороны людей, разбирающихся в теме. На данный момент у меня нет возможностями подтвердить или опровергнуть её, и всё это — лишь мои домыслы, которыми я посчитал нужным поделиться. Одним словом, предлагаю эту тему к обсуждению.

Общий смысл: два разных спектра могут восприниматься нами на уровне нервной системы как один и тот же цвет, но на электрохимическом/физиологическом взаимодействовать с глазом по разному. Организм, руководствуясь сугубо показаниями нервной системы может неадекватно регулировать физиологические процессы глаза, если светить в него нестандартным спектром — отсюда дискомфорт.

Видимый свет — это электромагнитные волны. Амплитуда, частота, фаза и длина волны — вот это всё. Фазу трогать не будем, у нас тут пока не голографические дисплеи. Частота у света очень высокая. Для сравнения, у WiFi частота в районе 5 ГГц (не путать с Гц), а у видимого света — от 380 000 до 780 000 ГГц. В остальном всё так же, как и у других электромагнитных волн.

Теперь важное: в реальности цвета радуги не являются смесью каких-то готовых, как мы привыкли. Не состоят они из трёх каких-то там базовых цветов. Все цвета радуги вполне себе самостоятельные. Каждому цвету соответствует своя длина волны. Жёлтый, фиолетовый, бирюзовый, оранжевый — это не смеси цветов, а самостоятельные цвета со своей длиной волны. Представление о цвете, как о смеси трёх цветов — это именно представление, модель, которую придумали люди, чтобы было проще.

А вот белый свет — коктейль всех возможных длин волн, всех-всех цветов. Не только красного, зелёного и синего, а вообще всей радуги целиком. Смесь эта неравномерная — амплитуда волн одной длины в нем больше, а другой — слабее. У волн каждой частоты своя концентрация, так сказать. Если каждой длине волны померить её амплитуду, то можно нарисовать график — как высока концентрация волн с разными длинами волн в нашем коктейле. Это называется спектром.

Спектр — ключевая штука в вопросах естественности картинки

Как же мы видим всё это? У нас в «пикселях» глаз не супернаучные измерительные спектрографы, видящие весь спектр, а кое-что попроще. В глазах стоят четыре вида «сенсоров» для четырёх определённых частот электромагнитных волн.

Первый вид — это палочки, наше сознание интерпретирует сигналы от них, как яркость. Три других — колбочки. Наше сознание интерпретирует сигналы с них как цвета: красный, зелёный и синий — именно из-за этого мы воспринимаем цвет как смесь трёх цветов.

Вот только ловят эти сенсоры не строго определённые длины волн, а целые диапазоны, причем каждый сенсор в своем диапазоне по-разному чувствителен к разным длинам волн.

К примеру, зелёный сенсор ловит хорошо 534 нм. Но и 500 нм он тоже обнаружит, только хуже. Обнаруженная яркость будет меньше. Сенсор яркости (палочка) лучше всего ловит 498 нм — это очень близко к зелёному, и поэтому зелёный цвет кажется нам самым ярким.

Как мы видим разные цвета? Например, жёлтый? Жёлтый — это 570 нм. 570 нм почти одинаково поймаются красным и зелёным сенсором — мозг такой: «Хм, зелёный и красный одновременно. так делает жёлтый. Значит, думай, что это жёлтый». Хотя, в реальности, это может быть и не жёлтый, а обманка в виде того самого зелёного и красного, которую излучил дисплей. Да, ваш дисплей (если это не Sharp особой серии) настоящий жёлтый цвет показать не сможет, всё это обман. Некоторые живые существа, кстати, вполне могут это заметить.

Здесь должна быть маленькая формула с интегралом, но, к несчастью для интегралов, они очень пугают большинство людей. Объясню словами.

Сенсор не детектирует какую-то одну длину волны, а суммирует амплитуды (яркость) всех обнаруженных длинн волн. Но не просто суммирует. Перед этим суммированием всего-всего, он домножает яркость каждой длины волны на свою (сенсора) способность видеть эту длину волны, т.е. свою чувствительность к этой длине волны.

Пример с зелёным сенсором. Посветим на него одновременно несколькими длинами волн: 450 нм, 500 нм, 550 нм и 600 нм. Каждая волна будет иметь условную яркость в 1 единицу. Посмотрите на график, и увидите, какая у него чувствительность к этим длинам волн. Как он будет действовать?

Яркость волны длиной 450 нм, равную 1 он умножит на 0,1

Яркость волны длиной 500 нм, равную 1, он умножит на 0,4

Яркость волны длиной 550 нм, равную 1, он умножит на 1,2

Яркость волны длиной 600 нм, равную 1, он умножит на 0,4

А потом всё это сложит. Получится 2,1. И он отправит значение 2,1 в зрительный нерв (на самом деле не сразу, в сетчатке есть своя мини-нервная система, выполняющая предварительную обработку информации, но это не важно).

Пример двух спектров, которые на химическом и физическом уровне абсолютно разные, но для сенсора — то же самое

Теперь убираем все эти четыре длины волны, и, вместо этого, светим одной в 525 нм и яркостью 2,1. Сенсор снова сделает это умножение-сложение, и у него снова получится 2,1. То же самое.

Поэтому, с информационной точки зрения, для сенсора два этих воздействия — абсолютно одно и то же. Сенсор выдаёт только интенсивность, просто циферку — и мозг, как-бы, будет видеть одно и то же.

Только вот сенсор живой и электрохимический. Он требует обслуживания, заботы и управления, надо подкачивать разные нужные вещества и калибровать всякие биологические штуки. Кислород с витаминками, и всё такое. Не одно и то же всё время, а по ситуации: от воздействия света разной интенсивности и длины волны в палочках и колбочках возникают разные фотохимические реакции, и баланс веществ в них постоянно меняется. Чтобы грамотно рассчитать калибровку нервных окончаний и дозу веществ и витаминок в нужный момент времени, организм должен понять, какое на этот сенсор идет воздействие со стороны внешней среды, и на основе этого сделать нужные организменные штуки с этим сенсором. Адаптировать его к ситуации. А какое воздействие на глаз может быть со стороны внешней среды? Если не брать во внимание нештатные сценарии (шлицевая отвёртка), то это могут быть только электромагнитные волны разной частоты (длины волны).

Очень условный гипотетический(!) пример с потолка(!): какая-нибудь определённая длина волны, скажем, 459 нм (не 458 и не 460, а именно 459), может разрушать молекулы какого-нибудь нужного витамина (или, например, какого-нибудь вещества, отвечающего за усвоение кислорода из капилляров и присоединяющего этот кислород к важному фотоактивному веществу, но для простоты пусть будет витамин). Организм начеку — как только эта длина волны появилась, надо усилить подкачку новых молекул этого витамина, чтобы концентрация не снижалась. Но сенсор даёт очень скудную информацию — лишь одно число, и по нему непонятно, что там происходит. Вдруг там 458 нм, или 461 нм? Сенсор всё равно выдавал бы одно и то же. А может там вообще только 500 нм? Тогда, если мы ложно испугаемся и ошибочно начнем пихать туда новые дополнительные витаминки, их там будет, наоборот, переизбыток — а это тоже нехорошо.

То есть, на информационном уровне, сенсор детектирует зелёный цвет и всё, а на физиологическом уровне на него разные длины волн в спектре действуют по разному, просто он об этом доложить организму не может.

Как же узнать, что витаминки действительно уничтожаются и их пора подкачивать? Поставить спектрограф? Природа их делать не умеет. Датчик на каждое вещество и каждый чих в каждый сенсор — глаза будут размером с арбузы и очень мясные, придётся уменьшить мозг и качать шею. Но можно сделать проще — ориентироваться на среднюю температуру по больнице. Природа любит так делать.

Для того, чтобы полностью оценить это воздействие, и, в частности, узнать, как сильно светит волна 459 нм, нужно знать весь спектр, а не одну циферку с сенсора. За неимением спектрографа, организм, руководствуясь генетическим опытом, выработанным в ходе эволюции нашего вида, выдумывает наиболее вероятный спектр, который бы воздействовал на сенсор так, чтобы получился как раз тот сигнал-циферка, которая с этого сенсора и поступает в данный момент. То есть он пытается выдумать такой спектр, при котором бы сенсоры выдавали то, что они выдают в данный момент. Поскольку он знает только естественный спектр и его формы, то выдумывает именно естественный спектр. И подстраивает физиологию глаза под этот предполагаемый спектр: калибрует чувствительность всяких клеток, подкачивает/откачивает нужные вещества в разных кусках глаза, регулирует кровообращение в сетчатке — вот это всё. И, поскольку сенсор не один, а четыре, очень грубую картину спектра организм таки восстанавливает.

Естественный для нашего организма спектр — это довольно плавная штука:

Естественный спектр

Плавный он по простой причине. Что видел глаз всю эволюцию? Листики с травинками, камешки, небо с речками, волосня товарища по пальме, вот это всё. Большое разнообразие химических элементов, одним словом. И почти для каждой длины волны найдется какая-нибудь молекула, хорошо отражающая именно её. И получается, что когда веществ много разных, то отражаются почти все волны, и спектр этих отражённых волн плавный. А что значит «плавный спектр»? График плавный. Например, яркости 480 нм много — значит, скорее всего, и 479 нм, и 475 нм, и 485 нм тоже довольно много.

Физиология глаза заточилась под эту вездесущую плавность — потому что это всегда срабатывало. Работает — не трогай. Все, у кого глаз подстраивался неправильно, плохо видели и были заклёваны саблезубыми мамонтами, не дав потомства.

Но потом появились искусственные источники света. Их спектр бывает очень разный. В большинстве случаев, он очень сильно отличается от естественного спектра, под который эволюционно заточена автонастройка наших глаз.

Спектры разных искусственных источников света

Например, производители отчаянно воюют со светодиодами, которые очень любят длину волны в районе 430 нм и шпарят ей, как прожекторы, а в природе такого не бывает, там если 430 нм шпарит — то 420 нм и 440 нм тоже будут шпарить. И вот светодиод, у которого 430 нм светит ярко, а в окрестности нет, светит в глаз.

Организм думает, что раз синий датчик выдаёт что-то интенсивное, значит 420 нм, и 430 нм, и 440 нм много, и начинает на физиологическом уровне подстраиваться под этот спектр. Подкачивает не те вещества, не в той концентрации и невпопад, генерирует неверные стимулы всяких нейронов, неправильно калибрует чувствительность. В глазах нарушается баланс нужных веществ и электрохимических регулировок, и глаза начинают вполне справедливо докладывать о сбоях. Эти сбои наше сознание интерпретирует как неестественность картинки и усталость глаз. Словом, не для того у нас эти две штуки в голове выросли.

Неестественный спектр создаёт ощущение неестественности цвета. Сенсоры передают в мозг нужную информацию, на информационном уровне всё нормально — картинка как картинка, но авторегулировка физиологии глаза отрабатывает неадекватно ситуации, потому что неправильно рассчитывает предположение о том спектре, который светит в глаз. Если же спектр естественный — то представление организма о спектре и его реакции адекватны реальному воздействию на сетчатку — и цвета кажутся мягкими. Потому что с физиологией всё хорошо.

Спектр решает, будут цвета ощущаться мягкими и естественными, или нет.

Давайте делать дисплей. Светоизлучающих элементов, способных выдавать любую видимую длину волны, пока не сделали. А жаль. Поэтому делаем просто — под каждый сенсор в нашем глазу свой элемент на дисплее. Красному — 700 нм, зелёному — 550 нм, синему — 450 нм. Будем этими элементами дисплея стимулировать сенсоры глаз так же, как это делают цвета, и обманем глаз, чтобы он думал, что видит цвет.

В длинах волн и частотах видимого спектра стоит коварный капкан для мозга. Случайно (или нет?) вышло, что наши единицы измерения — терагерцы и нанометры — устроены так, что именно в видимом спектре значения двух обратных величин — частоты и длины волны — находятся в одном диапазоне и измеряются от 300 до 700 единиц. Длины волн видимого спектра — от 380 до 780 нм, а частоты — от 380 ТГц до 790 ТГц. Например, у оранжевого частота 500 ТГц, а у бирюзового — длина волны 500 нм. Частота и длина волны — это, как-бы, взаимно обратные величины, и вот такой вот нюанс с почти одинаковыми цифрами может сильно путать мозг

Резюмируем. У нас в дисплее три источника света: красный, зелёный и синий. Когда они будут светить одновременно — мы будем стимулировать сразу три сенсора в глазу — и будет белый. Вот только этот белый — какой у него будет спектр? Если этот спектр будет неестественным, то от такого дисплея устанут глаза. А если наоборот, спектр получится более естественным — картинка будет выглядеть мягкой и глаза не будут уставать. И так не только с белым, а вообще со всеми цветами. В этом вся соль.

Свет от Солнца до Земли летит миллионы лет

А как же отражённый свет? Да никак. Фотоны не бывают «отражённые» и «прямые». Если хочется, можно даже сказать, что все фотоны вокруг нас — отраженные. Даже с Солнца.

Почему же на лампочку и солнце смотреть больно, а на объекты, освещенные ими нет? Ну ясно-понятно, это же прямой свет, а не отражённый. Нет. Не по этому. Яркость.

Когда солнце или лампочка проецируется на сетчатку глаза, то на сравнительно маленькой площади сетчатки появляется слишком много яркого света. Источник света же точечный. Вот он в виде этой точки и проецируется. Если натянуть на лампочку большой трёхметровый светорассеиватель, то на него вполне комфортно будет смотреть. И наоборот, если осветить комнату мощным военным прожектором и посмотреть на мебель в этом «безвредном» отражённом свете, то это может оказаться последним, что вы увидите. Потому что смысл в яркости, а не в том, откуда свет. Точнее, концентрации яркости на условном кусочке сетчатки глаза. Лазеров это тоже касается — сами по себе, они не вредные. Просто у лазеров спектр очень-очень далёк от естественного, и лазером гораздо легче получить концентрированную яркость на маленьком участке сетчатки. Лазер мы встречаем в жизни чаще, чем сверхмощные военные прожекторы (по крайней мере, пока что), поэтому проблема попадания лазера в глаз встречается чаще. Сенсоры сетчатки могут перегрузиться и сгореть, поэтому сигнализируют об этом, если успеют. Вот поэтому нам неприятно смотреть те штуки, которые перегружают их.

Давайте посмотрим на фотоны поближе и изучим их повадки. Не будем заострять внимание на том, что мир для них двумерный, времени не существует, и они вообще не «летят» — лучше обратим внимание на то, как они отражаются.

Когда свет летит через плазму или газ — фотоны не летят через него. Вместо этого, атомы газа постоянно поглощают и переизлучают фотоны заново. Как по цепочке. Долетают не «те самые» фотоны, а «новые» (физики, держитесь). На постоянное поглощение-переизлучение уходит время, именно поэтому свет в веществе замедляется. Точно также, когда фотоны «отражаются от поверхности» — на самом деле они поглощаются, и переизлучаются новые. Большая часть фотонов, прилетающих с Солнца на Землю, рождаются у него в сердце, и миллионы лет скитаются в толще его плазмы, переизлучаясь-отражаясь огромное число раз, прежде, чем вырваться на волю и долететь до нас за те самые 8 минут.

А с книжкой то что?

А почему же книжку легче читать, чем дисплей? Да потому, что отражение есть переизлучение, а переизлучение немного меняет спектр. Одни частоты отражаются лучше, другие хуже. И это, как правило, постепенно приближает спектр к естественному. Причём, если после изменения спектра соотношение между сигналами красной, зелёной и синей колбочки не поменяется — то визуально цвет остаётся таким же. Однако, спектр света, отражённого от книжки может стать спокойнее и ближе к естественному.

Причина приятности E-Ink состоит в естественном спектре и правильной яркости

Книжка состоит из целлюлозы — того вещества, которое окружало нас миллионы лет эволюции, и под наблюдение которого эволюционно заточились сенсоры в наших глазах. Нашим глазам приятнее воспринимать те волны, которые целлюлоза отражает лучше, и менее приятно воспринимать те волны, которые целлюлоза отражает хуже. Поэтому для глаз эта спектральная книжковость естественна и приятна. Большинство объектов вокруг нас тоже чуть-чуть выправляет спектр ближе к естественному. В том числе и полимеры, в том числе краска и пластик — часть волн гасят, часть высокочастотных волн размазывают, если имеет место люминесценция.

Поэтому те самые e-ink дисплеи, которые не светятся вообще, а работают в отраженном свете, выглядят так естественно. Существуют даже e-ink мониторы с диагональю 25’’ для ПК. Если у самосветящегося дисплея спектр излучения и яркость близки к естественным, то он тоже выглядит естественно.

Просто среди светящихся дисплеев мало тех, где производитель заморочился над спектром.

На всякий случай, повторюсь: вышеизложенное является лишь моими домыслами, на текущий момент я не располагаю возможностями подтвердить или опровергнуть это. Я лишь посчитал, что было бы полезно поделиться ими с сообществом и предложить к обсуждению и буду благодарен всем, кто смог бы дополнить, уточнить, подтвердить или опровергнуть эти идеи по существу — я думаю, что будет очень полезно собрать побольше информации о данном вопросе.

Как не утонуть в терминах

Никак 🙂 В современных телевизорах применяется много разных технологий, большая часть которых имеет какое-то название. Часто телевизоры так и называют по одной из технологий, из которых они сделаны.

Например, если в телевизоре подсветка DirectLED, жидкие кристаллы IPS и раскраска на квантовых точках, то его могут назвать LED-телевизором, DirectLED-телевизором, ЖК-телевизором, IPS-телевизором, телевизором на квантовых точках или вообще 4K-телевизором (если у него разрешение 4К, разумеется). То же самое с мониторами. К примеру, IGZO — это не тип монитора, а просто продвинутый вариант технологии управления пикселями. Сам экран там может быть какой угодно — светодиодный или ЖК, какой там сорт жидких кристаллов, какая подсветка — абсолютно непонятно. Чаще всего, название ЖК телевизоров формируется из типа его подсветки, букву Q припаивают, если есть квантовые точки, а тип ЖК-кристаллов там вообще никого не волнует.

В названии также может участвовать разрешение телевизора: FullHD-телевизор, 4К-телевизор, 8К-телевизор и т. д. Скрываться за этим может что угодно, т. к. сегодня разрешение телевизора никак не связано с технологией построения изображения. Раньше некоторая связь была — например, плазменные 4К-телевизоры не могут быть меньше 100 дюймов, просто потому что там пиксели не могут быть меньше определённого размера. В современных же телевизорах подобных ограничений нет.

8 бит, 10 бит, 8+2 FRC. Что такое битность матрицы современного телевизора?

При подборе телевизора разные люди по-разному выбирают ту или иную марку и модель. У кого-то главным критерием подбора будет личный опыт пользования, и обращать внимание на ньюансы примененных технологий он не будет. Другой же человек, выбирая себе будущий экран, прошерстит весь интернет в поисках отзывов о модели, размерах каждого болтика и химической формуле использованного пластика, и подчас может быть технически подкован (хотя зачастую только он так и считает) поболее чем представители компании-производителя. :-). Но и те и другие, наверняка будут обращать внимание на технические характеристики. Конечно, их в таблицах немало, но, если быть честными, обращать внимание при сравнении и выборе надо не на все. Что касательно характеристик непосредственно экрана (матрицы, ЛСД-панели — как будет угодно) — то при подборе телевизора стоит обращать внимание не на размер или разрешение. Первое — это выбор не технический, а эстетически-дизайнерский, и выбирается по потребности, а второе — ну… вообще все современные телевизоры… ну почти все — 4К. А вот такие вещи как контрастность, яркость или частота обновления — это то, на что стоит обращать внимание. Но если с ними более чем ясно — они встречались и раньше, и нам понятны, то такой параметр как разрядность матрицы, или как еще его называют — битность матрицы многих ставит в тупик. Разберемся что это такое, и насколько это важно для современного телевизора. И может, если данная тематика будет интересна читателям, затронем и другие загадочные характеристики, на которые стоит обращать внимание.

Итак, что же значат эти самые загадочные значения Матрица 8 бит, Матрица 10 бит, или матрица 8+2 бит FRC?

Битность матрицы, она же разрядность матрицы — параметр, отвечающий за глубину цвета, а именно — какое количество отображаемых цветов может дать эта самая матрица.

Немножко теории.

Источником цвета в современном LCD-экране является пиксель. Собственно, сам пиксель состоит из трех субпикселей — красного, зеленого и синего цвета. Именно их английские название и формирует эту самую часто встречающуюся аббревиатуру RGB. Каждый цветной субпиксель открываясь -приоткрываясь изменяемый выдаваемый цвет в виде оттенков. Значение матрицы 8 бит говорит о том, что, каждый субпиксель может давать 2 в 8 степени оттенков — а именно 2х2х2х2х2х2х2х2 = 256 цветов. Но поскольку каждый пиксель состоит из 3 субпикселей разного цвета — то их комбинации выдают 256х256х256 = 16777216 цветов. То есть 8-ми битная матрица показывает на очи наши ясные 16,7 млн цветов. Соответственно 10-ти битная матрица — это 1.07 млрд цветов. Существуют так же 6-битные и даже 12-ти битные матрицы. И если первые успешно уходят в небытие, то вторые — очень редко встречаются из-за своей дороговизны и узкости применения.

Страшные буковки FRC

Очень часто в характеристиках определенных моделей телевизоров и мониторов встречается такое обозначение, как 8+2 бит FRC. Не надо их боятся. Например, видеокарта компьютера или просто источник сигнала (скажем фильм) имеет-выдает изображение с глубиной цвета 10 бит. А матрица монитора или телевизора может отобразить только 8-ми битный цвет. И для решения таких сложностей используется методы сглаживания (дизиринга) или технология FRC (Frame rate control). Эти все ухищрения позволяет отобразить недостающие цвета с помощью имеющейся палитры. Ну как отобразить… Конечно, данная технология делает цветовые переходы не настолько плавными в сравнении с честной 10-битной палитрой. Но однозначно лучше, чем при 8-ми битах. Так что эти самые буквы весьма желательны. Не нужно думать, что с FRC 8+2 возьмет 8-ми битную картинку и сделает ее 10 битной. Нет, это не улучшалка в чистом виде. Эта технология нужна именно для того, чтобы 10-ти битная картинка не выглядела на 8-ми битной матрице совсем нехорошо и криво.

Теперь о практике

И, пожалуй, два самых важных вопроса: видит ли человеческий глаз разницу между битностью цвета 8 и 10, а также стоит ли переплачивать за телевизор с 10-битной матрицей. Да, человеческий глаз эту разницу видит. Но — не каждый. Да да, много людей не воспринимают цветовое разнообразие и плавность этих самых переходов. Особенно это касается мужчин, ведь представительницы женской части планеты как известно изначально лучше различают оттенки. Но факт остается фактом — в общем массе разницу между 16.7 млн и 1,07 млрд цветов видно. Но — это еще не все. Тут важнее как эта разница заметна на экране монитора или телевизора. А выглядит это скорее всего похоже, как вот так.

То есть плавность переходов, особенно при динамической картинке и быстрых изменениях — вещь важная, особенно для видеофилов и перфекционистов. Ну и конечно, важный вопрос — стоит ли платить за 10 бит, или все же стоит перетерпеть с 8+2 FRC. Разница в цене может быть немалая — правда нам не известно, сколько из этой разницы отдается именно за битность матрицы. Ведь даже для примера тот же Samsung Q70 в отличие от Q60 в размере 55 и выше дюймов кроме десятибитности еще имеет весьма недешевую технологическую штуку под названием система локального затемнения, она же Localdimming. Так что понять, за что конкретно отстегиваем кровные весьма сложно, но давайте просто считать, что комплексно платим за технологичный продукт с более широкими возможностями.

Но, наиболее выразительный плюс в пользу 10-бит кроется в ином месте. Есть такая очень популярная нынче шутка, которую пихают в каждый телевизор, как Расширенный динамический диапазон изображения, в простонародье HDR.

А там все построено именно на 10-битном цвете. Также есть такая себе технологическая войнушка между HDR10+ и Dolby Vision (который, кстати, уже на 12-битах), и конечно все эти заварушки и противостояния технологий нам, рядовым пользователям только на пользу. Все зависит от двух моментов — сколько есть на данный момент контента (читай кино) в HDR, и конечно, насколько позволяет такую покупку Ваш кошелек. Первое — а именно контента в HDR — ну… становиться все больше и больше. Со вторым — ну, тут остается Вам пожелать, чтобы там тоже был прогресс, и чем больше — тем лучше.

Стоит ли расстраиваться, что в Вашем телевизоре 8+2frc а не честные 10 бит? Нет! Покупка телевизора должна быть соизмерима с финансовыми возможностями, без тотального фанатизма и неразумных трат. Все равно за всеми новыми технологиями угнаться невозможно.
Купил бы я бы себе 10-бит? Уже.