Статьи

Эффекты прогорания и остаточного изображения в плоских дисплеях

Вы должны знать, что вас ожидает в будущем...

Прежде всего, формулируйте правильно свои цели. Если вы планируете приобрести дисплей для решения критических задач, или он должен обладать очень продолжительным ресурсом, высокой надежностью и быть способным работать 24 часа в сутки 7 дней в неделю без выключения, то наиболее целесообразным будет выбор DLP технологии. Известно, что системы обратной проекции с DLP проекторами достаточно громоздки, занимают много полезного места, но это лучшее из всего того, что может сегодня предложить индустрия профессиональных визуальных решений. Кроме того, такие системы позволяют создавать большое бесшовное изображение из множества отдельных экранов.

Используя LCD технологию, вы должны обязательно придерживаться несколько элементарных правил (похожих на те, которые вам в детстве навязывали ваши родители: чисти зубы перед сном, не включай громко музыку и т.п.). Эти правила просты, но существенно ограничивают вашу свободу каждодневной работы с информацией. Итак, помните: А. Включите скрин сервер (Screen Saver), если вы уже изучили информацию на LCD экране и она вам больше не понадобится, и Б. Выключите LCD дисплей, как только он стал вам не нужен и не потребуется ближайшие 30 минут. Только таким способом вы можете продлить жизнь вашего дисплея и сохранить характеристики изображения длительное время на приемлемом уровне качества.

Раскладки окон

В диспетчерском центре очень часто на дисплее выводят информацию от множества видеоисточников в отдельных окнах, заключенных в рамку. И хотя содержимое этих окон беспрерывно меняется, сами рамки окон представляют собой статическую картинку, что является причиной появления остаточного изображения (эффект остаточного изображения, или послеизображения, как его иначе называют, проявляется в том, что после изменения контекста изображения на экране LCD дисплея остается видна старая картинка).

Рис. 1. Периодическое изменение раскладок рабочих окон

Самым простым способом борьбы с этим негативным фактором является периодическое (обычно специалисты рекомендуют это делать раз в месяц) изменение раскладок рабочих окон: их количества, размеров, взаимного расположения на экране дисплея). Вы должны позаботиться о том, чтобы большая часть рамок старых окон оказалась закрыта видеообластями новой раскладки. На рис. 1 пунктирами показаны границы окон старой раскладки, а сплошными линиями — рамки новых рабочих окон. Заметьте, что пунктирные линии покрываются видеоконтентом новых окон. Таким вот простым способом можно бороться с эффектом остаточного изображения.

Очевидно, что сдвигая рабочие окна, вы теряете часть полезного пространства дисплея. На рис. 1 справа и внизу экрана видны свободные полосы, не занятые видеоконтентом. Однако это разумная плата за отсрочку проявления эффекта послеизображения, а сами свободные области не такие уж и широкие: в случае с рамками их ширина будет составлять 10–20 пикселей.

Выключение питания, переход в спящий режим, скрин сейвер

Вторым способом борьбы с послеизображением является использование скрин сейвера (заставки) и спящего режима, как одной из разновидностей режима энергосбережения, когда на дисплей не подается изображение (в CRT мониторе для достижения этой цели достаточно было снять высокое напряжение с электроннолучевой трубки). Если вы прерываетесь на часовой обед, то просто выключите дисплей, чтобы сберечь его ресурс и характеристики отображения. Если вы эпизодически обращаетесь к информации на дисплее, то лучшим решением будет использование скрин сейвера. Учтите, что период «восстановления» дисплея должно быть значительным по времени. Включение скрин сейвера на несколько секунд не даст никакого эффекта и не защитит вас от проявления эффекта остаточного изображения. Данный процесс достаточно медленный, и послеизображение появляется на экране через очень длительное время, но избежать этого при использовании статических картинок не удается.

Яркость и контрастность

Не стоит использовать максимальные значения яркости и контрастности дисплея. Тепло и свет, поступающие от лампы подсветки LCD дисплея, ускоряют и усиливают процесс остаточного изображения. Таким образом, перевод дисплея в режим максимального энергопотребления (белый фон при 100% контрастности) создает самые неблагоприятные условия. Старайтесь использовать 80% яркости и контрастности дисплея (коэффициент гаммы изображения, или видимые оттенки серого при таких значениях яркости и контрастности в большинстве случаев регулировать проще и легче). В действительности, уменьшение светового потока на 20% воспринимается человеческим глазом как снижение яркости не более чем на 8%.

Оптимизация цветового охвата

Если на LCD дисплее отображается преимущественно графика (текст, символы, линии), то самым наихудшим решением (с точки зрения предотвращения послеизображения) будет использование высококонтрастного изображения: например черные символы и линии на белом фоне и наоборот. Используйте цвета как альтернативный способ улучшения восприятия информации. Современный дисплей способен отображать более 16,7 млн. цветов, а не только белое и черное!

Цвета на дисплее образуются путем сложения красной, синей и зеленой составляющих светового спектра, каждая из которых принимает значения от 0 до 255 в нормированной шкале уровней яркости. Эти составляющие называют также уровнями DAC. В большинстве графических программ вы можете настраивать DAC уровни, используя параметры «цвет шрифта», «цвет фона», абсолютные значения красного R, синего B и зеленого G. Заметьте, что конечный цвет определяется значением суммы DAC уровней каждой цветовой составляющей.

Идея предотвращения остаточного изображения заключается в том, чтобы использовать цвета, обладающие близкими значениями суммы DAC, в то время, как сами цвета являются различимыми для человеческого глаза. Двумя крайними пределами будут черный (сумма DAC 0 + 0 + 0 = 0) и белый (255 + 255 + 255 = 765) цвета. Разумным решением будет использование красного цвета текста на пурпурном фоне, желтого на голубом и т.п. Пример ниже иллюстрирует описанный механизм подбора цветов.

Текст: R = 255, G = 255, B = 0 Фон: R = 128, G = 127, B = 255 DAC сумма: R + G + B = 510

Текст: R = 192, G = 192, B = 0 Фон: R = 128, G = 64, B = 192 Точки: R = 255, G = 65, B = 64 Линии: R = 128, G = 192, B = 64 DAC сумма: R + G + B = 384

Рис. 2. Примеры раскладок, помогающих сохранять изображение

Контроль уровня серого

Появление на дисплее остаточного изображения от статической картинки служит первым признаком необходимости принятия немедленных мер по «лечению» этого негативного фактора. Однако период такого ожидания может быть достаточно долгим и, естественно, требует периодического контроля состояния дисплея. Проверить, насколько LCD дисплей близок к проявлению эффекта послеизображения, позволяет тест равномерности уровня серого по полному экрану. Создайте слайд серого цвета (50% черного), например, в программе Power Point и разместите его в рабочем окне. При наличии эффекта послеизображения, вы сможете четко увидеть остаточные артефакты на сером фоне. Их проявление указывает вам на необходимость приступить к профилактическому «лечению» дисплея: чаще выключать дисплей, задействовать скрин сейвер и спящий режим.

Принцип работы плазменного дисплея

Рис. 3. Принцип работы ячейки плазменной панели

Экран плазменного дисплея (PDP — Plasma Display Panel) содержит множество мелких ячеек, заполненных специальным газом. Сверху и снизу на стенках каждой ячейки размещены электроды, на которые подается напряжение. Кроме того, один из электродов и прилегающие стенки ячейки покрываются красным, синим или зеленым материалом на основе фосфора. При приложении к электродам напряжения в области катодного слоя образуется значительный объемный разряд. В его поле ускоряются электроны, которые в свою очередь ионизируют газ и вызывают ультрафиолетовое (УФ) излучение. Далее это излучение возбуждает фотолюминофорное покрытие, генерирующее видимый свет. Люминофор обычно наносится на дно и боковые стенки ячейки, а иногда — тонким полупрозрачным слоем и на потолок ячейки. Комбинация трех ячеек красного, синего и зеленого свечения образуют точку (пиксель) заданного цвета.

Почему плазменный дисплей прогорает

Ультрафиолетовые лучи, попадая на фосфор, постепенно разрушают его структуру, выбивая частички фосфора. Чем дольше подвергается фосфор воздействию УФ лучей, тем быстрее он «стареет», тем больше различий проявляется в излучаемом видимом спектре соседних ячеек. Очевидно, что статическая картинка на постоянном месте экрана (логотип, эмблема, девиз…) ведет к более быстрому «выгоранию» фосфорного покрытия ячеек по сравнению с динамичным изображением на остальной части экрана. И как только вы измените содержимое экрана, вы увидите остаточное изображение статической картинки, хотя на самом экране дисплея ее уже не будет. К сожалению, прогорание фосфора — это необратимый процесс.

Жидкокристаллический дисплей

Жидкокристаллический (LCD — Liquid Crystal Display) дисплей представляет собой две параллельные стеклянные пластины, на которые нанесена сетка электродов с внутренней стороны и поляризатор с внешней стороны. Жидкие кристаллы заключены между этими двумя пластинами. Кроме того, электроды на внутренней стороне пластины имеют изолирующий полимерный слой, который ориентирует кристаллы в заданном направлении.

Рис. 4. Принцип работы ячейки жидкокристаллического экрана

Принцип получения цветовой точки (пикселя) в LCD дисплее заключается в следующем. При отсутствии напряжения на электродах жидкие кристаллы находятся в спокойном состоянии и не препятствуют прохождению световых лучей. Таким образом, свет лампы подсветки, проходя через первый поляризатор, получает направление вектора поляризации, противоположное свойствам второго, фронтального поляризатора. В результате чего пиксели на экране LCD дисплея оказываются черными.

При подаче напряжения на электроды, состояние жидких кристаллов изменяется таким образом, что они начинают воздействовать на проходящий свет, изменяя его поляризацию. В результате чего, фронтальный поляризатор начинает пропускать свет и зажигает пиксели на экране LCD дисплея. В зависимости от величины поданного на электроды напряжения изменяется отклонение поляризационного вектора от своего первоначального положения при прохождении слоя жидких кристаллов, и, как следствие, меняется яркость пикселя на экране.

Для отображения динамической картинки подаваемое напряжение на электроды не будет постоянным, поскольку изменение яркости пикселя требует соответствующего изменения поляризации жидких кристаллов.

Ионы

Причиной появления остаточного изображения в LCD дисплее является нарушение пространственного распределения ионов. Ионы представляют собой заряженные частицы, которые перемещаются под воздействием электромагнитного поля, созданного в LCD панели. Перемещаясь, ионы оказывают влияние на существующее электромагнитное поле. Так, при отображении статической картинки ионное взаимодействие характеризуют 3 главных фактора.

Рис. 5. Иллюстрация эффекта остаточного изображения
1. Как было отмечено выше, изменение прикладываемого напряжения сопровождается сменой полярности. Поскольку закон изменения управляющего напряжения имеет сложную форму, то возможно появление паразитной постоянной составляющей. Если отображаемая картинка носит постоянный характер длительное время, то и паразитная составляющая напряжения, даже несмотря на ее малую величину, начинает играть существенную роль в распределении ионов в слое жидких кристаллов. В результате действия постоянного электромагнитного поля, создаваемого паразитной составляющей управляющего напряжения, происходит разделение ионов и их преимущественное размещение возле электродов соответствующей полярности (см. рис.). Очевидно, что количество разделенных ионов полностью определяется характером изображения. Теперь, если убрать статическое изображение и на весь экран вывести серый фон, то разделенные ионы останутся на своих местах еще некоторое время, и можно будет наблюдать остаточные артефакты предыдущего изображения. Несмотря на то, что управляющее напряжение изменилось, теперь уже сами разделенные ионы формируют паразитную составляющую, которая вступает в комбинацию с полезным электромагнитным полем. Как следствие, область дисплея, в которой существуют подобные ионы, будет иметь совершенно другие передаточные свойства света, что и приведет к появлению на экране призрачного изображения, напоминающего старую картинку. К счастью, современные LCD дисплеи свободны от подобных искажений изображения, поскольку используется специальная форма управляющего напряжения, не приводящая к появлению паразитной постоянной составляющей электромагнитного поля.
2. Напряжение определенной величины, поданное на LCD дисплей, приводит к формированию электромагнитного поля заданной формы и соответствующему изменению передаточных свойств света у жидких кристаллов. Это изменение передаточных свойств целиком определяется мощностью электромагнитного поля, которое, в свою очередь, целиком зависит от количества ионов, находящихся в ячейках LCD панели. Очевидно, что разное число ионов в ячейках приводит к тому, что при одном и том же приложенном напряжении ко всем ячейкам картинка на экране LCD уже не будет иметь однотонный характер, а на сером фоне можно будет визуально увидеть более светлые или более темные области.
3. При отображении даже статической картинки, прикладываемое напряжение к LCD панели постоянно изменяет свою полярность. Это означает, что ионы поочередно меняют направление своего движения, двигаясь то к одному, то к другому электроду. Однако движение ионов может быть не только в направлении к электродам, но и в сторону от них. Это движение может принимать некоторый упорядоченный характер, когда на экране длительное время транслируется одно и тоже изображение. В результате на границах статической картинки скапливаются ионы, уменьшающие действие приложенного напряжения и, как следствие, снижая передаточные свойства жидких кристаллов — границы статического изображения становятся темнее, чем это есть в реальности. После того, как это изображение будет убрано, останется видимой занимаемая им раньше область — она будет светлее, чем остальная площадь экрана, поскольку концентрация ионов окажется меньше нормальной в середине и увеличенной на границах статической картинки.
   
   
   Рис. 6. Иллюстрация границы сохранения изображения
   Действие этого эффекта оказывается более устойчивым, и остаточное изображение будет существовать на экране более продолжительное время. Соответственно, для его «лечения» потребуется и больше времени, чем в рассмотренных выше случаях. Это объясняется тем, что восстановление нормальной (равномерной) концентрации ионов после снятия статического изображения требует длительного времени.

Заключение

Остаточное изображение на LCD дисплеях — головная боль разработчиков и производителей этих изделий. Сегодня они сосредотачивают свои усилия на достижении еще большей чистоты жидких кристаллов и на разработке схем управления, предотвращающих или, по крайне мере, снижающих паразитное перемещение ионов. К сожалению, проблема до сих пор остается не решенной. Надеемся, что те советы, которые нашли свое отражение в этой статье, помогут если не предотвратить, то отсрочить появление нежелательных артефактов на вашем любимом дисплее.

 Новости

  Вакансии

  Полезные ссылки

  Прайс-листы