نمايشگرهاي C-PVA

SyncMaster F2080/F2380

شرکت سامسونگ اخيراً نمايشگرهاي سري 80 خود را با دو مدل SyncMaster F2080/F2380 معرفي کرده است. اکثر محصولات اخير اين شرکت که براي کاربردهاي خانگي در نظر گرفته شده اند، داراي بدنه پلاستيکي براق، کليدهاي درخشان وساير عناصر چشم نواز هستند. بااين حال، دومدل مذکوربعنوان مدل هاي نيمه حرفه اي براي محيط هاي کاري درنظر گرفته شده اند.
جالب توجه ترين نکته درباره مدل هاي مذکور اين است که آن ها براساس يک نوع جديد ازپانل هاي PVA ساخته شده اند که تحت عنوان C-PVA شناخته مي شود. سامسونگ مدعي است که پانل هاي C-PVA تنها 10درصد گرانتراز پانل هاي TNهستند که امروزه بازار نمايشگرهاي LCD را تحت سلطه خود درآورده اند. بااين حال، اين پانل ها از نظر زواياي ديد وکيفيت کلي تصوير بسيار بهتراز پانل هاي TN خواهند بود. ما دراين مقاله به بررسي فناوري پانل هاي C-PVA خواهيم پرداخت.

ماتريس CPVA
 

باوجود اينکه سامسونگ ويژگي هاي اين نوع ماتريس را از زمان معرفي نمايشگرهاي جديد خود براي اولين بار محرمانه نگه نداشته وحتي به ترويج فناوري C-PVA نيز پرداخته است، هنوز مشخص نيست که C-PVA واقعاً چيست وچه تمايزي نسبت به فناوري هاي هم خانواده خود يعني PVAو C-PVA دارد. شرکت سامسونگ حتي مشخص نکرده است که حرف C نماينده چه عبارت يا ويژگي به شمار مي آيد. اين وضعيت باعث شده است که حدس هاي مختلف و گهگاه متناقضي درمورد عبارت مذکورمطرح شوند که از Crap-PVA تا انطباق تصادفي با سرنام CP-VA (که چند سال پيش درمقالات تحقيقاتي براي مدرن سازي ماتريس VA مورد استفاده قرار مي گرفت) رادربر مي گيرند.
همان طور که به احتمال مي دانيد، يک پانل LCD باساختار چند لايه فشرده است که از اجزاي زير تشکيل شده:

يک واحد نور پشتي (Backlight) که نورسفيد غير پولاريزه ساطع مي کند.
يک پولاريزه کننده که نور مذکور را به نور پولاريزه شده خطي تبديل مي کند.
يک لايه کريستال مايع که صفحه پولاريزاسيون نورعبوري را با زاويه اي که به ولتاژ اعمال شده روي کريستال هابستگي دارد، مي چرخاند.
يک پولاريزه کننده ثانويه که غالباً تحت عنوان آنالايزر(Analyzer) شناخته مي شود.
همانطور که احتمالاً مي دانيد، بخشي از نور پولاريزه که از ميان آنالايزر عبور مي کند معادل (sin^2(a/2 خواهد بود که درآن a زاويه مابين صفحه هاي پولاريزاسيون نور وآنالايزر است. اين زاويه مي تواند با اعمال يک ولتاژ متفاوت بر کريستال هاي مايع تغيير کند و به اين ترتيب امکان تغيير روشنايي پانل LCD فراهم مي شود. انواع متفاوتي از کريستال ها مي توانند در پانل هاي LCD خاص مورد استفاده قرار گيرند و صفحات تغيير زاويه فاز(Phase-shifting) يا ساير ضمايم قابل پياده سازي هستند، اما اصول کلي يکسان باقي خواهد ماند.
در يک نوع پانل LCD که تحت عنوان(MVA(Multidomain Vertical Alignment شناخته مي شود، هر پيکسل به 4 بخش تقسيم شده است که با نام Domain شناخته مي شوند و در آن ها کريستال ها با زواياي متفاوتي مي چرخند. بدون آن که بخواهيم به عمق جزئيات اين فناوري وارد شويم، مي توانيم بگوئيم که اين ويژگي براي تضمين زواياي ديد مناسب کاملاً ضروري خواهد بود. نور هر چند Domain مجزا به زاويه ديد بيننده بستگي خواهد داشت، اما وجود چهار Domain با امتداد هاي متفاوت باعث مي شود که روشنايي متوسط يکساني صرف نظر از زاويه ديد بيننده (مستقيم، پهلوها و يا از بالا) فراهم شود.
يک مشکل نه چندان مهم ولي ماندگار ماتريس هاي MVA، خط تاريکي است که در نقطه اتصال Domain هاي مجاور، از هر پيکسل عبور مي کند. اين مشکل، شفافيت کلي پيکسل را پايين آورده و بازدهي پانل LCD را کاهش مي دهد. در واقع بازدهي پانل LCD به خودي خود نيز بسيار پايين است و تنها به رقم باور نکردني 4 درصد مي رسد (به عبارت ديگر، اگر کل پانل در حال نمايش رنگ سفيد باشد، تنها 4 درصد از نورري که توسط لامپ هاي نور پشتي توليد مي شود از پانل عبور خوهد کرد ).
پروژه اي که در بالا به آن اشاره کرديم، راه حلي را با استفاده از نوري که به طور مدور پولاريزه شده است، براي اين مشکل ارائه مي کند. اين مسئله با جزئيات بيشتري در کارهاي انجام شده توسط دو مؤلف ژاپني مورد بحث قرار گرفته است که در ژورنال فيزيکي کاربردي ژاپن به چاپ رسيدند. بايد به اين نکته اشاره کنيم که سرنام CP-VA عملاً در اين مقالات مورد استفاده قرار نگرفته اند.

از يک نقطه نظر فني، يک ماتريس با پولاريزاسيون مدور به خاطر وجود صفحات ربع موجي (صفحاتي که يک اختلاف فاز معادل 4/λ را مابين شعاع هاي نوري با پولاريزاسيون متفاوت ايجاد مي کنند که در آن، λ طول موج نور عبوري است. اگر قرار باشد کل دامنه قابل مشاهده پوشش داده شود، λ معمولاً معادل 550 نانومتر خواهد بود ) با يک نمونه عادي تفاوت دارد. اين صفحات بر روي وجوه داخلي پولاريزر و آناليزر قرار دارند. يک صفحه4/ λ داراي خصوصياتي است که نور پولاريزه شده به صورت خطي را به نور پولاريزه شده به صورت مدور تبديل مي کند و(بالعکس ). هر فيلتر پولاريزاسيون مدور، از يک پولاريزر خطي و يک صفحه 4/ λ تشکيل شده است. در نتيجه، نور خروجي اين فيلتر به جاي پولاريزاسيون خطي داراي پولاريزاسيون مدور است که مي تواند سيستم فکوس خودکار بسياري از دوربين ها را سردرگم کند.(شکل 1)
به اين ترتيب، نورBacklight از پولاريز عبور کرده و به نور پولاريزه خطي تبديل مي شود. سپس اين نور از صفحه 4/ λ عبور مي کند که پولاريزاسيون آن را به حالت مدور تغيير مي دهد. در مرحله بعد، اين نور از يک کريستال مايع و سپس يک صفحه 4/ λ ديگر عبور مي کند که پولاريزاسيون مدور آن را دوباره به حالت خطي تغيير مي دهد. آناليزر نيز در آخرين مرحله قرار گرفته است. از نقطه نظربيننده نهايي، تنها يک تفاوت وجود خواهد داشت : اين پانل LCD فاقد خطوط تاريک در نقاط اتصال چند Domain مجاور است که باعث مي شود حداکثر شفافيت و بازدهي پانل LCD افزايش پيدا کند مقالاتي که قبلاًَ به آن اشاره کرديم، ثابت مي کنند که بازدهي پانل هاي CP تقريباً يک و نيم برابر پانل هاي (LP (linear Polarization است، بنابراين مي توان از يک واحد Backlight با لامپ هاي کمتر يا ضعيف تر براي دستيابي به همان سطح روشنايي استفاده کرد.
با وجود آن که سامسونگ مي تواند از چنين فناوري در پانل هاي خود استفاده کند، بعيد به نظر مي رسد که اين تفاوت ميان C-PVAو PVA باشد. در واقع اين بايد انطباق تصادفي دو سر نام باشد زيرا:
پروژه هاي مذکور به مطالعه MVA مي پردازند. با وجود آن که MVA به PVA شباهت دارد، اما هيچ اشاره خاصي به PVA درآن ها وجود ندارد.
هيچ يک از مقالات مذکور توسط سامسونگ يا به عنوان نتيجه تحقيقات نويسندگان اي شرکت در ساير مؤسسات و يا مراکز تحقيقاتي منتشر نشده اند.
سرنام CP-VA تنها در يک مقاله مورد استفاده قرار گرفته و در ساير موارد، CPدر کنار LP به عنوان خلاصه نويسي به کار رفته است.
حرف P در PVA براي کلمه Patterned و در CP-VA براي کلمه Polarization مورد استفاده قرار مي گيرد.
به سختي مي توان گفت که آيا فناوري پولاريزاسيون مدور در بعضي ازنسخه هاي ماتريس هاي MVA يا PVA مورد استفاده قرار گرفته است (يا قرار است به کار گرفته شود ) يا خير، مگر اين که اجزاي پانل LCD را از هم جدا کنيد. فناوري CD فاقد هرگونه ويژگي متمايز کننده خارجي است. بنابراين چه تفاوتي مابين C-PVA و S-PVA وجود دارد ؟ با وجود آن که تنها مهندسين خود شرکت سامسونگ به طور دقيق از اين تفاوت آگاهي دارند، ما تصميم گرفتيم ماتريس هاي LCD را با ابزارهاي خاصي مورد ارزيابي دقيق قرار دهيم.

پيش از هرچيز، عکس هاي ماکرويي را با استفاده از يک دوربين Canon EOS-350D ولنز -100f2.8 macro Canan EF (که مقياس 1:1 را تحويل مي دهد ) از صفحه نمايش مانيتورهاي(Samsung SyncMaster F2080 (C-PVA) و(SyncMaster 215TW (S-PVA تهيه کرديم.(شکل 2)
شما به وضوح مي توانيد مشخصه دو پيکسل فرعي S-PVA را در عکس 2 مشاهده کنيد. اين پيکسل هاي فرعي شامل دو منطقه هستند که معمولاً تحت عنوان مناطق A و Bشناخته مي شوند و يکي از اين مناطق تنها در شرايط روشنايي زياد روشن خواهد شد. بنابراين تصوير اول شکل 1 پيکسل هاي فرعي قرمز را با يک شکل تقريباً مستطيلي نشان مي دهد، در حالي که تصوير دوم دو قطعه کوچک را نشان مي دهد که بيانگر يک منطقه از هر پيکسل هستند، منطقه دوم در اين وضعيت کاملاً خاموش است.
همين ساختار دو منطقه اي است که S-PVA را از ماتريس هاي PVA قديمي تر متمايز مي سازد، زيرا ماتريس هاي PVA قديمي تر داراي يک پيکسل فرعي يکپارچه هستند که به چهار Domain تقسيم شده است. يک ماتريس S-PVA داراي دو منطقه با چهارDomain در هر يک از آن ها است که در مجموع به معناي هشت Domain براي هر پيکسل فرعي خواهد بود. اين ويژگي به مقابله با تأثير انتقال گاما که وقتي نه تنها نسبت کنتراست، بلکه گاما (رابطه ميان سيگنال ويدئويي ارسال شده به نمايشگر و روشنايي به دست آمده بر روي صفحه نمايش ) نيز با مشاهده صفحه نمايش از پهلو تغيير مي کند، کمک خواهد کرد. مناطق پيکسل در ماتريس هاي S-PVA داراي شکل، موقعيت و ولتاژي هستند که به صورت متقابل تأثير انتقال گاما را براي يکديگر جبران مي کنند در گرانترين ماتريس هايي که بر روي بعضي از دستگاه هاي تلويزيون نصب شده اند، امکان کنترل دو منطقه يک پيکسل فرعي به صورت مستقل نيز وجود دارد.
متأسفانه، تأثير انتقال گاما حتي در ماتريس هاي S-PVA نيز به کلي حذف نمي شود. به علاوه، تفاوت ديگر نيز مابين اين ماتريس ها و PVA وجود دارد. اين تفاوت به نامتقارن بودن زواياي ديد آن ها مربوط مي شود، به اين معني که انتقال گاما در يک طرف بيشتر از طرف ديگر است.

اما اجازه بدهيد به سراغ C-PVA برگرديم. همانطور که در شکل 3 مشاهده مي کنيد، هيچ اثري از تقسيم پيکسل فرعي به مناطق جداگانه به چشم نمي خورد. اين ساختار در تمام سطوح روشنايي کاملاً يکپارچه است. به علاوه، پيکسل فرعي داراي روشنايي بسيار يکنواختي است. به خصوص، اين پيکسل فرعي فاقد يک نقطه تاريک در مرکز خود (که در تصوير S-PVA کاملاً قابل مشاهده بود).
بنابراين، ساختار پيکسل C-PVA يک بازگشت به ماتريس PVA است : يعني يک منطقه و چهار Domain. آيا اين ويژگي زواياي ديد را تضعيف خواهد کرد ؟
متأسفانه ما شيوه و ابزارهايي را در اختيار نداشتيم که به ما امکان بدهند انتقال رنگ و گاما را در هنگام مشاهده صفحه نمايش از پهلو اندازه گيري کنيم. بنابراين ما بر مقايسه ذهني تکيه کرده و به بررسي دقيق
(SyncMaster 215TW (S-PVA،
(SyncMaster 245T (S-PVA
(SyncMaster F2080 (C-PVA و
(SyncMaster F2380 (C-PVA از تمام زوايا پرداختيم.
پيش از هر چيز، مي توانيم بگوييم که انتقال گاما روي پانل هاي C-PVA بزرگتر است. در مقابل، عدم تقارن متداول روي پانل هاي S-PVA در اين جا به چشم نمي خورد و C-PVA در اين زمينه حتي بهتر است. تأثير کلي دو ماتريس مورد بررسي تقريباً مشابه هستند. هر دو ماتريس تأثير انتقال گاما را تقريباً به ميزان مشابهي نشان مي دهند. البته اين موضوع در اکثر کاربردها مشکل خاصي نيست.
دومين نکته اين است که انتقال رنگ دو ماتريس نيز وضعيت مشابهي دارد. وقتي از يک پهلو به هر دو پانل C-PVA و S-PVA نگاه مي کنيد، توناليته رنگ ها تا حدودي تغيير مي کند. اين تغييرات بر روي هر دو ماتريس يکسان هستند.

به عنوان نتيجه سوم، بايد بگوييم که افت سايه هاي تاريک در هنگام تماشاي صفحه نمايش از روبرو در پانل C-PVA همانند هر نوع ديگري از ماتريس هاي VA قابل مشاهده است. اين به معناي آن است که اگر مستقيماً به يک عکس نگاه کنيد، به احتمال بعضي از جزئيات سايه هاي آن را از دست خواهيد داد. اما به محض آن که سر خود را به يک طرف بچرخانيد، اين جزئيات ناگهان ظاهر خواهند شد.
به طور جالب توجهي، هر دو نمايشگر S-PVA در اين زمينه عملکرد بهتري را نسبت به مدل هاي C-PVA از خود نشان دادند، با اين حال ترجيح مي دهيم اطلاعات بيشتري را در اين زمينه در اختيار شما قرار دهيم زيرا موضوع مذکور غالباً در توضيحات مربوط به S-PVA مورد انتقاد قرار مي گيرد.
بنابراين، پيش از هر کاري از يک سنسور عکس بسيار حساس براي ضبط بخش ابتدايي منحني هاي گاما در (پائين تر از خاکستري تيره ) سه نمايشگر
(SyncMaster 245T (S-PVA.
(SyncMaster F2380 (C-PVA و
(SyncMaster 2333SW (TN استفاده کرده ايم.
محورX در نمودار شکل 4، رنگ (صفر بيانگر سياه و 255 بيانگر سفيد است ) و محور Y آن است نيز سطح اندازه گيري شده روشنايي را نشان مي دهند. منحني سبز رنگ، منحني ايده آل گاماي 2/2 است.(شکل 4)
در اينجا وضعيتي رامشاهده مي کنيد که به اندازه کافي واضح به نظر مي رسد؛ منحني ماتريس C-PVA در تاريک ترين بخش نمودار تقريباً تخت است، به اين معني که تفاوت مابين دو سايه رنگ مجاور بسيار اندک خواهد بود، در واقع بسيار کوچک تر از چيزي که بايد باشد. سپس، منحني به سرعت اوج مي گيرد و به طور آشکار با منحني گاماي ايده آل 2/2 در بخش هاي روشن انطباق پيدا مي کند.
منحني نمايشگر مبتني بر پانل TN به خاطر نسبت کنتراست پائين تر خود نسبت به C-PVA در وضعيت بالاتري قرار گرفته، اما شکل آن تقريباً انطباق کاملي با منحني گاماي 2/2 دارد. به همين دليل است که ماتريس هاي TN از تأثير حذف نواحي تاريک رنج نمي برند.
ظاهراً منحني نمايشگر مبتني بر پانل S-PVA دليل کافي را براي توضيح اين موضوع که چرا تصوير SyncMaster 245T بهتر از C-PVA به نظر مي رسد، در اختيار ما قرار مي دهد. اين منحني بسيار بالا مي رود که بيانگر سطح بالايي از سياه و درنتيجه نسبت کنتراست پائين است. اين منحني بيشتر به يک خط راست شباهت دارد تا منحني يک تابع نمايي.
به نظر مي رسد توسعه دهندگان SyncMaster 245T، نسبت کنتراست اين نمايشگر را قرباني کرده و بر اساس يک فکر صحيح سطح سياه را افزايش داده اند تا منحني گاما را از ناحيه اي که در آن تفاوت مابين سايه رنگ هاي مجاوز ناچيز است، خارج کنند.
براي بررسي اين موضوع، ما تلاش کرديم تا منحني SyncMaster F2380 را نيز به همان شکل جابه جا کنيم. اين کار به آساني در پانل کنترل کارت گرافيکي قابل انجام است. بنابراين ATI Catalyst Control center را باز کرده، به صفحه تنظيمات رنگ رفته و پارامتر Brightness را به اندازه 25 واحد افزايش داديم (درايور Nvidia نيز تنظيمات مشابهي را در اختيار قرار مي دهد ). به اين ترتيب رنگ سياه کمي روشن تر مي شود، در حالي که منحني گاماي نمايشگر که در شکل 4 با نام (C-PVA (corr. مشخص شده است ) از نظر فرم به منحني ايده آل بسيار نزديک تر شده است. تأثير حذف نواحي تاريک در اينجا ضعيف تر شده و به ناحيه سايه رنگ هاي تقريباً سياه انتقال پيدا کرده است.
بنابراين، تفاوت ميان S-PVA و C-PVA در اين مورد تنها به تنظيمات متفاوت نمايشگرهاي مورد آزمايش مربوط مي شود. همچنين واضح است که به آساني مي توان حذف نواحي تاريک روي ماتريس هاي PVA را با افزايش سطح سياه، تخفيف داد. متأسفانه اين کار به قيمت از دست رفتن نسبت کنتراست انجام خواهد شد و بايد بگوئيم که طراحان SyncMaster 245T کمي در اين زمينه زياده روي کرده اند.
در عين حال مي توان اين جلوه را بدون از دست دادن نسبت کنتراست و تنها با تنظيم دقيق شکل منحني گاما در قسمت هاي تاريک حذف کرد، اما انجام اين کار به صورت دستي نسبتاً دشوار است زيرا کاليبراتورهاي سخت افزاري مشهور از حساسيت کافي روي چنين سايه رنگ هايي برخوردار نيستند.
البته تنظيمات سطح سياه و نقطه آغاز منحني گاما، مشکل روشن تر شدن نواحي تاريک در هنگام مشاهده صفحه نمايش از يک پهلو را برطرف نمي کند، اما حداقل مي توانيد وقتي درست در مقابل نمايشگر خود قرار گرفته ايد، تمام جزئيات تصوير را ببينيد.

جمع بندي
 

براي جمع بندي بايد بگوييم که عليرغم ساده سازي آشکار ساختار ماتريس (که کاهش هزينه هاي توليد به آن مربوط مي شود )، C-PVA در زمينه زواياي ديد هيچ تفاوت بنياديني با S-PVA ندارد. تفاوتي که مشاهده کرديم به حالتهاي ويژه تنظيمات نمايشگرهاي خاص مربوط مي شد. از يک سو، C-PVA از تأثيرات ناخوشايندي مانند انتقال گاما و رنگ يا حذف نواحي تاريک در شرايط ديد مستقيم رنج مي برد، از سوي ديگر پارامترهاي آن از نظر بصري بدتر نيستند. به علاوه، C-PVA برخلاف S-PVA داراي زواياي ديد متقارن است.
C-PVA در مورد زواياي ديد در ماتريس هاي TN مدرن برتري دارد. به محض اين که دو نمونه از اين نمايشگرها را در کنار يک ديگر قرار دهيد، تفاوت آن ها آشکار خواهد شد. زواياي ديد C-PVA از هر چهار جهت تقريباً يکسان است، درحالي که وقتي از پايين به تصوير يک ماتريس TN نگاه کنيد، تاريک خواهد شد. انتقال رنگ در هنگام تماشاي صفحه نمايش از پهلوهاي چپ و راست نيز روي ماتريس هاي TN آشکارتر خواهد بود.
منبع:نشریه عصر شبکه شماره 111
/ج