Обзоры и статьи - Охота за битыми пикселями

2015-09-16 00:00:00 Семен Валькенштейн

Сегодня можно с уверенностью констатировать, что электронно-лучевые дисплеи практически вымерли как массовый класс средств визуализации. На первый план выдвинулась LCD-технология, получившая широкое распространение в самых разных бытовых устройствах. Однако и у нее есть свои недостатки, среди которых чуть ли не самым обидным является распространенный дефект, получивший название "битый пиксель".

Одна маленькая точечка на экране, способная лишить пользователя комфорта в работе, испортить все положительные ощущения от любимой игры или просмотра фильма. В данном материале мы попробуем разобраться, откуда берется эта напасть и как с ней бороться.

Ты помнишь, как все начиналось?

Удивительно, но факт:технология, получившая название Liquid Crystal Display, могла бы стать стандартом де-факто для мониторов и телевизоров на порядок раньше электронно-лучевых трубок. Первые упоминания о жидких кристаллах встречались уже в научной литературе второй половины девятнадцатого века. Можно сказать, что их открытию помогла случайность, научный казус, заблуждение немецкого ученого Отто Лемана, ученика выдающегося физика Августа Кундта и не менее выдающегося кристаллографа Пауля Грота. Отто Леман был известным специалистом в области молекулярной физики, но из-за своего нестандартного подхода к фундаментальным вопросам он пришел к неверным выводам относительно определяющих свойств кристаллов. Однако 14 марта 1888 года он получил письмо от своего коллеги, доцента Немецкой высшей технической школы в Праге Фридриха Рихарда Корнелиуса Рейнитцера, который в то время преподавал техническую микроскопию и материаловедение, а также ставил научные эксперименты в Ботаническом институте при технической школе. В ходе одного их таких экспериментов австрийскому ученому понадобилась консультация Лемана относительно физических свойств изучаемого им вещества. В результате оба научных светила пришли к выводу о реальности существования так называемых жидких кристаллов. Позднее этот факт был экспериментально подтвержден немецким химиком Даниелем Форлендером, профессором университета в Галле, который подробно описал вещество, находящееся в жидком состоянии, но обладающее свойствами кристаллов.

Несмотря на тот революционный дух, которым был пронизан конец девятнадцатого столетия и в Европе, и в США, теоретики не спешили воплощать в жизнь новые открытия и реализовывать свои знания на практике. Лишь спустя 40 лет, в начале 30-х годов двадцатого века, был получен первый патент на промышленное использование ЖК-технологии. А прорыв в науке и технике свершился и того позже: в 1968 году был выпущен прототип первых часов с простейшим встроенным LCD-дисплеем. Дальнейшее развитие технологии поддержала японская компания Sharp, представившая в 1973 году на суд общественности электронный калькулятор Sharp EL-8025, также имеющий в своем арсенале встроенный ЖК-экран, а спустя еще несколько лет ведущие производители электроники стали активно применять ЖК-дисплеи в портативных устройствах. Наиболее широкое распространение в те годы LCD-дисплеи получили в производстве ноутбуков.

В чем фокус?

LCD-технология основана на получении изображения посредством пропускания света через жидкие кристаллы, которые способны менять свое положение в пространстве и тем самым оказывать влияние на свойства светового луча. Картинка на ЖК-дисплее формируется с помощью тонкого слоя вещества из жидких кристаллов, которое представляет собой матрицу пикселей. Отличие от электронно-лучевой технологии заключается в материале, из которых состоят эти самые пиксели. Множество мельчайших ячеек, выполненных из специального вещества, позволяют управлять каждой точкой конечного изображения. Напомню, что матрицы в ЖК-мониторах бывают пассивными (Passive Matrix) и активными (Active Matrix). Первые представляют собой отмирающую технологию производства, при которой на жидкие кристаллы воздействуют поля координатных проводников. В дисплеях с активной матрицей каждая ячейка управляется собственным тонкопленочным транзистором (TFT, Thin Film Transistor), который, в свою очередь, управляется через координатные шины. Отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана компенсируют влияние емкости ячеек и позволяют значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Поперечное сечение панелей на тонкопленочных транзисторах можно сравнить с толстым сэндвичем, в котором вместо масла, сыра, ветчины и прочих вкусностей используются составные компоненты ЖК-технологии. Наружные слои ЖК-панели обычно выполняются из стекла, между которым помещают тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра и слой жидких кристаллов с флуоресцентной подсветкой, освещающей экран изнутри. В условиях отсутствия электрического заряда жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии и пропускают свет, яркостью которого можно управлять, изменяя заряд и тем самым влияя на ориентацию кристаллов в пространстве. Постепенное совершенствование ЖК-дисплеев породило всевозможные способы их производства, отличающиеся рядом свойств, однако мы не будем углубляться в технологические дебри, а сразу перейдем к главной проблеме статьи, тем более что перечисленных сведений вполне достаточно для понимания природы ее происхождения.

Хороший пиксель, мертвый пиксель Изображение на ЖК-дисплеях, как и на мониторах на базе электронно-лучевых трубок, состоит из множества пикселей, каждый из которых в свою очередь формируется из трех цветовых участков, так называемых субпикселей - красного, зеленого и синего цвета. Различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда, что, в свою очередь, приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока. Поскольку каждый субпиксель соотносится с отдельным транзистором, производство ЖК-матриц требует особой точности, недостаток которой может приводить к ряду случайных дефектов. Бракованные, или так называемые битые пиксели обычно появляются уже на стадии производства жидкокристаллической матрицы или кинескопа, но определить их наличие можно лишь при тестировании конечного продукта. Благодаря закрепленному за каждой ячейкой транзистору, экранная матрица запоминает состояние всех элементов и сбрасывает его только в момент получения команды на обновление. Но иногда транзисторы или кристаллы застревают в определенном положении, в результате чего на экране и образуется битый пиксель - точка, не меняющая свой цвет даже при смене изображения. Битый пиксель может не гореть, постоянно оставаясь темным пятном на изображении, а может иметь в своем составе бракованный субпиксель, который будет проявлять себя негативно при переходе соответствующего участка экрана на определенный цвет. Он может быть черным, синим, зеленым или красным - в зависимости от того, в каком положении застыл кристалл или транзистор.

Увы, несмотря на общую тенденцию к снижению издержек на производство ЖК-панелей, они по-прежнему остаются довольно высокими. Попытка отследить все матрицы с бракованными пикселями приводит к еще большему увеличению издержек: чем больше выпущенных единиц продукции из-за наличия битых пикселей списываются как бракованные, тем меньше доход производителя. Лишняя трата материалов и необходимость восполнять бракованные экземпляры новыми панелями приводят к существенному удорожанию стоимости производства единицы продукции. Поэтому надо отдавать себе отчет в том, что если бы во все дисплеи на базе ЖК-технологии устанавливались идеальные матрицы, без дефектных пикселей, их стоимость была бы в разы больше нынешнего уровня розничных цен. То есть проблемы производителя, так или иначе, превращаются в проблемы потребителей. Поэтому в качестве компромисса было решено формализовать количество допустимых дефектов ЖК-панелей, при котором издержки производства не превысят разумные пределы, а недовольство пользователей окажется минимальным.

Для определения допустимого количества дефектных пикселей при производстве LCD-дисплеев была разработана спецификация ISO 13406-2. Стоит отметить, что последний раз этот стандарт пережил обновление еще в 2001 году, и с тех пор он призван защищать интересы конечного потребителя, четко регламентируя количество дефектов в дисплее, подлежащем замене по условиям гарантии. Его описание занимает 146 страниц текста, который определяет ряд эргономических требований к качеству изображения, получаемого с помощью ЖК-монитора. Оценка работы устройства в рамках стандарта ISO 13406-2 производится по ряду критериев, включая уровень яркости и контрастности, степень отражения, равномерность подсветки и цветовых заливок, читаемость текста, мерцание, блики и количество битых пикселей. На сегодняшний день встретить производителя ЖК-мониторов, игнорирующего этот отраслевой стандарт, практически невозможно.

Спецификация ISO 13406-2 определяет четыре класса ЖК-мониторов и устанавливает для каждого из них допустимое количество битых пикселей, или субпикселей. Самый высокий, первый класс, вообще не предусматривает наличие дефектов матрицы, тогда как самый низкий, четвертый класс, допускает наличие нескольких сотен битых пикселей. Определяя для каждого из выпускаемых ЖК-дисплеев его класс, согласно спецификации ISO 13406-2, производители заносят его в документацию к продукции (обычно указывается соответствие ISO 13406-2 class I, class II, class III или class IV) и обязуются соблюдать положенную стандартом норму брака. Понятное дело, это напрямую сказывается на цене продукта. Стоит отметить, что все те вендоры, которые дорожат собственным имиджем, не опускаются до производства дисплеев четвертого класса: большинство современных ЖК-мониторов соответствуют второму классу стандарта ISO 13406-2. А это означает, что формально практически каждый ЖК-монитор может обладать тем или иным количеством битых пикселей. Стандарт подразделяет их на четыре типа: постоянно горящие, постоянно не горящие, пиксели с дефектами субпикселей и ячеек RGB, а также несколько бракованных пикселей в квадрате 5x5. Для каждого из приведенных типов дефектов спецификация ISO определяет их допустимое количество на миллион пикселей ЖК-монитора того или иного класса, которое, в частности, зависит от реального разрешения экрана. То есть, скажем, для монитора с разрешением 1280x1024 допускается большее суммарное число битых пикселей, больше, чем для дисплея с разрешением 1024x768, даже если они оба соответствуют одному и тому же классу ISO 13406-2. Примеры расчетов допустимого числа дефектов в соответствии со спецификацией ISO 134606-2 для дисплеев со стандартным разрешением приведены в таблицах 1,2 и 3. Однако поскольку в полку современных мониторов появляется все больше широкоформатных моделей, аналогичные расчеты для них можно произвести самостоятельно, зная реальное разрешение дисплея и его соответствие тому или иному классу ISO 13406-2. Следует учитывать, что округление допустимого числа дефектов при расчете их количества на миллион пикселей всегда производится в большую сторону.

Таблица 1. Допустимое количество дефектов матрицы для ЖК-мониторов, согласно их классификации по ISO 13406-2 Класс монитора в соответствии с ISO13406-2

Класс монитора в соответствии с ISO13406-2	Кол-во постоянно горящих пикселей на миллион пикселей	Кол-во постоянно не горящих пикселей на миллион пикселей	Кол-во дефектных субпикселей на миллион пикселей
I	0	0	0
II	2	2	5
III	5	15	50
IV	50	150	500

Таблица 2. Допустимое количество битых пикселей для ЖК-мониторов, соответствующих ISO 13406-2 Class II

Разрешение	Общее кол-во пикселей	Допустимое кол-во дефектов
1024x768	786 432	2
1280x1024	1 310 720	3
1600x1200	1 920 000	4
2048x1536	3 145 728	6

Таблица 3. Допустимое количество битых субпикселей для ЖК-мониторов, соответствующих ISO 13406-2 Class II

Разрешение	Общее кол-во пикселей	Допустимое кол-во дефектов
1024x768	786 432	4
1280x1024	1 310 720	7
1600x1200	1 920 000	10
2048x1536	3 145 728	16

Предупрежден - значит вооружен

Если, согласно проведенным расчетам, число дефектных пикселей превышает их допустимое количество по ISO 13406-2, то можно смело сдавать монитор в гарантийный ремонт или требовать возврата денег. Однако чаще всего бывает иначе: битые пиксели есть, но для предъявления обоснованных претензий продавцу или производителю их числа недостаточно. Спешу заметить, что большинство подобных дефектов все же возникает именно на этапе производства и их можно вычислить еще при покупке устройства в магазине. Продавцам необходимо продать покупателю тот или иной товар и, в конечном счете, они защищают только собственные интересы, поэтому потребители должны сами уметь позаботиться о себе. Самая простая мера предосторожности заключается в проверке работоспособности дисплея еще перед его покупкой. Это необходимо делать всегда, когда есть такая возможность, потому что, приобретя продукт с дефектами, не требующими гарантийного ремонта, покупатель уже не сможет предъявить продавцу никаких претензий. А вот заставить потребителя приобрести монитор с битыми пикселями (пусть даже их будет допустимое согласно стандарту количество) никто не вправе. Но, увы, бывают и такие случаи, когда осуществить проверку товара по месту его приобретения невозможно. Например, когда покупка монитора или ноутбука осуществляется в интернет-магазине с доставкой "до парадной". В этом случае настоятельно рекомендуется обсуждать с продавцом условия "манибэка", то есть возможность вернуть товар в течение определенного срока и получить назад деньги за его покупку без объяснения причин. Ни для кого не секрет, что в дорогих цифровых супермаркетах, где покупатели имеют возможность потрогать товар руками и проверить его работу перед совершением покупки, в основном выставляются на продажу "сливки" - продукты, тщательно отобранные специалистами по предпродажной подготовке из поставочной партии. Основная же масса высокотехнологичных устройств, имеющих незначительные и некритичные дефекты, реализуется как раз через интернет-магазины или через службы доставки, когда покупатель не имеет возможности оценить качество приобретаемого товара до того момента, пока не заплатит за него деньги. Это необходимо учитывать и принимать соответствующие меры.

Однако допустим, что устройство (будь то монитор, LCD-телевизор или ноутбук) уже куплено, в нем обнаружены битые пиксели, но их числа недостаточно для предъявления гарантийных претензий, и продавец не желает возвращать деньги назад. Его абсолютно не волнует тот факт, что один битый пиксель, расположенный посередине экрана, может испортить все удовольствие от покупки и сделать невозможной комфортную работу с устройством. Не стоит отчаиваться, даже в этой ситуации можно найти выход из положения.

Коррекция битых пикселей

Цветные битые пиксели, то есть постоянно горящие красные, зеленые или голубые точки, являются наиболее распространенным дефектом. Еще раз напомню, что они появляются тогда, когда транзистор или кристалл зависает в определенном положении, в результате чего срабатывает лишь один субпиксель. Существуют различные методы коррекции дефектных пикселей. Например, можно в заводских условиях выжечь испорченный транзистор при помощи лазера: пиксель при этом, конечно же, не восстановится, но зато он из цветного превратится в неработающий, практически незаметный черный (светлые дефектные пиксели всегда лучше видны на темном фоне, чем темные на светлом). Но в домашних условиях произвести подобную операцию невозможно, а значит, для абсолютного большинства пользователей подобный метод коррекции является неприемлемым.

Другой способ, окрещенный "кустарным массажем", является столь же эффективным, сколь и опасным. Определив на экране дефектный пиксель, его можно в выключенном состоянии подвергнуть физическому воздействию - массажу. Народные умельцы рекомендуют массировать битые пиксели при помощи тонкой ватной палочки, совершая сильное многократное надавливание на дефектную область экрана. Нередко в ход идут пальцы, а иногда даже всевозможные острые предметы, использование которых почти всегда приводит к плачевному результату (в лучшем случае горе-ремонтники ограничиваются повреждением антибликового покрытия или нанесением царапин на стекло экрана, в худшем - выводом дисплея из строя и потерей гарантии на него). Тем не менее, в некоторых случаях деликатный массаж битого пикселя действительно может привести к его восстановлению путем изменения положения застрявшего кристалла. Однако, справедливости ради, отмечу, что случается это довольно редко. Кроме того, даже предельно аккуратно выполняя данную процедуру, можно слегка переусердствовать, в результате чего в области воздействия могут появиться новые битые пиксели.

"Кустарный массаж" - крайний способ, к которому рекомендуется прибегать лишь тогда, когда мириться с наличием битого пикселя невозможно, а никакие другие меры уже не помогают. Но есть и другой способ - массаж программный. Дело в том, что в ряде случаев зависание транзистора или кристалла может носить программный характер. Для того чтобы устранить такое программное зависание, достаточно использовать специальные утилиты, осуществляющие высокоскоростное переключение цветов каждого пикселя и способные привести матрицу в исходное состояние. Одной из таких утилит является JScreenFix (http://www.jscreenfix.com/), представляющая собой набор бесплатных Java-апплетов, доступных для запуска прямо с сайта разработчика (хотя при необходимости их можно скачать на собственный ПК). Эти апплеты осуществляют переключение цветов каждого пикселя в выбранной области экрана по определенному алгоритму порядка 60 раз в секунду. По заверению разработчиков утилиты, ряд программно зависших пикселей можно восстановить посредством JScreenFix за 20 минут, однако если этого времени оказывается недостаточно, рекомендуется запускать утилиту на срок от 6 до 48 часов. Естественно, на это время необходимо отключать экранные заставки, а также режимы экономии энергопотребления, при которых экран может автоматически погаснуть. При осуществлении программного массажа посредством JScreenFix не стоит вглядываться в изображение на дисплее - это может вызвать головокружение и другие негативные ощущения, вызванные реакцией мозга на фиксацию цветного мельтешения перед глазами. На сайте www.jscreenfix.com доступно несколько версий апплетов как для ЖК-мониторов, так и для встроенных малогабаритных экранов (например, дисплеев КПК, цифровых камер и сотовых телефонов). Утилиту JScreenFix можно также использовать для восстановления программных зависаний пикселей на LCD-телевизорах, LCD-проекторах и плазменных панелях. В отличие от прямого физического воздействия на дефектную область программный массаж битых пикселей абсолютно безвреден и во многих случаях позволяет решить, казалось бы, неразрешимую проблему.