TFT-дисплей: описание, принцип работы. Всё про матрицы монитора: tn, ips, pls, va, mva, oled

Сначала немного терминологии

TFT-LCD (Thin-Film Transistor Liquid-Crystal Display) - жидкокристаллический дисплей на тонкоплёночных транзисторах. Именно так правильно именовать самые распространенные ныне жидкокристаллические мониторы , основанные на матрице с управляемыми тонкоплёночными транзисторами.

CRT (Cathode-Ray Tube) - катодно-лучевая трубка, это тоже самое, что и знакомое нам «ЭЛТ» (электронно-лучевая трубка).

С чего все началось

Жидкокристаллические мониторы сегодня можно встретить где угодно – в офисах серьезных фирм, в приемной у стоматолога, на столе у государственного чиновника и даже дома у своих знакомых. А ведь еще не так давно такой монитор стоил тысячи долларов и был уделом только весьма обеспеченных людей и очень «крутых» контор.

Хотя, если вдуматься, то история жидкокристаллических дисплеев начитывает более ста лет. Нет, конечно, не самих устройств отображения визуальной информации с компьютера, а их основы – так называемых жидких кристаллов. Открыты они были, как это часто случается в науке, совершенно непреднамеренно.

В 1888 г. австрийский ботаник Friedrich Reinitzer исследовал свойства бензоната холестерола. Он обнаружил, что при нагревании кристалл размягчался и в дальнейшем превращался в настоящую жидкость. Он поделился своим открытием с немецким физиком Otto Lehmann, который и обнаружил некоторые свойства кристаллов, особенно при их освещении. Отсюда и произошло название, данное Otto Lehmann, «жидкий кристалл».

Жидкие кристаллы представляют собой практически полностью прозрачные вещества, обладающие свойствами, присущими как жидкостям, так и твердым телам. Свет, проходя через жидкие кристаллы, приобретает поляризацию в соответствии с ориентацией молекул, что является свойством, присущим твердым веществам - кристаллам. А в 60-х годах XX века было обнаружено, что при приложении к жидким кристаллам электрического напряжения меняется ориентация молекул - типичное свойство жидкости.

Как работает ЖК-монитор?

Свет от лампы подсветки первым делом проходит сквозь поляризующий фильтр, приобретая поляризацию. Дальше свет проходит через полупрозрачные управляющие электроды и доходит до слоя жидких кристаллов. Изменением управляющего напряжения поляризацию светового потока можно менять на величину от 0 до 90 градусов. После слоя жидких кристаллов расположены светофильтры и тут каждая точка окрашивается в нужный цвет – красный, зелёный или синий. Если посмотреть на экран без поляризующего светофильтра – мы не увидим цветовых различий, ведь наши глаза не умеют различать поляризацию света.

Вначале, матрицы, управляющие жидкими кристаллами, были «пассивными». Они могли управлять только всеми тремя базовыми пикселями вместе (красным, синим и зеленым). И лишь спустя какое-то время, технология производства ЖК-мониторов перешла к использованию ЖК-панелей с активной матрицей. В них каждый субпиксель управлялся отдельно. Это позволило увеличить количество оттенков, воспроизводимых монитором в десятки раз – до 16 с лишним миллионов.

Технологии ЖК мониторов

Самая первая технология, по которой делаются активные ЖК-мониторы. Она отработана до тонкостей, поэтому себестоимость матриц получается наиболее низкой. Аббревиатура TN+Film расшифровывается как Twisted Nematic + Film. В обычном состоянии, при отсутствии управляющего напряжения, жидкие кристаллы в TN+Film находятся в скрученной фазе и субпиксель ярко горит. Чем больше приложенное к ячейке напряжение – тем больше распрямляются молекулы жидких кристаллов. При максимальном управляющем напряжении субпиксель будет затемнён до предела. У этой технологии есть несколько недостатков. Во-первых, каждый пиксель никогда не будет до конца темным и черный цвет получится неидеальным. Во-вторых, при сбое управления хоть одним субпикселем, на экране образуется светящаяся неприятная точка, а в-третьих, угол обзора, несмотря на специальную плёнку-покрытие, редко превышает 140-150 градусов.

In-Plane Switching – это технология, разработанная Hitachi и NEC. Отличительная особенность состоит в том, что оба управляющих полупрозрачных электрода расположены в одной плоскости – только на нижней стороне ЖК-ячейки. Жидкие кристаллы располагаются иначе, чем в случае с TN+Film: в расслабленном состоянии они не пропускают свет. Чем больше управляющее напряжение – тем больше кристаллы закручивают поляризацию светового пучка. Кроме этого, IPS-матрицы имеют больший, чем у TN+Film, угол обзора. Но есть у этой технологии и значительный недостаток - большое время отклика субпикселей - до 50 мс.

Запатентованная Fujitsu технология называется Multi-Domain Vertical Alignment. Молекулы жидких кристаллов ориентированы в вертикальном направлении (Vertical Alignment) и при отсутствии управляющего напряжения не меняют поляризации светового потока. В связи с особенностями конструкции (длинные, вертикально ориентированные цепочки кристаллов), при изменении угла обзора может сильно меняться светоотдача субпикселя (а следовательно – цвет результирующего пикселя). Поэтому каждый субпиксель разделён на несколько зон (Multi-Domain), каждая из которых оптимизирована для наилучшей светоотдачи в своём секторе обзора. Таким оригинальным образом была решена проблема сильно ограниченных углов обзора в исходной технологии VA.

MVA-матрицы обладают всеми плюсами технологии IPS (глубокий чёрный цвет фона, тёмный цвет битых пикселей, широкие углы обзора), но при этом имеют лучшую скорость реакции. Но существуют и недостатки – такая панель быстрее меняет резкие цветовые переходы, и гораздо медленнее – плавные. Существует особая разновидность данной технологии - PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung. На сегодняшний день MVA – это наиболее востребованная рынком технология.

В чем преимущества TFT перед CRT?

Начнем с геометрии. Четкость и правильность изображения на ЖК мониторе гораздо выше, чем у обычного, электорнно-лучевого. У ЖК-мониторов геометрия идеальна за счёт технологии производства матрицы. У ЭЛТ с помощью имеющихся настроек можно добиться хорошей точности геометрических характеристик, но все равно, они будут несколько хуже, чем у ЖК монитора.

Далее взглянем на сведение. Под термином "сведение" подразумевается схождение в одной точке трёх составляющих её компонент - красной, зелёной и синей (RGB). Белая точка на тёмном фоне экрана должна быть именно белой, а не распадаться на три разноцветные. Здесь опять же лидируют ЖК мониторы. Может быть и неверно говорить об идеальном сведении ЖК-мониторов. Просто в данном случае расстояния между субпикселями постоянны и достаточно малы, и главное, вам не нужно думать о настройке сведения у ЖК-матрицы и выбирать хорошо отрегулированный экземпляр (как в случае с ЭЛТ-мониторами). У ЭЛТ-мониторов гораздо труднее обеспечить равномерное, стабильное сведение по всей площади экрана, ведь это аналоговый прибор с тремя электронными пушками, разнесёнными в пространстве. Для получения хорошего сведения служат хитроумные схемы компенсации, подстройки, а также сложные конструкции отклоняющих систем.

Немного о фокусировке. Хорошая фокусировка подразумевает минимальный размер отдельно взятого пикселя и чётко очерченные его края. Если монитор правильно сфокусирован, края мелких объектов будут резкими и чёткими, без излишней расплывчатости. У ЖК-матриц, в силу самого принципа их работы, фокусировка всегда идеальна: каждый пиксель (субпиксель) представляет собой ровный прямоугольник с чётко обозначенными границами. ЭЛТ-монитор может быть настроен до очень хороших показателей фокусировки, но это требует кропотливой юстировки и выбора удачного экземпляра кинескопа вместе с отклоняющей системой.

Но не везде ЖК монитор может быть лучше, чем ЭЛТ соперник. Больной для всех компьютерных дизайнеров вопрос – цветопередача. Правильная цветопередача подразумевает точность соответствия цвета, отображённого на мониторе, исходному цвету. Причём такая точность должна обеспечиваться во всём цветовом диапазоне, доступном монитору. В отличие от ЭЛТ-конкурентов, TFT-LCD могут отображать весьма ограниченное количество цветов, у них в большинстве случаев неудовлетворительная линейность передачи оттенков серого, и, что самое неприятное, цветопередача очень сильно меняется при отклонении наблюдателя вправо или влево

Следующий неутешительный для ЖК мониторов пункт – поддержка различных разрешений. ЖК-мониторы конструктивно не приспособлены к поддержке разных разрешений – для отличных от родного разрешений применяются сложные алгоритмы аппроксимации или интерполяции. Хороший результат достигается только в физическом разрешении матрицы. ЭЛТ-мониторы, наоборот, отлично приспособлены к самым разнообразным графическим режимам, причём с уменьшением разрешения чёткость только возрастает.

Но есть у жидкокристаллических мониторов еще несколько положительных сторон, взглянув на которые, от покупки может удержать только цена этих мониторов. Это и намного меньшие габариты (а значит и удобство в расположении на столе, и простота транспортировки), и заметно меньшее энергопотребление (а значит и экономия средств на электроэнергии), и меньший уровень вредных электромагнитных излучений, и более низкая чувствительность к магнитным полям.

Можно вспомнить и тот факт, что в последнее время характеристики ЖК мониторов значительно улучшились во всех слабых областях. Стали больше доступные для взгляда на монитор углы, контрастнее изображение, четче и реалистичней цветопередача, выше скорость отклика пикселей и, самое главное, доступнее цена.

Один раз завоевав свои позиции на рынке компьютерных мониторов, жидкокристаллические дисплеи не только не собираются с них отступать, но и вовсю занимают новые, отвоевывая свое место на рабочих столах и у корпоративных, и у домашних пользователей.

В настоящее время для производства мониторов народного потребления применяются два самых основных, так сказать – корневых, технологии изготовления матриц – LCD и LED.

LCD является аббревиатурой от словосочетания «Liquid Crystal Display», что в переводе на всем понятный русский язык означает жидкокристаллический дисплей, или ЖКИ.
LED расшифровывается как «Light Emitting Diode», что на нашем языке читается как светоизлучающий диод, или просто — светодиод.

Все остальные типы являются производными от этих двух столпов дисплеестроения и представляют собой доработанные, модернизированные и улучшенный варианты своих предшественников.

Ну что же, рассмотрим теперь эволюционный процесс, пройденный дисплеями при становлении на службу человечеству.

Виды матриц мониторов, их характеристики, сходства и различия

Начнем с наиболее привычного нам ЖК экрана. В его состав входят:

Матрица, которая поначалу представляла собой сэндвич из пластин стекла, перемежающихся пленкой жидких кристаллов. Позже, с развитием технологии, вместо стекла начали использоваться тонкие листы пластика.
Источник света.
Соединительные провода.
Корпус с металлическим обрамлением, которое придает жесткость изделию

Точка экрана, отвечающая за формирование изображения, называется пикселем , и состоит из:

Прозрачные электроды в количестве двух штук.
Прослойки молекул активного вещества между электродами (это и есть ЖК).
Поляризаторы, оптические оси которых перпендикулярны друг-другу (зависит от конструкции).

Если между фильтрами не было бы ЖК, то свет от источника проходя через первый фильтр и поляризуясь в одном направлении, полностью задерживался бы вторым, из-за его того, что его оптическая ось перпендикулярна оси первого фильтра. Поэтому, как бы мы не светили на одну сторону матрицы, со второй стороны она остается черной.

Поверхность электродов, касающаяся ЖК обработана таким образом, чтобы создать определенный порядок расположения молекул в пространстве. Иначе говоря – их ориентацию, которая имеет свойство изменятся в зависимости от величины напряжения электрического тока, приложенного к электродам. Далее уже начинаются технологические различия в зависимости от типа матрицы.

Tn матрица расшифровывается как «Twisted Nematic», что в переводе означает «Извивающиеся нитевидные». Изначальное расположение молекулы – в виде четверть оборотной спирали. То есть свет от первого фильтра преломляется так, что проходя вдоль кристалла он попадает на второй фильтр в соответствии с его оптической осью. Следовательно, в спокойном состоянии такая ячейка всегда прозрачна.

Воздействуя на электроды напряжением можно изменять угол поворота кристалла вплоть до его полного распрямления, при котором свет через кристалл пройдет без преломления. А так, как он уже был поляризован первым фильтром, то второй его полностью задержит, и ячейка будет черной. Изменение величины напряжения изменяет угол поворота, а соответственно и степень прозрачности.

Преимущества

Недостатки – маленькие углы обзора, низкая контрастность, плохая цветопередача, инерционность, энергопотребление

TN+Film матрица

От простой TN отличается наличием специального слоя, призванного повысить раствор обзора в градусах. На практике достигается значение в 150 градусов по горизонтали для лучших моделей. Применяется в подавляющем большинстве телевизоров и мониторов бюджетного уровня.

Преимущества – низкое время отклика, дешевизна.

Недостатки – углы обзора очень маленькие, низкая контрастность, плохая цветопередача, инерционность.

TFT матрица

Сокращение от «Think Film Transistor» и переводится как «тонкопленочный транзистор». Более корректным было бы название TN-TFT так, как это не тип матрицы, а технология изготовления и отличие от чисто TN состоит лишь в способе управления пикселями. Здесь он реализован при помощи микроскопических полевых транзисторов, а потому такие экраны относятся к классу активных ЖКИ. То есть это не тип матрицы, а способ управления ею.

IPS или SFT матрица

Да, и это тоже потомок той, самой древней ЖКИ пластины. По сути представляет собой более развитую и модернизированную TFT так, как называется Super Fine TFT (очень хороший ТФТ). Угол обзора увеличен лучших изделий достигает 178 градусов, а цветовой охват практически идентичен естественному

Преимущества – углы обзора, цветопередача.

Недостатки – цена слишком высокая по сравнению с TN, время отклика редко бывает ниже 16 мс.

Виды Ips матрицы:

Н-IPS – повышает контраст изображения и снижает время отклика.
AS-IPS – основное качество заключается в повышении контрастности.
H-IPS A-TW — H-IPS с технологией «True White», которая улучшает белый цвет и его оттенки.
AFFS — увеличение напряжённости электрического поля для больших углов обзора и яркости.

PLS матрица

Доработанная, с целью снижения себестоимости и оптимизации времени отклика (до 5 миллисекунд), версия IPS. Выведена концерном Самсунг и является аналогом Н-IPS, АН-IPS, которые запатентованы другими разработчиками электроники.

Подробнее про PLS матрицу можно узнать в нашей статье:

VA, MVA и PVA матрицы

Это тоже технология изготовления, а не отдельный тип экрана.

– сокращение от «Vertical Alignment», в переводе — вертикальное выравнивание. В отличии от TN матрицы VA в выключенном состоянии свет не пропускают
MVA матрица . Доработанная VA. Целью оптимизации было повышение углов обзора. Снижения времени отклика удалось благодаря задействованию технологии OverDrive.
PVA матрица . Не является отдельным видом. Представляет собой MVA, запатентованный Самсунг под своим названием.

Также существует еще большее количество всевозможных доработок и улучшений, с которыми рядовой пользователь вряд ли столкнётся на практике – максимум, что укажет производитель на коробке, это основной тип экрана и все.

Параллельно ЖКИ развивалась технология LED. Полноценные, чистокровные экраны ЛЕД изготавливаются из дискретных светодиодов либо матричным, либо кластерным способом и в магазинах бытовой техники не встречаются.

Причина отсутствия в продаже полновесных ЛЕД кроется в их больших габаритах, низком разрешении, крупнозернистости. Удел таких устройств – баннеры, уличное ТВ, медиафасады, устройство бегущей строки.

Внимание! Не спутайте маркетинговое название типа «LED-монитор» с настоящим светодиодным дисплеем. Чаще всего под этим название будет скрываться обычный ЖКИ типа TN+Film, но подсветка будет выполнена при помощи светодиодной лампы, а не люминесцентной. Это все, что в таком мониторе будет от LED технологии – только подсветка.

OLED дисплеи

Отдельным сегментом выступают OLED дисплеи, представляющие собой одно из самых перспективных направлений:

Достоинства

маленький вес и габаритные размеры;
низкий аппетит к электричеству;
неограниченные геометрические формы;
не нужна подсветка специальной лампой;
углы обзора вплоть до 180 градусов;
мгновенный отклик матрицы;
контрастность превышает все известные альтернативные технологии;
возможность создания гибких экранов;
температурный диапазон шире, чем у других экранов.

Недостатки

маленький срок службы диодов определенного цвета;
невозможность создания долговечных полноцветных дисплеев;
очень высокая цена, даже по сравнению с IPS.

Для справки. Возможно нас читают и любители мобильных девайсов, поэтому затронем и сектор портативной техники:
AMOLED (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode) – комбинация LED и TFT
Super AMOLED – Ну тут, мы думаем, все понятно!

Исходя из предоставленных данных следует заключение, что матрицы мониторов бывают двух типов – жидкокристаллические и светодиодные. Также возможны их комбинации и вариации.

Следует знать — матрицы разделены нормативами ISO 13406-2 и ГОСТ Р 52324-2005 на четыре класса о которых скажем лишь, что первый класс предусматривает полное отсутствие битых пикселей, а четвертым классом разрешается до 262 дефекта на миллион точек.

Как узнать, какая матрица в мониторе?

Существует 3 способа удостовериться в типе матрицы вашего экрана:

а) Если сохранилась упаковочная коробка и техническая документация, то там наверняка вы можете увидеть таблицу с характеристиками устройства, среди которых будет указана интересующая информация.

б) Зная модель и название можно воспользоваться услугами онлайн-ресурса производителя.

Если посмотреть на цветную картинку TN монитора по разными углами сбоку-сверху-снизу, то будет видны искажения цвета (вплоть до инверсии), блеклость, желтизна белого фона. Полностью черного цвета добиться невозможно – будет глубоко серый, но не черный.
IPS легко определить по черной картинке, которая приобретает фиолетовый оттенок при отклонении взгляда от перпендикулярной оси.
Если перечисленные проявления отсутствуют, то это либо более современный вариант IPS, либо ОЛЕД.
OLED от всех других отличает отсутствие лампы подсветки, поэтому черный цвет на такой матрице представляет собой полностью обесточенный пиксель. А даже у самой лучшей IPS черный цвет светиться в темноте за счет BackLight.

Давайте же узнаем, какая она – лучшая матрица для монитора.

Какая матрица лучше, как они влияют на зрение?

Итак, возможность выбора в магазинах ограничена тремя технологиями TN, IPS, OLED.

Обладает низкой стоимостью, имеет приемлемые временные задержки и постоянно совершенствует качество изображения. Но из-за низкого качества конечного изображения может рекомендоваться только для домашнего применения – иногда кино посмотреть, иногда игрушку погонять и время от времени поработать с тексами. Как вы помните время отклика у лучших моделей достигает 4 мс. Недостатки в виде плохой контрастности и неестественности цвета вызывает повышенную утомляемость глаз.

IPS это, конечно же, совсем другое дело! Яркие, сочные и естественные цвета передаваемой картинки предоставят превосходный комфорт работы. Рекомендуется для полиграфических работ, дизайнерам или тем, кто готов заплатить за удобство кругленькую сумму. Ну а играть будет не очень удобно вследствие высокого отклика – далеко не все экземпляры могут похвастаться даже 16 мс. Соответственно – спокойная, вдумчивая работа – ДА. Классно посмотреть киношку – ДА! Динамичные стрелялки – НЕТ! Зато глаза не устают.

OLED . Эх, мечта! Такой монитор могут себе позволить либо достаточно обеспеченные люди, либо пекущиеся о состоянии своего зрения. Если бы не цена, то можно было бы рекомендовать всем и каждому – характеристики этих дисплеев обладают достоинствами всех остальных технологических решений. На наш взгляд здесь нет недостатков, кроме стоимости. Но есть надежда – технология совершенствуется и соответственно – удешевляется так, что ожидается закономерное снижение производственных затрат на изготовления, что сделает их более доступными.

Выводы

На сегодняшний день лучшая матрица для монитора это, конечно же Ips/Oled, изготовленная по принципу органических светодиодов, и они довольно активно применяются в сфере переносной техники – мобильные телефоны, планшеты и прочие.

Но, если излишних денежных ресурсов не наблюдается, то стоит остановить свой выбор на более простых моделях, но в обязательном порядке со светодиодными лампами подсветки. ЛЕД лампа имеет больший ресурс, стабильность светового потока, широкий предел регулирования подсветки и очень экономичны в плане энергопотребления.

Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы (электронные часы , телефоны, плееры , термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей . Многоцветное изображение формируется с помощью 2008) в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, а также во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом (6 бит на канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом .

Устройство ЖК-монитора

Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами , и двух поляризационных фильтров , плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны , поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света - ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение - молекулы стремятся выстроиться в направлении поля , что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение , можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени - жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток , или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным - отражённым от подложки(в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют , кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Технические характеристики ЖК-монитора

Важнейшие характеристики ЖК-мониторов:

Разрешение : Горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселах . В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно, «родное», физическое разрешение, остальные достигаются интерполяцией .

Фрагмент матрицы ЖК монитора (0,78х0,78 мм), увеличеный в 46 раз.

Размер точки: расстояние между центрами соседних пикселов. Непосредственно связан с физическим разрешением.

Соотношение сторон экрана (формат): Отношение ширины к высоте, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

Видимая диагональ: размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.

Контрастность : отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведенная для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.

Яркость : количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.

Время отклика : минимальное время, необходимое пикселу для изменения своей яркости. Методы измерения неоднозначны.

Угол обзора: угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению.

Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.

Входы: (напр, DVI , HDMI и пр.).

Технологии

Часы с ЖКИ-дисплеем

Жидкокристаллические мониторы были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA, Принстон, штат Нью-Джерси.

Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода . Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.

Время отклика ЖК мониторов, сконструированных по технологии SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display - кремниевая отражающая жидкокристаллическая матрица), уменьшено до 5 мс. Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal - плазменное управление жидкими кристаллами), которая соединила в себе преимущества LCD (яркость и сочность цветов, контрастность) и плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту, H, и вертикали, V, высокую скорость обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения.

TN+film (Twisted Nematic + film)

Часть «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно - от 90° до 150°). В настоящее время приставку «film» часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности - нет.

TN + film - самая простая технология.

Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселам не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.

К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.

IPS (In-Plane Switching)

Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Однако, хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.

На настоящий момент матрицы, изготовленные по технологии IPS единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB - 24 бита, по 8 бит на канал. TN-матрицы почти всегда имеют 6-бит, как и часть MVA.

Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение черного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.

При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.

IPS в настоящее время вытеснено технологией S-IPS (Super-IPS, Hitachi год), которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика . Но, несмотря на то, что цветность S-IPS панелей приблизилась к обычным мониторам CRT , контрастность все равно остаётся слабым местом. S-IPS активно используется в панелях размером от 20", LG.Philips , NEC остаются единственными производителями панелей по данной технологии.

AS-IPS - технология Advanced Super IPS (Расширенная Супер-IPS), также была разработана корпорацией Hitachi в году. В основном улучшения касались уровня контрастности обычных панелей S-IPS, приблизив его к контрастности S-PVA панелей. AS-IPS также используется в качестве названия для мониторов корпорации LG.Philips.

A-TW-IPS - Advanced True White IPS (Расширенная IPS с настоящим белым), разработано LG.Philips для корпорации году. Усиленная мощность электрического поля позволила добиться ещё больших углов обзора и яркости, а также уменьшить межпиксельное расстояние. Дисплеи на основе AFFS в основном применяются в планшетных ПК , на матрицах производства Hitachi Displays.

*VA (Vertical Alignment)

MVA - Multi-domain Vertical Alignment. Эта технология разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160°(на современных моделях мониторов до 176-178 градусов), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.

MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки.

Достоинствами технологии MVA являются глубокий черный цвет и отсутствие, как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля.

Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения, большее время отклика.

Аналогами MVA являются технологии:

PVA (Patterned Vertical Alignment ) от Samsung.
Super PVA от Samsung.
Super MVA от CMO.

Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским качествам.

Преимущества и недостатки

Искажение изображения на ЖК-мониторе при большом угле обзора

Макрофотография типичной жк-матрицы. В центре можно увидеть два дефектных субпикселя (зелёный и синий).

В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малый размер и вес в сравнении с ЭЛТ . У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ , нет видимого мерцания, дефектов фокусировки и сведения лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в 2-4 раза меньше, чем у ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров. Энергопотребление ЖК мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight - задний свет) ЖК-матрицы. Во многих современных (2007) мониторах для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более Герц . Светодиодная подсветка в основном используется в небольших дисплеях, хотя в последние годы она все шире применяется в ноутбуках и даже в настольных мониторах. Несмотря на технические трудности её реализации, она имеет и очевидные преимущества перед флуоресцентными лампами, например более широкий спектр излучения, а значит, и цветовой охват.

С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:

В отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320x200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах.
Цветовой охват и точность цветопередачи ниже, чем у плазменных панелей и ЭЛТ соответственно. На многих мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах).
Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.
Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки).
Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев . Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.
Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
Массово производимые ЖК-мониторы более уязвимы, чем ЭЛТ. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей .
Вопреки расхожему мнению пикселы ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения.

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED -дисплеи. С другой стороны, эта технология встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

См. также

Видимая область экрана
Антибликовое покрытие
en:Backlight

Ссылки

Информация о флюоресцентных лампах, используемых для подсветки ЖК-матрицы
Жидкокристаллические дисплеи (технологии TN + film, IPS, MVA, PVA)

Литература

Артамонов О. Параметры современных ЖК-мониторов
Мухин И. А. Как выбрать ЖК-монитор? . «Компьютер-бизнес-маркет», № 4 (292), январь 2005, стр. 284-291.
Мухин И. А. Развитие жидкокристаллических мониторов . «BROADCASTING Телевидение и радиовещение»: 1 часть - № 2(46) март 2005, с.55-56; 2 часть - № 4(48) июнь-июль 2005, с.71-73.
Мухин И. А. Современные плоскопанельные отображающие устройства ."BROADCASTING Телевидение и радиовещение": № 1(37), январь-февраль 2004, с.43-47.
Мухин И. А., Украинский О. В.

Доброго времени суток.

Многие пользователи при выборе монитора не обращают внимание на технологию изготовления матрицы (матрица - главная деталь любого жк-монитора, которая формирует изображение ), а от нее, между прочем, очень сильно зависит качество картинки на экране (да и цена устройства тоже!).

Кстати, многие могут возразить что это мелочь, и любой современный ноутбук (к примеру) - обеспечивает отличную картинку. Но эти же пользователи, если их поставить к двум ноутбукам с разными матрицами - заметят отличие в картинке невооруженным глазом (см. рис. 1) !

Так как в последнее время появилось достаточно много сокращенных аббревиатур (ADS, IPS, PLS, TN, TN+film, VA) - запутаться в этом проще простого. В этой статье я хочу немного описать каждую технологию, ее плюсы и минусы (получиться что-то в виде небольшой справочной статьи, которая очень пригодится при выборе: монитора, ноутбука и т.д.). И так…

Рис. 1. Разница в картинке при повернутом экране: TN-матрица VS IPS-матрица

Матрица TN, TN+film

Описание технических моментов опущено, некоторые термины «трактованы» своими словами так, чтобы статья была понятна и доступна для неподготовленного пользователя.

Самый распространенный тип матрицы. При выборе недорогих моделей мониторов, ноутбуков, телевизоров - если заглянете в расширенные характеристики выбираемого вами устройства, наверняка увидите данную матрицу.

Плюсы:

очень маленькое время отклика : благодаря этому вы сможете наблюдать хорошую картинку в любых динамичных играх, фильмах (да и любых сценах с быстро меняющейся картинкой). Кстати, у мониторов с большим временем отклика - картинка может начать «плыть» (например, многие жалуются на «плывущую» картинку в играх при времени отклика более 9мс). Для игр, вообще желательно время отклика менее 6мс. В общем, этот параметр очень важен и если вы покупаете монитор для игр - вариант TN+film это одно из лучших решений;
доступная цена : этот тип мониторов один из самых доступных по цене.

Минусы:

плохая цветопередача : многие жалуются на не яркие цвета (особенно после перехода с мониторов с другим типом матрицы). Кстати, возможно так же некоторое искажение цветов (поэтому, если вам нужно очень тщательно подбирать цвет - то этот тип матрицы выбирать не стоит);
маленький угол обзора : наверное, многие замечали, что если подойти к монитору сбоку - то часть картинки уже невидно, она искажается и цвет ее изменяется. Конечно, технология TN+film несколько улучшила этот момент, но тем не менее проблема осталась (хотя многие мне могут возразить: например, на ноутбуке данный момент полезен - никто рядом сидящий не сможет увидеть точно ваше изображение на экране);
высокая вероятность появления битых пикселей : наверное, даже многие начинающие пользователи слышали данное высказывание. При появлении «битого» пикселя - на мониторе будет точка, которая не будет отображать картинку - то есть будет просто светящаяся точка. Если их станет много - то работать за монитором будет невозможно…

В целом, мониторы с данным типом матрицы весьма неплохи (несмотря на все их недостатки). Подойдут большинству пользователей, кто любит динамичные фильмы и игры. Так же на таких мониторах весьма неплохо работать с текстом. Дизайнерам же и тем кому нужно видеть очень красочную и точную картинку - данный тип рекомендовать не стоит.

Матрица VA/MVA/PVA

(Аналоги: Super PVA, Super MVA, ASV)

Данная технология (VA - вертикальное выравнивание в переводе с англ.) была разработана и внедрена компанией Fujitsu. На сегодняшний день данный тип матрицы не сильно распространен, но тем не менее, пользуется спросом у некоторых пользователей.

Плюсы:

одна из лучших цветопередач черного цвета : при перпендикулярном взгляде на поверхность монитора;
более качественные цвета (в целом) по сравнению с TN матрицей;
достаточно неплохое время отклика (вполне сравнимое с TN матрицей, хоть и уступает ей);

Минусы:

более высокая цена;
искажение цветов при большом угле обзора (особенно это замечают профессиональные фотографы и дизайнеры);
возможно «пропажа» мелких деталях в тенях (при определенном угле обзора).

Мониторы с данной матрицей являются хорошим решением (компромиссом), кого не устраивает цветопередача TN монитора и кому нужно при этом малое время отклика. Тем, кому нужны цвета и качество картинки - выбирает IPS матрицу (о ней далее в статье…).

Матрица IPS

Разновидности : S-IPS, H-IPS, UH-IPS, P-IPS, AH-IPS, IPS-ADS и др.

Данная технология была разработана компанией Hitachi. Мониторы с данным типом матрицы, чаще всего, самые дорогие на рынке. Рассматривать каждый тип матрицы, думаю, смысла нет, а вот выделить основные преимущества - стоит.

Плюсы:

лучшая цветопередача по сравнению с другими типами матриц. Картинка получается «сочной» и яркой. Многие пользователи говорят, что при работе на таком мониторе практически не устают глаза (утверждение весьма спорно…);
самый большой угол обзора : даже если вы встанете под углом в 160-170 гр. - картинка на мониторе будет такой же яркой, красочной и четкой;
хорошая контрастность;
отличный черный цвет.

Минусы:

высокая цена;
большое время отклика (может не устроить некоторых любителей игр и динамичных фильмов).

Мониторы с данной матрицей идеально подойдут всем тем, кому нужна качественная и яркая картинка. Если взять монитор с маленьким временем отклика (менее 6-5 мс) - то и играть на нем будет вполне комфортно. Самый главный недостаток - высокая цена…

Матрица PLS

Этот тип матрицы бал разработан компанией Samsung (планировался как альтернатива ISP матрице). Имеет как свои плюсы, так и минусы…

Плюсы : более высокая плотность пикселей, высокая яркость, меньшее энергопотребление.

Минусы : низкий цветовой охват, более низкая контрастность по сравнению с IPS.

Кстати, последний совет. При выборе монитора, обращайте внимание не только на технические характеристики, но и на производителя. Лучшего из них я назвать не смогу, но рекомендую выбрать известную марку: Samsung, Hitachi, LG, Proview, Sony, Dell, Philips, Acer.

На этой ноте статью завершаю, всем удачного выбора 🙂

Технологии не стоят на месте, и производство жидкокристаллических экранов не является исключением. Однако в связи с постоянными разработками и выходом новых технологий в изготовлении экранов, а также из-за особых маркетинговых подходов к рекламе у многих покупателей при выборе монитора или телевизора может возникнуть вопрос, что лучше IPS или TFT экран?

Чтобы ответить на поставленный вопрос необходимо понять, что такое IPS технология и что такое TFT экран. Лишь зная это, вы сможете понять какая разница между этими технологиями. Это в свою очередь поможет вам сделать правильный выбор экрана, который будет полностью соответствовать вашим требованиям.

1. Итак, что такое TFT-дисплей

Как вы уже догадались, TFT–это сокращенное название технологии. Полностью оно имеет такой вид - Thin Film Transistor, что в переводе на русский язык означает тонкопленочный транзистор. По сути TFT дисплей – это тип жидкокристаллического экрана, который основан на активной матрице. Другими словами, это обычный жидкокристаллический экран с активной матрицей. То есть управление молекулами жидких кристаллов происходит при помощи специальных тонкопленочных транзисторов.

2. Что такое IPS технология

IPS – это также является сокращением от In-Plane Switching. Это разновидность ЖК-дисплея с активной матрицей. Это означает, что вопрос, что лучше TFT или IPS является ошибочным, так как это по сути одно и то же. Если говорить точнее, то IPS – это тип матрицы FTF дисплея.

Свое название IPS технология получила благодаря уникальному расположению электродов, которые находятся на одной плоскости с молекулами жидких кристаллов. В свою очередь жидкие кристаллы располагаются параллельно плоскости экрана. Такое решение позволило существенно увеличить углы обзоров, а также повысить яркость и контрастность изображения.

На сегодняшний день можно выделить три наиболее распространенных типа активных матриц TFT дисплеев:

TN+Film;
PVA/MVA.

Таким образом, становится очевидно, что отличие TFT от IPS заключается лишь в том, что TFT – это тип ЖК экрана с активной матрицей, а IPS является той самой активной матрицей в TFT дисплее, а точнее одним из типов матриц. Стоит отметить, что такая матрица является наиболее распространенной среди пользователей во всем мире.

3. Чем отличаются дисплеи TFT и IPS: Видео

Всеобщее заблуждение в том, что между TFT и IPS есть какая-то разница, возникло из-за маркетинговых уловок менеджеров по продажам. В попытках привлечь новых клиентов маркетологи не распространяют полной информации о технологиях, что позволяет создавать иллюзию того, что в мир выходит совершенно новая разработка. Конечно, IPS является более новой разработкой, нежели TN, однако выбирать какой лучше дисплей TFT или IPS нельзя по указанным выше причинам.