admin / 17.05.2018

Матрица ЖК монитора

Общие принципы построения ЖК матрицы

Пришедшая на смену электронно-лучевым трубкам, технология построения ЖК мониторов включает в себя в качестве ключевого элемента жидкокристаллическую матрицу. Эта матрица находится на передней поверхности монитора. Поскольку матрица только компонует картинку, то для нее требуется подсветка, которая входит в состав дисплея. Состоит ЖК матрица из следующих элементов, которые конструктивно реализованы в виде слоев:

  • цветовой фильтр;
  • горизонтальный фильтр;
  • прозрачный электрод (фронтальный);
  • собственно жидкокристаллический наполнитель;
  • прозрачный электрод (тыловой);
  • вертикальный фильтр.

В эту многослойную структуру также могут входить и специальные антибликовые слои, защитные покрытия, сенсорные слои (чаще емкостные), но они не являются ключевыми для отображения картинки. Сама картинка строится из пикселов, которые образуются из субпикселов базовых цветов (RGB): красного, зеленого и синего. Свет, проходя от тыловой стороны матрицы, проходит через оба поляризационных фильтра и ЖК слой, через цветовой фильтр. Цветовой фильтр как раз и окрашивает эти световые потоки в один из трех цветов RGB. Принцип построения пикселов из субпикселов — это отдельная обширная тема и в рамках данного обзора рассматриваться не будет.

Собственно, сама технология ЖК состоит в том, каким образом будет проходить прохождение светового пучка до пользователя. И если он будет проходить, то насколько он будет ярким. Кристаллы ЖК матриц в ячейках пропускают свет или нет в зависимости от того, какое напряжение подается на электроды. Эффективность работы матриц определяется технологией ее построения и используемого материала. На сегодняшний день наибольшее распространение получили матрицы TN и IPS и их усовершенствованные разновидности.

Мы уверены, что Вам будет интересна статья о том, как выбрать хороший 10-дюймовый планшет.

Технология построения TN матриц

Исторически этот тип матриц появился существенно раньше IPS. Дословно TN (англ. – «twisted nematic») означает «скрученный кристалл». Эта фраза как нельзя точно определяет способ его работы. Молекулы кристаллов в своем слое скручены на 90° друг относительно друга. Такое положение они занимают, если в своем субпикселе на электроды не подается напряжение. Свет при этом проходит свободно (за счет того, что угол поляризации второго фильтра на 90° отличается от первого).

При подаче напряжения на электроды, молекулы кристалла переходят из свободного состояния в упорядоченное: вдоль линии поляризации входного фильтра. Свет из-за этого за пределы второго фильтра не выходит и субпиксел окрашивается не в цвет светофильтра, а вырождается в черный.

Ключевые особенности данной технологии следующие.

  • Плюсы:
    • стоимость изготовления матриц минимальна,
    • время отклика самое быстрое, что очень важно для игровых компьютеров.
  • Минусы:
    • плохие углы обзора, яркость и цветопередача существенно меняются при просмотре на устройстве не под прямым углом;
    • очень низкая контрастность, за счет чего картинка блеклая и очень светлый черный цвет (совсем не подходит для профессиональной графики).
  • Битый пиксел при этом всегда имеет белый цвет (если нет напряжения на электродах, то светофильтр всегда открыт).

Технология построения IPS матриц

Переключение кристаллов в IPS происходи в одной плоскости, о чем, собственно, и говорит исходная форма ее названия (англ. – «in plane switching»). В таких матрицах все электроды расположены на одной – тыльной подложке. При отсутствии напряжения на электродах все молекулы кристалла занимают вертикальное положение, и свет не проходит через внешний поляризационный фильтр.

Включение переводит молекулы в перпендикулярное положение, и внешний фильтр перестает быть помехой: световой поток проходит свободно.

Ключевые особенности данной технологии следующие.

  • Плюсы:
    • яркие и насыщенные цвета за счет улучшенной контрастности, черный цвет всегда черный (можно использовать в профессиональной графике);
    • большой угол обзора до 178°.
  • Минусы:
    • время отклика увеличилось за счет того, что электроды теперь расположены только с одной стороны (критично для игровых приложений);
    • высокая стоимость.
  • Битый пиксел при этом всегда имеет черный цвет (если нет напряжения на электродах, то светофильтр всегда закрыт).

Как видно из списка, все недостатки и достоинства IPS симметричны TN. Это дополнительно подтверждает причину ее появления: технология является компромиссной и была предназначена для устранения ключевых минусов своей предшественницы. На сегодняшний день помимо названия IPS, используемого Hitachi, для нее можно встретить название SFT (super fine TFT), которое используется компанией NEC.

Битые пикселы вне зависимости от того какие они (белые или черные) не отнесены ни к плюсам ни к минусам. Это просто особенность. Если пиксел белый, то это может не сильно раздражать при обработке текстов на светлом фоне, но неудобно при просмотре темных сцен. Черный же наоборот: на темных сценах не будет заметен. Как бы то ни было, вид сбоя – битый пиксел – это всегда минус, но на разных матрицах он бывает различным.

Разновидности IPS матриц

С целью улучшения ключевых характеристик экранов мониторов были выпущены разновидности IPS матриц.

  • Super — IPS (S-IPS). Благодаря реализации технологии overdrive улучшена контрастность и уменьшено время отклика. В ее модификации Advanced super — IPS (AS-IPS) дополнительно была улучшена ее прозрачность.
  • Horizontal — IPS (H — IPS). Применяется в профессиональных графических приложениях. Применена технология Advanced True Wide Polarizer, благодаря чему однородность цвета по всей поверхности стала более равномерной. Также улучшена контрастность и оптимизирован белый цвет. Уменьшено время отклика.
  • Enhanced IPS (e-IPS). Расширила апертуру открытых пикселов. Это помогает использовать более дешевые лампы подсветки. Помимо этого, время отклика сокращено до 5 мс (очень близко к уровню TN). S-IPS 2 является ее улучшением. Уменьшен негативный эффект свечения пикселов.
  • Professional IPS (P — IPS). Существенно расширено число цветов, у субпикселей увеличено число потенциальных положений (в 4 раза).
  • Advanced high performance IPS (AH-IPS). В данной разработке выросло разрешение и число точек на дюйм. Энергопотребление при этом стало ниже и увеличена яркость.

Отдельно стоит отметить матрицу PLS (Plane to line switching), которая является разработкой Samsung. Разработчик не стал предоставлять технического описания своей технологии. Было проведено исследование матриц под микроскопом. Отличий между PLS и IPS выявлено не было. Поскольку принципы построения этой матрицы схожи с IPS часто ее выделяют как разновидность, а не самостоятельное ответвление. В PLS пикселы расположены плотнее, яркость и энергопотребление лучше. Но при этом они существенно уступают по цветовому охвату.

Выбор монитора: TN или IPS

Экраны, построенные на технологиях TN и IPS, на сегодняшний день являются наиболее распространенными и охватывают практически весь спектр потребностей бюджетного и, частично, профессионального рынка. Существуют и другие типы матриц VA (MVA, PVA), AMOLED (с подсветкой уже каждого пикселя). Но они пока настолько дороги, что их распространение невелико.

Цветопередача и контрастность

Мониторы с IPS матрицей имеют контрастность намного лучше, чем у TN. При этом очень важно понимать: если вся картинка полностью темная или светлая, то такая контрастность – это просто возможности подсветки. Часто производители при равномерных заливках просто приглушают свет ламп подсветки. Чтобы убедиться в качестве контрастности, следует на экран вывести шахматную заливку и проверить насколько будут отличаться темные участки от светлых. Как правило, контрастность в таких тестах становится меньше 30 – 40 раз. Значение контрастности на шахматной доске в 160:1 – приемлемый результат.

Цветопередача IPS экранов осуществляется практически без искажений, в отличие от TN. Чем выше контрастность, тем насыщеннее получается картинка на экране. Это может быть полезно не только при работе с программами по обработке фотографий и видео, но также и при просмотре фильмов. Но есть усовершенствованные версии TN матриц, например, Retina от Apple, которые практически не теряют в цветопередаче.

Угол обзора и яркость

Пожалуй, этот параметр один из первых, который показывает преимущества IPS в сравнении со своим более дешевым конкурентом. Он достигает 170 — 178°, в то время как у улучшенной версии – «TN + film» он находится в диапазоне 90 — 150°. По этому параметру IPS выигрывает. Если вы смотрите маленькой компанией дома телевизор, то это не критично, но вот для случая смартфонов, когда хочется кому-то что-то показать на экране – искажение будет существенным. Поэтому на них чаще всего используются матрицы типа IPS.

По характеристикам яркости IPS экраны также выигрывают. Большие значения яркости и TN матриц делают картинку просто белесой без черных оттенков.

Время отклика и ресурсоемкость

Очень важный критерий, особенно если пользователь часто играет в приложения с динамически меняющимися сценами. У экранов на основе матрицы TN этот параметр достигает величины 1 мс, в то время как у лучших и дорогих версий S -IPS всего 5 мс. Хотя и этот результат хорош для IPS. Если пользователю важен высокий FPS и он не хочет созерцать шлейфы от объектов, то выбор стоит остановить на матрице типа TN.

Помимо скорости изменения картинки, у TN экранов есть еще два преимущества: низкая стоимость и небольшое энергопотребление.

Сенсорный экран и мобильные устройства

В последнее время стали очень распространенными устройства с емкостными сенсорными экранами. Как правило, они оснащаются матрицами IPS из-за высокого количества точек на дюйм. Чем выше плотность точек, тем более гладкими получаются шрифты на экране планшета (даже неразличимы пикселы для глаза). При использовании TN матриц в смартфонах или планшетах будет очень заметна зернистость картинки. В мониторах и телевизорах данный параметр не критичен.

Сенсорным покрытием, как правило, оснащаются именно устройства, где нужен тачскрин. Поскольку чаще всего TN матрицы берут из-за их дешевизны, то такой дорогостоящий атрибут, как емкостной экран на среднем бюджетном мониторе с разрешением 24 дюйма будет просто пустой тратой денег. В то время как на маленькой по площади поверхности планшета или смартфона (до 6 дюймов) емкостный экран просто необходим.

Именно из-за фактора дешевизны TN матрицу от IPS можно отличить нажатием: при нажатии на TN экран картинка под пальцем и вокруг начинает расплываться волнами со спектральным градиентом. Стало быть, при выборе мобильного устройства выбор в пользу IPS по этому параметру просто очевиден.

TFT и IPS матрицы: особенности, преимущества и недостатки

TFT и IPS матрицы: особенности, преимущества и недостатки В современном мире мы регулярно сталкиваемся с дисплеями телефонов, планшетов, мониторами ПК и телевизоров. Технологии производства жидкокристаллических матриц не стоят на месте, связи с чем у многих людей возникает вопрос, что лучше выбрать TFT или IPS?

Для того чтобы полностью ответить на этот вопрос, необходимо тщательно разобраться в различиях обеих матриц, выделить их особенности, преимущества и недостатки. Зная все эти тонкости, вы с легкостью сможете подобрать устройство, дисплей которого будет полностью отвечать вашим требованиям. В этом вам поможет наша статья.

TFT матрицы Thin Film Transistor (TFT) – это система производства жидкокристаллических дисплеев, в основе которой лежит активная матрица из тонкопленочных транзисторов. При подаче напряжения на такую матрицу, кристаллы поворачиваются друг к другу, что приводит к образованию черного цвета. Отключение электричества дает противоположный результат — кристаллы образовывают белый цвет. Изменения подаваемого напряжения позволяет формировать любой цвет на каждом отдельно взятом пикселе.

Главным преимуществом TFT дисплеев является относительно невысокая цена производства, в сравнении с современными аналогами. Кроме того, такие матрицы обладают отличной яркостью и временем отклика. Благодаря чему, искажения при просмотре динамических сцен незаметны. Дисплеи, изготовленные по технологии TFT, чаще всего используются в бюджетных телевизорах и мониторах.

Недостатки TFT дисплеев:

    • низкая цветопередача. Технология имеет ограничение в 6 бит на один канал;
    • спиральное расположение кристаллов негативно сказывается на контрастности изображение;
    • качество изображения заметно снижается при изменении угла обзора;
    • высокая вероятность появления «битых» пикселей;
    • относительно низкое энергопотребление.

Заметнее всего недостатки TFT матриц сказываются при работе с черным цветом. Он может искажаться до серого, или же наоборот, быть чересчур контрастным.

IPS матрицы Матрица IPS является усовершенствованным продолжением дисплеев, разработанных по технологии TFT. Главным различием между этими матрицами является то, что в TFT жидкие кристаллы расположены по спирали, а в IPS кристаллы лежат в одной плоскости параллельно друг другу. Кроме того, при отсутствии электричества они не поворачиваются, что положительно сказалось на отображении черного цвета. Преимущества IPS матриц:

  • углы обзора, при которых качество изображения не снижается, увеличены до 178 градусов;
  • улучшенная цветопередача. Количество данных, передаваемых на каждый канал увеличено до 8 бит;
  • существенно улучшенная контрастность;
  • снижено энергопотребление;
  • низкая вероятность появления «битых» или выгоревших пикселей.

Изображение на IPS матрице выглядит более живим и насыщенным, но это не означает, что эта технология лишена недостатков. В сравнении с предшественником у IPS значительно снижена яркость изображения. Также, вследствие изменения управляющих электродов, пострадал такой показатель, как время отклика матрицы. Последним, но не менее значимым недостатком, является относительно высокая цена на устройства, в которых используются IPS дисплеи. Как правило, они на 10-20% дороже аналогичных с TFT матрицей.

Что выбрать: TFT или IPS? Стоит понимать, что TFT и IPS матрицы, несмотря на существенные различия в качестве изображения, технологии очень похожие. Они обе созданы на основе активных матриц и используют одинаковые по структуре жидкие кристаллы. Многие современные производители отдают свое предпочтение IPS матрицам. Во многом благодаря тому, что они могут составить более достойную конкуренцию плазменным матрицам и имеют весомые перспективы в будущем. Тем не менее TFT матрицы также развиваются. Сейчас на рынке можно встретить TFT-TN и TFT-HD дисплеи. Они практически не уступают в качестве изображения IPS матрицам, но при этом имеет более доступную стоимость. Но на данный момент устройств с такими мониторами не так много.

Устройство и принцип работы LCD телевизора

LCD (Liquid crystal display) или ЖК (жидкокристаллический) телевизор, как их называют в народе — это телевизор с ЖК дисплеем и ламповой подсветкой. Жидкокристаллический, означает, что сам дисплей (монитор) сделан на основе жидких кристаллов

LCD TFT (англ. Thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель для каждого субпикселя (элемента матрицы) применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея

  • Немного истории:
  • Жидкие кристаллы впервые были обнаружены австрийским ботаником Райнитцером в 1888 г., но только в 1930-м году исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение, однако, слабость технологической базы не позволяла в то время активно развивать это направление.

    Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон и Вильямс из американской корпорации RCA. Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот, в конце 1966 г., корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора — цифровые часы. Первый в мире калькулятор — CS10A был произведен в 1964 году корпорацией Sharp, она же, в октябре 1975 года, выпустила первые компактные цифровые часы с ЖК дисплеем. К сожалению, фоток не нашёл, а вот эти часы и калькулятор — ещё помнят многие

    Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных ЖК индикаторов к производству матриц с адресацией (возможностью управления) каждой точки. Так, в 1976 году, компания Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.

    Следующий этап в развитии LCD-технологии начался в 80-х годах, когда в устройствах стали применяться STN-элементы с повышенной контрастностью. Затем на смену им пришли многослойные структуры, позволяющие устранить ошибки при воспроизведении цветного изображения. Примерно тогда же появились активные матрицы на базе технологии a-Si TFT. Первый прототип монитора a-Si TFT LCD был создан в 1982 году корпорациями Sanyo, Toshiba и Cannon, ну а мы, в это время, любили играться вот такими игрушками с ЖК дисплеем

    Сейчас ЖК дисплеи практически полностью вытеснили с рынка кинескопные телевизоры, предлагая покупателю любые размеры: от переносных и небольших «кухонных», до огромных, с диагоналями более метра. Ценовой диапазон так же весьма велик и позволяет каждому подобрать телевизор по своим потребностям и финансовым возможностям

    Схемотехника LCD телевизоров гораздо сложнее, чем у простых кинескопных ТВ: миниатюрные детали, многослойные платы, дорогостоящие блоки… Вот, кому интересно, телевизор с ЖК панелью без задней крышки, а если снять специальные защитные экраны, можно будет увидеть другие участки схемы, только лучше этого не делать, оставьте это мастерам

  • Устройство и принцип работы:
  • Работа ЖК дисплея (ЖКД) основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Этот эффект называется поляризацией света.

    Если совсем по простому, представьте «свет» в виде маленьких круглых шариков, если на его пути поставить сетку с продольными вырезами (поляризатор), то, после неё, из «шариков» останутся только плоские «блинчики» (поляризованный свет). Теперь, если вторая сетка будет с такими же продольными вырезами, блинчики смогут «проскочить» через неё и «светить» дальше, если же вторая сетка будет иметь вертикальные прорези, то световые горизонтальные «блинчики» не смогут пройти сквозь неё и «застрянут»

    Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами

    Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.

    Каждый пиксель ЖК-матрицы 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, хотя уроверь потерь — немалый.

    Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического 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, степенью прозрачности можно управлять, изменяя приложенное напряжение.

    В качестве источника света (подсветки ЖК-матрицы) используются флуоресцентные лампы с холодным катодом (называются они так, потому что катод, испускающий электроны (отрицательный электрод) внутри лампы необязательно нагревать выше окружающей температуры, чтобы лампочка зажглась). Вот так может выглядеть лампа для LCD телевизора, на правом фото — «ламповая сборка в работе» для телевизора с большой диагональю ЖК-дисплея:

    Сами лампы (белого яркого свечения) располагаются в специальных корпусных фиксаторах, позади их — отражатель, для уменьшения потерь светового потока. Для того, чтобы ЖК-матрица засветилась равномерно (а не полосато, как лампы установлены ), перед экраном находится рассеиватель, который равномерно распределяет световой поток по всей своей площади. К сожалению, в этом месте так же происходит немалая потеря «яркости» свечения ламп

    Современные ЖК-матрицы имеют достаточно хороший угол обзора (около 160 градусов) без потери качества изображения (красок, яркости), самое неприятное, что на них можно увидеть — это вот такие битые пиксели, однако, учитывая то, что их размер очень мал, один-два таких «прогоревших» пикселя не сильно будут мешать просмотру фильмов и передач, а вот на экране монитора — это уже может быть достаточно неприятно

  • Преимущества и недостатки:
  • По сравнению с кинескопными телевизорами, ЖК-панели имеют отличную фокусировку и чёткость, нет ошибок сведения лучей или нарушения геометрии изображения, экран никогда не мерцает, они легче и занимают меньше места К минусам можно отнести слабоватую (по сравнению с кинескопными) яркость и контрастность, матрица не такая прочная, как экран кинескопа, набор цифровых тормозов и глюков при аналоговом или слабом сигнале, а так же плохой обработке исходного материала

    FILED UNDER : Железо

    Submit a Comment

    Must be required * marked fields.

    :*
    :*