Типы жк дисплеев. Основы монитороведения

Жидкие кристаллы были открыты еще в 1888 году. Но практическое применение они нашли только тридцать лет назад. «Жидкокристаллическим» называют переходное состояние вещества, при котором оно приобретает текучесть, но при этом не теряет свою кристаллическую структуру. Наибольший практический интерес, как оказалось, представляют оптические свойства жидких кристаллов. Благодаря сочетанию полужидкого состояния и кристаллической структуры можно легко менять способность пропускать свет.

Типы ЖК-матриц

Первым массовым продуктом с использованием жидких кристаллов стали электронные часы. Монохромный дисплей состоял, как известно, из отдельных полей, заполненных жидкими кристаллами. При подаче напряжения, с помощью которого кристаллы упорядочиваются, нужные поля препятствуют прохождению света и выглядят черными на светлом фоне. Цветные дисплеи появились, когда размеры ячейки удалось значительно уменьшить и снабдить каждую цветным фильтром. Кроме того, в современных ЖК мониторах используется задняя подсветка.

Для подсветки используется обычно 4 или 6 ламп и зеркала для более обеспечения равномерности. В основе работы ЖК-панели - поляризация света. На пути светового потока две поляризационные пленки с перпендикулярными направлениями поляризации. То есть в сумме эти две пленки задерживают весь свет. Расположенные между пленками жидкие кристаллы разворачивают часть потока, поляризованного первой пленкой, и таким образом регулируют свечение экрана.

Схема субпикселя ЖК-матрицы.
Каждый пиксель составляют синий, красный и зеленый субпиксели

Слой жидкокристаллического вещества «зажат» между двумя направляющими пленками с мельчайшими засечками, по направлению которых и выстраиваются кристаллы. Изменить направление ориентации кристаллов можно, например, с помощью электрического импульса, как это и делается в матрицах ЖК-мониторов. В современных матрицах каждая ячейка имеет собственный транзистор, резистор и конденсатор. Собственно в цветных матрицах каждый пиксель представляет собой три ячейки: красную, зеленую и синюю.

Матрица TN. Самая старая и самая распространенная

Самый старый тип матриц, из тех, которые сейчас применяются - TN. Название технологии расшифровывается как Twisted Nematic. Нематические жидкокристаллические субстанции состоят из продолговатых кристаллов с пространственной ориентацией, но без жесткой структуры. Такое вещество легко поддается внешним воздействиям.

В матрицах TN кристаллы выстроены параллельно плоскости экрана, а верхний и нижний слой кристаллов повернуты перпендикулярно относительно друг друга. Все остальные «скручены» по спирали. Таким образом, весь пропущенный свет так же скручивается и беспрепятственно проходит через внешнюю поляризующую пленку. Так что в выключенном состоянии ячейка TN матрицы светится, а при подаче напряжения кристаллы постепенно проворачиваются. Чем выше напряжение, тем больше кристаллов разворачивается, и тем меньше проходит света. Как только все кристаллы развернутся параллельно световому потоку, ячейка «закрывается». Но для TN матриц добиться идеально черного цвета очень трудно.

Кристаллы в матрице TN "скручены" по спирали (1).
При подаче напряжения они начинают поворачиваться (2).
Когда все кристаллы перпендикулярны поверхности (3), свет не проходит.

Главная проблема TN матриц в несогласованности поворота кристаллов: одни уже развернуты полностью, другие только начали поворачиваться. Из-за этого происходит рассеивание светового потока и, в конечном счете, картинка под разными углами выглядит не одинаково. Горизонтальные углы обзора современных матриц можно считать приемлемыми, но при повороте по вертикали даже в небольших пределах, искажения существенные. Цветопередача матриц TN далека от идеальной - они в принципе не могут выводить полную палитру цветов, компенсирую недостаток оттенков с помощью хитрых алгоритмов. Такие алгоритмы с частотой не заметной глазу воспроизводят в ячейке попеременно оттенки, ближайшие к тому, который воспроизвести не удается. Зато технология TN обеспечивает максимальную скорость срабатывания ячейки, минимальное энергопотребление и максимально дешева. Эти два обстоятельства и делают самую старую технологию самой популярной и самой распространенной.

IPS. Идеально для фото и графики. Но дорого

Второй по времени разработки стала технология IPS (In Plane Switch). Такие матрицы производят заводы Hitachi, LG.Philips. NEC производит матрицы сделанные по сходной технологии, но с собственной аббревиатурой SFT (Super Fine TFT).

Как следует из названия технологии, все кристаллы расположены постоянно параллельно плоскости панели и поворачиваются одновременно. Для этого пришлось расположить на нижней стороне каждой ячейки по два электрода. В выключенном состоянии ячейка черная, так что если она «умерла», на экране будет черная точка. А не постоянно светящаяся, как у TN.

В матрице IPS кристаллы всегда параллельны поверхности экрана

IPS технология обеспечивает наилучшую цветопередачу и максимальные углы обзора. Из существенных недостатков - болшее, чем у TN , время отклика, более заметная межпиксельная сетка и высокая цена. Улучшенные матрицы получили название S -IPS и SA -SFT (соответственно у LG .Philips и NEC ). Они обеспечивают уже приемлемое время отклика на уровне 25 мс, а новейшие и того меньше - 16 мс. Благодаря хорошей цветопередаче и углам обзора IPS матрицы стали стандартом для графических профессиональных мониторов.

MVA/PVA. Разумный компромисс?

Как компромисс между TN и IPS можно рассматривать разработанную Fujitsu технологию VA (Vertical Alignment). В матрицах VA кристаллы в выключенном состоянии расположены перпендикулярно плоскости экрана. Соответственно черный цвет обеспечивается максимально чистый и глубокий. Но при повороте матрицы относительно направления взгляда, кристаллы будут видны не одинаково. Для решения проблемы применяется мультидоменная структура. Разработанная Fujitsu технология Multi-Domain Vertical Alignment (MVA) предусматривает выступы на обкладках, которые определяют направление поворота кристаллов. Если два поддомена поворачивается в противоположных направлениях, то при взгляде сбоку один из них будет темнее, а другой светлее, таким образом для человеческого глаза отклонения взаимно компенсируются. В матрицах PVA , разработанных Samsung нет выступов, и в выключенном состоянии кристаллы строго вертикальны. Для того, чтобы кристаллы соседних субдоменов поворачивались в противоположных направлениях, нижние электроды сдвинуты относительно верхних.

В матрицах VA типа в выключенном состоянии кристаллы перпендикулярны поверхности экрана

Для уменьшения времени отклика в матрицах Premium MVA и S -PVA применяется система динамического повышения напряжения для отдельных участков матрицы, которую обычно называют Overdrive . Цветопередача матриц PMVA и SPVA почти так же хороша как и у IPS , время отклика немного уступает TN , углы обзора максимально широкие, черный цвет наилучший, яркость и контраст максимально возможные среди всех существующих технологий. Однако даже при небольшом отклонении направления взгляда от перпендикуляра, даже на 5–10 градусов можно заметить искажения в полутонах. Для большинства это останется незамеченным, но профессиональные фотографы продолжают за это недолюбливать технологии VA .

Что выбрать?

Для домашнего использования и для работы в офисе часто цена является решающим аргументом, и из-за этого мониторы с матрицей TN пользуются максимальной популярностью. Они обеспечивают приемлемое качество изображения при минимальном времени отклика, что является критически важным параметром для любителей динамичных игр. PVA и MVA матрицы не столь широко распространены из-за более высокой цены. Они обеспечивают очень высокий контраст (особенно PVA ), большой запас по яркости и хорошую цветопередачу. В качестве основы для домашнего мультимедийного центра (замена телевизора), это лучший выбор. Матрицы IPS все реже устанавливаются в мониторы с диагональю до 20 дюймов. По качеству лучшие модели S -IPS и SA -SFT не уступают CRT мониторам и все чаще применяются профессионалами в области фото, полиграфии и дизайна. Практические рекомендации по выбору монитора можно прочитать в статье «Выбираем ЖК-монитор. Что предпочесть фотографу, геймеру и домохозяйке?»

Немного помечтаем

Совсем недавно, т.е. лет 15 назад, вряд ли многие предполагали, что ЖК-мониторы смогут вытеснить кинескопные. Качество LCD было низким, а цена крайне высокой. Но и сейчас нельзя назвать технологию производства панелей на жидких кристаллах идеальной. Для улучшения цветопередачи, увеличения контрастности и обеспечения равномерности подсветки в профессиональном NEC Reference 21 применена диодная подсветка. Стоит этот монитор около $6000 и пока его можно считать скорее полиграфическим оборудованием, чем компьютерной перефирией. Но мы знаем множество примеров, когда профессиональные технологии "спускаются" к любителям.

Многие крупные компании (Sanyo, Samsung, Epson) разрабатывают экраны на основе OLED - органических кристаллов. Сами кристаллы испускают свет при подаче напряжения, эти экраны чрезвычайно экономичные, яркие и контрастные. Но пока применяются только в мелкой портативной технике из-за дороговизны и технических проблем, связанных с долговечностью, воспроизведением некоторых цветов. В совсем отдаленной перспективе могут появиться и абсолютно новые технологии, о которых сейчас слышали только специалисты, а экран можно будет свернуть в трубочку или наклеить на стену. А может быть и не будет мониторов в нашем привычном понимании? А может быть, все перейдут на проекторы? И в качестве экрана можно будет использовать практически любую поверхность. Заманчивая перспектива.

Приветствую всех, уважаемые читатели блога сайт. Эта небольшая заметка будет ответом на вопрос о том, какая матрица для монитора лучше, TN или IPS, а может быть *VA? Чтобы ответить на этот вопрос необходимо знать плюсы и минусы каждого из типов матриц. А у каждого типа матрицы они есть, эти плюсы и минусы, поэтому придется задать наводящий вопрос - "для каких целей вам необходим монитор?".

Если вам нужен монитор для игр, тогда идеально подойдет TN матрица , у нее наименьшее время отклика (задержка), что очень положительно сказывается на ощущениях от игрового процесса. Еще одним неоспоримым преимуществом таких матриц является их дешевизна, это самые дешевые из всех типов матриц и поэтому самые распространенные. Недостатками являются весьма скромные углы обзора, при которых изображение еще не инвертируется (выцветает), посредственная (по сравнению с IPS, *VA) цветопередача, невысокая контрастность, невозможность получения идеально черного цвета.

Если вы фотограф/дизайнер, занимаетесь видео-монтажом, просто любите естественные цвета при работе за компьютером - тогда IPS или *VA будут отличным выбором. Мониторы с такими матрицами стоят значительно дороже, но взамен вы получаете то, что не может дать ни одна TN матрица. IPS и матрицы семейства *VA (PVA или MVA) очень похожи, все они обладают высокими углами обзора и приличной цветопередачей, однако различия все же есть и они довольно существенные.

Начнем с того, что среднестатистический IPS обладает худшим временем отклика, по сравнению с *VA. Хотя и существуют разновидности, такие как: E-IPS (увеличены углы обзора, сокращено время отклика до 5 мс), AH-IPS (улучшена цветопередача и уменьшен минимально допустимый размер пикселя) и еще много других разновидностей. Еще одним недостатком IPS является невозможность получения реалистичного черного цвета, так же как и на TN, черный цвет в них больше похож на темно серый. Но несмотря на все это мониторы с IPS матрицами (и их разновидностями) подходят для игр и просмотра фильмов.

Что касается *VA матриц, они являются чем-то средним между TN и IPS, стоят они, как правило, дешевле IPS, но при этом могут похвастаться лучшим временем отклика, большей равномерностью подсветки на черном фоне, и черный цвет на *VA - действительно черный. Однако, не все так гладко. Углы обзора на таких матрицах похуже чем в IPS, как и цветопередача, но далеко не факт, что это различия будут заметны на глаз, по крайней мере не всем. Как в случае с IPS, у *VA тоже есть разновидности, в которых некоторые показатели улучшены, по сравнению с обычным *VA. Наиболее популярные из них: MVA (решена проблема с отображением цвета при просмотре видео под углом) и PVA (уменьшено время реакции пикселя). Мониторы с *VA тоже отлично подходят для игр и фильмов.

Основы монитороведения. Типы матриц: IPS

С момента создания первого монитора на жидких кристаллах прошло уже довольно много времени, когда мир понял, что так дальше продолжаться не может, - выдаваемого TN-технологией качества явно стало не хватать. Те нововведения, что были призваны исправить недостатки TN-матриц (подробно и рассматриваются в предыдущих статьях), спасли ситуацию лишь частично. Поэтому к середине 90-х годов прошлого века начались активные поиски новых решений, способных перевести качество ЖК-мониторов на принципиально новый уровень.

Так уж бывает в мире технологий, что одни ищут решения возникающих проблем путём модернизации имеющихся разработок, а другие не боятся начинать всё с нуля. Гордые японцы под эгидой долго смотрели на весь этот шум, потом вздохнули, засучили рукава и в 1996 году явили миру свою собственную разработку, лишённую минусов TN-технологии. Названа она была IPS (In-Plane Switching) , что можно перевести как «переключение в плоскости». От стандартной TN-матрицы она отличалась тем, что, во-первых, кристаллы в матрице были не скручены, а располагались параллельно друг другу в одной плоскости (отсюда и название). А во-вторых, оба контакта для подачи напряжения располагались на одной стороне ячейки.

Схематическое изображение ячейки в IPS-матрице

Что это дало в результате? В IPS-матрицах при отсутствии напряжения свет не проходил через поляризаторы, поэтому, в отличие от TN-технологии, чёрный цвет здесь был именно чёрным. Первые версии отличались ещё одной особенностью - при взгляде на экран сбоку чёрный цвет давал фиолетовый оттенок (впоследствии эта проблема была решена). В выключенном состоянии матрица свет не пропускала, поэтому теперь, если пиксель выходил из строя, то, в отличие от TN-матриц, появлялась не светящаяся точка, а чёрная. К тому же на порядок возросло качество цветопередачи.

Но, как обычно это бывает в таких случаях, решение старых проблем породило новые. В связи с особенностями «конструкции», для того чтобы повернуть кристаллы, стало требоваться гораздо больше времени, соответственно, матрица стала гораздо более «медленной». Далее, поскольку оба контакта расположили на одной стороне, это уменьшило полезную площадь (незначительно, но тем не менее), что, в свою очередь, привело к уменьшению яркости и контрастности панелей, созданных по этой технологии.

Но и это ещё не всё. Расход энергии тоже возрос - как за счёт технических решений, так и за счёт использования более мощных источников освещения. Как результат - цена этих матриц довольно высока.

В любом случае, качество изображения стало гораздо выше, что позволило сразу нескольким компаниям активно броситься на поиски модернизаций с целью уменьшить «вредные» параметры и улучшить преимущества. Одновременно с Hitachi эту же самую технологию стали использовать и в (только вот называлась она у них Super Fine TFT , или SFT ).

Уже в 1998 году Hitachi модернизировала матрицы IPS, уменьшив время отклика. Технологию, которую назвали S-IPS , сразу же взяли на вооружение такие гиганты, как и . Стоит отметить, что на сегодняшний день именно по направлению IPS существует больше всего модификаций, которые далеко ушли от первоначальной версии. И хотя общие моменты, касающиеся этих матриц, остаются, во многих модификациях некоторые параметры были сильно улучшены.

Первое что нужно решить, для каких именно целей, в большей мере, будет использоваться монитор. Здесь не обойтись без поверхностного ознакомления с существующими видами матриц жидкокристаллических мониторов. Существует как минимум три основных вида жидкокристаллических матриц мониторов.

Матрица - это массив пикселей, пропускающих и фильтрующих свет. Это основная часть ЖК-монитора и она определяет 90% его качества. Современные ЖК-мониторы оснащаются тремя различными типами матриц, каждый тип вне зависимости от конкретной модели имеет одинаковые достоинства и недостатки по отношению друг к другу, от конкретной модели зависит только выраженность этих качеств и недостатков.

1) TN - самый старый и дешевый в производстве тип матриц, для него характерно минимальное время отклика, относительно плохая цветоподача, маленькие углы обзора с заметным искажением цветов при изменении угла наблюдения (особенно по вертикали - «эффект негатива»), невысокая контрастность, серый «чёрный» цвет. Хорошо подходит для динамичных игр, если, конечно, цветоподача конкретной модели находится на приемлемом для виртуальных развлечений уровне.

2) VA (MVA, PVA и прочие названия с -VA) - время отклика пикселя большее, чем на TN, но при этом достаточно хорошая цветоподача, большие углы обзора без существенного искажения цветов при изменении угла наблюдения, высокая контрастность, по цене дороже TN. Можно сказать, золотая середина, подходит для всего и имеет относительно невысокую цену.

3) S-IPS - большее время реакции матрицы, чем на VA и, соответственно, TN, но при этом отличная цветоподача, почти идеальные углы обзора (практически без видимых искажений цветов при уменьшении угла наблюдения), хороший контраст, очень дорого. Наилучшим образом подходит для всего, где не важен быстрый отклик пикселя. Однако на рынке уже начинают появляться модели S-IPS-мониторов с относительно малым временем отклика, на которых применена технология overdrive, которые хоть и не способны конкурировать с TN и VA (на которых применён овердрайв) по параметру времени отклика, но уже позволяют комфортно использовать такой монитор и для требовательных областей применения (игр), правда, и за достаточно большую, порой неоправданно цену.

Использование монитора

1. Монитор для игр. Оптимальный вид матрицы – TN учитывая время отклика пикселя. Профессионально работать с графическими программами на нём не рекомендуется. Для игр (геймеров) такой параметр как «время отклика пикселя» является одним из основных. Если время отклика пикселя будет слишком большим, то мы будем видеть так называемый «шлейф», то есть размазывание картинки в динамических сценах (игры и просмотр фильмов). Минимально допустимая величина отклика пикселя для современных игр равна 7–8 миллисекундам, оптимальное 2–5 мс, то есть для игр, чем меньше это число, тем лучше. Соответственно чем меньше это число, тем монитор дороже. Хотя, не могу не сказать о том, что фактически наш глаз уже не воспринимает разницы между 2 мс и 5 мс, поэтому в этом случае можно задаться вопросом – зачем платить больше? Есть ещё один интересный нюанс, связанный с далеко необъективными параметрами указанными в тех паспорте. Дело в том, что время отклика может отличаться в зависимости от применённого стандарта. Любая фирма заинтересована продать свою продукцию подороже, указывая при этом максимальные параметры согласно выгодным стандартам. В результате мы получаем, что для игр и просмотра фильмов вполне достаточно 2–5 мс.

2. Монитор для работы с графическими программами (так же существует определение – монитор для «статики»). Данный вид монитора адаптирован в большей степени для работы со статическими объектами и в меньшей степени для просмотра фильмов и игр. В большинстве случаев его покупаю дизайнеры, художники, фотографы, люди работающие со статической графикой. Оптимальный вид матрицы - S-IPS (так же PVA, но в меньшей степени). Как уже упоминалось данный вид матрицы S-IPS самый медленный и вероятно, для игр и просмотра видео (тем более в BD и HD качестве) подходит хуже всего, так же это вид монитора самый дорогой.

3. Универсальный монитор может использоваться как для игр, так и для графической работы, но необходимо отметить, что оптимальную середину найти бывает достаточно сложно. Всё равно продеться чем-то жертвовать, решая, что важнее, хорошая игра и просмотр фильма высокого качества или работа с графикой. Оптимальный вид матрицы - VA (MVA, PVA и прочие названия с -VA).

Разделение мониторов на эти три вида условно, поскольку у каждой модели свои параметры от которых и следует отталкиваться при выборе монитора.

Основные технические показатели монитора.

1. Типы матриц - технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей; основные – TN (TN+film), IPS, MVA/PVA.

2. Время отклика (время реакции матрицы) - минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости, чем оно меньше, тем лучше. Определяется в миллисекундах (мс).

3. Разрешение - горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно фиксированное разрешение, остальные достигаются интерполяцией.

4. Размер точки (размер пикселя) - расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением.

5. Соотношение сторон экрана (пропорциональный формат) - отношение ширины к высоте (5:4, 4:3, 3:2 (15÷10), 8:5 (16÷10), 5:3 (15÷9), 16:9 и др.)

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

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

8. Угол обзора - это максимальный угол, с которого зритель способен различить четкое изображение на экране ЖК-монитора.

9. Диагональ монитора (размер) - это длина диагонали по внешним углам экрана. Определяется в дюймах - 1 дюйм = 2,54 см.

Статья будет дополняться.

Здравствуйте, уважаемые читатели! Если хоть раз перед вами вставал вопрос о том, какой тип матрицы выбрать IPS или VA, то вы сделали правильный выбор, открыв эту статью. Давайте теперь разберемся поподробнее и сравним эти матрицы.

IPS является сокращением от “In Plane Switching”, что в переводе означает планарное переключение.

VA является сокращением от “Vertical Alignment”, что означает выравнивание по вертикали.

Несмотря на то, что оба типа матриц используются в ЖК дисплеях, между ними существует множество различий.

Угол обзора

Угол обзора – это угол, под которым мы можем смотреть телевизор без потери качества изображения.

IPS матрица по углам обзора является явным победителем, ведь это одно из самых основных преимуществ этого типа матрицы. Даже если угол обзора более 50°, то изображение не теряет в качестве и цветопередаче.

VA уже при 20° теряют качество.

Контрастность

Показатели контрастности являются одними из наиболее важных. Ни одна из этих двух типов матриц не сравнится с OLED.

VA значительно превосходит IPS. Уровни черного намного лучше и это видно на изображении.

Коэффициенты контрастности VA обычно составляют от 3000: 1 до 6000: 1, IPS чуть более 1000: 1.

Но по сути разница в контрастности заметна лишь в темной обстановке, нежели в светлой.

Другие различия

ЖК-дисплеи функционируют благодаря маленьким жидким кристаллам внутри пакетов RGB, которые образуют пиксели. Эти кристаллы реагируют и меняют положение при зарядке электрическим током, тем самым блокируя или пропуская электричество.

На дисплеях IPS кристаллы выравниваются горизонтально. Когда они заряжаются, то вращаются только для того, чтобы выпустить свет. Дисплеи VA имеют кристаллы, выровненные по вертикали. Когда они заряжаются, то перемещаются в горизонтальное положение, позволяя пропускать свет, подобно IPS. Однако, когда поток не передается через них, их вертикальные блоки выравнивания светятся намного эффективнее, тем самым создавая лучшие черные и улучшая контрастность.

Что в итоге?

Ни одна технология по своей природе не превосходит другую, они обе служат различным целям. В общем, телевизоры IPS будут иметь широкий угол обзора, подходящий для использования в яркой гостиной.

Телевизоры VA будут иметь высокий контраст, тем самым лучше их использовать в темных комнатах.

Выбор между ними – это серия компромиссов, поэтому выбирайте в зависимости от вашего ваших предпочтений.