Видеокарты

Технологии ЖК (LCD) матриц для современных мониторов

Эффект жидкого кристалла был открыт в 1888 году. Жидким кристаллом называют текучее вещество с кристаллической структурой. Жидкие кристаллы обладают уникальными оптическими свойствами, поэтому их используют при изготовлении матриц для жк-мониторов.

Матрица — это основная деталь жк-монитора, которая непосредственно формирует изображение на экране. Качество изображения любого ЖК (LCD) монитора, в первую очередь, зависит от встроенной в него матрицы.

LCD — жидкокристаллический дисплей (ЖК).

Матрицы на основе жидких кристаллов используются не только в компьютерных мониторах, они широко применяются в различных электронных устройствах, таких как: телевизоры , фото-, видео- камеры, ноутбуки, планшеты, сканеры, смартфоны, телефоны, автомобильные навигаторы, электронные книги, плееры, часы, термометры и прочие.

Технологии ЖК (LCD) матриц для современных мониторов

Текстура LCD (ЖК) матрицы

TFT-матрицы

TFT-матрица — матрица на основе тонкоплёночных транзисторов.

В различных электронных устройствах применяются разные типы TFT-матриц. Компьютерные LCD (ЖК) мониторы, в том числе экраны ноутбуков, планшетов и смартфонов, как правило, комплектуются TFT-матрицами следующих типов: TN, VA, MVA, PVA, IPS, PLS. Все они управляется тонкоплёночными транзисторами (TFT) и отличаются друг от друга принципиальными технологическими решениями.

TFT — тонкоплёночный транзистор.

Каждый пиксель на экране управляется тремя транзисторами, соответствующими основным цветам RGB (красному, зеленому и синему). Если включен только один из этих трёх транзисторов образуется субпиксель. Так называемые «битые» пиксели появляются при выходе из строя этих транзисторов. На разных типах TFT-матриц битые пиксели выглядят по-разному, например на TN-матрицах они светятся, образуя белые точки, а на IPS-матрицах — чёрные.

TN и TN + film

TN-TFT — технология выполнения LCD (ЖК) матрицы, когда кристаллы, при отсутствии напряжения, поворачиваются друг к другу под углом 90° в горизонтальной плоскости между двумя пластинами. Кристаллы расположены по спирали, и в итоге при подаче максимального напряжения кристаллы поворачиваются таким образом, что при прохождении света через них образуются черные пиксели. Без напряжения — белые.

Качество цветопередачи матриц TN-TFT — довольно посредственное. На таких матрицах пиксели имеют неоднородное свечение, в результате чего искажаются цвета. Это особенно заметно при изменении угла наблюдения (особенно по вертикали). С другой стороны матрицы TN + film (Twisted Nematic + film), или просто TN — самые быстрые по отклику и дешевые в производстве.

LCD-мониторы, оснащённые TN-матрицами отлично подходят для работы с текстовыми документами, просмотра фильмов и компьютерных игр. Так же, TN-матрицы наиболее часто используются в мобильных и портативных устройствах из-за их малой энергоёмкости.

Технологии ЖК (LCD) матриц для современных мониторов

VA/MVA/PVA

Технология VA (сокр. от vertical alignment — вертикальное выравнивание) была разработана 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.

Наследницей технологии VA стала технология MVA (Multi-domain Vertical Alignment), также разработанная 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°), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика. Они значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.

Достоинствами технологии MVA являются глубокий чёрный цвет (при перпендикулярном взгляде) 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.

Аналогами MVA являются технологии:

  • PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung.
  • Super PVA от Sony-Samsung (S-LCD).
  • Super MVA от CMO.
  • ASV (Advanced Super View), так же называется ASVA (Axially Symmetric Vertical Alignment) от Sharp

Матрицы типа *VA (MVA - Multi-domain Vertical Alignment, PVA — Patterned Vertical Alignment и их разновидности) характеризуются высокой контрастностью и достаточно хорошей цветопередачей.

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

IPS

Классические матрицы типа IPS (In-Plane Switching) к настоящему времени практически не встречаются в продаже. Их сменили различные модификации IPS-матриц. Все они, по сравнению с другими типами матриц, выдают наилучшую цветопередачу и имеют углы обзора 178° по горизонтали и по вертикали без видимых искажений цветов при уменьшении угла наблюдения. Проще говоря — картинка на таком мониторе не тускнеет если на нее смотреть справа, слева, сверху или снизу.

Технология IPS была разработана компанией Hitachi в 1996 году в первую очередь для устранения этих двух проблем – маленьких углов обзора и низкого качества цветопередачи.

IPS — технология выполнения матрицы жидкокристаллического (на тонкопленочных транзисторах) экрана, когда кристаллы расположены параллельно друг другу вдоль единой плоскости экрана, а не спирально (как у TN). При отсутствии напряжения молекулы жидких кристаллов не поворачиваются.

На практике самое важное отличие IPS-матрицы от TN-TFT-матрицы состоит в повышенном уровне контрастности за счет практически идеального отображения черного цвета. Картинка получается более четкой.

Мониторы и дисплеи, созданные на базе IPS-матриц, гораздо более энергоемкие. Это обусловлено высоким уровнем напряжения, требуемого для поворота массива кристаллов. IPS требуется время, чтобы повернуть весь массив параллельных кристаллов. Таким образом, при выполнении задач, где важна скорость прорисовки, гораздо выгоднее использовать матрицы TN. С другой стороны, в повседневном применении разницу во времени отклика человек не замечает.

Мониторы на IPS-матрицах, как правило, имеют маркировку «PRO» (профессиональный) и стоят немного дороже остальных. Их предпочитают использовать художники и графические дизайнеры. Многие производители мобильных устройств комплектуют свои гаджеты IPS-экранами. К примеру, дисплей Iphone 4 является жидкокристаллическим (LCD), управляется тонкоплёночными транзисторами (TFT), и в нём жидкие кристаллы поворачиваются в плоскости дисплея (IPS).

Технологии ЖК (LCD) матриц для современных мониторов

На базе IPS было разработано несколько технологий с улучшенными характеристиками:

  • S-IPS (Super-IPS) — была разработана в 1998 году, как улучшенная технология стандартной IPS. Имеет улучшенную контрастность и меньшее время отклика (используется технология Overdrive), чем у оригинальной матрицы. В настоящее время не выпускается.
  • AS-IPS (Advanced Super-IPS) — Была разработана в 2002 году. В сравнении с S-IPS матрицей, улучшена контрастность и прозрачность самой матрицы, что улучшает яркость.
  • H-IPS (Horizontal IPS) — Появилась в 2007 году. Достигнута ещё большая контрастность и визуальная более однородная поверхность экрана (оптимизация белого цвета). Также дополнительно появилась технология Advanced True Wide Polarizer на основе поляризационной плёнки NEC, для достижения более широких углов обзора, исключения засветки при взгляде под углом. Используется в профессиональной работе с графикой.
  • e-IPS (Enhanced IPS) (разновидность H-IPS) — 2009 год. Имеет более широкую апертуру для увеличения светопроницаемости при полностью открытых пикселях, что позволяет использовать более дешевые в производстве лампы подсветки, с более низким энергопотреблением. Улучшен диагональный угол обзора, время отклика уменьшено до 5 мс. Мониторы на матрицах E-IPS имеют стандартный цветовой охват.
  • S-IPS II — схожа по характеристикам с E-IPS. Немного меньше glow (глоу) эффект. По сути не является производной H-IPS, а считается отдельным ответвлением.
  • P-IPS (Professional IPS) (разновидность H-IPS) — Разработана в 2010 году. Обеспечивает 1,07 млрд цветов (30-битная глубина цвета). Больше возможных ориентаций для субпикселя (1024 против 256) и лучшая глубина true color-цветопередачи. Мониторы на матрицах P-IPS имеют расширенный цветовой охват.
  • AH-IPS (Advanced High Performance IPS) — 2011 год. Улучшена цветопередача, увеличено разрешение и PPI, повышена яркость и понижено энергопотребление.

PLS

PLS-матрица (Plane-to-Line Switching) была разработана компанией Samsung как альтернатива IPS и впервые продемонстрирована в декабре 2010 года. Технология PLS базируется на схожих с IPS принципах построения матриц. PLS — матрицы имеют более выгодные характеристики в возможности размещать пиксели более плотно, в высокой светопропускаемости и яркости, а также чуть меньшее энергопотребление чем у IPS. Но есть у PLS и значительные минусы. Самая низкая контрастность среди ЖК матриц и цветовой охват не более sRGB.

Автор: 
© bukentagen
Термины: