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.

• VA матрица – 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

1. маленький вес и габаритные размеры;
2. низкий аппетит к электричеству;
3. неограниченные геометрические формы;
4. не нужна подсветка специальной лампой;
5. углы обзора вплоть до 180 градусов;
6. мгновенный отклик матрицы;
7. контрастность превышает все известные альтернативные технологии;
8. возможность создания гибких экранов;
9. 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.

Как обычно бывает с аббревиатурами, используемыми для обозначения специфики и теххарактеристик, в отношении TFT и IPS происходит путаница и подмена понятий. Во многом благодаря неквалифицированным описаниям электронных устройств в каталогах потребители ставят вопрос выбора изначально неверно. Так, матрица IPS – разновидность матриц TFT, так что сравнивать между собой эти две категории невозможно. Однако для российского потребителя аббревиатура TFT зачастую обозначает технологию TN-TFT, и в этом случае уже можно делать выбор. Так что, говоря об отличиях экранов TFT и IPS, мы будем иметь в виду TFT-экраны, изготовленные по технологиям TN и IPS.
TN-TFT – технология выполнения матрицы жидкокристаллического (на тонкопленочных транзисторах) экрана, когда кристаллы, при отсутствии напряжения, поворачиваются друг к другу под углом 90 градусов 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.
IPS – технология выполнения матрицы жидкокристаллического (на тонкопленочных транзисторах) экрана, когда кристаллы расположены параллельно друг другу вдоль единой плоскости экрана, а не спирально. 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.
Качество цветопередачи матриц TN-TFT оставляет желать много лучшего. Каждый пиксель в этом случае может иметь собственный оттенок, отличный от других, в результате чего искажаются цвета. IPS уже обращается с изображением гораздо бережнее.
Скорость отклика у TN-TFT несколько выше, чем у других матриц. 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 и дисплеи, созданные на базе IPS-матриц, гораздо более энергоемкие. Это обусловлено высоким уровнем напряжения, требуемого для поворота массива кристаллов. Потому задачам экономии энергии в мобильных и портативных устройствах отвечает больше технология TN-TFT.
Экраны, основанные на IPS, обладают широкими углами обзора, то есть не искажают и не инверсируют цвета, если взгляд падает под углом. В отличие от TN, углы обзора IPS составляют 178 градусов как по вертикали, так и по горизонтали.
Еще одно отличие, немаловажное для конечного потребителя – цена. TN-TFT на сегодняшний день представляет собой самый дешевый и самый массовый вариант матрицы, поэтому ее используют в бюджетных моделях электроники.

TheDifference.ru определил, что разница между экранами TFT (TN-TFT) и IPS заключается в следующем:

Экраны IPS менее отзывчивы, время задержки отклика у них больше.
Экраны IPS обеспечивают более качественную цветопередачу и контрастность.
Углы обзора экранов IPS существенно больше.
Экраны IPS требуют больше энергии.
Экраны IPS дороже.

Выбирая себе монитор, телевизор или телефон, покупатель часто стает перед выбором типа экрана. Какому же из них отдать предпочтение: IPS или TFT? Причиной такого замешательства стало постоянное усовершенствование технологий по изготовлению дисплеев.

Все мониторы с TFT технологией можно разделить на три основных типа:

1. TN+Film.
2. PVA/MVA.

То есть, технология TFT представляет собой жидкокристаллический дисплей с активной матрицей , а IPS — это одна из разновидностей этой матрицы . И сравнение этих двух категорий не возможно, так как практически это одно и тоже. Но если все же разобраться более подробно в том, что собой представляет дисплей с TFT матрицей, то сравнение провести можно, но не между экранами, а между технологиями их изготовления: IPS и TFT-TN.

Общее понятие TFT

TFT (Thin Film Transistor) переводится, как тонкопленочный транзистор . В основе ЖК дисплея с технологией TFT лежит активная матрица. Такая технология подразумевает спиральное расположение кристаллов, которые в условиях сильного напряжения делают поворот таким образом, что экран стает черным. А при отсутствии напряжения большой мощности мы видим белый экран. Дисплеи с такой технологией на выходе выдают лишь темно-серый цвет вместо идеального черного. Поэтому TFT дисплеи пользуются популярностью в основном в изготовлении более дешевых моделей.

Описание IPS

Технология матрицы ЖК экрана IPS (In-Plane Switching) подразумевает параллельное расположение кристаллов по всей плоскости монитора . Спирали здесь отсутствуют. И поэтому кристаллы в условиях сильного напряжения не поворачиваются. Иными словами технология IPS — это ничто иное, как улучшенная TFT. Она намного лучше передает черный цвет, тем самым улучшая степень контрастности и яркости изображения. Именно поэтому данная технология стоит дороже, чем TFT, и используется в более дорогих моделях.

Основные отличия TN-TFT и IPS

Желая реализовать как можно больше продукции, менеджеры по продажам вводят людей в заблуждение о том, что TFT и IPS — это совершенно разные типы экранов. Специалисты из сферы маркетинга не дают исчерпывающих сведений о технологиях и это позволяет им выдавать уже существующую разработку за только что появившуюся.

Рассматривая IPS и TFT, мы видим, что это практически одно и тоже . Разница лишь в том, что монитор с IPS технологией являются более свежей разработкой, по сравнению с TN-TFT. Но несмотря на это, все же можно выделить ряд отличий между данными категориями:

1. Повышенная контрастность . То, как отображается черный цвет, напрямую влияет на контрастность изображения. Если наклонить экран с технологией TFT без IPS, то прочитать что-либо будет практически не возможно. А все из-за того, что экран при наклоне стает темным. Если же рассматривать IPS матрицу, то, благодаря тому, что передача черного цвета производится кристаллами идеально, изображение получается достаточно четким.
2. Передача цвета и количество отображаемых оттенков . Матрица TN-TFT не лучшим образом передает цвета. А все из-за того, что каждый пиксель имеет собственный оттенок и это приводит к искажению цвета. Экран с технологией IPS намного бережнее передает изображение.
3. Задержка отклика . Одним из преимуществ TN-TFT экранов над IPS является высокоскоростной отклик. А все потому, что на поворот множества параллельных кристаллов IPS затрачивает много времени. Отсюда делаем вывод, что там, где скорость прорисовки имеет большое значение, лучше использовать экран с матрицей TN. Дисплеи с технологией IPS работают медленнее, но в повседневной жизни этого не заметно. А выявить данное различие можно лишь применив специально предназначенные для этого технологические тесты. Как правило, предпочтение лучше отдавать дисплеям с матрицей IPS.
4. Угол обзора . Благодаря широкому углу обзора экран с технологией IPS не искажает изображения, даже если смотреть на него под углом в 178 градусов. При чем такое значение угла обзора может быть как по вертикали, так и по горизонтали.
5. Энергоемкость . Дисплеи с IPS технологией, в отличии от TN-TFT, требуют больше энергии. Это обусловлено тем, что для того, чтобы повернуть параллельные кристаллы, нужно большое напряжение. В итоге на аккумулятор идет больше нагрузки, чем при использовании TFT матрицы. Если вам необходимо устройство с небольшой энергоемкостью, то TFT технология будет идеальным вариантом.
6. Ценовая политика . В большинстве бюджетных моделей электроники используют дисплеи на основе TN-TFT технологии, поскольку этот вид матрицы является самым недорогим.На сегодняшний день мониторы с IPS матрицей хоть и стоят дороже, но их используют практически во всех современных электронных моделях. Это постепенно приводит к тому, что IPS матрица практически вытесняет оборудование с технологией TN-TFT.

Итоги

Исходя из всего выше сказанного, можно подвести следующий итог.

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. Способы улучшения качества телевизионного изображения, воспроизводимого жидкокристаллическими панелями . Материалы доклада на научно-технической конференции «Современное телевидение», Москва, март 2006.

До массового распространения смартфонов, при покупке телефонов мы оценивали их, главным образом, по дизайну и лишь изредка обращали внимание на функциональные возможности. Времена изменились: теперь все смартфоны имеют примерно одинаковые возможности, а при взгляде только на фронтальную панель, один гаджет едва можно отличить от другого. На передний план вышли технические характеристики устройств, и самой важной среди них для многих является экран. Мы расскажем, что же кроется за терминами TFT, TN, IPS, PLS, и поможем подобрать смартфон с нужными характеристиками экрана.

Типы матриц

В современных смартфонах главным образом применяются три технологии производства матриц: две основаны на жидких кристаллах - TN+film и IPS, а третья - AMOLED - на органических светодиодах. Но прежде чем начать, стоит рассказать об аббревиатуре TFT, являющейся источником множества заблуждений. TFT (thin-film transistor) - это тонкоплёночные транзисторы, которые используются для управления работой каждого субпикселя современных экранов. Технология TFT применяется во всех перечисленных выше типах экранов, включая AMOLED, поэтому, если где-то говорится о сравнении TFT и IPS, то это в корне неверная постановка вопроса.

В большинстве TFT-матриц используется аморфный кремний, но недавно в производство стали внедряться TFT на поликристаллическом кремнии (LTPS-TFT). Главные преимущества новой технологии - уменьшение энергопотребления и размеров транзисторов, что позволяет достигать высоких значений плотности пикселей (более 500 ppi). Одним из первых смартфонов с IPS-дисплеем и матрицей LTPS-TFT стал OnePlus One.

Смартфон OnePlus One

Теперь, когда мы разобрались с TFT, перейдём непосредственно к типам матриц. Несмотря на большое разнообразие разновидностей LCD, все они имеют один и тот же базовый принцип работы: приложенный к молекулам жидких кристаллов ток задаёт угол поляризации света (он влияет на яркость субпикселя). Поляризованный свет затем проходит через светофильтр и окрашивается в цвет соответствующего субпикселя. Первыми в смартфонах появились наиболее простые и дешёвые матрицы TN+film, название которых часто сокращается до TN. Они имеют малые углы обзора (не более 60 градусов при отклонении от вертикали), причём даже при небольших наклонах изображение на экранах с такими матрицами инвертируется. Среди других недостатков TN-матриц - малая контрастность и низкая точность цветопередачи. На сегодняшний день такие экраны используются только в самых дешёвых смартфонах, а подавляющее большинство новых гаджетов имеют уже более совершенные дисплеи.

Наиболее распространённой в мобильных гаджетах сейчас является технология IPS, иногда обозначаемая как SFT. IPS-матрицы появились 20 лет назад и с тех пор выпускались в различных модификациях, число которых приближается к двум десяткам. Тем не менее, выделить среди них стоит те, которые являются наиболее технологичными и активно используются на данный момент: AH-IPS от компании LG и PLS - от компании Samsung, которые весьма близки по своим свойствам, что даже являлось поводом для судебного разбирательства между производителями. Современные модификации IPS имеют широкие углы обзора, которые близки к 180 градусам, реалистичную цветопередачу и обеспечивают возможность создания дисплеев с высокой плотностью пикселей. К сожалению, производители гаджетов практически никогда не сообщают точный тип IPS-матриц, хотя при использовании смартфона различия будут видны невооружённым глазом. Для более дешёвых IPS-матриц характерно выцветание картинки при наклонах экрана, а также невысокая точность цветопередачи: изображение может быть либо слишком «кислотным», либо, напротив, «блёклым».

Что касается энергопотребления, то в жидкокристаллических дисплеях оно по большей части определяется мощностью элементов подсветки (в смартфонах для этих целей используются светодиоды), поэтому потребление матриц TN+film и IPS можно считать примерно одинаковым при совпадающем уровне яркости.

На LCD совершенно не похожи матрицы, созданные на основе органических светодиодов (OLED). В них источником света служат сами субпиксели, представляющие собой сверхминиатюрные органические светодиоды. Так как нет необходимости во внешней подсветке, такие экраны можно сделать тоньше жидкокристаллических. В смартфонах применяется разновидность технологии OLED - AMOLED, которая использует активную TFT-матрицу для управления субпикселями. Именно это позволяет AMOLED отображать цвета, тогда как обычные панели OLED могут быть только монохромными. AMOLED-матрицы обеспечивают самый глубокий чёрный цвет, поскольку для его «отображения» требуется лишь полностью отключить светодиоды. По сравнению с LCD, такие матрицы обладают более низким энергопотреблением, особенно при использовании тёмных тем оформления, в которых чёрные участки экрана вовсе не потребляют энергию. Другая характерная особенность AMOLED - слишком насыщенные цвета. На заре своего появления такие матрицы действительно имели неправдоподобную цветопередачу, и, хотя подобные «детские болячки» давно в прошлом, до сих пор большинство смартфонов с такими экранами имеют встроенную настройку насыщенности, которая позволяет приблизить изображение на AMOLED по восприятию к IPS-экранам.

Другим ограничением AMOLED экранов раньше являлся неодинаковый срок службы светодиодов различных цветов. Через пару лет использования смартфона это могло привести к выгоранию субпикселей и остаточному изображению некоторых элементов интерфейса, в первую очередь - на панели уведомлений. Но, как и в случае с цветопередачей, эта проблема давно ушла в прошлое, и современные органические светодиоды рассчитаны минимум на три года беспрерывной работы.

Подведём краткий итог. Наиболее качественное и яркое изображение на данный момент беспечивают AMOLED-матрицы: даже Apple, по слухам, в одном из следующих iPhone будет использовать такие дисплеи. Но, стоит учитывать, что все новейшие разработки компания Samsung, как основной производитель таких панелей, оставляет себе, а другим производителям продаёт «прошлогодние» матрицы. Поэтому, при выборе смартфона не от Samsung стоит смотреть в сторону качественных IPS-экранов. А вот гаджеты с дисплеями TN+film выбирать ни в коем случае не стоит - сегодня эта технология уже считается устаревшей.

На восприятие изображения на экране может влиять не только технология матрицы, но и рисунок субпикселей. Впрочем, с LCD всё довольно просто: в них каждый RGB-пиксель состоит из трёх вытянутых субпикселей, которые, в зависимости от модификации технологии, могут иметь форму прямоугольника или «галочки».

В AMOLED-экранах всё интереснее. Поскольку в таких матрицах источниками света являются сами субпиксели, а человеческий глаз более чувствителен к чистому зелёному свету, чем к чистому красному или синему, использование в AMOLED того же рисунка, что и в IPS, ухудшило бы цветопередачу и сделало картинку нереалистичной. Попыткой решить эту проблему стала первая версия технологии PenTile, в которой использовались пиксели двух типов: RG (красный-зелёный) и BG (синий-зелёный), состоящие из двух субпикселей соответствующих цветов. Причём, если красные и синие субпиксели имели форму, близкую к квадратам, то зелёные больше напоминали сильно вытянутые прямоугольники. Недостатками такого рисунка были «грязный» белый цвет, зазубренные края на стыке разных цветов, а при низком ppi - четко видимая сетка подложки субпикселей, появляющаяся из-за слишком большого расстояния между ними. К тому же, разрешение, указываемое в характеристиках таких устройств, было «нечестным»: если IPS HD матрица имеет 2764800 субпикселей, то AMOLED HD матрица - всего 1843200, что приводило к видимой невооружённым глазом разнице в чёткости IPS- и AMOLED-матриц с, казалось бы, одинаковой плотностью пикселей. Последним флагманским смартфоном с такой AMOLED матрицей стал Samsung Galaxy S III.

В смартпэде Galaxy Note II южнокорейская компания сделала попытку отказа от PenTile: экран устройства имел полноценные RBG-пиксели, хотя и с необычным расположением субпикселей. Тем не менее, по неясным причинам, в дальнейшем Samsung от такого рисунка отказалась - возможно, производитель столкнулся с проблемой дальнейшего увеличения ppi.

В своих современных экранах Samsung вернулась к RG-BG пикселям с использованием нового типа рисунка, который был назван Diamond PenTile. Новая технология позволила сделать белый цвет более натуральным, а что касается зазубренных краёв (например, вокруг белого объекта на чёрном фоне были чётко видны отдельные красные субпиксели), то эта проблема была решена ещё проще - увеличением ppi до такой степени, что неровности перестали быть заметны. Diamond PenTile используется во всех флагманах Samsung начиная с модели Galaxy S4.

В завершении этого раздела стоит сказать ещё об одном рисунке AMOLED-матриц - PenTile RGBW, который получается добавлением к трём основным субпикселям четвёртого, белого. До появления Diamond PenTile такой рисунок был единственным рецептом чистого белого цвета, но он так и не получил широкого распространения - одним из последних мобильных гаджетов с PenTile RGBW стал планшет Galaxy Note 10.1 2014. Сейчас AMOLED-матрицы с RGBW-пикселями применяются в телевизорах, поскольку в них не требуется высокий показатель ppi. Справедливости ради, также упомянем, что RGBW-пиксели могут использоваться и в LCD, но примеры использования таких матриц в смартфонах нам не известны.

В отличие от AMOLED, качественные IPS-матрицы никогда не испытывали проблем в качестве, связанных с рисунком субпикселей. Тем не менее, технология Diamond PenTile, вместе с высокой плотностью пикселей, позволила AMOLED догнать и обогнать IPS. Поэтому, если вы выбираете гаджеты придирчиво, не стоит покупать смартфон с экраном AMOLED, у которого плотность пикселей менее 300 ppi. При более высокой плотности никакие дефекты заметны не будут.

Конструктивные особенности

На одних только технологиях формирования изображений разнообразие дисплеев современных мобильных гаджетов не заканчивается. Одна из первых вещей, за которую взялись производители - воздушная прослойка между проекционно-ёмкостным сенсором и непосредственно дисплеем. Так появилась технология OGS, объединяющая сенсор и матрицу в один стеклянный пакет в виде сэндвича. Это дало значительный рывок по качеству изображения: увеличилась максимальная яркость и углы обзора, была улучшена цветопередача. Само собой, толщина всего пакета также была уменьшена, что позволило создать более тонкие смартфоны. Увы, но недостатки у технологии тоже есть: теперь, если вы разбили стекло, поменять его отдельно от дисплея практически нереально. Но преимущества в качестве всё же оказались важнее и теперь не-OGS экраны можно встретить разве что в самых дешёвых аппаратах.

Популярными в последнее время стали и эксперименты с формой стекла. И начались они не недавно, а как минимум в 2011 году: HTC Sensation имел вогнутое в центре стекло, которое, по замыслу производителя, должно было защитить экран от царапин. Но на качественно новый уровень такие стёкла вышли с появлением «2.5D экранов» с загнутым по краям стеклом, что создаёт ощущение «бесконечного» экрана и делает грани смартфонов более гладкими. Такие стёкла в своих гаджетах активно использует компания Apple, и в последнее время они становятся всё более и более популярными.

Логичным шагом в том же направлении стало изгибание не только стекла, но и самого дисплея, что стало возможным при использовании полимерных подложек вместо стеклянных. Тут пальма первенства, конечно, принадлежит компании Samsung с её смартфоном Galaxy Note Edge, в котором была изогнута одна из боковых граней экрана.

Другой способ предложила компания LG, которая сумела изогнуть не только дисплей, но и весь смартфон по его короткой стороне. Однако LG G Flex и его преемник не завоевали популярности, после чего производитель отказался от дальнейшего выпуска подобных аппаратов.

Также некоторые компании стараются улучшить взаимодействие человека с экраном, работая над его сенсорной частью. Например, некоторые устройства оснащаются сенсорами с повышенной чувствительностью, которые позволяют работать с ними даже в перчатках, а другие экраны получают индуктивную подложку для поддержки стилусов. Первая технология активно используется компаниями Samsung и Microsoft (бывшая Nokia), а вторая - Samsung, Microsoft и Apple.

Будущее экранов

Не стоит думать, что современные дисплеи в смартфонах достигли высшей точки своего развития: технологиям ещё есть куда расти. Одними из самых перспективных являются дисплеи на квантовых точках (QLED). Квантовая точка - это микроскопический кусочек полупроводника, в котором существенную роль начинают играть квантовые эффекты. Упрощенно процесс излучения выглядит так: воздействие слабого электрического тока заставляет электроны квантовых точек изменять энергию, излучая при этом свет. Частота излучаемого света зависит от размера и материала точек, благодаря чему можно добиться практически любого цвета в видимом диапазоне. Учёные обещают, что QLED матрицы будут иметь лучшую цветопередачу, контрастность, более высокую яркость и низкое энергопотребление. Частично технология экранов на квантовых точках используется в экранах телевизоров Sony, а прототипы имеются у LG и Philips, но о массовом применении таких дисплеев в телевизорах или смартфонах речи пока не идёт.

Высока вероятность и того, что в ближайшем будущем мы увидим в смартфонах не просто изогнутые, но и полностью гибкие, дисплеи. Тем более, что почти готовые к массовому производству прототипы таких AMOLED матриц существуют уже пару лет. Ограничением же выступает электроника смартфона, которую гибкой сделать пока невозможно. С другой стороны, крупные компании могут изменить саму концепцию смартфона, выпустив что-то вроде гаджета, показанного на фотографии ниже - нам остаётся только ждать, ведь развитие технологий происходит прямо на наших глазах.