Тип матрицы тфт. Типы матриц мониторов

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.

Слева — планшет с TN-TFT матрицей. Справа — планшет с IPS матрицей

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.

Выводы сайт

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

Данная технология изготовления матриц уже плотно вошла в современный мир. Конкурентов у нее достаточно.

Но для того, чтобы понять, какая технология лучше, следует разобраться, что такое ips матрицы и чем они лучше.

Само название «IPS» расшифровывается как In-Plan-Switching, что дословно можно перевести как «внутриплощадочное переключение» .

Проще говоря, данная технология позволяет отображать картинку на мониторе с более активной матрицей .

IPS-матрицы подразумевают под собой тип жидкокристаллического экрана. Открыли такой тип компании Hitachi и NEC в результате исследований в 1996 году.

На данный момент за улучшение этой технологии взялась также компания LG. Разработали эту технологию в качестве альтернативы ЖК-дисплеям TN+film.

Технику с такой технологией изготовления дисплеев использует достаточно много производителей, так как она позволяет значительно улучшить цветопередачу и качество изображения .

Основана работа жидкокристаллических экранов на поляризации.

Обычно, свет, который мы видим, не поляризован. Это значит, что его волны лежат во множестве различных плоскостей.

Существуют вещества, способные преклонять свет в одну плоскость, а называются такие вещества поляризаторами.

Свет не сможет пройти через два поляризатора, у которых плоскости расположены на 90 градусов по отношению друг к другу.

При расположении между ними другого вещества, способного изменять вектор падения света на необходимый угол, то мы получим возможность управлять яркостью .

Самая простая матрица ЖК-экрана содержит в себе следующие части:

• Лампа подсветки, в основном ртутная;
• Отражатели и полимерные световоды, которые в системе дают равномерную подсветку;
• Фильтр-поляризатор;
• Стеклянная пластина подложка с, нанесенными на нее, контактами;
• Жидкие кристаллы;
• Еще один поляризатор;
• Закрывающая стеклянная подложка с контактами.

Помимо стандартного фильтра в цветные матрицы встроен цветной фильтр. Каждый пиксель состоит из точек трех цветов, собранных в ячейки – красный, синий и зеленый .

Каждая из ячеек либо включена, либо выключена, тем самым, формируются оттенки и цвета. Если включить все ячейки одновременно, это даст белый цвет .

Поделить матрицы можно на пассивные и активные. Пассивные по другому называют простыми.

В них управление попиксельно, что значит от ячейки к ячейке.

При изготовлении жидкокристаллических экранов в этой технологии зачастую появляется проблема, что при увеличении диагонали автоматически увеличиваются длины проводников, передающие ток на пиксели.

Выражается эта проблема в том, что при слишком длинных проводниках во время передачи изменения на последний пиксель первый будет уже разряжен и отключится.

Также из-за большой длины ухудшается напряжение.

Эту проблему решили создание активных матриц. Основной технологией стала TFT (Thin Film Transistor – тонкопленочный транзистор).

Эта технология позволила управлять пикселями по отдельности, что значительно уменьшает время реакции матрицы.

Таким образом, появилась возможность создания мониторов и телевизоров с наибольшими диагоналями.

Транзисторы находятся по отдельности и не зависят друг от друга. У каждой ячейки пикселей имеется свой транзистор .

Для предотвращения потери заряда ячейкой, к пикселям идет конденсатор, который выступает в роли буфера емкости.

Благодаря этому, значительно уменьшено время реакции.

Виды IPS матриц

Читайте также: PLS матрица что это? Обзор на примере Philips 276E7Q + Отзывы

За все то время, что существует данная технология, было создано множество видов IPS-матриц. Их улучшали для более четкой и качественной передачи изображения.

На сегодняшний день существует 7 видов матриц:

1 S-IPS (Super IPS) – Данный вид был создан в 1998 году. В нем была значительно повышено контрастность изображения и уменьшено время отклика.

2 AS-IPS (Advanced Super IPS) – Открыта эта технология была в 2002 году. В ней повысили яркость и еще больше увеличили контрастность, за счет чего качество передачи изображений значительно улучшилось.

3 H-IPS (Horisontal IPS) – Этот вид создали в 2007 году. В нем разработчики оптимизировали передачу белого цвета, а также еще больше увеличили контрастность. Такое улучшение позволила сделать картинки с большей естественностью. Больше всего такому улучшению были рады фоторедакторы, так как при редактировании фотоэлементов стали более заметны многие детали.

4 Е-IPS (Enhanced-IPS) – Такой вид был разработан в 2009 году. В нововведении уменьшили время отклика и сделали улучшенную прозрачность. Также, такие матрицы имеют меньшее энергопотребление. Это достигается за счет установки в них маломощных и недорогих лап подсветки. Соответственно, качество изображения из-за меньшего энергопотребления незначительно снижена.

5 Р-IPS (Professional IPS) – В 2010 году выпустили более новый вид IPS. В нем было значительно увеличено количество цветов и оттенков, за счет чего изображение стало еще более красочным и детальным. Такой вид матрицы используется в более профессиональной технике, поэтому она более дорогая.

6 S-IPS II (Super IPS II) – Улучшенный вариант первого вида. Разработана она была сразу после P-IPS.

7 AH-IPS (Advanced High IPS) – На сегодняшний день, это самый лучший вид IPS-матриц, который был разработан еще в 2011 году. В ней намного улучшили естественность, яркость и четкость передаваемого изображения. На данный момент, этот вид является основным при изготовлении современной техники, имеющей дисплеи.

Типы подсветки IPS-матриц

Абсолютно в любой матрице есть встроенная подсветка. В IPS основными типами подсветки являются люминесцентные лампы и LED-подсветка (светодиодная).

Люминесцентная – более устаревший вид подсветки. На сегодняшний день встретить ее можно довольно редко. Исчезать с рынка такой вид подсветки начал с 2010 года.

Светодиодная LED-подсветка встречается в 90% матриц . Она улучшает цветопередачу и яркость экранов.

При выборе матрицы, несомненно, стоит отдавать предпочтение экранам и мониторам именно с этим типом подсветки.

Она также увеличит контрастность и четкость изображения на экране и не даст уставать глазам при длительной работе за компьютером или планшетом .

Преимущества и недостатки IPS

У данного вида матрицы есть большое количество преимуществ.

Главное из них – улучшенная цветопередача и яркость.

Также можно отметить увеличенные углы обзора, благодаря которым изображение будет четко видно с любого ракурса.

Еще, неотъемлемым преимуществом является то, что на таком типе матрицы очень хорошо видно пиксели.

Пользователи отмечают, что на IPS-матрица черный цвет более черный.

Остальные цвета более насыщенно передаются на экран.

Из недостатков можно отметить высокую стоимость.

Несмотря на то, что технология довольно давно закрепилась на рынке, стоимость у нее всё равно высокая.

Это связано с более высокими показателями, а также дороговизной исходных материалов.

К недостаткам еще можно причислить малое быстродействие. В то время как у TN-матриц время переключения изображения составляет 1 мс, то у IPS этот показатель составляет 8-10 мс.

Также пользователями отмечена высокая инерционность, которая при просмотре фильмов в формате 3D незначительно притормаживает кадровую частоту.

Сравнение IPS и TFT дисплеи

Читайте также: ТОП-15 Телевизоров с технологией Смарт ТВ | Рейтинг актуальных моделей в 2019 году

TFT дисплеи – это разновидность ЖК дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкопленочными транзисторами. Она усиливает каждый пиксель, улучшает быстродействие и контрастность .

Самым же продвинутым созданием считается TFT IPS (IPS является разновидностью TFT), это проявляется в том, что жидкие кристаллы в нем расположены параллельно, когда через них проходит ток, они стройно и быстро поворачиваются в другую сторону.

Угол обзора таких дисплеев достигает 180 градусов, а картинка отличается высокой контрастностью и хорошей цветопередачей.

Последние модели айфонов и айпадов избрали именно IPS-версию, но количество пикселей на конкретную единицу площади.

Это может быть показателем того, что из этих вариантов более стоящее, надежное и имеет потенциал к развитию.

Телевизоры c IPS

Читайте также: Какой телевизор лучше выбрать? ТОП-12 актуальных моделей 2018 года

Диагональ экрана этого телевизора составляет 40”. Также, снабжена IPS-матрицей.

Экран тонкий, а дизайн очень качественный. Разрешение 1920х1080 пикселей.

Подсветка установлена светодиодная (LED). Так как матрица установлена технологии IPS, то и углы обзора соответствующие – 178 градусов.

У этой модели та же диагональ, что и у предыдущей – 40”.

Оснащена матрицей IPS, которая подсвечена с помощью LED-подсветки ленточного типа.

Разрешение у этого телевизора стандартное – 1920х1080 пикселей. Углы обзора соответствуют стандарту типа матрицы, и составляет 178 градусов.

LG 32LF510U

Так как компания LG последние годы занимается улучшением технологии IPS-матриц, несомненно, они снабжают технику собственного производства таким типом матриц.

У этой модели телевизора диагональ 32”, а разрешение 1366х768 пикселей. Тем не менее, на качестве изображения это никак не сказывается.

Углы обзора как и у всех устройств с IPS-матрицей составляет 178 градусов.

Читайте также: ТОП 10 Самых лучших ультрабуков на рынке | Актуальный рейтинг 2019 года

Экран данной модели ноутбука имеет диагональ 14” с встроенной IPS-матрицей.

Матовое покрытие экрана Acer SWIFT 3 не отсвечивает при прямом попадании света.

Угол обзора составляет 178 градусов, что является стандартом для этого типа матриц. Разрешение - 1920х1080 пикселей.

Эта модель ноутбука имеет матрицу IPS, с разрешением 1920х1080 пикселей, либо 3840х2160 пикселей (зависит от модификации). Диагональ экрана 15,6“.

Угол обзора составляет стандартные для IPS 178 градусов.

Как ни странно, выбрать качественный дисплей монитора компьютера или ноутбука можно только опытным путем. Данная статья поможет вам разобраться в параметрах, на которые следует обратить внимание при выборе монитора или ноутбука.

Как выбрать монитор или дисплей ноутбука с идеальными характеристиками?

Качественный дисплей имеет огромное преимущество в мультимедиа задачах на ПК, а в отношении ноутбука — это половина. Взгляните на небольшой список недостатков дисплея, которых стоит опасаться при покупке нового мобильного компьютера или монитора для ПК:

• низкие характеристики яркости и контраста
• небольшие углы обзора
• блики

Заменить экран ноутбука (лэптопа) весьма затруднительно, чем купить новый монитор для настольного компьютера, не говоря уже о том, чтобы установить новую ЖК-матрицу в мобильный компьютер, что можно сделать далеко не во всех случаях, поэтому к выбору экрана портативного ПК следует подходить со всей ответственностью.

Еще раз напомню, что верить обещаниям рекламных материалов торговых сетей и производителей компьютеров нельзя. Дочитав руководство по выбору монитора и дисплея мобильного компьютера , вы сможете найти отличие между TN-матрицей и матрицей IPS , дать оценку контрастности, определить необходимый уровень яркости и другие важные параметры жидкокристаллического экрана. Вы сэкономите время и средства на поиски монитора для ПК и дисплея ноутбука, выбрав качественный жидкокристаллический экран вместо посредственного.

Что лучше: IPS или TN матрица?

В экранах ноутбуков, ультрабуков, планшетов и других портативных компьютеров обычно используются жидкокристаллические панели двух типов:

• IPS (In-Plane Switching)
• TN (Twisted Nematic)

У каждого типа есть свои преимущества и недостатки, но стоит учесть, что и предназначены они для разных групп потребителей. Давайте узнаем, какой тип матрицы подойдет именно вам.

IPS-дисплеи: отличная цветопередача

Дисплеи на основе матриц стандарта IPS обладают следующими преимуществами :

• большие углы обзора - вне зависимости от стороны и угла человеческого взгляда, изображение не будет блеклым и не потеряет насыщенности цветов
• великолепная цветопередача — IPS-дисплеи передают цвета диапазона RGB без искажений
• отличаются довольно высокой контрастностью.

Если вы собираетесь с предварительной или заниматься видеомонтажом, вам понадобится устройство с экраном данного типа.

Недостатки технологии IPS по сравнению с TN:

• длительное время отклика пикселей (по этой причине дисплеи этого типа в меньшей степени подходят для динамичных 3D-игр).
• мониторы и мобильные компьютеры с IPS-панелями как правило стоят дороже, чем модели с экранами на основе матриц TN.

TN-дисплеи: недорогие и быстрые

Наибольшее распространение в настоящее время получили жидкокристаллические матрицы, изготовленные по технологии TN . К их преимуществам относятся:

• низкая стоимость
• небольшая потребляемая мощность
• время отклика.

TN-экраны хорошо проявляют себя в динамичных играх - например, шутерах от первого лица (FPS) с быстрой сменой сцен. Для подобных приложений требуется экран со временем отклика не более 5 мс (у IPS-матриц оно обычно больше). В противном случае на дисплее могут наблюдаться различного рода визуальные артефакты, такие как шлейфы у быстро движущихся объектов.

В том случае, если вы желаете использовать на мониторе или ноутбуке со стереоэкраном, вам также лучше отдать предпочтение TN-матрице. Некоторые дисплеи данного стандарта способны обновлять изображение со скоростью 120 Гц, что является необходимым условием для работы стереоочков активного типа.

Из недостатков TN дисплеев стоит выделить следущие:

• панели стандарта TN имеют ограниченные углы обзора
• посредственную контрастность
• не способны отображать все цвета пространства RGB, поэтому они непригодны для профессионального редактирования изображений и видео.

Очень дорогие TN-панели, однако, лишены некоторых характерных недостатков и по качеству приближаются к хорошим IPS-экранам. Например, в Apple MacBook Pro с Retina используется TN-матрица, почти не уступающая дисплеям IPS в плане цветопередачи, углов обзора и контрастности.

Как отличить IPS от TN

Если вам понравился монитор или ноутбук, а технические характеристики дисплея не известны, то следует посмотреть на его экран под различными углами. В том случае, если изображение при этом тускнеет, а его цвета сильно искажаются, перед вами монитор или мобильный компьютер с посредственным TN-дисплеем. Если же, несмотря на все ваши старания, картинка не потеряла своих красок - данный монитор с матрицей, изготовленной по технологии IPS, либо с TN высокого качества.

Внимание: избегайте ноутбуков и мониторов с матрицами, на которых заметны сильные искажения цветов под большими углами. Для игр выбирайте компьютерный монитор с дорогим TN-дисплеем, для остальных задач лучше отдать предпочтение IPS-матрице.

Немаловажные параметры: яркость и контрастность монитора

Рассмотрим еще два важных параметра дисплея:

• максимальный уровень яркости
• контрастность.

Яркости мало не бывает

Для работы в помещении с искусственным освещением достаточно дисплея с максимальным уровнем яркости 200–220 кд/м2 (кандел на квадратный метр). Чем ниже значение этого параметра, тем темнее и тусклее будет изображение на дисплее. Не советую покупать мобильный компьютер с экраном, у которого максимальный уровень яркости не превышает 160 кд/м2. Для комфортной работы вне помещений солнечным днем понадобится экран с яркостью не менее 300 кд/м2. В общем случае, чем выше яркость дисплея, тем лучше.

При покупке также следует проверить равномерность подсветки экрана. Для этого стоит воспроизвести на экране белый или темно-синий цвет (это можно сделать в любом графическом редакторе) и убедиться в отсутствии светлых и темных пятен по всей поверхности экрана.

Статическая и шахматная контрастность

Максимальный уровень статической контрастности экрана - это соотношение яркости последовательно отображаемых черных и белых цветов. Например, значение контрастности 700:1 означает, что при выводе белого цвета яркость дисплея будет в 700 раз выше, чем при демонстрации черного.

Тем не менее на практике картинка почти никогда не бывает полностью белой или черной, поэтому для более приближенной к реальности оценки используют понятие контрастности по шахматному полю.

Вместо того чтобы последовательно заливать экран черным и белым цветами, на него выводят тестовый шаблон в виде черно-белой шахматной доски. Это гораздо более трудный для дисплеев тест, поскольку вследствие технических ограничений нельзя отключить подсветку под черными прямоугольниками и одновременно освещать с максимальной яркостью белые. Хорошей контрастностью по шахматному полю для ЖК-дисплеев считается значение 150:1, отличной - 170:1.

Чем выше контрастность, тем лучше. Для ее оценки выведите на дисплей ноутбука шахматную таблицу и проверьте глубину черного цвета и яркость белого.

Матовый или глянцевый экран

Наверное, многие обращали внимание на различие в покрытии матриц:

• матовое
• глянцевое

Выбор зависит от того, в каком месте и для каких целей вы планируете использовать монитор или ноутбук. Матовые ЖК-дисплеи имеют шероховатое покрытие матрицы, плохо отражающее внешний свет, поэтому они не бликуют на солнце. К явным недостаткам следует отнести так называемый кристаллический эффект, проявляющийся в легкой дымчатости изображения.

Глянцевое покрытие гладкое и лучше отражает свет, испускаемый внешними источниками. Глянцевые дисплеи, как правило, ярче и контрастнее матовых, а цвета на них кажутся насыщеннее. Однако такие экраны бликуют, что приводит к преждевременному утомлению при долгой работе, особенно если у дисплея недостаточный запас яркости.

Экраны с глянцевым покрытием матрицы, имеющие недостаточный запас яркости, отражают окружающую обстановку, что приводит к преждевременному утомлению пользователя.

Сенсорный экран и разрешение

Windows 8 стала первой операционной системой Microsoft, оказавшей огромное влияние на развитие экранов мобильных компьютеров, в которой отчетливо видна оптимизация графической оболочки под сенсорные экраны. Ведущие разработчики выпускают ноутбуки (ультрабуки и гибриды), моноблоки с тачскринами. Стоимость таких устройств обычно выше, но и управлять ими удобнее. Тем не менее вам придется смириться с тем, что экран будет быстро терять презентабельный внешний вид из-за жирных следов отпечатков пальцев, и регулярно протирать его.

Чем меньше экран и выше его разрешение, тем большее количество точек, формирующих изображение, приходится на единицу площади и тем выше его плотность. Например, 15,6-дюймовый дисплей с разрешающей способностью 1366×768 пикселей имеет плотность 100 точек на дюйм.

Внимание! Не покупайте мониторы с экранами, обладающими плотностью точек менее 100 точек на дюйм, поскольку на них будет заметна зернистость изображения.

До выхода Windows 8 высокая плотность пикселей приносила скорее больше вреда, чем пользы. Мелкие шрифты на маленьком экране с высоким разрешением было очень сложно разглядеть. В Windows 8 заложена новая система адаптации к экранам с различной плотностью, поэтому теперь пользователь может выбирать портативный компьютер с такими диагональю и разрешающей способностью дисплея, которые сочтет нужными. Исключение составляют поклонники видеоигр, поскольку для запуска игр со сверхвысокими разрешениями потребуется мощная графическая карта.

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.

Для многих жидкокристаллические дисплеи (LCD) ассоциируются, прежде всего, с плоскими мониторами, "крутыми" телевизорами, ноутбуками, видеокамерами и сотовыми телефонами. Некоторые добавят сюда КПК, электронные игры, банковские автоматы. Но существует еще множество областей, где необходимы дисплеи с высокой яркостью, прочной конструкцией, работающие в широком диапазоне температур.

Плоские дисплеи нашли применение там, где критичными параметрами являются минимальные энергопотребление, вес и габариты. Машиностроение, автомобильная промышленность, железнодорожный транспорт, морские буровые установки, горное оборудование, наружные торговые точки, авиационная электроника, морской флот, специальные транспортные средства, системы безопасности, медицинское оборудование, вооружение - вот далеко не полный перечень применений жидкокристаллических дисплеев.

Постоянное развитие технологий в этой области позволило снизить стоимость производства LCD до такого уровня, при котором произошел качественный переход: дорогая экзотика стала обыденным явлением. Важным фактором быстрого распространения ЖК-дисплеев в промышленности стала и простота применения.

В этой статье рассматриваются основные параметры различные типов жидкокристаллических дисплеев, что позволит сделать осознанный и правильный выбор LCD для каждого конкретного применения (метод "побольше и подешевше" практически всегда оказывается слишком дорогим).

Все многообразие ЖК-дисплеев можно разделить на несколько типов в зависимости от технологии производства, конструкции, оптических и электрических характеристик.

Технология

В настоящее время при производстве LCD применяются две технологии (рис.1): пассивная матрица (PMLCD-STN) и активная матрица (AMLCD).

Технологии MIM-LCD и Diode-LCD не получили широкого распространения и поэтому не будем на них тратить время.

Рис. 1. Виды технологий жидкокристаллических дисплеев

STN (Super Twisted Nematic)- матрица, состоящая из ЖК-элементов с изменяемой прозрачностью.

TFT (Thin Film Transistor)- активная матрица, в которой каждый пиксел управляется отдельным транзистором.

По сравнению с пассивной матрицей, TFT LCD имеет более высокую контрастность, насыщенность, меньшее время переключения (нет "хвостов" у движущихся объектов).

Управление яркостью в жидкокристаллическом дисплее основано на поляризации света (курс общей физики): свет поляризуется, проходя через поляризационный фильтр (с определенным углом поляризации). При этом наблюдатель видит только снижение яркости света (почти в 2 раза). Если за этим фильтром поставить еще один такой фильтр, то свет будет полностью поглощаться (угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу поляризации первого) или полностью проходить (углы поляризации совпадают). При плавном изменении угла поляризации второго фильтра интенсивность проходящего света будет также плавно изменяться.

Принцип действия и "бутербродная" структура всех TFT LCD примерно одинакова (рис. 2). Свет от лампы подсветки (неоновая или светодиоды) проходит через первый поляризатор и попадает в слой жидких кристаллов, управляемых тонкопленочным транзистором (TFT). Транзистор создает электрическое поле, которое формирует ориентацию жидких кристаллов. Пройдя такую структуру, свет меняет свою поляризацию и будет - или полностью поглощен вторым поляризационным фильтром (черный экран), или не будет поглощаться (белый), или поглощение будет частичным (цвета спектра). Цвет изображения определяют цветовые фильтры (аналогично электронно-лучевым трубкам, каждый пиксел матрицы состоит из трех субпикселов - красного, зеленого и голубого).

Рис. 2. Структура TFT LCD

Пиксел TFT

Цветные фильтры для красного, зелёного и синего цветов интегрированы в стеклянную основу и расположены близко друг к другу. Это может быть вертикальная полоса, мозаичная структура или дельта-структура (рис. 3). Каждый пиксел (точка) состоит из трёх ячеек указанных цветов (субпикселей). Это означает, что при разрешении m x n активная матрица содержит 3m x n транзисторов и субпикселов. Шаг пиксела (с тремя субпикселами) для 15.1" TFT ЖК-дисплея (1024 x 768 точек) составляет примерно 0.30 мм, а для 18.1" (1280 x 1024 точки)- 0.28 мм. TFT LCD имеют физическое ограничение, которое определяется максимальной площадью экрана. Не ждите разрешения 1280 x 1024 при диагонали 15" и шаге точки 0.297 мм.

Рис. 3. Структура цветного фильтра

На близком расстоянии точки явственно различимы, но это не беда: при формировании цвета используется свойство человеческого глаза смешивать цвета при угле зрения менее 0,03°. На расстоянии 40 см от ЖК-дисплея при шаге между субпикселами 0,1 мм угол зрения составит 0,014° (цвет каждого субпиксела различит только человек с орлиным зрением).

Типы ЖК-дисплеев

TN (Twist Nematic) TFT или TN+Film TFT - первая технология, появившаяся на рынке ЖК-дисплеев, основное достоинство которой& - дешевизна. Недостатки: черный цвет больше похож на темно-серый, что приводит к низкой контрастности изображения, "мертвые" пиксели (при выходе из строя транзистора) очень яркие и заметные.

IPS (In-Pane Switching) (Hitachi) или Super Fine TFT (NEC, 1995 год). Характеризуется наибольшим углом обзора и высокой точностью цветопередачи. Угол обзора расширен до 170°, остальные функции - как у TN+Film (время отклика порядка 25мс), практически идеальный черный цвет. Преимущества: хорошая контрастность, "мертвый" пиксель - черный.

Super IPS (Hitachi), Advansed SFT (производитель - NEC). Достоинства: яркое контрастное изображение, искажения цвета почти незаметны, увеличены углы обзора (до 170° по вертикали и по горизонтали) и обеспечена исключительная четкость.

UA-IPS (Ultra Advanced IPS), UA-SFT (Ultra Advanced SFT) (NEC). Время реакции достаточно для обеспечения минимальных искажений цвета при просмотре экрана под разными углами, повышенная прозрачность панели и расширение цветовой гаммы при достаточно высоком уровне яркости.

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) (Fujitsu).Основное преимущество - наименьшее время реакции и высокая контрастность. Главный недостаток - высокая стоимость.

PVA (Patterned Vertical Alignment) (Samsung). Микроструктурное вертикальное размещение ЖК.

Конструкция

Конструкция жидкокристаллического дисплея определяется расположением слоев в "бутерброде" (включая и светопроводящий слой) и имеет наибольшее значение для качества изображения на экране (в любых условиях: от темного помещения до работы при солнечном свете). В настоящее время используются три основных типа цветных LCD:

• пропускающий (transmissive), предназначенный в основном для оборудования, работающего в помещении;
• отражающий (reflective) применяется в калькуляторах и часах;
• проекционный (projection) используется в ЖК-проекторах.

Компромиссной разновидностью пропускающего типа дисплея для работы, как в помещении, так и при внешнем освещении, является полупрозрачный (transflective) тип конструкции.

Пропускающий тип дисплея (transmissive) . В этом типе конструкции свет поступает сквозь жидкокристаллическую панель с задней стороны (подсветка) (рис. 4).По этой технологии сделаны большинство ЖК-дисплеев, используемых в ноутбуках и карманных компьютерах. Transmissive LCD имеет высокое качество изображения в помещении и низкое (черный экран) при солнечном свете, т.к. отраженные от поверхности экрана солнечные лучи полностью подавляют свет, излучаемый подсветкой. Эта проблема решается (в настоящее время) двумя способами: увеличением яркости задней подсветки и уменьшением количества отраженного солнечного света.

Рис. 4. Конструкция жидкокристаллического дисплея пропускающего типа

Для работы при дневном освещении в тени необходима лампа подсветки, обеспечивающая 500 кд/м2, при прямом солнечном свете - 1000 кд/м 2 . Яркости в 300 кд/м 2 можно добиться путем предельного увеличения яркости одной лампы CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) или добавлением второй лампы, расположенной напротив. Модели жидкокристаллических дисплеев с повышенной яркостью используют от 8 до 16 ламп. Однако увеличение яркости подсветки увеличивает расход энергии батарей (одна лампа подсветки потребляет около 30% энергии, используемой устройством). Следовательно, экраны с повышенной яркостью можно использовать только при наличии внешнего источника питания.

Уменьшение количества отраженного света достигается нанесением антиотражающего покрытия на один или несколько слоев дисплея, заменой стандартного поляризационного слоя на минимально отражающий, добавлением пленок, повышающих яркость и, таким образом, увеличивающих эффективность источника света. В ЖК-дисплеях Fujitsu преобразователь заполняется жидкостью с коэффициентом рефракции, равным коэффициенту рефракции сенсорной панели, что значительно сокращает количество отраженного света (но сильно сказывается на стоимости).

Полупрозрачный тип дисплея (transflective) похож на пропускающий, но у него между слоем жидких кристаллов и подсветкой имеется т. н. частично отражающий слой (рис.5). Он может быть или частично серебряным, или полностью зеркальным со множеством маленьких отверстий. Когда такой экран используется в помещении, он работает аналогично transmissive LCD, в котором часть освещения поглощается отражающим слоем. При дневном освещении солнечный свет отражается от зеркального слоя и освещает слой ЖК, при этом свет проходит жидкие кристаллы дважды (внутрь, а затем наружу). Как следствие, качество изображения при дневном освещении ниже, чем при искусственном освещении в помещении, когда свет проходит LCD один раз.

Рис. 5. Конструкция жидкокристаллического дисплея полупрозрачного типа

Баланс между качеством изображения в помещении и при дневном освещении достигается подбором характеристик пропускающего и отражающего слоев.

Отражающий тип дисплея (reflective) имеет полностью отражающий зеркальный слой. Все освещение (солнечный свет или свет передней подсветки) (рис. 6), проходит сквозь ЖКИ, отражается от зеркального слоя и снова проходит сквозь ЖКИ. В этом случае качество изображения у дисплеев отражающего типа ниже, чем у полупропускающего (так как в обоих случаях используются сходные технологии). В помещении передняя подсветка не так эффективна, как задняя, и, соответственно, качество изображения - ниже.

Рис. 6. Конструкция жидкокристаллического дисплея отражающего типа

Основные параметры жидкокристаллических панелей

Разрешение. Цифровая панель, число пикселей в которой строго соответствует номинальному разрешению, должна корректно и быстро масштабировать изображение. Простой способ проверки качества масштабирования - изменение разрешения (на экране текст, написанный мелким шрифтом). По контурам букв легко заметить качество интерполяции. Качественный алгоритм дает ровные, но немного размытые буквы, тогда как быстрая целочисленная интерполяция обязательно вносит искажения. Быстродействие - второй параметр разрешения (для масштабирования одного кадра требуется время на интерполяцию).

Мертвые пиксели. На плоской панели могут не работать несколько пикселей (они всегда одного цвета), которые появляются в процессе производства и восстановлению не подлежат.

Стандарт ISO 13406-2 определяет предельные значения количества дефектных пикселов на миллион. В соответствии с таблицей ЖК-панели делятся на 4 класса.

Таблица 1

Угол обзора. Максимальный угол обзора определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения уменьшается в 10 раз. Но в первую очередь при изменении угла обзора от 90(видны искажения цвета. Поэтому, чем больше угол обзора, тем лучше. Различают горизонтальный и вертикальный угол обзора, рекомендуемые минимальные значения - 140 и 120 градусов соответственно (наилучшие углы обзора даёт технология MVA).

Время отклика (инерционность)- время, за которое транзистор успевает изменить пространственную ориентацию молекул жидких кристаллов (чем меньше, тем лучше). Для того чтобы быстро движущиеся объекты не казались смазанными, достаточно времени отклика 25 мс. Этот параметр состоит из двух величин: времени на включение пикселя (come-up time) и времени на выключение (come-down time). Время отклика (точнее, время выключения как наибольшее время, за которое отдельный пиксель максимально изменяет свою яркость) определяет частоту обновления изображения на экране

FPS = 1 с/время отклика.

Яркость - преимущество ЖК-дисплея, которая в среднем в два раза выше показателей ЭЛТ: с увеличением интенсивности лампы подсветки сразу возрастает яркость, а в ЭЛТ необходимо усиливать поток электронов, что приведёт к значительному усложнению её конструкции и повысит электромагнитное излучение. Рекомендуемое значение яркости - не менее 200 кд/м 2 .

Контрастность определяется как соотношение между максимальной и минимальной яркостью. Основная проблема заключается в сложности получения точки чёрного цвета, т.к. лампа подсветки включена постоянно и для получения тёмных тонов используется эффект поляризации. Чёрный цвет зависит от качества перекрытия светового потока подсветки.

ЖК-дисплеи как сенсоры. Снижение стоимости и появление моделей LCD, работающих в жестких условиях эксплуатации, позволило совместить в одном лице (в лице жидкокристаллического дисплея) средство вывода визуальной информации и средство ввода информации (клавиатура). Задача построения такой системы упрощается использованием контроллера последовательного интерфейса, который подключается, с одной стороны, к ЖК-дисплею, а с другой - непосредственно к последовательному порту (СОМ1 - СОМ4) (рис.7). Для управления, декодирования сигналов и подавления "дребезга" (если так можно назвать определение прикосновения) применяется PIC-контроллер (например, IF190 фирмы Data Display), обеспечивающий высокое быстродействие и точность определения точки прикосновения.

Рис. 7. Блок-схема TFT LCD на примере NL6448BC-26-01 дисплея фирмы NEC

Завершим на этом теоретические изыскания и перейдем к реалиям сегодняшнего дня, а точнее - к тому, что имеется сейчас на рынке жидкокристаллических дисплеев. Среди всех изготовителей TFT LCD рассмотрим продукцию NEC, Sharp, Siemens и Samsung. Выбор этих фирм обусловлен

1. лидерством на рынке ЖК-дисплеев и технологий производства TFT LCD;
2. доступностью продукции на рынке стран СНГ.

Компания NEC Corporation выпускает жидкокристаллические дисплеи (20% рынка) практически с момента их появления и предлагает не только широкий выбор, но и различные варианты исполнения: стандартный (Standard), специальный (Special) и особый (Specific). Стандартный вариант - компьютеры, офисное оборудование, домашняя электроника, коммуникационные системы и т.п. Специальное исполнение применяется на транспорте (любом: наземном и морском), системах управления движением, системах безопасности, медицинском оборудовании (не связанном с системами жизнеобеспечения). Для систем вооружений, авиации, космического оборудования, систем управления ядерными реакторами, систем жизнеобеспечения и других аналогичных предназначен особый вариант исполнения (понятно, что стоит это недешево).

Перечень выпускаемых ЖК-панелей для промышленного применения (инвертер для лампы подсветки поставляется отдельно) приведен в таблице 2, а блок-схема (на примере 10-дюймового дисплея NL6448BC26-01)- на рис. 8.

Рис. 8. Внешний вид дисплея

Таблица 2. Модели ЖК-панелей фирмы NEC

Сыграла значительную роль в развитии LCD-технологий. Компания Sharp и сейчас находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. В 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы с разрешением 160х120 пикселов. Краткий перечень продукции - в таблице 3.

Таблица 3. Модели ЖК-панелей фирмы Sharp

Выпускает жидкокристаллические дисплеи с активной матрицей на низкотемпературных поликремниевых тонкопленочных транзисторах. Основные характеристики дисплеев с диагональю 10,5" и 15" приведены в таблице 4. Обратите внимание на диапазон рабочих температур и стойкость к ударам.

Таблица 4. Основные характеристики ЖК-дисплеев фирмы Siemens

Примечания:

I - встроенный инвертор l - в соответствии с требованиями стандарта MIL-STD810

Фирма выпускает жидкокристаллические дисплеи под торговой маркой "Wiseview™". Начав с выпуска 2-дюймовой TFT панели для поддержки Интернета и анимации в мобильных телефонах, Samsung теперь производит гамму дисплеев от 1,8" до 10,4" в сегменте малых и средних TFT LCD, причем некоторые модели предназначены для работы при естественном освещении (таблица 5).

Таблица 5. Основные характеристики ЖК-дисплеев Samsung малых и средних размеров

Примечания:

LED - светодиодная; CCFL - флуоресцентная лампа с холодным катодом;

В дисплеях используется технология PVA.

Выводы.

В настоящее время выбор модели жидкокристаллического дисплея определяется требованиями конкретного применения и в значительно меньшей степени - стоимостью LCD.