Жидкокристаллические дисплеи: типы, устройство, характеристики. Как устроен жк дисплей

Монитор - пожалуй один из самых основных элементов компьютера: именно от него зависит, будут ли через десять минут использования болеть глаза, сможете ли вы корректно обработать картинку, и даже сможете ли вы вовремя заметить врага в компьютерной игре. И за больше чем 15 лет существования жидкокристаллических мониторов количество разновидностей матриц превысило десяток, а разброс цен от нескольких тысяч до сотен тысяч рублей - и в этой статье мы разберемся, какие типы матриц существуют, и какие будут лучшими для той или иной задачи.

TFT TN

Самый старый тип матрицы, который все еще занимает значительную долю рынка и не собирается с него уходить. Именно TN в продаже уже давно нет - в основном продаются улучшенные модификации, TN+film: улучшение позволило довести горизонтальные углы обзора до 130-150 градусов, но вот с вертикальными все плохо: даже при отклонении на десяток градусов цвета начинают меняться, вплоть до инвертирования. К тому же в большинстве своем такие мониторы не охватывают и 70% sRGB, а значит для цветокоррекции они не подойдут. Еще один минус - достаточно низкая максимальная яркость, обычно она не превышает 150 Кд/м^2: этого хватит разве что для работы в помещении.

Казалось бы - все, TFT TN безнадежно устарели и их пора списывать. Однако не все так просто - эти матрицы имеют наименьшее время отклика, и поэтому прочно обосновались в дорогом игровом сегменте. Шутка ли - время задержки наилучших TN не превышает 1 мс, что в теории позволяет вывести аж 1000 отдельных кадров в секунду (на деле меньше, но сути это не меняет) - отличное решение для киберспортсмена. Ну и к тому же в таких матрицах за уши притянули яркость до 250-300 Кд/м^2, а цветовой охват худо-бедно соответствует 80-90% sRGB: для цветокоррекции не подойдет все равно (углы обзора небольшие), а вот для игр это идеальное решение. Увы - все эти улучшения привели к тому, что стоимость таких мониторов от 500 долларов только начинается, так что использовать их имеет смысл только тем, кому критично важна минимальная задержка.

Ну а в низком ценовом сегменте TN все больше вытесняется MVA и IPS - последние выдают гораздо лучшую картинку, и стоят буквально на 1-2 тысячи дороже, так что если есть возможность - лучше за них переплатить.

TFT IPS

Этот тип матриц начал свой путь на пользовательский рынок с телефонов, где низкие углы обзора у TN-матриц достаточно сильно мешали нормальному использованию. В последние несколько лет цена на IPS мониторы значительно снизилась, и их теперь можно купить даже в бюджетный компьютер. У этих матриц есть два основных плюса: углы обзора достигают почти 180 градусов как по горизонтали, так и по вертикали, и они обычно имеют хороший цветовой охват прямо из коробки - даже в мониторах дешевле 10 тысяч рублей нередко есть профиль с охватом в 100% sRGB. Но, увы, минусов тоже хватает: это невысокая контрастность, обычно не выше 1000:1, из-за чего черный выглядит не как черный, а как темно-серый, и так называемый glow-эффект: при взгляде с определенного угла матрица кажется розоватой (или фиолетовой). Так же раньше была проблема с невысоким временем отклика - до 40-50 мс (что позволяло честно вывести на экран всего 20-25 кадров, остальные смазывались). Однако сейчас такой проблемы нет, и даже дешевые IPS-матрицы имеют время отклика не выше 4-6 мс, что позволяет спокойно вывести 100-150 кадров - этого более чем хватает для любого использования, даже игрового (без фанатизма со 120 fps, конечно же).

Всего подвидов IPS много, разберем основные:

• TFT S-IPS (Super IPS) - самое первое улучшение IPS: увеличены углы обзора и скорость реакции пикселя. В продаже уже давно нет.
• TFT H-IPS (Horizontal IPS) - почти не встречается в продаже (всего одна модель на Яндекс.Маркете, и то из остатков). Этот тип IPS появился в 2007 году и в сравнении с S-IPS немного увеличилась контрастность, поверхность экрана выглядит более однородной.
• TFT UH-IPS (Ultra Horizontal IPS) – улучшенная версия H-IPS. Благодаря уменьшению размера полосы, разделяющей субпиксели, на 18 % было увеличено пропускание света. На сегодняшний момент этот тип IPS-матриц так же устарел.
• TFT E-IPS (Enhanced IPS) - еще один устаревший тип IPS. Имеет другую структуру пикселя и пропускает больше света, что позволяет снизить яркость подсветки, что приводит к уменьшению цены монитора и снижению энергопотребления. Имеет достаточно низкое время отклика (меньше 5 мс).
• TFT P-IPS (Professional IPS) - достаточно редкие и очень дорогие матрицы, созданные для профессиональной обработки фото: они обеспечивает великолепную цветопередачу (глубина цвета 30 бит и 1.07 миллиарда цветов).
• TFT AH-IPS (Advanced High Performance IPS) - новейший тип IPS: улучшена цветопередача, увеличено разрешение и PPI, повышена яркость и понижено энергопотребление, время отклика не превышает 5-6 мс. Именно этот тип IPS сейчас активно продается.

Основные типы матриц такие:

• TFT MVA (Multidomain Vertical Aligment) - широкие углы обзора, отличная цветопередача, идеальный черный цвет, высокая контрастность изображения, однако большое время реакции пикселя. По цене они находятся между бюджетными TN и IPS, и предлагают такие же средние возможности. Так что если вам не важны игры - можно сэкономить 1-2к и взять MVA вместо IPS.
• TFT PVA (Patterned Vertical Alignment) одна из разновидностей технологии TFT MVA, была разработана компанией Samsung. Из плюсов в сравнении с MVA - снижена яркость черного цвета.
• TFT S-PVA (Super PVA) - улучшенная технология PVA: были увеличены углы обзора матрицы.

OLED

Это самые новые матрицы, которые стали появляться на пользовательском рынке буквально пару лет назад и по астрономическим ценам. Плюсов у них масса: во-первых у них нет такого понятия как яркость черного цвета, т.к. при выводе черного цвета светодиоды банально не работают, так что черный цвет выглядит как черный, а контрастность в теории равна бесконечности. Во-вторых, время отклика таких матриц составляет десятые доли миллисекунды - это в несколько раз меньше, чем даже у киберспортивных TN. В-третьих, углы обзора не только составляют почти 180 градусов, но и к тому же почти не падает яркость при отклонении монитора. В-четвертых - очень широкий цветовой охват, который может составлять и 100% AdobeRGB - таким результатом может похвастаться не каждая IPS-матрица. Однако, увы, есть две проблемы, которые сводят многие достоинства на нет: это мерцание матрицы на частоте 240 Гц, что может привести к боли в глазах и повышенной утомляемости, и выгорание пикселей, так что такие матрицы недолговечны. Ну и третья проблема, которая есть у многих новых решений - это заоблачная цена, местами более чем вдвое выше, чем у профессиональных IPS. Однако уже всем понятно, что за такими матрицами будущее, а их проблемы будут решаться, и цены на них падать.

Обладают различными разрешениями и размерами, могут иметь матовую или глянцевую поверхность и такие функциональные возможности, как частота обновления 120 Гц и поддержка 3D. Диапазон мониторов и вариации в спецификациях могут быть довольно сложными и, более того, не всегда стоит доверять цифрам. Одним из принципиально наиболее важных аспектов жидкокристаллических дисплеев, определяющих их работу и то, какие задачи они будут лучше всего выполнять, является тип панели. Хотя существует множество их разновидностей, все современные экраны обычно попадают в одну из трех категорий, каждая из которых отличается от другой своими характеристиками.

Принцип работы жидкокристаллического дисплея

Экран состоит из двух слоев поляризованного материала с ЖК-прослойкой между ними. Когда в жидкокристаллическом дисплее питание поступает в этот слой, электрический ток заставляет кристаллы выравниваться так, чтобы свет мог (или не мог) проходить сквозь них. Преодолев фронтальную поляризованную панель, свет встречает на своем пути фильтр, который пропускает только его красную, зеленую или синюю составляющую. Кластер из этих трех цветов образует на экране пиксель. Благодаря выборочному освещению можно создавать широкий диапазон оттенков.

Устройство жидкокристаллических и плазменных дисплеев кардинально различается. В последнем случае вместо подсветки и набора фильтров изображение создается (плазмой), который загорается при прохождении через него электрического тока.

TN-дисплеи

В течение нескольких лет мониторы с TN-панелями были самыми распространенными на рынке. Производители всегда стараются в своих спецификациях сообщить об использовании «альтернативного» типа жидкокристаллического дисплея. Если он не указан, то это, скорее всего, TN. К общим характеристикам данной технологии относится относительно низкая стоимость производства и относительно высокий уровень отзывчивости. Пиксели быстро меняют свое состояние, что позволяет обеспечить большую плавность движущихся изображений. Некоторые дисплеи Twisted Nematic («скрученной нематики») имеют удвоенную частоту обновления (120 Гц вместо 60 Гц), что позволяет им использовать технологии «активного 3D-затвора» и отображать в 2 раза больше информации, обеспечивая более плавный игровой процесс. В последних моделях частота регенерации изображения повысилась до 144 Гц, но рассчитана она исключительно на 2D, а не на 3D.

Проблемы TN-панелей

Несмотря на то что с годами ситуация улучшилась, качество картинки часто считается относительной слабостью технологии TN. Хороший монитор данного типа способен обеспечить четкое и яркое изображение с респектабельным контрастом, как правило, равным 1000: 1 при отключенном режиме «динамического контраста».

Основным недостатком технологии жидкокристаллических дисплеев данного типа являются относительно ограниченные углы обзора. Наиболее часто встречаются такие значения, как 170° по горизонтали и 160° по вертикали, что лишь незначительно ниже, чем у других панельных технологий. Действительно, наблюдается заметное изменение цвета и даже «инверсия» при взгляде на экран сбоку, сверху или снизу.

Поскольку эти панели, как правило, сравнительно велики (до 28”), относительно ограниченные углы обзора фактически влияют на производительность, даже если сидеть строго прямо перед дисплеем. При этом углы просмотра от центра экрана до периферийных участков будут увеличиваться. Можно заметить, что один и тот же оттенок представлен немного по-разному в зависимости от его положения на панели - он заметно темнее в верхней части и светлее снизу. Из-за этого страдают точность цвета и насыщенность, что делает дисплеи данного типа плохим выбором для выполнения работ, требующих высокой точности цвета, таких как дизайн и фотография. Примером может служить монитор ASUS PG278Q, который является достаточно типичным в том, что можно увидеть на экране с обычной позиции за столом.

Панели VA

Когда жидкокристаллический дисплей пытается отобразить черный цвет, светофильтры затеняются так, чтобы от задней подсветки поступало как можно меньше света. Большинство ЖК-мониторов при этом работают достаточно хорошо, но фильтр не идеален, поэтому глубина черного может оказаться не настолько глубокой, насколько это необходимо. Определенно сильной стороной панелей VA является их эффективность при блокировке света задней подсветки, когда она не нужна. Это дает более глубокие оттенки черного и более высокие коэффициенты контрастности, от 2000: 1 до 5000: 1 при отключенном режиме «динамического контраста». Это в несколько раз выше, чем у других жидкокристаллических технологий. VA-панели также менее подвержены утечкам света или «помутнению» по краям, поэтому они отлично подходят для любителей кино, и ими приятно пользоваться при выполнении работ общего назначения.

Качество изображения

Другим ключевым преимуществом жидкокристаллических дисплеев VA-типа являются улучшенные углы обзора и цветопередача по сравнению с TN. Сдвиг цвета по экрану менее выражен, в то время как оттенки могут быть получены с большей точностью. В этом отношении они являются лучшими кандидатами для выполнения работ, критичных к качеству цвета, но они не так сильны в этой области, как технологии IPS или PLS. При сравнении оттенка в центре экрана с тем же тоном с краю или внизу при нормальном угле обзора обычно наблюдается ослабление насыщения. Кроме того, заметно смещение гаммы, которое больше всего проявляется в серых тонах, но также может иметь место и для других цветов. При этом оттенок кажется светлее или темнее даже при небольшом движении головы.

Недостатки VA-дисплеев

Традиционно смещение гаммы не является основным недостатком VA-панелей, поскольку они, как правило, довольно доступны и предлагаются в хорошем ассортименте такими компаниями, как Philips, BenQ, Iiyama и Samsung. Настоящий недостаток устройства жидкокристаллического дисплея данного типа заключается в относительно невысокой скорость реакции. Пиксели переходят из одного состояния в другое относительно медленно, что приводит к более выраженному размытию во время быстрого движения. В некоторых серьезных случаях вещи могут казаться настолько смазанными, что оставляют дымоподобный след (как, например, BenQ EW2430).

Разновидности VA-технологии

К современным типам панелей VA, используемым на ПК-мониторах, относятся матрицы MVA (с многодоменным вертикальным выравниванием), AMVA (улучшенным MVA) или AMVA+ (AMVA со слегка расширенными углами обзора). В моделях панелей AMVA (+) обычно используется эффективный пиксельный овердрайв, поэтому они не страдают от обширных «дымоподобных» следов. Они находятся на одном уровне с современными моделями IPS по скорости некоторых пиксельных переходов. Другие переходы, как правило, от светлых к темным цветам, по-прежнему относительно медленные. Примером может служить Samsung S34E790C, который, когда речь идет об отзывчивости, как правило, работает лучше, чем его IPS-аналог Dell U3415W.

Производитель ЖК-дисплеев AU Optronics (AUO) создал 35-дюймовую панель UltraWide VA с частотой обновления 144 Гц. Она используется в таких устройствах, как BenQ XR3501 и Несмотря на такое высокое значение скорости регенерации изображения, некоторые пиксельные переходы все еще остаются заметно вялыми. И AUO, и Samsung производят и другие VA-панели с частотой обновления жидкокристаллического дисплея, превышающей 100 Гц. У Sharp есть несколько специализированных MVA-матриц, используемых на нескольких моделях (включая FG2421), которые поддерживают 120 Гц. Однако удвоение частоты регенерации будет сопровождаться улучшением качества изображения, если пиксели обеспечивают такую возможность. Чтобы помочь преодолеть эти ограничения, мониторы, в которых установлена матрица Sharp, используют подсветку строба в сочетании с вдвое большей скоростью смены кадров, называемую Turbo240, которая в значительной степени скрывает поведение пикселя во время перехода и уменьшает притягивающее внимание размывание движения.

Панели IPS, PLS и AHVA

Когда дело доходит до конечного результата, эти технологии по существу очень похожи. Их ключевое отличие заключается в том то, что IPS разрабатывалась главным образом компанией LG Display, PLS - Samsung и AHVA - AUO. Иногда их просто называют панелями IPS-типа. Реальным маркетинговым преимуществом является их превосходная точность цветопередачи, стабильность и широкие углы обзора по сравнению с другими жидкокристаллическими технологиями. Каждый оттенок отображается точно независимо от его положения на экране.

IPS-дисплеи отличаются от TN и VA тем, что молекулы кристаллов у них движутся параллельно, а не перпендикулярно к панели. Это сокращает количество света, просачивающегося сквозь матрицу, обеспечивая лучшие характеристики монитора.

Расширенные возможности IPS-технологии

Некоторые из более дорогих моделей IPS и PLS идут еще дальше, предлагая поддержку расширенных цветовых гамм, тем самым увеличивая потенциальный диапазон воспроизводимых оттенков и глубину цвета, повышая точность изображения. Это делает панели IPS и PLS хорошими кандидатами для выполнения критичных к качеству графики задач. Кроме того, крупные IPS-мониторы отличаются большим разрешением, чем большинство их TN- и VA-аналогов, несмотря на то, что сегодня доступен широкий диапазон разрешений для всех типов панелей. Выбор количества пикселей, постоянно снижающаяся цена и отличная цветопередача действительно расширяют привлекательность дисплеев данного типа далеко за пределами графических приложений, включая игры и просто работу на рабочем столе.

Отзывчивость

Такие производители, как Dell, LG, AOC и ASUS, предлагают хороший диапазон доступных IPS-мониторов. Это означает, что фотографы, дизайнеры или обычные пользователи с ограниченным бюджетом могут воспользоваться этой технологией. Многие современные мониторы IPS и PLS также гораздо более отзывчивы, чем их VA-аналоги и даже конкурируют с TN-экранами, хотя обычно это наибольший недостаток IPS-панелей. Из-за этих впечатляющих улучшений некоторые современные модели находят спрос среди геймеров, которые могут наслаждаться более красочными цветами, не испорченными эффектом неприглядных трейлингов.

Частота обновления IPS-панелей

У некоторых современных моделей данного типа время реакции пикселя фактически достигло уровня, при котором движения размываются не больше, чем на любом мониторе с частотой обновления 60 Гц. Отзывчивость дисплея для 120 Гц не совсем оптимальна, хотя оптимальная производительность никак не связана со скоростью регенерации изображения. Тем не менее изготовители добились в этой области достаточного прогресса, что позволило компаниям AUO и LG выпустить панели IPS-типа с частотами обновления более 144 Гц.

Контрастность IPS-дисплеев

Другой традиционно слабой стороной данного типа панелей является контрастность. Здесь тоже заметны существенные подвижки, и дисплеи IPS-типа по этому показателю сравнялись со своими конкурентами, сделанными по TN-технологии. Коэффициент контрастности у них достигает значения 1000: 1 (без динамического контраста). Однако некоторые пользователи замечают одну неприятную проблему устройства жидкокристаллических дисплеев данного типа - блеск или «свечение» темного контента, вызванного поведением света в этих панелях. Это обычно становится наиболее очевидным при просмотре под большим углом (например, у Samsung S27A850D). Также свечение, как правило, присутствует в углах моделей с диагональю более 21,5", если сидеть прямо перед экраном на небольшом расстоянии.

Таким образом, IPS-мониторы являются лучшими цветными жидкокристаллическими дисплеями, радующими яркими оттенками, но всегда стоит смотреть не только на цифры.

Заключение

В современных ЖК-мониторах используются 3 основные категории панелей: TN, VA и IPS. В настоящее время технология TN является наиболее популярной, предлагая достойное качество изображения и высокую отзывчивость по приемлемой цене. VA приносит в жертву отзывчивость и, как правило, представляет собой самый медленный тип панели, но обеспечивает отличный контраст и улучшенную цветопередачу по сравнению с TN-технологиями. IPS, PLS и AHVA лидируют по качеству изображения, предлагая самые последовательные и точные цвета, одновременно обеспечивая отличные углы обзора, респектабельную отзывчивость и разумный контраст. Пользователь может взвесить преимущества и недостатки мониторов, сравнивая их, и понимание общих характеристик жидкокристаллических дисплеев является отличной отправной точкой.

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

Типы ЖК-матриц

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

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

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

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

Матрица TN. Самая старая и самая распространенная

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

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

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

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

IPS. Идеально для фото и графики. Но дорого

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

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

В матрице IPS кристаллы всегда параллельны поверхности экрана

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

MVA/PVA. Разумный компромисс?

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

В матрицах VA типа в выключенном состоянии кристаллы перпендикулярны поверхности экрана

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

Что выбрать?

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

Немного помечтаем

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

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

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.

Доброго времени суток.

Многие пользователи при выборе монитора не обращают внимание на технологию изготовления матрицы (матрица - главная деталь любого жк-монитора, которая формирует изображение ), а от нее, между прочем, очень сильно зависит качество картинки на экране (да и цена устройства тоже!).

Кстати, многие могут возразить что это мелочь, и любой современный ноутбук (к примеру) - обеспечивает отличную картинку. Но эти же пользователи, если их поставить к двум ноутбукам с разными матрицами - заметят отличие в картинке невооруженным глазом (см. рис. 1) !

Так как в последнее время появилось достаточно много сокращенных аббревиатур (ADS, IPS, PLS, TN, TN+film, VA) - запутаться в этом проще простого. В этой статье я хочу немного описать каждую технологию, ее плюсы и минусы (получиться что-то в виде небольшой справочной статьи, которая очень пригодится при выборе: монитора, ноутбука и т.д.). И так…

Рис. 1. Разница в картинке при повернутом экране: TN-матрица VS IPS-матрица

Матрица TN, TN+film

Описание технических моментов опущено, некоторые термины «трактованы» своими словами так, чтобы статья была понятна и доступна для неподготовленного пользователя.

Самый распространенный тип матрицы. При выборе недорогих моделей мониторов, ноутбуков, телевизоров - если заглянете в расширенные характеристики выбираемого вами устройства, наверняка увидите данную матрицу.

Плюсы:

1. очень маленькое время отклика : благодаря этому вы сможете наблюдать хорошую картинку в любых динамичных играх, фильмах (да и любых сценах с быстро меняющейся картинкой). Кстати, у мониторов с большим временем отклика - картинка может начать «плыть» (например, многие жалуются на «плывущую» картинку в играх при времени отклика более 9мс). Для игр, вообще желательно время отклика менее 6мс. В общем, этот параметр очень важен и если вы покупаете монитор для игр - вариант TN+film это одно из лучших решений;
2. доступная цена : этот тип мониторов один из самых доступных по цене.

Минусы:

1. плохая цветопередача : многие жалуются на не яркие цвета (особенно после перехода с мониторов с другим типом матрицы). Кстати, возможно так же некоторое искажение цветов (поэтому, если вам нужно очень тщательно подбирать цвет - то этот тип матрицы выбирать не стоит);
2. маленький угол обзора : наверное, многие замечали, что если подойти к монитору сбоку - то часть картинки уже невидно, она искажается и цвет ее изменяется. Конечно, технология TN+film несколько улучшила этот момент, но тем не менее проблема осталась (хотя многие мне могут возразить: например, на ноутбуке данный момент полезен - никто рядом сидящий не сможет увидеть точно ваше изображение на экране);
3. высокая вероятность появления битых пикселей : наверное, даже многие начинающие пользователи слышали данное высказывание. При появлении «битого» пикселя - на мониторе будет точка, которая не будет отображать картинку - то есть будет просто светящаяся точка. Если их станет много - то работать за монитором будет невозможно…

В целом, мониторы с данным типом матрицы весьма неплохи (несмотря на все их недостатки). Подойдут большинству пользователей, кто любит динамичные фильмы и игры. Так же на таких мониторах весьма неплохо работать с текстом. Дизайнерам же и тем кому нужно видеть очень красочную и точную картинку - данный тип рекомендовать не стоит.

Матрица VA/MVA/PVA

(Аналоги: Super PVA, Super MVA, ASV)

Данная технология (VA - вертикальное выравнивание в переводе с англ.) была разработана и внедрена компанией Fujitsu. На сегодняшний день данный тип матрицы не сильно распространен, но тем не менее, пользуется спросом у некоторых пользователей.

Плюсы:

1. одна из лучших цветопередач черного цвета : при перпендикулярном взгляде на поверхность монитора;
2. более качественные цвета (в целом) по сравнению с TN матрицей;
3. достаточно неплохое время отклика (вполне сравнимое с TN матрицей, хоть и уступает ей);

Минусы:

1. более высокая цена;
2. искажение цветов при большом угле обзора (особенно это замечают профессиональные фотографы и дизайнеры);
3. возможно «пропажа» мелких деталях в тенях (при определенном угле обзора).

Мониторы с данной матрицей являются хорошим решением (компромиссом), кого не устраивает цветопередача TN монитора и кому нужно при этом малое время отклика. Тем, кому нужны цвета и качество картинки - выбирает IPS матрицу (о ней далее в статье…).

Матрица IPS

Разновидности : S-IPS, H-IPS, UH-IPS, P-IPS, AH-IPS, IPS-ADS и др.

Данная технология была разработана компанией Hitachi. Мониторы с данным типом матрицы, чаще всего, самые дорогие на рынке. Рассматривать каждый тип матрицы, думаю, смысла нет, а вот выделить основные преимущества - стоит.

Плюсы:

1. лучшая цветопередача по сравнению с другими типами матриц. Картинка получается «сочной» и яркой. Многие пользователи говорят, что при работе на таком мониторе практически не устают глаза (утверждение весьма спорно…);
2. самый большой угол обзора : даже если вы встанете под углом в 160-170 гр. - картинка на мониторе будет такой же яркой, красочной и четкой;
3. хорошая контрастность;
4. отличный черный цвет.

Минусы:

1. высокая цена;
2. большое время отклика (может не устроить некоторых любителей игр и динамичных фильмов).

Мониторы с данной матрицей идеально подойдут всем тем, кому нужна качественная и яркая картинка. Если взять монитор с маленьким временем отклика (менее 6-5 мс) - то и играть на нем будет вполне комфортно. Самый главный недостаток - высокая цена…

Матрица PLS

Этот тип матрицы бал разработан компанией Samsung (планировался как альтернатива ISP матрице). Имеет как свои плюсы, так и минусы…

Плюсы : более высокая плотность пикселей, высокая яркость, меньшее энергопотребление.

Минусы : низкий цветовой охват, более низкая контрастность по сравнению с IPS.

Кстати, последний совет. При выборе монитора, обращайте внимание не только на технические характеристики, но и на производителя. Лучшего из них я назвать не смогу, но рекомендую выбрать известную марку: Samsung, Hitachi, LG, Proview, Sony, Dell, Philips, Acer.

На этой ноте статью завершаю, всем удачного выбора 🙂