Чем отличаются типы экранов IPS и TFT. Всё про матрицы монитора: tn, ips, pls, va, mva, oled

Всегда сводится в первую очередь к выбору типа матрицы монитора. И когда вы уже определились, какого типа матрица вам нужна, можно переходить к другим характеристикам монитора. В данной статье мы рассмотрим основные типы матриц мониторов, которые сейчас используются производителями.

Сейчас на рынке можно найти мониторы с такими типами матриц:

• TN+film (Twisted Nematic + film)
• IPS (SFT – Super Fine TFT)
• *VA (Vertical Alignment)
• PLS (Plane-to-Line Switching)

Рассмотрим все типы матриц мониторов по порядку.

TN+film – самая простая и дешевая в производстве технология создания матриц. Благодаря своей низкой цене пользуется наибольшей популярностью. Еще несколько лет назад почти 100 процентов всех мониторов использовали эту технологию. И только продвинутые профессионалы, которым нужны качественные мониторы, покупали устройства, построенные на основе других технологий. Сейчас ситуация немного изменилась, мониторы подешевели и TN+film матрицы теряют свою популярность.

Преимущества и недостатки матриц TN+film:

• Низкая цена
• Хорошая скорость отклика
• Плохие углы обзора
• Низкая контрастность
• Плохая цветопередача

IPS

IPS – самый продвинутый тип матриц. Данная технология была разработана компаниями Hitachi и NEC. Разработчиками матрицы IPS удалось избавиться от недостатков TN+film, но в результате цена матриц такого типа значительно поднялась по сравнению с TN+film. Тем не менее, с каждым годом цены на снижаются и стают более доступными для обычного потребителя.

Преимущества и недостатки матриц IPS:

• Хорошая цветопередача
• Хорошая контрастность
• Широкие углы обзора
• Высока цена
• Большое время отклика

*VA

*VA это тип матриц мониторов, которые можно считать компромиссом между TN+film и IPS. Наибольшую популярность, среди таких матриц получила MVA (Multi-domain Vertical Alignment). Данная технология была разработана компанией Fujitsu.

Аналоги данной технологии, разработанные другими производителями:

• PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung.
• Super PVA от Sony-Samsung (S-LCD).
• Super MVA от CMO.

Преимущества и недостатки матриц MVA:

• Большие углы обзора
• Хорошая цветопередача (лучше, чем TN+film, но хуже чем IPS)
• Хорошая скорость отклика
• Глубокий черный цвет
• Не высокая цена
• Исчезновение деталей в тенях (по сравнению с IPS)

PLS

PLS – тип матриц, разработанный компанией Samsung как альтернатива дорогим IPS матрицам.

Преимущества и недостатки матриц PLS:

• Высокая яркость
• Хорошая цветопередача
• Широкие углы обзора
• Низкое потребление энергии
• Большое время отклика
• Низкая контрастность
• Неравномерная подсветка матрицы

Вопрос от пользователя

Здравствуйте.

Хочу купить ноутбук, но не знаю какой☺. Все пользователи смотрят на процессор, память - а вот я на монитор, не знаю на чем остановиться. В основном, в DNS предлагают два типа матриц: TN+Film или IPS (ноутбук с IPS матрицей дороже раза в 2). Какую лучше выбрать?

Всем доброго времени!

Вообще, большинство неискушенных пользователей вряд ли сможет заметить разницу в качестве изображения на мониторах (да и многие об этом даже не задумываются), если ему не показать эти мониторы вместе с одной и той же картинкой. А еще лучше покрутить их в разные стороны - вот тогда... да, эффект разорвавшейся бомбы!

Ну вообще, сейчас в продаже встречаются мониторы с разными типами матриц, чаще всего их три: TN (и разновидности вроде TN+Film), IPS (AH-IPS, IPS-ADS и прочие) и PLS. Вот их и попробую сравнить в этой небольшой статье с точки зрения обычного пользователя (разные научные термины, вроде углов цвета пикселей, преломления лучей - здесь не будет ☺). И так...

Сравнение PLS, TN (TN+Film) и IPS матриц

В статье постараюсь указать основные достоинства/недостатки каждый матрицы, приведу несколько фото рядом стоящих мониторов, чтобы можно было наглядно оценить качество картинки. Думаю, так информация будет более доступна для большинства пользователей.

Важно!

Сразу хочу отметить, что кроме матрицы, обратите внимание на производителя монитора! Матрица-матрице рознь, и даже два монитора на TN матрицах могут показывать разную картинку! Рекомендую в первую очередь обращать внимание на проверенных брендов: Dell, Samsung, Acer, Sony, Philips, LG (которые уже зарекомендовали себя).

И так, начнем с самой популярной матрицы TN (и ее часто-встречаемой разновидности TN+Film, по большому счету, мало чем отличающаяся от нее).

TN матрица

Если зайти в любой магазин компьютерной техники и посмотреть характеристики ноутбуков (или мониторов) - то у подавляющего большинства дешевой и средне-ценовой категории устройств стоит TN матрица. У нее есть одно из главных достоинств - она достаточно дешева, при этом обеспечивает (в целом) весьма неплохую картинку!

IPS vs TN+Film разница на лицо! // С другой стороны вы же не сидите перед ноутбуком сбоку (может даже лучше - никто со стороны не увидит, чем вы занимаетесь!)

Основные достоинства TN матриц:

1. одна из самых дешевых матриц (благодаря этому многие могут позволить себе купить ноутбук/монитор);
2. небольшое время отклика: любые динамичные сцены в играх или фильмах смотрятся хорошо и плавно (при недостаточном времени отклика монитора - такие сцены могут "поплыть", пример ниже). На мониторах с матрицей TN - такого, скорее всего, не будет, т.к. даже дешевые модели имеют время отклика 6 мс и ниже (если время отклика более 7-9 мс - то во многих играх/фильмах - вы будете испытывать дискомфорт при резких и быстрых сценах).
3. никто со стороны не разберет вашу картинку: для тех, кто смотрит сбоку или сверху, она становиться блеклой и на ней тяжело различать цвета (пример на фото выше и ниже ☺).

IPS против TN (планшет и ноутбук, для сравнения). Вид сверху на одну и ту же картинку!

IPS-матрица (Глянцевая поверхность экрана) против TN-матрицы (матовая поверхность экрана). Одна и та же картинка

Время отклика на примере спортивной трансляции: слева - 9 мс, справа - 5 мс (при просмотре вроде и не бросается в глаза, но если сфотографировать рядом стоящие мониторы - то разница ЕЩЕ как заметна!)

Недостатки:

1. необходимо правильно сидеть и смотреть прямо перпендикулярно в монитор: если слегка прилег на кресле во время просмотра фильма (скажем) - картинка становиться менее красочной и плохо-читаемой;
2. низкая цветопередача: если вы будете работать с фото (да и вообще с графикой), то вы заметите, что некоторые цвета не так ярки, и на других мониторах они смотрятся лучше;
3. вероятность появления битых пикселей на данном типе матрице выше (битый пиксель - белая точка на экране, которая не передает картинку: т.е. никак не светится. Обычно представляет из себя просто белую точку на экране).

Вывод : если вы любите динамичные фильмы и компьютерные игры (стрелялки, гонки и пр.) - то матрица TN+Film весьма неплохой выбор. К тому же, если много читаете - то не такой яркий свет от монитора более положительно сказывается на глаза, они меньше устают.

Для тех, кто работает с графикой (много фотографирует, редактирует фото и картинки) - монитор с TN матрицей не очень хороший выбор из-за более низкой цветопередачи.

Важно!

Кстати, многие пользователи (кто много и долго работает за ПК) также, как и я отмечают, что не всегда яркая и сочная картинка положительно сказывается на глазах. Некоторые специально покупают мониторы с TN матрицей, т.к. от них меньше устают глаза.

И, думаю, в этом есть толика правды (я долго работал и за IPS, и за TN - и сейчас, пришел к тому, что работаю за матовым монитором с TN матрицей). Вообще, свое мнение про проблему усталости глаз выразил в этой статье:

PS: правда я не дизайнер, и мало работаю с фото и яркими иллюстрациями, поэтому не истина в последней инстанции ☺.

IPS и PLS

IPS матрица была разработана компанией Hitachi, и отличает ее от TN, прежде всего, более лучшая цветопередача. Правда, сразу же хочется отметить, что цена изготовления - возросла в разы, поэтому мониторы на этой матрице стоят в несколько раз дороже, чем на TN.

Что касается PLS - то это разработка Samsung, как альтернатива IPS. И стоит отметить, что разработка весьма и весьма интересна: яркость и цветопередача на ней (на мой взгляд) даже выше, чем на IPS (взгляните на фото ниже).

IPS vs PLS матрицы

Причем, мониторы на PLS матрице обладают более низким энергопотреблением по сравнению с теми же TN или IPS (примерно на 10%), что может быть очень актуально при работе устройств от аккумуляторных батарей.

И у PLS и у IPS матриц хорошие углы обзора: картинка не искажается и цвета не теряют своей яркости и оттенка, даже если вы станете под углом в 170 градусов (а это значит, что все сидящие справа/слева/по центру от монитора - будут видеть одинаковую качественную картинку).

Также стоит добавить, что PLS матрица позволяет добиться малого времени отклика, практически такого же, как на TN матрицах. А вот при выборе IPS матрицы - нужно быть особенно внимательным на этот параметр: т.к. далеко не у всех мониторов время отклика 6 мс и меньше (хотя, я бы уже ориентировался на 5 и ниже ☺). Если вы часто проводите время с динамичными сценами в играх - то недорогой монитор с высоким временем отклика на IPS матрице, скорее всего, не самый лучший выбор.

Что касается IPS, то у нее много разновидностей (часть приведу здесь, но это не все ☺) :

1. S-IPS (или Super IPS) – эта разновидность с улучшенным временем отклика;
2. AS-IPS - с улучшенной контрастностью и яркостью;
3. H-IPS – более натуральный и естественный белый цвет;
4. P-IPS – повышенное количество цветов (считаются одни из лучших мониторов по точности и качеству картинки);
5. AH-IPS – аналогична P-IPS, с доработанными углами обзора и более естественными несколькими оттенками (по сути мало чем отличается от предыдущей, разве только более высокой ценой);
6. E-IPS – дешевый тип IPS матрицы, обычно встречается на относительно-недорогих устройствах. Тем не менее, даже этот тип матрицы превосходит по качеству большинство TN+Film.

PS

Кстати, при покупке монитора ОБЯЗАТЕЛЬНО обратите внимание на тип поверхности, встречаются: матовые и глянцевые . Матовые - хороши тем, что на них не видно вашего отражения и бликов, но они не так ярки и не так "сочно" передают картинку, как глянцевые. Если работаете часто на улице или у вас комната часто освещена солнцем - то присмотритесь в первую очередь к матовой поверхности (или ее разновидности - анти-бликовой).

На этом всё, за дополнения по теме - отдельная благодарность...

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.

При выборе монитора многие пользователи сталкиваются с тем с вопросом: что лучше PLS или IPS.

Эти две технологии существуют достаточно давно и обе себя достаточно хорошо показывают.

Если смотреть различные статьи в интернете, то там пишут либо о том, что каждый должен сам решить, что лучше, либо вообще не дают ответа на поставленный вопрос.

Собственно, никакого смысла в этих статьях нет вообще. Ведь пользователям они никак не помогают.

Поэтому мы разберем то, в каких случаях лучше выбрать PLS или IPS и дать те советы, которые помогут сделать правильный выбор. А начнем с теории.

Что такое IPS

Сразу стоит сказать, что на данный момент именно рассматриваемые два варианта являются лидерами на рынке техники.

И далеко не каждый специалист сможет сказать, какая же технология лучше и какие есть преимущества у каждой из них.

Итак, само слово IPS расшифровывается In-Plane-Switching (буквально «внутриплощадочное переключение»).

А также эта аббревиатура означает Super Fine TFT («супертонкий TFT»). TFT, в свою очередь, обозначает Thin Film Transistor («тонкопленочный транзистор»).

Если сказать проще, то TFT – это технология отображения картинки на , которая основана на активной матрице.

Достаточно сложно.

Ничего. Сейчас разберемся!

Итак, в технологии TFT управление молекулами жидких кристаллов в происходит с помощью тонкопленочных транзисторов, это и означает «активная матрица».

IPS – это точно то же самое, только электроды в мониторах с этой технологией находятся на одной плоскости с молекулами жидких кристаллов, которые находятся параллельно плоскости .

Все это можно наглядно видеть на рисунке №1. Там, собственно, и изображены дисплеи с обеими технологиями.

Сначала идет вертикальный фильтр, затем прозрачные электроды, после них жидкокристаллические молекулы (синие палочки, они нас интересуют больше всего), затем горизонтальный фильтр, цветовой фильтр и сам экран.

Рис. №1. TFT и IPS экраны

Отличие этих технологий состоит только в том, что ЖК молекулы в TFT расположены не параллельно, а в IPS – параллельно.

Благодаря этому они могут быстро менять угол обзора (если конкретно, здесь он составляет 178 градусов) и давать лучшую картинку (в IPS).

А также за счет такого решения существенно повысилась яркость и контрастность картинки на экране.

Теперь понятно?

Если нет, пишите в комментариях свои вопросы. Мы обязательно на них ответим.

Технология IPS была создана в 1996 году. Среди ее преимуществ стоит отметить отсутствие так называемого «волнения», то есть неправильной реакции на прикосновение.

А также она отличается отличной передачей цветов. Достаточно много фирм выпускают мониторы с использованием данной технологии, в том числе , NEC, Dell, Chimei и даже .

Что такое PLS

Очень долгое время производитель не говорил вообще ничего о своем детище и многие эксперты выдвигали различные предположения относительно характеристик PLS.

Собственно, и сейчас эта технология является покрытой большим количеством тайн. Но мы все-таки найдем правду!

PLS была выпущена в 2010 году в качестве альтернативы вышеупомянутой IPS.

Эта аббревиатура расшифровывается как Plane To Line Switching (то есть «переключение между линиями»).

Напомним, что IPS – это In-Plane-Switching, то есть «переключение между линиями». Имеется в виду переключение в плоскости.

И выше мы говорили о том, что в этой технологии жидкокристаллические молекулы быстро становятся плоскими и за счет этого достигается лучший угол обзора и другие характеристики.

Так вот, в PLS все происходит точно так же, но быстрее. На рисунке №2 все это показано наглядно.

Рис. №2. Работа PLS и IPS

На этом рисунке вверху находится сам экран, затем кристаллы, то есть те же ЖК молекулы, что на рисунке №1 были обозначены синими палочками.

Снизу показан электрод. Слева в обоих случаях показано их расположение выключенном состоянии (когда кристаллы не двигаются), а справа – во включенном.

Принцип работы такой же – когда начинается работа кристаллов, они начинают двигаться, при этом изначально они расположены параллельно друг другу.

Но, как видим на рисунке №2, эти кристаллы быстрее приобретают нужную форму – ту, которая необходима для максимально .

За определенный отрезок времени молекулы в IPS мониторе не становятся в перпендикулярное положение, а в PLS становятся.

То есть в обеих технологиях все то же самое, но в PLS все происходит быстрее.

Отсюда промежуточный вывод – PLS работает быстрее и, по идее, именно эту технологию можно было бы считать лучшей в нашем сравнении.

Но окончательные выводы пока что делать рановато.

Это интересно: Компания Samsung несколько лет назад подала иск на LG. В нем утверждалось, что технология AH-IPS, которая используется LG, является модификацией технологии PLS. Отсюда можно сделать вывод, что PLS – это разновидность IPS и это признал сам разработчик. Собственно, это подтвердили и мы немного выше.

Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство

А что если я ничего не понял?

В таком случае вам поможет видео, которое находится в конце этой статьи. Там наглядно показаны мониторы TFT и IPS в разрезе.

Вы сможете увидеть, как все это работает и понять, что PLS все происходит точно так же, но быстрее, чем в IPS.

Теперь можем переходить к дальнейшему сравнению технологий.

Мнения экспертов

На некоторых сайтах можно найти информацию о проведенном независимом исследовании PLS и IPS.

Специалисты сравнивали эти технологии под микроскопом. Пишется, что в итоге они не нашли никаких отличий.

Другие эксперты пишут, что лучше все же покупать PLS, но толком не объясняют почему.

Среди всех высказываний экспертов можно выделить несколько основных моментов, которые можно наблюдать практически во всех мнениях.

Состоят эти моменты в следующем:

• Мониторы с PLS матрицами самые дорогостоящие на рынке. Самый дешевый вариант – TN, но такие мониторы по всем характеристикам уступают и IPS, и PLS. Так вот, большинство экспертов сходятся во мнении, что это весьма оправданно, ведь картинка лучше отображается именно на PLS;
• Мониторы с PLS матрицей лучше всего подойдут для выполнения всевозможных дизайнерских и проектировочных задач. А также такая техника прекрасно справится с работой профессиональных фотографов. Опять же, из этого можно сделать вывод, что PLS лучше справляется с передачей цветов и обеспечением достаточной четкости изображения;
• По мнению экспертов, мониторы PLS практически избавлены от таких проблем, как блики и мерцания. К такому выводу они пришли во время испытаний;
• Офтальмологи говорят, что PLS будет намного лучше восприниматься глазами. Более того, глазам будет намного легче целый день смотреть на PLS, чем на IPS.

В общем, из этого всего мы снова делаем тот вывод, который мы уже сделали раньше. PLS немного лучше, чем IPS. И это мнение подтверждает большинство экспертов.

Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство

Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство

Наше сравнение

А теперь перейдем к финальному сравнению, которое и даст ответ на поставленный в самом начале вопрос.

Те же эксперты выделяют ряд характеристик, по которым и нужно сравнивать различные .

Речь идет о таких показателях, как светочувствительность, скорость отклика (имеется в виду переход от серого к серому), качество (плотность пикселей без потери других характеристик) и насыщенность.

По ним мы и будем оценивать две технологии.

Таблица 1. Сравнение IPS и PLS по некоторым характеристикам

Другие характеристики, в том числе насыщенность и качество, являются субъективными и зависят от каждого конкретного человека.

Но и по приведенным выше показателям видно, что у PLS немного более высокие характеристики.

Таким образом, мы снова подтверждаем вывод о том, что эта технология показывает себя лучше, чем IPS.

Рис. №3. Первое сравнение мониторов с IPS и PLS матрицами.

Есть единственный «народный» критерий, который и позволяет точно определить, что же лучше – PLS или IPS.

Этот критерий называется «на глаз». На практике это означает, что нужно просто взять и посмотреть на два рядом стоящих монитора и визуально определить, где картинка лучше.

Поэтому мы приведем несколько подобных изображений, и каждый сам сможет увидеть, где же изображение визуально выглядит более качественно.

Рис. №4. Второе сравнение мониторов с IPS и PLS матрицами.

Рис. №5. Третье сравнение мониторов с IPS и PLS матрицами.

Рис. №6. Четвертое сравнение мониторов с IPS и PLS матрицами.

Рис. №7. Пятое сравнение мониторов с IPS (слева) и PLS (справа) матрицами.

Визуально видно, что на всех образцах PLS картинка выглядит намного лучше, более насыщенно, ярче и так далее.

Выше мы упоминали, что TN – самая недорогая на сегодняшний день технология и мониторы с ее использованием, соответственно, тоже стоят дешевле остальных.

После них по цене идут IPS, а затем уже и PLS. Но, как видим, все это вовсе не удивительно, ведь картинка действительно выглядит намного лучше.

Другие характеристики в этом случае также выше. Многие эксперты советуют покупать с PLS матрицами и Full HD-разрешением.

Тогда изображение действительно будет выглядеть просто прекрасно!

Невозможно точно сказать, является ли такое сочетание лучшим на рынке на сегодняшний день, но одним из лучших точно.

Кстати, для сравнения можете видеть, как выглядит IPS и TN под острым углом обзора.

Рис. №8. Сравнение мониторов с IPS (слева) и TN (справа) матрицами.

Стоит сказать, что Samsung создали сразу две технологии, которые используются в мониторах и в / и смогли значительно обойти IPS.

Речь идет о Super AMOLED экранах, которые стоят на мобильных устройствах этой фирмы.

Интересно, что разрешение Super AMOLED обычно меньше, чем на IPS, но картинка более насыщенная и яркая.

Но в случае с PLS выше практически все, что только может быть, в том числе и разрешение.

Можно сделать общий вывод о том, что PLS лучше, чем IPS.

Кроме всего прочего, у PLS есть следующие преимущества:

• способность передачи весьма широкого спектра оттенков (помимо основных цветов);
• способность поддерживать весь диапазон sRGB;
• более низкое потребление энергии;
• углы обзора позволяют комфортно видеть картинку сразу нескольким людям;
• всевозможные искажения абсолютно исключены.

В общем, IPS мониторы прекрасно подойдут для решения обычных домашних задач, к примеру, просмотра фильмов и работы в офисных программах.

Но если вам хочется видеть действительно насыщенное и качественное изображение, покупайте технику с PLS.

Особенно это касается случаев, когда вам нужно будет работать с и дизайнерскими/проектировочными программами.

Цена у них, конечно, будет выше, но оно того стоит!

Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство

Что такое amoled, super amoled, Lcd, Tft, Tft ips? Не знаешь? Смотри!

Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство

4.7 (93.33%) 3 голос[ов]

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

Тип 1 - постоянно светящиеся пиксели (белый); Тип 2 - "мертвые" пиксели (черный); Тип 3 - дефектные красные, синие и зеленые субпиксели.

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

Модель	Размер по диагонали, дюйм	Количество пикселей	Число цветов	Описание
NL8060BC31-17	12,1	800x600	262144	Высокая яркость (350кд/м 2)
NL8060BC31-20	12,1	800x600	262144	Широкий угол обзора
NL10276BC20-04	10,4	1024x768	262144	-
NL8060BC26-17	10,4	800x600	262144	-
NL6448AC33-18A	10,4	640x480	262144	Встроенный инвертор
NL6448AC33-29	10,4	640x480	262144	Высокая яркость, широкий угол обзора, встроенный инвертор
NL6448BC33-46	10,4	640x480	262144	Высокая яркость, широкий угол обзора
NL6448CC33-30W	10,4	640x480	262144	Без подсветки
NL6448BC26-01	8,4	640x480	262144	Высокая яркость (450 кд/м 2)
NL6448BC20-08	6,5	640x480	262144	-
NL10276BC12-02	6,3	1024x768	16, 19M	-
NL3224AC35-01	5,5	320x240	Full color
NL3224AC35-06	5,5	320x240	Full color	Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор, тонкий
NL3224AC35-10	5,5	320x240	Full color	Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор
NL3224AC35-13	5,5	320x240	Full color	Отдельный вход NTSC/PAL RGB, встроенный инвертор
NL3224AC35-20	5,5	320x240	262, 144	Высокая яркость (400 кд/м 2)

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.