Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

В современных цифровых устройствах (мониторах, телевизорах, смартфонах, планшетах и др.) для отображения картинки чаще всего используются жидкокристаллические (ЖК) матрицы. Одной из технологий способа построения этой матрицы является IPS. Дословно, в переводе с английского – in plane switching – означает «переключение в одной плоскости».

Для того чтобы понять, что это за переключение и зачем оно нужно необходимо понять, каким именно образом строится картинка на экране ЖК.

Общие принципы построения ЖК матрицы

Пришедшая на смену электронно-лучевым трубкам, технология построения ЖК мониторов включает в себя в качестве ключевого элемента жидкокристаллическую матрицу . Эта матрица находится на передней поверхности монитора. Поскольку матрица только компонует картинку, то для нее требуется подсветка, которая входит в состав дисплея. Состоит ЖК матрица из следующих элементов, которые конструктивно реализованы в виде слоев:

• цветовой фильтр;
• горизонтальный фильтр;
• прозрачный электрод (фронтальный);
• собственно жидкокристаллический наполнитель;
• прозрачный электрод (тыловой);
• вертикальный фильтр.

В эту многослойную структуру также могут входить и специальные антибликовые слои, защитные покрытия, сенсорные слои (чаще емкостные), но они не являются ключевыми для отображения картинки. Сама картинка строится из пикселов, которые образуются из субпикселов базовых цветов (RGB): красного, зеленого и синего. Свет, проходя от тыловой стороны матрицы, проходит через оба поляризационных фильтра и ЖК слой, через цветовой фильтр. Цветовой фильтр как раз и окрашивает эти световые потоки в один из трех цветов RGB. Принцип построения пикселов из субпикселов — это отдельная обширная тема и в рамках данного обзора рассматриваться не будет.

Собственно, сама технология ЖК состоит в том , каким образом будет проходить прохождение светового пучка до пользователя. И если он будет проходить, то насколько он будет ярким. Кристаллы ЖК матриц в ячейках пропускают свет или нет в зависимости от того, какое напряжение подается на электроды. Эффективность работы матриц определяется технологией ее построения и используемого материала. На сегодняшний день наибольшее распространение получили матрицы TN и IPS и их усовершенствованные разновидности.

Технология построения TN матриц

Исторически этот тип матриц появился существенно раньше IPS . Дословно TN (англ. – «twisted nematic») означает «скрученный кристалл». Эта фраза как нельзя точно определяет способ его работы. Молекулы кристаллов в своем слое скручены на 90° друг относительно друга. Такое положение они занимают, если в своем субпикселе на электроды не подается напряжение. Свет при этом проходит свободно (за счет того, что угол поляризации второго фильтра на 90° отличается от первого).

При подаче напряжения на электроды, молекулы кристалла переходят из свободного состояния в упорядоченное: вдоль линии поляризации входного фильтра. Свет из-за этого за пределы второго фильтра не выходит и субпиксел окрашивается не в цвет светофильтра, а вырождается в черный.

• Плюсы:
  • стоимость изготовления матриц минимальна,
  • время отклика самое быстрое, что очень важно для игровых компьютеров.
• Минусы:
  • плохие углы обзора, яркость и цветопередача существенно меняются при просмотре на устройстве не под прямым углом;
  • очень низкая контрастность, за счет чего картинка блеклая и очень светлый черный цвет (совсем не подходит для профессиональной графики).
• Битый пиксел при этом всегда имеет белый цвет (если нет напряжения на электродах, то светофильтр всегда открыт).

Технология построения IPS матриц

Переключение кристаллов в IPS происходи в одной плоскости, о чем, собственно, и говорит исходная форма ее названия (англ. – «in plane switching»). В таких матрицах все электроды расположены на одной – тыльной подложке. При отсутствии напряжения на электродах все молекулы кристалла занимают вертикальное положение, и свет не проходит через внешний поляризационный фильтр.

Включение переводит молекулы в перпендикулярное положение, и внешний фильтр перестает быть помехой: световой поток проходит свободно.

Ключевые особенности данной технологии следующие .

• Плюсы:
  • яркие и насыщенные цвета за счет улучшенной контрастности, черный цвет всегда черный (можно использовать в профессиональной графике);
  • большой угол обзора до 178°.
• Минусы:
  • время отклика увеличилось за счет того, что электроды теперь расположены только с одной стороны (критично для игровых приложений);
  • высокая стоимость.
• Битый пиксел при этом всегда имеет черный цвет (если нет напряжения на электродах, то светофильтр всегда закрыт).

Как видно из списка, все недостатки и достоинства IPS симметричны TN. Это дополнительно подтверждает причину ее появления: технология является компромиссной и была предназначена для устранения ключевых минусов своей предшественницы. На сегодняшний день помимо названия IPS, используемого Hitachi, для нее можно встретить название SFT (super fine TFT), которое используется компанией NEC.

Битые пикселы вне зависимости от того какие они (белые или черные) не отнесены ни к плюсам ни к минусам . Это просто особенность. Если пиксел белый, то это может не сильно раздражать при обработке текстов на светлом фоне, но неудобно при просмотре темных сцен. Черный же наоборот: на темных сценах не будет заметен. Как бы то ни было, вид сбоя – битый пиксел – это всегда минус, но на разных матрицах он бывает различным.

Разновидности IPS матриц

С целью улучшения ключевых характеристик экранов мониторов были выпущены разновидности IPS матриц .

• Super — IPS (S-IPS). Благодаря реализации технологии overdrive улучшена контрастность и уменьшено время отклика. В ее модификации Advanced super — IPS (AS-IPS) дополнительно была улучшена ее прозрачность.
• Horizontal — IPS (H — IPS). Применяется в профессиональных графических приложениях. Применена технология Advanced True Wide Polarizer, благодаря чему однородность цвета по всей поверхности стала более равномерной. Также улучшена контрастность и оптимизирован белый цвет. Уменьшено время отклика.
• Enhanced IPS (e-IPS). Расширила апертуру открытых пикселов. Это помогает использовать более дешевые лампы подсветки. Помимо этого, время отклика сокращено до 5 мс (очень близко к уровню TN). S-IPS 2 является ее улучшением. Уменьшен негативный эффект свечения пикселов.
• Professional IPS (P — IPS). Существенно расширено число цветов, у субпикселей увеличено число потенциальных положений (в 4 раза).
• Advanced high performance IPS (AH-IPS). В данной разработке выросло разрешение и число точек на дюйм. Энергопотребление при этом стало ниже и увеличена яркость.

Отдельно стоит отметить матрицу PLS (Plane to line switching) , которая является разработкой Samsung. Разработчик не стал предоставлять технического описания своей технологии. Было проведено исследование матриц под микроскопом. Отличий между PLS и IPS выявлено не было. Поскольку принципы построения этой матрицы схожи с IPS часто ее выделяют как разновидность, а не самостоятельное ответвление. В PLS пикселы расположены плотнее, яркость и энергопотребление лучше. Но при этом они существенно уступают по цветовому охвату.

Выбор монитора: TN или IPS

Экраны, построенные на технологиях TN и IPS, на сегодняшний день являются наиболее распространенными и охватывают практически весь спектр потребностей бюджетного и, частично, профессионального рынка. Существуют и другие типы матриц VA (MVA, PVA), AMOLED (с подсветкой уже каждого пикселя). Но они пока настолько дороги, что их распространение невелико.

Цветопередача и контрастность

Мониторы с IPS матрицей имеют контрастность намного лучше, чем у TN. При этом очень важно понимать: если вся картинка полностью темная или светлая, то такая контрастность – это просто возможности подсветки. Часто производители при равномерных заливках просто приглушают свет ламп подсветки. Чтобы убедиться в качестве контрастности, следует на экран вывести шахматную заливку и проверить насколько будут отличаться темные участки от светлых. Как правило, контрастность в таких тестах становится меньше 30 – 40 раз. Значение контрастности на шахматной доске в 160:1 – приемлемый результат.

Цветопередача IPS экранов осуществляется практически без искажений, в отличие от TN. Чем выше контрастность, тем насыщеннее получается картинка на экране. Это может быть полезно не только при работе с программами по обработке фотографий и видео, но также и при просмотре фильмов. Но есть усовершенствованные версии TN матриц, например, Retina от Apple, которые практически не теряют в цветопередаче.

Угол обзора и яркость

Пожалуй, этот параметр один из первых, который показывает преимущества IPS в сравнении со своим более дешевым конкурентом. Он достигает 170 — 178°, в то время как у улучшенной версии – «TN + film» он находится в диапазоне 90 — 150°. По этому параметру IPS выигрывает. Если вы смотрите маленькой компанией дома телевизор, то это не критично, но вот для случая смартфонов, когда хочется кому-то что-то показать на экране – искажение будет существенным. Поэтому на них чаще всего используются матрицы типа IPS.

По характеристикам яркости IPS экраны также выигрывают. Большие значения яркости и TN матриц делают картинку просто белесой без черных оттенков.

Время отклика и ресурсоемкость

Очень важный критерий , особенно если пользователь часто играет в приложения с динамически меняющимися сценами. У экранов на основе матрицы TN этот параметр достигает величины 1 мс, в то время как у лучших и дорогих версий S -IPS всего 5 мс. Хотя и этот результат хорош для IPS. Если пользователю важен высокий FPS и он не хочет созерцать шлейфы от объектов, то выбор стоит остановить на матрице типа TN.

Помимо скорости изменения картинки, у TN экранов есть еще два преимущества: низкая стоимость и небольшое энергопотребление.

Сенсорный экран и мобильные устройства

В последнее время стали очень распространенными устройства с емкостными сенсорными экранами . Как правило, они оснащаются матрицами IPS из-за высокого количества точек на дюйм. Чем выше плотность точек, тем более гладкими получаются шрифты на экране планшета (даже неразличимы пикселы для глаза). При использовании TN матриц в смартфонах или планшетах будет очень заметна зернистость картинки. В мониторах и телевизорах данный параметр не критичен.

Сенсорным покрытием, как правило, оснащаются именно устройства, где нужен тачскрин. Поскольку чаще всего TN матрицы берут из-за их дешевизны, то такой дорогостоящий атрибут, как емкостной экран на среднем бюджетном мониторе с разрешением 24 дюйма будет просто пустой тратой денег. В то время как на маленькой по площади поверхности планшета или смартфона (до 6 дюймов) емкостный экран просто необходим.

Именно из-за фактора дешевизны TN матрицу от IPS можно отличить нажатием : при нажатии на TN экран картинка под пальцем и вокруг начинает расплываться волнами со спектральным градиентом. Стало быть, при выборе мобильного устройства выбор в пользу IPS по этому параметру просто очевиден.

Итог

Выбирая монитор или телевизор , пользователь может еще задуматься, стоит ли ему тратиться на IPS экран. Площадь поверхности экрана у таких устройств предпочитают брать от 24 дюймов и выше. В результате чего дорогостоящая и энергоемкая матрица может не оправдать своих вложений, если не планируется выполнять профессиональные работы с графикой. К тому же, если монитор нужен для динамичных компьютерных игр, то TN матрица будет предпочтительнее.

Неоспоримо преимущество IPS матрицы при приобретении мобильного устройства: смартфона или планшета. Высокая плотность пикселов, качественная цветопередача и высокая контрастность – все эти качества помогут пользоваться экраном как на солнце, так и в помещении. Сравнение мониторов для работы с графикой всегда будет в пользу IPS. Такие вложения себя оправдают и будут меньше, чем приобретение более дорогостоящих устройств на VA матрицах.

IPS (In Plane Switching ) – высококачественная жидкокристаллическая матрица, которая была создана для устранения основных недостатков матриц на технологии .

Принцип работы:

Имеют широкие углы обзора, один из лучших показателей качества цветопередачи и контрастности среди LCD матриц. Однако, из-за бо льших ступеней, прослойки кристаллов и определённого расположения электродов – имеет значительно бо льшее время отклика, чем у матриц TN . Происходит это за счёт большего необходимого времени для позиционирования всех кристаллов в нужном положении.

Пользуются популярностью у энтузиастов, графических дизайнеров, мастеров пред печатной подготовки, работающих с профессиональными графическими пакетами, где важна качество цветопередачи, контрастность и точность оттенков.

Данные мониторы имеют немного бо льшую толщину, чем TN модели. Это получается из-за необходимости использовать более мощные по свето -проникающей способности и яркости лампы, а следовательно требуется и больше слоёв для рассеивающего материала.

Часто встречаются IPS панели, подсвечиваемые светодиодной подсветкой. В них используются либо мощные светодиоды, либо матрицы с повышенной светопропускающей способностью . Первый случай используется на крупных панелях, второй на небольших (мониторы, смартфоны, планшетные ПК). Повышенной светопропускной способностью обладают к примеру S-IPS II и E-IPS . Всё это конечно не обходится без ущерба для характеристик матрицы.

Среди конкурентов IPS можно выделить матрицы, которые имеют свои недостатки, но и плюсы в виде значительно лучшей статической контрастности, к примеру.

Самые распространённые разновидности и буквенные обозначения IPS матриц:

S-IPS (Super-IPS ) – была разработана в 1998 году, как улучшенная технология стандартной IPS . Имеет улучшенную контрастность и меньшее время отклика, чем у оригинальной матрицы.

AS-IPS (Advanced Super -IPS, 2002 ) – в сравнении с S-IPS матрицей, улучшена контрастность и прозрачность самой матрицы, что улучшает яркость.

H-IPS (Horisontal-IPS , 2007 ) – контрастность ещё более улучшена, а так же проведена оптимизация белого цвета, сделав его более реалистичным. Созданы для профессиональных фото редакторов, дизайнеров, 3D /2D мастеров и т.д.

P-IPS (Professional-IPS , 2010 ) – обеспечивает 102 -процентный охват цветового пространства NTSC и 98 -процентный Adobe RGB (30 бит или 10 бит на каждый субпиксель (1.07 млрд. цветов )), что делает данную ЖК технологию, одной из лучших в мире . Так же, улучшено время отклика и глубина True Colour режима. Является разновидностью H-IPS . По праву считается профессиональным типом матриц и цена на неё сохраняется одной из самых высоких.

E-IPS (Enhanced-IPS , 2009 ) — улучшено время отклика (до 5мс ), улучшена прозрачность, что позволило использовать менее мощные и более дешёвые лампы подсветки. Стоить заметить, что данные улучшения, скорее всего не лучшим образом скажутся на цветопередаче и качестве полутонов, ведь часть кристаллов, чисто технически была урезана. Тоже является разновидностью H-IPS .

S-IPS II — схожа по характеристикам с E-IPS . Немного меньше glow (глоу) эффект. По сути не является производной H-IPS , а считается отдельным ответвлением.

Продвижением и разработкой данных матриц, в основном занимается компания LG-Displays.

В конце 2011 года была представлена альтернатива матрицам от LG , корейским производителем электроники Samsung . Разработка получила название PLS (Plane-to-Line Switching ) и кроме схожего названия, базируется тоже на IPS принципах построения матриц.

PLS — матрицы имеют более выгодные характеристики в возможности размещать пиксели более плотно, в высокой светопропускаемости и яркости, а также чуть меньшее энергопотребление чем у IPS . Но есть у PLS и значительные минусы. Самая низкая контрастность среди ЖК матриц, цветовой охват не более sRGB .

Эти два недостатка, автоматически исключают творение Samsung из стана профессиональных решений, но раздвигает рамки для массового рынка, куда разработка собственно говоря и метила.

Матрицы PLS , скорее всего будут применяться как в мониторах, так и в телевизорах, смартфонах и планшетах компании, и её партнёров.

Технология IPS уже достаточно плотно вошла в современную жизнь. Конечно, все еще существуют различные конкуренты, такие как TN и плазменные панели. Однако данная технология имеет огромные перспективы. Недаром многие производители мониторов и телевизоров отдают предпочтение именно такому типу матриц. На полках современных магазинов все чаще встречаются мониторы с таким типом дисплея. В связи с этим у пользователей появляется вопрос, IPS матрица, что это такое, и какие преимущества она имеет?

Не смотря, на то, что такое распространение IPS матрица получила только в наше время, сама технология уже достаточно старая. Еще в 1995 году компания Hitachi разработала первую In-Plane Switching (IPS) матрицу. Главная цель разработки заключалась в избавлении от недостатков, которыми обладали TN+Film матрицы.

Новая матрица (IPS) обладала большими углами обзоров и существенно более высоким качеством цветопередачи. Однако из-за определенных особенностей строения IPS матрицы время отклика не удалось существенно повысить. Конечно же, разработчики довели этот показатель до приемлемого уровня, однако, если сравнивать с матрицами TN, то последние имеют преимущество.

IPS технология получила свое название благодаря тому, что молекулы жидких кристаллов в ячейках матрицы всегда располагаются в одной плоскости и всегда параллельны плоскости панели. Такое решение позволило существенно увеличить углы обзоров и цветопередачу, что вывело ЖК-дисплеи на новый уровень.

1. Виды IPS матриц

За годы существования технология IPS претерпела массу улучшений, которые позволили не только достичь более высокой четкости и точности изображения, но и позволили улучшить время отклика и увеличить разрешение экрана. Это в свою очередь позволило улучшить качество изображения. К настоящему моменту существует несколько основных типов IPS матриц:

• S-IPS (Super-IPS). Матрица S-IPS была разработана еще в 1998 году. Она позволила существенно повысить контрастность изображения и улучшить время отклика.
• AS-IPS (Advanced Super-IPS). Технология была изучена в 2002 году. Она позволила увеличить яркость картинки, а также еще больше повысить контрастность. Конечно же, это напрямую повлияло и на повышение качества изображения.
• H-IPS (Horisontal-IPS). Данный тип матрицы IPS был разработан в 2007 году. Главной целью разработки данной технологии было достижение еще большего повышения контрастности и оптимизации белого цвета. Это позволило сделать изображение более естественным и реалистичным. Такой тип матрицы быстро нашел признание профессиональных фоторедакторов, а также дизайнеров и модельеров, которые занимались обработкой изображений.
• Р-IPS (Professional-IPS). Р-IPS матрица была выпущена в 2010 году. Данная технология позволила увеличить количество отображаемых цветов и оттенков до 1,07 миллиардов. Это сделало данный тип матрицы одним из лучших во всем мире. Кроме этого, Р-IPS матрицы имеют улучшенное время отклика. Конечно же, за такое качество нужно платить. Стоит отметить, что данный тип матрицы является профессиональным, а также одним из самых дорогих.
• Е-IPS (Enhanced-IPS). Матрица 2009 года. Новые технологии позволили улучшить время отклика, а также прозрачность. Это в свою очередь предоставило возможность применять более дешевые и менее мощные лампы для подсветки, что снизило потребление электроэнергии, превратив такие экраны в более экономичные устройства. Однако такое решение не лучшим образом отразилось на качестве изображения.
• S-IPS II. Одна из последних разработок. Данный тип матрицы является отдельным ответвлением IPS технологии.
• Последний и самый новый тип матрицы AH-IPS. Данная технология была разработана в 2011 году и считается наиболее продвинутой. Такие дисплеи имеют наиболее естественную цветопередачу и лучший отклик среди IPS матриц.

Принимая во внимание разнообразие IPS технологий, возникает вполне логичный вопрос, какая IPS матрица лучше? Конечно же, действует правило, чем новее разработка, тем более высокое качество она имеет. Однако это правило действует не всегда. Все зависит от того, какие материалы использует изготовитель.

Так, не каждая матрица TFT AH-IPS имеет одинаково высокое качество изображения. Соответственно, такие дисплеи могут иметь разную стоимость. Чем более качественные материалы и комплектующие использовались для создания монитора (или телевизора), тем более высокое качество изображение вы сможете получить, и тем дороже будет стоить устройство.

1.1. Тип подсветки IPS матриц

Одним из главных элементов каждой LCD матрицы является подсветка. На сегодняшний день существует два типа подсветки ЖК-дисплеев:

• Люминесцентные лампы;
• LED (светодиодная подсветка).

Здесь все предельно просто. Люминесцентная подсветка считается устаревшей. Сегодня такие дисплеи встречаются все реже. С 2010 года люминесцентные лампы успешно вытесняются светодиодной подсветкой. LED мониторы и телевизоры – это те же самые LCD матрицы. Единственное отличие заключается в подсветке, которая имеет вид светодиодов.

Стоит отметить, что такое весьма простое, но эффективное решение позволило устранить ряд недостатков ЖК матриц и существенно улучшить качество изображения (цветопередачу, яркость, контрастность, а также четкость). IPS LED матрицы – это наиболее перспективные дисплеи, которые получили широкое распространение среди пользователей.

Если говорить о выборе, то, несомненно, стоит отдавать предпочтение именно IPS LCD матрицам с LED подсветкой. Это объясняется тем, что такие дисплеи способны отображать максимально естественные цвета, при этом время отклика практически не уступает TN+Film матрицам. Эту разницу невозможно увидеть невооруженным взглядом, а вот качество изображения IPS дисплея приятно удивляет.

1.2. Преимущества IPS матрицы

Современные IPS матрицы имеют весьма высокие показатели. Стоит отметить, что именно данный тип дисплея является прямым конкурентом плазменным панелям, которые славятся отличной цветопередачей, четкостью и разрешением изображения. При этом IPS дисплеи имеют более низкую стоимость, что делает их доступными большему количеству пользователей.

Еще одно преимущество IPS матрицы заключается в ее долговечности. Если сравнивать с «плазмой», то ЖК IPS дисплей рассчитан на более длительный срок эксплуатации. Причем разница достаточно существенная.

Очень часто встречается понятие «выгорание» пикселей. Это эффект, который появляется при длительном отображении одной картинки. К примеру, заставка рабочего стола на компьютере. Стоит отметить, что данным недостатком обладают как плазменные панели, так и ЖК-дисплеи. Однако если говорить о современных IPS матрицах, то данный недостаток полностью исключен. Более того, такие дисплеи все чаще используются для изготовления мониторов ПК.

В целом IPS LCD матрицы обладают массой неоспоримых преимуществ, среди которых доступная стоимость и отличное качество изображения. Более того, современные технологии позволяют делать ЖК-дисплеи практически любых размеров. Именно по этой причине LCD матрицы пользуются самым большим спросом среди пользователей.

2. IPS и не IPS матрица на планшете: Видео

Эмулируется мерцанием с дизерингом [ ] .

Технические характеристики

Важнейшие характеристики ЖК-дисплеев:

• тип матрицы - определяется технологией, по которой изготовлен ЖК-дисплей;
• класс матрицы; стандарт ISO 13406-2 выделяет четыре класса матриц по допустимому количеству «битых пикселей »;
• разрешение - горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях . В отличие от ЭЛТ -мониторов, ЖК-дисплеи имеют одно фиксированное разрешение, а поддержка остальные реализуется путём интерполяции (ЭЛТ-мониторы также имеют фиксированное количество пикселей, которые также состоят из красных, зеленых и синих точек, однако из-за особенностей технологии при выводе нестандартного разрешения в интерполяции нет необходимости);
• размер точки (размер пикселя) - расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением;
• соотношение сторон экрана (пропорциональный формат) - отношение ширины к высоте (5:4, 4:3, 3:2 (15÷10), 8:5 (16÷10), 5:3 (15÷9), 16:9 и др.);
• видимая диагональ - размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: при одинаковой диагонали, монитор формата 4:3 имеет большую площадь, чем монитор формата 16:9;
• контрастность - отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек при заданной яркости подсветки. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведённая 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 пикселю для изменения своей яркости. Составляется из двух величин:
  • время буферизации (input lag ). Высокое значение мешает в динамичных играх; обычно умалчивается; измеряется сравнением с кинескопом в скоростной съёмке. Сейчас (2011) в пределах 20-50 ; в отдельных ранних моделях достигало 200 мс ;
  • время переключения. Указывается в характеристиках монитора. Высокое значение ухудшает качество видео; методы измерения неоднозначны. Сейчас (2016) практически во всех мониторах заявленное время переключения составляет 1-6 мс ;
• угол обзора - угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению. Некоторые производители указывают в технических параметрах своих мониторов углы обзора, такие, к примеру, как: CR 5:1 - 176/176°, CR 10:1 - 170/160°. Аббревиатура CR (англ. contrast ratio ) обозначает уровень контрастности при указанных углах обзора относительно контрастности при взгляде перпендикулярно экрану. В приведённом примере, при углах обзора 170°/160° контрастность в центре экрана снижается до значения не ниже, чем 10:1, при углах обзора 176°/176° - не ниже, чем до значения 5:1.

Устройство

Конструктивно дисплей состоит из следующих элементов:

• ЖК-матрицы (первоначально - плоский пакет стеклянных пластин, между слоями которого и располагаются жидкие кристаллы; в 2000-е годы начали применяться гибкие материалы на основе полимеров);
• источников света для подсветки ;
• контактного жгута (проводов);
• корпуса, чаще пластикового , с металлической рамкой для придания жёсткости.

Состав пикселя ЖК-матрицы:

• два прозрачных электрода ;
• слой молекул, расположенный между электродами;
• два поляризационных фильтра , плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны.

Если бы жидких кристаллов между фильтрами не было, то свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокировался бы вторым фильтром.

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, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического 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 течение 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 (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).

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.

Малогабаритные ЖК-дисплеи без активной подсветки, применяемые в электронных часах, калькуляторах и т. п., обладают чрезвычайно низким энергопотреблением , что обеспечивает длительную (до нескольких лет) автономную работу таких устройств без замены гальванических элементов.

С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и множество недостатков, часто принципиально трудноустранимых, например:

• в отличие от ЭЛТ , могут отображать чёткое изображение лишь при одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией ;
• по сравнению с ЭЛТ, ЖК-мониторы имеют 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) - на некоторых мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах), связанная с использованием блоков линейных ;
• фактическая скорость смены изображения также остаётся заметно 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. В ЭЛТ-дисплеях эта проблема полностью отсутствует;
• массово производимые ЖК-мониторы плохо защищены от механических повреждений. Особенно чувствительна матрица, не защищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация;
• существует проблема дефектных пикселей . Предельно допустимое количество дефектных пикселей, в зависимости от размеров экрана, определяется в международном стандарте ISO 13406-2 (в России - ГОСТ Р 52324-2005). Стандарт определяет 4 класса качества ЖК-мониторов. Самый высокий класс - 1, вообще не допускает наличия дефектных пикселей. Самый низкий - 4, допускает наличие до 262 дефектных пикселей на 1 миллион работающих. Мониторы с ЭЛТ этой проблеме не подвержены;
• пиксели ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения, за исключением лазерных дисплеев , вообще не подверженных ей.
• не очень большой диапазон рабочих температур: происходит ухудшение динамических характеристик (и далее неработоспособность) при даже небольших отрицательных температурах окружающей среды.
• матрицы довольно хрупкие, а их замена весьма дорогостоящая

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED -дисплеи (матрица с органическими светодиодами), однако она встретила много сложностей в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

Технологии

Основные технологии при изготовлении ЖК-дисплеев: TN+film, IPS (SFT, PLS) и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода . Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, применённого 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 .

В настоящее время [когда? ] в России только два предприятия (московский МЭЛТ и саратовское НПП «Дисплей») разрабатывают и производят ЖК-дисплеи по технологиям TN и STN [ ] .

TN+film

TN + film (Twisted Nematic + film) - самая простая технология. Слово «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. Способа улучшения контрастности и углов обзора 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.

Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселям 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 поскольку направление поляризации фильтра на второй пластине составляет как раз 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 малое время отклика среди современных матриц [когда? ] , а также невысокую себестоимость. Недостатки: худшая цветопередача, наименьшие углы обзора.

IPS

AS-IPS (Advanced Super IPS - расширенная супер-IPS) - также была разработана корпорацией Hitachi в 2002 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 NEC (например, NEC LCD20WGX2), созданных по технологии S-IPS, разработанной консорциумом LG Display.

H-IPS A-TW (Horizontal IPS with Advanced True White Polarizer ) - разработана LG Display для корпорации NEC . Представляет собой H-IPS панель с цветовым фильтром TW (True White - «настоящий белый») для придания белому цвету большей реалистичности и увеличения углов обзора без искажения изображения (исключается эффект свечения ЖК-панелей под углом - так называемый «глоу-эффект»). Этот тип панелей используется при создании профессиональных мониторов высокого качества .

AFFS (Advanced Fringe Field Switching , неофициальное название - S-IPS Pro) - дальнейшее улучшение IPS, разработана компанией BOE Hydis в 2003 году. Увеличенная напряжённость 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.

MVA

Технология VA (сокр. от vertical alignment - вертикальное выравнивание) была представлена 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.

Наследницей технологии VA стала технология MVA (multi-domain vertical alignment ), разработанная компанией Fujitsu как компромисс между TN- и IPS-технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160° (на современных моделях мониторов до 176-178°), при этом, благодаря использованию технологий ускорения (RTC), эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика. Они значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.

Достоинствами технологии MVA являются глубокий чёрный цвет (при перпендикулярном взгляде) и отсутствие как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля . Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения.

Аналогами MVA являются технологии:

• PVA (patterned vertical alignment ) от Samsung;
• Super PVA от Sony-Samsung (S-LCD);
• Super MVA от CMO;
• ASV (advanced super view ), также называется ASVA (axially symmetric vertical alignment ) от Sharp.

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

PLS

PLS-матрица (plane-to-line switching ) была разработана компанией Samsung как альтернатива IPS и впервые продемонстрирована в декабре 2010 года. Предполагается, что эта матрица будет на 15 % дешевле, чем IPS .

Достоинства:

• плотность пикселей выше по сравнению с IPS (и аналогична с *VA/TN) [ ] ;
• высокая яркость и хорошая цветопередача [ ] ;
• большие углы обзора [ ] ;
• полное покрытие диапазона sRGB [ ] ;
• низкое энергопотребление, сравнимое с TN [ ] .

Недостатки:

• время отклика (5-10 мс) сравнимо с S-IPS, лучше чем у *VA, но хуже чем у TN.

PLS и IPS

Компания Samsung не давала описания технологии PLS . Сделанные независимыми наблюдателями сравнительные исследования матриц IPS и PLS под микроскопом не выявили отличий . То, что PLS является разновидностью IPS, косвенно признала сама корпорация Samsung своим иском против корпорации LG: в иске утверждалось, что используемая LG технология AH-IPS является модификацией технологии PLS .

Подсветка

Сами по себе жидкие кристаллы не светятся. Чтобы изображение на жидкокристаллическом дисплее было видимым, нужен . Источник может быть внешним (например, Солнце), либо встроенным (подсветка). Обычно лампы встроенной подсветки располагаются позади слоя жидких кристаллов и просвечивают его насквозь (хотя встречается и боковая подсветка, например, в часах).

Внешнее освещение

Монохромные дисплеи наручных часов и мобильных телефонов большую часть времени используют внешнее освещение (от Солнца, ламп комнатного освещения и так далее). Обычно позади слоя пикселей из жидких кристаллов находится зеркальный или матовый отражающий слой. Для использования в темноте такие дисплеи снабжаются боковой подсветкой. Существуют также трансфлективные дисплеи , в которых отражающий (зеркальный) слой является полупрозрачным, а лампы подсветки располагаются позади него.

Подсветка лампами накаливания

В прошлом в некоторых наручных часах с монохромным ЖК-дисплеем использовалась сверхминиатюрная лампа накаливания . Но из-за высокого энергопотребления лампы накаливания являются невыгодными. Кроме того, они не подходят для использования, например, в телевизорах, так как выделяют много тепла (перегрев вреден для жидких кристаллов) и часто перегорают.

Электролюминесцентная панель

Монохромные ЖК-дисплеи некоторых часов и приборных индикаторов используют для подсветки электролюминесцентную панель. Эта панель представляет собой тонкий слой кристаллофосфора (например, сульфида цинка), в котором происходит электролюминесценция - свечение под действием тока. Обычно светится зеленовато-голубым или жёлто-оранжевым светом.

Подсветка газоразрядными («плазменными») лампами

В течение первого десятилетия XXI века подавляющее большинство LCD-дисплеев имело подсветку из одной или нескольких

Для того, чтобы понять устройство технологии IPS, необходимо начать непосредственно с самой ЖК-панели. Она объединяет два модуля: LED-подсветку и матрицу, состоящую из жидких кристаллов, которая и создает изображение.

Принцип работы такой панели построен на изменении интенсивности света. Поступая от модуля задней подсветки и проходя между двумя пластинами из поляризованного стекла, свет меняет свою интенсивность в кристаллической матрице в зависимости от степени напряжения электрического разряда. Фактически жидкие кристаллы раскручиваются под определенным углом и пропускают через стеклянную пластину и цветной фильтр только необходимое количество света. Это и обеспечивает отображение той картинки, которую мы видим на экране телевизора.

Общее устройство ЖК-панелей довольно похожее, но различия начинаются, когда мы говорим именно о нюансах поляризации света, проходящего через жидкие кристаллы. Характеристики матрицы – например, углы обзора – зависят от способа ориентации кристаллов в пространстве.

ЖК-панель

1. 1 Поляризатор
2. 2 Стекло
3. 3 Цветной фильтр
4. 4 Жидкие кристаллы
5. 5 Стекло
6. 6 Поляризатор
7. 7 Модуль задней
   подсветки

IPS (от англ. In-Plane Switching)

Технология создания жидкокристаллических панелей, в которых кристаллы работают в одной и той же плоскости между подложкой и поляризатором. В состоянии покоя кристаллы «закрыты» и демонстрируют черный цвет, а при подаче напряжения (E) они поворачиваются на определенный угол (до 90 градусов) и пропускают необходимое количество света. Поскольку поворот происходит в одной плоскости, ЖК-панель IPS стабильно выглядит под разным углом.

Применение

На сегодняшний день технология IPS чрезвычайно популярна, она применяется в дисплеях повсеместно. Ее можно встретить в экранах телевизоров, мониторов, ноутбуков, мобильной техники – практически везде, где нужен качественный цветной дисплей с широкими углами обзора. Особенный статус технология IPS получила у графических дизайнеров, поскольку обеспечивает стабильные характеристики цветопередачи в не зависимости от положения зрителя относительно экрана.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Типовая жидкокристаллическая матрица IPS использует подложку на тонкопленочных транзисторах (TFT) для управления пикселями. Каждый пиксель содержит три светофильтра RGB, которые выделяют необходимый цвет из белой светодиодной подсветки. В некоторых моделях к обычным светофильтрам могут добавляться квантовые точки, выделяющие более широкий спектр RGB. Получаемое на IPS цветное изображение может иметь глубину до 10 бит на цветовой канал.

Сравнительная характеристика

Цветные дисплеи на ЖК-панелях IPS имеют определенные преимущества по сравнению с другими разновидностями ЖК-дисплеев. Главное свойство IPS – способность демонстрировать стабильную картинку под разным углом за счет того, что жидкие кристаллы работают в одной плоскости. Изображение остается ясным и разборчивым независимо от положения зрителя относительно экрана, обеспечивая оптимальную цветопередачу.

По времени отклика технология IPS приближается к самым быстрым ЖК-панелям, поэтому в динамичном изображении нет шлейфов или других артефактов. Другое преимущество IPS – высокий коэффициент пропускания света, когда кристаллы находятся в «открытом» состоянии. За счет этого более эффективно используется мощность подсветки. При одинаковом уровне подсветки изображение на IPS становится более ярким, чем у других технологий LED LCD, а значит, телевизор потребляет меньше энергии.