Матрица lcd что это
Типы матриц мониторов. LCD, LED, OLED и их производные
В нашем обзоре рассмотрим типы матриц мониторов, в которых желательно ориентироваться любому современному пользователю стационарного компьютера, ноутбука или же телевизора. Так при покупке нового устройства, чтобы сделать правильный выбор, необходимо представлять какие плюсы и минусы есть в современных матрицах, исходя из применяемой технологии.
В настоящее время для производства матрицы для монитора компьютера используются три основных технологии: LCD (Liquid Crystal Display), LED (Light-Emitting Diode), OLED (Organic Light Emitting Diod). Это корневые технологии (типы экранов) от которых идут все остальные. В том числе для ноутбуков и телевизоров.
Типы матрицы мониторов. Основные три кита
Исходя из предоставленных данных следует заключение, что матрицы мониторов бывают двух типов – жидкокристаллические и светодиодные. Также возможны их комбинации и вариации.
Основные типы матриц (экранов) LCD — это TN (TN+film), IPS (H-IPS, AS-IPS, H-IPS A-TW, AFFS-IPS, PLS-IPS), VA (MVA, PVA). С качестве экзотики можно затронуть OLED.
Таблица преимуществ и недостатков современных матриц мониторов
| Тип матрицы | Достоинства | Недостатки |
| TN | Низкое время отклика (до 1 мс), дешевизна | Маленькие углы обзора, низкая контрастность, плохая цветопередача, инерционность, энергопотребление |
| IPS | Большие углы обзора, очень хорошая цветопередача (DCI-P3 и Rec. 2020) | Высокая цена, высокое время отклика (5-15 мс), плохие оттенки черного |
| VA | Низкое время отклика (до 2-3 мс), высокая частота обновления (до 200 hz), хорошая цветопередача, лучшая контрастность (3000:1) | Урезанные углы обзора |
| OLED | Низкое энергопотребление, большие углы обзора (до 180 гр), мгновенный отклик, высокая контрастность | Маленький срок службы диодов, высокая цена по сравнению с IPS, невозможность создания долговечного дисплея |
Ну что же, рассмотрим теперь эволюционный процесс, пройденный дисплеями при становлении на службу человечеству.
Устройство LCD
Начнем с наиболее привычного нам ЖК экрана. В его состав входят:
Точка экрана, отвечающая за формирование изображения, называется пикселем, и состоит из:
Принцип работы LCD
Если между фильтрами не было бы ЖК, то свет от источника проходя через первый фильтр и поляризуясь в одном направлении, полностью задерживался бы вторым, из-за его того, что его оптическая ось перпендикулярна оси первого фильтра. Поэтому, как бы мы не светили на одну сторону матрицы, со второй стороны она остается черной.
Поверхность электродов, касающаяся ЖК обработана таким образом, чтобы создать определенный порядок расположения молекул в пространстве. Иначе говоря – их ориентацию, которая имеет свойство изменятся в зависимости от величины напряжения электрического тока, приложенного к электродам. Далее уже начинаются технологические различия в зависимости от типа матрицы.
TN матрица
Воздействуя на электроды напряжением можно изменять угол поворота кристалла вплоть до его полного распрямления, при котором свет через кристалл пройдет без преломления. А так, как он уже был поляризован первым фильтром, то второй его полностью задержит, и ячейка будет черной. Изменение величины напряжения изменяет угол поворота, а соответственно и степень прозрачности.
TN+Film матрица. От простой TN отличается наличием специального слоя, призванного повысить раствор обзора в градусах. На практике достигается значение в 150 градусов по горизонтали для лучших моделей. Применяется в подавляющем большинстве телевизоров и мониторов бюджетного уровня.
IPS (SFT) матрица
Да, и это тоже потомок той, самой древней ЖКИ пластины. По сути представляет собой более развитую и модернизированную TFT так, как называется Super Fine TFT (очень хороший ТФТ). Угол обзора увеличен лучших изделий достигает 178 градусов, а цветовой охват практически идентичен естественному.
Виды IPS матрицы:
VA, MVA и PVA матрицы
Это тоже технология изготовления LCD, а не отдельный тип экрана.
LED экран
Параллельно ЖКИ развивалась технология LED. Полноценные, чистокровные экраны ЛЕД изготавливаются из дискретных светодиодов либо матричным, либо кластерным способом и в магазинах бытовой техники не встречаются.
Причина отсутствия в продаже полновесных ЛЕД кроется в их больших габаритах, низком разрешении, крупнозернистости. Удел таких устройств – баннеры, уличное ТВ, медиафасады, устройство бегущей строки.
Не путайте маркетинговое название типа «LED-монитор» с настоящим светодиодным дисплеем. Чаще всего под этим название будет скрываться обычный ЖКИ типа TN+Film, но подсветка будет выполнена при помощи светодиодной лампы, а не люминесцентной. Это все, что в таком мониторе будет от LED технологии – только подсветка.
OLED дисплеи
Отдельным сегментом выступают OLED дисплеи, представляющие собой одно из самых перспективных направлений.
OLED — это органические светодиоды, которые самостоятельно испускают свет при прохождении через них электрического тока. На английском эта аббревиатура расшифровывается как Organic Light Emitting Diod.
Если переводить на русский язык, получатся светоизлучающие органические дисплеи. Органические — не значит «живые». Здесь под органикой подразумеваются углеродсодержащие полимеры, которые фосфоресцируют, если через них пропустить ток. Причем светятся они тем ярче, чем больше тока на них подать. Если ток не подавать вовсе, свечения не будет.
Технология OLED превзошла LCD и LED по многим показателям. До недавнего времени матрицы на основе органических светодиодов встречались только в смартфонах и телевизорах. В 2020 году выпуск ноутбуков с OLED-дисплеями начала компания ASUS.
Какая матрица лучше, как они влияют на зрение?
Итак, возможность выбора в магазинах ограничена тремя технологиями TN, IPS, OLED.
TN матрица обладает низкой стоимостью, имеет приемлемые временные задержки и постоянно совершенствует качество изображения. Но из-за низкого качества конечного изображения может рекомендоваться только для домашнего применения – иногда кино посмотреть, иногда игрушку погонять и время от времени поработать с тексами. Как вы помните время отклика у лучших моделей достигает 4 мс. Недостатки в виде плохой контрастности и неестественности цвета вызывает повышенную утомляемость глаз.
IPS это, конечно же, совсем другое дело! Яркие, сочные и естественные цвета передаваемой картинки предоставят превосходный комфорт работы. Рекомендуется для полиграфических работ, дизайнерам или тем, кто готов заплатить за удобство кругленькую сумму. Ну а играть будет не очень удобно вследствие высокого отклика – далеко не все экземпляры могут похвастаться даже 16 мс. Соответственно – спокойная, вдумчивая работа – ДА. Классно посмотреть киношку – ДА! Динамичные стрелялки – НЕТ! Зато глаза не устают.
OLED. Такой монитор могут себе позволить либо достаточно обеспеченные люди, либо пекущиеся о состоянии своего зрения. Если бы не цена, то можно было бы рекомендовать всем и каждому – характеристики этих дисплеев обладают достоинствами всех остальных технологических решений. На наш взгляд здесь нет недостатков, кроме стоимости.
AMOLED, OLED, IPS, TFT И Т.Д.: чем различаются дисплеи этих типов и какой лучше
Если человека «встречают по одежке, а провожают по уму», то телевизор, компьютерный монитор, смартфон и планшет встречают по дисплею. И провожают зачастую тоже. При покупке такого устройства не всегда есть возможность оценить красоту и другие свойства его экрана воочию, ведь многие сделки совершаются через Интернет. Но если вы знаете, что означают 3 буквы, то легко составите представление о дисплее аппарата, даже не видя его.
Нет, это вовсе не те буквы, что пишут на заборе. И иногда их не 3, а больше. Например, LED, LCD, IPS, TFT, OLED, QLED, AMOLED. Всё это технологии изготовления экранов, которые определяют их характеристики. Поговорим, что такое LED-, AMOLED-, QLED-, OLED-дисплеи и в чем их отличия от IPS, TFT, LCD и т. д.
Сравнить несравнимое
LCD vs LED
LCD, TFT, LED, AMOLED и прочие «леды» – всего лишь сокращенные обозначения, а различий между ними –пропасть. Тем более что некоторые из этих понятий несопоставимы. Так, никто вам не скажет, какой телевизор лучше: LCD или LED, поскольку LCD (Liquid Crystal Display) – это дисплей на жидких кристаллах или просто ЖК, а LED (Light Emitting Diode) – один из видов его подсветки (светодиодный). То есть телевизор может быть LCD и LED одновременно.
Структурная схема LCD-экрана с LED-подсветкой показана на рисунке ниже:
LED-подсветка, в отличие от устаревшей люминесцентной (CCFL), обеспечивает равномерное распределение света по поверхности экрана и более высокий уровень яркости. Кроме того, она потребляет меньше энергии и дольше служит.
TFT vs LCD
«А как насчет телевизора с экраном TFT? Он лучше LCD или хуже?» Ни то, ни другое, ведь TFT (Thin Film Transistor) – это ЖК-дисплей с активной матрицей, разновидность LCD. Активная матрица – это система управления цветопередачей дисплея, где каждый пиксель регулируется собственной группой тонкопленочных микротранзисторов.
В отличие от пассивной матрицы, где оттенок пикселей регулируется линейно (по строчкам и столбцам), активная в 5-6 раз быстрее реагирует на смену картинки, имеет более высокую яркость, контрастность и углы обзора, а также потребляет меньше энергии.
Жидкокристаллические экраны всех современных TV, мониторов, смартфонов и планшетов имеют активную матрицу, поэтому сравнивать LCD и TFT в отношении этих устройств неуместно.
TFT vs IPS. Свойства и версии IPS
«Но ведь экраны IPS определенно лучше TFT, не зря об этом пишут на форумах!?» И снова те, кто так пишет, не угадали. IPS – это разновидность TFT. Такая же, как TN, PLS, VA, MVA, PVA и прочие. TFT-шками иногда ошибочно называют дисплеи TN (Twisted Nematic), которые действительно не блещут качеством картинки – из всех вариантов TFT у них наихудшая передача цвета, самые малые яркость и контраст и очень ограниченные углы обзора. Зато экраны TN отличаются низкой стоимостью, быстрым откликом и высокой частотой обновления.
IPS (In Plane Switching) – это следующий шаг в развитии технологии активных матриц, который устранил основные недостатки TN. Изменение положения кристаллов и точек подачи напряжения на ячейку привело к тому, что черный цвет стал действительно черным, а при взгляде на экран сбоку цвета остаются такими же, как если смотреть на него спереди. Кроме того, в экранах IPS заметно улучшилась цветопередача и увеличилась общая яркость и контрастность, но скорость отклика в сравнении с TN, наоборот, уменьшилась.
Сегодня IPS параллельно развивают 3 компании – Panasonic (принял «эстафетную палочку» от разработчика первой версии – Hitachi), NEC и LG. Каждая версия и поколение этой технологии имеют свои особенности и наименования.
Собственную версию IPS, которая получила название PLS (Plane to Line Switching), развивает и компания Samsung.
Матрица светодиодов.
Все разработчики совершенствуют технологию в одних и тех же направлениях. Это уменьшение времени отклика, увеличение контрастности, глубины и естественности цвета, улучшение углов обзора, устранение цветовых искажений, снижение энергопотребления, а главное – удешевление производства матриц. Компьютерные мониторы с экранами IPS последних лет по скорости отклика уже «наступают на пятки» TN и могут использоваться не только для профессиональной графики, но и для динамичных игр.
Большинство пользователей, кроме, пожалуй, профессионалов в области графики и дизайна, не заметят различий картинки на IPS-дисплеях разных марок, но отличия между их бюджетными и топовыми версиями есть и довольно существенные. Наивысшее качество изображения воспроизводят матрицы P-IPS и AH-IPS производства LG. Они же самые дорогие.
VA/MVA/PVA
Матрицы VA, MVA и PVA занимают промежуточное положение между TN и IPS как по качеству изображения, так и по цене. По сравнению с TN они имеют более широкие углы обзора и точнее передают глубину и естественность цвета, по сравнению с IPS они дешевле. Однако экраны этих типов не получили широкого распространения. Их используют в производстве мониторов для ПК и бюджетных серий телевизоров.
Да будет свет
Технология подсветки LCD-экранов LED представлена несколькими видами. Они различаются цветом, расположением светодиодов на ЖК-панели и способом регуляции свечения.
На основе WLED разработан еще один стандарт LCD-дисплеев – QDEF, где вместо белых диодов используется синие, а красный и зеленый цвета образует покрытие из квантовых точек (кристаллов, светящихся под действием электричества), нанесенное на лист пластика. QDEF-дисплеи воспроизводят до 60% оттенков, различимых человеческим глазом, что в разы выше, чем позволяет добиться WLED. А по затратам энергии и цене экраны WLED и QDEF примерно равнозначны.
QDEF также является одной из версий технологии QLED (Quantum-dot Light Emitting Diode), которая основана на квантово-точечных светодиодах.
По расположению светоизлучающих элементов на ЖК-панели различают следующие виды LED-подсветки:
Каждый из трех типов подсветки делятся еще на 2 – с поддержкой локального затемнения (Local Dimming) и динамической контрастности (DCR) либо без поддержки. Изображение экранов с Local Dimming и DCR выглядит реалистичнее.
OLED и AMOLED
Понятие OLED хоть и созвучно с LED, но не имеет с ним практически ничего общего. OLED (Organic Light Emitting Diode) – это технология изготовления дисплеев, основанная на свойствах органических полупроводников – элементов, способных излучать свет под действием тока. Каждый субпиксель OLED-экрана – это отдельный органический светодиод. В отличие от ЖК, панели OLED не нуждаются в подсветке, поскольку светятся каждой своей точкой.
Другие свойства и особенности OLED-дисплеев в сравнении с LED:
AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode) – это активная матрица на органических светодиодах, сочетание технологий TFT и OLED, где последняя применяется в качестве подсветки. Соответственно, экраны AMOLED обладают свойствами того и другого.
Технология AMOLED нашла широкое применение в производстве сенсорных дисплеев для мобильных устройств. И не только она, но и ветви ее развития – Super AMOLED и Super AMOLED плюс.
Отличие просто AMOLED от Super – заключается в отсутствии у второго воздушной прослойки между поверхностями тачскрина и матрицы, что увеличивает четкость картинки. А от Super AMOLED плюс – в количестве и расположении субпикселей (цветных составляющих пикселя). В последнем их на 50% больше и они размещены плотнее.
AMOLED vs IPS
Закономерно возникает вопрос: какой дисплей лучше – AMOLED или IPS? Вы уже знаете, что представляет собой тот и другой, поэтому давайте для наглядности сопоставим их характеристики в таблице.
AMOLED
Очевидно, что обе технологии имеют как достоинства, так и недостатки. Назвать одну из них явным лидером затруднительно, тем более что перспективы развития и совершенствования есть у той и другой. Как они покажут себя в дальнейшем, поживем и увидим. А пока выбирайте то, к чему больше лежит душа – останетесь в выигрыше в любом случае.
Виды жидкокристаллических матриц, их отличия и особенности
История открытия жидких кристаллов
Впервые жидкие кристаллы были обнаружены в 1888 году австрийским ботаником Фридрихом Райнитцером в ходе исследования холестеринов в растениях. Он выделил вещество, имеющее кристаллическую структуру, но при этом странно ведущее себя при нагреве. При достижении 145.5°C вещество мутнело и становилось текучим, но при этом сохраняло кристаллическую структуру вплоть до 178.5°C, когда, наконец, превращалось в жидкость. Райнитцер сообщил о необычном явлении своему коллеге – немецкому физику Отто Леманну, который выявил ещё одно необычное качество вещества: эта псевдожидкость в электромагнитных и оптических свойствах проявляла себя как кристалл. Именно Леманн и дал название одной из ключевых технологий отображения информации на сегодняшний день – «жидкий кристалл».
Технический словарь разъясняет термин «жидкий кристалл» как мезофазу, переходное состояние вещества между твёрдым и изотропным жидким. В этой фазе вещество сохраняет кристаллический порядок расположения молекул, но при этом обладает значительной текучестью и стабильностью в широком диапазоне температур.
Почти столетие это открытие относилось к рангу удивительных особенностей природы, пока в 70-х годах ХХ века компания Radio Corporation of America не представила первый работающий монохромный экран на жидких кристаллах. Вскоре после этого технология начала проникать на рынок потребительской электроники, в частности, наручных часов и калькуляторов. Однако до появления цветных экранов было ещё очень далеко.
Принцип работы жидкокристаллических экранов
Работа жидкокристаллических матриц основана на таком свойстве света, как поляризация. Обычный свет является неполяризованным, т.е. амплитуды его волн лежат в огромном множестве плоскостей. Однако существуют вещества, способные пропускать свет только с одной плоскости. Эти вещества называют поляризаторами, поскольку прошедший сквозь них свет становится поляризованным только в одной плоскости.
Если взять два поляризатора, плоскости поляризации которых расположены под углом 90° друг к другу, свет через них пройти не сможет. Если же расположить между ними что-то, что сможет повернуть вектор поляризации света на нужный угол, мы получим возможность управлять яркостью свечения, гасить и зажигать свет так, как нам хочется. Таков, если описывать вкратце, принцип работы ЖК-матрицы. Конкретную реализацию этого принципа в разных матрицах мы рассмотрим ниже.
В упрощенном виде матрица жидкокристаллического дисплея состоит из следующих частей:
В цветных матрицах каждый пиксель формируется из трёх цветных точек (красной, зелёной и синей), поэтому добавляется ещё и цветной фильтр. В каждый момент времени каждая из трёх ячеек матрицы, составляющих один пиксель, находится либо во включённом, либо в выключенном положении. Комбинируя их состояния, получаем оттенки цвета, а включая все одновременно – белый цвет.
Глобально матрицы делятся на пассивные (простые) и активные. В пассивных матрицах управление производится попиксельно, т.е. по порядку от ячейки к ячейке в строке. Проблемой, встающей при производстве ЖК-экранов по этой технологии, стало то, что при увеличении диагонали увеличиваются и длины проводников, по которым передаётся ток на каждый пиксель. Во-первых, пока будет изменён последний пиксель, первый успеет потерять заряд и погаснуть. Во-вторых, большая длина требует большего напряжения, что приводит к росту помех и наводок. Это резко ухудшает качество картинки и точность цветопередачи. Из-за этого пассивные матрицы применяются только там, где не нужны большая диагональ и высокая плотность отображения.
Для преодоления этой проблемы были разработаны активные матрицы. Основой стало изобретение технологии, известной всем по аббревиатуре TFT, что означает Thin Film Transistor – тонкоплёночный транзистор. Благодаря TFT, появилась возможность управлять каждым пикселем на экране отдельно. Это резко сокращает время реакции матрицы и делает возможными большие диагонали матриц. Транзисторы изолированы друг от друга и подведены к каждой ячейке матрицы. Они создают поле, когда им приказывает управляющая логика – драйвер матрицы. Для того, чтобы ячейка не потеряла заряд преждевременно, к ней добавляется небольшой конденсатор, который играет роль буферной ёмкости. С помощью этой технологии удалось радикально уменьшить время реакции отдельных ячеек матрицы.
Виды матриц
Различия между разными типами матриц обусловлены расположением жидких кристаллов и, как следствие, особенностями прохождения через них света.
TN+film
Кристаллы в TN-матрице
Первой и наиболее простой технологией производства матриц была технология TN (Twisted Nematic, скрученные нематические), представленная в далёком 1973 году. Особенностью нематических кристаллов является то, что они выстраиваются друг за другом, как солдаты в колонне. Организация их в матрице выглядит как спираль. Для этого на стеклянных подложках делаются специальные бороздки, благодаря которым первый кристалл в спирали всегда расположен в одной и той же плоскости. Следующие за ним кристаллы располагаются друг за другом по спирали, пока последний не укладывается в аналогичную бороздку на второй подложке, расположенную под углом 90° к первой. К каждому концу спирали подведены электроды, которые и влияют на расположение кристаллов созданием электрического поля. При отсутствии напряжения и поля кристаллы поворачивают ось поляризации света, прошедшего через первый поляризатор, на 90°, чтобы он оказался в одной плоскости со вторым поляризатором и беспрепятственно прошёл сквозь него. Так получается белый пиксель. Если подать напряжение на электроды, спираль начинает сжиматься. Максимальное значение напряжения соответствует такому положению, при котором кристаллы не поворачивают поляризованный свет, и он поглощается вторым поляризатором (чёрный пиксель). Для получения градаций (оттенков серого) напряжение варьируется, тогда кристаллы занимают такое положение, при котором свет проходит через фильтры неполностью.
Принцип работы ЖК-матриц на примере TN
Из-за особенностей TN чёткое формирование оттенков сильно затруднено, и по сей день цветопередача является их ахиллесовой пятой.
Проблемой первых TN-матриц были очень небольшие углы обзора, при которых ячейка была видна с нужным цветом. Поэтому была разработана специальная плёнка, которая накладывается сверху на матрицу и расширяет углы обзора. Технология стала называться TN+film. В этом исполнении она существует и по сей день. Разъясним её. Угол между нормалью фронта световой волны и углом директора молекул ЖК (так научно называются те самые бороздки) равен j. Интенсивность пропущенного через 2 поляризатора света равна sin2 j. С практической точки зрения эти построения означают, что при полностью включённом пикселе угол j составляет не более 30°, а интенсивность света меняется в пределах 10%. А вот в среднем положении при уровне серого 50% угол j составит 45°, а изменение интенсивности – примерно 90%. Естественно, вряд ли кого устроит то, что, пошевелившись на стуле, он увидит вместо красного цвета зелёный. Поэтому сверху на матрицу клеится плёнка, имеющая другое значение j, из-за чего изменение интенсивности при смене угла обзора уже не так заметно. Сегодняшние матрицы обеспечивают нормальное изображение при отклонении от центра примерно на 50-60° по горизонтали (угол обзора 100-120°), а вот с вертикальными углами дело обстоит хуже. При отклонении от центра по вертикали хотя бы на 30 градусов нижняя часть матрицы начинает светлеть, иногда появляются тёмные полосы и т.д.
Ещё одна особенность TN состоит в том, что положением пикселя по умолчанию (т.е. при отключённом токе на электродах) является белый цвет. При этом, если транзистор сгорает, мы получаем всегда ярко горящую точку на мониторе. А если учесть, что добиться абсолютно точного положения кристаллов невозможно, на TN-матрицах невозможно добиться и хорошего отображения чёрного цвета.
В связи с ограниченной скоростью пассивных матриц для уменьшения скорости реакции была разработана технология STN (Super Twisted Nematic). Смысл её заключается в том, что бороздки на стеклянных подложках, ориентирующие первый и последний кристалл, расположены под углом более 200° друг к другу, а не 90°, как в обычной TN. В таком случае переход между крайними состояниями резко ускоряется, однако становится крайне сложно управлять кристаллами в средних положениях. Более-менее стабильными они были при углах между бороздками около 210°. Однако без недостатков не обошлось и тут: при отклонении от центра ячейки белый свет становился либо грязно-жёлтым, либо голубоватым. Чтоб хоть как-то сгладить эту проблему, инженеры Sharp разработали DSTN – Dual-Scan Twisted Nematic. Суть технологии состоит в том, что экран делится на две части, каждая из которых управляется отдельно. Помимо увеличения скорости, преимуществом технологии было смягчение искажений цветов, а недостатком – большой вес и высокая стоимость.
Итак, выделим достоинства и недостатки матриц TN+film (во всех исполнениях) на сегодняшний день:
| Плюсы | Минусы |
| высокая скорость переключения ячеек | абсолютно низкое качество цветопередачи |
| низкая цена | малые углы обзора |
| низкая контрастность (соотношение между белым и чёрным) | |
| низкая цена |
К сожалению, подавляющее большинство производимых сегодня ЖК-мониторов самой ходовой диагонали 17” производится на базе TN+film из-за дешевизны технологии. В принципе, для нетребовательного к качеству изображения пользователя ничего страшного в этом нет, однако для работы с графикой придётся обратить взор на другие матрицы.