ЖК матрица LCD телевизоров

S-IPS

Расположение кристаллов в матрицах IPS

Компания Hitachi решила не бороться с недостатками TN, а просто применить другую технологию. За основу было взято открытие Гюнтера Баура, датируемое 1971 годом. Разработанная технология получила название Super-TFT, а при коммерциализации – IPS (In-Plane Switching). Кардинальное отличие данной технологии от TN состоит в расположении кристаллов: они не скручены в спираль, а расположены параллельно друг другу вдоль плоскости экрана. Оба электрода находятся на нижней стеклянной подложке. При отсутствии напряжения на электродах свет не пропускается через второй поляризационный фильтр, плоскость поляризации которого расположена под углом 90° к первому. Таким образом, у IPS чёрный цвет остается чёрным, а не тёмно-серым. Кроме того, углы обзора составляют 170° как по горизонтали, так и по вертикали.

Недостатки технологии обусловлены её достоинствами.

Во-первых, чтобы повернуть весь массив расположенных параллельно кристаллов, требуется время. Поэтому время реакции у мониторов на базе IPS, а также эволюционных продолжений этой технологии S-IPS (Super-IPS) и DD-IPS (DualDomain-IPS) выше, чем у TN+film. Среднее значение для этого типа матриц – 35-25 мс.

Во-вторых, расположение электродов на одной подложке требует большего напряжения для создания достаточного поля, чтобы повернуть кристаллы в нужное положение. Поэтому мониторы на основе IPS-матриц потребляют больше электроэнергии.

В-третьих, требуются более мощные лампы, чтобы просветить панель и при этом обеспечить достаточную яркость.

В-четвёртых, эти панели банально дороги, и до недавнего времени устанавливались только в мониторы с большими диагоналями.

Одним словом, мониторы на основе матриц этого типа остаются идеальным выбором для дизайнеров и других специалистов, работа которых критична к качеству цветопередачи и некритична к скорости переключения ячеек

Давайте более подробно рассмотрим основные типы ЖК матриц применяемых в LCD телевизорах:

Как уже писалось, существует три основных типа ЖК матриц (что такое матрица можно прочесть в описании LCD технологии):
TN (Twisted Nematic) - дословный перевод звучит как "скрученный кристалл". Часто можно увидеть абривиатуру TN+Film, в данном случае Film обозначает дополнительное наружное плёночное покрытие, позволяющее увеличить угол обзора телевизора. Схема работы матрицы TN выглядит следующим образом:

Схема TN матрицы:

Напряжения нет

Напряжение есть

Как видно из рисунка управляющие электроды расположены на обеих сторонах подложки. Когда транзистор находится в выключенном состоянии, то есть электрическое поле отсутствует, молекулы жидких кристаллов находятся в своём нормальном состоянии и выстроены так, чтобы менять угол поляризации проходящего через них светового потока на 90 градусов (жидкие кристаллы образуют спираль). Поскольку угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу первого, то проходящий через неактивный транзистор свет будет без потерь выходить наружу, образуя яркую точку, цвет которой задаётся световым фильтром.

Когда транзистор генерирует электрическое поле, все молекулы жидких кристаллов выстраиваются в линии, параллельные углу поляризации первого фильтра, световой поток полностью проходит сквозь них без изменений. Второй поляризующий фильтр полностью поглощает свет, создавая чёрную точку на месте одной из трёх цветовых компонент.

Технология на основе TN матриц является одной из самых первых, сейчас она занимает уверенное место при изготовлении недорогих ЖК матриц. Основными недостатками такого решения является тот факт, что невозможно полностью контролировать поворот кристаллов и это приводит к тому, что часть света все равно проходит сквозь затвор. Внешне такое заметно в некотором снижении контрастности экрана. Черные цвета более похожи на серые. Так же при нарушении связи электрода с кристаллом наблюдаются яркие точки, или как их еще называют - битые пиксели.

Тем не менее, использование таких матриц LCD, несмотря на вышеуказанные недостатки с лихвой оправдывается их ценой! Телевизоры на основе технологии TN давно и уверенно занимают нишу бюджетных решений.

Следующим решением в LCD матрицах является технология MVA(Multi-Domain Vertical Alignment), что дословно переводится как "мультизональное вертикальное выравнивание". Данная ЖК матрица разработана компанией Fujitsu.

Схема MVA(PVA) матрицы:

Напряжения нет

Напряжение есть

Управляющие электроды, как и в TN матрицах находятся на обеих сторонах подложки, но разбиты на ячейки или зоны, образуемые выступами на внутренней поверхности фильтров. Цель такой конструкции – дать возможность жидким кристаллам двигаться независимо от своих соседей в противоположном направлении. Это позволяет наблюдателю независимо от угла обзора видеть один и тот же оттенок цвета. В отличии от матрицы TN у MVA при отсутствии напряжения кристаллы ориентированы перпендикулярно второму фильтру (каждому его выступу), что на выходе даёт точку чёрного цвета, тоесть дает более темный черный цвет!

При увеличении электрического поля молекулы немного поворачиваются, образуя на выходе точку серого цвета (половинной интенсивности). Немаловажно, что интенсивность света для смотрящего не зависит от угла обзора, поскольку попавшие в поле зрения более яркие ячейки будут компенсироваться находящимися рядом более тёмными, такой прием позволил решить проблему низких углов обзора без пленочного покрытия, применяемого у TN матриц!

При дальнейшем увеличении электрического потенциала кристаллы выстроятся так, чтобы при разных углах наблюдения на выходе была видна точка максимальной яркости.

Надо добавить, что на настоящее время технология MVA является наиболее перспективной. Наибольшей проблемой является недоработка технологического процесса и как следствие более высокая цена на телевизоры данной конструкции.

Хочется сказать еще несколько слов о технологии PVA, не рассматриваемой здесь, но более часто встречаемой на ценниках магазинов. Данная разработка была реализована компанией Samsung через год после появления MVA, и теперь лидирует на рынке. PVA(Patterned Vertical Alignment) в общих чертах повторяет технологию MVA. Отличается, с одной стороны, несколько большими углами обзора, но с другой - худшим временем отклика. Возможно, одной из целей разработки было создание технологии, аналогичной MVA, но свободной от патентов Fujitsu и связанных с ними лицензионных выплат. Соответственно, все недостатки и достоинства PVA-панелей те же, что и у MVA.

Рассмотрим последнюю технологию в этом обзоре IPS(In-Plane Switching), что дословно означает "переключение в одной плоскости". Действительно управляющие электроды здесь находятся в одной плоскости. Данная технология разработана компанией Hitachi.

Схема IPS матрицы:

Напряжения нет

Напряжение есть

При отсутствии электрического поля молекулы жидких кристаллов выстроены вертикально и не влияют на угол поляризации проходящего через них света. Поскольку углы поляризации фильтров перпендикулярны, то свет идущий через выключенный транзистор полностью поглощается вторым фильтром.

При включении поле поворачивает молекулы жидких кристаллов на 90 градусов относительно позиции покоя, меняя тем самым поляризацию светового потока, который пройдёт второй поляризующий фильтр без помех.

Данная технология является компромиссным решением. Она позволяет увеличить одни характеристики, такие как отличная цветопередача, большие углы обзора и к тому же при нарушении связи электрода с кристаллом битый пиксель не ярко светится, а затемнен, что менее заметно для глаз. С другой стороны, электроды, расположенные с одной стороны закрывают часть проходящего света, что приводит к снижению контрастности, та же причина отвечает за увеличение времени отклика пикселя, так как требуется большая энергия для поворота кристалла и соответственно больше времени.

Дата добавления: 2015-05-26