Сравнительная характеристика ЖК и LED телевизоров. Технологии создания дисплеев: виды матриц и их особенности

Рассказывающая об отличиях IPS и TN матриц в рамках советов при покупке монитора или ноутбука. Пришло время поговорить о всех современных технологиях производства дисплеев , с которыми мы можем столкнуться и иметь представление о видах матриц в устройствах нашего поколения. Не путайте с LED, EDGE LED, Direct LED — это типы подсветки экранов и к технологии создания дисплеев имеют косвенное отношение.

Наверное, каждый может вспомнить свой монитор с электронно-лучевой трубкой, которым пользовался ранее. Правда и до сих пор встречаются пользователи и поклонники ЭЛТ технологии. В настоящее время экраны увеличились в диагонали, поменялись технологии изготовления дисплеев, стало все больше разновидностей в характеристиках матриц, обозначающихся аббревиатурами TN, TN-Film, IPS, Amoled и т.д.

Информация в данной статье поможет выбрать себе монитор, смартфон, планшет и другую различного рода технику. Помимо этого, позволит осветить технологии создания дисплеев, а также типы и особенности их матриц.

Пару слов о жидкокристаллических дисплеях

LCD (Liquid Crystal Display — жидкокристаллический дисплей) — это дисплей, изготовленный на основе жидких кристаллов, которые меняют свое расположение при подаче на них напряжения. Если вы близко подойдете к такому дисплею и внимательно присмотритесь к нему, то заметите, что он состоит из маленьких точек – пикселей (жидких кристаллов). В свою очередь каждый пиксель состоит из красного, синего и зеленого субпикселей. При подаче напряжения субпиксели выстраиваются в определенном порядке и пропускают через себя свет, таким образом формируя пиксель определенного цвета. Множество таких пикселей формируют изображение на экране монитора или другого устройства.

Первые мониторы массового производства оснащались матрицами TN — обладающими самой простой конструкцией, но которые нельзя назвать самым качественным типом матрицы. Хотя и среди данного типа матриц имеются весьма качественные экземпляры. Данная технология основана на том, что при отсутствии напряжения субпиксели пропускают через себя свет, формируя на экране белую точку. При подаче напряжения на субпиксели, они выстраиваются в определенном порядке, образуя собой пиксель заданного цвета.

Недостатки TN матрицы

По той причине, что стандартный цвет пикселя, при отсутствии напряжения, белый, данный тип матриц обладает не самой лучшей цветопередачей. Цвета отображаются более тускло и блекло, а черный цвет выглядит скорее темно-серым.
Еще одним главным недостатком TN матрицы являются малые углы обзора. Частично с данной проблемой попытались справиться улучшением технологии TN до TN+Film, с помощью дополнительного слоя, нанесенного на экран. Углы обзора стали больше, но все равно оставались далеки от идеала.

В настоящий момент TN+Film матрицы полностью заменили TN.

Достоинства TN матрицы

малое время отклика
относительно недорогая себестоимость.

Делая выводы, можно утверждать, что при необходимости в недорогом мониторе для офисной работы или серфинга в интернете, мониторы с TN+Film матрицами подойдут наилучшим образом.

Главное отличие технологии IPS матриц от TN — перпендикулярное расположение субпикселей при отсутствии напряжения, которые образуют черную точку. То есть, в состоянии спокойствия экран остается черным.

Преимущества IPS матриц

лучшая цветопередача относительно экранов с TN матрицами: вы имеете яркие и сочные цвета на экране, а черный цвет остается действительно черным. Соответственно, при подаче напряжения пиксели меняют свой цвет. Учитывая эту особенность, владельцам смартфонов и планшетов с IPS-экранами можно посоветовать использовать темные цветовые схемы и обои на рабочем столе, тогда смартфон от аккумулятора будет работать немного дольше.
большие углы обзора. В большинстве экранов они составляют 178°. Для мониторов, а особенно для мобильных устройств (смартфонов и планшетов) эта особенность является важной при выборе пользователем гаджета.

Недостатки IPS матриц

большое время отклика экрана. Это влияет на отображение в динамических картинках, таких как игры и фильмы. В современных IPS панелях с временем отклика дела обстоят получше.
большая стоимость по сравнению с TN.

Подводя итоги, телефоны и планшеты лучше выбирать с IPS-матрицами, и тогда от использования устройства пользователь будет получать огромное эстетическое удовольствие. Матрица для монитора не является столь критичной, современные .

AMOLED-экраны

Последние модели смартфонов оснащают AMOLED-дисплеями. Данная технология создания матриц основана на активных светодиодах, которые начинают светиться и отображать цвет при подаче на них напряжения.

Давайте рассмотрим особенности Amoled матрицы :

Цветопередача . Насыщенность и контрастность таких экранов выше требуемого. Цвета отображаются настолько ярко, что у некоторых пользователей могут уставать глаза при продолжительной работе со своим смартфоном. Зато черный цвет отображается еще более черным, чем даже в IPS-матрицах.
Энергопотребление дисплея . Так же как и в IPS, отображение черного цвета требует меньше энергии, чем отображение определенного цвета, и тем более белого. Но разница в энергопотреблении между отображением черного и белого цвета в AMOLED-экранах намного больше. Для отображения белого цвета необходимо в несколько раз больше энергии, чем для отображения черного.
«Память картинки» . При продолжительном выводе статического изображения могут оставаться следы на экране, а это в свою очередь сказывается на качестве отображения информации.

Также из-за своей довольно высокой стоимости AMOLED-экраны пока используются только в смартфонах. Мониторы, построенные на такой технологии, стоят неоправданно дорого.

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

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

MVA и PVA матрицы обладают отличной контрастностью и углами обзора, но вот с временем отклика дела обстоят похуже – оно растет при уменьшении разницы между конечным и начальным состояниями пиксела. Ранние модели таких мониторов были почти непригодны для динамичных игр, а сейчас они показывают результаты близкие к TN матрицам. Цветопередача *VA матриц, конечно, уступает IPS-матрицам, но остается на высоком уровне. Тем не менее, благодаря высокой контрастности, эти мониторы будут отличным выбором для работы с текстом и фотографией, с чертежной графикой, а также в качестве домашних мониторов.

В заключении могу сказать, что выбор всегда за вами…

Жидкокристаллические модели телевизоров на сегодняшний день не удивляют никого, и встретить их можно практически в каждой современной квартире. Однако, если вы только решили поменять свой старый ТВ на новый, то при выборе модели вы можете столкнуться с тем, что в его названии или характеристиках будет указано слово LED. Наверняка вы слышали о таких видах дисплеев, но перед тем, как сделать свой выбор в пользу LED или LCD модели, следует разобраться в тот, Чем одна технология отличается от другой.

Устройство LCD и LED телевизоров

Представляют собой две прозрачные панели с электродами, между которыми располагаются кристаллы в жидком виде. Такие кристаллы расположены в определенном порядке, для того, чтоб была возможность передавать картинку. Также LCD мониторы имеют фильтры, создающие поляризационный эффект и цветовые фильтры, для создания цветного изображения. Кроме того, в ТВ, созданных по данной технологии, имеется лампа подсветки, которая располагается в задней части экрана. Такое освещение называется CCFL.

Лед телевизоры обладают точно такой же технологией производства, только вместо обычной лампы с холодным катодом, для подсветки используется светодиодное освещение. То есть, большое количество маленьких светодиодов располагается по бокам экрана или по всему его периметру сзади.

В итоге мы приходим к тому, что единственное отличие между такими моделями ТВ заключается в типе подсветки экрана.

Что же все-таки лучше?

Чтобы решить какой из телевизоров подойдет для вас, следует ознакомиться с характеристиками, которыми обладает каждая из данных моделей ТВ.

Цветопередача намного лучше на лед экранах, так как светодиоды позволяют создавать более яркие цвета и большее количество оттенков.
Уровень черного и контрастность также намного лучше в панелях с LED подсветкой. Это связано с тем, что общая подсветка телевизора будет делать пиксели черного цвета недостаточно темными, из-за чего контрастность и уровень черного будет ниже по показателям, чем у ЖК телевизора.
Энергоэффективность. ЖК телевизоры потребляют не намного меньше электроэнергии, чем модели со светодиодной подсветкой, поэтому решить, кто из них в этом плане лучше – сложно.
Стоимость LED телевизоров на данный момент все равно выше, чем у обычных ЖК моделей с такой же диагональю и интерфейсом.
Угол обзора. Раньше это было существенно, так как старые LCD модели обладали матрицами, которые не могли обеспечить достаточный угол обзора и при просмотре телевизора с определенного ракурса он выглядел слишком темным, или просто искажал цвета. В современных моделях такой проблемы уже нет, и вы можете смело покупать их. Однако победителем в данной категории можно назвать LED телевизор, так как даже в самых первых моделях угол обзора составлял не менее 160 градусов.
Быстрота отклика на данный момент одинакова в обеих технологиях. Однако, если вы решите сэкономить и купить старую модель LCD ТВ, то можете столкнуться с маленькой скоростью отклика, из-за чего у картинки может появиться так называемый «шлейф» при просмотре быстро движущегося видео, например «Формулы-1».
Интерфейс в телевизорах как одной, так и другой технологии одинаковый. И там и там есть поддержка игровых консолей, разъемы типа MHL, USB, HDMI и так далее.
Долговечность. Светодиоды служат намного дольше, чем обычные лампы, а значит, LED дисплей прослужит вам дольше.
Габариты. Лед телевизоры заметно более тонкие, чем обычные ЖК дисплеи. Это связано с тем, что светодиоды располагаются по периметру монитора, а не сзади него, поэтому занимают меньше места.

Выводы

Технологически, между ЖК и LED ТВ нет никакой разницы, но судя по характеристикам, светодиодная технология все-таки лучше. Поэтому при выборе модели телевизора следует отталкиваться от собственных требований к данному устройству и предпочтений.

Так, если вы собираетесь установить телевизор возле стены, то можно спокойно выбирать жидкокристаллическую модель телевизора, так как видеть вы его будете только в фронтальной части, а значит его толщина не будет существенной.

Если вы хотите наслаждаться ярким контрастным изображением и любите смотреть телевизор в вечернее время с приглушенным светом, то лучше выбрать модель со светодиодной подсветкой, так как она обладает лучшей цветопередачей и глубиной черного, судя по характеристикам.

Также LED телевизоры лучше будут смотреться, если вы желаете разместить экран на стене при помощи кронштейна. Так он будет выступать намного меньше, что будет лучше выглядеть.

Однако, если для вас идеальная цветопередача и толщина телевизора не особо важна, или вы не хотите тратить много денег, то можете выбрать и одну из современных моделей ЖК дисплеев. Для невооруженного глаза разницы практически никакой не будет.

Современный человек половину своего времени проводит у экранов, поэтому ему так важно знать, какими преимуществами и недостатками обладают те или иные технологии производства дисплеев. Пользователи постоянно смотрят в экраны своих мониторов, телевизоров, телефонов, камер и других устройств. Поэтому огромную важность приобрел не только показатель , но и та технология, в соответствии с которой он изготовлен. Наиболее распространенной технологией является LCD (ЖК). Если экран телевизора описывается как «LED», то речь, скорее всего, идет именно об этой технологии. Источником света в данной технологии являются светодиоды.

Различия в устройстве экранов LED LCD и OLED

В опубликованной ресурсом TrustedReviews иллюстрированной заметке заметке «OLED vs LED LCD – Which display tech is the best?» Эндрю Уильямс (Andrew Williams) рассмотрел особенности каждой из наиболее популярных технологий производства экранов современных устройств. О великолепных качествах OLED наслышаны многие. Настала пора поговорить и о том, какими преимуществами обладает LCD-технология.

OLED-технология характеризуется существенными отличиями от LED LCD. Она применяется, например, в смартфонах Samsung Galaxy и таких телевизорах, как LG 55EC930V. Некоторые люди полагают, что именно за этой технологией будущее. На самом ли деле она превосходит хорошие LED LCD-дисплеи?

OLED и LED LCD. Основное различие

Основным различием является то, что в LED LCD пиксели подсвечиваются, а в OLED они излучают собственный свет. Вы могли слышать о том, что пиксели OLED называют «emissive» («излучающими»). Это значит, что яркость OLED-дисплея может контролироваться попиксельно. Такой уровень контроля недоступен в LED LCD.

В недорогих телевизорах и телефонах с LCD-экранами используется светодиодная подсветка, которая находится на стороне дисплея, а не прямо под ним. Свет от этих светодиодов проходит через матрицу с красными, зелеными и синими пикселями, которые и формируют понятную человеческим глазам картинку.

В экранах этого типа контроль над уровнем яркости ограничен. В темной комнате на таком LCD-экране видно, что некоторые части изображения не абсолютно черные, поскольку через них также проходит свет.

Контраст означает то, насколько различаются между собой черный и белый цвета, насколько белый цвет ярче черного. В хороших LCD-экранах это соотношение составляет 1000:1. Это значит, что белый цвет ярче черного в тысячу раз.

Контраст OLED

В OLED-дисплеях чистый черный цвет вообще не излучает света. Поэтому изображение, например, при просмотре фильма, будет смотреться непредсказуемо. Часть изображения будет резко выделяться своей яркостью.

Существуют также Direct LED-дисплеи, где светодиоды располагаются непосредственно под панелью, позволяя более тонкий контроль над тем, насколько яркими будут те или иные области экрана. Эта технология применяется в некоторых премиальных телевизорах.

В Direct LED-телевизорах возможность контроля изображения на уровне пикселей также недоступна. Вместо этого можно приглушить яркость изображения на определенных участках экрана. Это может оказаться весьма полезной возможностью в тех случаях, когда вы смотрите фильм с соотношением сторон 21:9 на телевизоре, соотношение сторон которого составляет более привычные 16:9.

Может ли LCD посоревноваться с OLED?

Профессиональный специалист по калибровке телевизоров Винсент Тио (Vincent Teoh) сказал: «LED LCD никогда не будет сравнима с OLED по уровню черного», при этом добавив: «при этом превосходит по максимальной яркости».

Для просмотра контента в темных комнатах лучшим решением является OLED-дисплей. Такие дисплеи хороши в телефонах. Основным производителем таких смартфонов является Samsung. В телефонах Nokia Lumia и одно время использовались OLED-экраны. Sony, Apple и LG преимущественно используют в своих телефонах LCD-дисплеи.

LCD-продолжает доминировать и в телевизорах. Тио отмечает, что LCD и в будущем «сохранит свое положение доминирующей технологии для телевизоров до тех пор, пока OLED не достигнет подобной цены для такого же размера и технических характеристик, чего не случится как минимум еще 5 лет — если OLED вообще сохранится и спустя столь долгое время».

Недостаток OLED-технологии

Если OLED-технология столь хороша, то почему все телевизоры на базируются на ней? Дело в том, что производство таких телевизоров невероятно сложное и они выходят дорогими. В основном известны OLED-телевизоры Samsung и LG. В OLED от Samsung (KE55S9C) при невероятно высокой цене известен дефект — синие светодиоды работают меньше, чем зеленые и красные. Да, они проработают годы, но за такие деньги пользователям хотелось бы приближения к совершенству.

LG удалось избежать этого дефекта, благодаря использованию белых светодиодов и цветных фильтров над их поверхностью, что приближает данную технологию к LCD.

Преимущества LCD-технологии

Сравнительно невысокая стоимость является основным преимуществом LCD-дисплеев. Вы можете найти высококачественные LCD-экраны в не очень дорогих девайсах. Примерами тому является IPS-панель в Moto E. Благодаря LCD-технологии возможны сравнительно недорогие -телевизоры, цена которых более чем в 10 раз ниже, чем их OLED-аналогов. Не исключено, что со временем таким разрешением обладать также и экраны смартфонов.

Изображение на LCD-экране часто выглядит более четко, чем на OLED при одинаковом разрешении. И проблема не только в разной продолжительности работы светодиодов различных цветов. Различается также уровень вывода ими света. Если LCD-экраны характеризуются равномерными цветами (красных, зеленых и синих субпикселей), то OLED-дисплеи отображают их более… «динамически».

Sony продемонстрировала разницу в контрасте между LED LCD и OLED

К примеру, в Galaxy Note 4 вместо использования трех постоянных субпикселей присутствуют маленькие точки красного, синего и зеленого, которые эффективно формируют два пикселя. Они различаются формой — красные и синие ромбовидны, а зеленые являются маленькими овалами.

Это называется расположением PenTile и делает изображение на экране несколько неоднородным. Впрочем, в новейших телефонах этот эффект постепенно исчезает. При этом OLED остается более сложной и в меньшей степени доведенной до совершенства технологией, чем LCD.

Достаточно ли значительны преимущества OLED-технологии для той невероятно высокой цены, которой характеризуются экраны на ее основе?

Выбирая современный телевизор, покупатель сталкивается с большим количеством вопросов, в том числе, и в чем разница между ЖК и LED телевизорами. Ведь на первый взгляд, эти плоские телепанели ничем не отличаются. Да и технология в них применяется одна и та же – ЖК матрица , состоящая из двух пластин. Жидкие кристаллы, расположенные между ними, под действием электрического тока, подобно затвору фотоаппарата, пропускают или преграждают свет. В зависимости от уровня приложенного напряжения на экране формируется изображение. Однако у есть свои особенности, позволяющие определить, какой из них лучше.

Функции современного ТВ

Прежде чем перейти к рассмотрению преимуществ и недостатков этих видов телевизоров, стоит определить значение современного телевизионного оборудования. Разнообразие моделей позволяет удовлетворять разные потребности пользователей. Сегодня ТВ выступают в различном качестве.

Перед покупкой телевизора стоит, прежде всего, определиться, какие потребности он должен удовлетворять. Если рассматривать по ценовому критерию, то LCD модели будут несколько дешевле аналогичных LED TV. Но стоит ли экономить в таком случае, и чем принципиально отличаются эти телевизоры?

Особенности LCD телевизоров

Как уже отмечалось, в основе жидкокристаллического телевизора лежит многослойная структура (стеклянные пластины с поляризационными фильтрами и слой жидких кристаллов). Свет от источников - в данном случае тонких люминисцентных ламп с холодным катодом, которые располагаются за матрицей, проходит через ЖК-решетку. Она состоит из множества ячеек, каждая из которых, в зависимости от напряжения, пропускает разное количество света (поляризация). Таким образом, благодаря комбинации основных цветов (зеленого, красного и синего) на экране формируется картинка.

ЖК-решетка нуждается в задней подсветке, именно ей и отличаются модели LCD (ЖК) и LED.

При появлении ЖК ТВ на рынке, они сразу получили доверие потребителей. Их достоинства перед предыдущими видами телевизоров были очевидны:

узкие телепанели которые легко монтировать на стену или потолок ;
низкое энергопотребление (конкретные цифры приведены в статье о );
отсутствие мерцания и статистического напряжения экрана;
правильная геометрия изображения;
поддержка Full HD разрешения.

Особенности LED телевизоров

Благодаря хорошей работе маркетологов, позиционируется как инновационная. Хотя, на самом деле это все лишь вид жидкокристаллических телевизоров, который отличается подсветкой. В качестве источников свечения используются более совершенные в этом плане RGB светодиоды. На сегодняшний день LED ТV – это самые популярные и востребованные модели. В них применяется два типа подсветки: Direct LED и Edge LED.

В первом случае светодиоды располагаются прямо за матрицей , как лампы в LCD моделях. Во втором подсветка располагается с краев экрана и равномерно распределяется благодаря специальной рассеивающей пленке. В зависимости от диагонали, светодиоды могут быть установлены как на одной стороне, так и на двух. В моделях с большой диагональю подсветка может быть установлена по всему периметру.

Direct LED технология позволяет избегать боковых засветов и использовать технологию Local Dimming. В то же время, Edge LED бокового типа более энергоэффективна и позволяет создавать модели толщиной менее сантиметра.

Основные преимущества LED телевизоров:

небольшой вес и тонкий корпус;
четкая, контрастная картинка, с насыщенной цветопередачей;
объемное и реалистичное изображение, без искажений;
в моделях премиум-класса применяется система локального затемнения экрана (Local Dimming), что во многом повышает качество картинки.

В чем разница между ЖК и LED

В LED моделях, благодаря отсутствию ламп, не используется ртуть . Это делает их экологичными и безопасными в плане утилизации.
Светодиоды энергоэфективнее ламп. По статистике, такие источники света позволяют экономить до 40% электроэнергии, которая используется для работы ТВ.
LCD ТВ уступают обновленным моделям не всегда. Например, они выигрывают у некоторых бюджетных LED устройств. Из-за удешевления технологии, в них бывают сложности с управлением диодами.
Возможность равномерного распределения светодиодов дает только подсветка Direct LED - именно такие модели выигрывают у обычных ЖК. Локальное затемнение, которое дает определенное преимущество LED моделям, с технологией Edge невозможно.
Что касается видеоигр, то оба устройства поддерживают современные игровые консоли и приставки.
По сроку службы LED также выигрывает у ЖК, поскольку люминесцентные лампы в процессе службы быстрее выгорают. Благодаря RGB светодиодам точность цветопередачи у LED сохраняется гораздо дольше.

Какой же все-таки телевизор лучше? Безусловно, LED модели выигрывают у LCD. Но качество изображения зависит не только от типа подсветки, она не должна стать решающим фактором. Важно обращать внимание на и дополнительные технологии, которые влияют на видеосигнал. Поэтому некоторые модели жидкокристаллических телевизоров с CCFL лампами при наличии хорошего видеопроцессора вполне могут составить достойную конкуренцию LED TV.

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

лидерством на рынке ЖК-дисплеев и технологий производства TFT LCD;
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.