Многие из нас ежедневно проводят длительное время за компьютером, глядя в экран своего монитора. Говорить о том, что это не сильно полезно для зрения, смысла нет - большинству из нас никуда от этого не деться в цифровой век.

Однако для того, что бы минимизировать вредное воздействие такого образа жизни на здоровье можно, как минимум, грамотно подойти к выбору монитора. Для неподготовленного человека процесс выбора и покупки этого устройства может быть довольно сложным занятием, ведь сейчас на рынке представлено огромное количество различных моделей, в которых сложно разобраться не будучи "в теме".

Параметров, на которые стоит обращать внимание перед покупкой достаточно много, однако одной из наиболее значимых частей любого монитора является матрица. Именно о том, с какой матрицей лучше выбирать монитор и почему мы и расскажем в этой статье.

Матрица, пожалуй, и действительно является самой важной характеристикой при выборе нового монитора. Именно от того, какую вы предпочтете, будет зависеть ваше дальнейшее удобство работы за компьютером, просмотра фильмов или проведения времени за играми.

В зависимости от типа матрицы мониторы в первую очередь отличаются в цене. Узнать стоимость приглянувшегося вам устройства или просто сравнить цены на мониторы с разными матрицами достаточно просто в сети интернет. А подходящий для себя по вашим параметрам монитор можно выбрать на сайте интернет магазина "Фокстрот" (www.foxtrot.com.ua).

Основные типы матриц компьютерных мониторов

В общем случае все представленные сейчас на рынке мониторы имеют матрицу одного из трёх наиболее распространенных типов - TN, IPS и *VA. О них мы и поговорим поподробнее.

TN матрицы

Технология TN (Twisted Nematic) - самая старая из рассматриваемых в этой статье и проверенная годами, вследствие чего хорошо доработана и из неё уже "выжат максимум" её возможностей. Мониторы с матрицей типа TN обычно самые дешевые в цене, и именно поэтому они пользуются большой популярностью и занимают большинство полок магазинов.

Мониторы такого типа установлены во всех государственных учреждениях, учебных заведениях и большинстве офисов именно благодаря своей цене. И это, в целом, логично, для работы в офисных приложениях их эффективности хватает вполне. По статистике на данный момент около 90% всех используемых мониторов имеют матрицу именно этого типа.

Основные плюсы TN:

• низкая цена,
• низкое время отклика.

Основные минусы TN:

• цветопередача,
• плохие углы обзора,
• устаревшая технология,
• энергопотребление,
• низкая цена производства увеличивает вероятность получить дефектный монитор.

IPS матрицы

Технология IPS (In-Plane Switching) также далеко не новая разработка, однако доступные мониторы на матрицах этого типа стали появляться гораздо позже вследствие дороговизны производства. Мониторы на матрицах IPS даже сейчас стоят значительно дороже своих аналогов на TN и до последнего времени использовались в основном дизайнерами, фотографами и бизнесменами (это уже скорее следствие того, что во всех устройствах Apple установлены именно IPS матрицы).

Данная технология, несмотря на свои высокие качественные характеристики, ежегодно продолжает совершенствоваться, в результате чего появляются различные вариации - AH-IPS, P-IPS, H-IPS, S-IPS, e-IPS. Отличия между ними довольно незначительны и обычно узконаправленны, к примеру, снижение времени отклика, или увеличение контрастности.

Основные плюсы IPS:

• отличная цветопередача,
• хорошая яркость и контрастность,
• хорошие углы обзора,
• реалистичное качество картинки.

Основные минусы IPS:

• высокая цена,
• низкое время отклика,
• контрастность хуже, чем у *VA матриц.

*VA матрицы

Технология *VA (Vertical Alignment), более известная в странах СНГ как MVA или PVA (именно поэтому она обозначается с символом "*" перед "VA", т.к. в различных вариациях и странах первая буква может отличаться). Не так давно к этой аббревиатуре добавился и вариант с суффиксом "S", т.е. "Super", однако каких-то серьезных изменений это не добавило.

Сама по себе технология была разработана как продолжение TN и должна была устранить некоторые её недостатки, однако в результате борьбы с ними она приобрела собственные, обратные. Можно сказать что плюсы TN - это минусы *VA, и наоборот. Однако потребности у потребителей часто бывают совершенно разные, и даже противоположные, поэтому мониторы на таких матрицах также нашли своего покупателя на рынке.

Основные плюсы *VA:

• отличные углы обзора,
• отличная цветопередача,
• глубокий черный цвет.

Основные минусы *VA:

• низкое время отклика,
• высокая цена на качественные модели,
• не подходит для динамических сцен (игр, фильмов).

Подводя итог можно сказать, что до сих пор не существует идеального монитора, который устроил бы каждого и подходил для любого занятия - для игр лучше одно, для работы другое, для мультимедиа третье. Определитесь, какое будет основное направление использования вашего монитора и основываясь на информацию выше вы точно сделаете правильный выбор.

Выбирая себе монитор, телевизор или телефон, покупатель часто стает перед выбором типа экрана. Какому же из них отдать предпочтение: IPS или TFT? Причиной такого замешательства стало постоянное усовершенствование технологий по изготовлению дисплеев.

Все мониторы с TFT технологией можно разделить на три основных типа:

1. TN+Film.
2. PVA/MVA.

То есть, технология TFT представляет собой жидкокристаллический дисплей с активной матрицей , а IPS — это одна из разновидностей этой матрицы . И сравнение этих двух категорий не возможно, так как практически это одно и тоже. Но если все же разобраться более подробно в том, что собой представляет дисплей с TFT матрицей, то сравнение провести можно, но не между экранами, а между технологиями их изготовления: IPS и TFT-TN.

Общее понятие TFT

TFT (Thin Film Transistor) переводится, как тонкопленочный транзистор . В основе ЖК дисплея с технологией TFT лежит активная матрица. Такая технология подразумевает спиральное расположение кристаллов, которые в условиях сильного напряжения делают поворот таким образом, что экран стает черным. А при отсутствии напряжения большой мощности мы видим белый экран. Дисплеи с такой технологией на выходе выдают лишь темно-серый цвет вместо идеального черного. Поэтому TFT дисплеи пользуются популярностью в основном в изготовлении более дешевых моделей.

Описание IPS

Технология матрицы ЖК экрана IPS (In-Plane Switching) подразумевает параллельное расположение кристаллов по всей плоскости монитора . Спирали здесь отсутствуют. И поэтому кристаллы в условиях сильного напряжения не поворачиваются. Иными словами технология IPS — это ничто иное, как улучшенная TFT. Она намного лучше передает черный цвет, тем самым улучшая степень контрастности и яркости изображения. Именно поэтому данная технология стоит дороже, чем TFT, и используется в более дорогих моделях.

Основные отличия TN-TFT и IPS

Желая реализовать как можно больше продукции, менеджеры по продажам вводят людей в заблуждение о том, что TFT и IPS — это совершенно разные типы экранов. Специалисты из сферы маркетинга не дают исчерпывающих сведений о технологиях и это позволяет им выдавать уже существующую разработку за только что появившуюся.

Рассматривая IPS и TFT, мы видим, что это практически одно и тоже . Разница лишь в том, что монитор с IPS технологией являются более свежей разработкой, по сравнению с TN-TFT. Но несмотря на это, все же можно выделить ряд отличий между данными категориями:

1. Повышенная контрастность . То, как отображается черный цвет, напрямую влияет на контрастность изображения. Если наклонить экран с технологией TFT без IPS, то прочитать что-либо будет практически не возможно. А все из-за того, что экран при наклоне стает темным. Если же рассматривать IPS матрицу, то, благодаря тому, что передача черного цвета производится кристаллами идеально, изображение получается достаточно четким.
2. Передача цвета и количество отображаемых оттенков . Матрица TN-TFT не лучшим образом передает цвета. А все из-за того, что каждый пиксель имеет собственный оттенок и это приводит к искажению цвета. Экран с технологией IPS намного бережнее передает изображение.
3. Задержка отклика . Одним из преимуществ TN-TFT экранов над IPS является высокоскоростной отклик. А все потому, что на поворот множества параллельных кристаллов IPS затрачивает много времени. Отсюда делаем вывод, что там, где скорость прорисовки имеет большое значение, лучше использовать экран с матрицей TN. Дисплеи с технологией IPS работают медленнее, но в повседневной жизни этого не заметно. А выявить данное различие можно лишь применив специально предназначенные для этого технологические тесты. Как правило, предпочтение лучше отдавать дисплеям с матрицей IPS.
4. Угол обзора . Благодаря широкому углу обзора экран с технологией IPS не искажает изображения, даже если смотреть на него под углом в 178 градусов. При чем такое значение угла обзора может быть как по вертикали, так и по горизонтали.
5. Энергоемкость . Дисплеи с IPS технологией, в отличии от TN-TFT, требуют больше энергии. Это обусловлено тем, что для того, чтобы повернуть параллельные кристаллы, нужно большое напряжение. В итоге на аккумулятор идет больше нагрузки, чем при использовании TFT матрицы. Если вам необходимо устройство с небольшой энергоемкостью, то TFT технология будет идеальным вариантом.
6. Ценовая политика . В большинстве бюджетных моделей электроники используют дисплеи на основе TN-TFT технологии, поскольку этот вид матрицы является самым недорогим.На сегодняшний день мониторы с IPS матрицей хоть и стоят дороже, но их используют практически во всех современных электронных моделях. Это постепенно приводит к тому, что IPS матрица практически вытесняет оборудование с технологией TN-TFT.

Итоги

Исходя из всего выше сказанного, можно подвести следующий итог.

Похожие на телевизор, в основе которых была огромная электронная лучевая трубка. Ничем не мог порадовать такой агрегат. Громоздкий, тяжелый истребитель электрической энергии. Неудивительно, что с появлением тонких мониторов пользователи по всей планете вздохнули с облегчением.

Но и здесь все оказалось не так просто. Каждое тонкое устройство разительно отличалось друг от друга цветопередачей, ценой, углами обзора.

Матрица. Ее особенности и характеристики

Какая матрица лучше для монитора - вопрос крайне спорный. В первую очередь стоит уточнить, что она собой представляет.

По внешнему является стеклянной пластиной, внутри которой расположены жидкие кристаллы, меняющие цвет. Самые простые изделия реагируют только на изменения электрических сигналов, проходящих сквозь них. Более сложные модели самостоятельно регулируют цвет и яркость. А самые современные экземпляры также дополнительно подсвечиваются, создавая максимально возможный контраст.

Отклик

Ответ на вопрос «какая матрица лучше для монитора» невозможен без упоминания такого термина, как «отклик». Данное свойство характеризуется тем, насколько плавно будут меняться кадры на экране вследствие изменения напряжения. Измеряется в миллисекундах (мс).

Какой тип матрицы монитора лучше для игр? Конечно же, с хорошим откликом изображения. А если разобраться, какой тип матрицы монитора лучше для повседневной жизни? С откликом 10 мс и меньше. А игровой тип матрицы монитора? Какой лучше? предпочитают отклик менее 5 мс.

Частота обновления

О том, какая матрица лучше для монитора игромана, многое скажет частота обновления. Картинка в виртуальном мире меняется очень быстро. Лишь самые качественные экраны могут обновляться с частотой более 120 Гц.

Угол обзора

Какая матрица лучше для монитора в целом? Конечно, та, у которой хорошие углы обзора. Что они собой представляют? Для того чтобы понять, о чем идет речь, рекомендуется посмотреть на монитор сбоку. У идеального изделия картинка будет видна отовсюду. Дешевый агрегат таким удобством порадовать не сможет. Картинка блеклая, смазанная и нечеткая. Какая матрица монитора лучше для глаз? Конечно же, та, где можно рассмотреть изображение под любым углом. К тому же при работе с таким монитором глаза устают намного меньше.

TN+film (Twisted Nematic + film)

Долгое время такая матрица считалась лучшей для монитора. Простая и дешевая, она и по сей день встраивается в миллионы устройств ежегодно. Особую любовь этой технологии обеспечила ее цена. Именно благодаря ценовой доступности пользователи готовы простить матрице ее минусы, которых немало. Углы обзора крайне скудные. Необходимо сидеть исключительно перед монитором, чтобы увидеть полноценную картинку. Некоторые производители для увеличения углов обзорности используют специальную пленку, но это помогает мало.

Человеческий глаз - уникальный механизм, способный увидеть более шестнадцати миллионов различных оттенков. С матрицей данного типа реализовать данное природой свойство, увы, не получится при всем желании. Цвета обычно тусклые, блеклые, неяркие, выцветшие, неестественные. Но для нетребовательного пользователя это не является критической проблемой.

Очень мало жалоб поступает на изменение контрастности. Основными пользователями являются офисные работники. Работа с текстом на мониторах требует особенного сосредоточения. Текст с низким контрастом далеко не лучший помощник, от него очень быстро устают глаза. Еще более такие матрицы не любят специалисты по графике. На таком мониторе хорошо разве что смотреть фильмы и проходить некоторые игры.

Единственное, чем могут порадовать матрицы данного быстрый отклик черно-белых оттенков. Но в современном цветном мире это слабое преимущество.

Практически каждый бюджетный ноутбук в мире продается именно с матрицей TN.

IPS

Многочисленные жалобы пользователей подтолкнули производителей к необходимости изучения новой технологии «тип матрицы монитора», которая лучше и производительнее своих предшественников.

Новейшая разработка получила название IPS (In-Plane Switching). Произвела матрицу такого типа компания Hitachi. В чем ее существенное отличие от TN? В первую очередь это передача цвета. Как бы ни любили пользователи свои огромные мониторы с электронно-лучевой трубкой, оттенки они передавали очень даже точно. И вот вновь появилась возможность радоваться ярким и сочным цветам.

Углы обзоров также значительно увеличились по сравнению с предшественниками.

Недостатками технологии является изменение черного цвета на фиолетовый при взгляде сбоку. Также первые модели обладали сравнительно низким временем отклика - 60 мс. Было немало нареканий на низкую контрастность. Черный цвет казался серым, что делало сложным набор текста и практически невозможным для работы в приложениях, в которых требовалось разрабатывать мелкие детали.

Однако производители были в курсе недостатков и через некоторое время мир увидела технология S-IPS (Super IPS), в которой были устранены множество недоработок. В первую очередь новинка порадовала геймеров. Время отклика снизилось почти в пять раз, до 16 мс. Данное значение отлично подходит для решения подавляющего большинства повседневных задач.

Основные производители IPS матриц - Hitachi, LG, Phillips, NEC.

MVA (PVA) матрицы

Чуть позднее миру была представлена новая матрица, которая учитывала многочисленные пожелания как геймеров, так и офисных работников - MVA.

Единственным недостатком таких мониторов было искривление некоторых оттенков. Зато цветопередачу противники матрицы TN отметили как вполне сносную и подходящую для выполнения большинства задач.

Конечно, не все сразу стало гладким и идеальным. Первые модели были достаточно медлительными, даже по сравнению с TN-предшественниками. Иногда при быстрой смене кадров пользователь мог заметить несменяемую несколько мгновений картинку. Данная проблема была решена несколько позднее, когда на рынок вышли ускоренные матрицы данного типа.

Зато у таких мониторов все в порядке с контрастностью и углами обзора. Черный - это черный, а детали видны даже в самой мелкой их вариации. Неудивительно, что профессиональные дизайнеры останавливают свой выбор именно на MVA.

Существует еще одна разновидность матрицы данного типа. Ее название - PVA. Разработана она была корейской корпорацией Samsung . PVA гораздо более быстрая и контрастная.

На такой матрице работать - одно удовольствие, поэтому она заняла достойное место в нише для профессионалов.

Что выбрать

Итак, существует три основных типа матриц.

TN технологию стоит выбирать лишь в случае очень ограниченного бюджета.

Матрица типа IPS подойдет, если покупатель активно занимается графикой или чертежами.

Какая матрица монитора лучше для игр?MVA! Она оптимальна для эстетов, ценящих идеальную картинку.

24. 06.2018

Блог Дмитрия Вассиярова.

Матрица VA – основа дисплеев с уникально высокой контрастностью

Здравствуйте дорогие читатели моего блога, интересующиеся разновидностями ЖК мониторов. Сегодня очередь дошла до матрицы VA, которая имеет свои эксклюзивные достоинства. Но в тоже время является компромиссным вариантом между TN и IPS технологиями.

Традиционно напомню историю ее создания и принцип действия. В 1996 году компания Fujitsu представила разновидность ЖК матрицы с вертикальным, относительно плоскости второго поляризатора, позиционированием жидких кристаллов.

Для тех, кто подзабыл, я напомню общий принцип технологии создания изображения в активном TFT дисплее:

• На экран направлен свет от подсветки;
• каждый отдельный пиксель состоит из трех мельчайших отверстий с красным, зеленым и синим светофильтром;
• Перед каждым RGB элементом стоит модуль с двумя взаимно перпендикулярными поляризационными решетками, исключающими прохождение луча;
• Между ними имеется ЖК с прозрачными электродами. При подаче на них напряжения, кристалл изменяет поляризацию светового потока. Это позволяет ему проникнуть через вторую фильтрующую решетку и попасть на светофильтр.

Так на экране получается изображение. Но оно может иметь разные свойства в зависимости от способа размещения молекул в кристалле при спокойном и активированном состоянии. Картинка, получаемая на TN панелях, имела множество недостатков, но и создаваемая на экранах, также не была идеальной. Поэтому, то, что удалось поучить на VA матрице, считалось весьма неплохим результатом.

VA технология наиболее близка к IPS, о чем свидетельствуют такие же темные битые пиксели. Но ее особенность заключается в том, что меняя свое положение, кристаллы выполняли основную функцию с наибольшей эффективностью: либо полностью перекрывая поток света, либо обеспечивали прохождение луча с минимальной потерей яркости.

Она так же требовала улучшения. Поэтому позже Fujitsu представили новую, усовершенствованную версию – MVA (multi-domain vertical alignment). А Samsung (также работавший в этом направлении) – PVA (plane-to-line switching) матрицу.

Важные «плюсы» и условные «минусы»

О том, что же получили пользователи в лице VA мониторов мы сейчас и поговорим. А так же о том, почему в результате острой конкуренции между разными ЖК технологиями каждая из них осталась востребованной и заняла свою нишу. Все это, конечно, обусловлено свойствами матриц. Которые при прочих общих параметрах, напрямую зависят от позиционирования молекул жидких кристаллов:

• Как я уже упомянул, VA кристаллический модуль полностью блокирует луч. Что позволяет получить глубокий черный цвет. С таким же успехом достигается и максимальная яркость белого. Это главное преимущество данной технологии, благодаря чему картинка получается максимально контрастной и четкой. По данному показателю VA мониторы намного опередили своих конкурентов. А значит, они являются лучшим решением для работы с офисными приложениями, конструкторскими программами и редакторами векторной графики. Так же VA экраны высокого разрешения, детально отображающие различные схемы сложных технологических процессов, незаменимы для диспетчерских служб.

• Цветопередача остается отличной, на уровне IPS экранов. Ведь здесь так же каждый отдельный цвет имеет 8-и битную кодировку. Что позволяет получить множество оттенков.

Вместе с высокой контрастностью это позволяет получить потрясающую по красоте картинку. Этим свойством VA экранов, несомненно, предпочтут воспользоваться графические дизайнеры, фотографы и любители смотреть кинофильмы. Следует отметить, что яркое четкое изображение позволяет без проблем использовать такие мониторы в ярко освещенном помещении или на улице;

Ложка дёгтя

• Но за все эти преимущество приходится расплачиваться определенными недостатками. Расположение молекул кристалла позволяет наслаждаться картинкой только, если вы находитесь непосредственно перед экраном. При боковом просмотре существенно ухудшается цветопередача, а различить оттенки в тенях становиться практически невозможным. Да у VA матрицы углы обзора шире, чем у моделей, но до IPS ей все равно далеко. Но, если вы планируете использовать монитор индивидуально, сидя непосредственно перед ним, то данное свойство можно назвать недостатком, лишь условно;

• Чтобы изменить структуру жидкого кристалла с вертикальным ориентированием молекул требуется больше времени и энергии. Это негативно отражается и на времени отклика пикселя и на энергопотребление. Последний фактор менее критичен, поскольку значительная часть энергии расходуется и на подсветку. А вот размытие при просмотре динамических сцен является веской причиной, не использовать VA экран в играх со стремительным развитием событий. (Кстати, к любителям стратегий это не относиться. Им наоборот нужен такой монитор с высокий четкостью).

Ценовой вопрос затрагивать не хочу. Ведь он довольно условный. Поскольку на стоимость мониторов с VA матрицей влияют различные факторы, в том числе бренд производителя. Хотя в этом есть и свои плюсы. Некоторые специально отдают предпочтение более дорогой PVA технологи, зная, что такие экраны выпускает исключительно Самсунг, гарантируя при этом фирменное качество и надежность.

Клуб поклонников VA технологии

Как видите, для каждого типа ЖК дисплея есть свои условия, при которых он максимально проявляет свои лучшие стороны. А его недостатки становятся несущественными. Это относится и к экрана с VA матрицей. Ведь он отлично проявляет себя: для решения широкого спектра производственных задач, при просмотре видеоконтента в обычной светлой жилой комнате (а не затемненной, как кинозал), для игр и, конечно, для общения в соцсетях.

Надеюсь, мои дорогие читатели, среди вас обязательно найдутся те, для кого VA матрица станет оптимальным решением при выборе монитора.

На этом я заканчиваю свой рассказ и прощаюсь с вами.

Удачи и до новых встреч!

Сейчас технология плоскопанельных мониторов, и жидкокристаллических в том числе, является наиболее перспективной. Хотя в настоящее время на долю ЖК-мониторов приходится лишь около 10% продаж во всем мире, этот сектор рынка является наиболее быстрорастущим (65% в год).

Принцип работы

Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.
Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ почти на десять лет, первое описание этих веществ было сделано еще в 1888 г. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике: есть такие вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков, они не были интересны. Итак, жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс (Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот в конце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора – цифровые часы. Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих пор 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. Так, в 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.
Работа ЖКД основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы "просеивает" свет, данный эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.
Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в электронных часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-дисплеи для настольных компьютеров.

Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой [см. рис. 2.1]. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света).

Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели [см. рис. 2.2].
При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через жидкие кристаллы [см. рис. 2.3].
Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем [см. рис 2.4а].

В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью) [см. рис 2.4б]. Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD монитора, и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади, таким образом, чтобы свет исходил из задней части LCD дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.
Вообще-то в случае с цветом несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом (приводит к малой доле проходящего излучения), можно воспользоваться свойством жидкокристаллической ячейки - при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения изменяется по-разному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной длины волны (проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение). Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя. Первый метод проще, второй эффективнее.
Первые LCD дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как сегодня они достигли 15" размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся 20" и более LCD мониторы. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые были решены с помощью появившихся специальных технологий, все это мы опишем далее. Одной из первых проблем была необходимость стандарта в определении качества отображения при высоких разрешениях. Первым шагом на пути к цели было увеличение угла поворота плоскости поляризации света в кристаллах с 90° до 270° с помощью STN технологии.

Преимущества и недостатки ЖК-мониторов

Среди преимуществ TFT можно отметить отличную фокусировку, отсутствие геометрических искажений и ошибок совмещения цветов. Кроме того, у них никогда не мерцает экран. Почему? Ответ прост - в этих дисплеях не используется электронный луч, рисующий слева направо каждую строку на экране. Когда в ЭЛТ этот луч переводится из правого нижнего в левый верхний угол, изображение на мгновение гаснет (обратный ход луча). Напротив, пиксели дисплея TFT никогда не гаснут, они просто непрерывно меняют интенсивность своего свечения.
В таблице 1.1 показаны все главные отличия рабочих характеристик для разных типов дисплеев:

Таблица 1.1. Сравнительные характеристики ЭЛТ и ЖК-мониторов.

Условные обозначения: (+ ) достоинство, (~ ) допустимо, (- ) недостаток

Из таблицы 1.1 следует, что дальнейшее развитие ЖК-мониторов будет связано с повышением четкости и яркости изображения, увеличением угла обзора и уменьшением толщины экрана. Так, например, уже существуют перспективные разработки LCD-мониторов, выполненных по технологии с использованием поликристаллического кремния. Это позволяет, в частности, создавать очень тонкие устройства, поскольку микросхемы управления размещаются в этом случае непосредственно на стеклянной подложке дисплея. Кроме того, новая технология обеспечивает высокую разрешающую способность на сравнительно небольшом по размеру экране (1024x768 точек на 10,4-дюймовом экране).

STN, DSTN, TFT, S-TFT

STN - это сокращение, означающее "Super Twisted Nematic".Технология STN позволяет увеличить торсионный угол (угол кручения) ориентации кристаллов внутри LCD дисплея с 90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора.
Часто STN ячейки используются в паре. Такая конструкция называется DSTN (Double Super Twisted Nematic), в которой одна двухслойная DSTN-ячейка состоит из 2 STN-ячеек, молекулы которых при работе поворачиваются в противоположные стороны. Свет, проходя через такую конструкцию в "запертом" состоянии, теряет большую часть своей энергии. Контрастность и разрешающая способность DSTN достаточно высокая, поэтому появилась возможность изготовить цветной дисплей, в котором на каждый пиксель приходится три ЖК-ячейки и три оптических фильтра основных цветов. Цветные дисплеи не способны работать от отраженного света, поэтому лампа задней подсветки -- их обязательный атрибут. Для сокращения габаритов лампа находится с боку, а напротив нее зеркало [см. рис. 2.5], поэтому большинство LCD-матриц в центре имеют яркость выше, чем по краям (это не относится к настольным ЖК мониторам).

Также STN ячейки используются в режиме TSTN (Triple Super Twisted Nematic), когда два тонких слоя полимерной пленки добавляются для улучшения цветопередачи цветных дисплеев или для обеспечения хорошего качества монохромных мониторов.
Термин пассивная матрица (passive matrix) появился в результате разделения монитора на точки, каждая из которых, благодаря электродам, может задавать ориентацию плоскости поляризации луча, независимо от остальных, так что в результате каждый такой элемент может быть подсвечен индивидуально для создания изображения. Матрица называется пассивной, потому что технология создания LCD дисплеев, которая была описана выше, не может обеспечить быструю смену информации на экране. Изображение формируется строка за строкой путем последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки, делающего их прозрачными. Из-за довольно большой электрической емкости ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому обновление картинки происходит медленно. Такой дисплей имеет много недостатков с точки зрения качества, потому что изображение не отображается плавно и дрожит на экране. Маленькая скорость изменения прозрачности кристаллов не позволяет правильно отображать движущиеся изображения.
Для решения части вышеописанных проблем применяют специальные технологии, Для улучшения качества динамического изображения было предложено увеличить количество управляющих электродов. То есть вся матрица разбивается на несколько независимых подматриц (Dual Scan DSTN - два независимых поля развертки изображения), каждая из которых содержит меньшее количество пикселей, поэтому поочередное управление ими занимает меньше времени. В результате чего можно сократить время инерции ЖК.
Также лучших результатов с точки зрения стабильности, качества, разрешения, гладкости и яркости изображения можно добиться, используя экраны с активной матрицей, которые, впрочем, стоят дороже.
В активной матрице (active matrix) используются отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и позволяющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Активная матрица (active matrix) имеет массу преимуществ по сравнению с пассивной матрицей. Например, лучшая яркость и возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° и более (т.е. при угле обзора 120°-140°) без ущерба качеству изображения, что невозможно в случае с пассивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только с фронтальной позиции по отношению к экрану. Заметим, что дорогие модели LCD мониторов с активной матрицей обеспечивают угол обзора в 160° [см рис. 2.6], и есть все основания предполагать, что технология будет совершенствоваться и в дальнейшем. Активная матрица может отображать движущиеся изображения без видимого дрожания, так как время реакции дисплея с активной матрицей около 50 мс против 300 мс для пассивной матрицы, кроме того, контрастность мониторов с активной матрицей выше, чем у ЭЛТ-мониторов. Следует отметить, что яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый элементом люминофором ЭЛТ-монитора сразу после похождения по этому элементу электронного луча. Именно поэтому для LCD мониторов достаточной является частота вертикальной развертки, равная 60 Гц.

Функциональные возможности LCD мониторов с активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной матрицей разные электроды получают электрический заряд циклическим методом при построчном обновлении дисплея, а в результате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен запоминающий транзистор, который может хранить цифровую информацию (двоичные значения 0 или 1) и в результате изображение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал. Частично проблема отсрочки затухания изображения в пассивных матрицах решается за счет использования большего числа жидкокристаллических слоев для увеличения пассивности и уменьшения перемещений, теперь же, при использовании активных матриц появилась возможность сократить число жидкокристаллических слоев. Запоминающие транзисторы должны производиться из прозрачных материалов, что позволит световому лучу проходить сквозь них, а значит, транзисторы можно располагать на тыльной части дисплея, на стеклянной панели, которая содержит жидкие кристаллы. Для этих целей используются пластиковые пленки, называемые "Thin Film Transistor" (или просто TFT).
Thin Film Transistor (TFT), т.е. тонкопленочный транзистор - это те управляющие элементы, при помощи которых контролируется каждый пиксель на экране. Тонкопленочный транзистор действительно очень тонкий, его толщина 0,1 - 0,01 микрона.
В первых TFT-дисплеях, появившихся в 1972г., использовался селенид кадмия, обладающий высокой подвижностью электронов и поддерживающий высокую плотность тока, но со временем был осуществлен переход на аморфный кремний (a-Si), а в матрицах с высоким разрешением используется поликристаллический кремний (p-Si).
Технология создания TFT очень сложна, при этом имеются трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за того, что число используемых транзисторов очень велико. Заметим, что монитор, который может отображать изображение с разрешением 800х600 пикселей в SVGA режиме и только с тремя цветами имеет 1440000 отдельных транзисторов. Производители устанавливают нормы на предельное количество транзисторов, которые могут быть нерабочими в LCD дисплее. Правда, у каждого производителя свое мнение о том, какое количество транзисторов могут не работать.
Пиксель на основе TFT устроен следующим образом: в стеклянной пластине друг за другом интегрировано три цветных фильтра (красный, зеленый и синий). Каждый пиксель представляет собой комбинацию трех цветных ячеек или субпиксельных элементов [см. рис. 2.7]. Это означает, например, что у дисплея, имеющего разрешение 1280x1024, существует ровно 3840x1024 транзистора и субпиксельных элемента. Размер точки (пикселя) для 15.1" дисплея TFT (1024x768) приблизительно равен 0.0188 дюйма (или 0.30 мм), а для 18.1" дисплея TFT - около 0.011 дюйма (или 0.28 мм).

TFT обладают рядом преимуществ перед ЭЛТ-мониторами, среди которых - пониженное потребление энергии и теплоотдача, плоский экран и отсутствие следа от движущихся объектов. Последние разработки позволяют получить изображение более высокого качества, чем обычные TFT.

Совсем недавно специалистами компании Hitachi была создана новая технология многослойных ЖК-панелей Super TFT, которая значительно увеличила угол уверенного обзора ЖК панели. Технология Super TFT использует простые металлические электроды, установленные на нижней стеклянной пластине и заставляет молекулы вращаться, постоянно находясь в плоскости, параллельной плоскости экрана [см. рис. 2.8]. Так как кристаллы обычной ЖК-панели поворачиваются к поверхности экрана оконечностями, то такие ЖКД более зависимы от угла зрения, чем ЖК-панели Hitachi с технологией Super TFT, В результате изображение на дисплее остается ярким и четким даже при больших углах обзора, достигая качества, сопоставимого с изображением на ЭЛТ-экране.

Японская компания NEC недавно объявила, что по качеству изображения ее LCD дисплеи вскоре достигнут уровня лазерных принтеров, перешагнув порог в 200 ppi, что соответствует 31 точке на мм 2 или шагу точек 0,18 мм. Как сообщили в NEC, применяемые сегодня многими производителями жидкие кристаллы TN (twisted nematic) позволяет строить дисплеи с разрешение до 400 точек на дюйм. Однако главным сдерживающим фактором в повышении разрешения является необходимость создания соответствующих светофильтров. В новой технологии "color filter on TFT" светофильтры, закрывающие тонкопленочные транзисторы, формируются с помощью фотолитографии на нижней стеклянной подложке. В обычных дисплеях светофильтры наносятся на вторую, верхнюю подложку, что требует очень точного совмещения двух пластин.

На прошедшей в 1999 году в США конференции "Society for information Display" было сделано несколько докладов, свидетельствующих об успехах в создании жидкокристаллических дисплеев на пластиковой подложке. Компания Samsung представила прототип монохромного дисплея на полимерном субстрате с диагональю 5,9 дюйма и толщиной 0,5 мм. Толщина самой подложки составляет около 0,12 мм. Дисплей имеет разрешение 480х320 точек и контрастность 4:1. Вес - всего 10 грамм.

Инженеры из Лаборатории кинотехники Университете Штуттгарта использовали не тонкопленочные транзисторы (TFT), а диоды MIM (металл-изолятор-металл). Последнее достижение этой команды - двухдюймовый цветной дисплей с разрешением 96х128 точек и коэффициентом контрастности 10:1.

Группа специалистов IBM разработала технологию производства тонкопленочных транзисторов с применением органических материалов, позволяющую изготавливать гибкие экраны для электронной книги и других устройств. Элементы разработанных IBM транзисторов напыляются на пластиковую подложку при комнатной температуре (традиционные LCD-дисплеи изготавливаются при высокой температуре, что исключает применение органических материалов). Вместо обычного диоксида кремния для изготовления затвора используется цирконат титоната бария (BZT). В качестве полупроводника применяется органическое вещество под названием пентацен (pentacene), представляющее собой соединение фенилэтиламмония с иодидом олова.

Для повышения разрешения LCD-экранов компания Displaytech предложила не создавать изображение на поверхности большого LCD-экрана, а вывести картинку на маленький дисплей высокого разрешения, а затем с помощью оптической проекционной системы увеличить ее до нужных размеров. При этом Displaytech использовала оригинальную технологию Ferroelectric LCD (FLCD). Она основана на так называемых кирально-смектических жидких кристаллах, предложенных для использования еще в 1980 г. Слой материала, обладающего ферроэлектрическими свойствами и способного отражать поляризованный свет с вращением плоскости поляризации, наносится на подающую управляющие сигналы CMOS-подложку. При прохождении отраженного светового потока через второй поляризатор возникает картинка из темных и светлых пикселов. Цветное изображение получается за счет быстрого чередования освещения матрицы красным, зеленым и синим светом.. На базе FLCD-матриц можно производить экраны большого размера с высокой контрастностью и качеством цветопередачи, с широкими углами обзора и малым временем отклика. В 1999 году альянс корпораций Hewlett-Packard и DisplayTech объявил о создании полноцветного микродисплея на базе технологии FLCD. Разрешение матрицы составляет 320х240 точек. Отличительными особенностями устройства являются малое энергопотребление и возможность воспроизведения полноцветного “живого” видео. Новый дисплей предназначен для использования в цифровых камерах, камкодерах, портативных коммуникаторах и мониторах для надеваемых компьютеров.

Развитием низкотемпературной технологии с использованием поликристаллического кремния LTPS занимается Toshiba. По словам представителей этой корпорации, они позиционируют новые устройства пока только как предназначенные для рынка мобильных устройств, не включая сюда ноутбуки, где господствует технология a-Si TFT. Уже выпускаются VGA-дисплеи размером 4 дюйма, а на подходе 5,8-дюймовые матрицы. Специалисты полагают, что 2 млн. пикселов на экране - это далеко не предел. Одной из отличительных черт данной технологии является высокая разрешающая способность.

По оценкам экспертов корпорации DisplaySearch, занимающейся исследованиями рынка плоских дисплеев, в настоящее время при изготовлении практически любых жидкокристаллических матриц происходит замена технологий: TN LCD (Twisted Nematic Liquid Crystal Display) на STN (Super TN LCD) и особенно на a-Si TFT LCD (amorphous-Silicon Thin Film Transistor LCD). В ближайшие 5-7 лет во многих областях применения обычные LCD-экраны будут заменены или дополнены следующими устройствами:

• микродисплеи;
• светоизлучающие дисплеи на базе органических материалов LEP;
• дисплеи на базе автоэлектронной эмиссии FED (Field Emisson Display);
• дисплеи с использованием низкотемпературного поликристаллического кремния LTPS (Low Temperature PolySilicon);
• плазменные дисплеи PDP (Plasma Display Panel).

Взято с http://monitors.narod.ru