Технология LCD TFT матриц предусматривает использование в производстве жидкокристаллических дисплеев специальных тонкопленочных транзисторов. Само название TFT – это сокращение от Thin-film transistor, что в переводе и означает – тонкопленочный транзистор. Такой вид матриц применяет в самых разнообразных устройствах, от калькуляторов, до дисплеев смартфонов.
Наверное, каждый слышал понятия TFT и LCD, но мало кто задумывался, что это такое, из-за чего у непросвещенных людей возникает вопрос, чем отличается TFT от LCD? Ответ на этот вопрос заключается в том, что это две разные вещи, которые не стоит сравнивать. Чтобы понять, в чем разница между этими технологиями, стоит разобрать, что такое LCD, и что такое TFT.
1. Что такое LCD
LCD – это технология изготовления экранов телевизоров, мониторов и других устройств, основанная на использовании специальных молекул, которые называются – жидкие кристаллы. Эти молекулы имеют уникальные свойства, они постоянно находятся в жидком состоянии и способны менять свое положение при воздействии на них электромагнитного поля. Кроме этого, эти молекулы имеют оптические свойства, схожие со свойствами кристаллов, из-за чего эти молекулы и получили свое название.
В свою очередь экраны LCD могут иметь разные типы матриц, которые в зависимости от технологии изготовления имеют различные свойства и показатели.
2. Что такое TFT
Как уже говорилось, TFT – это технология изготовления LCD дисплеев, которая подразумевает использование тонкопленочных транзисторов. Таким образом, можно сказать, что TFT – это подвид LCD мониторов. Стоит отметить, что все современные LCD телевизоры, мониторы и экраны телефонов относятся к виду TFT. Поэтому вопрос, что лучше TFT или LCD не совсем правильный. Ведь отличие FTF от LCD заключается в том, что LCD – это технология изготовления жидкокристаллических экранов, а TFT – это подвид ЖК дисплеев, к которому относятся все типы активных матриц.
Среди пользователей TFT матрицы имеют название – активные. Такие матрицы обладают существенно более высоким быстродействием, в отличие от пассивных ЖК-матриц. Помимо этого, тип экрана LCD TFT отличается повышенным уровнем четкости, контрастности изображения и большими углами обзоров. Еще один важный момент заключается в том, что мерцание в активных матрицах отсутствует, что означает, что за такими мониторами приятнее работать, глаза при этом меньше устают.
Каждый пиксель матрицы TFT оснащен тремя отдельными управляющими транзисторами, благодаря чему достигается значительно более высокая частота обновления экрана, в сравнении с пассивными матрицами. Таким образом, в состав каждого пикселя входит три цветные ячейки, которые управляются соответствующим транзистором. Например, если разрешение экрана составляет 1920х1080 пикселей, то количество транзисторов в таком мониторе будет равно 5760х3240. Применение такого количества транзисторов стало возможным благодаря сверхтонкой и прозрачной структуре – 0,1- 0,01 микрон.
3. Виды матриц TFT экранов
На сегодняшний день, благодаря целому ряду преимуществ, TFT дисплеи используются в самых разнообразных устройствах.
Все известные ЖК телевизоры, которые имеются на российском рынке, оснащены TFT дисплеями. Они могут различаться своими параметрами в зависимости от используемой матрицы.
На данный момент наиболее распространенными матрицами TFT дисплеев являются:
Каждый из представленных видов матриц обладает своими преимуществами и недостатками.
3.1. Тип ЖК матрицы TFT TN
TN – это самый распространенный тип экрана LCD TFT. Такую популярность данный тип матрицы получил благодаря уникальным особенностям. При своей низкой стоимости, они имеют достаточно высокие показатели, причем в некоторых моментах, такие экраны TN даже имеют преимущества перед другими типами матриц.
Главная особенность – это быстрый отклик. Это параметр, который обозначает время, за которое пиксель способен отреагировать на изменение электрического поля. То есть, время, которое необходимо для полного изменение цвета (от белого к черному). Это очень важный показатель для любого телевизора и монитора, в особенности для любителей игр и фильмов, насыщенных всевозможными спецэффектами.
Недостатком данной технологии является ограниченные углы обзоров. Однако современные технологии позволили исправить этот недостаток. Сейчас матрицы TN+Film имеют большие углы обзоров, благодаря чему такие экраны способны конкурировать с новыми IPS матрицами.
3.2. IPS матрицы
Данный вид матриц имеет наибольшие перспективы. Особенность данной технологии состоит в том, что такие матрицы имеют самые большие углы обзоров, а также наиболее естественную и насыщенную цветопередачу. Однако недостатком этой технологии до сегодняшнего дня был длительный отклик. Но благодаря современным технологиям этот параметр удалось сократить до приемлемых показаний. Более того, нынешние мониторы c IPS матрицами имеют время отклика 5 мс, что не уступает даже TN+Film матрицам.
По мнению большинства изготовителей мониторов и телевизоров, будущее лежит именно за IPS матрицами, благодаря чему они постепенно вытесняют TN+Film.
Кроме этого, производители мобильных телефонов, смартфонов, планшетных ПК и ноутбуков все чаще выбирают TFT LCD модули с матрицами IPS, обращая внимание на отличную цветопередачу, хорошие углы обзора, а также экономичное потребление энергии, что крайне важно для мобильных устройств.
3.3. MVA/PVA
Данный тип матриц – это некий компромисс между TN и IPS матрицами. Ее особенность заключается в том, что в спокойном состоянии молекулы жидких кристаллов располагаются перпендикулярно плоскости экрана. Благодаря этому производители смогли достичь максимально глубокого и чистого черного цвета. Кроме этого данная технология позволяет достичь больших углов обзора, в сравнении с TN матрицами. Достигается это с помощью специальных выступов на обкладках. Эти выступы определяют направление молекул жидких кристаллов. При этом стоит отметить, что такие матрицы имеют меньшее время отклика, нежели IPS-дисплеи, и большее, в сравнении с TN матрицами.
Как ни странно, но данная технология не нашла широкого применения в массовом производстве мониторов и телевизоров.
4. Что лучше Super LCD или TFT
Для начала стоит разобрать, что такое Super LCD.
Super LCD – это технология производства экранов, которая широко распространена среди производителей современных смартфонов и планшетных ПК. По сути, Super LCD – это те же IPS матрицы, которые получили новое маркетинговое название и некоторые улучшения.
Главное отличие таких матриц заключается в том, что они не имеют воздушного зазора между наружным стеклом и картинкой (изображением). Благодаря этому удалось достичь уменьшения бликов. Кроме этого визуально изображение на таких дисплеях кажется ближе к зрителю. Если говорить о сенсорных дисплеях на смартфонах и планшетных ПК, то экраны Super LCD более чувствительны к прикосновениям и быстрее реагируют на движения.
5. TFT / LCD монитор: Видео
Еще одно преимущество данного типа матриц заключается в пониженном потреблении энергии, что опять же крайне важно в случае автономного устройства, такого как ноутбук, смартфон и планшет. Такая экономичность достигается благодаря тому, что в спокойном состоянии жидкие кристаллы расположены так, чтобы пропускать свет, что снижает потребление энергии при отображении светлых картинок. При этом стоит отметить, что подавляющее большинство фоновых картинок на всех интернет сайтах, заставках в приложениях и так далее, являются как раз таки светлыми.
Главной областью применения SL CD дисплеев является именно мобильная техника, благодаря низкому потреблению энергии, высокому качеству изображения, даже при прямых солнечных лучах, а также более низкой стоимости, в отличии, к примеру, от AMOLED экранов.
В свою очередь LCD TFT дисплеи включают в себя тип матрицы SLCD. Таким образом, Super LCD – это тип активной матрицы TFT дисплея. В самом начале данной публикации мы уже говорили о том, что TFT и LCD разницы не имеют, это в принципе одно и то же.
6. Выбор дисплея
Как уже говорилось выше, каждый из типов матриц обладает своими преимуществами и недостатками. Все они также уже оговаривались. В первую очередь при выборе дисплея, стоит учитывать ваши требования. Стоит задать себе вопрос, - Что именно нужно от дисплея, как он будет использоваться и в каких условиях?
Отталкиваясь от требований, и стоит выбирать дисплей. К сожалению, на данный момент не существует универсального экрана, на который можно было бы сказать, что он действительно лучше всех остальных. Из-за этого, если вам важна цветопередача, и вы собираетесь работать с фотографиями, то однозначно ваш выбор – это IPS матрицы. Но если вы заядлый любитель остросюжетных и ярких игр, то предпочтение все же лучше отдать TN+Film.
Все современные матрицы имеют достаточно высокие показатели, поэтому простые пользователи разницу могут даже не заметить, ведь IPS матрицы практически не уступают TN по времени отклика, а TN в свою очередь имеют довольно большие углы обзора. К тому же, как правило, пользователь располагается напротив экрана, а не сбоку или сверху, из-за чего большие углы в принципе не требуются. Но выбор все же за вами.
И снова путаница понятий. Если вы пытаетесь определить, чем отличаются мониторы или телевизоры, которые кто-то обозвал TFT и LCD — значит, вас ввели в заблуждение. Попробуйте найти отличия между автобусом и Икарусом? Между собакой и соседской Жучкой? Между фруктом и яблоком? Правильно, занятие бесполезное, потому что оба объекта являются одновременно и тем, и другим. Так и с технологиями матриц экранов: LCD — общее название класса дисплеев, к которому относится и TFT.
Определение
TFT-матрица — активная матрица LCD-дисплея, выполненная на основе применения тонкопленочных транзисторов.
LCD — плоский дисплей (и устройство на его базе) на основе жидких кристаллов.
Сравнение
LCD-дисплеи — изобретение не нашего века. Экраны электронных часов, калькуляторов, приборов, плееров — тоже жидкокристаллические, хотя значительно отличаются от привычных нам экранов смартфонов или телевизоров. Правда, поначалу LCD были монохромными, однако с развитием технологий расцвели в гамме RGB. TFT — тоже разновидность LCD-дисплеев, в основе производства которого лежит активная матрица на тонкопленочных транзисторах. Если сравнивать его с более ранним вариантом LCD, пассивной матрицей, то становится очевидным, что качество цветопередачи и время отклика TFT гораздо выше. В качестве кристаллов в пассивных матрицах используется скрученный полимер. Зато энергопотребление и стоимость пассивных матриц, получивших именование STN, могут порадовать любого. Впрочем, монохромные экраны в этом отношении будут выглядеть вообще призовыми, однако желающих смотреть такие телевизоры вряд ли будет много.
Принцип работы TFT заключается в том, что каждый из тонкопленочных транзисторов управляет единственным пикселем. На каждый пиксель приходится три транзистора, соответствующих основным цветам RGB (красному, зеленому и синему). Интенсивность светового потока зависит от поляризации, поляризация — от приложения электрического поля к жидким кристаллам. TFT предполагает повышение уровня быстродействия, контрастности и четкости полученного изображения.
Стоит отметить и недостатки матриц TFT, устраненные в других технологиях. Качество изображения напрямую зависит от внешнего освещения экрана. Транзисторы у любого из пикселей могут выйти из строя, что приводит к появлению “мертвых точек”, или битых пикселей. От этого ни один экран застраховать нельзя. Кроме того, TFT-матрицы в значительной мере энергоемкие, так что их использование в качестве дисплеев для мобильной электроники заставляет поступаться одним из самых важных свойств — автономностью.
Тонкопленочные транзисторы, составившие основу работы жидкокристаллических матриц, сегодня практически перебежали в другой лагерь: экраны OLED используют их для управления своими активными матрицами. Здесь уже не жидкие кристаллы, а органические соединения.
Выводы сайт
- LCD — тип матриц экрана, основанных на жидких кристаллах.
- TFT — разновидность активных LCD-матриц.
- TFT отличает от других технологий LCD применение тонкопленочных транзисторов.
- TFT-матрицы экономичны, обеспечивают качественную картинку, но энергоемкие.
При выборе монитора многие пользователи сталкиваются с тем с вопросом: что лучше PLS или IPS.
Эти две технологии существуют достаточно давно и обе себя достаточно хорошо показывают.
Если смотреть различные статьи в интернете, то там пишут либо о том, что каждый должен сам решить, что лучше, либо вообще не дают ответа на поставленный вопрос.
Собственно, никакого смысла в этих статьях нет вообще. Ведь пользователям они никак не помогают.
Поэтому мы разберем то, в каких случаях лучше выбрать PLS или IPS и дать те советы, которые помогут сделать правильный выбор. А начнем с теории.
Что такое IPS
Сразу стоит сказать, что на данный момент именно рассматриваемые два варианта являются лидерами на рынке техники.
И далеко не каждый специалист сможет сказать, какая же технология лучше и какие есть преимущества у каждой из них.
Итак, само слово IPS расшифровывается In-Plane-Switching (буквально «внутриплощадочное переключение»).
А также эта аббревиатура означает Super Fine TFT («супертонкий TFT»). TFT, в свою очередь, обозначает Thin Film Transistor («тонкопленочный транзистор»).
Если сказать проще, то TFT – это технология отображения картинки на , которая основана на активной матрице.
Достаточно сложно.
Ничего. Сейчас разберемся!
Итак, в технологии TFT управление молекулами жидких кристаллов в происходит с помощью тонкопленочных транзисторов, это и означает «активная матрица».
IPS – это точно то же самое, только электроды в мониторах с этой технологией находятся на одной плоскости с молекулами жидких кристаллов, которые находятся параллельно плоскости .
Все это можно наглядно видеть на рисунке №1. Там, собственно, и изображены дисплеи с обеими технологиями.
Сначала идет вертикальный фильтр, затем прозрачные электроды, после них жидкокристаллические молекулы (синие палочки, они нас интересуют больше всего), затем горизонтальный фильтр, цветовой фильтр и сам экран.
Рис. №1. TFT и IPS экраны
Отличие этих технологий состоит только в том, что ЖК молекулы в TFT расположены не параллельно, а в IPS – параллельно.
Благодаря этому они могут быстро менять угол обзора (если конкретно, здесь он составляет 178 градусов) и давать лучшую картинку (в IPS).
А также за счет такого решения существенно повысилась яркость и контрастность картинки на экране.
Теперь понятно?
Если нет, пишите в комментариях свои вопросы. Мы обязательно на них ответим.
Технология IPS была создана в 1996 году. Среди ее преимуществ стоит отметить отсутствие так называемого «волнения», то есть неправильной реакции на прикосновение.
А также она отличается отличной передачей цветов. Достаточно много фирм выпускают мониторы с использованием данной технологии, в том числе , NEC, Dell, Chimei и даже .
Что такое PLS
Очень долгое время производитель не говорил вообще ничего о своем детище и многие эксперты выдвигали различные предположения относительно характеристик PLS.
Собственно, и сейчас эта технология является покрытой большим количеством тайн. Но мы все-таки найдем правду!
PLS была выпущена в 2010 году в качестве альтернативы вышеупомянутой IPS.
Эта аббревиатура расшифровывается как Plane To Line Switching (то есть «переключение между линиями»).
Напомним, что IPS – это In-Plane-Switching, то есть «переключение между линиями». Имеется в виду переключение в плоскости.
И выше мы говорили о том, что в этой технологии жидкокристаллические молекулы быстро становятся плоскими и за счет этого достигается лучший угол обзора и другие характеристики.
Так вот, в PLS все происходит точно так же, но быстрее. На рисунке №2 все это показано наглядно.
Рис. №2. Работа PLS и IPS
На этом рисунке вверху находится сам экран, затем кристаллы, то есть те же ЖК молекулы, что на рисунке №1 были обозначены синими палочками.
Снизу показан электрод. Слева в обоих случаях показано их расположение выключенном состоянии (когда кристаллы не двигаются), а справа – во включенном.
Принцип работы такой же – когда начинается работа кристаллов, они начинают двигаться, при этом изначально они расположены параллельно друг другу.
Но, как видим на рисунке №2, эти кристаллы быстрее приобретают нужную форму – ту, которая необходима для максимально .
За определенный отрезок времени молекулы в IPS мониторе не становятся в перпендикулярное положение, а в PLS становятся.
То есть в обеих технологиях все то же самое, но в PLS все происходит быстрее.
Отсюда промежуточный вывод – PLS работает быстрее и, по идее, именно эту технологию можно было бы считать лучшей в нашем сравнении.
Но окончательные выводы пока что делать рановато.
Это интересно: Компания Samsung несколько лет назад подала иск на LG. В нем утверждалось, что технология AH-IPS, которая используется LG, является модификацией технологии PLS. Отсюда можно сделать вывод, что PLS – это разновидность IPS и это признал сам разработчик. Собственно, это подтвердили и мы немного выше.
Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство
А что если я ничего не понял?
В таком случае вам поможет видео, которое находится в конце этой статьи. Там наглядно показаны мониторы TFT и IPS в разрезе.
Вы сможете увидеть, как все это работает и понять, что PLS все происходит точно так же, но быстрее, чем в IPS.
Теперь можем переходить к дальнейшему сравнению технологий.
Мнения экспертов
На некоторых сайтах можно найти информацию о проведенном независимом исследовании PLS и IPS.
Специалисты сравнивали эти технологии под микроскопом. Пишется, что в итоге они не нашли никаких отличий.
Другие эксперты пишут, что лучше все же покупать PLS, но толком не объясняют почему.
Среди всех высказываний экспертов можно выделить несколько основных моментов, которые можно наблюдать практически во всех мнениях.
Состоят эти моменты в следующем:
- Мониторы с PLS матрицами самые дорогостоящие на рынке. Самый дешевый вариант – TN, но такие мониторы по всем характеристикам уступают и IPS, и PLS. Так вот, большинство экспертов сходятся во мнении, что это весьма оправданно, ведь картинка лучше отображается именно на PLS;
- Мониторы с PLS матрицей лучше всего подойдут для выполнения всевозможных дизайнерских и проектировочных задач. А также такая техника прекрасно справится с работой профессиональных фотографов. Опять же, из этого можно сделать вывод, что PLS лучше справляется с передачей цветов и обеспечением достаточной четкости изображения;
- По мнению экспертов, мониторы PLS практически избавлены от таких проблем, как блики и мерцания. К такому выводу они пришли во время испытаний;
- Офтальмологи говорят, что PLS будет намного лучше восприниматься глазами. Более того, глазам будет намного легче целый день смотреть на PLS, чем на IPS.
В общем, из этого всего мы снова делаем тот вывод, который мы уже сделали раньше. PLS немного лучше, чем IPS. И это мнение подтверждает большинство экспертов.
Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство
Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство
Наше сравнение
А теперь перейдем к финальному сравнению, которое и даст ответ на поставленный в самом начале вопрос.
Те же эксперты выделяют ряд характеристик, по которым и нужно сравнивать различные .
Речь идет о таких показателях, как светочувствительность, скорость отклика (имеется в виду переход от серого к серому), качество (плотность пикселей без потери других характеристик) и насыщенность.
По ним мы и будем оценивать две технологии.
Таблица 1. Сравнение IPS и PLS по некоторым характеристикам
Другие характеристики, в том числе насыщенность и качество, являются субъективными и зависят от каждого конкретного человека.
Но и по приведенным выше показателям видно, что у PLS немного более высокие характеристики.
Таким образом, мы снова подтверждаем вывод о том, что эта технология показывает себя лучше, чем IPS.
Рис. №3. Первое сравнение мониторов с IPS и PLS матрицами.
Есть единственный «народный» критерий, который и позволяет точно определить, что же лучше – PLS или IPS.
Этот критерий называется «на глаз». На практике это означает, что нужно просто взять и посмотреть на два рядом стоящих монитора и визуально определить, где картинка лучше.
Поэтому мы приведем несколько подобных изображений, и каждый сам сможет увидеть, где же изображение визуально выглядит более качественно.
Рис. №4. Второе сравнение мониторов с IPS и PLS матрицами.
Рис. №5. Третье сравнение мониторов с IPS и PLS матрицами.
Рис. №6. Четвертое сравнение мониторов с IPS и PLS матрицами.
Рис. №7. Пятое сравнение мониторов с IPS (слева) и PLS (справа) матрицами.
Визуально видно, что на всех образцах PLS картинка выглядит намного лучше, более насыщенно, ярче и так далее.
Выше мы упоминали, что TN – самая недорогая на сегодняшний день технология и мониторы с ее использованием, соответственно, тоже стоят дешевле остальных.
После них по цене идут IPS, а затем уже и PLS. Но, как видим, все это вовсе не удивительно, ведь картинка действительно выглядит намного лучше.
Другие характеристики в этом случае также выше. Многие эксперты советуют покупать с PLS матрицами и Full HD-разрешением.
Тогда изображение действительно будет выглядеть просто прекрасно!
Невозможно точно сказать, является ли такое сочетание лучшим на рынке на сегодняшний день, но одним из лучших точно.
Кстати, для сравнения можете видеть, как выглядит IPS и TN под острым углом обзора.
Рис. №8. Сравнение мониторов с IPS (слева) и TN (справа) матрицами.
Стоит сказать, что Samsung создали сразу две технологии, которые используются в мониторах и в / и смогли значительно обойти IPS.
Речь идет о Super AMOLED экранах, которые стоят на мобильных устройствах этой фирмы.
Интересно, что разрешение Super AMOLED обычно меньше, чем на IPS, но картинка более насыщенная и яркая.
Но в случае с PLS выше практически все, что только может быть, в том числе и разрешение.
Можно сделать общий вывод о том, что PLS лучше, чем IPS.
Кроме всего прочего, у PLS есть следующие преимущества:
- способность передачи весьма широкого спектра оттенков (помимо основных цветов);
- способность поддерживать весь диапазон sRGB;
- более низкое потребление энергии;
- углы обзора позволяют комфортно видеть картинку сразу нескольким людям;
- всевозможные искажения абсолютно исключены.
В общем, IPS мониторы прекрасно подойдут для решения обычных домашних задач, к примеру, просмотра фильмов и работы в офисных программах.
Но если вам хочется видеть действительно насыщенное и качественное изображение, покупайте технику с PLS.
Особенно это касается случаев, когда вам нужно будет работать с и дизайнерскими/проектировочными программами.
Цена у них, конечно, будет выше, но оно того стоит!
Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство
Что такое amoled, super amoled, Lcd, Tft, Tft ips? Не знаешь? Смотри!
Что лучше PLS или IPS? Как выбрать хороший экран - руководство
4.8 (95%) 4 голос[ов]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.
Почти вытеснили с рынка более ранние ЭЛТ-мониторы. Это связано со значительными преимуществами, которые дает новый TFT-экран.
Преимущества TFT-технологий
Одно из главных преимуществ - отсутствие геометрических искажений, с которыми долго, но почти безуспешно боролись разработчики ЭЛТ-экранов. Любой TFT-экран или монитор имеет плоскую прямоугольную форму, что исключает наличие искажений как по углам, так и в центре.
Не менее значимо отсутствие мерцания, которое при частоте выше 85 Гц человеческий глаз не различает, но оно присутствует, создавая значительную нагрузку на глаза. Экран TFT не мерцает. При смене изображения происходит изменение освещенности (путем изменения направления
Технология экрана TFT позволила в значительной мере снизить уровень электромагнитного излучения. Влияние этого вида излучения на человеческий организм еще полностью не изучено, но все ученые сходятся во мнении о том, что оно явно не столь полезно.
Потому, чем ниже электромагнитное излучение, тем лучше. И TFT-экран имеет в разы меньший его уровень, чем используемые ранее технологии. Эта их особенность позволяет применять мониторы и экраны TFT в медицинских учреждениях, на производствах, где наводимые помехи могут негативно влиять на различные процессы, на работу другого оборудования.
Еще один плюс - небольшие размеры и малый вес, которыми отличается TFT-экран. Такой монитор можно повесить на стену, тогда он совсем не будет занимать места. Это особенно актуально в ограниченном пространстве или там, где таких устройств скапливается не один десяток. В копилку положительных свойств можно отнести и малое энергопотребление, и незначительное выделение тепла при работе.
Это снова-таки значимо при больших скоплениях мониторов в одном помещении. Небольшое выделение тепла позволяет сэкономить на организации вентиляции и энергозатратах на ее работу, пониженное потребление электроэнергии позволяет экономить на счетах за электричество (TFT-экран потребляет в 3-4 раза меньше электроэнергии, чем его предшественник ЭЛТ).
Экраны, использующие TFT-технологию, более надежны, чем их ЭЛТ-аналоги, которые в работе используют высокие напряжения, что часто приводит к поломкам. Жидкокристаллические технологии используют токи малых величин, что повышает их надежность.
Недостатки TFT-технологий
TFT-транзисторы имеют и некоторые недостатки, и главный из них - высокая цена. Но экономия на электроэнергии, малое тепловое излучение и высокая надежность (как следствие - отсутствие затрат на ремонт) быстро окупают дополнительную сумму, которую приходится выкладывать при покупке.
Следующий минус - ограничения по температуре окружающей среды. Но это относится, скорее, к промышленному использованию экранов TFT: их нельзя использовать в горячих цехах и при отрицательных температурах, что, согласитесь, несущественно для домашнего применения.
К недостаткам можно отнести наличие «мертвых» пикселей, которые появляются рано или поздно. Это, конечно, неприятно, но не смертельно. Если из нескольких тысяч точек из строя выйдет несколько штук (именно такими количествами все и исчисляется), то мешать они вам или не будут вообще, или будут очень мало.
