Как ни странно, но жидкие кристаллы были открыты в далеком 1888 году, однако в те времена ученые не знали куда их применить. Из-за этого практическое применение этот материал нашел гораздо позже, около 100 лет спустя. На сегодняшний день жидкие кристаллы позволили производителям выпускать различные типы высококачественных ЖК-матриц, которые обладают целым рядом неоспоримых преимуществ. Каждый тип ЖК матрицы имеет свои преимущества. Из этой публикации вы сможете узнать о том, какие ЖК матрицы существуют в наше время, а также их преимущества и недостатки.

1. ЖК матрицы

В ЖК матрицах слой молекул жидких кристаллов располагается между двумя специальными направляющими пленками, которые имеют мельчайшие бороздки. По направлению этих бороздок выстраиваются жидкие кристаллы. При отсутствии внешних факторов, которые воздействуют на жидкие кристаллы, экран монитора абсолютно черный, так как молекулы расположены так, чтобы не пропускать излучение, или наоборот прозрачный – это зависит от типа и технологии матрицы. Однако их положение можно изменить при помощи электромагнитных импульсов, тем самым регулируя степень их прозрачности. Именно такими свойствами и пользуются производители ЖК матриц для телевизоров и мониторов.

Стоит отметить, что в современных ЖК матрицах каждая ячейка обладает собственным транзистором, резистором, а также конденсатором. При этом в цветных матрицах каждый пиксель включает в себя три ячейки – красную, синюю и зеленую.

Как уже говорилось выше, на данный момент существуют разные виды ЖК матриц, о которых и пойдет речь дальше.

1.1. Матрицы TN

Самый распространенный тип матрицы для ЖК телевизоров – это TN матрица. В основном такое распространение данный вид матриц получил благодаря низкой стоимости. TN – это сокращение от Twisted Nematic. Нематическое жидкокристаллическое вещество состоит из продолговатых молекул с пространственной ориентацией. Однако такое вещество не имеет жесткой структуры, благодаря чему им легко управлять при помощи воздействия внешних факторов.

В таких матрицах молекулы жидких кристаллов выстроены параллельно плоскости экрана, а верхний и нижний слои молекул имеют перпендикулярное расположение относительно друг друга. Все остальные молекулы скручены по спирали. Благодаря этому, все пропускаемые лучи также «скручиваются» и свободно проникает сквозь внешнюю специальную поляризационную пленку.

При помощи такой конструкции в выключенном состоянии ячейка TN-матриц светится, но в случае воздействия электромагнитного поля (при подаче напряжения) молекулы жидких кристаллов начинают поворачиваться. Таким образом, чем выше напряжение, тем больше жидкие кристаллы разворачиваются, и, соответственно, тем меньше световых лучей они пропускают. В момент, когда все молекулы повернуться параллельно световым лучам, ячейка «закрывается» (экран становится черным). Однако стоит отметить, что при такой технологии весьма сложно достичь идеального черного цвета.

Основной недостаток TN матриц заключается в несогласованности поворота кристаллов. В то время когда одни уже полностью развернуты, другие только поворачиваются. Из-за такого несоответствия наблюдается рассеивание света. Выражается это в том, что под разными углами картинка имеет разный вид. То есть разную яркость и контрастность. Это называется углы обзора. Однако такая матрица имеет наилучшее время отклика.

1.2. IPS матрица

Технология IPS ЖК матрицы идеально подходит для работы с фото и видеофайлами. Однако стоит отметить, что ее стоимость выше предыдущей матрицы. Данная технология отличается тем, что все молекулы жидких кристаллов всегда расположены параллельно плоскости панели. Поворачиваются они одновременно. Для того чтобы реализовать такую конструкцию, на нижней стороне каждой ячейки располагаются по два электрода.

Благодаря такому решению в выключенном состоянии ячейки не пропускают световые лучи, благодаря чему кажутся черными. В случае, если одна ячейка (пиксель) выходит из строя, на экране можно будет наблюдать небольшую черную точку.

IPS LCD матрицы для телевизоров обеспечивают наиболее высокое качество цветопередачи, а также самые большие углы обзора.

Однако к недостаткам такой технологии можно отнести медленную реакцию на изменения электрического поля – длительное время отклика. При этом стоят такие матрицы дороже в сравнении с TN. Также на таких экранах более выражена межпиксельная сетка. Улучшенные версии IPS матриц получили название S-IPS и SA-SFT. Именно эти улучшения позволили достичь более высоких показаний по всем параметрам, в том числе и по времени отклика – 16 мс, а в новейших даже до 5 мс.

1.3. MVA/PVA

Данная технология является компромиссом между TN и IPS матрицами. В спокойном состоянии молекулы жидких кристаллов в данной технологии располагаются перпендикулярно плоскости дисплея, благодаря чему черный цвет имеет максимально глубокий и чистый вид. Для улучшения углов обзора технология предусматривает некоторые выступы на обкладках, которые определяют направление поворота молекул. Матрица LCD PVA от бренда Samsung не имеет выступов. В выключенном состоянии кристаллы строго вертикальны. Для увеличения углов обзора нижние электроды сдвинуты относительно верхних.

2. Какой тип матрицы выбрать

Как уже говорилось выше, матрицы TN в наше время пользуются наибольшим распространением, так как они имеют более низку стоимость при довольно хороших технических показателях. Хотя углы обзора у таких мониторов немного меньше, но это не критично, ведь в подавляющем большинстве случаев пользователи смотрят телевизор под прямым углом, располагаясь напротив экрана. К тому же такие матрицы имеют самый лучший показатель по времени отклика, что позволяет использовать такие матрицы в мониторах для ПК, для игр и воспроизведения фильмов с множеством ярких спецэффектов.

Выбор матрицы зависит от ваших предпочтений. Благодаря современным технологиям матрицы TN и IPS имеют весьма хорошие показатели и позволяют их использовать для разных целей. Они предоставляют возможность пользователям в полной мере насладиться высоким качеством изображения. Конечно, для работы с фотографиями, лучшими считаются IPS матрицы, а для подключения к ПК и игр – TN, хотя обе эти технологии отлично справляются со всеми задачами. Однако стоит отметить, что наибольшими перспективами на данный момент все же обладают IPS матрицы.

3. Как выбрать монитор: Видео

Конструктивно дисплей монитора состоит состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы) и источников света для подсветки.

Типы матриц ЖК мониторов

Выделяют 3 основных типа матриц - TN, IPS и VA.

• TN+film - (Twisted Nematic + film) - самая простая технология. Слово film в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора. В настоящее время приставку film часто опускают, называя такие матрицы просто TN. Способа улучшения контрастности и углов обзора для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности - нет. Матрица TN+film работает следующим образом: если к субпикселям не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И поскольку направление поляризации фильтра на второй пластине составляет как раз угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка. К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость. Недостатки: худшая цветопередача, наименьшие углы обзора.

• IPS - (In-Plane Switching) была разработана компаниями Hitachi и NEC. Эти компании пользуются этими двумя разными названиями одной технологии - NEC использует «SFT», а Hitachi - «IPS». Технология предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Хотя с помощью IPS и удалось добиться увеличения угла обзора до 178°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне. По состоянию на 2008 год, матрицы, изготовленные по технологии IPS (SFT), - единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB - 24 бита, по 8 бит на канал. По состоянию на 2012 год выпущено уже много мониторов на IPS матрицах (e-IPS производства LG.Displays), имеющих 6 бит на канал. Старые TN-матрицы имеют 6-бит на канал, как и часть MVA. Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение чёрного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а чёрным.

• VA - (Vertical Alignment) была представлена в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки. Наследницей технологии VA стала технология MVA (Multi-domain Vertical Alignment), разработанная компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160° (на современных моделях мониторов до 176-178°), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика. Они значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения. Достоинствами технологии MVA являются глубокий чёрный цвет (при перпендикулярном взгляде) и отсутствие как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля . Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения.

Матрицы MVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским свойствам.

Подсветка

• Подсветка газоразрядными («плазменными») лампами - В течение первого десятилетия XXI века подавляющее большинство LCD-дисплеев имело подсветку из одной или нескольких газоразрядных ламп (чаще всего с холодным катодом - CCFL, хотя недавно стали использоваться и EEFL). В этих лампах источником света является плазма, возникающая при электрическом разряде через газ. Такие дисплеи не следует путать с плазменными дисплеями, в которых каждый пиксель сам светится и является миниатюрной газоразрядной лампой.

• Светодиодная (LED) подсветка - В начале 2010-х получили распространение ЖК-дисплеи, имеющие подсветку из одного или небольшого числа светодиодов (LED). Такие ЖК-дисплеи (в торговле нередко называемые LED TV или LED-дисплеями) не следует путать с настоящими LED-дисплеями, в которых каждый пиксель сам светится и является миниатюрным светодиодом. Считается, что LED-подсветка оказывает большее воздействие на глаза чем CCFL

Дефекты ЖК мониторов

Существует ISO стандарт на, так называемые, «битые» пиксели в ЖК-дисплеях. Если кратко, он разделяет ЖК-дисплеи мониторов на 4 класса качества:

• Класс 1: 0 дефектных пикселей на миллион.
• Класс 2: до 2 дефектов типа 1 и 2 или до 5 дефектов типа 3 на миллион.
• Класс 3: до 5 дефектных пикселей типа 1; до 15 - типа 2; до 50 дефектных суб-пикселей на миллион.
• Класс 4: до 150 битых пикселей на миллион.

В стандарте определено 4 типа дефектных пикселей:

• Тип 1: постоянно горящие пиксели.
• Тип 2: постоянно не горящие пиксели.
• Тип 3: пиксели с другими дефектами, включая дефекты суб-пикселей (ячеек RGB, составляющих пиксель), то есть постоянно горящие красные, зелёные или голубые суб-пиксели.
• Тип 4: группа дефектных пикселей - несколько дефектных пикселей в квадрате 5x5 пикселей.

Среди массово выпускаемых ЖК-дисплеев практически нет продукции 4-го класса качества - фактически это брак производства.

Мониторы ♦
Связанные статьи:

Виды экранов: LCD, STN, UFB, TFT, TFD, OLED.

LCD
Главное отличие жидких кристаллов в том, что они не только пропускают свет, но и могут поглощать или отражать его, меняя свою структуру под воздействием тока. Этот принцип и лёг в основу создания LCD дисплеев: управляя подачей электрического тока на группу кристаллов, можно формировать любые изображения. Монохромные (черно-белые) дисплеи сейчас встречаются разве что как внешние экраны раскладушек и дисплеи телефонов эконом класса. Иногда используются и инверсионные (инверсные) монохромные дисплеи. Это экраны, в которых «всё наоборот» - белые буквы пишутся на чёрном фоне. В основном же в телефонах применяют цветные дисплеи с пассивными(STN,UFB), либо активными (TFT и отчасти TFD) матрицами.

STN
В STN (super twisted nematic) - экранах в качестве кристаллов используется специальный материал - сверхскрученный полимер, который и дал название технологии. STN - экраны отличаются низким энергопотреблением и невысокой стоимостью. А к недостаткам можно отнести относительно низкое качество картинки, небольшой угол обзора (в идеале 90 градусов по горизонтали и 50 градусов по вертикали) и основное - это долгое время отклика на изменение напряжения на матрице, что отрицательно сказывается на воспроизведение динамических сцен и видео. В совокупности этих недостатков, этот тип дисплеев практически перестал использоваться в качестве основных дисплеев в телефонах бизнес класса, его удел – внешние дисплеи раскладушек и телефоны эконом класса.

UFB
UFB (Ultra Fine & Bright). Эту технологию, появившуюся сравнительно недавно, относят к пассивным матрицам, однако яркость и цветопередача UFB - экранов на порядок выше, чем у экранов, выполненных по технологии STN. По энергопотреблению и себестоимости технология сравнима с STN, а по углу обзора и цветности - с TFT (лишь в контрастности несколько уступает). Эта технология довольно активно используется в телефонах Samsung и LG.

TFT
TFT - экраны (Thin Film Transistors) сейчас наиболее востребованы. (Большая часть телефонов бизнес класса) Их отличие от пассивных матриц в том, что каждый пиксель изображения в них формируется отдельным транзистором, что дает возможность получать картинки очень высокого качества: с неплохим контрастом и цветностью, а также углом обзора до 160 градусов по горизонтали и до и120 градусов - по вертикали.
К недостаткам TFT - технологии следует отнести зависимость качества изображения от внешнего освещения, а также высокое энергопотребление. Кроме того, в TFT - экранах всегда существует вероятность выхода из строя одного или нескольких транзисторов - на дисплее могут появиться постоянно светящиеся точки (так называемые «битые пиксели»).

TFD
Технология TFD (Thin Film Diode), которую считают некоторым «компромиссом», между активными и пассивными матрицами, на самом деле почти ничем не отличаются от TFT. Просто вместо транзисторов для работы с кристаллами используются диоды, что снижает их энергопотребление.

OLED
OLED (Organic Light Emitting Diodes) - электролюминесцентные экраны на органических светоизлучающих полупроводниках. Основа технологии в том, что при совмещении двух слоёв органических материалов и пропускании через них тока появляется свечение. Не смотря на то, что яркость OLED дисплеев в десятки раз превышает показатели LCD - матриц, им не нужны лампы подсветки. Все их плюсы (Угол обзора до 180 градусов, высокая динамичность и отличная контрастность, а также корректная цветопередача. При этом - низкое энергопотребление, отсутствие «битых пикселей», небольшая толщина и возможность выпускать «гибкие дисплеи» (что уже делается)). Сводятся на нет недостаточным сроком службы. Не смотря на это OLED технология совершенствуется и будущее, несомненно, за ней.

Разработка этого типа матрицы производилась компаниями NEC и Hitachi и преследовала цель избавить мониторы от недостатков матриц предыдущего поколения - TN. Различные названия одной и той же, по сути, технологии, обусловлены тем, что NEC использует название «SFT», а Hitachi — «IPS».

Большинство матриц IPS и SFT позволяют воспроизводить изображение с глубиной цвета в 24 бита. Выпускаются также отдельные партии матриц P-IPS и S-IPS, которые могут передавать цветность 30 бит. К сожалению, достичь цветности в 32 бита, которая была возможна при использовании электронно-лучевых трубок, серийные устройства пока не в состоянии.

На данный момент из-за точности цветопередачи, практически соответствующей ЭЛТ-мониторам, эти матрицы можно рекомендовать для работ с различными видами графики. Цветопередача и контрастность таких дисплеев позволяет адекватно отображать изображения в цветовых пространствах sRGB и Adobe RGB, что для TN матриц является недосягаемой высотой. Если вы занимаетесь редактированием и ретушированием фотографий или предпечатной подготовкой, то ориентироваться следует именно на изделия с такой матрицей.

Достоинствами IPS матриц являются:

• Наилучшая среди LCD TFT матриц цветопередача.
• Широкие углы обзора.
• Высокая контрастность при отображении статичной картинки. Здесь следует упомянуть матрицы с индексом PLS, производства Samsung. Дело в том, что контрастность этих панелей намного ниже, чем даже у TN из-за более тесного расположения пикселей.

Из минусов IPS можно отметить:

• Низкая скорость отклика. Благодаря этому, динамическое изображение на таких мониторах может «размазываться». Чаще всего, это несмертельно. Последние серии матриц e-IPS и АS-SFT имеют время отклика, позволяющее использовать их в качестве игровых мониторов и для просмотра фильмов.
• Увеличенный, по сравнению с TN, межпиксельный промежуток.
• Повышенное энергопотребление.
• Более высокая цена за счет использования более сложной технологии.

Мониторы на IPS матрице имеют высокую цену в силу сложности технологии их производства. Сложность их подбора также заключается в том, что разновидностей этих матриц довольно много. Постараюсь перечислить наиболее часто встречаемые.

AS- IPS - разработана в 2002 году Hitachi и представляет собой серьезно улучшенную версию матрицы S - IPS (1998 год), в которой частично устранена проблема низкой контрастности.

H- IPS - разработана фирмой LG в 2007 году. Именно эта матрица окончательно вытеснила S-IPS, благодаря улучшенной контрастности и устранения эффекта фиолетовой заливки, который наблюдался при больших углах обзора.

e- IPS - фактически, представляет собой удешевленный вариант H-IPS , тем не менее, обеспечивающий цветность 24 бита. Кроме того, применяется специальная технология «высветления» матрицы, что позволяет использовать более экономичные виды подсветок. Подходит для большинства целей.

p- IPS - обеспечивает те самые 30 бит (по 10 бит на канал) цветности. На рынке появилась в 2011 году. Высокая контрастность и самые лучшие углы обзора. Однако не подходит для игр, так как время отклика у этих матриц сравнительно большое. Предназначена для работы с графикой.

UH-IPS и S-IPS II - матрицы, оптимизированные для LED подсветки. Можно сравнить по качеству с e-IPS . Однако отображение черного цвета оставляет желать много лучшего. Поэтому использовать такие мониторы для работы с графикой не стоит.

Матрицы MVA и PVA (Multi-domain\Patterned Vertical Alignment)

Компромиссные варианты между матрицами TN и IPS, разработанные Fujitsu (MVA) и Samsung (PVA). Потребительские свойства этих матриц, как и цена на изделия на их основе, находится где-то посредине между TN и IPS. Так как технологии схожи, то их часто называют матрицами VA.

Для матриц VA характерны следующие плюсы:

• Самая высокая контрастность матриц, обусловленная раздельным управлением частями пикселя экрана.
• Широкие углы обзора, что делает работу с ними более комфортной.
• Адекватное отображение чёрного цвета.

К сожалению, у матриц VA есть и недостатки:

• Большое время отклика, большее, чем у e-IPS.
• Возможность искажения оттенков и потеря деталей в тенях. Из-за этого, мониторы на основе таких матриц не рекомендуется использовать в полиграфии или профессиональной фото-ретуши.

Выбор матрицы в зависимости от использования монитора

Если вас интересуют игры, то вам можно выбрать из матриц TN (бюджетный вариант), e-IPS, S-IPS II, UH-IPS. Здесь важны небольшое время отклика, которые остальные матрицы не обеспечат.

Если вы занимаетесь графикой или фотографией, то тут вам следует обратить внимание на матрицы IPS, кроме AS-IPS, которая не обеспечит вам приемлемой контрастности. Любители могут вполне обойтись MVA/PVA, так как цветопередача у них вполне адекватна задачам большинства фотолюбителей, не связанных с высококачественной полиграфией.

В том случае, если вам нужен монитор для офисной работы или интернет-серфинга, то имеет смысл выбрать TN-матрицу, не платя больших денег за улучшенную цветопередачу. В крайнем случае, можно присмотреть какую-то модель на MVA/PVA матрице.