Типы жидкокристаллических дисплеев

TN TFTилиTN+Film TFT (Twisted Nematic + Film)

Самый распространённый тип цифровых панелей основан на технологии, сокращённо называемой TN TFTилиTN+Film TFT (Twisted Nematic + Film). Термин Film обозначает дополнительное наружное плёночное покрытие, позволяющее увеличить угол обзора со стандартных 90 градусов (по 45 с каждой стороны) до приблизительно 140 градусов. Схема работы TN TFT дисплея показана на рисунке ниже:

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

2. Когда транзистор генерирует электрическое поле, все молекулы жидких кристаллов выстраиваются в линии, параллельные углу поляризации первого фильтра, и тем самым никоим образом не влияют на проходящий через них световой поток. Второй поляризующий фильтр поглощает свет полностью, создавая чёрную точку на месте одной из трёх цветовых компонент.

TN TFT – первая технология, появившаяся на рынке LCD, которая до сих пор чувствует себя уверенно в категории бюджетных решений, поскольку создание подобных цифровых панелей обходится относительно дёшево. Но, как и многие другие дешёвые вещи, LCD мониторы на матрице TN TFT не лишены недостатков. Во-первых, чёрный цвет у старых моделей таких дисплеев больше смахивает на тёмно-серый (поскольку очень трудно было развернуть все жидкие кристаллы строго перпендикулярно к фильтру), что приводит к низкой контрастности картинки. С годами технологический процесс совершенствовался, и новые TN панели демонстрируют значительно увеличившуюся глубину тёмных оттенков. Во-вторых, в случае отказа транзистора (а такое бывает) на экране образуется посторонняя «мёртвая» яркая точка, которая для глаза намного заметнее «мёртвой» чёрной. Но эти два недостатка не мешают данной технологии занимать место лидера среди 15.1 дюймовых панелей, поскольку главным фактором для бюджетных решений всё равно остаётся стоимость.

Super-TFT или IPS (In-Plane Switching)

Один из вариантов борьбы с недостатками предложила технология Super-TFTилиIPS (In-Plane Switching), разработанная компанией Hitachi. IPS позволила расширить угол обзора до примерно 170 градусов за счёт более точного механизма управления ориентацией жидких кристаллов, что и явилось её главным достижением. Такой важный параметр как контрастность остался на старом уровне TN TFT, а время отклика даже стало больше. Рассмотрим, чем отличается принцип работы Super-TFT от TN TFT:

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

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

Очевиден плюс такого подхода: «мёртвые» пиксели будут гаснуть, а не светиться, как в обычном TN TFT, что менее заметно для глаза.. Благодаря параллельному плоскости экрана расположению жидких кристаллов углы обзора достигают 170° как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Время отклика у IPS-матриц невелико - порядка 25 мс, что обеспечивает частоту обновления картинки 40 Гц. Но, к сожалению, у этой технологии есть и свои минусы (как и у других решений, впрочем). На каждую ячейку в такой матрице приходятся два электрода, расположенных на одной из подложек. Из-за этого шаг между ячейками довольно велик и требуется более мощный источник подсветки, чтобы обеспечить хорошую яркость изображения. Впрочем, решение проблемы с углами обзора, хорошая контрастность и неплохое время отклика привлекли к IPS внимание многих производителей LCD-панелей. Сегодня это одна из наиболее распространенных технологий.

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)

Третья технология, разработанная компанией Fujitsu в 1996 г., обещает устранить основные недостатки LCD панелей. Она носит название MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)и является развитием предыдущей технологии VA. Суть её в следующем: для расширения угла обзора все цветовые элементы панели разбиты на ячейки или зоны, образуемые выступами на внутренней поверхности фильтров. Цель такой конструкции – дать возможность жидким кристаллам двигаться независимо от своих соседей в противоположном направлении. Это позволяет наблюдателю независимо от угла обзора видеть один и тот же оттенок цвета. На рисунке ниже показаны три степени яркости одной ячейки:

1. В выключенном положении молекулы жидких кристаллов ориентированы перпендикулярно второму фильтру (каждому его выступу), что на выходе даёт точку чёрного цвета.

2. При слабом электрическом поле молекулы немного поворачиваются, образуя на выходе точку серого цвета (половинной интенсивности). Обратите внимание, что интенсивность света для наблюдателя не зависит от угла обзора, поскольку попавшие в поле зрения более яркие ячейки будут компенсироваться находящимися рядом более тёмными.

3. В полном электрическом поле молекулы выстроятся так, чтобы при разных углах наблюдения на выходе была видна точка максимальной интенсивности.

Потенциал технологии MVA значителен. Один из главных её плюсов – сокращённое время отклика. Однако сложное устройство панели не только увеличивает стоимость готового LCD решения на её основе, но и не позволяет производителю в полной мере реализовать все возможности MVA по причине сложностей технического характера и не доведённого до ума процесса производства. Будет ли данная технология доминировать на рынке LCD или её место займёт новая разработка, покажет время. Пока же MVA является самым технически совершенным LCD решением. MVA решает и обе основные задачи, поставленные перед разработчиками нового поколения LCD-панелей: углы обзора увеличены в среднем до 160º по горизонтали и вертикали, время отклика сокращено до 20 мс (это соответствует частоте 50 Гц). С технической точки зрения сегодня и в ближайшем будущем технология MVA выглядит самой предпочтительной из внедренных в производство.

Сравнение различных технологий .

Решение TN+Filmне обеспечивает значительных улучшений такого показателя как время реакции пиксела. При этом такие системы недороги, позволяют обеспечить достаточный производственный уровень и увеличить угол обзора до приемлемых значений. Доля рынка таких дисплеев со временем должна уменьшиться.

IPSуже завоевали значительную долю рынка, т.к. их производят несколько компаний, например Hitachi и NEC, которые поддерживают данную технологию. Решающими факторами успеха этих дисплеев является высокое значение угла зрения (до 170°) и приемлемое время реакции.

С технической точки зрения, технология MVAявляется наилучшим решением. Углы зрения до 160° - это почти такой же хороший показатель, как у ЭЛТ-мониторов. Время реакции, равное примерно 20 мс, также подходит и для воспроизведения видео. Доля рынка таких дисплеев до сих пор мала, хотя она постепенно растёт.

Технология MVA обеспечивает улучшенное время реакции и хорошие значения угла обзора, однако рыночная доля технологии Fujitsu до сих пор достаточно мала.

Расшифровки обозначений.

TN(Twisted Nematic) — закрученные жидкокристаллические структуры в фазе «нематик». Такое сокращение нередко используется для обозначения активноматричных ЖК-панелей первого поколения (TFT LCD), хотя это не совсем верно, так как изначально TN означает состояние ЖК.

TFT(Thin Film Transistor) — тонкоплёночный транзистор, используется для управления ячейками в панелях с активной матрицей. Такое сокращение часто используется для обозначения активноматричных ЖК-панелей в общем смысле.

TN + Film(ЖК + тонкоплёночный транзистор) — нередко используемое обозначение первых активноматричных ЖК-панелей (TFT LCD).

IPS(In-Plane Switching) — поворот ЖК всей плоскостью. Патент Hitachi.

MVA(Multidomain Vertical Alignment) — мультидоменное вертикальное размещение ЖК. Патент Fujitsu.

PVA(Patterned Vertical Alignment) — микроструктурное вертикальное размещение ЖК. Патент Samsung.

PVA(Plus Viewing Angle) — увеличенный угол обзора. Патент Samsung.

ACE(Advanced Coplanar Electrode) — улучшенный параллельный электрод ячейки (аналог IPS). Патент Samsung.

DD IPS (IPS Dual Domain) — двухдоменные IPS-ячейки.