Технология изготовления stn

Технология STN позволяла увеличить торсионный угол (угол кручения) ориентации кристаллов внутри LCD с 90° до 270°, что обеспечивало лучшую контрастность изображения при увеличении размеров панели.

Режим DSTN. Часто STN-ячейки использовались в паре. Такая конструкция называлась Double Super Twisted Nematic (DSTN). В ней одна двухслойная DSTN-ячейка состояла из 2 STN-ячеек, молекулы, которых при работе поворачивались в противоположные стороны. Свет, проходя через такую конструкцию в "запертом" состоянии, терял большую часть своей энергии. Контрастность и разрешающая способность DSTN-дисплеев повысилась, поэтому появилась возможность изготовить цветной дисплей, в котором на каждый пиксель приходилось три LCD-ячейки и три оптических фильтра основных цветов. Цветные дисплеи не были способны работать от отраженного света, поэтому лампа задней подсветки - их обязательный атрибут.

Режим TSTN. STN-ячейки могли использоваться в режиме Triple Super Twisted Nematic (TSTN), когда два тонких слоя полимерной пленки добавлялись для улучшения цветопередачи дисплеев или для повышения качества монохромных мониторов.

Режим Dual Scan DSTN. Для совершенствования свойств динамического изображения было предложено увеличить количество управляющих электродов. Т.е. вся матрица разбивалась на несколько независимых подматриц (Dual Scan DSTN - два независимых поля развертки изображения), каждая из которых содержала меньшее количество пикселей, поэтому поочередное управление ими занимало меньше времени. В результате чего удалось сократить время инерции LCD.

Технология изготовления tft

Технология Thin Film Transistor (TFT) - тонкопленочный транзистор. С помощью управляющих элементов - транзисторов - контролируется каждый пиксель на панели. Тонкопленочный транзистор имел толщину 0,1 - 0,01 мкм. В появившихся в 1972 году TFT-дисплеях использовался селенид кадмия, обладающий высокой подвижностью электронов и поддерживающий высокую плотность тока. Со временем был осуществлен переход на аморфный кремний (a-Si), а в дисплеях с высоким разрешением использовался поликристаллический кремний (p-Si).

Пиксель в технологии 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. Это означает, например, что у дисплея, имеющего разрешение 1280x1024, существует ровно 3840x1024 транзистора и субпиксельных элемента. Размер точки (пикселя) для 19-дюймового TFT-монитора - около 0,011 дюйма (или 0,27 мм).

Технология создания TFT очень сложна, в результате возникли трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за огромного числа используемых транзисторов. Производители установили нормы на предельное количество транзисторов, которые могут быть нерабочими. Правда, у каждого производителя на этот счет было свое мнение.

Технология изготовления s-tft

Инженерами компании Hitachi была разработана новая технология многослойных LCD-панелей Super TFT, которая значительно увеличила угол уверенного обзора LCD-панели. Технология Super TFT использует простые металлические электроды, установленные на задней стеклянной пластине, и заставляет молекулы вращаться, постоянно находясь в плоскости, параллельной плоскости экрана. Поскольку кристаллы обычной LCD-панели поворачиваются к поверхности экрана оконечностями, то такие LCD-дисплеи более зависимы от угла зрения, чем LCD-дисплеи Hitachi с технологией Super TFT. В результате, изображение на дисплее остается ярким и четким даже при больших углах обзора.

TN+Film TFT (Twisted Nematic + Film)

Самый распространенный тип цифровых панелей основан на технологии, сокращенно называемой TN TFT или TN+Film TFT (Twisted Nematic + Film), в основе которой лежит традиционная технология скрученных кристаллов. Термин Film обозначает дополнительное наружное пленочное покрытие, позволяющее увеличить угол обзора со стандартных 90 градусов (по 45 с каждой стороны) до примерно 140 градусов.

Когда транзистор находится в выключенном состоянии, то есть не создает электрическое поле, молекулы жидких кристаллов находятся в своем 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 задается световым фильтром. 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 черную точку на месте одной из трех 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 в настоящее время обходится относительно дешево. Но, как и многие другие дешевые вещи, LCD-мониторы на матрице TN TFT не лишены недостатков. Во-первых, черный цвет, особенно в старых моделях таких дисплеев, больше похож на темно-серый (поскольку очень трудно 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 темных оттенков. Во-вторых, если транзистор перегорает, он более не может прикладывать напряжение к своим трем субпикселям. Это важно, поскольку нулевое напряжение на нем означает яркую точку на экране. По этой причине "мертвые" ЖК-пиксели очень яркие и заметные.

Но эти два основных недостатка не мешают данной технологии занимать лидирующие позиции среди 15-дюймовых панелей, поскольку главным фактором для бюджетных решений все равно остается невысокая стоимость.

Технология Twisted Neumatic+пленка (TN+Film). Пленка наложена на панель для увеличения углов обзора. TN+Film-дисплеи самые дешевые и самые распространенные. По сравнению с первыми TN-дисплеями производителям удалось добиться весьма серьезных успехов. Во-первых, углы обзора были увеличены до 140-160°, причем характерные для TN цветовые искажения при взгляде на экран сбоку были сведены к минимуму. Впрочем, углы обзора по вертикали по-прежнему недостаточно велики.

Здесь целесообразно коснуться вопросов метрологии. Исходя из существующих стандартов, производители матриц определяют угол обзора как угол относительно перпендикуляра к центру матрицы, при наблюдении под которым контрастность изображения в центре матрицы падает до 10:1.

Однако считается, что искажения изображения становятся заметны уже при падении контрастности до 100:1. Иначе говоря, используемый производителями показатель слишком мягок, т.к. даже при меньших углах обзора вы увидите, что картинка отличается от идеальной. Более того, некоторые производители указывают углы обзора для предельной контрастности не 10:1, а вдвое меньше - 5:1, в результате чего "легким движением руки" недорогая TN+Film-матрица с углами обзора 150/140 градусов превращается в матрицу с углами уже 160/160 градусов.

В результате, с точки зрения пользователя ничего не меняется - матрица-то остается та же самая, а вот с точки зрения заявленных характеристик выглядит так, будто производитель монитора установил новые матрицы, с увеличенным углом обзора. При этом в сноске мелкими буквами указывается, что изменился только метод измерения (т.е. изменились исходные метрологические основы).

По этим же причинам сравнивать технические характеристики LCD-панелей, в основу изготовления которых положены различные технологии, бывает не совсем корректно.

Основным преимуществом TN+Film-панелей является их низкая цена. По этому параметру с ними не может сравниться ни одна другая технология. TN-панели легко справляются с минимальным временем отклика. На данный момент оно уже опустилось до 3-4 мс.

Контрастность современных TN+Film панелей обычно находится на среднем уровне - с одной стороны, она превышает показатели большинства S-IPS-матриц, но, с другой стороны, не дотягивает до абсолютных рекордсменов по этому параметру, PVA-матриц. (Более подробно о S-IPS-MVA/PVA-матрицах мы поговорим в отдельной статье).

Самыми существенными проблемами технологии TN+Film являются не слишком аккуратная цветопередача (особенно с учетом того, что в большинстве современных дисплеев, выполненных по этой технологии, используются не 8, а 6 бит для каждого из базовых цветов) и углы обзора. По последнему параметру TN+Film-дисплеи катастрофически проигрывают как S-IPS, так и MVA и PVA-собратьям.

В первую очередь TN-панели предназначены для построения игровых LCD-мониторов. Средняя контрастность, проблемы с цветопередачей, сравнительно небольшие углы обзора - цена, которую приходится платить за минимальное время отклика. Следовательно, для работы с текстом, графикой, фотографиями, т.е. там, где время отклика несущественно, целесообразно обратить внимание на мониторы, построенные на других типах матриц, в то время как для домашнего игрового компьютера мониторы на TN+Film будут вполне разумным выбором.

Технология TN+Film уже вытеснила с рынка 17-дюймовые дисплеи технологических конкурентов. На рынке 19-дюймовых мониторов пока царит вавилонское разнообразие. С приходом на рынок TN+Film-дисплеев можно без проблем выбрать монитор на любой вкус, и даже кошелек. К сожалению, скорее всего существующее разнообразие закончится победой TN+Film и вытеснением прочих типов матриц в область 20 дюймов.

Стоит отметить, что технология TN+Film, несмотря на свой почтенный возраст, в настоящее время сравнительно быстро развивается, поэтому при выборе монитора целесообразно обращать внимание на новые модели, т.к. вероятность того, что в них используется панель с большей контрастностью и лучшими углами обзора, довольно велика.

Сегодня большой популярностью у пользователей пользуется LCD-монитор SyncMaster 913N. За $375 можно приобрести 19-дюймовое чудо с характеристиками, приведенными в табл. 1. Вся вышеизложенная информация позволяет понять, что скрывается под загадочными символами, характеризующими тип LCD-дисплея, а именно: a-si TFT/TN.

Twisted Nematic + film (TN + film). Часть "film" в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно до 160°). Это самая простая и самая дешевая технология. Она существует достаточно давно и используется в большинстве проданных за последние несколько лет мониторов.

Достоинства технологии TN + film: - низкая стоимость; - минимальное время отклика пикселя на управляющее воздействие.

Недостатки технологии TN + film: - средняя контрастность; - проблемы с точной цветопередачей; - сравнительно небольшие углы обзора.

IPS (In-Plane Switching)

Одной из первых ЖК-технологий, призванных сгладить недостатки TN+film, стала технология Super-TFT или IPS (In-Plane Switching - приблизительно это можно перевести как "плоскостное переключение"), разработанная японскими компаниями Hitachi и NEC. IPS представляет собой своеобразный компромисс, когда за счет снижения одних характеристик цифровых панелей оказалось возможным улучшить другие: расширить угол обзора до примерно 170 градусов (что, практически, соотносимо с аналогичными показателями ЭЛТ-мониторов) за счет более точного механизма управления ориентацией жидких кристаллов, что и явилось ее главным достижением. Такой важный параметр, как контрастность, остался на уровне TN TFT, а время отклика даже немного увеличилось.

Суть технологии Super-TFT в том, что разнополярные электроды располагаются не в разных плоскостях, а в одной. 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. Создаваемое электродами поле поворачивает молекулы жидких кристаллов на 90 градусов относительно позиции покоя, меняя тем самым поляризацию светового потока, который пройдет второй поляризующий фильтр без помех.

Среди плюсов технологии IPS можно отметить четкий черный цвет, большой угол обзора, достигающий 170 градусов, и тот факт, что "битые" пиксели теперь выглядят черными, а потому они и достаточно малозаметны. Минус не столь очевиден, но существенен: электроды располагаются на одной плоскости, по паре на цветовой элемент, и закрывают собой часть проходящего света. В результате страдает контрастность, которую приходится компенсировать более мощной подсветкой. Но это мелочь по сравнению с главным недостатком, состоящим в том, что создание электрического поля в подобной системе требует больших затрат энергии и занимает больше времени, из-за чего растет время отклика.

В 1995 году компанией Hitachi была разработана технология In-Plane Switching (IPS), предназначавшаяся для избавления от недостатков, присущих панелям, изготовленным по технологии TN + film. Маленькие углы обзора, весьма специфичные цвета и неприемлемое (на тот момент) время отклика подтолкнули компанию Hitachi к разработке новой технологии IPS, давшей хороший результат: приличные углы обзора и хорошую цветопередачу.

В IPS-матрицах кристаллы не образуют спираль, а поворачиваются при приложении электрического поля все вместе. Изменение ориентации кристаллов помогло добиться одного из основных преимуществ IPS-матриц - углы обзора удалось увеличить до 170° по горизонтали и вертикали. Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй поляризационный фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Отображение черного цвета является идеальным. При выходе из строя транзистора "битый" пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным. При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению параллельно основе и пропускают свет.

Параллельное выравнивание жидких кристаллов потребовало размещения электродов гребенкой на нижней подложке, что значительно ухудшило контрастность изображения, потребовало более мощной подсветки для установки нормального уровня резкости и привело к высокому потреблению энергии и значительному времени. Поэтому время отклика IPS-панели, как правило, больше, чем у TN-панелей. Изготовленные по технологии IPS-панели оказываются заметно дороже. Впоследствии на базе IPS были также разработаны технологии Super-IPS (S-IPS) и Dual Domain IPS (DD-IPS), однако из-за высокой стоимости вывести этот тип панелей в лидеры производители так и не смогли.

Компания Samsung некоторое время выпускала панели, выполненные по технологии Advanced Coplanar Electrode (АСЕ) - аналог технологии IPS. Однако сегодня выпуск АСЕ-панелей свернут. На современном рынке технология IPS представлена мониторами с большой диагональю - 19 дюймов и более.

Значительное время отклика при переключении пикселя между двумя состояниями с лихвой компенсируется отличной цветопередачей, особенно у панелей, выполненных по модернизированной технологии под названием Super-IPS.

Super-IPS (S-IPS). LCD-мониторы на S-IPS-панелях - это вполне разумный выбор для профессиональной работы с цветом. Увы, с контрастностью у S-IPS-панелей точно такие же проблемы, как и у IPS и TN+Film, - она сравнительно невелика, так как уровень черного составляет 0,5-1,0 кд/м2.

Наряду с этим, углы обзора если и не идеальны (при отклонении в сторону изображение заметно теряет контрастность), то весьма велики по сравнению с TN-панелями: сидя перед монитором, заметить какую-либо неравномерность цвета или контрастности по вине недостаточных углов обзора невозможно.

Достоинства технологии S-IPS: - отличная цветопередача; - большие, чем у TN+Film-панелей, углы обзора.

Недостатки технологии S-IPS: - высокая стоимость; - повышенное потребление энергии; - значительное время отклика при переключении пикселя между двумя состояниями; - средняя контрастность.

Этот тип панелей хорошо подходит для работы с цветом, но при этом мониторы на S-IPS-панелях вполне пригодны и для игр, некритичных ко времени отклика 20 - 25 мс. Более года пользуется заслуженной популярностью 19-дюймовый LCD-монитор компании NEC 1970 NX, построенный на основе S-IPS-панели. Стоит 19-ти дюймовое S-IPS чудо с характеристиками, приведенными в табл. 1, около $520.

Дальнейшее совершенствование технологии IPS породило целое семейство технологий: S-IPS (Super IPS), SFT (Super Fine TFT), A-SFT (Advanced SFT), SA-SFT (Super A-SFT).

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)

И, наконец, наиболее перспективная на сегодня технология, разработанная компанией Fujitsu, - MVA (Multi-Domain Vertical Alignment - многодоменное вертикальное размещение) - является дальнейшим развитием технологии VA, разработанной еще в 1996 году. Дисплеи, созданные на основе этой технологии, отличаются достаточно большим углом обзора - до 160 градусов и малым временем реакции на изменение изображения (менее 25 мс).

Суть технологии MVA заключается 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, вне зависимости от угла обзора, видеть один и тот же оттенок цвета - отсутствие такой возможности было главным недостатком предыдущей технологии VA. В выключенном положении молекулы жидких кристаллов ориентированы перпендикулярно второму фильтру (каждому его выступу), что на выходе дает точку черного цвета. При слабом электрическом поле молекулы немного поворачиваются, образуя на выходе точку половинной интенсивности серого цвета. Стоит заметить, что интенсивность света для наблюдателя не зависит от угла обзора, поскольку более яркие ячейки, попавшие в поле зрения, будут компенсироваться находящимися рядом более темными. В полном электрическом поле молекулы выстроятся так, чтобы при разных углах наблюдения на выходе была видна точка максимальной интенсивности.

Используя достижения технологии MVA, некоторые производители создали свои технологии производства ЖК-матриц. Так, компания Samsung во всех своих последних разработках использует технологию PVA (Patterned Vertical Alignment - микроструктурное вертикальное размещение). Принцип действия PVA заключается в выстраивании молекул жидкого кристалла под прямым вертикальным углом по отношению к управляющим электродам и формировании картинки за счет их малых отклонений от указанного положения, гораздо меньших, чем в традиционных ЖК-дисплеях. Это, как отмечает Samsung, позволяет снизить инерционность и обеспечивает широкий конический угол обзора (170 градусов), высокий уровень контрастности (500:1) и улучшенное качество цветопередачи.

Потенциал технологии MVA и ее клонов значителен. Один из главных ее плюсов - сокращенное время отклика. Кроме этого, также можно отметить и такое преимущество MVA, как очень хороший черный цвет. Однако сложное устройство панели не только серьезно увеличивает стоимость готового LCD-дисплея на ее основе, но и не позволяет производителю в полной мере реализовать все возможности MVA по причине сложностей технического характера. Будет ли данная технология доминировать на рынке LCD или ее место займет новая разработка, покажет время. Пока же MVA является самым технически совершенным LCD-решением.

Технология IPS получилась сравнительно дорогой, это обстоятельство заставило других производителей разрабатывать собственные технологии. На свет появилась технология производства LCD-панелей Vertical Alignment (VA) компании Fujitsu, а затем Multidomain Vertical Alignment (MVA), предоставляющие пользователю разумный компромисс между углами обзора, скоростью и цветопередачей.

Итак, в 1996 году компания Fujitsu предложила еще одну технологию изготовления LCD-панелей VA - вертикальное выравнивание. Название технологии вводит в заблуждение, т.к. жидкокристаллические молекулы (в статическом состоянии) не могут быть полностью вертикально выравнены из-за выпячивания. Когда создается электрическое поле, кристаллы выравниваются горизонтально и свет подсветки не может пройти через различные слои панели.

Технология MVA - многодоменное вертикальное выравнивание - появилась через год после VA. Символ M в аббревиатуре MVA означает "многодоменный", т.е. множество областей в одной ячейке.

Суть технологии в следующем: каждый сабпиксель разбит на несколько зон, а поляризационные фильтры сделаны направленными. В настоящее время Fujitsu производит панели, в которых каждая ячейка включает до четырех таких доменов. С помощью выступов на внутренней поверхности фильтров каждый элемент разбит на зоны так, чтобы ориентация кристаллов в каждой конкретной зоне наиболее подходила для взгляда на матрицу с определенного угла, а кристаллы в разных зонах перемещались независимо. Благодаря этому удалось добиться отличных углов обзора без заметных цветовых искажений изображения - попавшие при отклонении наблюдателя от перпендикуляра к экрану в поле зрения более яркие зоны будут компенсироваться находящимися рядом более темными, поэтому контрастность упадет незначительно. При подаче же электрического поля кристаллы во всех зонах выстраиваются так, что практически независимо от угла наблюдения видна точка с максимальной яркостью.

Чего же удалось добиться в результате применения новой технологии?

Во-первых, хорошей контрастности - уровень черного у качественной панели может опускаться ниже 0,5 кд/м2 (превышать 600:1), что хоть и не позволяет на равных конкурировать с ЭЛТ-мониторами, но однозначно лучше результатов TN- или IPS-панелей. Черный фон экрана монитора на MVA-панели в темноте уже не выглядит столь отчетливо серым, да и неравномерность подсветки заметно меньше сказывается на изображении.

Более того, MVA-панели обеспечивают еще и весьма неплохую цветопередачу - не такую хорошую, как S-IPS, но вполне подходящую для большинства нужд. "Битые" пиксели выглядят черными, время отклика стало приблизительно в 2 раза меньше, чем для IPS- и старых TN-панелей. Т.о., наблюдается оптимальный компромисс практически во всех областях. Что же в сухом остатке?

Достоинства технологии MVA: - небольшое время реакции; - глубокий черный цвет (хорошая контрастность); - отсутствие винтовой структуры кристаллов и двойного магнитного поля привело к минимальному потреблению электроэнергии; - неплохая цветопередача (несколько уступающая S-IPS).

Однако две ложки дегтя несколько испортили сложившуюся идиллию: - при уменьшении разницы между начальным и конечным состояниями пикселя время отклика увеличивается; - технология получилась довольно дорогой.

К сожалению, теоретические преимущества этой технологии не были в полной мере реализованы на практике. 2003 год, все аналитики предсказывают блестящее будущее LCD-мониторам, оборудованным MVA-панелью, пока компания AU Optronics не представила TN+Film-панель со временем отклика всего 16 мс. По остальным параметрам она была не лучше, а в чем-то даже хуже существовавших 25-мс TN-панелей (уменьшившиеся углы обзора, плохая цветопередача), однако малое время отклика оказалось отличной маркетинговой приманкой для потребителей. Кроме того, дешевизна технологии на фоне продолжающихся ценовых войн, когда каждый лишний доллар за панель был для производителя тяжким бременем, подкрепила финансово-маркетинговую компанию. TN-панели и сегодня остаются самыми дешевыми (заметно дешевле и IPS-, и MVA-панелей). В результате сочетания этих двух факторов (удачной приманки для потребителя в виде малого времени отклика и низкой цены) в настоящий момент мониторы на панелях, отличных от TN+Film, выпускаются в ограниченных количествах. Исключение составляют разве что топ-модели Samsung на PVA да весьма дорогие мониторы на S-IPS-панелях, предназначенные для профессиональной работы с цветом.

Разработчик технологии MVA, компания Fujitsu, посчитала рынок LCD-мониторов для себя недостаточно интересным и сегодня не занимается разработками новых панелей, передав права на них компании AU Optronics. Определенной популярностью у пользователей ПК пользуется 19-дюймовый LCD-монитор компании Acer AL1931m стоимостью более $600, с использованием MVA-панели. Технические характеристики LCD-монитора Acer AL1931m приведены в табл. 2.