Монитор va что это

Жидкокристаллические мониторы ещё в прошлом году обошли по объёмам продаж традиционные устройства на электронно-лучевых трубках и продолжают своё победное шествие. Однако, покупая монитор, мало кто задумывается, как же работает это, на самом деле, крайне сложное устройство. В этой статье мы постараемся объяснить принцип работы ЖК-матриц и их отличия друг от друга.

История открытия жидких кристаллов

Впервые жидкие кристаллы были обнаружены в 1888 году австрийским ботаником Фридрихом Райнитцером в ходе исследования холестеринов в растениях. Он выделил вещество, имеющее кристаллическую структуру, но при этом странно ведущее себя при нагреве. При достижении 145.5°C вещество мутнело и становилось текучим, но при этом сохраняло кристаллическую структуру вплоть до 178.5°C, когда, наконец, превращалось в жидкость. Райнитцер сообщил о необычном явлении своему коллеге – немецкому физику Отто Леманну, который выявил ещё одно необычное качество вещества: эта псевдожидкость в электромагнитных и оптических свойствах проявляла себя как кристалл. Именно Леманн и дал название одной из ключевых технологий отображения информации на сегодняшний день – «жидкий кристалл».

Выбираем Бюджетный Монитор Особенности PLS матрицы! Сравнение с VA и TN

Технический словарь разъясняет термин «жидкий кристалл» как мезофазу, переходное состояние вещества между твёрдым и изотропным жидким. В этой фазе вещество сохраняет кристаллический порядок расположения молекул, но при этом обладает значительной текучестью и стабильностью в широком диапазоне температур.

Почти столетие это открытие относилось к рангу удивительных особенностей природы, пока в 70-х годах ХХ века компания Radio Corporation of America не представила первый работающий монохромный экран на жидких кристаллах. Вскоре после этого технология начала проникать на рынок потребительской электроники, в частности, наручных часов и калькуляторов. Однако до появления цветных экранов было ещё очень далеко.

Принцип работы жидкокристаллических экранов

Работа жидкокристаллических матриц основана на таком свойстве света, как поляризация. Обычный свет является неполяризованным, т.е. амплитуды его волн лежат в огромном множестве плоскостей. Однако существуют вещества, способные пропускать свет только с одной плоскости. Эти вещества называют поляризаторами, поскольку прошедший сквозь них свет становится поляризованным только в одной плоскости.

Если взять два поляризатора, плоскости поляризации которых расположены под углом 90° друг к другу, свет через них пройти не сможет. Если же расположить между ними что-то, что сможет повернуть вектор поляризации света на нужный угол, мы получим возможность управлять яркостью свечения, гасить и зажигать свет так, как нам хочется. Таков, если описывать вкратце, принцип работы ЖК-матрицы. Конкретную реализацию этого принципа в разных матрицах мы рассмотрим ниже.

В упрощенном виде матрица жидкокристаллического дисплея состоит из следующих частей:

• CCFL (ртутная) лампа подсветки;
• система отражателей и полимерных световодов, обеспечивающая равномерную подсветку;
• фильтр-поляризатор;
• стеклянная пластина-подложка, на которую нанесены контакты;
• жидкие кристаллы;
• ещё один поляризатор;
• снова стеклянная подложка с контактами.

structure Строение ЖК-матрицы

В цветных матрицах каждый пиксель формируется из трёх цветных точек (красной, зелёной и синей), поэтому добавляется ещё и цветной фильтр. В каждый момент времени каждая из трёх ячеек матрицы, составляющих один пиксель, находится либо во включённом, либо в выключенном положении. Комбинируя их состояния, получаем оттенки цвета, а включая все одновременно – белый цвет.

Глобально матрицы делятся на пассивные (простые) и активные. В пассивных матрицах управление производится попиксельно, т.е. по порядку от ячейки к ячейке в строке. Проблемой, встающей при производстве ЖК-экранов по этой технологии, стало то, что при увеличении диагонали увеличиваются и длины проводников, по которым передаётся ток на каждый пиксель.

Во-первых, пока будет изменён последний пиксель, первый успеет потерять заряд и погаснуть. Во-вторых, большая длина требует большего напряжения, что приводит к росту помех и наводок. Это резко ухудшает качество картинки и точность цветопередачи. Из-за этого пассивные матрицы применяются только там, где не нужны большая диагональ и высокая плотность отображения.

Для преодоления этой проблемы были разработаны активные матрицы. Основой стало изобретение технологии, известной всем по аббревиатуре TFT, что означает Thin Film Transistor – тонкоплёночный транзистор. Благодаря TFT, появилась возможность управлять каждым пикселем на экране отдельно. Это резко сокращает время реакции матрицы и делает возможными большие диагонали матриц.

Транзисторы изолированы друг от друга и подведены к каждой ячейке матрицы. Они создают поле, когда им приказывает управляющая логика – драйвер матрицы. Для того, чтобы ячейка не потеряла заряд преждевременно, к ней добавляется небольшой конденсатор, который играет роль буферной ёмкости. С помощью этой технологии удалось радикально уменьшить время реакции отдельных ячеек матрицы.

Виды матриц

Различия между разными типами матриц обусловлены расположением жидких кристаллов и, как следствие, особенностями прохождения через них света.

TN+film

tn Кристаллы в TN-матрице

Первой и наиболее простой технологией производства матриц была технология TN (Twisted Nematic, скрученные нематические), представленная в далёком 1973 году. Особенностью нематических кристаллов является то, что они выстраиваются друг за другом, как солдаты в колонне. Организация их в матрице выглядит как спираль.

Для этого на стеклянных подложках делаются специальные бороздки, благодаря которым первый кристалл в спирали всегда расположен в одной и той же плоскости. Следующие за ним кристаллы располагаются друг за другом по спирали, пока последний не укладывается в аналогичную бороздку на второй подложке, расположенную под углом 90° к первой.

К каждому концу спирали подведены электроды, которые и влияют на расположение кристаллов созданием электрического поля. При отсутствии напряжения и поля кристаллы поворачивают ось поляризации света, прошедшего через первый поляризатор, на 90°, чтобы он оказался в одной плоскости со вторым поляризатором и беспрепятственно прошёл сквозь него. Так получается белый пиксель.

Если подать напряжение на электроды, спираль начинает сжиматься. Максимальное значение напряжения соответствует такому положению, при котором кристаллы не поворачивают поляризованный свет, и он поглощается вторым поляризатором (чёрный пиксель). Для получения градаций (оттенков серого) напряжение варьируется, тогда кристаллы занимают такое положение, при котором свет проходит через фильтры неполностью.

principle resize Принцип работы ЖК-матриц на примере TN

Из-за особенностей TN чёткое формирование оттенков сильно затруднено, и по сей день цветопередача является их ахиллесовой пятой.

Проблемой первых TN-матриц были очень небольшие углы обзора, при которых ячейка была видна с нужным цветом. Поэтому была разработана специальная плёнка, которая накладывается сверху на матрицу и расширяет углы обзора. Технология стала называться TN+film. В этом исполнении она существует и по сей день. Разъясним её.

Угол между нормалью фронта световой волны и углом директора молекул ЖК (так научно называются те самые бороздки) равен j. Интенсивность пропущенного через 2 поляризатора света равна sin2 j. С практической точки зрения эти построения означают, что при полностью включённом пикселе угол j составляет не более 30°, а интенсивность света меняется в пределах 10%.

А вот в среднем положении при уровне серого 50% угол j составит 45°, а изменение интенсивности – примерно 90%. Естественно, вряд ли кого устроит то, что, пошевелившись на стуле, он увидит вместо красного цвета зелёный. Поэтому сверху на матрицу клеится плёнка, имеющая другое значение j, из-за чего изменение интенсивности при смене угла обзора уже не так заметно. Сегодняшние матрицы обеспечивают нормальное изображение при отклонении от центра примерно на 50-60° по горизонтали (угол обзора 100-120°), а вот с вертикальными углами дело обстоит хуже. При отклонении от центра по вертикали хотя бы на 30 градусов нижняя часть матрицы начинает светлеть, иногда появляются тёмные полосы и т.д.

Ещё одна особенность TN состоит в том, что положением пикселя по умолчанию (т.е. при отключённом токе на электродах) является белый цвет. При этом, если транзистор сгорает, мы получаем всегда ярко горящую точку на мониторе. А если учесть, что добиться абсолютно точного положения кристаллов невозможно, на TN-матрицах невозможно добиться и хорошего отображения чёрного цвета.

В связи с ограниченной скоростью пассивных матриц для уменьшения скорости реакции была разработана технология STN (Super Twisted Nematic). Смысл её заключается в том, что бороздки на стеклянных подложках, ориентирующие первый и последний кристалл, расположены под углом более 200° друг к другу, а не 90°, как в обычной TN.

В таком случае переход между крайними состояниями резко ускоряется, однако становится крайне сложно управлять кристаллами в средних положениях. Более-менее стабильными они были при углах между бороздками около 210°. Однако без недостатков не обошлось и тут: при отклонении от центра ячейки белый свет становился либо грязно-жёлтым, либо голубоватым.

Чтоб хоть как-то сгладить эту проблему, инженеры Sharp разработали DSTN – Dual-Scan Twisted Nematic. Суть технологии состоит в том, что экран делится на две части, каждая из которых управляется отдельно. Помимо увеличения скорости, преимуществом технологии было смягчение искажений цветов, а недостатком – большой вес и высокая стоимость. Итак, выделим достоинства и недостатки матриц TN+film (во всех исполнениях) на сегодняшний день:

Плюсы	Минусы
высокая скорость переключения ячеек	абсолютно низкое качество цветопередачи
низкая цена	малые углы обзора
низкая контрастность (соотношение между белым и чёрным)
низкая цена

К сожалению, подавляющее большинство производимых сегодня ЖК-мониторов самой ходовой диагонали 17” производится на базе TN+film из-за дешевизны технологии. В принципе, для нетребовательного к качеству изображения пользователя ничего страшного в этом нет, однако для работы с графикой придётся обратить взор на другие матрицы.

Источник: www.ferra.ru

Выбираем подходящую матрицу для ноутбука

С развитием технологий производства дисплеев у пользователей все больше возникает вопросов при выборе подходящего монитора. Помимо его физических размеров, в частности диагонали видимой зоны и разрешения, необходимо выбрать тип матрицы и сопутствующие параметры — контрастность, цветопередачу, время отклика и прочее. Выбрать монитор, разбираясь во всех этих тонкостях, не составит большого труда, если предварительно изучить принципы его работы и основные характеристики главного его компонента — матрицы, о чем и пойдет речь ниже.

• Общие сведения о дисплеях и их компонентах
• Матрица TN, TN+film
• Дисплеи VA/MVA/PVA
• Экран IPS
• Матрица PLS

Общие сведения о дисплеях и их компонентах

Монитор компьютера при всей своей кажущейся простоте, является весьма технически сложным компонентом, который, как и остальное аппаратное обеспечение, имеет множество различающихся параметров, технологий изготовления, а также характеристик. Практически все дисплеи для ПК состоят из следующих частей:

• корпус, в котором заключена вся электронная начинка. На корпусе также имеются крепления для монтирования дисплея на вертикальные или горизонтальные поверхности;
• матрица или экран — основной компонент монитора, от которого зависит вывод графической информации. В современных устройствах применяются различные матрицы для мониторов, отличающиеся многими параметрами, среди которых первостепенную важность имеют разрешение, время отклика, яркость, цветопередача и контрастность;
• блок питания — часть электронной цепи, отвечающая за преобразование тока и питание всей остальной электроники;
• электронные компоненты на специальных платах, отвечающие за преобразование поступающих на монитор сигналов и их последующий вывод на дисплей для отображения;
• другие компоненты, среди которых может встречаться маломощная акустическая система, концентраторы USB и прочее.

Совокупность основных параметров дисплея, на основе которой он выполнен, предопределяет сферу его использования. Недорогие потребительские мониторы могут оснащаться экранами с не самыми внушительными характеристиками, поскольку подобные устройства чаще всего недорогие и не требуются для работы в профессиональных графических приложениях. Дисплеи для профессиональных геймеров прежде всего должны иметь минимальную задержку отображения информации, поскольку это критически важно в современных играх. Дисплеи для графических редакторов, используемых дизайнерами, отличаются самые высокими показателями яркости, уровнем цветопередачи и контрастности, ведь точная передача картинки здесь играет самую важную роль.
В настоящее время в дисплеях встречающихся на рынке, как правило, используются несколько видов матриц. В технических описаниях мониторов можно встретить большое их количество, но в основе этого многообразия могут лежать одни и те же базовые технологии, улучшенные или незначительно доработанные для повышения их показателей. К таким основным видам экранов относятся следующие.

1. «Twisted Nematic» или матрица TN. Ранее к наименованию этой технологии добавлялась приставка «Film», означающая дополнительную пленку на ее поверхности, увеличивающую угол обзора. Но это обозначение все реже встречается в описаниях, поскольку большинство производимых сегодня матриц уже оснащены ею.
2. «In-Plane Switching» или тип матрицы IPS, как более часто встречающееся наименование в сокращенном виде.
3. «Multidomain Vertical Alignment» или MVA матрицы. Более современная инкарнация этой технологии обозначается как матрица VA. Данная технология также отличается своими преимуществами и недостатками и является чем-то средним между представленными выше.
4. «Patterned Vertical Alignment». Разновидность технологии MVA, которая была разработана в качестве конкурентного ответа ее создателям — компании Fujitsu.
5. «Plane-to-Line Switching». Это один из самых новых типов матриц для дисплеев, который был разработан относительно недавно — в 2010 году. Единственным недостатком этого типа матрицы, при остальных превосходящих конкурирующие технологии характеристиках, является сравнительно длительное время отклика. Также PLS матрица отличается весьма высокой стоимостью.

Матрица TN, TN+film

Тип матрицы TN является одной из самых распространенных и в то же время это весьма устаревшая по современным меркам технология их изготовления. Именно с этой разновидности матриц началось победное шествие жидкокристаллических экранов на смену электронно-лучевым трубкам. Стоит отметить, что единственное неоспоримое их преимущество — это крайне малое время отклика и по этому параметру они превосходят даже более современные аналоги. Остальными критически важными для монитора параметрами — контрастностью изображения, его яркостью и допустимыми углами обзора, увы, данный тип матриц не отличается. К тому же стоимость мониторов на основе этой разработки невысокая и можно сказать что это еще один плюс технологии «Twisted Nematic».
Причина основных недостатков «Twisted Nematic» кроется в самой технологии их производства и строении оптических элементов. В матрицах TN кристаллы между электродами (каждый из которых представляет собою отдельный пиксель видимой зоны) располагаются в виде спирали при подаче на них напряжения.

От степени ее закругления зависит количество проходящего сквозь нее света, а из множества таких элементов и формируется картинка на экране. Но ввиду неравномерности формирования спирали в каждом элементе матрицы очень падает уровень контрастности выводимого на нее изображения (рис. 1). А учитывая то, что преломление света при прохождении сквозь сформированную спираль сильно отличается от направления взгляда, то угол обзора такой матрицы весьма невелик.

Дисплеи VA/MVA/PVA

Матрица VA была разработана в качестве альтернативы популярным в то время технологиям TN и уже завоевавшей приверженность пользователей, хоть еще и не так распространенной на рынке IPS. Основное ее конкурентное преимущество разработчики позиционировали как время отклика, составлявшее на момент внедрения на рынок около 25 мс. Еще одним важным преимуществом новой технологии являлся высокий уровень контрастности, опережавший аналогичные показатели в технологиях изготовления матриц TN, а также IPS.
Данная технология, которая изначально называлась «Vertical Alignment», имела также весьма существенный недостаток в виде относительно малых углов обзора. Проблема скрывалась в строении оптических элементов матрицы. Кристаллы каждого элемента матрицы ориентировались вдоль линий напряжения или параллельно им.

Это вело к тому, что угол обзора матрицы был, мало того что небольшим, так еще и изображение могло отличаться в зависимости от того, с какой стороны пользователь смотрел на экран. На практике это приводило к тому, что малейшее отклонение угла зрения приводило к сильному градиентному заполнению картинки на экране (рис. 2).

Избавиться от этого недостатка удалось с развитием технологии в «Multidomain Vertical Alignment», когда группы кристаллов внутри электродов организовали в своеобразные «домен», как это и отображено в названии. Теперь они стали размещаться по-разному в пределах каждого домена, из которых состоит целый пиксель, поэтому пользователь мог смотреть под разными углами на монитор и изображение от этого практически не менялось.
Сегодня дисплеи с MVA экранами используются для работы с текстом и практически непригодны для динамичных изображений, которым отличается любая современная игра или фильмы. Высокая контрастность, равно как и углы обзора позволяют уверенно работать с ними тем, кто работает, например, с чертежами, много печатает и читает.

Не стоит путать контрастность матрицы и такое понятие, как динамическая контрастность монитора. Последняя представляет собою технологию адаптивного изменения яркости экрана в зависимости от выводимого изображения и использует для этого встроенную подсветку. Последние модели мониторов со светодиодной подсветкой обладают отличной динамической контрастностью поскольку время включения светодиода очень малое.

Экран IPS

TFT IPS матрица разрабатывалась с учетом устранения основных недостатков предшествующей технологии — «Twisted Nematic», а именно малых углов обзора и плохой передачи цвета. Из-за своеобразного расположения кристаллов в TN матрице, цвет каждого пикселя варьировался в зависимости от направления взгляда, поэтому пользователь мог наблюдать «переливающуюся» картинку на мониторе. TFT IPS матрица состоит из кристаллов, которые расположены в параллельной плоскости к ее поверхности, а при подаче напряжения на электроды каждого элемента, они разворачиваются на прямой угол.
Последующее развитие технологии привело к появлению таких видов матриц, как Super IPS, Dual Domain IPS и Advanced Coplanar Electrode IPS. Все они, так или иначе, основаны на одном принципе с разницей лишь в расположении жидких кристаллов. На заре своего появления технологию отличал весомый минус — длительное время отклика, составлявшее до 65 мс. Главное же ее преимущество — потрясающая цветопередача и широкие углы обзора (рис. 1), при которых картинка на экране не искажалась, не инвертировалась и не появлялся нежелательный градиент.
Мониторы с IPS матрицей сегодня пользуются огромным спросом и применяются не только в дисплеях для ПК, но и в портативных устройствах — планшетах и смартфонах. Они также применяются в основном там, где важен цвет картинки и максимально точная его передача — при работе с графическим ПО, в дизайне, фотографии и прочее.

Часто многие пользователи путают аббревиатуры IPS или TFT, хотя на самом деле, это в корне разные понятия. «Thin Film Transistor» — это общая технология создания жидкокристаллических матриц, которая может иметь различные воплощения. «In-Plane Switching» — конкретная реализация этой технологии, основанная на своеобразном построении отдельных элементов матрицы и расположения жидких кристаллов в ней. TFT матрица может быть выполнена на базе технологии TN, VA, IPS или других.

Матрица PLS

Тип матрицы PLS – это передовой край развития технологий их создания. Компания Samsung, являющаяся разработчиком этой уникальной технологии, в качестве цели ставила для себя производство матриц, значительно превышающих по параметрам конкурирующую технологию — IPS и во многом ей это удалось. К несомненным преимуществам этой технологии можно отнести:

• один из самых низких показателей потребления тока;
• высокий уровень цветопередачи, полностью охватывающий диапазон sRGB;
• широкие углы обзора;
• высокая плотность отдельных элементов — пикселей.

Из недостатков стоит выделить время отклика, не превышающее аналогичные показатели в технологии «Twisted Nematic» (рис. 3).

Важно! Выбирая какой тип матрицы монитора лучше, стоит в первую очередь определиться с задачами, поскольку во многих случаях покупка самого современного дисплея может оказаться экономически необоснованной. Новейшие разработки, отличающиеся высоким временем отклика, пригодятся для профессиональных игр или просмотра динамических сцен в видео.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Мониторы с высоким уровнем цветопередачи подойдут для дизайнеров и художников. А если необходим недорогой монитор для серфинга в сети и работы с текстом, то подойдут варианты на основе старых, но проверенных временем технологий.

Источник: pcyk.ru