ЖК-технологии

В последнее время телевизоры на основе ЖК-матриц все больше и больше входят в нашу жизнь, постепенно вытесняя с прилавков магазинов как аппараты с плазменной панелью, так и обычные кинескопные телевизоры. Учитывая все продолжающееся «наступление» на наш рынок ЖК-телевизоров, мы хотели бы помочь нашему читателю хотя бы в какой-то степени разобраться в многообразии ЖК-технологий.

Основой такого телевизора, как уже понятно, является ЖК-матрица. Виды матриц мы и попытаемся обсудить в этой статье. Но сначала несколько слов об основных элементах ЖК-матриц — жидких кристаллах.

Жидкие кристаллы (ЖК) — это уникальные вещества, которые в «спокойном» состоянии являются обычными жидкостями, но под действием электрического поля приобретают упорядоченность, более характерную для кристаллов. Из-за этого необычного свойства эти жидкости и получили название «кристаллы».

Жидкие кристаллы обладают различными интереснейшими свойствами, одно из которых и определило их широчайшую применимость в экранах различных устройств отображения информации, в частности, ЖК-телевизоров и мониторов. Это свойство состоит в возможности изменения пространственной ориентации кристаллов под воздействием внешнего электрического поля, что позволяет им влиять на проходящий через них свет. В современных ЖК-матрицах используется способность жидких кристаллов в упорядоченном состоянии изменять поляризацию проходящего через них света. В сочетании с двумя поляризаторами это позволяет с помощью управляющего электрического поля управлять пропусканием каждого пикселя ЖК-матрицы.

ЖК-матрица представляет собой многослойную структуру, состоящую из двух скрещенных поляризаторов и двух стеклянных пластинок с управляющими электродами, между которыми расположены жидкие кристаллы. Для формирования изображения на ЖК-дисплее позади матрицы располагаются лампы подсветки (4–6 штук). Для формирования цветного изображения перед матрицей размещают цветной фильтр основных цветов (красного, синего и зеленого): полноцветный пиксель формируется из трех субпикселей основных цветов.

ТИПЫ ЖК-МАТРИЦ

Матрица TN (Twisted Nematic) R

Учитывая то, что поляризаторы (или поляризационные фильтры) в матрице перекрещены между собой, если бы жидкие кристаллы между ними отсутствовали (или пребывали в аморфном состоянии), то свет, прошедший через первый поляризатор, полностью «запирался» бы вторым и не проходил через него.

Жидкие кристаллы все кардинально меняют, так как способны вращать плоскость поляризации проходящего через них света. При определенной ориентации (под действием рабочего, но в отсутствие управляющего напряжения) кристаллы расположены параллельно поляризаторам, причем верхний и нижний слой кристаллов перпендикулярны друг другу. Такое расположение позволяет кристаллам «поворачивать» плоскость поляризации проходящего через них света на 90 градусов, в результате чего свет, прошедший через первый поляризатор, беспрепятственно проходит через второй. Это, кстати, и определяет, что в случае выхода из строя ячейки свет будет беспрепятственно проходить через нее, и на экране будет постоянно светящаяся точка («битый пиксель»).

Если же воздействовать на ячейку управляющим напряжением, то кристаллы будут разворачиваться, а ее свойства — изменяться. Вследствие этого будет поворачиваться и плоскость поляризации света, удаляясь от плоскости «полного пропускания», в результате чего часть света будет отсекаться и яркость пикселя — падать. Таким образом и формируется картинка на экране.

Одной из проблем TN матриц являются не очень большие углы обзора, а также значительное изменение цветов при отклонении линии взгляда от перпендикулярного к экрану направления. С другой стороны, технология TN обеспечивает максимальную скорость срабатывания ячейки, минимальное энергопотребление и максимально дешева. Поэтому TFT-TN технология является до сих пор довольно распространенной.

Кстати, касательно измерений скорости реакции матрицы: часто в спецификации в качестве времени реакции матрицы указывается время смены черного пикселя на белый, которое может быть очень небольшим, в то время как скорость переключения между оттенками серого может быть гораздо меньше, об этом производители, естественно, умалчивают.

Да и угол обзора часто измеряется при падении контрастности не по уровню 1:10, а по уровню 1:5. Заметим, что никто не гарантирует, что для других типов матриц не используются подобные же хитрости при измерении параметров, которые затем во всеуслышание воспеваются маркетологами.

Матрица IPS

Для устранения проблем, присущих TN матрице, в частности, маленьких углов обзора и не очень натуральной цветопередачи, была создана более дорогая матрица IPS (In Plane Switch, переключение в одной плоскости). Такие матрицы производят заводы известных компаний Hitachi и LG.Philips.

Как следует из названия технологии, все кристаллы расположены постоянно параллельно плоскости панели и поворачиваются одновременно. Для этого пришлось расположить на нижней стороне каждой ячейки по два электрода, что, правда, несколько снижает контрастность и яркость панели. Но зато, в отличие от TN матрицы, данная панель в активном состоянии (то есть при включенном управляющем напряжении) пропускает цвет, а в пассивном (при отсутствии управляющего напряжения) — нет. Поэтому неработающие пиксели выглядят на экране черными, а не светлыми, как у TN, что в большинстве случаев является более предпочтительным.

IPS технология обеспечивает лучшую цветопередачу и большие углы обзора. Но, при этом IPS матрицы получили такой недостаток как большее, чем у TN, время отклика и не очень высокую контрастность. Помимо этого при отклонении вбок черный цвет приобретает характерный фиолетовый оттенок.

На ее основе разработаны несколько улучшенных матриц, как, например, S-IPS LG.Philips. Они обеспечивают улучшенное время отклика. Аппараты с матрицей IPS часто используют там, где необходима серьезная работа с цветом.

Матрицы MVA/PVA

Разработанную Fujitsu технологию VA (Vertical Alignment) можно было бы, наверное, рассматривать как компромисс между матрицами, изготовленными по технологиям TN и IPS. Эта технология сочетает достаточно высокую скорость реакции матрицы, а также достаточно высокий уровень контрастности.

В матрицах, изготовленных по технологии VA, кристаллы в выключенном состоянии расположены перпендикулярно плоскости экрана, благодаря чему черный цвет обеспечивается максимально глубокий. Но при повороте матрицы относительно направления взгляда кристаллы будут видны неодинаково, то есть угол обзора у данной матрицы был не очень большим.

Чтобы решить эту проблему, специалистами была разработана так называемая мультидоменная структура. В соответствии с ней каждый пиксель разбивается на домены (технология Multi-Domain Vertical Alignment (MVA). При подаче напряжения два поддомена поворачиваются в противоположных направлениях, и поэтому при взгляде сбоку один из них будет темнее, а другой светлее. То есть, с какой бы стороны телезритель ни смотрел на экран, кристаллы будут развернуты так, что в одном домене будут пропускать больше света, а в другом — меньше. Субъективно для человеческого глаза отклонения взаимно компенсируются, и картинка практически не зависит от угла просмотра.

В свою очередь, в матрицах PVA, разработанных компанией Samsung Electronics, нижние электроды сдвинуты относительно верхних, чтобы кристаллы соседних субдоменов поворачивались в противоположных направлениях. Матрицы PVA и MVA демонстрируют достаточно высокую контрастность, сочные цвета.