TFT дисплей
Давно прошли времена, когда все разнообразие мониторов ограничивалось электронно-лучевыми трубками. Пользователи могут выбирать мониторы, которые строят изображение с помощью самых разных технологий. Они дают возможность создавать как универсальные, так и узкоспециализированные модели. В этой статье речь пойдет о технологии, без которой невозможен вывод изображения ни в одном из производящихся ныне мониторов. Это – TFT дисплей.
Принцип работы TFT LCD дисплея
Прежде чем углубиться в тонкости работы экрана TFT, отметим, что дисплеи составляются из двух основных технологий. Первая – это LCD, а вторая – непосредственно матрица. Два элемента соединяются вместе, выполняя общую функцию – вывод изображения. Два значения не должны быть связаны одно с другим. Так, матрица TFT может иметь какую угодно подсветку – LCD, LED и их вариации. Точно так же один вид подсветки может быть соединен с разными матрицами. Как на подсветку, так и на матрицу возлагается свой список технических характеристик, за которые они отвечают. Однако главным параметром в определении предназначения монитора служит именно матрица.
Чтобы не путать LCD с TFT, расшифруем, что означает каждая аббревиатура. Кроме того, нелишним будет разобраться, как работают эти технологии.
Что такое LCD
LCD – это технология изготовления мониторов, знакомая нам по аббревиатуре ЖК (жидкокристаллический). Жидкие кристаллы – это особое вещество, способное изменять свои свойства при воздействии электричества. Если точнее, то изменения в них вызывают электромагнитные волны. От типа этой поверхности зависит качество подсветки и другие функции. Экраны называются жидкокристаллическими, поскольку во включенном состоянии вещество проявляет свойства кристаллов (в плане воздействия на изображение).
Что такое TFT дисплей
Вторая часть монитора – матрица. В нашем случае речь идет о TFT. Расшифровывается название как Thin Film Transistor. Матрица состоит из транзисторов в виде тонкой пленки. Применимость ее широка – калькуляторы, дисплеи ардуино, старые и не очень телефоны, а также мониторы для ноутбуков и ПК.
В то время, когда ЖК мониторы только начали поступать в продажу, они оснащались так называемыми пассивными матрицами. Эти элементы были довольно медлительными, поскольку для смены значения пикселя на нем должно было измениться напряжение. Из-за физических характеристик пикселей это происходило медленно. Следовательно, те мониторы имели низкую частоту обновления и нередко раздражали мерцающим экраном.
Все мониторы, производимые теперь, оснащаются активными матрицами. За значение ячеек отвечает специальный транзистор, хранящий значение в двоичном коде (0/1). Это позволяет сохранить значения пикселя вплоть до смены сигнала. Такой подход увеличил скорость обновления экрана и позволил избавиться от мерцания. Новые активные матрицы как раз и получили название TFT.
Виды матриц TFT
Если разобраться, то получается, что тип матрицы TFT встречается абсолютно во всех жидкокристаллических мониторах. Как объяснялось раньше, основой технологии служат тонкопленочные транзисторы. Такая технология считается наиболее прогрессивной, и доступной альтернативы ей не найдено. Схема работы такого механизма заключается в следующем.
В современных мониторах построение цвета идет по схеме RGB. Это означает, что каждый отдельно взятый пиксель может отображать красный, зеленый или синий цвет. А уже из этих базовых цветов составляются все остальные. Получается, в каждом пикселе находятся ячейки цвета. Их три, и к каждой подключен свой транзистор, который и сообщает, какие цвета должны быть отображены в данный момент. Такая схема понятна, но сложна в изготовлении, особенно если учитывать то, насколько тонкие эти схемы. Поэтому качественные матрицы и стоят больших денег.
Когда разнообразие технологий было не так велико, мониторы так и назывались – TFT. Однако тип экрана TFT не раскрывает всех технических характеристик, заложенных в нем. Поэтому с течением времени от такой подписи отказались. Сейчас различают три основных подвида матрицы, каждая из которых имеет свои отличительные черты. О них и пойдет речь в следующих подразделах.
Тип матрицы TFT TN
Первой в списке будет рассмотрена TFT матрица, именуемая TN. Она сохранила основные черты первых тонкопленочных конструкций. Чаще всего такие матрицы недорогие в создании, а потому стоят на многих бюджетных мониторах. Их родная стихия – это офисы, домашние ПК и т.п., а также игровые модели. Почему это так, станет ясно, когда разберемся в основных отличительных чертах TN.
Основной плюс технологии TN – это низкое время отклика монитора. Речь идет о показателе, который характеризует способность пикселя быстро изменять свое свечение. У TN этот показатель на высоте ввиду особенностей конструкции. Низкий отклик очень хорош для геймеров. Это позволяет им моментально реагировать на малейшие изменения в игровом процессе, а также повысить плавность картинки (это снизит утомляемость).
Однако есть у TN и «фирменный» минус – углы обзора. Наиболее заметен этот недостаток на ноутбуках. Малейшего изменения угла зрения достаточно, чтобы цвета поменяли свою яркость до неузнаваемости. Разумеется, такой экран не подойдет для дизайнеров, художников и других профессионалов. Однако тип TN+Film заслуживает внимания профессиональных геймеров и киноманов, так как в нем этот параметр приведен в более-менее приличное состояние.
IPS матрицы
Второй тип, который мы рассмотрим – это IPS матрица. Ее можно считать противоположностью TN. Отличительные черты – это насыщенность и точность передачи цвета, которые абсолютно не меняются с изменением угла зрения. В то же время достичь этого удалось ценой снижения времени отклика. Однако этот параметр может быть компенсирован увеличенной частотой обновления экрана. Кроме того, в отдельных игровых моделях этот параметр может быть улучшен. Впрочем, стоимость IPS матриц довольно высока, и это также можно считать одним из минусов.
Лучше всего матрица IPS подойдет для профессионалов, работающих с цветом, изображением и 3D моделями. Именно для таких пользователей важнее всего цветопередача. В сочетании с Super LCD подсветкой такой инструмент может стать серьезным подспорьем в работе. Однако и геймеры заинтересуются устройствами, в которых был ускорен отклик монитора.
VA, MVA, PVA
«На закуску» оставим матрицы, которые соединили в себе лучшие стороны предыдущих. Конечно, они не дотягивают до них в полном смысле этого слова, однако предоставляют неплохой баланс характеристик. Существуют разновидности VA, имеющие перевес в ту или иную сторону, поэтому стоит обратить на это внимание.
Обычный VA, а также MVA – это те подвиды, за которыми большое будущее. Их часто используют в экранах с большой диагональю, изогнутыми моделями и т.д. Охват цвета и его насыщенность здесь приближена к IPS, а скорость отклика редко превышает 4 мс. На них стоит обратить внимание тем, кого интересует как игровая задержка, так и глубокая цветность, и все это при разумной цене.
Мониторы SVA, WVA и подобные имеют баланс, смещенный в сторону TN. Да, у них низкий отклик, однако цветность в них ненамного лучше, чем у бюджетного варианта. Из улучшений выделяются разве что увеличенные углы обзора.
Что лучше Super LCD или TFT
Пытаясь выбрать TFT дисплей, можно прибегнуть к методу сравнения. Он хорош, когда нужно выбрать одну модель из нескольких похожих, или же понять, какая технология подойдет в конкретной ситуации. Однако склонность сравнивать может стать ловушкой. Это все равно что сравнивать Windows с Linux. У них разные сферы успешного применения, и то, что хорошо для одного пользователя, будет лишним для другого. Поэтому прежде чем прибегнуть к инструменту сравнения, нужно убедиться, что это будет целесообразно. В противном случае сравнение окажется пустой тратой времени.
Попытка выяснить, что же лучше – LCD или TFT как раз из этой области. Те, кто внимательно прочитал предыдущие разделы, поняли, что LCD подсветка и TFT дисплей – это не конкуренты, а два компонента, состоящие в неразрывном симбиозе. Одна технология без другой будет бесполезной, превращая монитор в кусок пластика.
Что же касается Super LCD, то это неофициальное название экрана, снабженного качественной ЖК подсветкой и матрицей IPS. Такое название закрепилось из-за того, что выбранная комбинация технологий обеспечивает яркое изображение с правильной цветопередачей. Если выбирать между IPS (Super LCD) и TFT (ее классической вариацией, TN), то более технологичным будет первый вариант.
Какой тип матрицы подходит именно вам
Чтобы выбрать подходящий TFT дисплей, сперва нужно определиться с задачами, которые предстоит решать пользователю ПК. Используя знание о характерных преимуществах той или иной технологии, можно выбрать тип матрицы TFT, который будет оптимальным по соотношению цена-качество и по техническим характеристикам.
Для геймеров предпочтительны следующие типы: бюджетный – TN TFT дисплей, или же игровые модификации IPS. Фотографы, дизайнеры и архитекторы нуждаются во флагманском IPS. А для киноманов и владельцев домашних ПК IPS или PLS не обязательны, хотя и остаются лидерами с точки зрения цвета. В этом случае можно остановиться на VA или MVA матрицах.
Итак, TFT дисплей является основой для всех производящихся мониторов. Универсальность технологии позволяет использовать ее в устройствах самых разных классов. Пока наука не совершила новый прорыв, TFT дисплей останется безальтернативной опцией производства.
TFT — экран, созданный на основе жидких кристаллов и под управлением тонкопленочных транзисторов
Что такое TFT дисплей
TFT дисплей – это экран, созданный на основе жидких кристаллов и под управлением тонкопленочных транзисторов. Подобные дисплеи задействуются в самых разных устройствах для отображения текста и изображений. Их можно встретить в компьютерах, ноутбуках, смартфонах, электронных книгах и других девайсах.
TFT расшифровывается, как Thin Film Transistor. С английского языка это переводится, как тонкопленочный транзистор.
В начале в продаже можно было встретить дисплеи с пассивной матрицей. Их работа была более медлительная, частота обновления была низкой, а также отмечалось появление мерцания на экране. Всему виной были физические параметры пикселей. Зато потом появились экраны с активной матрицей. Скорость обновления дисплея была увеличена и пропало мерцание. Это стало доступно благодаря специальному транзистору, сохраняющему значение в двоичном коде. Поэтому значение пикселя сохраняется прямо до того, как происходит смена сигнала.
Принципы работы
Тип матрицы TFT в настоящее время можно найти во многих мониторах, которые являются жидкокристаллическими. В основе технологии лежит использование тонкопленочного транзистора. Более того, каждый пиксель получает до четырех транзисторов. И все это благодаря активной матричной технологии.
Современные мониторы работают по определенной схеме. Она заключается в том, что каждый пиксель имеет в себе базовые цвета – красный, синий и зеленый. Исходя из них появляются уже остальные цвета. Так, в каждом пикселе есть три ячейки света, к которым подключен отдельный транзистор. Благодаря ему сообщается, какие цвета необходимо передавать. В совокупности данные пиксели и обеспечивают появление изображения на экране. Эта схема также называется RGB.
Устройство TFT дисплея
Конструкция ЖК-дисплея представлена следующим образом. Слои накладываются друг на друга, поэтому его часто сравнивают с сэндвичем. Его основная часть состоит из:
Сама жидкокристаллическая матрица включает в себя:
Свет в ЖК-дисплеях обеспечивается светодиодами или флуоресцентными лампами.
История создания TFT дисплея
Жидкие кристаллы были открыты еще тогда, когда никто не знал о мониторах. Они связаны с несколькими известными личностями, о которых знают во всем мире. Все началось с открытия жидких кристаллов ботаником из Австрии Фридрихом Райнитцером. Это произошло в 1888 году, когда он исследовал холестерины в растении. Путем опытов удалось получить вещество, обладающее кристаллической структурой. Также оно имело особенность при нагреве вести себя необычным образом. Когда температура достигала 145.5 градусов, то с веществом начинало происходить следующее. Оно становилось мутным и текло, кристаллическая структура сохранялась до 178.5 градусов. Только после этой отметки оно становилось жидким. Австрийский ботаник поспешил поделиться своим открытием с Отто Леманном, немецким физиком. Он тоже смог внести свой вклад в открытие. Необычная жидкость касательно оптических и электромагнитных свойств вела себя словно кристалл. Благодаря физику из Германии и появилось название жидкий кристалл, которое уже знакомо многим. Под ним понимают переходное состояние между твердым и изотропным жидким касательно вещества. Им сохраняется кристаллический порядок расположения молекул.
Также к истории стоит отнести фамилию русского физика Всеволода Константиновича Фредерикса. Он в 1927 году произвел открытие под названием «Переход Фредерикса». Со временем переход стал активно задействоваться в дисплеях жидкокристаллического типа. Далее изучение данного вопроса продолжалось. Компания RCA занималась электрооптическими эффектами в жидких кристаллах. Материалы из них уже тогда рассматривались для устройств, необходимых для отображения. С именем Джорджа Хейлмейера связано появление самого первого жидкокристаллического дисплея в 1964 году. Затем компании RCA удалось показать свой новый продукт. В 1968 году можно считать моментом выхода жидкокристаллического монохромного экрана. Далее марка «Шарп» создала калькулятор с ЖК дисплеем. После этого такие экраны уже можно было встретить в измерительных устройствах, калькуляторах и часах электронного типа.
Первое упоминание TN-effect – нематического эффекта относится к 1970 году. Его запатентовала швейцарская компания Хоффманн – ЛяРош. Далее уже в следующем году был получен патент аналогичного типа в США. Джеймсом Фергюсоном и компанией ILIXCO был выпущены LCD, созданные на основе TN-эффекта. Эта технология пригодилась для создания калькуляторов и электронных часов. Однако для больших экранов она еще не подходила. 1983 год был ознаменован важным событием. Швейцарские специалисты создали нематический материал нового типа для ЖК-экранов с пассивной матрицей. Он назывался STN, но еще имел свои недостатки. Работники компании «Шарп» для решения этого вопроса решили создать конструкцию Doudle STN, а в 1987 году ими был выпущен самый первый цветной 3-дюймовый жидкокристаллический экран. И через год ими же был представлен дисплей TFT LCD с диагональю в 14 дюймов.
Другие компании также занимались выпуск устройств с ЖК-экранами. Так, Casio в 1983 имела свой телевизор черно-белого типа с данной технологией, а затем могла похвастать цветным телевизором с ЖК-экраном портативного типа и видеокамеру с ЖК-экраном. В 90-х годах немало компаний начали разрабатывать варианты, которые бы стали альтернативой дисплеям TN и STN, а также в Германии запатентовали технологию IPS.
TFT дисплей: где используют
Сегодня TFT-дисплеи зачастую используются производителями мониторов. Как правило, речь идет о бюджетных моделях. При этом TFT-мониторы зачастую интересны кибер спортсменам и заядлым геймерам, которым важнее всего является не сочность картинки, а минимальное время отклика. Такие дисплеи применяются и в некоторых дешевых смартфонах, а также в других недорогих гаджетах.
Если вы работаете в офисе или учитесь, то наверняка хотя бы раз в жизни сталкивались с электронными калькуляторами. Здесь также активно используются пусть и маленькие, но удобные TFT-экраны. Это же относится и к электронным часам, которые были очень популярны до недавнего времени. Причем производители стараются устанавливать в такие устройства монохромные матрицы. Еще одним ярким примером служат электронные книги. Такие матрицы не требуют много энергии, являются очень дешевыми в плане стоимости изготовления, относительно безопасны для глаз пользователей.
Основные характеристики TFT
Виды TFT дисплеев — в мониторах, телевизорах, смартфонах
В настоящее время известны три варианта матрицы, которые отличаются своими параметрами.
TFT TN
Технологию в основном можно встретить в активных ЖК-мониторах. Она хорошо изучена и доработана, поэтому матрица относится к более бюджетным. Название расшифровывается, как Twisted Nematic, что переводится – скрученный нематик. Матрица имеет характеристики первых конструкций, тонкопленочного вида. Чаще всего подобные виды дисплеев используют в офисных или домашних компьютерах, а также игровых устройствах. Одним из главных достоинств данной технологии принято считать высокую скорость отклика монитора. Это положительно влияет процесс игры, так как картинка более плавная и можно быстро заметить любые изменения в геймплее. Важно, что пиксель способен быстро менять свое свечение. Это стало возможно благодаря особой конструкции. Что касается недостатков, то к ним относят низкую контрастность, небольшие углы обзора, не самое лучшее качество передачи цвета.
Название данной технологии расшифровывается, как in-plane switching. Еще встречается аббревиатура SFT — super fine TFT. Разработка технологии IPS произошла в 1996 году. В ней участвовали компании Hitachi и NEC. Если углубиться в создание технологии, то она заключается в следующем. Здесь управляющие полупрозрачные электроды находятся в одной плоскости. Это означает, что их расположили на нижней стороне жидкокристаллической ячейки. Отличительной чертой считается то, что при расслабленном состоянии кристаллы не будут пропускать свет. Когда начинает увеличиваться управляющее напряжение, то кристаллы начинают еще больше закручивать поляризацию светового пучка. К плюсам матрицы можно отнести их насыщенность и передачу цвета, которые остаются неизменными при различных углах обзора. Частота обновления экрана отличается хорошими показателями, но время отклика пришлось снизить. Кроме последнего момента, к минусам можно отнести не самую маленькую стоимость матриц такого типа.
VA, MVA, PVA
Vertical alignment – вертикальное выравнивание появилось благодаря компании Fujitsu. Технология была открыта в 1996 году. Она появилась, чтобы углы обзора стали лучше как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости. Фуджицу также поработали и над частотой отклика монитора, поэтому она стала намного выше. Кроме того, теперь изображение стало плавным, а картинка более объемной и контрастной. Также компания причастна и к появлению технологии MVA, появившейся в след за VA. Здесь были убраны многие недочеты первой версии. Она отличается широкими углами обзора, насыщенным черным цветом и отличной скоростью реакции. К минусам обычно относят быструю смену резких цветовых переходов и медленную смену плавных. Технология PVA появилась благодаря компании Samsung. Ее создатели избавились от многих ошибок, которые существовали ранее. Кроме достоинств версии MVA в ней добавились еще высокая четкость и контрастность.
Какие бывают подсветки в TFT дисплеях?
Дисплей обязан иметь дополнительное свечение внутри, так как благодаря этому человек может увидеть картинку на экране. Это обеспечивает модуль подсветки.
Светодиодная (LED) подсветка довольно часто встречается в ЖК-дисплеях. Она не требует большого потребления энергии, а также отличается улучшенными показателями – контрастности и цветопередачи. Кроме того, подобный тип подсветки может прослужить намного дольше остальных.
Флуоресцентные лампы также используются в качестве подсветки. С их помощью достигаются множество цветов. Такая подсветка позволяет получить белый цвет экрана, который довольно часто задействован в ЖК-дисплеях. Лампы также не нуждаются в большом потреблении энергии. Их стабильную работу способен обеспечить источник переменного напряжения (от 80 до 100 В). В отличие от первого варианта дисплей с такой подсветкой имеет меньший срок службы.
TFT или Super LCD — что же лучше
Часто пользователи становятся перед выбором, когда хотят приобрести для себя монитор или необходимое им устройство. Они начинают просматривать параметры, чтобы остановиться на лучшем варианте. Важно знать, что технологии TFT и LCD переплетены между собой, поэтому не исключают друг друга. Обе связаны с монитором, и он не может без них существовать. Однако стоит уточнить, что Super LCD – это ничто иное, как название экрана. Он отличается жидкокристаллической подсветкой высокого качества и имеет матрицу IPS. Такие устройства гарантируют пользователю отличную передачу цветов и прекрасную яркость. SLCD матрицы выигрывают у классических версий TFT, так как готовы обеспечить пользователя более широкими возможностями.
Перспективы TFT дисплея
На сегодняшний день технология TFT вряд ли имеет светлое будущее. Данные дисплеи уже достигли своего максимума и развиваться дальше уже практически некуда. Но и полностью исчезать они не собираются. TFT-матрицы имеют свои сильные стороны, благодаря чему их внедрение будет продолжаться и в последующие годы.
Виды жидкокристаллических матриц, их отличия и особенности
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».
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:
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
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.
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.
