Что лучше, LCD (ЖК) или LED, и в чем разница между ними. Технологии жк-панелей

Может опустим всю эту чушь про молекулы, жидкие кристаллы, диоды, свет и как это всё круто и интересно работает? Бррр … В дрожь бросает от потока технической лабуды, которой напичкана каждая статья про LCD и LED дисплеи. Вы же хотите узнать в чем отличие между этими двумя технологиями и какая из них лучше с точки зрения покупателя, правильно? Так давайте узнаем.

Что лучше, LED или LCD?

Без сомнения, дисплеи LED считаются лучше классических ЖК-экранов практически во всем, кроме цены. Почему классических? Потому что LED — это разновидность технологии LCD, в которой подсветка реализована немного отлично от обычных ЖК дисплеев, но подробнее об этом можете узнать во второй части статьи. А пока, давайте по порядку.

Качество изображения

LED телевизоры имеют гораздо лучшие уровни черного и контрастность, чем их ЖК аналоги. Тоже касается и цветопередачи. Но это не значит, что LCD являются плохими по точности цветопередачи, просто в сравнении с LED они все же немного проигрывают.

Что касается угла обзора, то тут более или менее одинаково у обоих, так как угол обзора зависит от стекла, которое производитель вставил в экран. Чем лучше качество у стекла, тем лучше угол обзора.

Энергопотребление

Если расход электроэнергии для вас является важным фактором, то тут телевизор с LED-дисплеем является лучшим выбором, так как его потребляемая мощность ниже чем у ЖК-экранов приблизительно на 40%.

Размер

С точки зрения размера, LED телевизоры тоньше своих ЖК собратьев, пусть и не очень существенно. Тем не менее, если вы любите полегче и потоньше, то выбор очевиден.

Компьютерные игры

Планируете подключить к телевизору игровую приставку? В долгосрочной перспективе ЖК-экран выглядит как лучший выбор. Дело в том, что Head-Up Display (HUD), используемый в играх течение длительного времени, может создать призрачное изображение на экране. Такой эффект еще можно назвать «выжиганием».

Кто не знает, HUD – это статическое изображение в компьютерной игре, которое постоянно находится на одном и том же месте экрана на протяжении длительного времени. Например, это может быть время, прицел, карта, очки жизни или магии, в общем, тот элемент, который практически не меняется.

Так вот, «выжигание» на ЖК-дисплеях менее вероятно, чем на LED.

Долговечность

Считается, что LED-экраны более долговечны, чем ЖК. Пожалуй, я с этим тоже соглашусь и добавлю свой голос за LED-дисплей. Моему монитору уже 7 лет, и тьфу-тьфу, работает до сих пор как часы, при том, что включен он практически постоянно.

UPDATE: нашел в сети информацию, что ожидаемый срок службы LED дисплеев при использование в течение 8 часов в день – 30 лет. При таком же раскладе срок службы ЖК – 20 лет. Если немного раскинуть мозгами, то можно сказать гораздо проще – LED прослужит на 30% времени дольше ЖК-экрана.

Как вам такой МЕМ? Сам придумал, пол часа в Фотошопе его лепил.

Воздействие на окружающую среду

При утилизации, LED оказывают меньше воздействие на окружающую среду, чем ЖК.

Цена

Если, грубо говоря, у вас каждая копейка на счету, то тут выбор очевиден – ЖК. Устройства с LCD-дисплеями очень подешевели после появления на рынке LED.

Делаем выводы

Учитывая плюсы и минусы тех и других, становится очевидно, что LED телевизоры – это более продвинутая технология дисплеев чем LCD, имеющая немного лучше качество изображения, экономная по затратам электроэнергии и с более тонкой конструкцией корпуса, но, более дорогая.

ЖК телевизоры остаются в производстве, и более того, спрос на них очень хороший. Дело в том, что помимо демократичной цены, технология классических ЖК-экранов была в последние годы улучшена производителями, способ подсветки стал более совершенным, но при этом телевизоры остались на порядок дешевле чем LED.

Заметить разницу между LED и LCD сможет не каждый, вы уверены, что вы один из тех кто сможет? А если нет, тогда зачем платить больше? Сходите в большой магазин бытовой техники, там, как правило, выставлено много телевизоров и мониторов, показывая одновременно один и тот же контент. Посмотрите, попробуйте найти отличия между LED и LCD, ну и тогда все встанет на свои места.

Чем отличается LED от LCD

Да, в начале статьи я сказал, что не хочу пудрить вам голову техническими текстами, поэтому плюсы и минусы технологий описал как можно проще в первой части статьи. Но, если хотите вникнуть более детально, то прошу любить и жаловать, следующие несколько абзацев именно для вас.

Основой LCD-дисплеев являются жидкие кристаллы. ЖК обладают свойствами жидкостей и твердых кристаллов, имея молекулы такой же структуры, но обладая текучестью, как жидкость. В электрическом поле жидкий кристалл может менять ориентацию молекул, что открыло возможности для применения ЖК во многих областях, в том числе и для создания экранов.

ЖК-дисплей изготавливается путем прослаивания жидких кристаллов и прозрачных электродов между двумя поляризационными фильтрами, через которые проходит свет. Некоторое время назад типичный ЖК-дисплей имел CCFL-лампы для освещения кристаллов. Такие лампы – двоюродные братья «кудрявых лампочек», которые многие используют для замены ламп накаливания.

CCFL (слева) и «кудрявые лампочки» (справа)

Экраны с таким освещением работали хорошо, но имели некоторые недостатки, например, они требовали высокого напряжения источника питания переменного тока для освещения.

Как только светодиоды стали достаточно яркими, они заменили CCFL-лампы в большинстве дисплеев телевизоров и компьютерных мониторов. Ведь, помимо того, что светодиоды работали от низкого напряжения, они охватывали очень большой диапазон яркости. Если посмотреть на обычные ЖК-дисплеи, то можно увидеть довольно низкий коэффициент контрастности, примерно 1000:1. Тот же CRT обычно имел 15000:1, у DLP и плазмы дела обстояли чуть лучше.

В итоге, со временем, CCFL-лампы в экранах, как и «кудрявые лампочки» в моем доме, перешли на светодиодное освещение (LED).

В новом поколении ЖК-дисплеев – LED, яркость каждого светодиода можно контролировать отдельно, что позволило управлять яркостью экрана локально. В результате коэффициент контрастности в таких экранах стал динамическим, и может варьироваться от 10000:1 до 1000000:1. Неплохо, да?

Вот мы и пришли к ответу на вопрос, чем отличается LCD-экран от LED-экрана, и что значит LED-телевизор. Дисплеи LED – это гибрид LCD и LED (светодиодной) технологии, и отличаются они от классических ЖК-экранов тем, как реализована подсветка дисплея. Ну а в чем это выражается, в каких плюсах и минусах, можно найти в начале этой статьи.

Кстати, существуют и полноценные светодиодные дисплеи, состоящие из органических светодиодов, эта технология называется OLED. Но об этом, как-нибудь в другой раз.

Жидкокристаллические модели телевизоров на сегодняшний день не удивляют никого, и встретить их можно практически в каждой современной квартире. Однако, если вы только решили поменять свой старый ТВ на новый, то при выборе модели вы можете столкнуться с тем, что в его названии или характеристиках будет указано слово LED. Наверняка вы слышали о таких видах дисплеев, но перед тем, как сделать свой выбор в пользу LED или LCD модели, следует разобраться в тот, Чем одна технология отличается от другой.

Устройство LCD и LED телевизоров

Представляют собой две прозрачные панели с электродами, между которыми располагаются кристаллы в жидком виде. Такие кристаллы расположены в определенном порядке, для того, чтоб была возможность передавать картинку. Также LCD мониторы имеют фильтры, создающие поляризационный эффект и цветовые фильтры, для создания цветного изображения. Кроме того, в ТВ, созданных по данной технологии, имеется лампа подсветки, которая располагается в задней части экрана. Такое освещение называется CCFL.

Лед телевизоры обладают точно такой же технологией производства, только вместо обычной лампы с холодным катодом, для подсветки используется светодиодное освещение. То есть, большое количество маленьких светодиодов располагается по бокам экрана или по всему его периметру сзади.

В итоге мы приходим к тому, что единственное отличие между такими моделями ТВ заключается в типе подсветки экрана.

Что же все-таки лучше?

Чтобы решить какой из телевизоров подойдет для вас, следует ознакомиться с характеристиками, которыми обладает каждая из данных моделей ТВ.

• Цветопередача намного лучше на лед экранах, так как светодиоды позволяют создавать более яркие цвета и большее количество оттенков.
• Уровень черного и контрастность также намного лучше в панелях с LED подсветкой. Это связано с тем, что общая подсветка телевизора будет делать пиксели черного цвета недостаточно темными, из-за чего контрастность и уровень черного будет ниже по показателям, чем у ЖК телевизора.
• Энергоэффективность. ЖК телевизоры потребляют не намного меньше электроэнергии, чем модели со светодиодной подсветкой, поэтому решить, кто из них в этом плане лучше – сложно.
• Стоимость LED телевизоров на данный момент все равно выше, чем у обычных ЖК моделей с такой же диагональю и интерфейсом.
• Угол обзора. Раньше это было существенно, так как старые LCD модели обладали матрицами, которые не могли обеспечить достаточный угол обзора и при просмотре телевизора с определенного ракурса он выглядел слишком темным, или просто искажал цвета. В современных моделях такой проблемы уже нет, и вы можете смело покупать их. Однако победителем в данной категории можно назвать LED телевизор, так как даже в самых первых моделях угол обзора составлял не менее 160 градусов.
• Быстрота отклика на данный момент одинакова в обеих технологиях. Однако, если вы решите сэкономить и купить старую модель LCD ТВ, то можете столкнуться с маленькой скоростью отклика, из-за чего у картинки может появиться так называемый «шлейф» при просмотре быстро движущегося видео, например «Формулы-1».
• Интерфейс в телевизорах как одной, так и другой технологии одинаковый. И там и там есть поддержка игровых консолей, разъемы типа MHL, USB, HDMI и так далее.
• Долговечность. Светодиоды служат намного дольше, чем обычные лампы, а значит, LED дисплей прослужит вам дольше.
• Габариты. Лед телевизоры заметно более тонкие, чем обычные ЖК дисплеи. Это связано с тем, что светодиоды располагаются по периметру монитора, а не сзади него, поэтому занимают меньше места.

Выводы

Технологически, между ЖК и LED ТВ нет никакой разницы, но судя по характеристикам, светодиодная технология все-таки лучше. Поэтому при выборе модели телевизора следует отталкиваться от собственных требований к данному устройству и предпочтений.

Так, если вы собираетесь установить телевизор возле стены, то можно спокойно выбирать жидкокристаллическую модель телевизора, так как видеть вы его будете только в фронтальной части, а значит его толщина не будет существенной.

Если вы хотите наслаждаться ярким контрастным изображением и любите смотреть телевизор в вечернее время с приглушенным светом, то лучше выбрать модель со светодиодной подсветкой, так как она обладает лучшей цветопередачей и глубиной черного, судя по характеристикам.

Также LED телевизоры лучше будут смотреться, если вы желаете разместить экран на стене при помощи кронштейна. Так он будет выступать намного меньше, что будет лучше выглядеть.

Однако, если для вас идеальная цветопередача и толщина телевизора не особо важна, или вы не хотите тратить много денег, то можете выбрать и одну из современных моделей ЖК дисплеев. Для невооруженного глаза разницы практически никакой не будет.

ЭЛТ технология продолжает развиваться, но мониторы, использующие ее, занимают достаточно много пространства на рабочем столе и имеют высокое энергопотребление. Плоско-панельные дисплеи, как следует из названия, плоские и занимают минимум площади. Плоско-панельные технологии подразделяются на различные группы технологий вроде LCD (жидкокристаллические дисплеи), плазменные дисплеи, LED (светоизлучающие диоды) и некоторые другие. Среди этих технологий можно выделить те, которые излучают свет, например, плазменные, и те, которые управляют проходящим через них светом, например, жидкокристаллические. Рассмотрим две различающиеся технологии – жидкокристаллические мониторы и плазменные мониторы подробнее, так как именно они являются приемниками с ЭЛТ экранами.

TFT- LCD считаются наиболее интересной и массовой технологией. TFT расшифровывается как “тонкопленочный транзистор” (Thin Film Transistor) и означает, что на панели есть полупроводниковые элементы, которые активно управляют индивидуальными пикселями. Принцип формирования изображения достаточно прост: панель состоит и множества пикселей, каждый из которых может формировать свой цвет. Для этого используется задняя подсветка, состоящая из одной или нескольких флуоресцентных ламп. LCD означает дисплей, основанный на жидких кристаллах. Жидкие кристаллы могут изменять свою пространственную ориентацию в электронном поле, что приводит к изменению яркости света, проходящего через них. В процессе формирования точки используются два поляризационных фильтра, цветные фильтры и два выравнивающих слоя. Все это позволяет точно установить уровень проходящего света и его цвет. Выравнивающий слой расположен между двумя стеклянными панелями. Для формирования цвета каждая точка состоит из трех компонентов красного, зеленого и синего - также как в традиционных ЭЛТ дисплеях.

Современные TFT- LCD мониторы обладают отличными цветами и скоростными характерами. Изготавливаются они по нескольким технологиям IPS (In-Pana Switching) или Super Fine TFT. Характеризуется наибольшим углом обзора и высокой точностью цветопередачи. Угол обзора расширен до 170°, остальные функции – как у TN+Film (время отклика порядка 25 мс), практически идеальный черный цвет. Преимущества: хорошая контрастность, “мертвый” пиксель – черный. Super IPS, Advanced SFT. Достоинства: яркое контрастное изображения, искажения цвета почти незаметны, увеличены углы обзора (до 170° по вертикали и горизонтали) и обеспечена исключительная четкость. UA-IPS (Ultra Advanced ISP), UA-SFT (Ultra Advanced SFT). Время реакции достаточно для обеспечения минимальных искажений цвета при просмотре экрана под разными углами, повышенная прозрачность панели и расширение цветовой гаммы при достаточно высоком уровне яркости.

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment). Основное преимущество – наименьшее время реакции и высокая контрастность. Главный недостаток – высокая стоимость. Плазменные мониторы широко используются в телевизорах, информационных табло и как видеомониторы благодаря отличным характеристикам и большому размеру диагонали.

Работа плазменных мониторов очень похожа на работы неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Внутрь трубки помещена пара электродов, между которыми зажигается электрический разряд и возникает свечение. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например, аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подаются высокочастотные напряжения. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора, в диапазоне видимом человеком. Фактически каждый пиксель на экране работает как обычная флуоресцентная лампа. Высокая яркость, контрастность и отсутствия дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того угол по отношению к тому, под которым можно увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах – 160° по сравнению с 145°, как в случаи с TFT- LCD мониторами. Единственное что ограничивает их широкое распространение – это стоимость. Большим достоинством плазменных мониторов является их срок службы. Средний срок службы без изменения качества изображения является 30 000 часов. Это в три раза больше чем обычная электронно-лучевая трубка.

Характеристика плазменных дисплев

Размеры диагонали мониторов: 42” – 102”

Максимальная яркость: Отличная (500-1200 кандел/м2)

Контраст: Отличный (1:1000 и выше)

Цветопередача: Прекрасная

Время наработки: 60 тыс. часов

Угол обзора: 160°

- “Выгорание” на статических изображениях: Возможно, при неправильной эксплуатации т.е. при показе статических изображений долгое время.

Характеристика TFT- LCD

Размеры диагонали мониторов: 4” – 50”

Максимальная яркость: Хорошая (200-400 кандел/м2)

Контраст:Хороший (1:250 – 1:700)

Цветопередача: Ограниченная

Время наработки: 60 тыс. часов

Появление сбойных пикселей: Отсутствует

Угол обзора: 145°, изображение меняет контрастность на больших углах

-“Выгорание” на статических изображениях: Возможно, при неправильной эксплуатации т.е. при показе статических изображений долгое время, но это время существенно больше чем у плазменных панелей.

Преимущества и недостатки технологий LCD и PDP (плазменных панелей)

Современные PDP- и LCD-панели разительно отличаются от своих предшественников. Их преимущества перед устройствами с электронно-лучевой трубкой очевидны – малая толщина корпуса при большом размере экрана, безопасность для здоровья, а использование LCD еще и очень существенно экономит потребление электроэнергии. Однако как найти ответ на вопрос: что лучше – ЖК или плазма, чему отдать предпочтение? Ведь у каждой из технологий есть свои сильные и слабые стороны.

Коренным отличием плазмы от LCD является то, что PDP-панели – светоизлучающие приборы, тогда как LCD-матрицы только модулируют яркость проходящего через них светового потока. Именно поэтому они, как правило, имеют меньшую яркость, но зато значительно тоньше и легче. Кроме того, жидкие кристаллы потребляют гораздо меньше энергии, чем дисплеи прямого излучения. У плазмы, напротив, для поддержания электрических разрядов в ячейках требуется большая мощность, и это считается одним из наиболее существенных недостатков. Поэтому экран буквально дышит жаром и требует принудительного охлаждения. У LCD же экран остается практически холодной. Помимо прожорливости, плазма обладает и таким неприятным свойством, как прогорание экрана при длительном воспроизведении статических изображений.

У плазменных панелей излучающий элемент – газоразрядная ячейка – по габаритам достаточно большой. Этим и объясняется, что плазменная панель с такой же диагональю, как и у LCD, имеет меньшее разрешение, то есть изображение плазмы более зернистое.

К слабостям LCD-дисплеев можно отнести не до конца еще преодоленную инерционность, однако в последнее время жидкие кристаллы достаточно сильно прибавили в резвости, соответственно, по этому показателю плюс у плазмы небольшой. Пока что проигрывают LCD и по углам обзора.

По сравнению с плазмой LCD имеют меньшую пиковую яркость, но лучший контраст в ярко освещенном помещении. Зато в темной комнате перевес будет уже на стороне плазмы. На практике это означает, что при приеме телепередач определенные преимущества имеют LCD-модели, а для просмотра фильмов в затемненном помещении PDP должна обеспечивать более богатую полутонами картинку, особенно в области черного.

Что касается больших LCD PID-панелей, то перед аналогичной плазмой у них есть явные преимущества. Во-первых, исходя из специфики применения информационных дисплеев, положительными особенностями LCD является гораздо более длительный срок эксплуатации. Основная область применения PID – это мониторинг производства, информационные панели в аэропортах, вокзалах, в банках, на биржах и т.д. Во всех этих случаях картинка, выводимая на экран, статична, и мониторы работают практически круглосуточно. В плазменных панелях это приводит к достаточно быстрому выгоранию ярких областей изображения (белые линии становятся черными). У LCD-панелей ресурс составляет около 50000 часов. У большинства современных плазменных панелей он равен 20000-30000 часов, после чего экран начинает резко терять яркость. В условиях круглосуточной работы 20000 часов – это всего около двух лет.

Во-вторых, хотя контрастность у плазменных панелей выше, чем у LCD, при попадании на экран прямого или отраженного солнечного света (а это может быть в больших залах) полная контрастность изображения плазмы начинает падать заметно быстрее, чем LCD. Иначе говоря, при освещении экрана солнечными лучами, на LCD панели можно прочесть информацию, тогда как на PDP это сделать уже крайне затруднительно. Еще стоит заметить, что плазменный экран всегда покрыт стеклом, что приводит к слабым антибликовым свойствам монитора и ухудшают качество изображения в больших, ярко освещенных залах.

Стоит иметь в виду, что PDP нельзя использовать в качестве настольных мониторов для ПК, тогда как LCD в этой сфере получают все большее распространение, что позволяет постоянно снижать цены на ЖК-экраны. И хотя явного победителя назвать пока сложно, будущее, скорее всего, за LCD-технологиями.

Примечание:
К сожалению, данный документ не закончен, но, на мой взгляд, даже в таком виде он уже может быть полезен.

Ниже представлена обобщенная модель классификации дисплеев, использующих жидкие кристаллы в качестве оптического модулятора:

• :
  • сегментный индикатор,
  • многослойный индикатор,
  • графический точечно-матричный дисплей.
• :
  • прямая адресация (Direct Driving),
  • мультиплексирование (Multiplex Driving):
    • пассивная адресация ячеек ЖК-панели PMLCD (Passive Matrix LCD),
    • активная адресация ячеек ЖК-панели AMLCD (Active Matrix LCD).
• (или порядок ЖК):
  • смектический порядок (смектики),
  • нематический порядок (нематики),
  • холестерический порядок (холестерики).
• :
  • дисперсия (Scattering)
• :
  • цветные светофильтры (Color filters)
  • электрически управляемое двулучепреломление ECB (Electrically Controlled Birefringence)
• :
  • покадровая инверсия полярности
  • чересстрочная инверсия полярности
  • инверсия с чередованием пикселей (субпикселей)
• :
  • использование тонкопленочного диода TFD (Thin Film Diode) по технологии MIM (Metal-Insulator-Metal),
  • использование тонкопленочного транзистора TFT (Thin Film Transistor), при производстве которого применяются три различных подхода:
    • аморфный кремний a-Si (Amorphous Silicon),
    • поликристалический кремений p-Si (Poly-Silicon),
    • низкотемпературный поликристаллический кремний LTPS (Low Temperature Poly-Silicon).
• :
  • используется второй пассивный слой ЖК (Double Cell),
  • используется полимерная пленка ОCF (Optical Compensator Film).
• :
  • межкадровое управление (Frame Rate Control), способ получения промежуточного цветового тона за счет применения схемы кадрового чередования основных цветов:
    • FRC — обеспечивает формирование 16.2 млн. оттенков с помощью 6-битных ячеек, способных отобразить 262 144 базовых оттенка.
    • Hi-FRC — обеспечивает формирование 16.7 млн. оттенков с помощью 6-битных ячеек, а также более 1000 млн. оттенков с помощью 8-битных ячеек.
  • внутрикадровое пространственное (spatial) смешение (dithering) полутонов.
• :
  • работа на просвет (Transmissive) за счет использования устройства задней подсветки BLU (Back Light Unit),
  • отражение падающего света (Reflective) окружаещего освещения, или устройства фронтальной подсветки (Front Light Unit),
  • комбинированный подход (Transflective).
• :
  • люминисцентная лампа с холодным катодом ССFL (Cold Cathode Fluorescent Tube),
  • светодиоды LED (Light Emission Device).
• Протоколы цифровых интерфейсов подключения ЖК-панелей:
  • LVDS,
  • TMDS.

Исторически выделяются следующие технологические подходы к производству ЖК-панелей:

• Twisted Nematic (TN) — пассивные ЖК-ячейки, использующие эффект скручивания ЖК (в нематической фазе),
• High TN (HTN) — пассивные ЖК-ячейки с сильно скрученной ориентацией ЖК-молекул
• Super TN (STN) — пассивные ЖК-ячейки с сильно скрученной ориентацией ЖК-молекул (еще больший угол поворота директора)
• Electronically Controlled Birefrigence STN (ECB) или Vertical Aligned Nematic (VAN) — пассивные ЖК-ячейки, использующие усиленный эффект двойного лучепреломления (двулучепреломления) для получения нескольких оттенков цвета
• Color STN (CSTN) — STN-ячейки с цветными фильтрами
• Double STN (DSTN) — композит из двух разнонаправленно-скрученных STN-ячеек
• Dual Scan DSTN — STN-панель с двумя незамисимыми полями управления
• Active Matrix TN (AM TN) — активные ЖК-ячейки с твист-ориентацией, управляемые либо тонкопленочным тразистором Thin Film Transistor (TN TFT), либо диодом Thin Film Diode (TN TFD)
• High Performance Array (HPA) — STN-панель
• Vertical Alighnment (VA) — активные ЖК-ячейки с гомеотропной ориентацией директора
• In-Plane Switching (IPS), Fringe-Field Switching (FFS) — активные ЖК-ячейки с планарной ориентацией директора
• ASV — монодоменные VA-ячейки с осевой симметрией (Advanced Super View)
• MVA, A-MVA, S-MVA, Prem. MVA — двухдоменные VA-ячейки (Multi-domain VA, Advanced MVA, Super MVA, Premium MVA)
• PVA, S-PVA — двух-, четырех-доменные VA-ячейки (Patterned VA, Super PVA)
• S-IPS, DD-IPS, SA-SFT, A-FFS, A-TW IPS, UA-SFT, PLS — двухдоменные IPS-ячейки (Super IPS, Dual Domain IPS, Super Advanced Super-Fine-TFT, Advanced FFS, Advanced True White IPS, Ultra Advanced SFT, Plane to Line Switching)

1. Регулярность формы элементов изображения

В качестве самого простого типа диспелея может выступать сегментный индикатор, в котором конструктивно заложено отображение определенных геометрических знаков. Для визуализации знаков разной формы на одном и том же индикаторе есть несколько способов:

• сегментный индикатор
  • небходимо преобразовать формы требуемых знаков так, чтобы знаки приобрели наибольшее количество совпадающих по форме и положению элементов (без нарушения читаемости), а затем разложить их форму на неперсекающиеся сегменты;
• многослойный индикатор
  • при конструктивной возможности построения многослойного индикатора.

«Вершиной» сегментного индикатора является графическая точечно-матричная панель, которая позволяет в дискретном «матричном» виде приблизить отображение произвольной графической формы. Графическая панель представляет собой совокупность ячеек на плоскости, отвечающих за отображение отдельных дискретных элементов изображения.

2. Методы адресации ЖК-панели (Drive Method)

2.1. Прямая адресация или мультиплексирование адресных линий (Direct driving vs multiplex driving)

Чем меньше удельный размер дискретных элементов изображения (ячеек) по отношению к линейным размерам дисплея, тем выше детализация изображения. Но с ростом количества ячеек расчтет и количество линий управления. Например для цифрового семисегментного (плюс знак точки) индикатора для формирования трехзначных чисел нужно 3 x 8 = 24 входных управляющих линии.

Самый распространенный способ сокращения количества линий управления основан на мультиплексировании управляющего сигнала. Данный метод позволяет для M × N сегментов индикатора использовать не M × N управляющих линий (или пар линий), а всего лишь M + N линий. В случае если M = N = 1000, возникает кардинальная экономия в 1000 х 1000 − (1000 + 1000) = 998 000 управляющих линий.

Здесь нужно отметить, следующее. В отличие от прямой адресации, метод мультиплексирования не позволяет контроллеру (управляющему устройству) поддерживать непрерывную связь с управляемым элементом. Таким образом, в один момент времени контроллер получает возможность управления меньшим числом элементов. Отсюда следует, что по сути контроллер использует не параллельный интерфейс, а параллельно-последовательный (или чисто последовательный), в котором управляющие импульсы к разным элементам управления чередуются во времени. То есть в этом случае существенное влияние на качество изображения начинают влиять такие параметры, как время опроса одного элемента, время автономной работы одного элемента, частота опроса всех элементов (например, частота регенерации кадра) и т. п.

Очевидно, что данный метод позволяет сократить число линий управления от индикатора к контроллеру. Но, с другой стороны, мультиплексирование не применимо для таких типов элементов управления, разрыв управляющей связи с которыми неприемлем и приводит к деградации функциональности.

К счастью, человеческий глаз обладает инерционностью восприятия (этот факт, например, обеспечил саму возможность передачи телевизионного изображения последовательным способом по одной линии связи). Подбирая подходящую частоту опроса элементов индикатора, можно обеспечить вывод устойчивого изображения даже при очень малом времени автономной работы отдельных элементов индикатора.

2.2. Пассивные ЖК-панели PMLCD (Passive Matrix LCD)

Управление ячейками пассивных ЖК-панелей основано на базовом принципе мультиплексирования адресных линий, поэтому контрастность изображения сильно зависит от времени восстановления ЖК-ячейки и от чувствительности к перекрестным помехам.

2.3. Активные ЖК-панели AMLCD (Active Matrix LCD)

3. Простраственная ориентация молекул ЖК (или порядок ЖК)

3.1. Смектический порядок (смектики)

Одним из представителей дисплеев со смектическим порядком ЖК-молекул является ферроэлектрический ЖК-дисплей — FLCD (Ferroelectric Liquid Crystal Display). В отличие от наиболее распространенных дисплеев на основе нематиков ферроэлектрический ЖК-дисплей имеет ряд интересных свойств:

• бистабильность (эффект «памяти»),
• высокая скорость реакции на управляющий импульс (малое время отклика).

Свойство бистабильности подразумевает наличие двух возможных устойчивых положений ориентации директора ЖК-молекул. Это значит, что в результате управляющего воздействия хиральные смектики принимают одну из двух стабильных пространственных ориентаций. При этом после прекращения управляющего импульа ЖК-молекулы сохраняют стабильное заданное направление. Это позволяет кардинально снизить энергозатраты при выводе статического изображения.

3.2. Нематический порядок (нематики)

3.3. Холестерический порядок (холестерики)

4.Режим светопропускания

• светопропускание (Transmission Mode), при котором различают несколько способов ориентации директора в ячейке (Mode)
  • «твист»-ориентация TN (Twisted Nematic),
  • гомеотропная ориентация VA (Vertical Alignment),
  • планарная ориентация IPS (In-Plane Switching).
• светопоглощение (Absorption Mode):
• избирательное отражение (Selective Reflection)
• дисперсия (Scattering)

4.1. Светопропускание

4.1.1. Гомеотропная ориентация VA (Vertical Alignment)

Super PVA (S-PVA)

Advanced Super View (ASV)

Линейка ЖК-панелей ASV разработана Sharp по технологии Continuous Pinwheel Alignment (CPA), основанной на гомеотропной ориентации директора в ЖК-ячейке с осевой симметрией.

4.2. Светопоглощение (Absorption Mode)

ЖК-дисплеи, использующие эффект светопоглощения делятся на следующие группы:

• тип «гость-хозяин» («guest host», GH),
• тип «гость-хозяин» с измененяемой фазой (Phase Change GH, PCGH) или дисплеи Уайта и Тейлора (White and Taylor type GH),
• тип «» (Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC),

4.3. Избирательное отражение (Selective Reflection)

4.4. Дисперсия (Scattering)

В дисплеях PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) ЖК нематического типа смешаны с полимерами. В свободном состоянии ячейка выглядит светлой, так как падающий свет равомерно рассеивается вследствие разных показателей рефракции составляющих ячейку полимеров и ЖК. После подачи управляющего напряжения нематики меняют показатель преломления света, сравниваясь по этой характеристике с дисперсированными частичками полимеров. Это приводит к тому, что падающий свет свободно достигает и поглощается задней матовой стенкой дисплея, и ячейка становится темной.

5. Методы формирования цветовых оттенков изображения (Color Image)

5.1. Цветные светофильтры (Color filters)

ЖК-ячейка по сути является оптическим модулятором, то есть изменяет величину пропускаемого светового потока пропорционально поданному к ячейке управляющему напряжению. Но для создания цветного изображения необходимо не только иметь возможность управления яркостью пикселей, но и их цветом. Одно из возможных относительно недорогих решений этой задачи заключается в том, чтобы использовать цветовые фильтры. Как известно, в аддитивной цветовой модели используются три основных цвета: красный, зеленый, синий. Поэтому один полноцветный пиксель ЖК-дисплея состоит из трех ЖК-ячеек, покрытых соответствующими цветовыми фильтрами. В качестве материалов для светофильтров используют органические пигменты, красители и окислы металлов. Недостатком данного подхода является низкий оптический КПД, так как ЖК-панель пропускает всего несколько процентов падающего или проходящего насквозь света.

5.2. Электрически управляемое двулучепреломление ECB (Electrically Controlled Birefringence)

Из недостатков следует отметить высокую чувствительность к высоким и низким температурам, а также малое количество формируемых тонов. Широкого применения технология ECB не получила.

6.1. Покадровая инверсия полярности

Изменение полярности всех пикселей при отрисовке каждого кадра является наиболее простым в реализации. Основной недостаток этого метода — изображение начинает мерцать с частотой, равной половине частоты кадровой регенерации. То есть если дисплей отображает видеосигнал с кадровой частотой 60 Гц, то мерцание изображения будет раздражать наблюдателя, так как мерцание на частоте 30 Гц заметно почти каждому человеку. Важно, что если бы не было необходимости менять полярность управляющего напряжения ячеек, то воспроизводимое избражение было бы одинаково стабильно, не зависимо от кадровой частоты входного сигнала. Именно переход управляющего напряжения через «ноль» в противоложный знак и приводит к тому, что пиксель кратковренно изменяет свой цвет.

6.2. Чересстрочная инверсия полярности

Объединение четных и нечетных строк ЖК-панели в две группы, изменяющие полярность в противоположных направлениях, позволяет слегка уменьшить эффект мерцания изображения.

6.3. Инверсия с чередованием пикселей (субпикселей)

Чередование полярности соседних пикслеей или субпикселей в противофазе дает наиболее качественный результат. Изображение получается максимально стабильным, а инверсия полярности при этом может проявиться только на специально синтезированных изображениях.

7. Методы управления ячейками активных ЖК-панелей (Drive Mode)

Тонкопленочный диод TFD (Thin Film Diode)

Технология MIM (Metal-Insulator-Metal) производства TFD-панелей позволяет использовать основу из некаленого стекла, которое на порядок дешевле, так как для изготовления тонкопленочных диодов достаточно температуры около 300 о C. К недостаткам TFD-панелей относится температурная нестабильность, а также высокая чуствительность к неоднородностям толщины ЖК-слоя, выраженная в неравномерности отображения серого поля.

Тонкопленочный транзистор TFT (Thin Film Transistor)

Аморфный кремний a-Si (Amorphous Silicon)

Поликристалический кремний p-Si (Poly-Silicon)

Процесс изготовления тонкопленочного транзистора из поликристаллического кремния состоит из меньшего количества операций и позволяет создавать ЖК-панели с более высоким разрешением, по сравнению с формированием транзисторов из аморфного кремния. Но необходимость использования более высоких температур существенно удорожает производство панелей больших диагоналей из-за более высоких требований к термостойкости стекляной основы.

Низкотемпературный поликристаллический кремний LTPS (Low Temperature Poly-Silicon)

8. Способы компенсации низкого контраста и малых углов обзора (Low Contrast & Viewing Angles Compensation)

используется полимерная пленка ОCF (Optical Compensator Film)

9. Метод увеличения количества отображаемых полутонов (Color Range Expanding)

При малом угловом размере элемента изображения невооруженный человеческий глаз не способен точно определить цвет этого элемента. В связи с этим восприятие изображения, насыщенного мелкими контрастными деталями, будет почти одинаковым как при просмотре его в исходном виде, так и после небольшого уменьшения количества промежуточных полутонов за счет снижения разрядности представления цифровых координат.

Но при просмотре изображений ясного неба, туманов, полированных поверхностей и т. п. наблюдатель сразу обнаружит «пропажу» полутонов в случае, если количество отображаемых оттенков не будет превышать 300 тысяч. Плавные переходы полутонов будут «расчерчены» визуально отчетливыми границами перехода от одного тона к соседнему, так как занимаемая одним цветовым тоном площадь будет достаточна, чтобы глаз наблюдателя адаптировался и зафиксировал границу цветового перехода.

Именно для этой крайней ситуации применяется метод увеличения отображаемых полутонов на ЖК-дисплеях, управляющая электроника которых не позволяет управлять ЖК-ячейками с достаточной точностью для отображения более 300 тыс. оттенков. Среди таких устройств наиболее распространены дисплей с 6-битным представлением цветовых координат. Ячейки таких ЖК-дисплеев аппаратно могут отображать не более 262 тысяч отттенков ((2 6) 3 = 262 144), поэтому в этом случае зачастую применяются методы как межкадрового (Frame Rate Control), так и внутрикадрового (Spatial Dithering) цветового смешения для получения промежуточных полутонов.

9.1. FRC

Межкадровое чередование основных цветовых тонов (Frame Rate Control) формирует у наблюдателя ощущение восприятия промежуточного цветового оттенка:

Color average = (Color n + Color n + 1) / 2

Таким образом, благодаря парному чередованию можно сформировать восприятие N " = N + N − 1 = 2N − 1 оттенков. Очевидно, что при увеличении периода кадровой серии, например, до 4 кадров количество различимых цветовых оттенков вырастет примерно 4 раза:

N " = N + 3(N − 1) = 4N − 3

Если предложенную схему применить для ЖК-панели с 6-битными контроллерами, то глубина представления цвета при N = 2 6 = 64 (по каждому каналу) вырастет до 16,2 млн. оттенков:

N " = (4 × 64 − 3) 3 = 16 194 277 .

9.2. Hi-FRC

По мере разработки более скоростных TN TFT ЖК-панелей был предложен метод высокочастотного межкадрового чередования Hi-FRC. В дисплеях с Hi-FRC длина кадровой серии увеличена до 8 кадров, что расширило потенциальную глубину представления цвета до 129 млн. оттенков.

N " = (8 × 64 − 7) 3 = 505 3 = 128 787 625 .

Поскольку на практике большинство видеоинтерфейсов работает с 24-битной глубиной цвета, контроллеры Hi-FRC «отбрасывают» младшие биты и округляют расчетное значение воспринимаего цветового тона, «вписывая» его в диапазон 16,7 млн. воспроизводимых цветов.

9.3. Внутрикадровое пространственное (spatial) смешение (dithering) полутонов

Данный метод основан на том, что при малом угловом размере элемента изображения невооруженный человеческий глаз не способен точно определить цвет этого элемента. В связи с этим восприятие изображения, насыщенного мелкими контрастными деталями, будет почти одинаковым как при просмотре его в исходном виде, так и после небольшого уменьшения количества промежуточных полутонов за счет снижения разрядности представления цифровых координат. Таким образом, области изображения, насыщенные мелкими деталями, выводятся без обработки. Но для областей с плавными тоновыми переходами различимых пространственных размеров выполняет преобразование по шаблонам.

Рассмотрим одну из самых простых схем смешения 2×2. Для формирования более точного восприятия областей изображения с плавными переходами через промежуточные тона выполняется квантование данных областей на группы размером 2×2 пикселя. После вычисления среднего значения цвета в каждой группе выбирается подходящий шаблон комбинирования цветов. Данная схема позволяет расширить количество ращличимых цветовых оттенков почти в 4 раза:

N " = 4N + 1 .

Таким образом, схема смешения 2×2 для 6-битных ЖК-панелей позволяет увеличить количество воспринимаемых наблюдателем оттенков до 16,97 млн.

N " = (4 × 64 + 1) 3 = 16 974 593 .

10. Метод подсветки

10.1. Отражение падающего света (Reflective) окружаещего освещения, или устройства фронтальной подсветки (Front Light Unit)

Наиболее распространенными среди отражающих ЖК-дисплеев являются модели, построенные на базе TN, STN, GH (guest host), PCGH (phase changed guest host) или PDLC (polymer dispersed liquid crystal) ЖК-панелей. ЖК-панели, использующие для подсветки свет окружающего освещения, обладают намного более узким цветовым диапазоном и уровнем контрастности. Такие панели используются в основном в таких условиях, при которых устройство принудительной подсветки не может по мощности своего светового потока конкурировать с яркостью внешнего освещения.

При разработке качественного отражающего ЖК-дисплея производителям приходится решать сложные задачи. Во-первых, падающий свет перед тем, как достигнуть наблюдателя, проходит дважды через все рабочие слои ЖК-панели: поляризаторы, рассеиватели, светофильтры и сам слой ЖК. Это сильно снижает уровень контраста выводимого изображения. Во-вторых, наличие рассеивателя для обеспечения равномерной яркости по всему полю изображения приводит к появлению смешения цветов. Поэтому производители стремятся по возможности уменьшить суммарную толщину рабочих слоев ЖК-панели, работающей на просвет.

На иллюстрациях выше показано, что применение для TN TFT панели диффузного отражающего слоя (рис. 10.1.3) вместо рассеивающего и отражающего слоев позволяет повисить качество изображения.

10.2. Работа на просвет (Transmissive) за счет использования устройства задней подсветки BLU (Back Light Unit)

ЖК-панели с устройством задней подсветки нашли широчайшее применение в настольных мониторах и дисплеях портативных компьютеров. ЖК-ячейки трансмиссионных дисплеев работают на просвет, то есть световой поток, формируемый устройством задней подсветки, проходит через ячейки в направлении от задней стенки к передней в сторону наблюдателя. При этом сам источник света устройства задней подсветки не обязательно находится позади ЖК-ячеек. Световой поток может достигать ячейки по световодам от источника, располагающегося как непосредственно сзади дисплея, так и, например, сбоку, за пределами рабочей области ЖК-панели.

10.3. Комбинированный подход (Transflective)

Для устройств, рассчитанных на применение, как в закрытых помещениях, так и на открытом пространстве, комбинированный подход является оптимальным решением. Трансфлективные дисплеи обладают чуть меньшей контрастностью, углами обзора и цветовым диапазоном, но при этом не теряют информативности даже при наличии мощного окружающего освещения (например, солнечный свет).

11. Источники света для устройств подсветки

Подсветка на базе люминесцентной лампы с холодным катодом CCFL (Cold Cathode Fluorescent Tube)

Применение люминесцентной лампы с холодным катодом широко распространено во многих устройствах, оснащенных ЖК-панелями. Люминесцентные лампы обладают хорошим запасом по сроку службы, достаточно экономичны (высокая яркость и низкое энергопотребление).

Подсветка на базе светодиодов LED (Light Emission Device)

Светодиоды устойчивы к вибрациям, обладают большим сроком службы, нетребовательны к схеме питания. Существенным недостатком светодиодов является недостаточный КПД, что тормозит их широкое применение в портативных устройствах. В последнее время были разработаны достаточно эффективные «белые» светодиоды, ставшие пионерами в устройствах задней подсветки некоторых моделей портативных компьютеров (ноутбуков и коммуникаторов).

Список литературы:

• П. де Жен. Физика жидких кристаллов . — М.: Мир, 1977.
• Seung-Woo Lee, Sang-Soo Kim. A Novel Dithering Algorithm A Novel Dithering Algorithm for High Color Depth and for High Color Depth and High Color Performance: Hi High Color Performance: Hi-FRC — SID 2004.
• Creating a Neo-Outdoor Work Style. Low-Temperature Polysilicon TFT Reflective Color LCD . — Techno World.

Современный человек половину своего времени проводит у экранов, поэтому ему так важно знать, какими преимуществами и недостатками обладают те или иные технологии производства дисплеев. Пользователи постоянно смотрят в экраны своих мониторов, телевизоров, телефонов, камер и других устройств. Поэтому огромную важность приобрел не только показатель , но и та технология, в соответствии с которой он изготовлен. Наиболее распространенной технологией является LCD (ЖК). Если экран телевизора описывается как «LED», то речь, скорее всего, идет именно об этой технологии. Источником света в данной технологии являются светодиоды.

Различия в устройстве экранов LED LCD и OLED

В опубликованной ресурсом TrustedReviews иллюстрированной заметке заметке «OLED vs LED LCD – Which display tech is the best?» Эндрю Уильямс (Andrew Williams) рассмотрел особенности каждой из наиболее популярных технологий производства экранов современных устройств. О великолепных качествах OLED наслышаны многие. Настала пора поговорить и о том, какими преимуществами обладает LCD-технология.

OLED-технология характеризуется существенными отличиями от LED LCD. Она применяется, например, в смартфонах Samsung Galaxy и таких телевизорах, как LG 55EC930V. Некоторые люди полагают, что именно за этой технологией будущее. На самом ли деле она превосходит хорошие LED LCD-дисплеи?

OLED и LED LCD. Основное различие

Основным различием является то, что в LED LCD пиксели подсвечиваются, а в OLED они излучают собственный свет. Вы могли слышать о том, что пиксели OLED называют «emissive» («излучающими»). Это значит, что яркость OLED-дисплея может контролироваться попиксельно. Такой уровень контроля недоступен в LED LCD.

В недорогих телевизорах и телефонах с LCD-экранами используется светодиодная подсветка, которая находится на стороне дисплея, а не прямо под ним. Свет от этих светодиодов проходит через матрицу с красными, зелеными и синими пикселями, которые и формируют понятную человеческим глазам картинку.

В экранах этого типа контроль над уровнем яркости ограничен. В темной комнате на таком LCD-экране видно, что некоторые части изображения не абсолютно черные, поскольку через них также проходит свет.

Контраст означает то, насколько различаются между собой черный и белый цвета, насколько белый цвет ярче черного. В хороших LCD-экранах это соотношение составляет 1000:1. Это значит, что белый цвет ярче черного в тысячу раз.

Контраст OLED

В OLED-дисплеях чистый черный цвет вообще не излучает света. Поэтому изображение, например, при просмотре фильма, будет смотреться непредсказуемо. Часть изображения будет резко выделяться своей яркостью.

Существуют также Direct LED-дисплеи, где светодиоды располагаются непосредственно под панелью, позволяя более тонкий контроль над тем, насколько яркими будут те или иные области экрана. Эта технология применяется в некоторых премиальных телевизорах.

В Direct LED-телевизорах возможность контроля изображения на уровне пикселей также недоступна. Вместо этого можно приглушить яркость изображения на определенных участках экрана. Это может оказаться весьма полезной возможностью в тех случаях, когда вы смотрите фильм с соотношением сторон 21:9 на телевизоре, соотношение сторон которого составляет более привычные 16:9.

Может ли LCD посоревноваться с OLED?

Профессиональный специалист по калибровке телевизоров Винсент Тио (Vincent Teoh) сказал: «LED LCD никогда не будет сравнима с OLED по уровню черного», при этом добавив: «при этом превосходит по максимальной яркости».

Для просмотра контента в темных комнатах лучшим решением является OLED-дисплей. Такие дисплеи хороши в телефонах. Основным производителем таких смартфонов является Samsung. В телефонах Nokia Lumia и одно время использовались OLED-экраны. Sony, Apple и LG преимущественно используют в своих телефонах LCD-дисплеи.

LCD-продолжает доминировать и в телевизорах. Тио отмечает, что LCD и в будущем «сохранит свое положение доминирующей технологии для телевизоров до тех пор, пока OLED не достигнет подобной цены для такого же размера и технических характеристик, чего не случится как минимум еще 5 лет — если OLED вообще сохранится и спустя столь долгое время».

Недостаток OLED-технологии

Если OLED-технология столь хороша, то почему все телевизоры на базируются на ней? Дело в том, что производство таких телевизоров невероятно сложное и они выходят дорогими. В основном известны OLED-телевизоры Samsung и LG. В OLED от Samsung (KE55S9C) при невероятно высокой цене известен дефект — синие светодиоды работают меньше, чем зеленые и красные. Да, они проработают годы, но за такие деньги пользователям хотелось бы приближения к совершенству.

LG удалось избежать этого дефекта, благодаря использованию белых светодиодов и цветных фильтров над их поверхностью, что приближает данную технологию к LCD.

Преимущества LCD-технологии

Сравнительно невысокая стоимость является основным преимуществом LCD-дисплеев. Вы можете найти высококачественные LCD-экраны в не очень дорогих девайсах. Примерами тому является IPS-панель в Moto E. Благодаря LCD-технологии возможны сравнительно недорогие -телевизоры, цена которых более чем в 10 раз ниже, чем их OLED-аналогов. Не исключено, что со временем таким разрешением обладать также и экраны смартфонов.

Изображение на LCD-экране часто выглядит более четко, чем на OLED при одинаковом разрешении. И проблема не только в разной продолжительности работы светодиодов различных цветов. Различается также уровень вывода ими света. Если LCD-экраны характеризуются равномерными цветами (красных, зеленых и синих субпикселей), то OLED-дисплеи отображают их более… «динамически».

Sony продемонстрировала разницу в контрасте между LED LCD и OLED

К примеру, в Galaxy Note 4 вместо использования трех постоянных субпикселей присутствуют маленькие точки красного, синего и зеленого, которые эффективно формируют два пикселя. Они различаются формой — красные и синие ромбовидны, а зеленые являются маленькими овалами.

Это называется расположением PenTile и делает изображение на экране несколько неоднородным. Впрочем, в новейших телефонах этот эффект постепенно исчезает. При этом OLED остается более сложной и в меньшей степени доведенной до совершенства технологией, чем LCD.

Достаточно ли значительны преимущества OLED-технологии для той невероятно высокой цены, которой характеризуются экраны на ее основе?