4 распространенных режима ЖК-дисплея: TN, IPS, VA, FFS

Технология ЖК-дисплеев основана на эффекте двойного лучепреломления молекул жидких кристаллов. В зависимости от состояния движения молекул ЖК-дисплеи подразделяются на четыре основных типа:

• TN (Твист Нематик)
• IPS (переключение в плоскости)
• VA (вертикальное выравнивание)
• FFS (переключение пограничных полей)

Знаете ли вы принципы работы и основные характеристики дисплеев? Компания Doitvision поможет вам разобраться в этих деталях.

Связанный:

Стоимость модернизации ЖК-стены до светодиодной

4 распространенных режима ЖК-дисплея:

Режим TN (Twist Nematic)

Технология TN, широко известная в отрасли как «мягкий экран», представляет собой один из первых и технологически зрелых типов панелей в ЖК-дисплеях.

Принцип отображения:

При отсутствии напряжения: естественный свет от подсветки проходит через нижний поляризатор, становясь линейно поляризованным. Этот свет попадает в жидкокристаллическую ячейку. Благодаря выравнивающим слоям (PI) на внутренних поверхностях верхней и нижней стеклянных подложек молекулы жидкого кристалла поворачиваются на 90 градусов снизу вверх.

По мере распространения поляризованного света через ячейку направление его поляризации синхронно с направлением молекул. Когда поляризованный свет достигает верхнего поляризатора, его направление поворачивается на 90 градусов, выравниваясь параллельно оптической оси верхнего поляризатора. В результате свет проходит через ячейку, и ЖК-дисплей становится ярким (включён).

Приложенное напряжение (вертикальное электрическое поле): Взаимодействие между диэлектрической анизотропией жидких кристаллов и приложенным электрическим полем нарушает скрученную структуру. Длинные оси молекул жидкого кристалла выравниваются параллельно направлению электрического поля. Направление поляризации падающего линейно поляризованного света больше не вращается. Когда этот свет достигает верхнего поляризатора, направление его поляризации становится перпендикулярным оптической оси поляризатора, что препятствует прохождению света. Следовательно, ЖК-дисплей выглядит темным.

Подводя итог, можно сказать, что панели в режиме TN светятся (ON) при отсутствии напряжения и темнеют (OFF) при подаче напряжения. Поскольку дисплей обычно яркий без напряжения, этот режим называется «нормально белым» (NW).

Ограничение угла обзора:

Режим TN основан на вертикальном электрическом поле, которое приводит к вертикальному наклону длинных осей молекул жидкого кристалла. Это приводит к существенной разнице в длине оптического пути при просмотре под разными углами. Следовательно, внешний вид дисплея сильно зависит от положения наблюдателя, и наиболее точное изображение достигается только при прямом наблюдении. Хотя пленки, компенсирующие угол обзора, могут частично решить эту проблему, TN-панели всегда имеют оптимальное направление просмотра, обычно называемое положением «6 часов» или «12 часов».

Плюсы :

• Быстрое время отклика: В TN-панелях обычно используется 6-битная глубина цвета, что приводит к уменьшению количества уровней серого. В сочетании с относительно простым движением молекул это обеспечивает более быстрое время отклика пикселей.
• Низкая стоимость: Производственный процесс относительно прост, отработан и экономически эффективен. Поэтому технология TN подходит для приложений, где стоимость важнее качества изображения.
• Низкое энергопотребление: При одинаковом уровне яркости TN-панели обычно потребляют меньше энергии. Поэтому они подходят для устройств, требующих длительного времени автономной работы.

Минусы :

• Ограниченные углы обзора: TN-панели имеют узкие углы обзора, особенно по вертикали. При взгляде под углом к оси часто наблюдаются смещение цветов, снижение контрастности, изменение яркости и искажение изображения.
• Хуже цветопередача: Стандартные TN-панели обычно используют 6-битный интерфейс на каждый RGB-субпиксель, что позволяет отображать только 64 оттенка каждого цвета (2^6). Это ограничивает общее количество отображаемых цветов 262,144 64 (64 x 64 x XNUMX), что приводит к менее ярким и точным цветам, а также уменьшению глубины цвета по сравнению с панелями с более высокой битовой глубиной.
• Более низкий коэффициент контрастности: Типичный коэффициент контрастности составляет около 800:1. Поэтому чёрные цвета кажутся менее глубокими, а белые — менее яркими, что снижает общую глубину изображения, детализацию и воспринимаемое качество изображения.

Позиция на рынке:

Из-за этих существенных ограничений, в частности, ограниченных углов обзора и цветопередачи, TN-панели с трудом удовлетворяют спрос потребителей на высококачественные дисплеи. Их доля на рынке значительно сократилась. В настоящее время они используются преимущественно в бюджетных устройствах и подвержены риску устаревания.

Режим IPS (коммутация в плоскости)

Технология IPS широко известна в отрасли как «жёсткая панель». Она представляет собой передовую технологию жидкокристаллических дисплеев. Разработанная компанией Hitachi в начале 2000-х годов, она впоследствии получила распространение и усовершенствование в таких компаниях, как LG. Технология IPS завоевала значительную популярность на рынке благодаря превосходному качеству изображения и широкому спектру применения. Сегодня она зарекомендовала себя как одна из основных технологий производства дисплеев.

Принцип отображения:

При отсутствии напряжения: естественный свет от подсветки проходит через нижний поляризатор, становясь линейно поляризованным светом, выровненным по оси поляризатора. В отсутствие напряжения молекулы жидкого кристалла остаются в исходном состоянии и не вращают плоскость поляризации света. Следовательно, когда этот поляризованный свет достигает верхнего поляризатора, направление его поляризации перпендикулярно оптической оси верхнего поляризатора. Верхний поляризатор блокирует свет, в результате чего ЖК-дисплей выглядит темным (в выключенном состоянии).

Приложенное напряжение: При приложении напряжения генерируется горизонтальное (в плоскости) электрическое поле. Это поле заставляет молекулы жидкого кристалла вращаться параллельно стеклянной подложке. Это вращение изменяет направление поляризации падающего линейно поляризованного света на 90 градусов.

Повернутый свет теперь располагается параллельно оптической оси верхнего поляризатора, позволяя ему проходить сквозь него. В результате ЖК-дисплей выглядит ярким (включён). Благодаря точному управлению подаваемым напряжением, IPS-панели регулируют угол поворота молекул жидкого кристалла, тем самым регулируя количество пропускаемого света для достижения различных уровней серого и цветов.

Подводя итог, можно сказать, что IPS-панели тёмные (ВЫКЛ.) при отсутствии напряжения и яркие (ВКЛ.) при подаче напряжения. Поскольку дисплей обычно тёмный без напряжения, этот режим называется «нормально чёрным» (NB).

Угол обзора:

В режиме IPS используется горизонтальное электрическое поле, заставляющее длинные оси молекул жидкого кристалла вращаться в плоскости подложек. Такая конструкция обеспечивает минимальную разницу в длине оптического пути (замедление) при просмотре под разными углами. Следовательно, качество изображения и цветопередача IPS-панелей практически не меняются при широких углах обзора.

Плюсы:

• Исключительные углы обзора: панели IPS обеспечивают четкость изображения и точную цветопередачу при широких углах обзора, как по горизонтали, так и по вертикали.
• Высокая точность цветопередачи и глубина: стандартные IPS-панели обычно имеют 8-битную глубину цвета на RGB-субпиксель, что обеспечивает 256 оттенков каждого цвета (2^8). Это позволяет отображать до 16.77 миллионов цветов (256 x 256 x 256), обеспечивая более точное управление цветовыми переходами и яркостью. Это обеспечивает более насыщенную и детализированную цветопередачу и более плавные переходы между светлыми и тёмными областями.
• Прочность и долговечность: Панели IPS, как правило, более долговечны, чем OLED-дисплеи. Они менее подвержены выгоранию и требуют менее строгих условий эксплуатации. Незначительные физические повреждения ЖК-дисплея часто не влияют на его функциональность, тогда как повреждение OLED-панели, приводящее к попаданию влаги или кислорода, обычно делает её непригодной к использованию.

Плюсы :

• Более низкий коэффициент естественной контрастности: по сравнению с панелями VA, панели IPS обычно демонстрируют более низкие коэффициенты статической контрастности, как правило, около 1500:1.
• Утечка подсветки (IPS Glow): При отображении тёмного или чёрного контента может наблюдаться утечка света, часто проявляющаяся в виде свечения. Это снижает чистоту чёрного цвета, негативно влияя на воспринимаемую контрастность и общую визуальную точность тёмных сцен.
• Более высокая стоимость: Из-за более сложных производственных процессов панели IPS обычно имеют более высокую цену, чем панели TN.

Режим VA (вертикальное выравнивание)

Режим VA изначально обеспечивает более высокую контрастность, чем режимы отображения TN и IPS. Это преимущество обусловлено тем, что структура панели VA не требует обработки ориентации выравнивающего слоя. Таким образом, достигается исключительно высокая контрастность. В статическом состоянии: молекулы жидких кристаллов панели VA выровнены вертикально, в то время как молекулы панели IPS имеют предварительный наклон вдоль направления выравнивания PI-слоя.

Панели с матрицей VA представляют собой ещё одну популярную технологию отображения. Она в основном используется в телевизорах большого размера и изогнутых экранах. VA-панели можно разделить на следующие типы: MVA, PVA, PSVA и UV2A.

Принцип отображения:

При отсутствии напряжения: В отсутствие напряжения молекулы жидкого кристалла выстраиваются вертикально. Естественный свет от подсветки проходит через нижний поляризатор, становясь линейно поляризованным. Благодаря вертикальному расположению молекул направление поляризации этого света остается неизменным. Достигнув верхнего поляризатора, направление его поляризации становится перпендикулярным оптической оси поляризатора, блокируя прохождение света. В результате ЖК-дисплей выглядит темным (в выключенном состоянии).

Приложенное напряжение: При приложении напряжения генерируется вертикальное электрическое поле. Это поле заставляет молекулы жидкого кристалла отклоняться от своего вертикального положения, выравниваясь горизонтально относительно подложки. Этот наклон молекул поворачивает направление поляризации падающего линейно поляризованного света на 90 градусов.

Повернутый свет теперь располагается параллельно оптической оси верхнего поляризатора, позволяя ему проходить сквозь него. В результате ЖК-дисплей выглядит ярким (включено). Подобно IPS, панели VA управляют углом поворота молекул жидкого кристалла, изменяя приложенное напряжение. Это позволяет отображать различные уровни серого и цвета.

Подводя итог, можно сказать, что панели VA темные (выключены) при отсутствии напряжения и яркие (включены) при его подаче. Поскольку дисплей обычно темный без напряжения, этот режим называется «нормально черным» (NB).

Угол обзора:

Как и в TN-панелях, в режиме VA используется вертикальное электрическое поле, заставляющее длинные оси молекул жидкого кристалла наклоняться по вертикали. Однако в VA-панелях обычно используется двухдоменная структура, которая компенсирует разницу оптических путей при различных углах обзора. Такая конструкция значительно снижает различия в качестве изображения и цвете при просмотре с разных направлений по сравнению с обычными TN-панелями.

Плюсы:

• Высокая контрастность: VA-панели обычно достигают статической контрастности 3000:1 или выше. Это обеспечивает более глубокий чёрный и более яркий белый цвета. Таким образом, улучшается глубина изображения, его объёмность и детализация как в тёмных, так и в ярких сценах.
• Широкие углы обзора: Хотя углы обзора, как правило, немного уже, чем у панелей IPS, технология VA все равно обеспечивает значительно более широкие и стабильные углы обзора, чем панели TN.
• Хорошая цветопередача: Как и стандартные IPS-панели, VA-панели обычно имеют 8-битную глубину цвета на RGB-субпиксель (256 оттенков каждого цвета). Это позволяет отображать около 16.77 миллионов цветов. Таким образом, вы получите насыщенную и достаточно точную цветопередачу.

Плюсы:

• Более медленное время отклика: по сравнению с TN-панелями и некоторыми быстродействующими IPS-панелями, VA-панели, как правило, демонстрируют более медленное время отклика пикселей, особенно при переходах от серого к серому. Это может привести к размытию изображения или появлению артефактов при отображении динамичных сцен.
• Более высокое энергопотребление: Панели VA часто требуют более высоких напряжений управления для достижения необходимого молекулярного наклона, что приводит к относительно более высокому потреблению энергии во время работы по сравнению с TN и некоторыми вариантами IPS.
• Возможные проблемы с однородностью: Достижение идеальной однородности изображения на панелях VA может быть сложной задачей. Вы можете столкнуться с такими проблемами, как смещение цветов. Оно будет более заметным по сравнению с другими технологиями, особенно вне оси.

Режим FFS (переключение краевых полей)

FFS — запатентованная технология южнокорейской компании Hydis. Технология FFS возникла как усовершенствованное развитие технологии IPS с широким углом обзора. Режим FFS создаёт электрическое поле между электродами пикселя, расположенными в одной плоскости. Это поле позволяет молекулам жидких кристаллов, расположенным как между электродами, так и непосредственно над ними, вращаться в плоскости, параллельной подложкам. Этот механизм значительно повышает яркость панели и качество изображения.

Технология FFS позволяет преодолеть низкую светопропускающую способность, присущую традиционным IPS. Она обеспечивает высокий светопропускающий эффект при сохранении широких углов обзора и одновременно предотвращает эффект «мура», характерный для некоторых реализаций IPS. Это позволяет получать более реалистичные изображения и практически точную цветопередачу. В основе её работы, как и в IPS, лежит горизонтальное электрическое поле.

Ключевое отличие от IPS:

В обычном режиме IPS подача напряжения в первую очередь вращает молекулы жидкого кристалла, расположенные между электродами. В режиме FFS подача напряжения вращает молекулы жидкого кристалла как между электродами, так и непосредственно над ними за счёт создаваемого интерференционного поля.

Плюсы:

• Высокое светопропускание/светосила: FFS использует прозрачные электроды, максимально увеличивая светопропускание пикселя. Это значительно увеличивает светопропускание панели по сравнению со стандартной IPS.
• Широкие углы обзора: Оптимизация краевого электрического поля еще больше расширяет стабильные углы обзора по сравнению со стандартными IPS.
• Низкое энергопотребление: более высокий коэффициент пропускания напрямую означает меньшую требуемую яркость подсветки для достижения той же яркости экрана, что снижает общее энергопотребление.

Плюсы:

• Более высокие производственные затраты: производство FFS включает относительно сложные процессы, требующие высокоточного оборудования и строгого контроля. Поэтому производственные затраты выше, чем у базовых IPS или TN.
• Компромисс со временем отклика: Несмотря на превосходные показатели пропускания и углов обзора, панели FFS иногда могут демонстрировать немного более медленное время отклика, чем оптимизированные TN или некоторые продвинутые варианты IPS. Это может повлиять на чёткость быстро движущихся изображений, потенциально вызывая лёгкое размытие.

Сводное сравнение режимов TN, IPS, VA и FFS:

Характеристика	Режим TN	Режим IPS	Режим VA	Режим FFS
Углы обзора	Очень узкий	Отлично (Самый широкий)	Очень хорошо (широкий)	Отлично (Очень широкий)
Контрастность	Низкий (~800:1)	Умеренный (~1000-1500:1)	Высокий (3000:1+)	Хорошо (аналогично IPS)
Глубина цвета	Обычно 6-бит (262 КБ)	Обычно 8 бит (16.7 МБ)	Обычно 8 бит (16.7 МБ)	Обычно 8 бит (16.7 МБ)
Время отклика	Самый быстрый	Хорошо (варианты Fast IPS)	Самый медленный (особенно GtG)	Умеренный (может быть медленнее)
Уровень черного	Плохо (сероватый)	Хорошо (небольшое свечение IPS)	Отлично (самый глубокий)	Хорошо
прозрачность	Хорошо	Средняя	Средняя	Высокий (Лучший)
потребляемая мощность	Самая низкая	Средняя	Высокая	Низкий (из-за высокого коэффициента пропускания)
Стоимость	Самая низкая	От умеренного до высокого	Средняя	Высокая
Общие случаи использования	Бюджетные мониторы низкого класса	Средне-высокие мониторы, планшеты,	Телевизоры, изогнутые мониторы	Высококлассные смартфоны и планшеты
	ноутбуки, старые панели	смартфоны, профессиональные		премиальные мониторы
Ключевая сила	Скорость, Стоимость	Углы обзора, цветопередача	Контраст, глубокий черный цвет	Коэффициент пропускания, углы обзора
Ключевая слабость	Углы обзора, цвет	Контрастность, IPS Glow, Стоимость	Время отклика, однородность	Стоимость, время ответа
Обычная стоимость	Белый (СЗ)	Черный (NB)	Черный (NB)	Черный (NB)
Электрическое поле	вертикальный	горизонтальный	вертикальный	Бахрома (горизонтальная)

Вывод:

Как профессиональный производитель светодиодных экранов , мы не только производим высококачественные светодиодные дисплеи, но и обладаем глубокими знаниями в области ЖК-дисплеев. Если вы планируете проект по созданию ЖК-стенда, вы также можете связаться с нами, чтобы получить оптимальное решение.