Матрица IPS в современных ЖК мониторах: разновидности, выбор

В современных цифровых устройствах (мониторах, телевизорах, смартфонах, планшетах и др.) для отображения картинки чаще всего используются жидкокристаллические (ЖК) матрицы. Одной из технологий способа построения этой матрицы является IPS. Дословно, в переводе с английского – in plane switching – означает «переключение в одной плоскости».

Для того чтобы понять, что это за переключение и зачем оно нужно необходимо понять, каким именно образом строится картинка на экране ЖК.

Общие принципы построения ЖК матрицы

Пришедшая на смену электронно-лучевым трубкам, технология построения ЖК мониторов включает в себя в качестве ключевого элемента жидкокристаллическую матрицу. Эта матрица находится на передней поверхности монитора. Поскольку матрица только компонует картинку, то для нее требуется подсветка, которая входит в состав дисплея. Состоит ЖК матрица из следующих элементов, которые конструктивно реализованы в виде слоев:

• цветовой фильтр;
• горизонтальный фильтр;
• прозрачный электрод (фронтальный);
• собственно жидкокристаллический наполнитель;
• прозрачный электрод (тыловой);
• вертикальный фильтр.

В эту многослойную структуру также могут входить и специальные антибликовые слои, защитные покрытия, сенсорные слои (чаще емкостные), но они не являются ключевыми для отображения картинки. Сама картинка строится из пикселов, которые образуются из субпикселов базовых цветов (RGB): красного, зеленого и синего. Свет, проходя от тыловой стороны матрицы, проходит через оба поляризационных фильтра и ЖК слой, через цветовой фильтр. Цветовой фильтр как раз и окрашивает эти световые потоки в один из трех цветов RGB. Принцип построения пикселов из субпикселов – это отдельная обширная тема и в рамках данного обзора рассматриваться не будет.

Собственно, сама технология ЖК состоит в том, каким образом будет проходить прохождение светового пучка до пользователя. И если он будет проходить, то насколько он будет ярким. Кристаллы ЖК матриц в ячейках пропускают свет или нет в зависимости от того, какое напряжение подается на электроды. Эффективность работы матриц определяется технологией ее построения и используемого материала. На сегодняшний день наибольшее распространение получили матрицы TN и IPS и их усовершенствованные разновидности.

Мы уверены, что Вам будет интересна статья о том, как выбрать хороший 10-дюймовый планшет.

Технология построения TN матриц

Исторически этот тип матриц появился существенно раньше IPS. Дословно TN (англ. – «twisted nematic») означает «скрученный кристалл». Эта фраза как нельзя точно определяет способ его работы. Молекулы кристаллов в своем слое скручены на 90° друг относительно друга. Такое положение они занимают, если в своем субпикселе на электроды не подается напряжение. Свет при этом проходит свободно (за счет того, что угол поляризации второго фильтра на 90° отличается от первого).

При подаче напряжения на электроды, молекулы кристалла переходят из свободного состояния в упорядоченное: вдоль линии поляризации входного фильтра. Свет из-за этого за пределы второго фильтра не выходит и субпиксел окрашивается не в цвет светофильтра, а вырождается в черный.

Ключевые особенности данной технологии следующие.

• Плюсы:
  • стоимость изготовления матриц минимальна,
  • время отклика самое быстрое, что очень важно для игровых компьютеров.
• Минусы:
  • плохие углы обзора, яркость и цветопередача существенно меняются при просмотре на устройстве не под прямым углом;
  • очень низкая контрастность, за счет чего картинка блеклая и очень светлый черный цвет (совсем не подходит для профессиональной графики).
• Битый пиксел при этом всегда имеет белый цвет (если нет напряжения на электродах, то светофильтр всегда открыт).

Технология построения IPS матриц

Переключение кристаллов в IPS происходи в одной плоскости, о чем, собственно, и говорит исходная форма ее названия (англ. – «in plane switching»). В таких матрицах все электроды расположены на одной – тыльной подложке. При отсутствии напряжения на электродах все молекулы кристалла занимают вертикальное положение, и свет не проходит через внешний поляризационный фильтр.

Включение переводит молекулы в перпендикулярное положение, и внешний фильтр перестает быть помехой: световой поток проходит свободно.

Ключевые особенности данной технологии следующие.

• Плюсы:
  • яркие и насыщенные цвета за счет улучшенной контрастности, черный цвет всегда черный (можно использовать в профессиональной графике);
  • большой угол обзора до 178°.
• Минусы:
  • время отклика увеличилось за счет того, что электроды теперь расположены только с одной стороны (критично для игровых приложений);
  • высокая стоимость.
• Битый пиксел при этом всегда имеет черный цвет (если нет напряжения на электродах, то светофильтр всегда закрыт).

Как видно из списка, все недостатки и достоинства IPS симметричны TN. Это дополнительно подтверждает причину ее появления: технология является компромиссной и была предназначена для устранения ключевых минусов своей предшественницы. На сегодняшний день помимо названия IPS, используемого Hitachi, для нее можно встретить название SFT (super fine TFT), которое используется компанией NEC.

Битые пикселы вне зависимости от того какие они (белые или черные) не отнесены ни к плюсам ни к минусам. Это просто особенность. Если пиксел белый, то это может не сильно раздражать при обработке текстов на светлом фоне, но неудобно при просмотре темных сцен. Черный же наоборот: на темных сценах не будет заметен. Как бы то ни было, вид сбоя – битый пиксел – это всегда минус, но на разных матрицах он бывает различным.

Разновидности IPS матриц

С целью улучшения ключевых характеристик экранов мониторов были выпущены разновидности IPS матриц.

• Super – IPS (S-IPS). Благодаря реализации технологии overdrive улучшена контрастность и уменьшено время отклика. В ее модификации Advanced super – IPS (AS-IPS) дополнительно была улучшена ее прозрачность.
• Horizontal – IPS (H – IPS). Применяется в профессиональных графических приложениях. Применена технология Advanced True Wide Polarizer, благодаря чему однородность цвета по всей поверхности стала более равномерной. Также улучшена контрастность и оптимизирован белый цвет. Уменьшено время отклика.
• Enhanced IPS (e-IPS). Расширила апертуру открытых пикселов. Это помогает использовать более дешевые лампы подсветки. Помимо этого, время отклика сокращено до 5 мс (очень близко к уровню TN). S-IPS 2 является ее улучшением. Уменьшен негативный эффект свечения пикселов.
• Professional IPS (P – IPS). Существенно расширено число цветов, у субпикселей увеличено число потенциальных положений (в 4 раза).
• Advanced high performance IPS (AH-IPS). В данной разработке выросло разрешение и число точек на дюйм. Энергопотребление при этом стало ниже и увеличена яркость.

Отдельно стоит отметить матрицу PLS (Plane to line switching), которая является разработкой Samsung. Разработчик не стал предоставлять технического описания своей технологии. Было проведено исследование матриц под микроскопом. Отличий между PLS и IPS выявлено не было. Поскольку принципы построения этой матрицы схожи с IPS часто ее выделяют как разновидность, а не самостоятельное ответвление. В PLS пикселы расположены плотнее, яркость и энергопотребление лучше. Но при этом они существенно уступают по цветовому охвату.

Выбор монитора: TN или IPS

Экраны, построенные на технологиях TN и IPS, на сегодняшний день являются наиболее распространенными и охватывают практически весь спектр потребностей бюджетного и, частично, профессионального рынка. Существуют и другие типы матриц VA (MVA, PVA), AMOLED (с подсветкой уже каждого пикселя). Но они пока настолько дороги, что их распространение невелико.

Цветопередача и контрастность

Мониторы с IPS матрицей имеют контрастность намного лучше, чем у TN. При этом очень важно понимать: если вся картинка полностью темная или светлая, то такая контрастность – это просто возможности подсветки. Часто производители при равномерных заливках просто приглушают свет ламп подсветки. Чтобы убедиться в качестве контрастности, следует на экран вывести шахматную заливку и проверить насколько будут отличаться темные участки от светлых. Как правило, контрастность в таких тестах становится меньше 30 – 40 раз. Значение контрастности на шахматной доске в 160:1 – приемлемый результат.

Цветопередача IPS экранов осуществляется практически без искажений, в отличие от TN. Чем выше контрастность, тем насыщеннее получается картинка на экране. Это может быть полезно не только при работе с программами по обработке фотографий и видео, но также и при просмотре фильмов. Но есть усовершенствованные версии TN матриц, например, Retina от Apple, которые практически не теряют в цветопередаче.

Угол обзора и яркость

Пожалуй, этот параметр один из первых, который показывает преимущества IPS в сравнении со своим более дешевым конкурентом. Он достигает 170 – 178°, в то время как у улучшенной версии – «TN + film» он находится в диапазоне 90 – 150°. По этому параметру IPS выигрывает. Если вы смотрите маленькой компанией дома телевизор, то это не критично, но вот для случая смартфонов, когда хочется кому-то что-то показать на экране – искажение будет существенным. Поэтому на них чаще всего используются матрицы типа IPS.

По характеристикам яркости IPS экраны также выигрывают. Большие значения яркости и TN матриц делают картинку просто белесой без черных оттенков.

Время отклика и ресурсоемкость

Очень важный критерий, особенно если пользователь часто играет в приложения с динамически меняющимися сценами. У экранов на основе матрицы TN этот параметр достигает величины 1 мс, в то время как у лучших и дорогих версий S -IPS всего 5 мс. Хотя и этот результат хорош для IPS. Если пользователю важен высокий FPS и он не хочет созерцать шлейфы от объектов, то выбор стоит остановить на матрице типа TN.

Помимо скорости изменения картинки, у TN экранов есть еще два преимущества: низкая стоимость и небольшое энергопотребление.

Сенсорный экран и мобильные устройства

В последнее время стали очень распространенными устройства с емкостными сенсорными экранами. Как правило, они оснащаются матрицами IPS из-за высокого количества точек на дюйм. Чем выше плотность точек, тем более гладкими получаются шрифты на экране планшета (даже неразличимы пикселы для глаза). При использовании TN матриц в смартфонах или планшетах будет очень заметна зернистость картинки. В мониторах и телевизорах данный параметр не критичен.

Сенсорным покрытием, как правило, оснащаются именно устройства, где нужен тачскрин. Поскольку чаще всего TN матрицы берут из-за их дешевизны, то такой дорогостоящий атрибут, как емкостной экран на среднем бюджетном мониторе с разрешением 24 дюйма будет просто пустой тратой денег. В то время как на маленькой по площади поверхности планшета или смартфона (до 6 дюймов) емкостный экран просто необходим.

Именно из-за фактора дешевизны TN матрицу от IPS можно отличить нажатием: при нажатии на TN экран картинка под пальцем и вокруг начинает расплываться волнами со спектральным градиентом. Стало быть, при выборе мобильного устройства выбор в пользу IPS по этому параметру просто очевиден.

Итог

Выбирая монитор или телевизор, пользователь может еще задуматься, стоит ли ему тратиться на IPS экран. Площадь поверхности экрана у таких устройств предпочитают брать от 24 дюймов и выше. В результате чего дорогостоящая и энергоемкая матрица может не оправдать своих вложений, если не планируется выполнять профессиональные работы с графикой. К тому же, если монитор нужен для динамичных компьютерных игр, то TN матрица будет предпочтительнее.

Неоспоримо преимущество IPS матрицы при приобретении мобильного устройства: смартфона или планшета. Высокая плотность пикселов, качественная цветопередача и высокая контрастность – все эти качества помогут пользоваться экраном как на солнце, так и в помещении. Сравнение мониторов для работы с графикой всегда будет в пользу IPS. Такие вложения себя оправдают и будут меньше, чем приобретение более дорогостоящих устройств на VA матрицах.