четверг, 20 февраля 2014 г.

LCD - мониторы и их использование

LCD - мониторы (жидкокристаллические)



Основой жидкокристаллических мониторов (Liquid Crystal Display) является специальная жидкость, имеющая свойства кристаллов. Она изменяет вектор поляризации луча света в зависимости от напряжения. Это позволяет изменять прозрачность элемента дисплея от 0 до 100%. Изменяя степень прохождения красного, зеленого и синего цветов, меняют цвет и яркость точки в широких пределах.


Сейчас в продаже встречаются два вида дисплеев -
  • на пассивной матрице
  • на активной матрице
Впрочем, последнее время для компьютеров и ноутбуков используется только активная матрица. Пассивные сохранились в старых моделях или в дешевых карманных устройствах - КПК, сотовых телефонах, цифровых фотоаппаратах и т.п. Таким образом, при покупке ноутбука или дисплея для компьютера тут выбирать не прийдется (тем не менее, не мешает поинтересоваться - мало ли что).
Однако, помимо типа матрицы существует множество других характеристик, имеющих значение при выборе монитора. Перечислим наиболее важные из них.
  • размер экрана по диагонали
  • разрешение в пикселях
  • углы обзора (по вертикали / горизонтали)
  • скорость отклика
  • яркость и контрастность
  • число оттенков цвета
  • портретный режим
Размер изображения на жидкокристаллическом мониторе, в отличие от CRT, равен размеру экрана (а не меньше). В принипе, можно установить соответствие размеров экрана у средних CRT и LCD:
Размер экрана CRTРазмер экрана LCD
14"12"
15"14"
17"15.4"
19"17.5"
21"19"
Если еще учесть, что четкость изображения на матрице LCD значительно выше, чем на кинескопе CRT, то на жидкокристаллическом мониторе можно работать в чуть большем разрешении. Тогда фактически можно использовать чуть меньший размер LCD, т.е. 17" CRT ~ 15" LCD и т.п.
Разрешение
Если для мониторов с трубкой CRT можно использовать разрешение в достаточно широком диапазоне (как меньше, так и больше рекомендуемого), то для LCD-мониторов есть такое понятие, как "естественное" разрешение (native). Именно в native разрешении LCD-монитор воспроизводит изображение лучше всего. Это разрешение определяется размером пикселей, который у LCD-монитора фиксирован. Например, если LCD-монитор имеет native разрешение 1024x768, то это значит, что на каждой из 768 линий расположено 1024 электродов, читай: пикселей. При этом есть возможность использовать и более низкое, чем native, разрешение. Для этого есть два способа. Первый называется "Centering" (центрирование); суть метода в том, что для отображения изображения используется только то количество пикселей, которое необходимо для формирования изображения с более низким разрешением. В результате изображение получается не во весь экран, а только в середине. Все неиспользуемые пиксели остаются черными, т.е. вокруг изображения образуется широкая черная рамка. Второй метод называется "Expansion" (растяжение). Суть его в том, что при воспроизведении изображения с более низким, чем native, разрешением используются все пиксели, т.е. изображение занимает весь экран. Однако, из-за того, что изображение растягивается на весь экран, возникают небольшие искажения, и ухудшается резкость. Поэтому при выборе LCD-монитора важно четко знать, какое именно разрешение вам нужно.
В случае масштабирования, т.е. преобразования разрешения компьютерного изображения в "натуральное" разрешение матрицы, возникают искажения. Так, чтобы на экране 1280 х 1024 отобразить картинку 800 х 600, приходится каждые две точки компьютерного изображения отражать на три точки матрицы. В простейшем случае это делается так - те точки матрицы, которые заполнены цветом более 50%, закрашиваются, а те, которые заполнены менее 50% - не закрашиваются.

Масштабирование буквы К - увеличение в 1.5 раза
Последнее время используются варианты, когда яркость точки меняется в зависимости от степени её "закрытия" - такое изображение получается более естественным. Реализуется это программной или аппаратной интерполяцией. При таком масштабировании эффект "рваных" краев менее заметен.

Интерполяция
Еще более поздние варианты используют особенность ЖК-мониторов, что каждый пиксель разделен на три разноцветных субпикселя - за счет придания разной яркости пикселям добиваются более резкой границы линий - соответственно, более четкого изображения. При этом, правда незначительно изменяется цвет границы символов, но визуально это практически не наблюдается.
Углы обзора
Этот параметр до сих пор является предметом улучшения, поскольку не все плоскопанельные дисплеи имеют такой угол обзора, который удовлетворил бы вас, если вы привыкли работать с ЭЛТ-монитором. Так как свет от системы подсветки должен проходить сквозь поляризационные фильтры, жидкие кристаллы и так называемые слои выравнивания, он направлен в строго определённом направлении, т.е. в основном покидает поверхность дисплея, будучи ориентированными перпендикулярно относительно неё. Если пользователь смотрит на дисплей сбоку под острым углом, он может увидеть тёмный экран, либо цветовые искажения. Этот эффект может быть полезен для банковских автоматов, но в иных случаях он не является желаемым. Очень долго производились поиски технологий, позволяющих увеличить угол зрения. IPS (In-Plane Switching), MVA (Multi-domain Vertical Alignment) и TN+film (Twisted Nematic and retardation film) - это наиболее эффективные используемые техники увеличения угла обзора. Они позволяют увеличить угол обзора до 160° и более (т.е. по 80 градусов в каждую сторону от перпендикуляра к поверхности). Максимальный угол обзора определяется как угол, при котором визуальная контрастность уменьшается в 10 раз от исходного нормального значения (т.е. при вертикальном направлении взгляда к поверхности дисплея). Реально, у таких дисплеев цвета и контрастность визуально сохраняются в углах обзора в два раза меньше - т.е. примерно 80 градусов.
Cкорость отклика
Самой "больной" темой ЖК-мониторов сейчас является недостаточная скорость переключения ячеек. Несмотря на повсеместный переход к активным матрицам, у которых этот параметр почти на порядок лучше, чем у пассивных, проблема сохраняется. Так, наиболее распространенные экземпляры имеют скорость переключения 25 - 35 миллисекунд, что соответствует 30-40 кадрам в секунду. Наиболее продвинутые "переключают" ячейки за 16 миллисекунд, жертвуя цветопередачей и углом обзора. В то время как CRT-дисплеи имеют этот параметр примерно 10 милисекунд (он зависит, в основном, от люминофора и от частоты кадров).
 Число оттенков цвета
Ранее ЖК-мониторы имели плохую цветопередачу и малое число оттенков цвета (меньше 16 миллионов). Все современные матрицы не имеют таких проблем.
 Яркость и контрастность
Можно сказать, что по яркости TFT-дисплеи являются лидерами. Максимальная яркость принципиально определяется флуоресцирующим слоем (слоем подсветки). Средние значения яркости у ЖК-дисплеев сейчас 150 - 250 Кд/м2. И хотя технически возможно получить ещё более высокие уровни яркости, практически это не имеет смысла, т.к. при этом дисплей может просто ослепить человека. К слову, максимальная яркость для CRT-дисплея составляет 100 - 150 Кд/м2.
И последний параметр, о котором нужно упомянуть, это контрастность. Контрастность LCD-монитора определяется отношением яркостей между самым ярким белым и самым темным черным цветом. Хорошим контрастным соотношением считается 200:1 и выше, что обеспечивает воспроизведение живых насыщенных цветов. Контрастное соотношение выше 300:1 используется тогда, когда требуется точное отображение черно-белых полутонов - например, для графического дизайна или для работы с полиграфией. Для CRT контрастность легко достигает 500:1. Потому люди, работающие с графикой, пока предпочитают CRT.
"Портретный" режим
Стоит отметить и такую особенность части LCD-мониторов, как возможность поворота самого экрана на 90°, с одновременным автоматическим разворотом изображения. В результате, например, если вы занимаетесь версткой, то теперь лист формата A4 можно полностью уместить на экране без необходимости использовать вертикальную прокрутку, чтобы увидеть весь текст на странице. Правда, среди CRT-мониторов тоже есть модели с такой возможностью, но они крайне редки. В случае с LCD-мониторами эта функция становиться почти стандартной.

Безопасность LCD

К сожалению, несмотря на миф о полной безопасности LCD, следует внимательно относится к этому вопросу при выборе монитора.
Первая проблема - излишняя яркость белого фона дисплея (или повышенная контрастность). Как правило, освещается экран сзади специальной лампой, яркость которой сложно изменять (как яркость лампы дневного света). Даже при минимальных настройках яркости этот параметр составляет 100 кд/м2. А теперь соотнесите это значение с величинами, рекомендуемыми всеми нормами для работы с наименьшей утомляемостью (диапазон яркостей от 30 до 100 кд/м2). Эти цифры соответствуют широкому диапазону освещений, встречающихся в нашей повседневной жизни в офисе и дома. При работе с ярким изображением на экране монитора, значительно превышающем яркость окружающих предметов, усталость нарастает катастрофически. Будут болеть и глаза, и голова.
Еще один отрицательный момент связан с тем, что яркость и цвет изображения в центре и по краям различаются. Вы заставляете ваши глаза постоянно перестраиваться при взгляде в центр и на периферию экрана, а это лишняя работа, значит, быстрее наступает утомление. Человеческий глаз способен отчетливо различать падение яркости в 5%, и даже у самых современных ЖК-мониторов с углом обзора в 160 градусов типичное значение падения яркости на краях (при взгляде с нормали, проведенной через центр экрана) порядка 15%!
Еще один момент - дешевые матрицы имеют большое время переключения ячейки, потому динамическое изображение "смазывается" на экране, заставляя напрягать зрение. Этот эффект важен не только в играх и при просмотре фильмов. Это раздражает даже при "прокрутке" текста в Word-е или при просмотре WEB-страницы.

Технология LCD

Основой ячейки монитора является желеобразное вещество с неоднородными оптическими свойствами. Эти жидкости обладают способностью ориентировать молекулы в направлении электрического поля. При этом, у световой волны, проходящий через такую жидкость, поворачивается вектор поляризации. Угол поворота вектора поляризации зависит от приложенного напряжения. С двух сторон жидкий кристалл ограничивают два стеклянных поляризатора. Свойства поляризационных фильтров такое, что они пропускают лучи только в плоскости поляризации фильтра. Остальные лучи поглощаются. Такие поляризаторы используются в стерео-кино, где на экран проецируются два изображения - в вертикальной плоскости поляризации света для одного глаза и в горизонтальной - для другого. В очках находятся поляризаторы, которые фильтруют проходящий свет, оставляя только нужную поляризацию.
Если плоскость поляризации лучей повернута на 90 градусов по отношению к фильтру, то свет вообще не проходит. Если угол поворота меньше, то проходит меньшее количество света. Используя эти особенности, регулируется пропускание света через ячейки, что позволяет изменять их яркость.

Прохождение лучей света через три поляризационных фильтра
Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут изменять цвет для отображения информации. LCD-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) в отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в такой световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковые повороты плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели.

Поворот плоскости поляризации в жидком кристалле
При появлении электрического поля молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вдоль поля, и угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов. Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна вот по какой причине: первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем. В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность, при правильном управлении потенциалами этих электродов, отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно, на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD-монитора и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветки монитора сзади, так, чтобы свет порождался в задней части LCD-дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение хорошего качества, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинация трех основных цветов для каждой точки или пикселя экрана дает возможность воспроизвести любой цвет.
Обычно для формирования "пикселя" используют три цветных ячейки, расположенных рядом. Для этого ширину каждой ячейки (0.2 мм) делают в три раза уже, чем высоту (0.6 мм). Таким образом, пиксел имеет квадратную форму.

Расположение кристаллов в типичном цветном LCD
Вообще-то, в случае с цветом есть несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом (что приводит к малой доле проходящего излучения), можно воспользоваться свойством жидко-кристаллической ячейки - при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения изменяется по-разному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной длины волны (проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение). Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя. Первый метод проще, второй эффективнее.

Первые LCD-дисплеи

Первые LCD-дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, имели только две градации яркости точки - темная / светлая. Основой для их появления послужили популярные жидкокристаллические калькуляторы, которые использовали в среднем 7 элементов (сегментов) для отображения одной цифры + маленький сегмент для точки. Каждый такой сегмент был одной ячейкой, одним жидким кристаллом. Средний калькулятор содержал 8 цифр, 7 точек + знак, служебные символы - итого примерно 66 кристаллов.
Были и более продвинутые модели - с увеличенным числом знаков и возможностью отображения символов алфавита. У них в дисплеях использовалось до 200 элементов. Позже появились модели, где экран калькулятора был представлен матрицей точек размером, к примеру, 60 на 8. Такого типа экран используется сейчас в пейджерах. Фактически, его расширение до нескольких строк и послужило основой для первых LCD-дисплеев.
Сейчас производят матрицы LCD размером до 19 дюймов, однако обычно для дисплеев 17 дюймов и более используют две склеенные матрицы. Основные изменения, произошедшие за это время в технологии - это:
  • переход от двух цветов (ч/б) к нескольким оттенкам серого (4, 16, 256)
  • появление технологий создания цветного изображения
  • переход от пассивных (сканируемых) матриц к активным
Помимо этого, был внедрен ряд разработок, повышающих численные характеристики - скорость отклика, угол обзора, вес, размер, энергопотребление.

Устройство матрицы

Каждый элемент матрицы (ячейка) имеет два контакта для подключения напряжения. Если применять схему, используемую в калькуляторах (когда к каждому контакту сигнала идет провод, а все контакты массы объединены), то общее число проводов будет огромным - даже в матрице 640 х 480 х 3 цвета, получается примерно 1 миллион элементов - т.е. миллион контактов.

Схема подключения проводов к кристаллам в калькуляторе
Потому сложно обеспечить их подключение к компьютеру или даже к управляющей микросхеме внутри монитора. В связи с этим используется важное упрощение. Оно применяется во всехжидкокристаллических дисплеях (в том числе и с активной матрицей).

Подключение контактов к матрице
Весь дисплей представляет собой матрицу элементов, контакты которых соединены по строкам и столбцам. Т.е. первый контакт для всех элементов одной строки подключён к одному проводу, аналогично для столбца - только теперь уже второй контакт подключен также к одному проводу на все элементы. Таким образом, для черно-белой матрицы 640 х 480 используются 640 контактов по горизонтали и 480 по вертикали. Для цветной матрицы (3 цвета) - утраивается одно из направлений. Это позволяет подключить матрицу к специальной управляющей схеме.

Матрица в разрезе
Линии вертикальных и горизонтальных проводников идут между кристаллами, создавая маленькую черную окантовку вокруг пикселей. Активные матрицы помимо токопроводящих линий содержат также тонкопленочный транзистор на каждой ячейке. У некоторых матриц электроды ячеек располагаются в одной плоскости (т.е. ячейка как бы повернута на 90 градусов). Некоторые используют электроды расположенные под углом.

Пассивная матрица

В пассивных матрицах используется технология, в чем-то похожая на CRT. Каждая ячейка матрицы имеет небольшой конденсатор, удерживающий электрический заряд некоторое время. Этот конденсатор подключен и к самой жидкокристаллической ячейке и к управляющим линиям - соответствующей строке и столбцу. Название "пассивная" матрица получила из-за отсутствия в ячейках активных элементов обработки сигнала (транзисторов и т.п.). Такой тип матрицы наиболее дешевый.
Система управления дисплеем последовательно, в цикле перебирает строки матрицы - подключается к соответствующим линиям. Подключившись к строке N, микросхема выдает на все линии строки сигналы, соответствующие яркости точек. Это приводет к заряду соответствующих конденсаторов - соответственно, кристаллы срабатывают по напряжениям на конденсаторах и удерживаются в таком состоянии до разряда конденсатора или до следующего цикла. При этом, для каждой конкретной комбинации (строка - столбец) соответствует одна точка. Таким образом,каждый кадр система перебирает все строки, "зажигая" нужные ячейки. Аналогично работает и CRT-дисплей, только луч "пробегает" не только строки, но и столбцы.

Схема управления пассивной матрицей
Однако тут важно одно отличие - так если яркость люминофора нельзя уменьшить лучом (она сама уменьшается со временем), то заряд конденсатора можно как увеличить, так и уменьшить. Это позволяет значительно увеличить время работы ячейки, "выключая" её при необходимости. Для этого емкости конденсатора хватает на несколько десятков циклов. При этом, "перезаряжаются" только изменившиеся точки на экране, сокращая число перебираемых строк и столбцов. Конечно, со временем, конденсаторы теряют заряд, потому раз в 10-30 циклов приходится обновлять все ячейки.
Недостаток таких матриц - ячейки по мере разряда конденсатора теряют яркость, соответственно, прибавляют яркость при заряде. Такой процесс происходит несколько раз в секунду, потому кажется, что матрица "мигает". Это похоже на мигание CRT-дисплея, но его амплитуда и частота меньше. Тем не менее, это создает значительные неудобства, усталость при работе с такими дисплеями.
Второй недостаток таких матриц - большое время перезарядки конденсатора. Оно вызвано тем, что "перекачиваемый" заряд = время * ток. Ток повысить нельзя - слишком тонкие проводники, он и так повышен до возможного предела. Остается изменять только время и емкость (заряд). Если делать заряд меньше - в промежутках между обновлениями экран будет заметно "мигать" - яркость будет сильно меняться, потому остается - увеличить время заряда. Потому на каждую строчку требуется примерно 0.2 - 0.7 миллисекунды, а на 768 точек - почти полсекунды. Потому нельзя быстро изменять яркость свечения ячеек - дисплей не успеет "сработать". Потому на пассивных матрицах быстрые смены кадра невозможны, нельзя смотреть кино / играть в динамические игры.

Двойное сканирование

Для борьбы с недостатками пассивных матриц используют различные подходы. Первый метод, который стал широко использоваться в промышленности - это матрицы с двойным сканированием.
Матрица разделяется на две электрически независимые части, для каждой из которых осуществляется сканирование. При этом, микросхеме надо обрабатывать в два раза меньше строк, а значит, весь кадр прорисовывается быстрее. Это позволяет улучшить характеристики матрицы - уменьшить "мигание" и увеличить "скорость реакции".

Технология TN (Twisted Nematic)

Это первая и наиболее популярная (и дешевая) технология производства LCD-матриц. Основное её отличие - поворот молекул жидких кристаллов в вертикальной плоскости (по оси, перпендикулярной к плоскости экрана). В кристаллах TN-матриц поворот плоскости поляризации лучей происходит в диапазоне углов от 0 до 90 градусов. Ниже на рисунках показана работа ячейки без напряжения (свет проходит, точка "горит") и работа под напряжением (черная точка).

Работа ячейки без напряжения

Работа ячейки под напряжением
Самым главным достоинством (помимо цены) матриц этого типа является небольшое время отклика. Основной недостаток этой технологии заключаются в том, что инженерам никак не удается заставить все кристаллы повернуться перпендикулярно плоскости экрана, а значит, и не удается достигнуть идеально черного цвета. К тому же при данной технологии точка в отключенном состоянии пропускает свет, потому дефектные точки очень заметны (ярко светятся). Также недостатком является то, что изображение сильно меняется даже при отклонении на небольшой угол.

STN, DSTN, TSTN

Позже, появились модификация - STN. Её отличия - поворот плоскости с 180 до 270 градусов. Это обеспечивает лучшую контрастность изображения.
Часто STN-ячейки используются в паре. Это называется DSTN (Double Super Twisted Nematic), и этот метод очень популярен среди мониторов для портативных компьютеров, использующих дисплеи с пассивной матрицей, где DSTN обеспечивает улучшение контрастности при отображении изображений в цвете. Две STN-ячейки располагаются вместе так, чтобы при вращении они двигались в разных направлениях. Также STN-ячейки используются в режиме TSTN (Triple Super Twisted Nematic), когда два тонких слоя пластиковой пленки (полимерной пленки) добавляются для улучшения цветопередачи цветных дисплеев или для обеспечения хорошего качества монохромных мониторов.

Активная матрица (TFT)

Активная матрица построена по принципу, схожему с пассивной. Основное её отличие - это транзисторные триггеры на каждой ячейке. Тригеры позволяют сохранять состояние ячейки. Это позволяет "гореть" ячейке сколько угодно долго без подачи управляющего сигнала. Сигнал подается только в том случае, если надо изменить яркость точки. Потому не требуются постоянные циклы регенерации экрана (обновления зарядов ячеек). Во-вторых, яркость ячейки не изменяется со временем, то есть на статических (недвигающихся) картинках нет мерцания вообще.
С динамическими сценами (просмотр фильма или трехмерная игра) все гораздо сложнее. Фактически, каждый кадр приходится "перерисовывать" заново. Тем не менее, скорость прорисовки может быть существенно больше.
В пассивной матрице нельзя было быстро перезаряжать конденсаторы на каждой ячейке. А в активной - необходимо только подать сигнал к изменению состояния триггера, что выполняется практически мгновенно. Такой триггер для каждой ячейки проще представить в виде очень маленького конденсатора с небольшой емкостью, который усиливается при помощи транзисторов. Потому для его перезарядки не требуется слишком большой ток и большое время. Следовательно эту операцию можно выполнить 10 - 20 раз быстрее, чем в пассивной матрице.
Потому второе существенное различие активных матриц от пассивных - возможность быстрой смены яркости каждой ячейки, следовательно, скорость обновления всего экрана также значительно выше. Потому такие матрицы можно использовать для просмотра фильмов, для трехмерных игр и т.п.
К сожалению, основной недостаток активных матриц - их стоимость. Так, для каждой ячейки матрицы необходимо дополнительно установить транзистор. Разместить его вовне матрицы невозможно (нужен миллион проводов), так как управляющие сигналы поступают по линиям строк и столбцов. Потому вся электроника должна располагаться на пересечении. Для этого используют специальные прозрачные транзисторы, выполненные на основе тонких пластиковых пленок. Такие транзисторы получили название TFT (Thin Film Transistor).
Это действительно очень тонкий транзистор, его толщина - в пределах от 1/10 до 1/100 микрона. Технология создания TFT очень сложна, при этом имеются трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за того, что число используемых транзисторов очень велико. Так, средний дисплей использует от 500 тысяч до 5 миллионов таких транзисторов. К сожалению, иногда в производстве случаются ошибки, брак, потому часто можно встретить новые дисплеи уже с не работающими точками. Ранее было нормой выпускать дисплеи с 3 - 7 бракованными точками. Сейчас, с усовершенствованием технологий, некоторые производители допускают к продаже монитор с 1 - 2 неработающими точками. При этом такой брак может быть двух видов - точка может просто не гореть, а может гореть всегда. Считается, что второй вариант хуже.

IPS, Super-TFT

Также, как и пассивные матрицы, большинство активных основываются на дешевой технологии TN, которая обладает рядом недостатков. Потому многие компании ищут пути их устранения.
Технология IPS (In-Pane Switching или Super-TFT) была разработана совместно компаниями NEC и Hitachi для производства ЖК-матриц, лишенных недостатков технологии TN.
Суть этой технологии в том, что разнополярные электроды располагаются не в разных плоскостях, а в одной. Так удалось значительно упростить процесс поворота молекул кристалла, хотя сделать такую сложную электроразводку в одной плоскости очень сложно.
Среди плюсов технологии IPS можно отметить четкий черный цвет, большой угол обзора, и тот факт, что "битые" пиксели теперь выглядят черными, а потом они и достаточно малозаметны. Минусов, однако, получилось не меньше: сложность реализации электрической разводки в одной плоскости, малое число передаваемых градаций цвета, большее время реакции.

MVA

Еще более сложная и дорогая технология MVA обладает целым рядом преимуществ: это и малое время реакции, и лучшая передача цвета, в том числе и глубокого черного, и большой угол обзора, кроме того, дефектные пиксели тоже малозаметны.

Принцип дисплея MVA
Высокая стоимость матриц, выполненных по такой технологии, объясняется ее конструктивными особенностями. В свободном состоянии молекулы кристалла расположены параллельно плоскости экрана и под углом 90 градусов к лицевому поляризатору, не пропуская, таким образом, свет. При подаче напряжения молекулы выстраиваются перпендикулярно плоскости экрана, пропуская свет. Все бы было хорошо, но вот при передаче полутонов один и тот же пиксель выглядит совершенно по-разному, в зависимости от точки его наблюдения. Чтобы избежать подобного эффекта, изготовители делают электроды на плоскостях в виде выступов и углублений в местах, где должны быть пиксели. Таким образом, молекулы, выстраиваясь под одним углом к плоскости электродов, всегда находятся под разными углами к зрителю, за счет чего и убирается нежелательный эффект.