Появление в девяностых годах прошлого века жидкокристаллических LCD мониторов существенно улучшило потребительские качества компьютеров и телевизионных приемников. Отображаемая ими картинка стала максимально реалистичной, яркой и насыщенной. Кроме того, частота обновления экрана выросла в десятки раз, что существенно снизило нагрузку на глаза пользователя. Сегодня мы расскажем вам о том, что такое IPS-матрица – один из трех конструктивных видов дисплеев на жидких кристаллах.
Конструкция и принцип работы IPS матрицы
Активный элемент – экран, жидкокристаллического монитора (дисплея), на котором и происходит отображение информации, принято называть матрицей. Потому что он составлен из тонкопленочных TFT-транзисторов, расположенных в строгом геометрическом порядке друг относительно друга.
Каждый такой транзистор обеспечивает работу одного элемента, формирующего изображение – пикселя. Эта элементарная частица экрана представляет собой сборку из нескольких жидких кристаллов. Существует три варианта ориентации этих кристаллов друг относительно друга:
- Перпендикулярно (TN).
- Параллельно (IPS).
- Вертикально (VA).
Схема TN является родоначальником, с нее началось развитие жидкокристаллических дисплеев. Ее сущность в том, что на управляющих электродах нанесены бороздки, глубина которых равна толщине двух-трех молекулярных слоев жидкого кристалла, благодаря чему происходит их сцепление. Сборка пикселя состоит из кристаллов, расположенных перпендикулярно друг другу.
В 1995 году инженером Гюнтером Бауэром (не путать с мотогонщиком) была предложена схема IPS, в которой электроды с бороздками расположены параллельно друг другу. Соответственно, и управляемые им кристаллы. Аббревиатура расшифровывается как in-plane-switching, что в переводе с английского означает «параллельное переключение».
Конструкция IPS элемента
Жидкокристаллическая панель, построенная по принципу IPS, состоит из двух модулей:
- Подсветки. Обычно для этого используется LED (светодиодный) источник света.
- Матрицы с жидкими кристаллами.
Активный элемент матрицы представляет собой слоеный пирог из трех, как минимум, элементов. В нем есть управляющие электроды и соединенные с ними кристаллы. А также RGB-фильтры, формирующие цветовую палитру.
Принцип работы IPS элемента
Как работает IPS матрица? Принцип ее работы заключается в модуляции светового потока, излучаемого блоком подсветки. В зависимости от наличия или отсутствия напряжения на управляющих электродах сборка может быть непрозрачной, прозрачной полностью или частично.
Если напряжение на электроды не подано, то фотоны, проходя через первый кристалл пакета, поляризуются его фильтром, смещая суммарный вектор на 900 в горизонтальной плоскости. Прохождение через второй слой, параллельный первому, обнуляют поляризацию, и поток света в нем гасится.
Подача напряжения сопровождается поворотом кристаллов друг относительно друга на определенный угол, который зависит от силы тока. В тот момент, когда элементы сборки расположены перпендикулярно, светопроницаемость достигает максимума.
Этим сборка IPS кардинально отличается от TN. У нее, при отсутствии напряжения на электродах, экран выглядит абсолютно черным. Что и позволяет получить максимально четкую и контрастную картинку. Сборка же TN белый немодулированный свет частично пропускает в любом случае, из-за чего качество изображения снижается.
Виды IPS матриц
Жидкокристаллические LED-экраны, построенные по архитектуре IPS, используются до сих пор. С момента своего появления они несколько раз модернизировались с целью повышения качества отображаемой картинки и улучшения потребительских качеств. Тем не менее, сейчас на рынке компьютерной техники встречаются все типы IPS матриц.
Super-IPS. Устройство второй генерации. У супер-ИПС существенно повышена скорость отклика, благодаря чему на экран можно выводить динамично изменяющиеся изображения. Например, сеттинг компьютерных игр.
Третье поколение AS-IPS отличается повышенной яркостью изображения. Также улучшена контрастность и другие параметры изображения.
Горизонтальная IPS (H-IPS) создавалась специально для компьютерных дизайнеров (CG-художников) и фотографов. Эти матрицы передают наиболее реалистичное изображение.
P-IPS (Professional) матрица. На сегодняшний день она наиболее популярна и ставится на мониторы премиум-класса. У нее наиболее реалистичная цветопередача. Кроме того, существенно снижено время отклика, что позволяет транслировать быстро меняющиеся сюжеты без искажений.
E-IPS матрицы создавались с целью получить бюджетный, общедоступный вариант экрана. Для этого был упрощен блок подсветки, в нем используются самые дешевые светодиоды. Из-за чего несколько пострадало качество цветопередачи. При этом скорость отклика осталась на прежней высоте.
На сегодняшний день наилучшими свойствами обладает матрица AH-IPS. В ее конструкции сконцентрированы все достижения микроэлектронной промышленности, достигнутые за последние тридцать лет.
Отдельно стоит упомянуть про матрицы PLS, являющиеся разновидностью технологии IPS. Они разработаны компанией Samsung, прямого конкурента LG. Обладают высокой светопропускаемостью и яркостью, четкостью и контрастностью картинки. Эффект достигнут за счет плотного расположения пикселей и большим углом поворота кристаллов. Матрицы обладают очень большим углом обзора, что позволяет использовать их в сверхшироких экранах. Кроме того, их энергоемкость снижена за счет использования светодиодов для формирования опорного луча света.
Достоинства и недостатки технологии IPS
Основным достоинством матриц, построенных по технологии IPS, является высокое качество цветопередачи и контрастность изображения. Они способны транслировать его в формате 4К. А глубина цветного изображения достигает 10 бит на канал.
Эти матрицы обеспечивают очень широкий угол обзора, близкий к 180 градусам. На экран можно смотреть не только прямо и перпендикулярно его плоскости, но и сбоку. При этом качество изображения практически не уменьшается. Это свойство позволяет использовать IPS матрицы в сверхшироких экранах для трансляции спортивных состязаний и иных зрелищ на улицах.
За счет того, что при отсутствии напряжения на управляющих электродах несущий световой поток не воздействует на жидкие кристаллы сборки пикселя, не происходит выгорание элементов. Экраны могут длительно работать с преобладанием одного фонового цвета. Ресурсоемкость мониторов IPS значительно выше, чем у плазменных панелей.
Основной недостаток IPS-мониторов в том, что они энергоемки. Особенно это касается устаревших моделей, в которых подсветка осуществляется не светодиодами, а люминесцентными лампами.
Отстают такие дисплеи и в скорости реакции. Особенно в том случае, если сборка пикселя состоит более, чем из трех кристаллов. Имея высокое качество цветопередачи и контрастность изображения, они немного «тормозят». Хотя для рядового пользователя этот эффект не имеет существенного значения и не замечается им.
Где применяются экраны с IPS-матрицей
Жидкокристаллические экраны с IPS-матрицей находят широкое применение везде, где требуется получить яркое, контрастное изображение. Это не только компьютерные мониторы – как отдельные для системных блоков, так и для ноутбуков, планшетов, смартфонов.
IPS экраны широко используются в так называемых домашних кинотеатрах. Благодаря широкому углу обзора, они позволяют наблюдать действо на экране, расположившись в любом удобном месте – картинка будет четкой для любого зрителя. Используются они и в качестве промышленных дисплеев для контроля за производственным процессом.
IPS-технология позволяет нам общаться и получать информацию в наиболее доступном, визуальном виде. Её без преувеличения можно назвать одним из величайших технологических достижений нашей цивилизации.
