LCD-fajták: TN, VA vagy IPS?

A folyadékkristály cella kijelzőkben való működését egy másik írásban (Az LCD tündöklése) részletesen bemutattuk, ám a plasztikus magyarázat kedvéért – és mivel ez volt a tömeggyártott LCD kijelzőkben használt első folyadékkristály típus – a leírásban a TN (twisted nematic) szerepelt. Vannak azonban másfajta struktúrák is, nevezetesen a vertical alignment (VA) és az in-plane-switching (IPS), továbbá ezek különféle alváltozatai.

Ebben az írásban nem kívánjuk végigtárgyalni a VA és az IPS panelek teljes fejlődéstörténetét, és működésük apró részleteit, ez sok helyen részletesen megtalálható az Interneten, magyar nyelven is, pl. a geeks.hu weboldalon: http://www.geeks.hu/technologiak/090629_tft_paneltechnologiak

vagy még részletesebben, angol nyelven a közismert tftcentral.co.uk oldalon: (http://www.tftcentral.co.uk/articles/panel_technologies.htm

Az LCD kijelzőkhöz használt folyadékkristály anyagokról a merckgroup.com weboldalon lehet tájékozódni: http://www.merck-performance-materials.com/en/display/lc_materials/use_in_lcd_technology/use_in_lcd_technology.html

Említettük, hogy az előző írásban a TN LCD cella működését bemutattuk, itt most csak röviden összehasonlítjuk a TN és a VA fényszelep felépítését azért, hogy a különbségeket jobban megérthessük. Ennek érdekében az említett írás egyik ábráját (a TN panel alapállapotát) újra megmutatjuk:

01

A TN folyadékkristály fénymodulátor vázlatos felépítése. A TN cella alapállapotban átereszti a fényt, mert a vízszintesen elhelyezkedő és 90 fokban elcsavarodó folyadékkristály molekulái a polarizált fény polarizációs síkját is elfordítják, így az át tud haladni az alsó polárszűrőn

A következő ábránk a TN cella bekapcsolt (a jobb szemléltetés kedvéért maximális feszültségre kapcsolt állapotát), és a VA cella kikapcsolt (feszültségmentes) bekapcsolt állapotát mutatja, illetve mindkét cella esetében a feszültség és a fényáteresztés kapcsolatát.

02a_

02b_

Felső ábra: a TN cella eredetileg vízszintes molekulái maximális feszültség hatására függőlegesbe fordulnak, a polarizációs sík nem tud elcsavarodni, így a fény elvben nem megy át a cellán. A valóságban az illesztő réteg közelében lévő molekulák nem fordulnak függőlegesbe, így a fény egy része mégis átjut. A jobb oldali függvény jól mutatja ezt az állapotot. Alsó ábra: A VA cella molekulái alapállapotban gyakorlatilag tökéletesen blokkolják a fény áthaladását (pont fordítva, mint a TN cella), és feszültség hatására válik a VA cella fényáteresztővé 

A TN és a VA cella eltérő működésének az a fizikai háttere, hogy míg a TN esetében a molekulák dielektromos anizotrópiája pozitív, a VA esetben ez negatív, ezért igyekeznek ez utóbbi molekulák a hossztengelyükkel az erővonalakra merőleges (és nem azokkal párhuzamos irányba fordulni külső elektromos erőtér hatására. A TN cellánál ez éppen fordítva történik.

Az IPS cella felépítése abban tér el gyökeresen a másik két megoldástól, hogy a vezérlő elektródák nem egymással szemben, a fény belépésének, illetve kilépésének helyén vannak, hanem egy síkban, mint az ábrán látható:

03_

Az IPS cella felépítésének vázlata. Az egy síkban, az ábrán alul elhelyezkedő elektródákra kapcsolt vezérlő feszültség (ill. az így létrehozott elektromos erőtér) nagyságától függően a vízszintes síkban létrejövő molekula-elfordulás mértéke szabályozza a fényáteresztést

Az LCD cellák (pixelek) sokaságából az ismert módon épülnek fel a manapság kizárólagosan használt TFT LCD panelek, ha most eltekintünk a mostanság felfutó egyéb, nem-LCD technológiáktól. Érdekes kérdés az LCD panelek háttérvilágítása, amelynek szintén többféle megoldása terjedt el, de ezeket egy másik írásban mutatjuk be.

A VA paneleket két nagy alcsoportba lehet besorolni. Ezek: az MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) – a P-MVA, S-MVA, AMVA és Sharp-féle  MVA változatokkal – és a PVA (Patterned Vertical Alignment) – az S-PVA, cPVA, A-PVA és SVA változatokkal.

Az IPS vagy „IPS-szerű” panelnek is jónéhány változata van: S-IPS, E-IPS, AS-IPS, H-IPS, e-IPS, UH-IPS, H2-IPS, S-IPS II, p-IPS, AH-IPS, PLS, AD-PLS, AHVA… A részletekbe ebben az írásban nem megyünk bele, mert elveszejtenénk a tisztelt olvasót.

Inkább azt beszéljük meg, hogy miért volt szükség az olcsón előállítható, de néhány jellemzőjében nem a legelőnyösebb TN (vagy TN+Film) LCD cellák/panelek helyett az új technológiák kifejlesztésére. Tegyük hozzá, hogy miután az első IPS és VA panelek megjelentek a ’90-es évek vége felé, a TN panelek is óriási fejlődésen mentek keresztül (a legtöbb gyártó most is gyárt TN paneles monitorokat). A kisebb méretű, olcsóbb kategóriában ma is túlsúlyban vannak a többi technológiához képest, de néhány hátrányuk a mai napig megmaradt. Mindamellett pl. a rövid reakcióidőt az újabb technológiáknak a mai napig nem sikerült túlszárnyalniuk.

TN panelek

De igazából melyek a TN hátrányai? Leginkább a korlátozott betekintési szöget írják a TN panelek rovására, különösen függőleges irányban (a téglalap alakú vízszintes monitorképernyőt alapul véve). A másik kritizált jellemző a pontatlan, illetve változó színvisszaadás és a gyorsan csökkenő kontraszt a betekintési szög függvényében. A betekintési szöget speciális filmmel (fóliával) lehet növelni, de ez elég költséges „mulatság”. A legtöbb TN panelnél alkalmazott csillogás-mentesítő (anti-glare, AG) bevonat vagy felületkezelés némileg szemcsés, ami a kontúrok rajzolatát rontja. De ez már inkább a múlt, mint a jelen. Sokáig az alacsony statikus (on/off) kontraszt is komoly hátrány volt, ezt mostanában sikerült javítani.

A TN panelek szokásos bitmélysége színenként 6 bit, a 16,7 millió színt térbeli (felületi) és időbeli dithering (FRC) alkalmazásával tudják elérni.

Mindemellett vannak kedvező jellemzői is az TN paneleknek: elsősorban a már említett, a mai napig legrövidebb, akár az 1 ms-ot is elérő G2G reakcióidő, különösen az overdrive bevezetése után. Ezen kívül a mai TN panelek a leginkább alkalmasak a legmagasabb frissítési frekvenciák (e sorok írásakor 240 Hz) támogatására. És teszik mindezt a relatíve legalacsonyabb áron.

VA panelek

A modern VA panelek kiemelkedő előnye a tipikusan 3000:1 körüli kontrasztarány. A válaszidő ugyan sokat javult a néhány évvel ezelőtti értékekhez képest, de a gamer monitorokhoz a VA panel még mindig nem a legjobb választás – bár újabban ez alól is vannak kivételek. A legújabb VA panelek némelyike képes a 120+ Hz-es frissítés támogatására, továbbá a mozgáselmosódás-csökkentő háttérvilágítási megoldások használatára. A betekintési szögtartomány nagyobb, mint a TN paneleké, de kisebb az IPS/PLS panelekénél. A natív 8-bites színmélységű panelek előállítása nem probléma, de némely panelnél valójában 6 bit + dithering adja ki a 8 bitet. 10-bites panel VA változatban még tudomásunk szerint nem készült. Ami a színvisszaadást illeti, a professzionális színes munkához nem a legjobb vélasztás.

IPS panelek

Ezzel szemben az IPS panelek színvisszaadása kiváló, betekintési szögtartományuk a legnagyobb. A modern IPS panelek (és változataik) válaszideje rövidebb, mint a VA paneleké, de hosszabb, mint a TN paneleké. A mozgáselmosódás csökkentésére (értsd: a háttérvilágítás idejének periodikus lerövidítése, pl. ULMB) szintén alkalmasak az új panelek. Újabb fejlemény, hogy a frissítési frekvencia is elérheti vagy meghaladhatja a 144 Hz-et, ámbár e tekintetben még mindig le van maradva a TN mögött (natív 240 Hz). A színmélységet tekintve, a 10 bit megvalósítható, ilyen panelek már kaphatók. Kifogásolható jelenség az ún. IPS glow, ami a sötét panel (sötét képtartalom) nem merőleges nézésekor kivilágosodás (glow) formájában jelentkezik. Ennek kiküszöbölésére kifejlesztettek egyfajta polarizátort (A-TW), de – nem tudni miért, talán költségtakarékossági okokból (plusz némi színtorzítás) – manapság nem találkozunk ilyen panelekkel az új monitorok piacán.

Mint a mondottakból látható, mindegyik panelfajta mutat előnyös és hátrányos tulajdonságokat is, így általánosságban semmiképpen nem mondhatjuk egyiket sem a “legjobbnak”. A recept banális: olyat válasszunk, amilyet a felhasználási terület megkíván. Ha pedig többféle célra használjuk a monitort, akkor próbáljuk meg megkeresni a legjobb kompromisszumot.

Alvares

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.