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 választás.

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

Readers Comments (17)

  1. Most találtam rá erre az oldalra. Hát annyira jól érthető a cikk hogy le a kalappal! Csak remélem hogy ha valami változás van akkor frissítést is kapnak a cikkek (geeks.hu inaktív).
    Köszönjük! 🙂

    Válasz
    • Nagy Árpád 2019-03-30 @ 22:20

      Igyekszünk frissíteni az írásainkat. Az érthetőség is elsődleges célunk. Jólesett a dicséret!

      Válasz
  2. Én éppen egy monitort szeretnék vásárolni csak az a bökkenő hogy mind a három monitor amelyik a listámon van az különböző féle paneltípusú (TN, IPS és VA). Szerintetek melyik a legjobb választás?

    Válasz
    • Nagy Árpád 2019-04-26 @ 15:20

      Nem írtad meg hogy mire szeretnéd használni a monitort. Ugyanis ettől függ leginkább, hogy melyik fajte panel lenne neked a legjobb választás.

      Válasz
  3. Gratulálok az íráshoz! Igen jó, közérthető anyag.

    Válasz
  4. Monitorvásárlás előtt állok,gyorsan kellene! A köv. célokra használom: netezés (elsősorban OLVASÁS!!); szövegszerk.; filmnézés; fotó-video szerk., NAPI 6-8 órában! Képernyő méret: 24 coll. Melyik paneltípus lenne a legmegfelelőbb számomra? Köszi a választ!

    Válasz
    • Nagy Árpád 2019-05-11 @ 18:06

      Ha nem hard core játékra kell, akkor a TN panel felejtős. Marad az IPS vagy a VA, illetve ezek valamelyik alfaja. Az IPS-nek nagyobb a betekintési szöge és talán a színei kicsit szebbek. A VA-nak nagyobb a kontrasztja. Mind a kettő megfelel “mindenes” monitorhoz.

      Válasz
  5. Ha hardcore játék fan vagy, akkor a TN panelt érdemes venni. Az IPS panel nagyon szép színeket produkál viszont a kicsit gyengébb kontrasz és befénylés miatt nem igazán szemkímélő. A VA panelek ezzel szemben nagyon magas kontrasztértékkel rendelkeznek (a fekete nagyon durván fekete), nagy előnyük a többivel szemben, hogy a szemedet is sokkal jobban kímélik, színben pedig majdnem megközelítik az IPS minőségét. Szerintem a VA és altípusai a legjobb aranyközépút a panelválasztás terén.

    Válasz
  6. Üdvözletem monitor vásárlás előtt álok és nem tudok dönteni főbb pref single game fps, Competitive fps gamek, néha wow + filmezés 2k-n gondolkozok. És ezek kiszemeltjeim.
    Acer Predator XB271HUAbmiprz tn panel 144hz 1ms g-sync a másik pedig
    GIGABYTE AORUS AD27QD Monitor 144hz 1ms ips g-sync/freesync
    Köszi a választ!

    Válasz
    • Nagy Árpád 2019-08-08 @ 23:12

      Ha kompetitív fps jétékot is játszol, inkább a TN paneles monitort választanám a helyedben.

      Válasz
  7. Sziasztok, nagyon szuper cikk lett!
    Segítséget kérnék, mert még a cikk alapján sem tudok dönteni. Alapvetően olyan otthoni monitort keresnék ami elsősorban alkalmas weblap és fotó szerkesztésre, és filmnézésre, az első kettőre az IPS lenne a talán a jó választás, a filmnézésre pedig a VA, minimálisan használnám játékra akkor sem fps-re ahol kell a gyors reakció idő, maximum rts. A VA panellel szimpatizálok a magas kontraszt arány miatt, viszont a színek nem tudom mennyire színhelyesek, láttam már 10bit (8+frc) verziót is VA panelből, illetve azért a weblapnál lényeges lenne a színhelyesség, ha nem is professzionálisan pontosan.
    Köszönöm előre is a válaszotokat.

    Válasz
    • Nagy Árpád 2019-09-03 @ 12:19

      Szia!
      A színhelyesség a VA paneles monitornál is beállítható az sRGB (vagy más) színtérhez, persze csak kalibrálással. (Megjegyzem, hogy az Oázisnál bármilyen monitort olcsón bekalibrálnak.) Tehát a te esetben én VA panelt javasolnék a nagyobb kontraszt miatt. Gyengesége a kisebb betekintési szög, mint az IPS-nél, de ha középről nézed, akkor nem lehet gond.

      Válasz
      • Kedves Árpád!
        Köszönöm a tippet, még egy kérdésem lenne, mennyit számit a kijelző színtér/látható megjelenítésénél a 6bit+frc, 8bit illetve 8bit+frc? Látni különbséget? Vagy mindegy hogy 8bit vagy 6bit+frc?

        Válasz
        • Nagy Árpád 2019-09-13 @ 17:23

          A színmélység, amiről itt szó van, a színenkénti kvantálás (az analóg jel “felszeletelése”) finomságát jelenti a digitális technikában. A 8 bit 256 kvantálási szintet jelent, a 10 bit 1024-et. A 6 bit + FRC gyakorlatilag egyenértékű a 8 bittel, a 8 bit + FRC a 10 bittel. Az FRC egy algoritmus, amely a köztes kvantálási szinteket “pótolja”. Elméletileg a 8 bit jobb, mint a 6 bit + FRC, de a valóságban nemigen érzékelhető különbség. A kvantálási szintek számának a kép (a színek) sávosodására (“poszterizáció”) van hatása, a színtérhez vagy a színtér pontosságához semmi köze. Kivéve persze, hogy időnként persze felléphet a poszterizáció 8 bites színmélységnél, a sötétebb árnyalatokon. De ez nem színtér-probléma.

          Válasz
          • Köszönöm a választ! Tehát általánosságban esetleg egy gardiensnél lehetne észrevenni némi sávosodást, ha jól értelmezem, egyéb általános felhasználásnál ez nem fog jelentkezni. Viszont akkor mondjuk nagyobb felbontás esetén 2k 4k érdemesebb egy 10bites modellt választani?

          • Nagy Árpád 2019-09-15 @ 23:28

            Nem feltétlenül. Életszerű használat esetén (munka közben) 8 bit színmélység esetén is csak ritkán észrevehető a sávosodás, hacsak nem professzionális munkáról van szó. A 10 bit előnye a kijelzőknél akkor jön ki leginkább, ha a forrásjel is 10 bites. A 4K-UHD monitorok elég nagy hányada azonban ma már 10 bites (vagy inkább 8 bit + FRC) panellel jön ki. A 10 bites kvantálás (vagy a 8 bit + FRC) vitathatatlanul jobb, mint a 8 bites, de az árat is érdemes mérlegelni.

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..