Что такое TFT

Сначала немного терминологии...

TFT-LCD (Thin-Film Transistor Liquid-Crystal Display) - жидкокристаллический дисплей на тонкоплёночных транзисторах. Именно так правильно именовать самые распространенные ныне жидкокристаллические мониторы, основанные на матрице с управляемыми тонкоплёночными транзисторами.

CRT (Cathode-Ray Tube) - катодно-лучевая трубка, это тоже самое, что и знакомое нам «ЭЛТ» (электронно-лучевая трубка).  

С чего все началось

Жидкокристаллические мониторы сегодня можно встретить где угодно – в офисах серьезных фирм, в приемной у стоматолога, на столе у государственного чиновника и даже дома у своих знакомых. А ведь еще не так давно такой монитор стоил тысячи долларов и был уделом только весьма обеспеченных людей и очень «крутых» контор.

Хотя, если вдуматься, то история жидкокристаллических дисплеев начитывает более ста лет. Нет, конечно, не самих устройств отображения визуальной информации с компьютера, а их основы – так называемых жидких кристаллов. Открыты они были, как это часто случается в науке, совершенно непреднамеренно.  

В 1888 г. австрийский ботаник Friedrich Reinitzer исследовал свойства бензоната холестерола. Он обнаружил, что при нагревании кристалл размягчался и в дальнейшем превращался в настоящую жидкость. Он поделился своим открытием с немецким физиком Otto Lehmann, который и обнаружил некоторые свойства кристаллов, особенно при их освещении. Отсюда и произошло название, данное Otto Lehmann, «жидкий кристалл».

Жидкие кристаллы представляют собой практически полностью прозрачные вещества, обладающие свойствами, присущими как жидкостям, так и твердым телам. Свет, проходя через жидкие кристаллы, приобретает поляризацию в соответствии с ориентацией молекул, что является свойством, присущим твердым веществам — кристаллам. А в 60-х годах XX века было обнаружено, что при приложении к жидким кристаллам электрического напряжения меняется ориентация молекул — типичное свойство жидкости. 

Как работает ЖК-монитор?

Свет от лампы подсветки первым делом проходит сквозь поляризующий фильтр, приобретая поляризацию. Дальше свет проходит через полупрозрачные управляющие электроды и доходит до слоя жидких кристаллов. Изменением управляющего напряжения поляризацию светового потока можно менять на величину от 0 до 90 градусов. После слоя жидких кристаллов расположены светофильтры и тут каждая точка окрашивается в нужный цвет – красный, зелёный или синий. Если посмотреть на экран без поляризующего светофильтра – мы не увидим цветовых различий, ведь наши глаза не умеют различать поляризацию света.

Вначале, матрицы, управляющие жидкими кристаллами, были «пассивными». Они могли управлять только всеми тремя базовыми пикселями вместе (красным, синим и зеленым). И лишь спустя какое-то время, технология производства ЖК-мониторов перешла к использованию ЖК-панелей с активной матрицей. В них каждый субпиксель управлялся отдельно. Это позволило увеличить количество оттенков, воспроизводимых монитором в десятки раз – до 16 с лишним миллионов. 

Технологии ЖК мониторов

TN+Film

Самая первая технология, по которой делаются активные ЖК-мониторы. Она отработана до тонкостей, поэтому себестоимость матриц получается наиболее низкой. Аббревиатура TN+Film расшифровывается как Twisted Nematic + Film. В обычном состоянии, при отсутствии управляющего напряжения, жидкие кристаллы в TN+Film находятся в скрученной фазе и субпиксель ярко горит. Чем больше приложенное к ячейке напряжение – тем больше распрямляются молекулы жидких кристаллов. При максимальном управляющем напряжении субпиксель будет затемнён до предела. У этой технологии есть несколько недостатков. Во-первых, каждый пиксель никогда не будет до конца темным и черный цвет получится неидеальным. Во-вторых, при сбое управления хоть одним субпикселем, на экране образуется светящаяся неприятная точка, а в-третьих, угол обзора, несмотря на специальную плёнку-покрытие, редко превышает 140-150 градусов.  

IPS

In-Plane Switching – это технология, разработанная Hitachi и NEC. Отличительная особенность состоит в том, что оба управляющих полупрозрачных электрода расположены в одной плоскости – только на нижней стороне ЖК-ячейки. Жидкие кристаллы располагаются иначе, чем в случае с TN+Film: в расслабленном состоянии они не пропускают свет. Чем больше управляющее напряжение – тем больше кристаллы закручивают поляризацию светового пучка. Кроме этого, IPS-матрицы имеют больший, чем у TN+Film, угол обзора. Но есть у этой технологии и значительный недостаток - большое время отклика субпикселей - до 50 мс.  

MVA

Запатентованная Fujitsu технология называется Multi-Domain Vertical Alignment. Молекулы жидких кристаллов ориентированы в вертикальном направлении (Vertical Alignment) и при отсутствии управляющего напряжения не меняют поляризации светового потока. В связи с особенностями конструкции (длинные, вертикально ориентированные цепочки кристаллов), при изменении угла обзора может сильно меняться светоотдача субпикселя (а следовательно – цвет результирующего пикселя). Поэтому каждый субпиксель разделён на несколько зон (Multi-Domain), каждая из которых оптимизирована для наилучшей светоотдачи в своём секторе обзора. Таким оригинальным образом была решена проблема сильно ограниченных углов обзора в исходной технологии VA.

MVA-матрицы обладают всеми плюсами технологии IPS (глубокий чёрный цвет фона, тёмный цвет битых пикселей, широкие углы обзора), но при этом имеют лучшую скорость реакции. Но существуют и недостатки – такая панель быстрее меняет резкие цветовые переходы, и гораздо медленнее – плавные. Существует особая разновидность данной технологии - PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung. На сегодняшний день MVA – это наиболее востребованная рынком технология.  

В чем преимущества TFT перед CRT?

Начнем с геометрии. Четкость и правильность изображения на ЖК мониторе гораздо выше, чем у обычного, электорнно-лучевого. У ЖК-мониторов геометрия идеальна за счёт технологии производства матрицы. У ЭЛТ с помощью имеющихся настроек можно добиться хорошей точности геометрических характеристик, но все равно, они будут несколько хуже, чем у ЖК монитора.

Далее взглянем на сведение. Под термином 'сведение' подразумевается схождение в одной точке трёх составляющих её компонент - красной, зелёной и синей (RGB). Белая точка на тёмном фоне экрана должна быть именно белой, а не распадаться на три разноцветные. Здесь опять же лидируют ЖК мониторы. Может быть и неверно говорить об идеальном сведении ЖК-мониторов. Просто в данном случае расстояния между субпикселями постоянны и достаточно малы, и главное, вам не нужно думать о настройке сведения у ЖК-матрицы и выбирать хорошо отрегулированный экземпляр (как в случае с ЭЛТ-мониторами). У ЭЛТ-мониторов гораздо труднее обеспечить равномерное, стабильное сведение по всей площади экрана, ведь это аналоговый прибор с тремя электронными пушками, разнесёнными в пространстве. Для получения хорошего сведения служат хитроумные схемы компенсации, подстройки, а также сложные конструкции отклоняющих систем.  

Немного о фокусировке. Хорошая фокусировка подразумевает минимальный размер отдельно взятого пикселя и чётко очерченные его края. Если монитор правильно сфокусирован, края мелких объектов будут резкими и чёткими, без излишней расплывчатости. У ЖК-матриц, в силу самого принципа их работы, фокусировка всегда идеальна: каждый пиксель (субпиксель) представляет собой ровный прямоугольник с чётко обозначенными границами. ЭЛТ-монитор может быть настроен до очень хороших показателей фокусировки, но это требует кропотливой юстировки и выбора удачного экземпляра кинескопа вместе с отклоняющей системой.

Но не везде ЖК монитор может быть лучше, чем ЭЛТ соперник. Больной для всех компьютерных дизайнеров вопрос – цветопередача. Правильная цветопередача подразумевает точность соответствия цвета, отображённого на мониторе, исходному цвету. Причём такая точность должна обеспечиваться во всём цветовом диапазоне, доступном монитору. В отличие от ЭЛТ-конкурентов, TFT-LCD могут отображать весьма ограниченное количество цветов, у них в большинстве случаев неудовлетворительная линейность передачи оттенков серого, и, что самое неприятное, цветопередача очень сильно меняется при отклонении наблюдателя вправо или влево.

Следующий неутешительный для ЖК мониторов пункт – поддержка различных разрешений. ЖК-мониторы конструктивно не приспособлены к поддержке разных разрешений – для отличных от родного разрешений применяются сложные алгоритмы аппроксимации или интерполяции. Хороший результат достигается только в физическом разрешении матрицы. ЭЛТ-мониторы, наоборот, отлично приспособлены к самым разнообразным графическим режимам, причём с уменьшением разрешения чёткость только возрастает.  

Но есть у жидкокристаллических мониторов еще несколько положительных сторон, взглянув на которые, от покупки может удержать только цена этих мониторов. Это и намного меньшие габариты (а значит и удобство в расположении на столе, и простота транспортировки), и заметно меньшее энергопотребление (а значит и экономия средств на электроэнергии), и меньший уровень вредных электромагнитных излучений, и более низкая чувствительность к магнитным полям.

Можно вспомнить и тот факт, что в последнее время характеристики ЖК мониторов значительно улучшились во всех слабых областях. Стали больше доступные для взгляда на монитор углы, контрастнее изображение, четче и реалистичней цветопередача, выше скорость отклика пикселей и, самое главное, доступнее цена.

Один раз завоевав свои позиции на рынке компьютерных мониторов, жидкокристаллические дисплеи не только не собираются с них отступать, но и вовсю занимают новые, отвоевывая свое место на рабочих столах и у корпоративных, и у домашних пользователей. 

Источник: Перепечатано с сайта Зудкова Александра