IPS. Технология визуального совершенства

30.06.2013, 23:10

Шрифт: A- A+

Редактировать статью

Продвинутый покупатель, выбирая новое устройство в онлайн-каталоге магазина электроники, тщательно изучает все спецификации и функции, обращая свое внимание в первую очередь на характеристики дисплея. Дисплей устройства – это, в сущности, важнейший компонент  в любой мобильной или стационарной системе, поскольку именно на него обращен наш взгляд практически все время нашей работы с устройством.

Сегодня в перечне спецификаций мониторов, ноутбуков, планшетов и смартфонов в графе «Дисплей» очень часто встречается аббревиатура IPS. Многие знают, что все современные дисплеи основаны на технологии «жидких кристаллов» - отсюда и общее название жидкокристаллических дисплеев: LCD. Некоторые осведомлены о том, что существует несколько типов TFT LCD-матриц. Попробуем разобраться в том, что из себя представляет стремительно набирающий – а в отдельных сегментах уже набравший – популярность вид LCD-дисплеев, именуемый IPS.

Технология IPS, что расшифровывается как In-plane switching (то есть «переключение в одной плоскости»), была создана компанией Hitachi в далеком 1996 году, когда и «обычные» Twisted Nematic-или TN-матрицы для многих оставались предметом мечтаний. Впрочем, уже тогда как минимум два недостатка TN-матриц указывали на их несовершенство: это сравнительно небольшие углы обзора и не самая точная цветопередача.

Термин «In-plane switching» происходит от главного отличия IPS-матриц: кристаллы в ячейках матрицы всегда находятся в одной плоскости и расположены параллельно плоскости матрицы. Когда к ячейке прикладывается электрическое напряжение, кристаллы начинают свое движение, поворачиваясь вдоль вертикальной оси почти на 90 градусов.

Любопытной особенностью IPS-матриц является организация подсветки: матрица пропускает свет, исходящий от размещающихся под ней светодиодов, в активном состоянии, но полностью перекрывает ему путь в пассивном состоянии (когда электрическое напряжение отсутствует). Таким образом, если транзистор, управляющий работой ячейки, выходит из строя, соответствующий пиксель навсегда останется черным, тогда как в TN-матрицах «битые» пиксели иногда ярко светятся и хорошо заметны на темном фоне.

IPS-матрицы отличаются от TN-панелей не только структурой кристаллов, но и расположением электродов: оба электрода (компоненты транзисторов) находятся на одной подложке и занимают больше места, чем электроды в TN-матрицах. Это приводит к некоторому снижению контраста и яркости матрицы. Однако со времени появления IPS-технологии разными компаниями были разработано множество более совершенных видов IPS-матриц, каждый из которых в чем-то превосходит оригинальные панели.

 

Super-IPS (S-IPS)

IPS-технология дала начало ее усовершенствованной версии Super-IPS наряду с нишевыми, редко встречающимися на массовом рынке продуктами вроде Dual Domain IPS (DD-IPS) и Advanced Coplanar Electrode (ACE). Производство дисплеев на базе последнего варианта (ACE) было заморожено Samsung, видимо, в силу перехода компании на более перспективную технологию PLS. DD-IPS же от компании IDTech дороги в производстве, хотя и заложены в основу некоторых дисплеев с высоким разрешением.  

Структура пикселей в S-IPS матрице

Структура пикселей в S-IPS матрице

Компании NEC принадлежат бренды A-SFT, A-AFT, SA-SFT и SA-AFT, но на деле эти технологии можно рассматривать как слегка улучшенные варианты Super-IPS. Но основная доля производства Super-IPS панелей приходится на компанию LG.Display, которая приложила много усилий для развития IPS.

В частности, для того чтобы устранить мелкие искажения при цветопередаче, связанные с тем, что кристаллы фактически не разворачиваются на 90 градусов, оригинальную матрицу IPS «разделили» на чередующиеся области, в которых линии ориентации кристаллов перекрещиваются и взаимно нивелируют «ошибки» каждой из двух соседних областей. Эта технологию назвали «мульти-доменным» выравниванием жидких кристаллов (“multi-domain” liquid crystal alignment).

Панели на основе S-IPS получили широкое признание, и на массовый рынок поступили в продажу не слишком дорогие дисплеи с диагональю от 19" до 30". Со временем инженерам удалось решить и проблему, касающуюся неудовлетворительно высокого значения времени отклика для первых IPS-матриц: изначально переход от черного к белому и затем обратно к черному (Black-White-Black, BWB) занимал 60 миллисекунд, а от серого к серому (Grey-to-Grey, GTG) – и того более.

Скорость реакции значительно повысили, снизив время отклика до 16 миллисекунд. А некоторые из старых S-IPS даже осуществляли переход от черного цвета к серому за время, сопоставимое с тем, что требуется TN-панелям (без включенного режима overdrive). В современных Super-IPS дисплеях, так же, как и в TN-панелях, присутствует режим «разгона» - так называемый Overdrive Mode, который в спецификациях LG.Display  упоминается как ODC - Over Driving Circuitry. Теперь по времени отклика S-IPS панели практически догнали своих TN-соперников.

S-IPS в сравнении с H-IPS

S-IPS в сравнении с H-IPS

Хорошая цветопередача и большие углы обзора всегда были сильными сторонами технологии IPS. Точность передачи цвета даже в не самых дорогих моделях мониторов позволяет сравнивать их с полупрофессиональными дисплеями на базе VA-матриц (VA означает Vertical Alignment, то есть «вертикальное выравнивание» жидких кристаллов, характерное для MVA- и PVA-матриц). Помимо этого, IPS-панели лишены эффекта «контрастного сдвига»,  заключающегося в изменении контраста, которое проявляет себя, когда взгляд пользователя, сидящего прямо напротив центра дисплея, смещается к сторонам экрана.

В последние годы многие модели мониторов и ноутбуков, предназначенные для профессиональной работы с изображениями – главным образом, фотографиями – начали оснащать IPS-матрицами. Впрочем, S-IPS панели передают черный цвет слегка неточно, что заметно, если посмотреть на дисплей под большим углом: в таком случае черный цвет «уходит» в сторону фиолетовых оттенков. Для устранения этого эффекта в некоторых мониторах применяют поляризатор A-TW («Advanced True Wide»).

А вот с абсолютными значениями контраста у IPS-панелей наблюдаются некоторые, скажем так, затруднения. S-IPS матрицы, особенно в ранних типах дисплеев, не были способны воспроизводить черный цвет таким, каким он есть на самом деле: вместо глубокого черного пользователь видел темно-серый цвет. Эта «погрешность» хорошо различима в условиях недостаточной внешней освещенности. Однако в современных S-IPS матрицах значения контрастности заметно увеличились, хотя и до сих пор являются предметом спора при сопоставлении S-IPS панелей с VA-дисплеями.

 

Enhanced Super-IPS и Advanced Super-IPS

Иногда в описании дисплея можно увидеть обозначения E-IPS и AS-IPS. E-IPS – это «улучшенная» версия технологии Super-IPS, предложенная LG.Display. Улучшения касаются скорости реакции S-IPS панелей, а также их контрастности. Применив технологию компенсации времени отклика ODC (Overdrive Circuitry, «овердрайв») и добавив функцию динамической контрастности (автоматическую регулировку контраста в зависимости от характеристик быстро меняющегося изображения), LG.Display присвоила новому подвиду своих S-IPS дисплеев обозначение «Enhanced IPS» - которое не стоит путать с e-IPS, еще одним вариантом IPS-матриц.

Время отклика пикселей, необходимое для перехода от серого к серому (G2G) сократилось до 5 миллисекунд, а динамическая контрастность составила 1600:1. Углы обзора в E-IPS матрицах по вертикали и по горизонтали сохранили свои значения (178 градусов), при этом при взгляде на дисплей под углом смещение цветовых оттенков едва заметно. Что касается AS-IPS матриц, это бренд, использовавшийся NEC для собственного варианта «продвинутой» S-IPS.

 

Horizontal-IPS, H-IPS

Продолжая улучшать IPS-технологию, LG.Display внесли изменения в структуру пикселей, в результате чего появилась модификация «Horizontal-IPS», H-IPS. Чтобы снизить утечку светового излучения, уменьшили ширину электродов, что в итоге привело к изменению и самого вида пикселя. В H-IPS матрицах пиксели состоят из ровных вытянутых вертикальных субпикселей – в отличие от S-IPS панелей, в которых субпиксели имеют стреловидную форму. Почему же технология названа «горизонтальной»? По-видимому, все дело в почти горизонтальной ориентации элементов, из которых складываются субпиксели – в S-IPS эти элементы развернуты в сторону вертикальной оси.

Структура пикселей в H-IPS матрице

Структура пикселей в H-IPS матрице

На практике H-IPS панели обладают слегка увеличенным значением контрастности и более естественной цветопередачей. При взгляде на H-IPS матрицу под большими углами черный цвет переходит не в фиолетовый, а в белое свечение. В некоторых дисплеях на H-IPS матрицах также применяется поляризатор A-TW для придания черному цвету глубины на больших углах обзора.

Внимательное изучение множества современных IPS-панелей показывает, что H-IPS технология сейчас широко распространена даже не смотря на то, что не все производители в спецификациях дисплеев прямо отмечают ее использование. Так, LG.Display не указывает разновидность IPS-версий для моделей, основанных на H-IPS, тогда как NEC ссылается на нее в описаниях к своим матрицам.

 

e-IPS

К концу 2000-х LG.Display представила новое поколение H-IPS панелей, получивших обозначение e-IPS. Разработчики этой версии IPS упростили структуру субпикселей и повысили прозрачность матрицы. Таким образом им удалось снизить стоимость производства матриц, чтобы успешнее конкурировать с панелями на основе TN Film и cPVA от Samsung.

Поскольку прозрачность матрицы увеличена, требуется меньше света для достижения определенных показателей яркости, а значит и установка менее мощной подсветки. Себестоимость e-IPS панелей оказалась значительно меньше по сравнению с S-/H-IPS дисплеями.

Впрочем, e-IPS матрицы обладают не только меньшей стоимостью, но и более скромными углами обзора, сильнее теряя контраст и глубину черного цвета при взгляде под большими углами. Некоторые e-IPS матрицы имеют меньшую битность субпикселей в сравнении с VA-дисплеями: 6bit против 8 bit, поэтому для достижения передачи полного цветового спектра в них задействована интерполяция, что слегка сказывается на «сочности» изображения, или технология AFRC. Похоже, что «e» в e-IPS стоит читать как «economic», то есть e-IPS – это экономичные панели.

 

UH-IPS/H2-IPS и S-IPS II

UH-IPS и H2-IPS матрицы представляют собой, в сущности, обновленные версии H-IPS панелей. Заявляется, что данные технологии позволяют снизить потребление энергии для подсветки дисплеев. В частности, в спецификациях к UH-IPS панелям указывается, что в новых матрицах уменьшено расстояние между субпикселями. Это и позволяет UH-IPS дисплеям демонстрировать большую яркость и контрастность одновременно с высокой энерго-эффективностью.

Некоторые производители дисплеев, создавая новое поколение IPS-мониторов, пошли еще дальше, увеличивая значения яркости и контраста и снижая энергопотребление по сравнению c UH-IPS. В S-IPS матрицах «второго поколения» вернулись к стреловидной структуре пикселей – вместо применявшейся в H-IPS вертикальной схемы.

Performance IPS (p-IPS)

NEC Display Solutions, совершенствуя H-IPS технологию, вывели на рынок новый тип IPS-дисплеев – серию Performance IPS-моделей с диагоналями от 24 до 30 дюймов. Новая линейка мониторов оказалась примечательна повышенной битностью цветовых каналов: 10-битные панели отображают палитру, состоящую из миллиарда цветов («1.07 billion colour palette»). Правда, высокая битность достигается путем применения технологии AFRC (Advanced Frame-rate Control, продвинутое управление количеством кадров в секудну): так 16.7 миллиона цветов, стандартные для всех 8-битных дисплеев, «превращаются» в миллиард.

 

Технология Samsung PLS

Samsung  в своих многочисленных продуктах, как известно, использует разные типы матриц: здесь встречаются и традиционные TN-панели, и более дорогие PVA-матрицы. Однако в последнее время у всех на слуху эксклюзивная технология от Samsung – PLS/Super PLS.PLS, или Plane-to-Line Switching, стала ответом компании на распространение доступных дисплеев на основе e-IPS матриц, которые стремительно осваивались производителями дисплеев вроде Dell и LG.Display.

Дисплеи планшетов Samsung Galaxy Tab основаны на эксклюзивной технологии Samsung PLS

Дисплеи планшетов Samsung Galaxy Tab основаны на эксклюзивной технологии Samsung PLS

PLS вызвала необычайное удивление у специалистов, поскольку не являлась усовершенствованной версией проприетарной технологии Samsung, основанной на PVA. Вопреки ожиданиям, в PLS матрицах угадывались черты IPS-панелей, которые, как мы теперь знаем, были главным направлением производства дисплеев у конкурента Samsung – компании LG. PLS-матрицы первоначально устанавливались в планшеты и смартфоны, однако позже Samsung решила использовать эту технологию в мониторах SyncMaster восьмой серии (в частности, SyncMaster SA880).

Субпиксели в e-IPS матрице

Субпиксели в e-IPS матрице

Если посмотреть на увеличенные изображения e-IPS и PLS панелей, в первую очередь, можно выделить визуальное сходство субпикселей, образующих пиксели каждого из этих двух типов матриц. Субпиксели в e-IPS матрице имеют вытянутую, прямоугольную форму и сохраняют почти цельную структуру при регулировке яркости.

Субпиксели в PVA-матрице

Субпиксели в PVA-матрице

В PVA-матрицах  при снижении уровня яркости субпиксели как бы «распадаются» на две части - в e-IPS же заметна лишь тонкая разделительная линия посередине. Почти так же выглядят и субпиксели в PLS-матрице, однако они не сегментированы по диагонали и расположены ближе друг к другу – похоже, что именно уменьшение зазоров между субпикселями в PLS-матрицах позволило увеличить максимальную яркость PLS-дисплеев.

Субпиксели в PLS-матрице

Субпиксели в PLS-матрице

PLS-матрицы унаследовали от оригинальной IPS-технологии высокие углы обзора – до 178 градусов как по горизонтали, так и по вертикали. При этом черный цвет при взгляде на дисплей под большими углами выглядит более естественным, другими словами PLS-матрице удается лучше передать его глубину по сравнению с e-IPS. Цветопередача в целом соответствует возможностям lPS-матриц, а для тех дисплеев, в которых присутствует так называемая «белая» LED-подсветка (white-LED backlight), Samsung даже заявляет полных охват цветового пространства sRGB.

Кроме того, PLS-матрицы подобно своим IPS-«сестрам» лишены эффекта «тонального сдвига», то есть искажения цветов, проявляющегося при взгляде на цветное изображение под большими углами. PSL-матрицы привлекают к себе внимание и более высокой – если проводить сравнение с IPS-панелями –яркостью.

PLS-дисплеи (как в планшете Galaxy Tab слева) отличаются более высоким значением яркости

PLS-дисплеи (как в планшете Galaxy Tab слева) отличаются более высоким значением яркости

Однако если в «обычных» IPS-дисплеев высокие значения яркости и широкие углы обзора – вещи трудно совместимые, то PLS, как видится, сочетает в себе оба этих свойства, представляясь комбинацией возможностей «S-IPS» и ее «яркого», но хуже передающего цвета под углом варианта - «I-IPS». К тому же, время отклика PLS-панелей не отличается значительным образом от скорости реакции e-IPS матриц с «овердрайвом» (RTC).

Тем не менее, PLS-матрицы имеют и недостатки. Если контрастность PVA-дисплеев обычно находится на уровне значения 1000:1, то в случае с PLS оно не превышает 600:1 – контрастность IPS-матриц в зависимости от их типа варьируется от 600:1 до 700:1. Низкая контрастность выливается в обилие различимого в темноте «подсвечивания» темных областей изображения, со смещением черного цвета в сторону темно-серых оттенков.

Изображения к материалу:

Чтобы написать здесь комментарий необходимо

КОММЕНТАРИИ: 0 СВЕРНУТЬ


    Нет комментариев. Ваш будет первым!




Система Orphus