ЖК-дисплеи: IPS, VA или TN-матрицы - Разбор

Мы каждый день пялимся в экраны. Все они вроде состоят из одинаковых цветных пикселей, но почему тогда на разных дисплеях разное качество изображении. От чего это зависит?

Посмотрим на экран телевизора под микроскопом. Мы увидим структуру цветных пикселей. В этом и есть весь секрет! Сегодня мы разбираемся: какие типы ЖК или LCD матриц существуют, как они устроены, какие у них особенности и бонусы. И какую лучше выбрать для телевизора себе домой! И зачем телевизору мощный процессор

Спойлер: Это будет телевизор Philips, но не переживайте, материал в первую очередь про технологии.

Принцип работы ЖК

Мы знаем, что изображение на экране телевизора состоит из пикселей. Но из чего состоят сами пиксели? Это очень интересно. Смотрите!

Если посмотреть на пиксель спереди, мы увидим 3 цветных субпикселя: красный, зеленый и синий. На самом деле это просто цветовые фильтры, и они сами не светятся, а только окрашивают свет. Сзади пикселя находится подсветка. Она равномерно подсвечивает все пиксели. По крайней мере, хорошая подсветка делает это равномерно.

Но если одинаково подсветить красный, зеленый и синий субпиксели. Цвета смешаются в одинаковой пропорции и мы получим просто белый цвет. А нам нужны миллионы разных оттенков. Как же их получить?

Во-первых, нужно научиться полностью блокировать свет в каждом субпикселе. Как думаете это делается? При помощи какой-то шторки, которая опускается и поднимается? Нет, гораздо круче!

В дело вступают поляризационные фильтры. В пикселе их сразу два, они стоят друг за другом. Сначала идёт вертикальный фильтр, а потом горизонтальный. Проходя через первый фильтр свет как бы сплющивается в вертикальном направлении и становится поляризованным в одной плоскости.

А вертикально поляризованный свет уже не может пройти через горизонтальный фильтр! Профит! Мы блокировали подсветку. Но как теперь её разблокировать?

Вот как раз для этого и нужен слой с жидкими кристаллами, давшими название всей технологии. Он расположен в самом центре пикселя, как в сэндвиче: между двумя поляризационными фильтрами. Под воздействием тока кристаллы поворачиваются и вместе с собой поворачивают свет. И помогают ему пройти в нужном количестве.

То есть основная задача жидких кристаллов управлять интенсивностью света. Все ЖК-матрицы работают по этому принципу, но реализаций его масса. Отсюда разные типы матриц: IPS, TN и VA.

TN-матрица

Самые дешевые матрицы — TN. В них жидкие кристаллы закручены в спираль, проводящую свет от вертикального к горизонтальному поляризационному фильтру. Поэтому они и называются Twisted Nematic, то есть скрученный нематический кристалл.

Такие кристаллы могут работать всего в двух состояниях:

Скрученное состояние — это когда проходит 100% света
Хаотичное — когда свет не проходит.

Соответственно, такие матрицы способны передавать лишь очень ограниченное количество цветов. Всего 6 бит на канал, т.е. 262 144 оттенков цвета. Считается как 2 в шестой степени на красный, зелёный и синий каналы цвета.

А еще из-за такой структуры у экранов ужасные углы обзора, в особенности по вертикали. Поэтому такие матрицы в телевизорах практически не используются. Зато они используются в игровых мониторах — потому что быстрые. Помните? Всего два положения в кристалле (вкл/выкл), поэтому и быстрые.

Двигаемся дальше. В телевизорах чаще всего встречаются матрицы типа VA и IPS. Про OLED сегодня не говорим, там вообще другой принцип работы, да и эти матрасы очень дорогие. Поэтому сегодня только ЖК. Начнём с IPS.

IPS-матрицы

IPS расшифровывается как In-Plane Switching или планарное переключение. В таких матрицах кристаллы не скручиваются относительно друг-друга. Они всегда выстроены в одну линию. По умолчанию, они стоят в горизонтальном положении и не пропускают свет.

В отличие от TN в IPS можно регулировать угол поворота кристалла и менять количество пропускаемого света. А это значит, что можно плавно регулировать яркость каждого пикселя.

Поэтому такие матрицы отлично калибруются и способны передавать до 10 Бит на канал. А этому уже больше 1 млрд. цветов — 1,07 млрд, если быть точным.

Также при такой компоновке свет лучше рассеивается, и это сильно увеличивает угол обзора. Поэтому IPS-матрицы так уважают профессионалы, работающие с цветом.

Как правило на макрофотографии IPS-матриц структура выгляди необычно — пиксели расположены под углом друг к другу и выглядит всё это как стрелочки. Хотя бывают и исключения в виде вот таких PLS, который тоже относятся к IPS-подобным.

Но есть у IPS и серьезные недостатки. Во-первых, время отклика. На первых IPS-панелях оно было 50 мс. Сейчас рекорд 4 мс, но это на самых дорогих панелях. В TN-матрицах, для примера — всего 1 мс.

Потом в таких матрицах расстояние между кристаллами достаточно высокое, а значит и подсветку они блокируют не очень эффективно. Из-за этого появляются засветы и вообще уровень черного света оставляет желать лучшего. В IPS-матрицах черный экран — это скорее загадочная синеватая дымка.

И если на мелких экранах смартфонов, это не так заметно. Хотя… по мне так очень заметно, спасибо — iPhone SE! То на большой диагонали в 40-50 дюймов проблема уже явно бросается в глаза. Поэтому для телевизоров очень часто выбор падает в пользу другого типа матриц. А именно VA.

VA-матрицы

Кристаллы в VA-матрицах, если смотреть на них в разрезе сбоку расположены по вертикали, поэтому VA означает Vertical Alignment.

А вот по отношению к поляризационным фильтрам жидкие кристаллы расположены перпендикулярно по отношению к фильтрам. В таком положении свет без затруднений через них проходит. Поэтому по глубине черного цвета и уровню контрастности VA-матрицы опережают IPS в 3 или даже в 5 раз. Это колоссальная разница, поверьте.

Но из-за вертикального расположения кристаллов страдают углы обзора по горизонтали. Если в IPS-матрицах угол обзора где-то 178 градусов, в VA этот показатель 160.

Второй недостаток VA-матриц. В отличие от IPS в VA нельзя плавно регулировать угол наклона кристалла, а значит нельзя плавно регулировать яркость каждого субпикселя. Поэтому качество цветопередачи тут не такое хорошее, как в IPS матрицах.

Но и не всё так плохо. Современные VA-матрицы — мультидоменные. Это значит, что в одном субпикселе есть несколько блоков с жидкими кристаллами, которыми можно управлять отдельно. А значит у каждого субпикселя есть несколько ступеней яркости. Это хорошо видно по фотографиям VA-матриц.

Поэтому современные VA спокойно выдают 8-битный цвет. А с использованием технологии FRC (Frame rate control), то есть быстрого мигания пикселя, получается добиться почти честного 10-битного изображения.

Подсветка

Как-то сложновато? Сейчас запутаем еще больше.

На качество изображения естественно влияет не только качество матрицы. Следующий важный момент — это подсветка.

Она бывает двух типов Direct-LED — это когда LED-лампочки расположены по всей площади задней стенки.

И второй тип Edge-LED — когда свет идет с какой-то одной стороны, как правило снизу, а весь экран освещается за счёт рассеивающего фильтра.

Естественно Direct-LED позволяет сделать подсветку однороднее. Но самое главное Direct-LED позволяет реализовать функцию Local Dimming, т.е. локальное отключение подсветки в темных областях кадра. Что сильно повышает контрастность увеличивает динамический диапазон. А значит позволяет смотреть HDR-контент.

На IPS-матрицах эффект от локального затемнения менее выражен, поэтому чаще телики идут в паре с Edge-LED подсветкой.

А вот сочетание хорошей VA-матрицы и правильной подсветки дают отличный результат. Чтобы вы понимали, если это не OLED, в премиальном телевизоре, как правило будет установлена именно VA-матрица.

При этом VA — недорогая технология, поэтому и в среднем ценовом сегменте тоже можно найти хороший вариант.

Philips 55PUS7303

Например, по нашей просьбе Philips прислал модель 55PUS7303. Почему мы попросили именно её? Тут есть три примечательные вещи:

1. В дополнение к VA-матрице и Direct-LED подсветке, здесь используется технология Micro Dimming Pro. Она сочетает в себе 300 физических зон локального затемнения подсветки и 6400 программных зон, которые подстраивают яркость и контрастность изображения в зависимости от сцены и освещенности в комнате.

Поэтому на практике получаем очень сочную контрастную картинку без видимого глоу-эффекта от подсветки.

Кстати, большую роль в качестве картинки тут играет процессор Philips P5. Он в реальном времени анализирует изображение и всячески его прокачивает: апскейлит, дорисовывает кадры, если надо, регулирует контрастность и прочее. В телевизорах процессоры реально решают.

2. Так как это Philips, кайфа доставляет технология Ambilight. С этой штукой вообще надо быть осторожным. Один раз купите Philips, возможно, обратной дороги не будет. С Ambilight любой контент выглядит объемнее, эффектнее и ночью меньше глаза устают!

3. Наше любимое — телевизор работает на Android TV, поэтому если вы хотите иметь выбор какой контент смотреть и любите всё настроить под себя — в этом плане вне конкуренции.

Отличаем VA от IPS

Вернёмся к матрицам. При выборе телевизора стоит учитывать один большой нюанс. Тип матрицы в телевизорах очень часто варьируется от партии к партии. И поэтому в магазине могут не знать какая матрица стоит конкретно в этом экземпляре.

Данная модель телевизора Philips 55PUS7303 есть в трёх диагоналях — 50, 55 и 65 дюймов. В этих размерах чаще всего устанавливают VA-матрицы. А вот в моделях с диагоналями поменьше уже чаще попадается IPS.

Пока вживую не посмотришь на конкретный экземпляр, наверняка не скажешь какая матрица установлена. Поэтому делимся с вами несколькими лайфхаками, как быстро отличить VA от IPS.

Проверяем углы обзора. При взгляде сбоку VA-матрицы бледнеют больше чем IPS. Но это ненадежный способ, т.к. современные VA-матрицы выцветают не так уж сильно. Поэтому предлагаем ещё один.

Если несильно провести пальцем по VA панели останется явный шлейф от пикселей. На IPS такого эффекта не бывает. Только не нужно сильно давить — совсем легонько.
Ну и конечно, можно проверить уровни черного. На IPS черный цвет синит и не черный вовсе.

А самые харкорные ребята могут посмотрет структуру пикселей если запастись макрообъективом или лупой.

ЖК или LCD-дисплеи: IPS, VA или TN-матрицы. РАЗБОР