4 almindelige LCD-skærmtilstande: TN, IPS, VA, FFS

LCD-teknologi er baseret på dobbeltbrydningseffekten af flydende krystalmolekyler. Afhængigt af molekylets bevægelsestilstand er LCD-skærme kategoriseret i fire hovedtilstande:

TN (Twisted Nematic)

IPS (In-Plane Switching)

VA (Lodret justering)

FFS (Fringe Field Switching)

Kender du displayprincipperne og de vigtigste egenskaber? DOIT VISION vil guide dig i disse detaljer.

Relateret: Pris for opgradering af LCD-væg til LED- væg

4 almindelige LCD-displaytilstande:

TN-tilstand (Twisted Nematic)

TN er en etableret LCD-tilstand, der bruger et snoet flydende krystallag. Beskrivelser som "blød skærm" er uformelle og bør ikke behandles som mekaniske holdbarhedsvurderinger.

Visningsprincip:

Ingen spænding påført: Naturligt lys fra baggrundsbelysningen passerer gennem den nedre polarisator og bliver til lineært polariseret lys. Dette lys trænger ind i den flydende krystalcelle. På grund af justeringslagene (PI) på de indre overflader af de øvre og nedre glassubstrater vrider de flydende krystalmolekyler sig 90 grader fra bund til top.

Når det polariserede lys udbreder sig gennem cellen, roterer dets polarisationsretning synkront med molekylerne. Når dette polariserede lys når den øvre polarisator, har dets retning roteret 90 grader og er parallelt med den optiske akse for den øvre polarisator. Følgelig transmitteres lyset, og LCD-skærmen fremstår lysstærk (ON-tilstand).

Påført spænding (vertikalt elektrisk felt): Samspillet mellem den dielektriske anisotropi af de flydende krystaller og det påførte elektriske felt forstyrrer den snoede struktur. De flydende krystalmolekylers lange akser er justeret parallelt med det elektriske feltretning. Polarisationsretningen for det indkommende lineært polariserede lys roterer ikke længere. Når dette lys når den øvre polarisator, er dets polarisationsretning vinkelret på polarisatorens optiske akse, hvilket forhindrer lystransmission. Derfor fremstår LCD-skærmen mørk.

Kort sagt er TN-tilstandspaneler lyse (ON), når der ikke er spænding, og mørke (OFF), når der er spænding. Fordi skærmen normalt er lys uden spænding, kaldes det en normalt hvid (NW) tilstand.

Begrænsning af synsvinkel:

TN-tilstanden er afhængig af et lodret elektrisk felt, der får de flydende krystalmolekylers lange akser til at vippe lodret. Det skaber derfor betydelige forskelle i den optiske signalvejslængde, når den ses fra forskellige vinkler. Følgelig varierer skærmens udseende meget afhængigt af betragterens position, hvor det mest præcise billede kun ses direkte forfra. Selvom film til kompensation for betragtningsvinkel delvist kan afhjælpe dette problem, har TN-paneler altid en optimal betragtningsretning, typisk beskrevet som klokken 6- eller klokken 12-positionen.

Fordele:

Hurtig responstid: TN-design kan tilbyde hurtige overgange og forblive relevante, hvor bevægelsesydelse og omkostninger er prioriteter. Responsen afhænger af panel-, overgangs- og drevindstillingerne; det er ikke en direkte konsekvens af at have færre farveniveauer.

Lavere omkostninger: Fremstillingsprocessen er relativt enkel, moden og omkostningseffektiv. Derfor er TN velegnet til at prioritere omkostninger frem for den ultimative billedkvalitet.

Strømforbrug: Sammenlign den færdige skærm ved samme lysstyrke. Baggrundsbelysningens effektivitet, skærmstørrelse, opdateringshastighed og elektronik kan opveje enhver simpel strømforbrugsbedømmelse baseret på LCD-tilstand.

Ulemper:

Begrænsede betragtningsvinkler: TN-paneler lider af smalle betragtningsvinkler, især i lodret retning. Farveforskydninger, kontrastreduktion, lysstyrkeændringer og billedforvrængning er almindelige, når de ses uden for aksen.

Farvegengivelse: Nogle TN-paneler bruger 6-bit styring med temporal dithering til at repræsentere yderligere nuancer. Native 6-bit RGB har 262,144 kombinationer, men hele skærmen kan acceptere et 8-bit signal. Paneltilstand alene bestemmer ikke farvenøjagtighed, farveskala eller bitdybde; tjek disse separat.

Kontrastforhold: TN giver ofte mindre native kontraster end VA. Det faktiske forhold afhænger af panelet og måleforholdene. Sammenlign statisk kontrast separat fra påstande om dynamisk baggrundsbelysning, og inspicer sortniveauet i det tilsigtede rum.

Markedsposition:

TN er fortsat en mulighed i omkostningsfølsomme og hastighedsfokuserede applikationer. Dens begrænsninger uden for aksen kan gøre den mindre egnet til delt visning eller farvekritisk arbejde. Vælg ud fra aktuelle modelspecifikationer i stedet for at antage, at alle TN-produkter tilhører ét pris- eller kvalitetsniveau.

IPS-tilstand (In-Plane Switching)

IPS står for In-Plane Switching. Det roterer flydende krystal-direktøren stort set inden for substratets plan og bruges i vid udstrækning, hvor stabile off-axis-billeder er vigtige. Det uformelle udtryk "hard panel" fastslår ikke slagfasthed eller levetid. IPS har flere implementeringer, så kontrast, responstid og farvekapacitet skal stadig sammenlignes på modelniveau.

Visningsprincip:

Ingen spænding påført: Naturligt lys fra baggrundsbelysningen passerer gennem den nederste polarisator og bliver til lineært polariseret lys, der er justeret med polarisatorens akse. I fravær af spænding forbliver de flydende krystalmolekyler i deres oprindelige tilstand og roterer ikke lysets polarisationsplan. Når dette polariserede lys når den øvre polarisator, er dets polarisationsretning derfor vinkelret på den optiske akse for den øvre polarisator. Den øvre polarisator blokerer lyset, hvilket resulterer i, at LCD-skærmen fremstår mørk (SLUK-tilstand).

Påført spænding: Et elektrisk felt i planet roterer de flydende krystalmolekyler inden for substratplanet. Dette ændrer lagets optiske retardation og det lys, der transmitteres gennem polarisatorerne. Handlingen beskrives mere præcist på denne måde end som en fast 90-graders rotation af hver lysstråle.

Den skiftende retardation tillader forskellige mængder lys at passere gennem analysatoren. Ved at variere den påførte spænding regulerer IPS-paneler transmissionen for at producere gråniveauer; farvefiltre danner RGB-underpixelerne.

Kort sagt er IPS-paneler mørke (OFF), når der ikke er nogen spænding, og lyse (ON), når der er spænding. Fordi skærmen normalt er mørk uden spænding, kaldes det en normalt sort (NB) tilstand.

Synsvinkel ydeevne:

Den overvejende molekylære bevægelse i planet hjælper IPS med at opretholde mere ensartet farve og kontrast i skrå vinkler end mange TN-implementeringer. Ændringer uden for aksen kan stadig forekomme, især med mørkt indhold. En bred citeret vinkel er ikke en garanti for, at alle farver forbliver identiske i hele dette område.

Fordele:

Enestående betragtningsvinkler: IPS-paneler opretholder klare billeder og præcis farvegengivelse på tværs af brede betragtningsvinkler, både vandret og lodret.

Farvekapacitet: Et 8-bit RGB-signal har 256 værdier pr. kanal eller omkring 16.77 millioner kombinationer. IPS-paneler fås med forskellige native dybder og ditheringsmetoder. LCD-tilstanden hjælper med at forklare visningsadfærden, mens kalibrering, farveskala og signalbehandling bestemmer det faktiske farveresultat.

Kommerciel drift: Kontroller driftstimer, vejledning om statisk elektricitet, køling og garanti for det færdige display. Hverken IPS eller andre panelmærker garanterer levetid eller modstandsdygtighed over for fysisk skade. Dette er vigtigt for receptionsdisplays og overvågningsvægge, der bruges i lange perioder.

Ulemper:

Lavere native kontrastforhold: Mange IPS-paneler har lavere native kontrast end VA-design. Sammenlign målte modeldata; der findes ikke et enkelt kontrastforhold, der deles af alle IPS-paneler. Lokal dæmpning kan ændre hele skærmens adfærd uafhængigt af den underliggende LCD-tilstand.

IPS-glød og baggrundslysudslip: IPS-glød er en vinkelafhængig lysforøgelse, der er mest mærkbar i mørke scener. Baggrundslysudslip er uønsket lyslækage eller uensartethed og er et andet problem. Undersøg mørke billeder fra de planlagte sæder ved en realistisk lysstyrkeindstilling.

Højere omkostninger: På grund af mere komplekse fremstillingsprocesser har IPS-paneler typisk højere priser end TN-paneler.

VA-tilstand (lodret justering)

VA kan give stærk native kontraster, fordi dens vertikalt justerede off-state hjælper med at blokere lys mellem krydsede polarisatorer. Den bruger stadig justeringsstrukturer; dens kontrastfordel skyldes ikke manglende justeringslag. Den faktiske kontrast afhænger af cellen, de optiske film og det komplette baggrundsbelysningsdesign.

VA-paneler repræsenterer en anden vigtig mainstream-skærmteknologi. Den bruges primært i store fjernsyn og buede skærme. VA-kategorien kan yderligere opdeles i typer som MVA, PVA, PSVA og UV2A.

Visningsprincip:

Ingen spænding påført: I fravær af spænding justeres flydende krystalmolekyler lodret. Naturligt lys fra baggrundsbelysningen passerer gennem den nedre polarisator og bliver til lineært polariseret lys. På grund af den vertikale molekylære justering forbliver polarisationsretningen for dette lys uændret. Når det når den øvre polarisator, er dets polarisationsretning vinkelret på polarisatorens optiske akse, hvilket blokerer lystransmissionen. Derfor fremstår LCD-skærmen mørk (SLUK-tilstand).

Påført spænding: Det elektriske felt får molekylerne til at vippe væk fra deres oprindelige lodrette justering. Graden og retningen af ​​vipningen ændrer den optiske retardation og transmission gennem de krydsede polarisatorer. Molekylerne behøver ikke at blive helt vandrette, og hver driftstilstand svarer heller ikke til en fast 90-graders lysrotation.

Ændring af spændingen ændrer mængden af ​​transmitteret lys, hvilket producerer forskellige gråniveauer. Multidomænedesign arrangerer hældningsretningerne for at forbedre synsadfærden. Farvefiltre og styreelektronikken fuldender farvebilledet.

Kort sagt er VA-paneler mørke (OFF), når der ikke er nogen spænding, og lyse (ON), når der er spænding. Fordi displayet normalt er mørkt uden spænding, kaldes det en normalt sort (NB) tilstand.

Synsvinkel ydeevne:

VA-implementeringer kan bruge flere domæner til at afbalancere visningsadfærd i forskellige retninger. Deres antal og struktur varierer afhængigt af designet. Dette forbedrer ydeevnen sammenlignet med en simpel ordning med et enkelt domæne, men off-axis gamma- og farveskift skal stadig inspiceres i et bredt siddepladslayout.

Fordele:

Høj kontrastforhold: VA-design producerer ofte dybere sorte nuancer end konventionelle IPS- eller TN-skærme ved sammenlignelige indstillinger. Dette kan forbedre billeder i mørke rum. Kontroller den målte kontrast og den lyse scenes opførsel for den specifikke skærm i stedet for at anvende en universel tærskel på 3000:1.

Brede betragtningsvinkler: Selvom betragtningsvinklerne generelt er en smule smallere end IPS-panelers, tilbyder VA-teknologi stadig betydeligt bredere og mere stabile betragtningsvinkler end TN-paneler.

Farvegengivelse: VA-skærme kan tilbyde fyldige farver, men deres native bitdybde, farveskala og nøjagtighed er separate specifikationer. Ligesom med IPS leverer et 8-bit RGB-signal omkring 16.77 millioner kodekombinationer. Kontroller kalibrering og off-axis-farver samt det accepterede signalformat.

Ulemper:

Langsommere responstider: Sammenlignet med TN-paneler og nogle IPS-paneler med hurtig respons, udviser VA-paneler generelt langsommere pixelresponstider, især i overgange fra grå til grå. Dette kan føre til bevægelsessløring eller ghosting-artefakter i hurtigt bevægeligt indhold.

Strømforbrug: Strømforbruget for hele skærmen afhænger i høj grad af baggrundsbelysning, lysstyrke, areal og elektronik. Molekylær drivspænding alene er ikke et pålideligt grundlag for at vurdere energiforbruget for TN-, IPS- og VA-skærme.

Potentielle problemer med ensartethed: Det kan være udfordrende at opnå perfekt skærmensartethed med VA-paneler. Du kan støde på problemer som farveforskydning. Det er mere mærkbart sammenlignet med andre teknologier, især off-axis-paneler.

FFS-tilstand (skift af frynsefelt)

FFS, eller Fringe Field Switching, er udviklet fra familien af ​​in-plane LCD-metoder. I en typisk FFS-struktur er mønstrede elektroder og en underliggende fælles elektrode adskilt af et isolerende lag. Det resulterende fringefelt kan styre molekyler over elektroderne såvel som mellem dem, hvilket forbedrer udnyttelsen af ​​det tilgængelige pixelareal.

FFS er designet til at forbedre lystransmissionen, samtidig med at vidvinkelfunktionen bevares. Højere transmission kan hjælpe en skærm med at opnå en given luminans med mindre baggrundsbelysning, selvom den samlede effekt afhænger af det samlede produkt. FFS eliminerer ikke i sig selv mura eller garanterer perfekt ensartethed og farvenøjagtighed. Se E Inks tekniske redegørelse for FFS-udvikling.

Vigtigste forskel fra IPS:

I konventionel IPS roterer den påførte spænding primært flydende krystalmolekyler placeret mellem elektroderne. I FFS-tilstand roterer den påførte spænding flydende krystalmolekyler både mellem elektroderne OG direkte over elektroderne på grund af det genererede frynsefelt.

Fordele:

Højt transmittans-/blændeforhold: FFS bruger transparente elektroder, der maksimerer pixelblændeforholdet. Dette øger panelets transmittans betydeligt sammenlignet med standard IPS.

Brede betragtningsvinkler: Fringe-field-kontrol understøtter stabil off-axis-ydeevne. Sammenlign den faktiske implementering med andre vidvinkel-LCD-designs; FFS garanterer ikke en bredere brugbar vinkel end alle IPS-modeller.

Lavere strømforbrug: Den højere transmittans resulterer direkte i en lavere nødvendig baggrundsbelysningslysstyrke for at opnå den samme lysstyrke på skærmen, hvilket reducerer det samlede strømforbrug.

Ulemper:

Højere produktionsomkostninger: FFS-fremstilling involverer relativt komplekse processer, der kræver højpræcisionsudstyr og streng proceskontrol. Derfor er produktionsomkostningerne højere sammenlignet med grundlæggende IPS eller TN.

Afvejning af responstid: Selvom FFS-paneler udmærker sig ved transmittans og betragtningsvinkler, kan de nogle gange udvise lidt langsommere responstider end optimerede TN- eller nogle avancerede IPS-varianter. Dette kan påvirke klarheden af ​​billeder med hurtig bevægelse og potentielt forårsage subtil bevægelsessløring.

Sammenfattende sammenligning af TN, IPS, VA og FFS

Tabellen beskriver almindelige tendenser, ikke garanterede specifikationer. Normalt henviser hvid eller sort til de forenklede konstruktioner, der er forklaret ovenfor; optiske varianter findes.

Rul vandret for at se alle kolonner på en lille skærm.

konklusion:

TN, IPS, VA og FFS beskriver, hvordan en LCD modulerer baggrundsbelysning. Vælg mellem dem ved hjælp af visningsgeometri, kontrast, bevægelse og farvekrav. Når et projekt vokser til en væg med flere paneler, skal du også sammenligne rammens synlighed, den samlede lærredsstørrelse, serviceadgang og indholdsopløsning. Det er disse systemspørgsmål, der viser, hvordan et direkte LED-alternativ bliver relevant.

Hvornår skal man sammenligne en LCD-vægbelysning med en LED-belysning med direkte visning?

De fire LCD-tilstande forklarer panelets adfærd; de bestemmer ikke i sig selv den bedste teknologi til en hel væg. For en større installation skal du sammenligne afbrydelser i rammen, den nærmeste synsafstand, læsbarheden af ​​lille tekst, det samlede antal pixels og adgang til vedligeholdelse. En enkelt LCD og en modulær LED-væg løser forskellige størrelses- og installationsproblemer.

Med LED skal pixelafstand og modullayout matches med det fysiske lærred og indholdet. Med en LCD-væg skal der tages højde for panelkanter og det resulterende indholdslayout. I begge tilfælde skal lysstyrke, refleksioner og visning uden for aksen i det virkelige rum evalueres.

Brug LED-videovægguiden til at gennemgå systemvalget og omkostningsguiden til LCD-til-LED-opgradering til at organisere budgettet. Medbring eksisterende paneldimensioner, kildeopløsning og et foto af stedet til en projektdiskussion.