Tft lcd дисплей что это
TFT — экран, созданный на основе жидких кристаллов и под управлением тонкопленочных транзисторов
Что такое TFT дисплей
TFT дисплей – это экран, созданный на основе жидких кристаллов и под управлением тонкопленочных транзисторов. Подобные дисплеи задействуются в самых разных устройствах для отображения текста и изображений. Их можно встретить в компьютерах, ноутбуках, смартфонах, электронных книгах и других девайсах.
TFT расшифровывается, как Thin Film Transistor. С английского языка это переводится, как тонкопленочный транзистор.
В начале в продаже можно было встретить дисплеи с пассивной матрицей. Их работа была более медлительная, частота обновления была низкой, а также отмечалось появление мерцания на экране. Всему виной были физические параметры пикселей. Зато потом появились экраны с активной матрицей. Скорость обновления дисплея была увеличена и пропало мерцание. Это стало доступно благодаря специальному транзистору, сохраняющему значение в двоичном коде. Поэтому значение пикселя сохраняется прямо до того, как происходит смена сигнала.
Принципы работы
Тип матрицы TFT в настоящее время можно найти во многих мониторах, которые являются жидкокристаллическими. В основе технологии лежит использование тонкопленочного транзистора. Более того, каждый пиксель получает до четырех транзисторов. И все это благодаря активной матричной технологии.
Современные мониторы работают по определенной схеме. Она заключается в том, что каждый пиксель имеет в себе базовые цвета – красный, синий и зеленый. Исходя из них появляются уже остальные цвета. Так, в каждом пикселе есть три ячейки света, к которым подключен отдельный транзистор. Благодаря ему сообщается, какие цвета необходимо передавать. В совокупности данные пиксели и обеспечивают появление изображения на экране. Эта схема также называется RGB.
Устройство TFT дисплея
Конструкция ЖК-дисплея представлена следующим образом. Слои накладываются друг на друга, поэтому его часто сравнивают с сэндвичем. Его основная часть состоит из:
Сама жидкокристаллическая матрица включает в себя:
Свет в ЖК-дисплеях обеспечивается светодиодами или флуоресцентными лампами.
История создания TFT дисплея
Жидкие кристаллы были открыты еще тогда, когда никто не знал о мониторах. Они связаны с несколькими известными личностями, о которых знают во всем мире. Все началось с открытия жидких кристаллов ботаником из Австрии Фридрихом Райнитцером. Это произошло в 1888 году, когда он исследовал холестерины в растении. Путем опытов удалось получить вещество, обладающее кристаллической структурой. Также оно имело особенность при нагреве вести себя необычным образом. Когда температура достигала 145.5 градусов, то с веществом начинало происходить следующее. Оно становилось мутным и текло, кристаллическая структура сохранялась до 178.5 градусов. Только после этой отметки оно становилось жидким. Австрийский ботаник поспешил поделиться своим открытием с Отто Леманном, немецким физиком. Он тоже смог внести свой вклад в открытие. Необычная жидкость касательно оптических и электромагнитных свойств вела себя словно кристалл. Благодаря физику из Германии и появилось название жидкий кристалл, которое уже знакомо многим. Под ним понимают переходное состояние между твердым и изотропным жидким касательно вещества. Им сохраняется кристаллический порядок расположения молекул.
Также к истории стоит отнести фамилию русского физика Всеволода Константиновича Фредерикса. Он в 1927 году произвел открытие под названием «Переход Фредерикса». Со временем переход стал активно задействоваться в дисплеях жидкокристаллического типа. Далее изучение данного вопроса продолжалось. Компания RCA занималась электрооптическими эффектами в жидких кристаллах. Материалы из них уже тогда рассматривались для устройств, необходимых для отображения. С именем Джорджа Хейлмейера связано появление самого первого жидкокристаллического дисплея в 1964 году. Затем компании RCA удалось показать свой новый продукт. В 1968 году можно считать моментом выхода жидкокристаллического монохромного экрана. Далее марка «Шарп» создала калькулятор с ЖК дисплеем. После этого такие экраны уже можно было встретить в измерительных устройствах, калькуляторах и часах электронного типа.
Первое упоминание TN-effect – нематического эффекта относится к 1970 году. Его запатентовала швейцарская компания Хоффманн – ЛяРош. Далее уже в следующем году был получен патент аналогичного типа в США. Джеймсом Фергюсоном и компанией ILIXCO был выпущены LCD, созданные на основе TN-эффекта. Эта технология пригодилась для создания калькуляторов и электронных часов. Однако для больших экранов она еще не подходила. 1983 год был ознаменован важным событием. Швейцарские специалисты создали нематический материал нового типа для ЖК-экранов с пассивной матрицей. Он назывался STN, но еще имел свои недостатки. Работники компании «Шарп» для решения этого вопроса решили создать конструкцию Doudle STN, а в 1987 году ими был выпущен самый первый цветной 3-дюймовый жидкокристаллический экран. И через год ими же был представлен дисплей TFT LCD с диагональю в 14 дюймов.
Другие компании также занимались выпуск устройств с ЖК-экранами. Так, Casio в 1983 имела свой телевизор черно-белого типа с данной технологией, а затем могла похвастать цветным телевизором с ЖК-экраном портативного типа и видеокамеру с ЖК-экраном. В 90-х годах немало компаний начали разрабатывать варианты, которые бы стали альтернативой дисплеям TN и STN, а также в Германии запатентовали технологию IPS.
TFT дисплей: где используют
Сегодня TFT-дисплеи зачастую используются производителями мониторов. Как правило, речь идет о бюджетных моделях. При этом TFT-мониторы зачастую интересны кибер спортсменам и заядлым геймерам, которым важнее всего является не сочность картинки, а минимальное время отклика. Такие дисплеи применяются и в некоторых дешевых смартфонах, а также в других недорогих гаджетах.
Если вы работаете в офисе или учитесь, то наверняка хотя бы раз в жизни сталкивались с электронными калькуляторами. Здесь также активно используются пусть и маленькие, но удобные TFT-экраны. Это же относится и к электронным часам, которые были очень популярны до недавнего времени. Причем производители стараются устанавливать в такие устройства монохромные матрицы. Еще одним ярким примером служат электронные книги. Такие матрицы не требуют много энергии, являются очень дешевыми в плане стоимости изготовления, относительно безопасны для глаз пользователей.
Основные характеристики TFT
Виды TFT дисплеев — в мониторах, телевизорах, смартфонах
В настоящее время известны три варианта матрицы, которые отличаются своими параметрами.
TFT TN
Технологию в основном можно встретить в активных ЖК-мониторах. Она хорошо изучена и доработана, поэтому матрица относится к более бюджетным. Название расшифровывается, как Twisted Nematic, что переводится – скрученный нематик. Матрица имеет характеристики первых конструкций, тонкопленочного вида. Чаще всего подобные виды дисплеев используют в офисных или домашних компьютерах, а также игровых устройствах. Одним из главных достоинств данной технологии принято считать высокую скорость отклика монитора. Это положительно влияет процесс игры, так как картинка более плавная и можно быстро заметить любые изменения в геймплее. Важно, что пиксель способен быстро менять свое свечение. Это стало возможно благодаря особой конструкции. Что касается недостатков, то к ним относят низкую контрастность, небольшие углы обзора, не самое лучшее качество передачи цвета.
Название данной технологии расшифровывается, как in-plane switching. Еще встречается аббревиатура SFT — super fine TFT. Разработка технологии IPS произошла в 1996 году. В ней участвовали компании Hitachi и NEC. Если углубиться в создание технологии, то она заключается в следующем. Здесь управляющие полупрозрачные электроды находятся в одной плоскости. Это означает, что их расположили на нижней стороне жидкокристаллической ячейки. Отличительной чертой считается то, что при расслабленном состоянии кристаллы не будут пропускать свет. Когда начинает увеличиваться управляющее напряжение, то кристаллы начинают еще больше закручивать поляризацию светового пучка. К плюсам матрицы можно отнести их насыщенность и передачу цвета, которые остаются неизменными при различных углах обзора. Частота обновления экрана отличается хорошими показателями, но время отклика пришлось снизить. Кроме последнего момента, к минусам можно отнести не самую маленькую стоимость матриц такого типа.
VA, MVA, PVA
Vertical alignment – вертикальное выравнивание появилось благодаря компании Fujitsu. Технология была открыта в 1996 году. Она появилась, чтобы углы обзора стали лучше как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости. Фуджицу также поработали и над частотой отклика монитора, поэтому она стала намного выше. Кроме того, теперь изображение стало плавным, а картинка более объемной и контрастной. Также компания причастна и к появлению технологии MVA, появившейся в след за VA. Здесь были убраны многие недочеты первой версии. Она отличается широкими углами обзора, насыщенным черным цветом и отличной скоростью реакции. К минусам обычно относят быструю смену резких цветовых переходов и медленную смену плавных. Технология PVA появилась благодаря компании Samsung. Ее создатели избавились от многих ошибок, которые существовали ранее. Кроме достоинств версии MVA в ней добавились еще высокая четкость и контрастность.
Какие бывают подсветки в TFT дисплеях?
Дисплей обязан иметь дополнительное свечение внутри, так как благодаря этому человек может увидеть картинку на экране. Это обеспечивает модуль подсветки.
Светодиодная (LED) подсветка довольно часто встречается в ЖК-дисплеях. Она не требует большого потребления энергии, а также отличается улучшенными показателями – контрастности и цветопередачи. Кроме того, подобный тип подсветки может прослужить намного дольше остальных.
Флуоресцентные лампы также используются в качестве подсветки. С их помощью достигаются множество цветов. Такая подсветка позволяет получить белый цвет экрана, который довольно часто задействован в ЖК-дисплеях. Лампы также не нуждаются в большом потреблении энергии. Их стабильную работу способен обеспечить источник переменного напряжения (от 80 до 100 В). В отличие от первого варианта дисплей с такой подсветкой имеет меньший срок службы.
TFT или Super LCD — что же лучше
Часто пользователи становятся перед выбором, когда хотят приобрести для себя монитор или необходимое им устройство. Они начинают просматривать параметры, чтобы остановиться на лучшем варианте. Важно знать, что технологии TFT и LCD переплетены между собой, поэтому не исключают друг друга. Обе связаны с монитором, и он не может без них существовать. Однако стоит уточнить, что Super LCD – это ничто иное, как название экрана. Он отличается жидкокристаллической подсветкой высокого качества и имеет матрицу IPS. Такие устройства гарантируют пользователю отличную передачу цветов и прекрасную яркость. SLCD матрицы выигрывают у классических версий TFT, так как готовы обеспечить пользователя более широкими возможностями.
Перспективы TFT дисплея
На сегодняшний день технология TFT вряд ли имеет светлое будущее. Данные дисплеи уже достигли своего максимума и развиваться дальше уже практически некуда. Но и полностью исчезать они не собираются. TFT-матрицы имеют свои сильные стороны, благодаря чему их внедрение будет продолжаться и в последующие годы.
Типы экранов смартфонов: конец неразберихе
LCD, TFT, IPS, AMOLED, P-OLED, QLED — это неполный список технологий дисплеев, которые сегодня можно встретить на массовом рынке потребительской электроники. Но что они все означают? Чем IPS отличается от AMOLED, да и верно ли такое сравнение? Мы расскажем, как они работают, какие преимущества и недостатки имеют и есть ли между ними разница с точки зрения конечного пользователя.
Liquid Crystal Display, то есть жидкокристаллический дисплей — именно эта технология в конце 1990-х позволила превратить мониторы и телевизоры из удобных лежанок для котиков с вредными для человека электронно-лучевыми трубками внутри в тонкие изящные устройства. Она же открыла путь к созданию компактных гаджетов: ноутбуков, КПК, смартфонов.
Жидкие кристаллы — вещество, которое одновременно является и текучим, как жидкость, и анизотропным, как кристалл. Последнее качество означает, что при разной ориентации молекул жидких кристаллов оптические, электрические и другие свойства меняются.
Кристаллическое, жидкристаллическое, жидкое: кристаллы переходят в другое агрегатное состояние под воздействием температуры
В дисплеях такое свойство ЖК используется для регулирования светопроводимости: в зависимости от сигнала с транзистора кристаллы ориентируются определённым образом. Перед ними находится поляризатор, «собирающий» световые волны в плоскость кристаллов. После них свет проходит через RGB-фильтр и становится красным, зелёным или синим соответственно. Затем, если не блокируется передним поляризатором, проступает на экране в виде субпикселя. Несколько таких световых потоков соединяются между собой, и на дисплее мы видим пиксель ожидаемого цвета, а его сочетание с соседними пикселями способно выдавать гамму sRGB-спектра.
Когда дисплей включён, подсветка осуществляется белыми светодиодами, расположенными по периметру дисплея, и равномерно распределяется по всей площади благодаря специальной подложке. Отсюда возникают известные «болезни» LCD. Например, до пикселей, которые должны быть чёрными, свет всё равно доходит. В старых и некачественных дисплеях легко различимо «чёрное свечение».
Бывает, что кристаллы «застревают», то есть не двигаются даже при получении сигнала с транзистора, тогда на дисплее появляется «битый пиксель». Из-за специфики источника света по краям LCD-мониторов бывают видны белые засветы, а смартфоны с LCD не могут быть абсолютно безрамочными, хотя оба поколения Xiaomi Mi Mix и Essential Phone к этому стремятся.
Подсветка и подложка LCD Apple iPod Touch
Однако в спецификациях девайсов мы привыкли видеть не LCD, а загадочные TN, TFT, IPS или даже Retina. Разберёмся, что это значит.
TN, или TN+film. По факту, Twisted nematic — «базовая» технология, которая подразумевает поляризацию света и закручивание жидких кристаллов в спираль. Такие дисплеи недорогие и сравнительно просты в производстве, а на заре своего пребывания на рынке они имели самое низкое время отклика — 16 мс — но при этом характеризовались невысокой контрастностью и малыми углами обзора. Сегодня технологии сильно шагнули вперёд, и на смену стандарту TN пришёл более продвинутый IPS.
IPS (in-plane switching). В отличие от TN, жидкие кристаллы в IPS-матрице не закручиваются в спираль, а поворачиваются все вместе в одной плоскости, параллельной поверхности дисплея. Это позволило увеличить комфортные углы обзора до 178° (то есть фактически до максимума), существенно повысить контрастность изображения, сделать чёрный цвет намного более глубоким, сохранив при этом сравнительную безопасность для глаз.
Различие между матрицами TN и IPS на схеме
Наглядная разница между TN (на переднем плане) и IPS
Изначально IPS-матрицы обладали большим временем отклика и энергопотреблением, чем у дисплеев с технологией TN, поскольку для передачи сигнала требовалось повернуть весь массив кристаллов. Но со временем IPS-матрицы лишились этих недостатков, отчасти — за счёт внедрения тонкоплёночных транзисторов.
TFT LCD. По сути, это не отдельный тип матрицы, а скорее подвид, который характеризуется применением тонкоплёночных транзисторов (thin-film-transistor, TFT) в качестве полупроводника для каждого субпикселя. Размер такого транзистора составляет от 0,1 до 0,01 микрона, благодаря чему стало возможным создание небольших дисплеев с высоким разрешением. Во всех современных компактных дисплеях стоят такие транзисторы, причём не только в LCD, но и в AMOLED.
Преимущества LCD:
Недостатки LCD:
Organic light-emitting diode, или органический светодиод — грубо говоря, это полупроводник, который излучает свет в видимом спектре, если получает квант энергии. Он имеет два органических слоя, заключённых в катод и анод: при воздействии электрического тока в них происходит эмиссия и, как следствие, излучение света.
Из множества таких диодов состоит OLED-матрица. В большинстве случаев они красного, зелёного и синего цвета и вместе составляют пиксель (тонкости различного сочетания субпикселей опустим). Но дисплеи попроще могут быть монохромными и в основе иметь диоды одного цвета (например, в умных браслетах).
Однако одних «лампочек» мало — для правильного отображения информации требуется контроллер. И долгое время отсутствие адекватных контроллеров не позволяло производить светодиодные дисплеи в их сегодняшнем виде, так как корректно управлять таким массивом отдельных миниатюрных элементов крайне сложно.
PMOLED. По этой причине в первых OLED-дисплеях диоды управлялись группами. Контроллером в PMOLED служит так называемая пассивная матрица (passive matrix, PM). Она подаёт сигналы на горизонтальный и вертикальный ряд диодов, и точка их пересечения подсвечивается. За один такт можно просчитать только один пиксель, так что получить сложную картинку, да ещё и в высоком разрешении, таким образом невозможно. Из-за этого же производители ограничены и в размере дисплея: на экране с диагональю больше трёх дюймов качественного изображения не выйдет.
Раньше PMOLED-дисплеи ставились в такие MP3-плееры, сейчас они используются в тех же умных браслетах
AMOLED. Прорыв на рынке светодиодных дисплеев произошёл, когда появилась возможность использовать тонкоплёночные транзисторы и конденсаторы для управления каждым пикселем (точнее — субпикселем) в отдельности, а не группой. В такой системе, которая называется активной матрицей (active matrix, AM), один транзистор отвечает за начало и конец передачи сигнала в конденсатор, а второй — за передачу сигнала от диода на экран. Соответственно, если сигнала нет, диод не светится, и на выходе получается максимально глубокий чёрный цвет, ведь свечение отсутствует в принципе. Благодаря тому, что светятся сами диоды, лежащие практически на поверхности, углы обзора AMOLED-матрицы максимальные. Но при отклонении от оси взгляда может искажаться цвет — уходить в красный, синий или зелёный оттенок либо вовсе пойти RGB-волнами.
Такие дисплеи отличаются высокой яркостью и контрастностью картинки. Раньше это было настоящей проблемой: первые AMOLED-экраны почти всегда были «вырвиглазными», от них могли уставать и болеть глаза. В некоторых дисплеях использовалась широтно-импульсная модуляция (ШИМ) для того, чтобы тёмное изображение не «уходило» в фиолетовый оттенок, что тоже оказывалось болезненным для глаз. Из-за органического происхождения диоды порой выгорали за два-три года, особенно при длительном отображении неизменной картинки.
Пример выгорания AMOLED-дисплея
Впрочем, сегодня технологии ушли далеко вперёд, и перечисленные проблемы по большей части уже решены. AMOLED-дисплеи способны выдавать естественные цвета без сильной нагрузки на глаза, а IPS-дисплеи, напротив, подтянулись в области сочности красок и контрастности. В плане энергопотребления AMOLED-технология изначально была примерно в полтора раза более эффективна, нежели LCD, но по тестам разных устройств можно сказать, что сегодня этот показатель почти выровнялся.
Даже пять лет назад разница уже была не так высока, как в конце 2000-х
Тем не менее AMOLED бесспорно выигрывает в набирающих популярность направлениях. Речь идёт о безрамочных гаджетах, где разместить светодиоды значительно проще, чем жидкие кристаллы с боковой подсветкой, и об изогнутых (а в перспективе — гнущихся) дисплеях, для которых технология LCD непригодна в принципе. Но тут в игру вступает новый тип OLED-матриц.
P-OLED. На самом деле, есть доля лукавства в том, чтобы выделять данные дисплеи в отдельную категорию. Ведь по сути принципиальное отличие P-OLED (или POLED, не путать с PMOLED) от AMOLED одно — использование пластиковой (plastic, P) подложки, позволяющей изгибать дисплей, вместо стеклянной. Но она сложнее и дороже в производстве, чем стандартная стеклянная. К слову, AMOLED-дисплеи в силу меньшего количества «слоёв» намного тоньше LCD, а P-OLED, в свою очередь, тоньше AMOLED.
Во всех смартфонах с изогнутым дисплеем (преимущественно Samsung и LG) используется именно P-OLED. Даже во флагманах Samsung 2017 года, где, по уверению производителя, стоит сразу и Super AMOLED, и Infinity Display. Дело в том, что это маркетинговые названия, к фактическим технологиям производства не имеющие практически никакого отношения. С такой точки зрения там установлены дисплеи из органических светодиодов, которые управляются активной матрицей тонкоплёночных транзисторов и лежат на пластиковой подложке — то есть те же AMOLED, или P-OLED. К слову, в LG V30 дисплей хоть и не изгибается, а всё равно лежит на пластиковой подложке.
Преимущества OLED:
Недостатки OLED:
Маркетинговые ходы
Retina и Super Retina. В переводе с английского это слово означает «сетчатка», и Стив Джобс выбрал его неспроста. Во время презентации iPhone 4 в 2010 году он сказал, что человеческий глаз не способен различать пиксели, если показатель дисплея ppi превышает 300. Строго говоря, любой соответствующий дисплей может называться Retina, но по понятным причинам никто, кроме Apple, данный термин не использует. Дисплей будущего iPhone X был назван Super Retina, хотя в нём будет установлен AMOLED-дисплей, а не IPS, как в остальных смартфонах компании. Иными словами, к технологии изготовления экрана название также не имеет никакого отношения.
iPhone 4 — первый смартфон с дисплеем Retina 
iPhone X — первый и пока единственный смартфон с дисплеем Super Retina
Super AMOLED. Данная торговая марка принадлежит компании Samsung, которая производит дисплеи как для себя, так и для конкурентов, в том числе Apple. Изначально главное отличие Super AMOLED от просто AMOLED заключалось в том, что компания убрала воздушную прослойку между матрицей и сенсорным слоем экрана, то есть объединила их в единый элемент дисплея. В результате при отклонении от оси взгляда картинка перестала расслаиваться. Очень скоро технология добралась практически до всех смартфонов, и сегодня не совсем ясно, чем «супер» лучше «обычных» AMOLED, производимых той же компанией.
Infinity Display. Тут всё совсем просто: «бесконечный дисплей» означает всего лишь практически полное отсутствие боковых рамок и наличие минимальных рамок сверху и снизу. С другой стороны, не представлять же на презентации какой-то там обычный безрамочный смартфон — надо назвать красиво.
Перспективные технологии
Micro-LED или ILED. Эта технология является логичной альтернативой органическим светодиодам: в её основе лежат неорганические (Inorganic, I) из нитрида галлия, очень маленького размера. По оценке специалистов, micro-LED смогут посоперничать с привычными OLED по всем ключевым параметрам: более высокая контрастность, лучший запас яркости, меньшее время отклика, долговечность, меньший размер и вдвое меньшее энергопотребление. Но, увы, такие диоды очень сложны в массовом производстве, поэтому пока технология не сумеет конкурировать на рынке с привычными решениями.
Впрочем, это не помешало Sony показать на выставке CES-2012 55-дюймовый телевизор с матрицей из неорганических светодиодов. Apple же в 2014 году купила компанию LuxVue, специализирующуюся на исследованиях в данной области. И хотя в iPhone X используется классический AMOLED, в будущих моделях уже могут быть установлены матрицы с micro-LED, которые, как нас уверяют, позволят увеличить плотность пикселей до 1500 ppi.
Прототип телевизора Sony с матрицей из micro-LED под названием Crystal LED
Квантовые точки производятся в виде микроскопического порошка и затем напыляются на экран
Выводы
На практике современные дисплеи LCD и AMOLED все меньше отличаются друг от друга по качеству изображения и энергоэффективности. А вот будущее — за светодиодными технологиями в том или ином виде. Жидкие кристаллы уже отжили свой век и держатся на рынке только за счёт дешевизны и простоты производства, хотя высокое качество картинки тоже присутствует. ЖК-дисплеи благодаря своей структуре толще, чем светодиодные, и бесперспективны с точки зрения новых трендов на изогнутость и безрамочность. Так что их уход с рынка уже виднеется на горизонте, тогда как LED-технологии уверенно развиваются сразу по нескольким направлениям и, что называется, ждут своего часа.
Если вы хотите узнать, как излучение экранов влияет на зрение, прочитатйте статью «Правда или нет? Синий свет экрана вреден».