Типы матриц для мониторов, их особенности и возможности

Первые компьютерные мониторы ЭЛТ были похожи на телевизоры, и работали они по тому же  принципу. Их недостатками были большие габариты, а также вредное излучение и мерцание экрана, которые отрицательно влияли на зрение. Ситуация изменилась, когда появились мониторы с жидкокристаллическими матрицами. Они быстро завоевали рынок компьютерной техники и полностью вытеснили мониторы ЭЛТ.
Образно строение жидкокристаллической матрицы можно представить в виде сот, в которых каждая ячейка – один пиксель. Задняя и передняя стенки ячейки – поляризационные светофильтры. Свет, проходящий через фильтр, поляризован в строго определенной плоскости.  Плоскости поляризации первого и второго фильтров перпендикулярны. Если бы ячейка была пустой, то свет, проходящий через  первый фильтр, полностью поглощался бы вторым. Но  ячейка заполнена жидкокристаллическим веществом, к которому подведены два электрода. При воздействии электрического поля на жидкокристаллическое вещество меняется пространственная ориентация его молекул, в результате чего оптические свойства ячейки изменяются.  Разница между видами матриц обусловлена различным строением пикселей.

Основные параметры, характеризующие свойства матрицы
Время отклика (скорость реакции) – это время изменения цвета пикселя с черного на белый и обратно. Эта величина имеет значение для корректной передачи динамических сцен. При большом времени отклика движущиеся объекты смазываются.
Угол обзора показывает, в каком положении относительно плоскости монитора должны быть глаза пользователя, чтобы изображение на экране не искажалось.
Цветопередача – это способность матрицы монитора отображать максимально возможное количество цветов.
Контрастность – соотношение между яркостями самого светлого белого цвета и самого темного черного. Чем больше контрастность, тем больше оттенков, полутонов и глубоких темных цветов может отобразить экран монитора.
В данный момент применяются следующие технологии создания матриц:
- TN;    
- IPS и ее модификации;
- VA и ее модификации.
TN-матрицы
В ячейках TN-матрицы жидкокристаллическое вещество имеет первоначально заданную структуру. При отключенном электрическом поле  молекулы выстраиваются по спирали, которая дает преломление света как раз на 90°, и световой поток, идущий сквозь ячейку, пропускается вторым фильтром. Иными словами, ячейка, к которой не подведено напряжение, прозрачна для света.  С этим связана одна неприятная особенность таких матриц: нерабочий пиксель светится ярким светом, раздражая глаза. Один электрод расположен на задней стенке ячейки, другой – на передней.  При подаче напряжения на электроды создается электрическое поле, что приводит к изменению структуры жидкокристаллического вещества, так как его молекулы стремятся занять положение, совпадающее по направлению с  силовыми линиями поля. Спираль распадается полностью или частично, в зависимости от подаваемого напряжения. Поляризованный световой поток, который проходит через ячейку, поглощается частично или полностью  вторым фильтром.

Такая структура жидкокристаллического вещества позволяет его молекулам очень быстро реагировать на изменение напряжения, и это обуславливает наименьшее время отклика матриц TN по сравнению с другими матрицами. Но есть у них и недостатки: маленький угол обзора, низкая цветопередача и контрастность. Один человек, сидящий перед монитором с такой матрицей, будет видеть вполне качественное изображение, но если перед ним посадить три или четыре человека, то крайнее будут видеть искаженную картинку.
IPS-матрицы
Молекулы жидкокристаллического вещества в пикселях такой матрицы расположены в плоскости, перпендикулярной фильтрам и ориентированы параллельно им. Ячейка при отключенном электрическом поле непрозрачна. Электроды расположены на задней стенке ячейки. Молекулы жидкокристаллического вещества под воздействием электрического поля поворачиваются на угол 90°.
Перед разработчиками этой технологии стояла задача увеличить угол обзора, повысить цветопередачу и контрастность. Это им удалось, но вместе с тем значительно увеличилось время отклика пикселя. Кроме того, цена такой матрицы получилась довольно-таки высокой из-за использования более сложной технологии.

Способность матриц IPS обеспечивать высокую контрастность и наилучшую цветопередачу при работе со статическим изображением оценили специалисты, работающие с полиграфией и графическими редакторами, но для среднестатистического пользователя этот тип матриц оказался совершенно неподходящим из-за продолжительности времени отклика и высокой цены.

Сократить время отклика, а вместе с тем повысить контрастность и цветопередачу удалось в матрицах S-IPS и AS-IPS. В дальнейшем они были вытеснены с рынка  более совершенными матрицами H-IPS. Представляет интерес также модификация E-IPS, которая, собственно, является удешевленным вариантом H-IPS. У этой модели экран имеет большую прозрачность, что дает возможность использовать более экономичную подсветку. Ну а самой продвинутой IPS-матрицей на сегодняшний день является P-IPS. Эта матрица обеспечивает большой угол обзора, наилучшую цветопередачу и является оптимальным вариантом при работе с графикой, но время отклика у нее довольно продолжительное. Поэтому монитор с такой матрицей получился узкоспециализированным.
VA-матрицы
В этих матрицах молекулы жидкокристаллического вещества изначально ориентированы перпендикулярно плоскости второго фильтра. Если к электродам не подведено напряжение, электрическое поле в ячейке отсутствует, и свет через пиксель не проходит.

Когда на электроды подается напряжение, в ячейке создается электрическое поле, и под его воздействием молекулы жидкокристаллического вещества отклоняются на угол от 0° до  90°, и от величины этого угла зависит интенсивность светового потока, который проходит через пиксель. Первые мониторы с такими матрицами имели маленький угол обзора. К тому же цвет, отображаемый на экране, менялся в зависимости от того, под каким углом на него смотрел пользователь.
В матрицах MVA эту проблему удалось решить за счет разбиения пикселя на домены. Модификация PVA работает по тому же принципу, что  и MVA.  Преимуществом PVA по сравнению с MVA является больший угол обзора, но у MVA меньше время отклика.
Технология VA позволяет обеспечить самую высокую контрастность, а по остальным качественным характеристикам и по цене является компромиссом между IPS и TN.
Как выбрать идеальную матрицу
Идеальной можно было бы назвать матрицу со временем отклика как у TN, контрастностью как у VA, цветопередачей и углом обзора как у IPS, но, к сожалению, при современном уровне развития технологии нет возможности ее изготовить. Поэтому пользователю приходится выбирать монитор с такой матрицей,  которая в наибольшей степени удовлетворяет его потребности.
Так, для офисной работы имеет смысл выбрать монитор с  VA-матрицей, так как она обеспечивает наилучшую контрастность, что важно при работе с текстом.  
В домашних условиях компьютеры чаще всего используют как мультимедийные центры. На них смотрят фильмы, играют в игры или путешествуют по необъятным просторам интернета. Если в основном компьютер используется для динамических игр и просмотра 3D-фильмов, где важно небольшое время отклика, то лучше остановить выбор на TN-матрицах. Если компьютер чаще используется для семейного просмотра фильмов, фото и непрофессиональной работы с изображением, то можно выбрать монитор с матрицей VA или E-IPS. Для профессиональной работы с графикой стоит обратить внимание на монитор с матрицей P-IPS.

Автор: olejandro (Середа Олег Михайлович)