Матрица телевизора — что это такое: технология, разновидности

Типы матриц телевизоров имеют между собой существенные физические отличия. Но все они отвечают за самое главное в мультимедийном устройстве — качество изображения. Выбирая телевизионную технику для презентаций или домашнего отдыха, следует разобраться в разновидностях экранов, чтобы определиться, какая матрица лучше подойдет для конкретных задач и обстановки.

Матрица телевизора — что это такое?

Матрица – это основной элемент мультимедийного устройства. Технология, задействованная в производстве, напрямую влияет на качество картинки. На данный момент существует 3 основных её вида:

• LCD (Liquid Crystal Display), они же ЖК дисплеи. Принцип их работы будет рассмотрен далее.
• LED (Light-Emitting Diode). В данном случае это тип подсветки ЖК экранов.
• плазменные. Принципиально другая технология, здесь используется газ, который при прохождении через него тока излучает свет.

На данный момент жидкокристаллические дисплеи, за счёт дешевизны и экономии электричества, почти полностью вытеснили с рынка плазменные. Существует несколько видов LCD матриц. И несмотря на то что в них используются одни и те же свойства жидких кристаллов их качество изображения и цена сильно отличаются.

СПРАВКА. Относительно недавно появилась новая технология OLED, но в данный момент такие телевизоры слишком дорогие и относятся к премиальному классу.

Какие бывают типы матриц и какие у каждого типа плюсы и минусы

TN-матрицы в настоящий момент практически вытеснены с рынка телевизоров и остались только в самом бюджетном сегменте. Их особенностью является то, что в выключенном состоянии жидкий кристалл пропускает свет. Поэтому «битый» пиксель данной матрицы белый, а чёрный обычно виден как тёмно-серый. Другим большим недостатком данной матрицы является угол обзора среди всех существующих на рынке ТВ-матриц, он в настоящий минимален, то есть если вы будете смотреть телевизор под углом к экрану, то картинка очень сильно теряет в контрасте и становится практически не читаемой.

IPS и VA­-матрицы – самые распространённые на рынке современных телевизоров в настоящий момент. У обеих из них выключенный кристалл не пропускает свет, а значит и «битый» пиксель будет чёрным. Преимуществами VA-матрицы являются более чёткие чёрные оттенки и более высокая контрастность, что позволяет при прочих равных получать более «яркую» картинку, в тоже время IPS-матрицы, как правило обладают лучшими углами обзора.

Телевизоры на квантовых точках имеют более широкую цветовую гамму

OLED-телевизоры обладают реальным чёрным цветом и обладают практически бесконечной контрастностью, обладают лучшими углами обзора. Они одни из лучших по энергопотреблению и имеют меньшие габариты, но при этом достаточно дороги в производстве. Ещё одним недостатком OLED является разный срок службы светодиодов. Так у синих светодиодов он составляет около 15 000 часов, в то время как у зелёного более 100 000 часов. Таким образом со временем у данных экранов проявляется эффект «выгорания». Для компенсации высокой стоимости OLED-матрицы часто используется вариант с белым светодиодом (так называемые RGBW-матрицы), но так как при этом общее количество субпикселей не меняется, эффективное разрешение 4K-панелей падает с 3840 на 2160 до 2880 на 2160 пикселей. Соответственно изображение становится менее детальным. А применяемое при этом смещение пикселей приводит к невозможности отразить ровные вертикальные линии.

Что такое матрицы ТВ, зачем они нужны и какие бывают

Современный экран телевизора (за исключением лазерного ТВ) представляет собой многослойный сэндвич.

На рисунке ниже приведена упрощённая схема строения экрана ЖК-телевизора. Цель которого сформировать на изображение, состоящее из отдельных точек – пикселей. При этом каждая точка формируется из трёх субпикселей красного, синего и зелёного цветов (в некоторых случаях из четырёх, но об этом чуть позже). Количество пикселей на экране определяет его разрешение, например Full HD (1920 на 1080) или 4K (3 840 на 2 160). Каждый пиксель формируется отдельными жидкими кристаллами и связанными с ними электродами, которые и формируют матрицу экрана.

Для формирования изображения свет последовательно проходит через поляризационную плёнку, слой жидких кристаллов с управляющими электродами, светофильтр и вторую поляризационную плёнку. Данная схема актуальна практически для всех современных типов ЖК-матриц: TN, IPS и VA, а также различных их модификаций (например TN+Film или MVA). Эти матрицы принципиально отличаются друг от друга строением слоя с жидкими кристаллами, которые определяют особенности каждого из них.

Структура ЖК-экрана представляет собой сэндвич

В качестве подсветки обычно используется светодиодная (LED) подсветка белого цвета. В случае если кристалл, через который проходит свет находится в закрытом состоянии, то свет не проходит через него, если же он открыт, то в зависимости от светофильтра он окрашивается в красный, синий или зелёный цвет. Смешиваясь данные цвета формируют 1 пиксель нужного цвета.

Телевизоры на квантовых точках (QLED или ULED) отличаются от обычных ЖК наличием дополнительного «слоя», содержащего квантовые точки красного и зелёного цвета, а также подсветкой из синих светодиодов. Таким образом обеспечивается спектрально чистый белый свет и в результате расширяется спектр отображаемых цветов.

Телевизоры на квантовых точках имеют специальный слой с квантовыми точками

OLED-телевизоры имеют принципиально другую конструкцию, они лишены подсветки, а изображение формируется самими элементами матрицы – органическими светодиодами. Пиксель здесь образуется тремя светодиодами, также красного, синего и зелёного цвета. Но часто в продаже можно встретить и модификацию с дополнительным белым светодиодом, который позволяет повысить яркость экрана, но при этом уменьшает реальное количество пикселей.

Ну и наконец лазерные телевизоры (Laser TV), которые принципиально отличаются от всех рассмотренных выше, тем, что фактически представляют собой специальный проектор и экран. Пожалуй, это единственный вид телевизоров, в отношении которого понятие матрицы не применимо. Здесь нужно говорить об источнике света, технологиях проектора и параметрах экрана.

Лазерный телевизор это ультракороткофокусный проектор и специальный экран

Технология LCD—матриц

Главным элементом каждой LCD матрицы является так называемый жидкий кристалл. Он имеет особое свойство – под действием электрического тока менять ориентацию своих молекул в пространстве. Это позволяет управлять с помощью тока его способностью пропускать или задерживать цвет

ЖК матрица, использующаяся в современных телевизорах, состоит из нескольких компонентов:

• Слой жидких кристаллов.
• Прозрачные электроды. Располагаются по обеим сторонам от слоя кристаллов, управляют их способностью пропускать свет.
• Цветовой фильтр. Слой, отвечающий за цвет пикселя.
• Подсветка дисплея. Находится в задней части матрицы.
• Стекло или плёнка, закрывающая лицевую часть.

В основе принципов работы ЖК дисплея лежит кристалл, через который от электродов поступает ток. Это меняет молекулярную структуру кристалла, вследствие чего свет, который проходит через него заламывается и попадает на фильтр. В результате мы имеем на экране точку нужного цвета.

LED-матрицы

Технология, основанная на светодиодах, не подразумевает ничего концептуально нового в ЖК дисплеях. Это лишь замена подсветки флуоресцентными лампами CCFL, EEFL на LED Light-Emitting Diode. Такой подход позволяет организовать освещение каждого пикселя по отдельности. Что даёт возможность получения качественного чёрного цвета.

ВАЖНО. Светодиоды, в отличие от флуоресцентных ламп, не содержат в себе вредных для здоровья газов. Кроме того, они потребляют значительно меньше электроэнергии.

На сегодняшний день существует два вида LED подсветки:

• По краям экрана (технология EDGE). Это даёт возможность производителям выпускать очень тонкие дисплеи.
• По всей площади (технология DIRECT). Позволяет более ярко освещать центр устройства, и делать большие экраны.

Светодиоды отличаются своей долговечностью и экономичностью работы, а также дают более равномерное освещение.

LCD

Эта технология пользуется большой популярностью среди производителей телевизоров. В LCD матрицах используется вязкая жидкость (кристалл). Электрическое напряжение вызывает синхронную смену ориентации молекул в пространстве. За счет этого происходит управление прозрачностью.

Подобные матрицы состоят из нескольких компонентов:

• Жидкие кристаллы.
• Прозрачные электроды. Они находятся с двух сторон и управляют способностью кристаллов пропускать свет.
• Цветовой фильтр.
• Подсветка экрана. Расположена позади матрицы.
• Пленка или стекло. Они закрывают лицевую часть матрицы.

TN: преимущества и недостатки

При производстве ЖК телевизоров матрицу TN стали применять раньше других. За счет своей простой технологии она чаще всего используется в недорогих моделях телевизоров, а также в экранах с небольшой диагональю. Этот вариант подойдет покупателям с небольшим бюджетом.

TN матрица состоит из жидких кристаллов, часть из которых находятся параллельно плоскости экрана, другие – перпендикулярно друг другу или располагаются в виде спирали. Из-за того, что кристаллы вращаются неравномерно, изображение под разными углами искажается. Это один из главных недостатков такого типа матрицы. Телевизоры с TN также не могут похвастаться хорошей цветопередачей: цвета недостаточно яркие, могут не соответствовать действительности. Еще один недостаток этого вида матрицы – возможность появления «битых» пикселей в виде точек на экране, которые не отображают картинку.

Для увеличения угла обзора к матрице TN в некоторых моделях используется специальное покрытие – Film.

Преимущества TN:

• низкая стоимость;
• высока скорость отклика;
• минимальное потребление электроэнергии.

На какие параметры нужно обратить внимание при выборе матрицы

К сожалению, обращать внимание на параметры в данном случае имеет смысл только при выборе продуктов одного производителя. В остальном есть значительное количество моментов, которые просто невозможно показать цифрами. Так, невозможно определить цветовую гамму телевизоров по цифрам в характеристиках, а параметры угла обзора, часто не позволяют понять о чём именно идёт речь: когда уже совсем ничего не видно или когда начинает снижаться контрастность. Поэтому часто самым действенным вариантом остаётся сравнение выставленных рядом на витрине различных моделей телевизоров.

Тем не менее, если средства позволяют стоит обратить внимание на лазерный телевизор. Если вы хотите классические варианты, то рекомендую выбирать между ULED и OLED-телевизорами, только в случае с последними, обязательно уточните, чтобы не было белых субпикселей. Последние два также подойдут для того, чтобы получить максимально детализированное изображение, например, если вы планируете подключать к телевизору игровые приставки.

Если же хочется найти максимально бюджетный, но при этом качественный вариант, то лучше всего обратить внимание на телевизоры с VA-матрицей, но крайне желательно, чтобы контрастность у него была не менее 4000:1. А вот на матрицы IPS имеет смысл обратить внимание, если вы планируете использовать телевизор как монитор, или если размеры помещения требуют больших углов обзора.

Общее о жидкокристаллических матрицах

Виды матриц телевизоров последних поколений имеют одну общую черту — все они работают на жидких кристаллах, которые были открыты еще в конце XIX века, но только недавно стали использоваться в экранах и мониторах. Широкое распространение кристаллы получили благодаря своему свойству: находясь в жидком состоянии, сохранять кристаллическую структуру. Данное явление позволяет получать интересные оптические результаты, пропуская свет сквозь эту субстанцию, из-за двойного состояния которой моделирование цветов получается быстрым и насыщенным.

Со временем ячейку матрицы с кристаллами научились разделять на три сегмента: синий, красный и зеленый. Это образует современный пиксель — точку, сочетание которой с другими точками, дает картинку. Структура любых экранов телевизоров в XXI веке состоит из таких пикселей. Но устройство самого пикселя (количество электродов, транзисторов, конденсаторов, углы расположения электродов и др.) определяет вид матрицы. Существуют четкие характеристики, отличающие функционирование одних пикселей от других.

Какой тип матрицы лучше для телевизора, становится ясно после изучения их разновидностей и особенностей.

Самыми распространенными являются следующие виды:

• TN;
• VA;
• IPS.

Благодаря определенным технологиям, одна матрица лучше для телевизора, чем другая. Отличаются они и по стоимости. Но при других обстоятельствах эту разницу можно и не ощутить, поэтому стоит сэкономить. Итак, в чем же их главные отличия, преимущества и недостатки?

Плазмы

В основе технологии – свечение люминофора, подогреваемого ультрафиолетовыми лучами. Каждый отдельный элемент – источник света. Причем он не зависит от других элементов. Соответственно, отпадает необходимость подсветки. Основными производителями телевизоров с использованием этой технологии являются такие компании, как LG, Panasonic и Samsung.

К плюсам плазменных панелей можно отнести высокое качество цветопередачи и глубину, а также присутствие объемного двухмерного эффекта. Помимо этого, плазмы отличаются качественным черным цветом и превосходно отображают динамический контент. У телевизоров с такой технологией минимальное время отклика и максимальные углы обзора.

К минусам можно отнести наличие остаточного изображения (то есть панель не будет нормально работать с компьютером), слабое отображение статичных фонов и высокое потребление энергии.

VA

VA матрица – это компромисс между TN и IPS. Она является популярным видом матриц и применяется во многих современных моделях ЖК телевизоров. В VA жидкие кристаллы в выключенном состоянии находятся перпендикулярно к плоскости экрана. Это позволяет получить насыщенный черный цвет, который невозможно получить при использовании TN и IPS. Кристаллы имеют возможность свободно перемещаться, благодаря чему оттенки не искажаются при смене угла обзора. Телевизоры, в которых применяется технология VA, подойдут для помещений со слабым освещением.

Матрицы VA по качеству изображения опережают TN, но они недостаточно хороши, по сравнению с IPS. Однако, при производстве VA постепенно внедряются новые технологии, позволяющие исправить множество недостатков этого типа матрицы. К таким технологиям можно отнести – MVA и PVA.

IPS

Самым дорогим по технологии выступает IPS, чья аббревиатура расшифровывается на русский язык как «плоское выключение». Ее разработали на заводе Hitachi, но позднее стали применять на LG и Philips.

Суть происходящего в матрице процесса такова:

• Управляющие электроды находятся только с одной стороны (отсюда и название).
• Кристаллы выстроены параллельно плоскости. Их положение одинаково для всех.
• При отсутствии тока ячейка сохраняет насыщенный и чистый черный цвет. Это достигается благодаря препятствию поляризации света, который поглощается задним фильтром. Отсутствует сохранение свечения, наблюдаемое у
• Во время подачи напряжения на транзистор кристаллы поворачиваются на 90 градусов.
• Свет начинает проходить через второй фильтр, и образовываются разнообразные оттенки.

Это дает возможность просматривать изображение при углах 178 градусов.

Технология IPS зарекомендовала себя как стандарт по передаче полной глубины цвета.

Из технических параметров матрицы можно выделить 24 бита по цвету и по 8 бит на канал. Производятся модели телевизоров и с передачей 6 бит на канал.

Еще одним плюсом технологии служит затемнение битых пикселей, возникающее при нарушении работы между электродом и кристаллами. В других разработках такое место начинает светиться белой или цветной точкой. А здесь будет серой, что сглаживает зрительные ощущения от возникшего микробрака.

Достоинствами IPS являются насыщенные цвета и хорошие углы обзора. Проблему отклика решали постепенно, и сейчас время реагирования составляет 25 мс, а у некоторых моделей телевизоров до 16 мс.

Из недостатков этого типа матриц выделяются:

• более выраженная сетка между пикселями;
• возможное снижение контрастности из-за закрытия части света электродами, которые находятся все на одной стороне;
• высокая цена товара.

Поэтому подобные экраны больше подходят для демонстрации графических работ и фотографий. Так точно передастся изображение, которое будет видно всем присутствующим. Целесообразно устанавливать такие телевизоры на офисных презентациях и фотостудиях.

Решая, какая матрица — VA или IPS для телевизора будет лучше, следует учесть характер просматриваемых материалов. Для фильмов и отдыха лучше использовать первый вариант, а для показа нюансов графики — второй. TN или IPS обычно не сравнивают между собой из-за разности ценовой категории. Для отдыха семье из трех человек вполне хватит и первого типа матрицы. Ведь смотря под прямым углом на экран, цвета, включая черный, будут передаваться правдоподобно.

Друзьям это тоже будет интересно