4 vanliga LCD-skärmlägen: TN, IPS, VA, FFS

LCD-tekniken är baserad på dubbelbrytningseffekten hos flytande kristallmolekyler. Beroende på molekylens rörelsetillstånd kategoriseras LCD-skärmar i fyra huvudlägen:

TN (Twisted Nematic)

IPS (In-Plane Switching)

VA (Vertical Alignment)

FFS (Fringe Field Switching)

Känner du till displayprinciperna och de viktigaste egenskaperna? DOIT VISION hjälper dig med dessa detaljer.

Relaterat: Kostnad för uppgradering av LCD-vägg till LED-vägg.

4 vanliga LCD-displaylägen:

TN-läge (Twisted Nematic)

TN är ett etablerat LCD-läge som använder ett tvinnat flytande kristalllager. Beskrivningar som "mjuk skärm" är informella och bör inte behandlas som mekaniska hållbarhetsklassificeringar.

Visningsprincip:

Ingen spänning pålagd: Naturligt ljus från bakgrundsbelysningen passerar genom den nedre polarisatorn och blir linjärt polariserat ljus. Detta ljus kommer in i flytande kristallcellen. På grund av justeringslagren (PI) på de inre ytorna av de övre och nedre glassubstraten vrids flytande kristallmolekylerna 90 grader från botten till toppen.

När det polariserade ljuset fortplantar sig genom cellen roterar dess polarisationsriktning synkront med molekylerna. När detta polariserade ljus når den övre polarisatorn har dess riktning roterat 90 grader och är parallell med den övre polarisatorns optiska axel. Följaktligen släpps ljuset igenom och LCD-skärmen visas ljusstark (påslaget tillstånd).

Pålagd spänning (vertikalt elektriskt fält): Samspelet mellan den dielektriska anisotropin hos de flytande kristallerna och det pålagda elektriska fältet stör den vridna strukturen. De långa axlarna hos de flytande kristallmolekylerna är parallella med det elektriska fältets riktning. Polarisationsriktningen för det inkommande linjärt polariserade ljuset roterar inte längre. När detta ljus når den övre polarisatorn är dess polarisationsriktning vinkelrät mot polarisatorns optiska axel, vilket förhindrar ljusgenomsläpp. Följaktligen ser LCD-skärmen mörk ut.

Sammanfattningsvis är TN-lägespaneler ljusa (PÅ) när ingen spänning är pålagd och mörka (AV) när spänning är pålagd. Eftersom skärmen normalt är ljus utan spänning kallas det för ett normalt vitt (NW) läge.

Begränsning av synvinkel:

TN-läget använder ett vertikalt elektriskt fält, vilket gör att de långa axlarna hos de flytande kristallmolekylerna lutar vertikalt. Det skapar alltså betydande skillnader i den optiska väglängden när den ses från olika vinklar. Följaktligen varierar skärmens utseende kraftigt beroende på betraktarens position, där den mest exakta bilden bara ses direkt framifrån. Medan filmer för betraktningsvinkelkompensation delvis kan mildra detta problem, har TN-paneler alltid en optimal betraktningsriktning, vanligtvis beskriven som klockan 6 eller klockan 12-positionen.

Alla tillgångar på ett och samma ställe

Snabb svarstid: TN-designer kan erbjuda snabba övergångar och förbli relevanta där rörelseprestanda och kostnad är prioriterade. Svaret beror på panel-, övergångs- och enhetsinställningarna; det är inte en direkt konsekvens av att ha färre färgnivåer.

Lägre kostnad: Tillverkningsprocessen är relativt enkel, mogen och kostnadseffektiv. Därför är TN lämplig för att prioritera kostnad framför den ultimata bildkvaliteten.

Strömförbrukning: Jämför den färdiga skärmen vid samma luminans. Bakgrundsbelysningens effektivitet, skärmstorlek, uppdateringsfrekvens och elektronik kan väga tyngre än vilken enkel energiklassificering som helst baserat på LCD-läge.

Nackdelar:

Begränsade betraktningsvinklar: TN-paneler har begränsade betraktningsvinklar, särskilt i vertikal riktning. Färgförskjutningar, kontrastreduktion, ljusstyrkeförändringar och bildförvrängning är vanliga när de ses utanför bildaxeln.

Färgåtergivning: Vissa TN-paneler använder 6-bitarsdrift med temporal dithering för att representera ytterligare nyanser. Ursprunglig 6-bitars RGB har 262 144 kombinationer, men hela skärmen kan acceptera en 8-bitars signal. Panelläget ensamt avgör inte färgnoggrannhet, färgomfång eller bitdjup; kontrollera dessa separat.

Kontrastförhållande: TN erbjuder ofta lägre kontrast än VA. Det faktiska förhållandet beror på panelen och mätförhållandena. Jämför statisk kontrast separat från påståenden om dynamisk bakgrundsbelysning och kontrollera svartnivån i det avsedda rummet.

Marknadsposition:

TN är fortfarande ett alternativ i kostnadskänsliga och hastighetsfokuserade applikationer. Dess begränsningar utanför axeln kan göra den mindre lämplig för delad visning eller färgkritiskt arbete. Välj från aktuella modellspecifikationer istället för att anta att alla TN-produkter tillhör en pris- eller kvalitetsnivå.

IPS-läge (In-Plane Switching)

IPS står för In-Plane Switching. Den roterar flytande kristalldirektören till stor del inom substratets plan och används ofta där stabila bilder utanför axeln är viktiga. Den informella termen "hård panel" fastställer inte slagtålighet eller livslängd. IPS har flera implementeringar, så kontrast, svarstid och färgkapacitet behöver fortfarande jämföras på modellnivå.

Visningsprincip:

Ingen spänning pålagd: Naturligt ljus från bakgrundsbelysningen passerar genom den nedre polarisatorn och blir linjärt polariserat ljus i linje med polarisatorns axel. I frånvaro av spänning förblir de flytande kristallmolekylerna i sitt ursprungliga tillstånd och roterar inte ljusets polarisationsplan. Följaktligen, när detta polariserade ljus når den övre polarisatorn, är dess polarisationsriktning vinkelrät mot den övre polarisatorns optiska axel. Den övre polarisatorn blockerar ljuset, vilket resulterar i att LCD-skärmen ser mörk ut (AV-läge).

Spänning pålagd: Ett elektriskt fält i planet roterar de flytande kristallmolekylerna inom substratplanet. Detta förändrar lagrets optiska retardation och det ljus som transmitteras genom polarisatorerna. Handlingen beskrivs mer exakt på detta sätt än som en fast 90-graders rotation av varje ljusstråle.

Den varierande retardationen tillåter olika mängder ljus att passera genom analysatorn. Genom att variera den applicerade spänningen reglerar IPS-panelerna transmissionen för att producera grånivåer; färgfilter bildar RGB-delpixlarna.

Sammanfattningsvis är IPS-paneler mörka (AV) när ingen spänning är påslagen och ljusa (PÅ) när spänning är påslagen. Eftersom skärmen normalt är mörk utan spänning kallas det för ett normalt svart läge (NB).

Betraktningsvinkelprestanda:

Den övervägande molekylära rörelsen i planet hjälper IPS att bibehålla mer konsekvent färg och kontrast i sneda vinklar än många TN-implementeringar. Förändringar utanför axeln kan fortfarande förekomma, särskilt med mörkt innehåll. En bred citerad vinkel är inte ett löfte om att varje färg förblir identisk inom det området.

Alla tillgångar på ett och samma ställe

Exceptionella betraktningsvinklar: IPS-paneler bibehåller tydliga bilder och korrekt färgåtergivning över breda betraktningsvinklar, både horisontellt och vertikalt.

Färgkapacitet: En 8-bitars RGB-signal har 256 värden per kanal, eller cirka 16.77 miljoner kombinationer. IPS-paneler finns tillgängliga med olika nativa djup och ditheringsmetoder. LCD-läget hjälper till att förklara visningsbeteendet, medan kalibrering, färgomfång och signalbehandling avgör det faktiska färgresultatet.

Kommersiell drift: Kontrollera driftstimmar, riktlinjer för statiskt elektricitet, kylning och garanti för den färdiga skärmen. Varken IPS eller någon annan panelmärkning garanterar livslängd eller motståndskraft mot fysiska skador. Detta är viktigt för receptionsskärmar och övervakningsväggar som används under långa perioder.

Nackdelar:

Lägre nativt kontrastförhållande: Många IPS-paneler har lägre nativ kontrast än VA-modeller. Jämför uppmätta modelldata; det finns inget enskilt kontrastförhållande som delas av varje IPS-panel. Lokal dimming kan ändra hela skärmens beteende oberoende av det underliggande LCD-läget.

IPS-glöd och bakgrundsbelysning: IPS-glöd är en vinkelberoende ljusförändring som är mest märkbar i mörka scener. Bakgrundsbelysning är oönskat ljusläckage eller bristande likformighet och är ett annat problem. Inspektera mörka bilder från de planerade platserna med en realistisk ljusstyrkeinställning.

Högre kostnad: På grund av mer komplexa tillverkningsprocesser har IPS-paneler vanligtvis högre priser än TN-paneler.

VA-läge (vertikal justering)

VA kan ge stark nativ kontrast eftersom dess vertikalt inriktade off-state hjälper till att blockera ljus mellan korsade polarisatorer. Den använder fortfarande justeringsstrukturer; dess kontrastfördel orsakas inte av att den saknar justeringsskikt. Faktisk kontrast beror på cellen, optiska filmer och komplett bakgrundsbelysningsdesign.

VA-lägespaneler representerar en annan viktig mainstream-displayteknik. Den används främst i stora tv-apparater och böjda skärmar. VA-kategorin kan vidare delas in i typer som MVA, PVA, PSVA och UV2A.

Visningsprincip:

Ingen spänning: I frånvaro av spänning riktas flytande kristallmolekyler vertikalt. Naturligt ljus från bakgrundsbelysningen passerar genom den nedre polarisatorn och blir linjärt polariserat ljus. På grund av den vertikala molekylära justeringen förblir polarisationsriktningen för detta ljus oförändrad. När det når den övre polarisatorn är dess polarisationsriktning vinkelrät mot polarisatorns optiska axel, vilket blockerar ljustransmissionen. Följaktligen visas LCD-skärmen mörk (AV-läge).

Pålagd spänning: Det elektriska fältet får molekylerna att luta bort från sin ursprungliga vertikala inriktning. Graden och riktningen av lutningen förändrar den optiska retardationen och transmissionen genom de korsade polarisatorerna. Molekylerna behöver inte bli helt horisontella, och inte motsvarar varje driftstillstånd en fast 90-graders ljusrotation.

Ändring av spänningen ändrar mängden transmitterat ljus, vilket ger olika grånivåer. Flerdomänsdesigner arrangerar lutningsriktningarna för att förbättra tittarbeteendet. Färgfilter och styrelektroniken kompletterar färgbilden.

Sammanfattningsvis är VA-paneler mörka (AV) när ingen spänning är påslagen och ljusa (PÅ) när spänning är påslagen. Eftersom displayen normalt är mörk utan spänning kallas det för ett normalt svart läge (NB).

Betraktningsvinkelprestanda:

VA-implementeringar kan använda flera domäner för att balansera tittarbeteende i olika riktningar. Deras antal och struktur varierar beroende på design. Detta förbättrar prestandan jämfört med ett enkelt arrangemang med en enda domän, men gamma- och färgskiftningar utanför axeln behöver fortfarande inspekteras i en bred sittplatslayout.

Alla tillgångar på ett och samma ställe

Hög kontrastförhållande: VA-designer producerar ofta djupare svarta nyanser än konventionella IPS- eller TN-skärmar vid jämförbara inställningar. Detta kan underlätta bilder i mörka rum. Kontrollera uppmätt kontrast och ljusa sceners beteende för den specifika skärmen snarare än att använda ett universellt tröskelvärde på 3000:1.

Breda betraktningsvinklar: Även om betraktningsvinklarna generellt är något smalare än IPS-paneler, erbjuder VA-tekniken fortfarande betydligt bredare och mer stabila betraktningsvinklar än TN-paneler.

Färgåtergivning: VA-skärmar kan erbjuda fylliga färger, men deras ursprungliga bitdjup, färgomfång och noggrannhet är separata specifikationer. Precis som med IPS ger en 8-bitars RGB-signal cirka 16.77 miljoner kodkombinationer. Kontrollera kalibrering och off-axis-färg samt det accepterade signalformatet.

Nackdelar:

Långsammare svarstider: Jämfört med TN-paneler och vissa snabba IPS-paneler uppvisar VA-paneler generellt sett långsammare pixelsvarstider, särskilt i övergångar från grått till grått. Detta kan leda till rörelseoskärpa eller spökbilder i snabbt rörligt innehåll.

Strömförbrukning: Hela skärmens effekt beror starkt på bakgrundsbelysning, ljusstyrka, yta och elektronik. Molekylär drivspänning ensam är inte en tillförlitlig grund för att bedöma energiförbrukningen för TN-, IPS- och VA-skärmar.

Potentiella problem med enhetlighet: Att uppnå perfekt skärmenhetlighet kan vara utmanande med VA-paneler. Du kan stöta på problem som färgförskjutning. Det är mer märkbart jämfört med andra tekniker, särskilt off-axis.

FFS-läge (Fringe Field Switching)

FFS, eller Fringe Field Switching, utvecklades från familjen av in-plane LCD-metoder. I en typisk FFS-struktur är mönstrade elektroder och en underliggande gemensam elektrod separerade av ett isolerande lager. Det resulterande fransfältet kan styra molekyler ovanför elektroderna såväl som mellan dem, vilket förbättrar användningen av den tillgängliga pixelytan.

FFS är utformat för att förbättra ljustransmissionen samtidigt som vidvinkelbeteendet bibehålls. Högre transmission kan hjälpa en skärm att uppnå en given luminans med mindre bakgrundsbelysning, även om den totala effekten beror på den totala produkten. FFS eliminerar inte i sig mura eller garanterar perfekt enhetlighet och färgnoggrannhet. Se E Inks tekniska redogörelse för FFS-utveckling.

Viktig skillnad från IPS:

I konventionell IPS roterar applicering av spänning primärt flytande kristallmolekyler som är placerade mellan elektroderna. I FFS-läge roterar applicering av spänning flytande kristallmolekyler både mellan elektroderna OCH direkt ovanför elektroderna på grund av det genererade fransfältet.

Alla tillgångar på ett och samma ställe

Högt transmittans-/bländarförhållande: FFS använder transparenta elektroder, vilket maximerar pixelbländarförhållandet. Detta ökar panelens transmittans avsevärt jämfört med standard IPS.

Breda betraktningsvinklar: Fringe-field-kontroll stöder stabil prestanda utanför axeln. Jämför den faktiska implementeringen med andra LCD-skärmar med vidvinkel; FFS garanterar inte en bredare användbar vinkel än alla IPS-modeller.

Lägre strömförbrukning: Den högre transmittansen leder direkt till lägre bakgrundsbelysningsljusstyrka som krävs för att uppnå samma luminans på skärmen, vilket minskar den totala strömförbrukningen.

Nackdelar:

Högre produktionskostnader: Tillverkning av FFS innebär relativt komplexa processer som kräver högprecisionsutrustning och strikt processkontroll. Därför krävs högre produktionskostnader jämfört med grundläggande IPS eller TN.

Avvägning med svarstid: Även om FFS-paneler utmärker sig i transmittans och betraktningsvinklar kan de ibland uppvisa något långsammare svarstider än optimerade TN- eller vissa avancerade IPS-varianter. Detta kan påverka skärpan i snabba bilder och potentiellt orsaka subtil rörelseoskärpa.

Sammanfattande jämförelse av TN, IPS, VA och FFS

Tabellen beskriver vanliga tendenser, inte garanterade specifikationer. Normalt hänvisar vit eller svart till de förenklade konstruktioner som förklarats ovan; optiska varianter finns.

Scrolla horisontellt för att se alla kolumner på en liten skärm.

Slutsats:

TN, IPS, VA och FFS beskriver hur en LCD-skärm modulerar bakgrundsbelysning. Välj bland dem med hjälp av krav på visningsgeometri, kontrast, rörelse och färg. När ett projekt växer till en vägg med flera paneler, jämför även ramens synlighet, total arbetsyta, serviceåtkomst och innehållsupplösning. Det är bland dessa systemfrågor som ett alternativ med direkt visning av LED blir relevant.

När man ska jämföra en LCD-väggbelysning med en LED-belysning med direkt visning

De fyra LCD-lägena förklarar panelens beteende; de ​​avgör inte i sig själva vilken teknik som är bäst för en hel vägg. För en större installation, jämför avbrott i ramen, närmaste betraktningsavstånd, läsbarhet för liten text, totalt antal pixlar och åtkomst för underhåll. En enda LCD-skärm och en modulär LED-vägg löser olika storleks- och installationsproblem.

Med LED, matcha pixelavståndet och modulens layout med den fysiska arbetsytan och innehållet. Med en LCD-vägg, ta hänsyn till panelkanter och den resulterande innehållslayouten. I båda fallen, utvärdera ljusstyrka, reflektioner och visning utanför axeln i det verkliga rummet.

Använd guiden för LED-videovägg för att granska systemvalet och kostnadsguiden för uppgradering från LCD till LED för att organisera budgeten. Ta med befintliga panelmått, källupplösning och ett foto på platsen till en projektdiskussion.