Сравнение типов матриц: LCD, OLED, MiniLED, MicroLED

Типы матриц. В чем разница между LCD, OLED, miniLED, microLED?

Сегодня на рынке представлено несколько типов матриц, от LCD до microLED, но выбрать лучшую не так-то просто.

За последние годы индустрия дисплеев прошла тернистый путь. Сегодня на рынке представлено так много конкурентов в этой области, что зачастую трудно определить, стоит ли переплачивать за новую технологию. Например, OLED и QLED на первый взгляд звучат одинаково, но на самом деле это совершенно разные типы дисплеев.

Все это замечательно с технологической точки зрения — прогресс и конкуренция обычно равны лучшей стоимости для конечного пользователя. Однако в краткосрочной перспективе это, безусловно, усложняет процесс покупки нового дисплея.

Чтобы помочь в принятии решения, мы обобщили все основные типы дисплеев в этой статье, а также описали плюсы и минусы каждого из них.

Элементы платы

Сигнальные разъёмы на матрице

На матрице расположены два сигнальных разъёма с интерфейсом «HUB-75».

• Входной разъём «DATA IN» принимает сигнальные данные с управляющей платформы.
• Выходной разъём «DATA OUT» проталкивает сигнальные данные. Это позволяет соединять несколько матриц в цепочку (гирлянду).

Вывод	Обозначение	Описание
1	R1	Сигнал данных красного цвета для верхней половины матрицы
2	G1	Сигнал данных зелёного цвета для верхней половины матрицы
3	B1	Сигнал данных синего цвета для верхней половины матрицы
4	GND	Земля
5	R2	Сигнал данных красного цвета для нижней половины матрицы
6	G2	Сигнал данных зелёного цвета для нижней половины матрицы
7	B2	Сигнал данных синего цвета для нижней половины матрицы
8	GND	Земля
9	A	Выбор адреса строки
10	B	Выбор адреса строки
11	C	Выбор адреса строки
12	D	Выбор адреса строки
13	CLK	Тактовый сигнал для согласования скорости передачи
14	LAT	Управляющий сигнал защёлки
15	OE	Пин контроля отображения свечения всего дисплея
16	GND	Земля

Матрица подключается к управляющей платформе через сигнальный 16-пиновый шлейф.

Ключ на разъёме поможет в распиновке и не даст подключить провод другим путём.

Когда шлейф не закручен и расположен прямо — его пины на разъёмах дублируются. А когда шлейф одним концом перегибается его контакты зеркально отражаются.

Разъём питания матрицы

Напряжение подаётся через четыре провода — питание и земля продублированы для увеличения проходящего тока через провода и разъём.

• VCC — питание матрицы. Подключите к положительному контакту источника питания
• GND — земля матрицы. Подключите к отрицательному контакту источника питания.

Каждая LED панель питается строго от 5 вольт. При всех включенных RGB-светодиодах — матрица потребляет ток до 4 ампер. Идеально подойдёт блок питания с выходным напряжением 5 вольт и током 5 ампер.

При подключении нескольких матриц соответственно увеличивайте запас по току в N-раз, где N — количество матриц в цепочке.

На модуле матрицы нет встроенного регулятора напряжения. При подаче напряжения более 5 вольт вы убьёте матрицу!

Драйверы светодиодов

Светодиоды подключены через драйверы светодиодов TC5020AP — выходной 16-битный сдвиговый регистр с выходным током 25 мА на канал.

Логические буферы

На плате распаяно два логических преобразователя уровней 74HC245. Буферы обеспечивают согласования логики между управляющей платформой и матрицей.

Дешифраторы

Для выбора строки используется четыре контроллера ICN2012. В микросхему интегрирован дешифратор 74HC138 и четыре сдвоенных P-канальных транзистора .

Выбор лучшей светодиодной подсветки – Edge или Direct

Чтобы окончательно разобраться, что лучше Direct LED или Edge LED, необходимо рассмотреть практическое применение каждого подвида светодиодной подсветки. В результате удастся определить наиболее оптимальный вариант, который позволит наслаждаться качественной картинкой. Ведь каждый пользователь желает видеть на экране яркие изображения при просмотре фильмов и телепередач, а также во время прохождения какой-нибудь игры.

Итак, преимуществом угловой или торцевой светодиодной подсветки является хорошая степень яркости картинки при рациональном направлении светового потока. Поэтому глаза подвергаются меньшей нагрузки. Однако картинка на экране может размываться по причине невысокой контрастности. Из-за этого LED-подсветка Edge подходит тем, кто за телевизором или монитором проводит большое количество времени, а также опасается за свое зрение.

Слева телевизор с невысокой контрастностью картинкиИсточник saleous.ru

Что касается технологии Direct LED, то данный способ подсветки обеспечивает лучшую резкость и контрастность картинки. Это позволяет получить более стабильное и мощное изображение. Тем более предоставляется возможность регулировать насыщенность и яркость. Телевизоры и мониторы с подсветкой по технологии Direct LED выбирают требовательные киноманы и любители компьютерных игр. При этом специалисты рекомендуют всегда помнить, что яркое красочное и очень контрастное изображение сильно нагружает глаза. Если долго наслаждаться такой картинкой, зрение начнет ухудшаться.

При выборе лучшего варианта светодиодной подсветки жидкокристаллической матрицы учитывают еще внешний вид и срок службы бытовой техники. Так, тонкое оборудование, экран которого подсвечивается по технологии Edge, имеет более привлекательный дизайн. При этом из-за небольшой толщины повышается его хрупкость. Технику с такой светодиодной подсветкой запросто могут опрокинуть домашние подвижные животные, к которым относятся кошки и некоторые породы собак. Если они живут в доме, тогда не стоит рисковать и выбирать оборудование с угловым расположением светодиодов.

Кошка опрокинула ненадежно установленный телевизорИсточник dnevnik.hr

LED-подсветка Direct утолщает бытовую технику. Поэтому она более прочная по сравнению с оборудованием, у которого светодиоды располагаются по бокам цветной матрицы. Однако большая толщина становится причиной более серьезных разрушений, если происходит падение телевизора или монитора. Поэтому такую бытовую технику тоже нужно правильно устанавливать и надежно крепить. Кроме того, ее можно размещать на разных поверхностях даже тех, которые находятся под наклоном. При этом качество картинки не ухудшится.

В завершении стоит резюмировать, что вариант LED-подсветки необходимо выбирать с учетом потребностей и возможностей конкретных пользователей

Еще обязательно нужно принимать во внимание условия эксплуатации бытовой техники

Видео описание

Из этого видео станет понятно, какими особенностями обладают два типа светодиодной подсветки, которые называются Edge и Direct:

Коротко о главном

В LED-подсветке Edge светодиоды располагаются по бокам жидкокристаллической матрицы. Такая технология позволяет производить более тонкую бытовую технику и снижает нагрузку на глаза. При этом не исключены затемненные места и слишком яркие участки на экранах.

В то же время Direct LED представляет собой подсветку, у которой светодиоды находятся за ЖК-матрицей. Они обеспечивают более равномерное ее подсвечивание. Их количество больше, чем в LED-подсветке Edge.

Micro-LED — новинка на рынке дисплеев

Micro-LED — новейший тип дисплеев и самый интересный. В дисплеях Micro-LED используются светодиоды, которые еще меньше тех, что используются в Mini-LED. В то время как размер большинства Mini-LED составляет около 200 микрон, размер Micro-LED достигает 50 микрон.

Micro-LED схожа с технологией OLED, но при этом в ней отсутствуют недостатки этого типа матриц. Подсветки в Micro-LED нет, благодаря чему каждый пиксель может быть полностью отключен для отображения черного цвета. В целом, матрица обеспечивает исключительно высокий коэффициент контрастности и широкие углы обзора.

Запас яркости — еще один аспект, который позволяет дисплеям Micro-LED превзойти существующие технологии. Например, даже самые высококлассные OLED-дисплеи, представленные сегодня на рынке, имеют яркость не более 2000 нит, а теоретическая пиковая яркость Micro-LED может достигать до 10 000 нит.

Микросветодиоды превосходят существующие типы дисплеев практически во всех отношениях, но до появления потребительских продуктов пройдет еще несколько лет.

В самых ранних демонстрациях этой технологии производители создавали гигантские видеостены, используя сетку из небольших панелей MicroLED.

Samsung представили свой флагманский дисплей The Wall на основе технологии microLED, в конфигурациях от 72 дюймов до 300 и более дюймов. Но стоит учитывать, что стоимость этих панелей достигает в цене до миллиона долларов.

Почти наверняка в ближайшие годы дисплеи microLED станут доступнее и дешевле. В конце концов, OLED на данный момент существует всего десять лет и уже стал повсеместным.

Плюсы:

• Самая высокая яркость среди всех типов дисплеев
• Исключительная контрастность
• Не сохраняется изображение и не выгорает

Минусы:

• Все еще непроверенная и дорогая технология
• Пока не выпускается на рынок в небольших размерах

OLED самая популярная технология сегодня

OLED расшифровывается как Organic Light Emitting Diode. Органическая часть здесь означает просто химические соединения на основе углерода. Эти соединения являются электролюминесцентными, что означает, что они излучают свет в ответ на воздействие электрического тока.

Из одного этого описания легко понять, чем OLED отличается от ЖК-дисплеев и предыдущих типов дисплеев. Поскольку соединения, используемые в OLED, излучают свой собственный свет, они являются эмиссионной технологией. Другими словами, для OLED не нужна подсветка. Именно поэтому OLED повсеместно тоньше и легче ЖК-панелей.

Поскольку каждая органическая молекула в OLED-панели является излучающей, можно контролировать, горит ли определенный пиксель или нет. Уберите питание с определенной точки и пиксель выключится.

Этот простой принцип позволяет OLED-панелям достигать замечательных уровней черного цвета, превосходя ЖК-дисплеи, которые вынуждены использовать постоянно включенную подсветку. Помимо обеспечения высокого коэффициента контрастности, отключение определенных пикселей снижает энергопотребление.

OLED могут похвастаться высокой точностью цветопередачи и чрезвычайной универсальностью. Складные смартфоны, например как Huawei Mate X2, просто не могли бы существовать без гибкости OLED.

Основная проблема OLED заключается в том, что они склонны к  выгоранию. Этот процесс происходит, когда статичное изображение на экране может оставить след на дисплее. Тем не менее, в настоящее время производители используют несколько стратегий для предотвращения выгорания.

Матрицы типа TN

Витой нематик или TN, была самой первой ЖК-технологией, разработанная в конце 20-го века. Она проложила путь для перехода индустрии дисплеев от CRT. В дисплеях TN жидкие кристаллы уложены в витую, спиралевидную структуру.

Их состояние «выключено» по умолчанию позволяет свету проходить через два поляризационных фильтра. Однако при подаче напряжения они раскручиваются и блокируют прохождение света.

TN-панели уже несколько десятилетий используются в таких устройствах, как портативные калькуляторы и цифровые часы. В этих сценариях питание требуется только для тех участков дисплея, где свет не нужен. Иными словами, это невероятно энергоэффективная технология.

TN была доминирующей технологией ЖК-дисплеев в течение многих лет благодаря своей дешевизне и энергоэффективности. Эта же система может дать цветное изображение, если использовать комбинацию красных, синих и зеленых субпикселей.

Однако TN-матрицы имеют ряд существенных недостатков, включая узкие углы обзора и низкую точность цветопередачи. Это связано с тем, что в большинстве этих матриц используются субпиксели, которые могут передавать только 6 бит яркости.

Это ограничивает цветопередачу всего 26 (или 64) оттенками красного, зеленого и синего цветов. Это намного меньше, чем у 8- и 10-битных дисплеев, которые могут воспроизводить 256 и 1024 оттенка каждого основного цвета соответственно.

В начале 10-х годов многие производители смартфонов использовали TN-панели для снижения стоимости. Однако индустрия практически полностью отошла от них. Производители телевизоров пошли по этому же пути, где широкие углы обзора являются важным преимуществом, если не необходимостью.

Тем не менее, TN-матрицы по-прежнему используются в других устройства. Чаще всего этот вид панели можно встретить в низкокачественных устройствах, например, в ноутбуках стоимостью до 500 долларов.

Плюсы:

• Низкая стоимость производства
• Энергоэффективность
• Быстрое время отклика

Минусы:

• Низкая точность цветопередачи
• Узкие углы обзора
• Низкий коэффициент контрастности

Vertical alignment (VA)

В VA-матрице жидкие кристаллы ориентированы вертикально, а не горизонтально. Другими словами, они расположены перпендикулярно панели, а не параллельно, как в IPS. Такое вертикальное расположение по умолчанию блокирует гораздо большую часть подсветки, проходящей через переднюю часть дисплея.

Следовательно, панели VA известны тем, что обеспечивают более глубокий черный цвет и лучшую контрастность по сравнению с другими типами ЖК-дисплеев. Что касается битовой глубины и охвата цветовой гаммы, VA способны работать не хуже, чем IPS.

С другой стороны, технология еще относительно незрелая. Первые модели VA страдали от чрезвычайно медленного времени отклика. Это приводило к появлению «призраков», или теней за быстро движущимися объектами. Причина этого проста — перпендикулярное расположение кристаллов VA требует больше времени для изменения ориентации.

Панели VA имеют самое медленное время отклика среди всех ЖК-панелей, но обеспечивают наилучший коэффициент контрастности.
Тем не менее, некоторые компании, такие как LG, экспериментируют с технологиями, такими как pixel overdrive, чтобы улучшить время отклика.

Однако дисплеи VA также имеют более узкие углы обзора, чем панели IPS. Тем не менее, большинство VA-дисплеев оказываются на высоте по сравнению даже с лучшими TN-панелями.

Плюсы:

• Отличная контрастность для ЖК-технологии
• Высокая точность цветопередачи

Минусы:

• Ограниченные углы обзора
• Медленная частота обновления

Отличие подсветки статической от динамической.

Все вышесказанное можно отнести к статической подсветке. Как вы понимаете, здесь диоды излучают свет постоянно и не о каком управлении речи быть не может. Динамическая подсветка напротив дает возможность управлять светом на отдельно взятых участках экрана. Достигается это за счет разделения матрицы на отдельно связанные группы, что в свою очередь позволило управлять яркостью в определенной зоне экрана в зависимости от воспроизводимой сцены. Такой подход в целом дал четкую цветопередачу и относительно глубокий черный цвет при локальном затемнении, снизил энергопотребление и повысило экологичность.

В свою очередь телевизоры могут имеют и динамическую RGB подсветку в ковровом и краевом типе расположения светоизлучающих диодов. Здесь применяются вместо одних «белых» светодиодов красные, зеленые и синие. Кстати, к ним иногда добавляют четвертый белый светоизлучающий диод, что в итоге дает чистый белый цвет на экране телевизора. Светоизлучающие диоды могут располагаться как по одному, так и в группах, состоящих из разных базовых цветов.

Такая матрица с ковровой подсветкой способна воспроизводить на разных участках изображения с необходимой степенью яркости и цветовой гаммой. В итоге изображение получается качественным и сочным в плане яркости. Краевая матрица с RGB подсветкой получается более тонкой, но она неспособна на таком же уровне передать эффекты цветового локального затемнения или цветовой гаммы в целом. В силу расположения светодиодов, матрица просвечивается полностью по всей ширине и длине. Однако, такой телевизор тоже прилично передает весь общий спектр цветов.

Матрица IPS

IPS-технология обеспечивает повышение качества изображения по сравнению с TN-матрицей. Жидкие кристаллы в IPS-дисплеях расположены параллельно. В таком состоянии по умолчанию свет блокируется — прямо противоположно тому, что происходит в TN-дисплее.

Затем, когда подается напряжение, кристаллы просто поворачиваются в одной плоскости и пропускают свет. Кстати, именно поэтому технология называется «переключением в плоскости».

IPS-дисплеи изначально разрабатывались для обеспечения более широких углов обзора, чем у TN. Однако они обладают и множеством других преимуществ, включая более высокую точность цветопередачи и разрядность.

В то время как большинство TN-панелей ограничены цветовым пространством sRGB, IPS может поддерживать более широкую цветовую гамму. Это важны и для воспроизведения HDR-контента.

Тем не менее, IPS-дисплеи имеют несколько незначительных нюансов. Технология не настолько энергоэффективная, как TN, и  дороже в производстве.

Плюсы:

• Широкие углы обзора
• Отличная точность цветопередачи

Минусы:

• Время отклика медленнее по сравнению с TN
• Менее энергоэффективная

Немного о «LED» панелях

Вы, наверное, заметили, что термин LCD в последнее время начал исчезать, особенно в телевизионной индустрии. Вместо него многие производители предпочитают называть свои телевизоры не жидкокристаллическими, а LED-моделями. Однако не обольщайтесь — это всего лишь маркетинговая уловка.

В этих так называемых LED-дисплеях по-прежнему используется жидкокристаллический слой. Единственное отличие заключается в том, что для подсветки дисплея теперь используются светодиоды, а не катодные люминесцентные лампы, или CFL.

Светодиоды являются лучшим источником света, чем CFL, практически во всех отношениях. Они меньше, потребляют меньше энергии и служат дольше. Тем не менее, дисплеи все еще остаются LCD-дисплеями.

Так называемые «LED» — это просто жидкокристаллические дисплеи со светодиодной подсветкой.

К слову, давайте рассмотрим различные типы LCD-дисплеев, представленных сегодня на рынке, и их отличия друг от друга.

Несколько интересных заметок по теме статьи.

Возможно вы знаете, что в основу матрицы входит не только печатная плата, модуль задней подсветки, но и жидкие кристаллы. В зависимости от своего расположения в ячейке, кристаллы могут пропускать свет или не пропускать. Это основополагающий принцип работы жидкокристаллической TV панели на простом языке.

Качество самой матрицы определяют такие характеристики изображения как:

• контрастность;
• насыщенность черного цвета;
• угол обзора;
• частота обновления и прочие параметры.

Подсветка определяет такие характеристики как:

• яркость;
• цветовой диапазон;
• динамическая контрастность.

Чтобы определить качество изображения, важно рассматривать характеристики жидкокристаллического экрана в комплексе с характеристиками его подсветки. Производители уже давно говорят о том, что применение диодной подсветки помогло в целом увеличить яркость, контрастность и получить более четкое изображение и цветовую гамму

Желание увеличить цветовой охват и усовершенствовать цветопередачу приводят к тому, что производители телевизоров находят все новые варианты LED подсветки, увеличивая цветовой спектральный диапазон. Постоянно появляются усовершенствованные технологии, которые дают возможность получать изображение более высокого качества.

Стоит понимать разницу между такими понятиями как «количество цветов» и «цветовой охват цвета», отображаемые экраном. Количество цветов указывает на сколько градаций делится цветовой диапазон, определяемый цветовым охватом. Соответственно, большее количество цветов подразумевает большее количество оттенков и тонов, отображаемых экраном.

В заключении хотелось бы отметить, что:

1. Принцип работы LED телевизора основан на светодиодах.
2. LED телевизоры, в отличие от ламповых собратьев, имеют лучшую яркость, контрастность и цветопередачу.
3. Светодиоды работаю дольше ламп, не содержат ртути, а также потребляют меньше энергии (до 40%).
4. LED модели — это тонкие ЖК телевизоры, особенно при использовании торцевой подсветки, но это увеличивает вероятность засветов.
5. Динамическая подсветка характеризуется более правильной, насыщенной цветопередачей.

В заключении статьи для общего представления предлагаю вам посмотреть короткое тематическое видео о том, как собирают LED телевизоры в России.

https://www.youtube.com/watch?v=IiOFC6fNEdw

Прежде чем потребитель приобретет телевизор, набор деталей пройдет по ленточному конвейеру до 200 станций…

Если вы желаете дополнить статью, выразить свое мнение или оставить конструктивные замечания, то добро пожаловать в комментарий.

Общие сведения

Ранее для подсветки ЖК-экранов использовались обыкновенные, но уменьшенные лампы дневного света. Данная технология обозначалась аббревиатурой CCFL. Из-за наличия ртути во флуоресцентных лампах часто случались отравления людей, если происходило их повреждение в жидкокристаллических экранах.

В результате развития технологий дисплеи стали подсвечиваться высокопроизводительными светодиодами, для обозначения которых используется аббревиатура LED. Они потребляют минимальное количество электроэнергии, дешевы в изготовлении и не представляют опасности человеку, а также природе.

Светодиоды изготавливаются любого размера и формы. За счет этого они широко стали использоваться при производстве телевизоров и другой бытовой техники. При этом у светодиодной подсветки постепенно стали появляться подвиды, включая рассматриваемые варианты.

Mini-LED

В разделе, посвященном ЖК-дисплеям, мы поняли, что технология может меняться в зависимости от различий в жидкокристаллическом слое. Mini-LED, однако, пытается улучшить контрастность и качество изображения на уровне подсветки. Mini-LED пытается улучшить контрастность и качество изображения на уровне подсветки ЖК-дисплея.

Подсветка в обычных ЖК-дисплеях имеет только два режима работы — «включен» и «выключен». Это означает, что дисплей должен полагаться на жидкокристаллический слой, чтобы правильно блокировать свет в темных сценах. В противном случае дисплей будет выдавать серый, а не черный цвет.

Однако в последнее время в некоторых матрицах используют другой подход. В дисплеях разделяют подсветку на зоны светодиодов. Ими можно управлять индивидуально — либо приглушать, либо полностью отключать.

Как следствие, такие дисплеи обеспечивают гораздо более глубокий уровень черного и высокую контрастность. Разница сразу заметна в темных сценах.

Исходя из названия, светодиоды в Mini-LED меньше, чем в обычных подсветках подсветки. Точнее, каждый мини-светодиод имеет размер всего 0,008 дюйма или 200 микрон.

Мини-светодиоды позволяют производителям дисплеев увеличить количество локальных зон затемнения с нескольких сотен до нескольких тысяч. Плюс ко всему, наибольшее количество зон означает более детальный контроль над подсветкой.

Яркие объекты на черном фоне выглядят гораздо лучше на Mini-LED дисплее, по сравнению c дисплеем с обычной светодиодной подсветкой. Однако, Mini-LED проигрывает OLED дисплеям в контрастности, так как матрицы Mini-LED имеют меньше зон затемнений

До недавнего времени матрицы Mini-LED использовали только в премиум ЖК-телевизорах. На сегодняшний день она используется в ноутбуках и может быть применима в смартфонах.

Возьмем, к примеру, iPad Pro 2021 года. Он был одним из первых потребительских устройств, в которых была применена технология мини-светодиодов. Однако даже при наличии 2500 зон на 12,9 дюйма некоторые пользователи отмечали цветение или ореолы вокруг ярких объектов.

Тем не менее, несложно понять, как мини-светодиоды могут в конечном итоге обеспечить лучшую контрастность по сравнению с традиционной реализацией локального затемнения. Кроме того, поскольку мини-светодиодные дисплеи все еще используют традиционные ЖК-технологии, они не подвержены выгоранию, как OLED.

Плюсы:

• Улучшенная контрастность и более глубокие черные цвета
• Более высокая яркость

Минусы:

• Относительно высокая стоимость
• Повышенная сложность, что затрудняет ремонт подсветки

Предисловие

LCD-дисплеи.или жидкокристаллические дисплеи — самые старые из всех типов дисплеев, представленных в статье. Они состоят из двух основных компонентов: подсветки и жидкокристаллического слоя.

Проще говоря, жидкие кристаллы — это крошечные стержнеобразные молекулы, которые меняют свою ориентацию в присутствии электрического тока. В дисплее мы управляем этим свойством, чтобы пропускать или блокировать свет.

Этому процессу также способствуют цветовые фильтры для создания различных субпикселей. По сути, это оттенки красного, зеленого и синего основных цветов, которые в сочетании образуют нужный цвет, как показано на изображении выше. На разумном расстоянии отдельные пиксели (обычно) невидимы для наших глаз.

Поскольку жидкие кристаллы сами по себе не излучают свет, LCD-дисплеи используют белую (или иногда синюю) подсветку. Затем жидкокристаллический слой должен просто пропускать этот свет, в зависимости от того, какое изображение необходимо отобразить.

От подсветки во многом зависит качество изображения на дисплее, включая такие аспекты, как яркость и равномерность цвета.