Panel IPS - IPS panel

IPS ( in-plane switching ) to technologia ekranowa do wyświetlaczy ciekłokrystalicznych (LCD). W IPS warstwa ciekłych kryształów jest umieszczona pomiędzy dwiema szklanymi powierzchniami . Cząsteczki ciekłokrystaliczne są ustawione równolegle do tych powierzchni w określonych kierunkach ( w płaszczyźnie ). Cząsteczki są reorientowane przez przyłożone pole elektryczne, pozostając zasadniczo równolegle do powierzchni, tworząc obraz. Został zaprojektowany, aby rozwiązać problem silnej zależności od kąta widzenia i niskiej jakości reprodukcji kolorów w wyświetlaczach LCD z matrycą typu Twisted Nematic Field Effect (TN), które były powszechne w późnych latach 80-tych.

Historia

Metoda TN była jedyną realną technologią dla wyświetlaczy LCD TFT z aktywną matrycą pod koniec lat 80. i na początku lat 90. XX wieku. Wczesne panele wykazały inwersję skali szarości od góry do dołu i miały wysoki czas odpowiedzi (dla tego rodzaju przejścia 1 ms jest wizualnie lepszy niż 5 ms). W połowie lat 90. opracowano nowe technologie — zazwyczaj IPS i Vertical Alignment (VA) — które mogły rozwiązać te słabości i zostały zastosowane do dużych paneli monitorów komputerowych .

Jednym z opatentowanych w 1974 r. podejść było zastosowanie elektrod międzycyfrowych na jednym podłożu szklanym tylko w celu wytworzenia pola elektrycznego zasadniczo równoległego do podłoży szklanych. Jednak wynalazca nie był jeszcze w stanie wdrożyć takich wyświetlaczy IPS-LCD lepszych od wyświetlaczy TN.

Po dokładnej analizie, szczegóły korzystnych układów molekularnych zostały złożone w Niemczech przez Guentera Baura i in. i opatentowany w różnych krajach, w tym w USA, 9 stycznia 1990 r. Towarzystwo Fraunhofera we Freiburgu , w którym pracowali wynalazcy, przypisał te patenty firmie Merck KGaA , Darmstadt, Niemcy.

Wkrótce potem firma Hitachi z Japonii złożyła wniosek patentowy, aby ulepszyć tę technologię. Liderem w tej dziedzinie był Katsumi Kondo, który pracował w Centrum Badawczym Hitachi. W 1992 roku inżynierowie Hitachi opracowali różne praktyczne szczegóły technologii IPS, aby połączyć macierz cienkowarstwowych tranzystorów jako matrycę i uniknąć niepożądanych pól zabłąkanych między pikselami. Hitachi dodatkowo poprawiło zależność kąta widzenia, optymalizując kształt elektrod ( Super IPS ). NEC i Hitachi stały się wczesnymi producentami monitorów LCD z aktywną matrycą, opartych na technologii IPS. Jest to kamień milowy we wdrażaniu dużych ekranów LCD o akceptowalnej wydajności wizualnej dla płaskich monitorów komputerowych i ekranów telewizyjnych. W 1996 roku firma Samsung opracowała technikę optycznego wzorcowania, która umożliwia korzystanie z wielodomenowych wyświetlaczy LCD. Do roku 2006 dominującymi konstrukcjami LCD pozostają przełączanie wielodomenowe i in-plane.

Później LG Display i inni południowokoreańscy, japońscy i tajwańscy producenci LCD dostosowali technologię IPS.

Technologia IPS jest szeroko stosowana w panelach do telewizorów, tabletów i smartfonów . W szczególności większość produktów IBM była sprzedawana jako Flexview od 2004 do 2008 r. Posiada wyświetlacze LCD IPS z podświetleniem CCFL , a wszystkie produkty Apple Inc. sprzedawane z etykietą Retina Display są wyposażone w wyświetlacze LCD IPS z podświetleniem LED od 2010 roku.

Rozwój technologii Hitachi IPS
Nazwa Przezwisko Rok Korzyść
Współczynnik transmisji/ kontrastu 		Uwagi
Super TFT IPS 1996 Szeroki kąt widzenia 100/100
Poziom podstawowy		 Większość paneli obsługuje również prawdziwy 8-bitowy kolor na kanał . Te ulepszenia kosztem skrócenia czasu odpowiedzi, początkowo około 50 ms. Panele IPS były również niezwykle drogie.
Super-IPS S-IPS 1998 Bez zmiany koloru 100/137 IPS został od tego czasu zastąpiony przez S-IPS (Super-IPS, Hitachi Ltd. w 1998), który posiada wszystkie zalety technologii IPS z dodatkiem ulepszonego czasu odświeżania pikseli.
Zaawansowany Super-IPS AS-IPS 2002 Wysoka przepuszczalność 130/250 AS-IPS, również opracowany przez Hitachi Ltd. w 2002 roku, znacznie poprawia współczynnik kontrastu tradycyjnych paneli S-IPS do punktu, w którym ustępują one tylko niektórym panelom S-PVA .
IPS-Provectus IPS-Pro 2004 Wysoki współczynnik kontrastu 137/313 Najnowszy panel z technologii IPS Alpha z szerszą gamą kolorów i współczynnikiem kontrastu pasującym do wyświetlaczy PVA i ASV bez świecenia pod kątem.
IPS alfa IPS-Pro 2008 Wysoki współczynnik kontrastu Następna generacja IPS-Pro
IPS Alpha nowej generacji IPS-Pro 2010 Wysoki współczynnik kontrastu
Rozwój technologii LG IPS
Nazwa Przezwisko Rok Uwagi
Poziome IPS BIODRA 2007 Poprawia współczynnik kontrastu poprzez skręcanie układu płaszczyzny elektrody. Wprowadza również opcjonalną folię polaryzacyjną Advanced True White firmy NEC, aby biel wyglądała bardziej naturalnie. Jest to używane w profesjonalnych/fotograficznych wyświetlaczach LCD.
Ulepszone IPS E-IPS 2009 Szersza przesłona zapewniająca przepuszczalność światła, umożliwiająca zastosowanie tańszych podświetleń o mniejszej mocy. Poprawia kąt widzenia po przekątnej i dodatkowo skraca czas reakcji do 5 ms.
Profesjonalne IPS P-IPS 2010 Oferuj 1,07 miliarda kolorów (30-bitowa głębia kolorów). Więcej możliwych orientacji na subpiksel (1024 w przeciwieństwie do 256) i zapewnia lepszą głębię kolorów.
Zaawansowany IPS o wysokiej wydajności AH-IPS 2011 Poprawiona dokładność kolorów, zwiększona rozdzielczość i PPI oraz lepsza transmisja światła dla mniejszego zużycia energii.

Technologia

Schemat ideowy wyświetlacza ciekłokrystalicznego IPS

Realizacja

W tym przypadku oba liniowe filtry polaryzacyjne P i A mają swoje osie transmisji w tym samym kierunku. Aby uzyskać skręconą o 90 stopni strukturę nematyczną warstwy LC między dwiema szklanymi płytkami bez przyłożonego pola elektrycznego ( stan OFF ), wewnętrzne powierzchnie płytek szklanych są poddawane obróbce w celu wyrównania graniczących cząsteczek LC pod kątem prostym. Ta struktura molekularna jest praktycznie taka sama jak w ekranach LCD TN. Jednak rozmieszczenie elektrod e1 i e2 jest inne. Ponieważ znajdują się w tej samej płaszczyźnie i na jednej szklanej płytce, generują pole elektryczne zasadniczo równoległe do tej płytki. Wykres nie jest w skali: warstwa LC ma tylko kilka mikrometrów grubości, a więc jest bardzo mała w porównaniu z odległością między elektrodami.

Cząsteczki LC mają dodatnią anizotropię dielektryczną i ustawiają się zgodnie z ich długą osią równolegle do przyłożonego pola elektrycznego. W stanie OFF (pokazanym po lewej stronie) wchodzące światło L1 zostaje liniowo spolaryzowane przez polaryzator P. Skręcona nematyczna warstwa LC obraca oś polaryzacji przechodzącego światła o 90 stopni, dzięki czemu w idealnym przypadku żadne światło nie przechodzi przez polaryzator A. W stanie włączonym między elektrodami przykładane jest wystarczające napięcie i generowane jest odpowiednie pole elektryczne E, które ponownie ustawia cząsteczki LC, jak pokazano po prawej stronie diagramu. Tutaj światło L2 może przejść przez polaryzator A.

W praktyce istnieją inne schematy implementacji z inną strukturą cząsteczek LC – na przykład bez skręcenia w stanie OFF . Ponieważ obie elektrody znajdują się na tym samym podłożu, zajmują więcej miejsca niż elektrody matrycowe TN. Zmniejsza to również kontrast i jasność.

Później wprowadzono Super-IPS z lepszymi czasami reakcji i reprodukcją kolorów.

Ten układ pikseli można znaleźć w wyświetlaczach LCD S-IPS. Chevron kształt jest stosowany w celu poszerzenia stożek widzenia .

Zalety

  • Panele IPS wyświetlają spójne, dokładne kolory pod każdym kątem widzenia. Najnowocześniejsze (2014) porównanie paneli IPS i TN pod względem spójności kolorów pod różnymi kątami widzenia można zobaczyć na stronie internetowej Japan Display Inc.
  • W przeciwieństwie do wyświetlaczy LCD TN, panele IPS nie rozjaśniają się ani nie pokazują ogonów po dotknięciu. Jest to ważne w przypadku urządzeń z ekranem dotykowym, takich jak smartfony i tablety .
  • Panele IPS oferują wyraźny obraz i stabilny czas reakcji.

Niedogodności

Alternatywne technologie

Przełączanie z płaszczyzny na linię (PLS)

Pod koniec 2010 roku Samsung Electronics wprowadził Super PLS (Plane-to-Line Switching) z zamiarem zapewnienia alternatywy dla popularnej technologii IPS, produkowanej głównie przez LG Display. Jest to technologia panelowa „typu IPS” i jest bardzo podobna pod względem wydajności, specyfikacji i właściwości do oferty LG Display. Samsung przyjął panele PLS zamiast paneli AMOLED , ponieważ w przeszłości panele AMOLED miały trudności z realizacją rozdzielczości full HD na urządzeniach mobilnych . Technologia PLS była technologią LCD o szerokim kącie widzenia firmy Samsung, podobną do technologii IPS firmy LG Display.

Samsung zapewnił następujące korzyści Super PLS (powszechnie określane jako „PLS”) w porównaniu z IPS:

  • Dalsza poprawa kąta widzenia
  • 10-procentowy wzrost jasności
  • Do 15 procent niższe koszty produkcji
  • Zwiększona jakość obrazu
  • Elastyczny panel

Zaawansowany kąt hiper-widzia (AHVA)

W 2012 roku firma AU Optronics rozpoczęła inwestycje we własną technologię typu IPS, nazwaną AHVA. Nie należy tego mylić z ich długotrwałą technologią AMVA (która jest technologią typu VA ). Wydajność i specyfikacje pozostały bardzo podobne do oferty LG Display IPS i Samsung PLS. Pierwsze panele typu IPS kompatybilne z częstotliwością 144 Hz zostały wyprodukowane pod koniec 2014 r. (po raz pierwszy zastosowane na początku 2015 r.) przez AUO, pokonując Samsunga i LG Display w zakresie zapewnienia paneli typu IPS o wysokiej częstotliwości odświeżania.

Producenci

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki