Типы матриц в телевизорах: какую выбрать?

Выбирая телевизор, мы чаще всего смотрим на размер и цену. Но главное – это то, что внутри, а внутри у телевизора матрица. Именно от нее зависит, насколько четко будут видны детали, как ярко играют цвета и насколько плавно двигаются кадры. Типов матриц много, но разобраться в них не так сложно, а понимание этих особенностей поможет выбрать телевизор, который реально радует глаз, а не просто стоит на полке.

Содержание:

• Как телевизор создает изображение?
• Жидкокристаллические матрицы
• Типы ЖК-матриц
• QLED
• OLED-матрицы
• Краткое резюме: как выбрать матрицу телевизора

Как телевизор создает изображение?

Все знают, что у любой картинки есть разрешение – например, 1920×1080 пикселей. Пиксель – это структурная единица любого экрана: телевизора, смартфона или монитора. Но внутри он устроен сложнее, чем кажется. Во-первых, нужен источник света (он может быть разным – об этом позже). Как правило, он излучает белый свет, который затем необходимо «раскрасить». Для этого в пикселе есть три цветовых фильтра – красный, зеленый и синий. Каждая из этих частей пикселя называется субпикселем. Полупроводниковые элементы субпикселей управляют силой тока, регулируя яркость их свечения. Когда свет от трех субпикселей смешивается, образуется нужный оттенок – так и формируется изображение на экране.

Этот процесс происходит одновременно во всех пикселях. Из комбинации тысяч и миллионов цветных точек и образуется видимая картинка. По сути, мы видим на экране растровое изображение (как попугай справа), но благодаря высокому уровню технологий, оно выглядит цельным и естественным (как попугай слева).

Все пиксели, нанесенные на сетку, транзисторы, управляющие напряжением на каждом пикселе, защитные и другие слои в сумме называются матрицей.

Мы упоминали, что в телевизорах бывают разные источники света. Так вот, по этому параметру, а также по строению матрицы, выделяют две больших категории дисплеейв в телевизорах и других устройствах: жидкокристаллические (также ЖК, LCD, LED) и OLED.

Жидкокристаллические матрицы

Жидкие кристаллы – звучит странно, не так ли? Но именно в этом и «фишка», ведь их молекулы могут течь, как в жидкости, но при этом ориентированы в определенном порядке, как в кристалле. В состоянии покоя они расположены хаотично, а при подаче напряжения меняют ориентацию. Это их ключевая особенность, благодаря которой они и стали составным элементом телевизионных матриц. Почему так?

В ЖК-телевизорах для получения изображения используется подсветка. Они бывают разных типов, от самых простых Edge LED, где светоизлучающие элементы расположены по краям экрана, до высокотехнологичных Mini LED с тысячами крохотных лампочек. Но все это – световые панели, расположенные за матрицей.  Увидели в характеристиках монитора или ТВ-прибора наличие подсветки – значит у него жидкокристаллический дисплей.

Подсветка создает поток света, который проходит через матрицу, преобразуется и попадает на экран. Но как быть с темными участками картинки, где не нужно освещение или нужно, но в ограниченном количестве? Вот тут и вступают в игру жидкие кристаллы. Через полупроводники на матрицу подается ток, ЖК-элементы меняют свое положение так, чтобы свет проходил частично или не проходил вовсе. Если подсветка – это окно, через которое поступает свет, то жидкие кристаллы – это жалюзи, отсекающие все ненужное излучение, кроме того, что нужно для формирования изображения. С этим процессом тесно связано явление поляризации (почитать о ней можно в статье о поляризации в дисплеях).

Из-за огромного количества таких микроскопических элементов экран может отображать миллионы оттенков и плавные переходы между ними. Так как ЖК-матрица не отключает, а блокирует, подавляет свет, возникают и характерные для таких экранов проблемы. Часть света все равно может проходить через «закрытый» кристалл и создавать характерное свечение вокруг изображенных объектов, а черный цвет получается не чистым, а сероватым. Поворачивается кристалл не мгновенно, отсюда еще ряд минусов: низкое время отклика, motion blur.

Кстати, LCD (Liquid Crystal Display) так и переводится – «жидкокристаллический дисплей». Это название первых телевизоров с соответствующими матрицами. Но с появлением других типов панелей, маркетологи начали свою работу, и теперь LCD используется для обозначения устаревших устройств, хотя все ЖК-телевизоры, даже самые навороченные, – LCD. Как раз о всевозможных разновидностях мы и поговорим дальше.

Типы ЖК-матриц

Их довольно много. Основные их отличия – расположение кристаллов, способ блокировки светового потока, а также наличие разных технических новшеств.

Один из ранних вариантов жидкокристаллических матриц – TN (Twisted Nematic). Назвали их так, потому что в спокойном состоянии кристаллы выстроены в спираль, а под напряжением распрямляются и изменяют колебание световых волн так, чтобы их заблокировал специальный фильтр. В какой-то момент в панель добавили дополнительный слой для улучшения углов обзора до 150° – film. С тех пор матрицу называют TN+film, но вторую часть иногда опускают.

Технология появилась достаточно рано и сейчас считается устаревшей, потому что по всем параметрам проигрывает другим ЖК-дисплеям. Единственное их преимущество – быстрый отклик. Этим объясняется тот факт, что матрицу до сих пор используют для производства компьютерных мониторов: для геймеров, особенно киберспортсменов, это ключевой параметр. В продаже еще можно найти телевизоры на TN+Film, но постепенно их вытесняют более технологичные варианты.

В качестве альтернативы TN-панелям и для преодоления их недостатков в 90-е годы была разработана матрица IPS (In-Plane Switching). Принцип ее работы заключается в том, что жидкие кристаллы внутри пикселя расположены параллельно поверхности экрана. При подаче напряжения кристаллы поворачиваются в своей плоскости, изменяя направление поляризации света и тем самым регулируя его прохождение через фильтры RGB.

IPS-матрица отличается широкими углами обзора (почти 180°), точной цветопередачей, улучшенной по сравнению с TN глубиной черного цвета. Но контрастность все равно остается на относительно низком уровне. Никуда не делись и общие для всех ЖК искажения света – глоу-эффекты (свечение по краям экрана), неравномерная подсветка.

В противоположность TN+film у IPS изначально было низкое время отклика, что проявлялось в виде легкого шлейфа в динамичных сценах. Правда, в современных моделях экранов эта проблема уже не так актуальна: производители нашли способы уменьшить это значение до 1 мс и даже меньше. Но для телевизоров, в первую очередь, важно качество изображения – и IPS-матрицы с этой задачей справляются достойно. Поэтому такие именитые производители телевизоров, как LG и Hisense, до сих пор выпускают модели на IPS.

VA (Vertical Alignment) – еще один распространенный тип жидкокристаллических панелей, разработанный компанией Fujitsu, а сейчас активно используемый Samsung и TCL. Вообще VA – это обобщающее название целого ряда панелей: MVA, PVA, S-MVA, A-MVA, S-PVA, ASVA и т.д. Большая часть уже не производится, актуальны только MVA и A-MVA, но для простоты и в силу сходства строения их все называют VA.

Здесь кристаллы располагаются вертикально, то есть перпендикулярно поверхности экрана. В таком положении они блокируют свет по умолчанию, то есть без электричества – отсюда настоящий глубокий черный цвет и высокий контраст (3000:1 и выше). Когда нужно отобразить какой-либо цвет, на кристаллы подается напряжение, и они наклоняются, пропуская нужное количество света. Причем наклоняются они не только в перпендикулярной плоскости относительно экрана, но и под углом – по диагонали. Подробнее о технических особенностях VA-матрицы можно узнать в видео ниже:

В результате получается великолепная картинка с высокой контрастностью и четкостью теней. Для просмотров фильмов дома на диване они подходят отлично.

Долгое время у VA-матриц были проблемы с углами обзора, временем отклика и цветопередачей – по этим параметрам они занимали промежуточное положение между TN и IPS. Кроме того, у них наблюдается остаточный эффект, шлейф движущегося изображения – motion blur. Сейчас производители научились частично справляться с этими недостатками, поэтому телевизоры с VA-матрицей – самые популярные на рынке.

QLED

IPS и VA, на данный момент, являются основными видами ЖК-матриц. Но нельзя не упомянуть одно технологическое новшество, которое вывело на новый уровень качество изображения в жидкокристаллических телевизорах. Речь идет о квантовых точках. Телевизоры, оснащенные слоем таких квантовых точек, называют QLED (Quantum Dot Light Emitting Diode). Это могут быть модели с VA- или IPS-матрицей – тогда в характеристиках указывают VA+QLED или IPS+QLED. Но принцип работы у них один и тот же.

В QLED-телевизоре сзади находится LED-подсветка, излучающая синий свет. Этот свет проходит через слой квантовых точек – наночастиц размером всего несколько миллиардных долей метр. Слой играет роль своеобразного преобразователя цвета: часть синего света проходит как есть, часть попадает на квантовые точки среднего размера, которые начинают излучать зеленый свет, а другие точки, более крупные, излучают красный свет. В стандартных LED-телевизорах белый свет получается либо с помощью люминофора (синий светодиод + желтый слой), либо с комбинацией RGB-светодиодов. Такой свет имеет неровный спектр – в нем «провалы» в зеленой и красной области, из-за чего цвета на экране выглядят менее насыщенными. А в QLED на выходе формируется идеально сбалансированное трехцветное излучение: красный, зеленый и синий свет, каждый со своим чистым спектром. Поэтому QLED-телевизоры обеспечивают до 100% цветового охвата DCI-P3 и превосходно справляются с HDR-контентом. Минусы у QLED тоже есть: поскольку это все тот же ЖК-экран с подсветкой, идеального черного добиться нельзя – темные сцены выглядят слегка подсвеченными. Кроме того, контраст и равномерность зависят от качества подсветки. В плане контрастности и яркости QLED-телевизоры все-таки не дотягивают до OLED, но и стоят они дешевле – особенно в больших диагоналях.

На основе QLED, впервые представленной Samsung, появились аналоги от других компаний. Например, NanoCell – технология с наночастицами от LG. Она отличается широкими углами обзора, но контраст ниже, чем у QLED. Более продвинутый вариант NanoCell от тех же LG – QNED, где используются Quantum Dot и подсветка Mini LED для более точного управления излучением и улучшенного контраста. А вот ULED от Hisense – это немного другое. Под этим маркетинговым названием собраны сразу несколько программных улучшений с приставкой Ultra, повышающие контраст, глубину цвета, четкость и плавность изображения. Ключевую роль в этой технологии играют ИИ-механизмы, в частности Smooth Motion и Motion Compensation (что-то наподобие генерации кадров в играх), хотя квантовые точки в некоторых моделях тоже есть.

OLED-матрицы

TN+Film, VA, IPS – все это технологии на жидких кристаллах. Совсем другим, новейшим типом матрицы является OLED. Главное отличие OLED от ЖК в том, что у них вообще нет подсветки: каждый пиксель состоит из органических светодиодов, которые сами излучают свет. Когда пиксель выключен – он полностью, идеально черный, без каких-либо утечек света. Если же на пиксель поступает электричество, он излучает свет. При подаче разного напряжения изменяется интенсивность свечения, благодаря чему формируется нужный оттенок. Таким образом, каждый пиксель – это мини-лампочка, управляемая отдельно, без светофильтров и поляризаторов.

Получается, что контрастность OLED-матрицы изменяется от истинного черного в невообразимом количестве значений, зависящих только от интенсивности тока. Это дает невероятную глубину изображения и выразительность теней. Значение контрастности OLED-телевизоров на фоне ЖК-моделей поражает: оно исчисляется миллионами. Скажем, у модели Hyundai H-LED65OBU7700 оно равно 1500000:1. Поэтому и говорят о «бесконечной контрастности», которую не устают упоминать производители в своих рекламных компаниях.

Так как в OLED нет кристаллов, которые нужно было бы поворачивать, то и отклик у них мгновенный (менее 1 мс). Нет проблем и с ограниченными углами обзора, свечением, шлейфом и другими искажениями. А отсутствие отдельной панели с подсветкой позволило сделать такие телевизоры очень тонкими.

Однако у технологии есть и недостатки. Органические светодиоды постепенно деградируют: со временем снижается яркость, особенно у синего канала. Это может привести к эффекту «выгорания», когда на экране остаются следы статичных элементов (логотипы, интерфейс, меню). Инженеры активно борются с этими проблемами: применяют алгоритмы сдвига пикселей, автоматическое обновление панели и компенсацию износа. Сейчас «выгорание» не доставляет столько неудобств, как несколько лет назад.

Второй недостаток – это, конечно, стоимость. На данный момент цена самых дешевых OLED-телевизоров превышает 2000 бел.руб, а самые дорогие стоят как хорошая машина. Есть надежда, что со временем цены на них станут меньше. А еще экраны на органических светодиодах бликуют, поэтому их лучше смотреть в зашторенной комнате.

Как и ЖК, OLED-матрицы постепенно обрастают улучшениями. Поэтому появились их разновидности. Самые популярные – WOLED и QD-OLED.

• WOLED (WhiteOLED) – технология, в которой каждый пиксель излучает белый свет, проходящий через цветовые фильтры RGB. Такой подход упрощает производство и снижает риск выгорания, но немного уменьшает яркость и чистоту цветов. Используется, по преимуществу, в телевизорах LG.
• QD-OLED (QuantumDotOLED) – недавняя разработка, комбинация OLED и QLED: органические синие диоды служат источником света, а слой квантовых точек преобразует часть синего в красный и зеленый. Цветовая энергия почти не теряется, что немного увеличивает яркость и цветопередачу. Применяется в некоторых моделях Samsung и Sony. Вот таким метафорическим способом южнокорейская компания демонстрирует возможности своего QD-OLED телевизора:

На данный момент, OLED-телевизоры создают самую красивую картинку. Технология органических светодиодов уже покорила мир умных часов и смартфонов: большинство из них оснащены AMOLED-экранами, а это тот же OLED. Но там дисплеи гораздо меньше, да и ЖК-матрицы не стоят на месте и по-прежнему остаются актуальны в производстве телевизоров и других устройств. 

Краткое резюме: как выбрать матрицу телевизора

• IPS – отличная цветопередача и широкие углы обзора. Подходит для семьи и просторной гостиной, где телевизор смотрят с разных сторон. Минус – не самый глубокий черный.
• VA – высокий контраст и насыщенные цвета. Идеальна для фильмов и игр, особенно при просмотре прямо перед экраном. Углы обзора уже, чем у IPS.
• QLED / NanoCell / QNED / ULED – усовершенствованные ЖК-матрицы с квантовыми точками, нано-фильтрами и другими новшествами. Отличаются повышенной яркостью, чистыми цветами и улучшенным HDR-эффектом. Хороший выбор для дневных помещений. Стоят дорого.
• OLED – самосветящаяся матрица без подсветки. Дает идеальный черный, бесконечный контраст и мгновенный отклик. Оптимальна для домашнего кинотеатра и гейминга, но стоит еще дороже, особенно в большом размере.
• WOLED / QD-OLED – усовершенствованные версии OLED: более высокая яркость и насыщенность, меньше риск выгорания.