4 gangbare LCD-weergavemodi: TN, IPS, VA, FFS

LCD-technologie is gebaseerd op het dubbelbrekingseffect van vloeibare kristalmoleculen. Afhankelijk van de moleculaire bewegingstoestand worden LCD's onderverdeeld in vier hoofdmodi:

• TN (Twist Nematic)
• IPS (In Plane Switching)
• VA (verticale uitlijning)
• FFS (Fringe Field Switching)

Kent u de principes en belangrijkste kenmerken van beeldschermen? Doitvision begeleidt u hierbij.

Zie ook:

Kosten van LCD-wandupgrade naar LED-wand

4 veelvoorkomende LCD-weergavemodi:

TN-modus (Twist Nematic)

De TN-modus, in de industrie algemeen bekend als het "soft screen", vertegenwoordigt een vroeg en technologisch volwassen paneeltype in LCD-producten.

Weergaveprincipe:

Geen spanning aangelegd: Natuurlijk licht van de achtergrondverlichting passeert de onderste polarisator en wordt lineair gepolariseerd. Dit licht komt de vloeistofkristalcel binnen. Door de uitlijningslagen (PI) op de binnenoppervlakken van de bovenste en onderste glazen substraten draaien de vloeistofkristalmoleculen 90 graden van onder naar boven.

Terwijl het gepolariseerde licht zich door de cel voortplant, roteert de polarisatierichting ervan synchroon met de moleculen. Wanneer dit gepolariseerde licht de bovenste polarisator bereikt, is de richting ervan 90 graden gedraaid en staat het parallel aan de optische as van de bovenste polarisator. Hierdoor wordt het licht doorgelaten en lijkt het lcd-scherm helder (aan).

Toegepaste spanning (verticaal elektrisch veld): De interactie tussen de diëlektrische anisotropie van de vloeibare kristallen en het toegepaste elektrische veld verstoort de gedraaide structuur. De lange assen van de vloeibare kristalmoleculen richten zich parallel aan de richting van het elektrische veld. De polarisatierichting van het binnenkomende lineair gepolariseerde licht roteert niet langer. Wanneer dit licht de bovenste polarisator bereikt, staat de polarisatierichting loodrecht op de optische as van de polarisator, waardoor lichttransmissie wordt voorkomen. Het LCD-scherm blijft daardoor donker.

Kortom, panelen in TN-modus zijn helder (AAN) wanneer er geen spanning op staat en donker (UIT) wanneer er wel spanning op staat. Omdat het scherm normaal gesproken helder is zonder spanning, wordt dit een 'Normaal Wit'-modus (NW) genoemd.

Beperking van de kijkhoek:

De TN-modus is gebaseerd op een verticaal elektrisch veld, waardoor de lange assen van de vloeibaar-kristalmoleculen verticaal kantelen. Dit zorgt voor aanzienlijke verschillen in optische padlengte wanneer er vanuit verschillende hoeken naar wordt gekeken. Het beeldbeeld varieert dan ook sterk, afhankelijk van de positie van de kijker. Het meest accurate beeld wordt alleen rechtstreeks van voren bekeken. Hoewel films met kijkhoekcompensatie dit probleem gedeeltelijk kunnen ondervangen, hebben TN-panelen altijd een optimale kijkrichting, doorgaans omschreven als de 6-uur- of 12-uur-positie.

Voordelen :

• Snelle reactietijd: TN-panelen gebruiken doorgaans een kleurdiepte van 6 bits, wat resulteert in minder grijstinten. In combinatie met de relatief eenvoudige moleculaire beweging zorgt dit voor snellere pixelresponstijden.
• Lagere kost: Het productieproces is relatief eenvoudig, volwassen en kosteneffectief. TN is daarom geschikt om kosten boven de uiteindelijke beeldkwaliteit te stellen.
• Lager stroomverbruik: Bij een gegeven helderheidsniveau verbruiken TN-panelen over het algemeen minder stroom. Ze zijn daarom geschikt voor apparaten die een lange batterijduur nodig hebben.

Nadelen :

• Beperkte kijkhoeken: TN-panelen hebben last van smalle kijkhoeken, vooral in verticale richting. Kleurverschuivingen, contrastvermindering, helderheidsveranderingen en beeldvervorming komen vaak voor bij off-axis-weergave.
• Slechtere kleurweergave: Standaard TN-panelen gebruiken doorgaans een 6-bits interface per RGB-subpixel, waardoor slechts 64 tinten per kleur (2^6) mogelijk zijn. Dit beperkt het totale aantal weer te geven kleuren tot 262,144 (64 x 64 x 64), wat resulteert in minder levendige, minder nauwkeurige kleuren en een verminderde kleurdiepte in vergelijking met panelen met een hogere bitdiepte.
• Lagere contrastverhouding: Typische contrastverhoudingen liggen rond de 800:1. Zwart lijkt daardoor minder diep en wit minder helder, waardoor de algehele beelddiepte, details en waargenomen beeldkwaliteit afnemen.

Markt positie:

Door deze aanzienlijke beperkingen, met name de slechte kijkhoeken en kleurprestaties, hebben TN-panelen moeite om te voldoen aan de consumentenvraag naar hoogwaardige beeldschermen. Hun marktaandeel is aanzienlijk afgenomen. Ze worden nu voornamelijk gebruikt in low-end producten en lopen het risico op veroudering.

IPS-modus (In-Plane Switching)

De IPS-modus staat in de branche algemeen bekend als het "harde paneel". Het is een geavanceerde LCD-technologie. Oorspronkelijk ontwikkeld door Hitachi in het begin van de jaren 2000, werd het vervolgens gepromoot en verfijnd door bedrijven zoals LG. IPS-technologie heeft aanzienlijk aan populariteit gewonnen dankzij de superieure schermprestaties en het brede toepassingsbereik. Het heeft zich vandaag de dag ontwikkeld tot een van de meest gangbare schermtechnologieën.

Weergaveprincipe:

Geen spanning aangelegd: Natuurlijk licht van de achtergrondverlichting passeert de onderste polarisator en wordt lineair gepolariseerd licht dat is uitgelijnd met de as van de polarisator. Zonder spanning blijven de vloeibare kristalmoleculen in hun oorspronkelijke toestand en roteren ze het polarisatievlak van het licht niet. Wanneer dit gepolariseerde licht de bovenste polarisator bereikt, is de polarisatierichting loodrecht op de optische as van de bovenste polarisator. De bovenste polarisator blokkeert het licht, waardoor het LCD-scherm donker blijft (uitgeschakeld).

Toegepaste spanning: Wanneer spanning wordt aangelegd, ontstaat er een horizontaal (in het vlak) elektrisch veld. Dit veld zorgt ervoor dat de vloeibare kristalmoleculen parallel aan het glazen substraat roteren. Deze rotatie verandert de polarisatierichting van het invallende lineair gepolariseerde licht met 90 graden.

Het gedraaide licht richt zich nu parallel aan de optische as van de bovenste polarisator, waardoor het erdoorheen kan. Hierdoor lijkt het LCD-scherm helder (AAN-stand). Door de aangelegde spanning nauwkeurig te regelen, passen IPS-panelen de rotatiehoek van de vloeibaar-kristalmoleculen aan en reguleren zo de hoeveelheid doorgelaten licht om verschillende grijstinten en kleuren te bereiken.

Kortom, IPS-panelen zijn donker (UIT) wanneer er geen spanning op staat en helder (AAN) wanneer er wel spanning op staat. Omdat het scherm normaal gesproken donker is zonder spanning, wordt dit een 'Normaal Zwart'-modus (NB) genoemd.

Kijkhoekprestaties:

De IPS-modus maakt gebruik van een horizontaal elektrisch veld, waardoor de lange assen van de vloeibaar-kristalmoleculen roteren binnen het vlak van het substraat. Dit ontwerp resulteert in minimale verschillen in optische padlengte (retardatie) bij weergave vanuit verschillende hoeken. IPS-panelen vertonen dan ook vrijwel geen significante variatie in beeldkwaliteit of kleur over brede kijkhoeken.

Voors:

• Uitzonderlijke kijkhoeken: IPS-panelen zorgen voor heldere beelden en nauwkeurige kleurweergave bij brede kijkhoeken, zowel horizontaal als verticaal.
• Hoge kleurnauwkeurigheid en -diepte: Standaard IPS-panelen beschikken doorgaans over een kleurdiepte van 8 bits per RGB-subpixel, wat 256 tinten per kleur (2^8) mogelijk maakt. Dit maakt de weergave van maximaal 16.77 miljoen kleuren (256 x 256 x 256) mogelijk, wat zorgt voor een nauwkeurigere controle over kleur- en helderheidsverlopen. Dit zorgt voor een rijkere, meer genuanceerde kleurweergave en vloeiendere overgangen tussen lichte en donkere gebieden.
• Duurzaamheid en levensduur: IPS-panelen bieden over het algemeen een langere levensduur dan OLED-schermen. Ze zijn minder gevoelig voor permanente beeldretentie (inbranden) en hebben minder strenge eisen voor het gebruik. Kleine fysieke schade aan een LCD-scherm staat de functionaliteit vaak niet in de weg, terwijl schade aan een OLED-scherm, waardoor vocht of zuurstof kan binnendringen, het scherm doorgaans onbruikbaar maakt.

Voordelen :

• Lagere native contrastverhouding: vergeleken met VA-panelen vertonen IPS-panelen over het algemeen een lagere statische contrastverhouding, meestal rond de 1500:1.
• Achtergrondverlichting (IPS Glow): Bij het weergeven van donkere of zwarte content kan er lichtlekkage optreden, vaak zichtbaar als een gloed. Dit tast de zuiverheid van de zwartwaarden aan, wat een negatieve invloed heeft op het waargenomen contrast en de algehele visuele getrouwheid in donkere scènes.
• Hogere kosten: Vanwege complexere productieprocessen zijn IPS-panelen doorgaans duurder dan TN-panelen.

VA-modus (verticale uitlijning)

De VA-modus bereikt inherent hogere contrastverhoudingen dan zowel de TN- als de IPS-weergavemodus. Dit voordeel komt voort uit het feit dat de structuur van het VA-paneel geen oriëntatieverwerking van de uitlijningslaag vereist. Daardoor kunt u een uitzonderlijk hoog contrast bereiken. In statische toestand: de vloeibaar-kristalmoleculen van het VA-paneel zijn verticaal uitgelijnd, terwijl de moleculen van het IPS-paneel een voorhelling vertonen langs de uitlijningsrichting van de PI-laag.

VA-moduspanelen vertegenwoordigen een andere belangrijke, mainstream displaytechnologie. Deze wordt voornamelijk gebruikt in grote televisies en gebogen schermen. De VA-categorie kan verder worden onderverdeeld in types zoals MVA, PVA, PSVA en UV2A.

Weergaveprincipe:

Geen spanning aangelegd: Bij afwezigheid van spanning richten de vloeibare kristalmoleculen zich verticaal. Natuurlijk licht van de achtergrondverlichting passeert de onderste polarisator en wordt lineair gepolariseerd. Door de verticale oriëntatie van de moleculen blijft de polarisatierichting van dit licht onveranderd. Wanneer het de bovenste polarisator bereikt, staat de polarisatierichting loodrecht op de optische as van de polarisator, waardoor lichtdoorlaat wordt geblokkeerd. Hierdoor blijft het LCD-scherm donker (uitgeschakeld).

Toegepaste spanning: Wanneer spanning wordt aangelegd, ontstaat er een verticaal elektrisch veld. Dit veld zorgt ervoor dat de vloeibare kristalmoleculen kantelen ten opzichte van hun verticale oriëntatie en horizontaal uitgelijnd raken ten opzichte van het substraat. Deze moleculaire kanteling roteert de polarisatierichting van het invallende lineair gepolariseerde licht met 90 graden.

Het gedraaide licht is nu parallel aan de optische as van de bovenste polarisator uitgelijnd, waardoor het erdoorheen kan. Hierdoor lijkt het LCD-scherm helder (AAN-stand). Net als IPS-schermen regelen VA-panelen de rotatiehoek van de vloeibaar-kristalmoleculen door de aangelegde spanning te variëren. Hierdoor kunnen verschillende grijstinten en kleuren worden weergegeven.

Kortom, VA-panelen zijn donker (UIT) wanneer er geen spanning op staat en helder (AAN) wanneer er wel spanning op staat. Omdat het scherm normaal gesproken donker is zonder spanning, wordt dit een 'Normaal Zwart'-modus (NB) genoemd.

Kijkhoekprestaties:

Net als TN-panelen maakt de VA-modus gebruik van een verticaal elektrisch veld, waardoor de lange assen van de vloeibaar-kristalmoleculen verticaal kantelen. VA-panelen maken echter doorgaans gebruik van een dual-domain-structuur die optische padverschillen over verschillende kijkhoeken compenseert. Dit ontwerp vermindert de variaties in beeldkwaliteit en kleur aanzienlijk wanneer bekeken vanuit verschillende richtingen in vergelijking met standaard TN-panelen.

Voors:

• Hoge contrastverhouding: VA-panelen bereiken doorgaans een statische contrastverhouding van 3000:1 of hoger. Dit resulteert in diepere zwarttinten en helderdere wittinten. Dit kan de beelddiepte, dimensionaliteit en detailweergave verbeteren, zowel in donkere als in lichte scènes.
• Brede kijkhoeken: Hoewel de kijkhoeken over het algemeen iets kleiner zijn dan bij IPS-panelen, biedt VA-technologie nog steeds aanzienlijk bredere en stabielere kijkhoeken dan TN-panelen.
• Goede kleurweergave: Net als standaard IPS-panelen bieden VA-panelen doorgaans een kleurdiepte van 8 bits per RGB-subpixel (256 tinten per kleur). Dit maakt de weergave van ongeveer 16.77 miljoen kleuren mogelijk. U krijgt dus een rijke en redelijk nauwkeurige kleurweergave.

Voors:

• Langzamere responstijden: Vergeleken met TN-panelen en sommige IPS-panelen met snelle respons, vertonen VA-panelen over het algemeen langzamere pixelresponstijden, met name bij overgangen van grijs naar grijs. Dit kan leiden tot bewegingsonscherpte of ghosting-artefacten in snel bewegende content.
• Hoger stroomverbruik: VA-panelen vereisen vaak hogere stuurspanningen om de benodigde moleculaire kanteling te bereiken, wat resulteert in een relatief hoger stroomverbruik tijdens gebruik vergeleken met TN- en sommige IPS-varianten.
• Mogelijke uniformiteitsproblemen:Het bereiken van perfecte schermuniformiteit kan een uitdaging zijn met VA-panelen. U kunt problemen tegenkomen zoals kleurverschuiving. Dit is opvallender dan bij andere technologieën, vooral off-axis.

FFS-modus (Fringe Field Switching)

FFS is een gepatenteerde technologie van het Zuid-Koreaanse Hydis. FFS-technologie is geëvolueerd als een geavanceerde uitbreiding van IPS-technologie met brede kijkhoek. De FFS-modus genereert een elektrisch randveld tussen pixelelektroden op hetzelfde vlak. Dit veld zorgt ervoor dat vloeibaar-kristalmoleculen die zich zowel tussen de elektroden als er direct boven bevinden, kunnen roteren in een vlak parallel aan de substraten. Dit mechanisme verbetert de helderheid en beeldkwaliteit van het paneel aanzienlijk.

FFS-technologie overwint de inherent lage transmissie-efficiëntie van conventionele IPS-systemen. Het bereikt een hoge transmissie met behoud van brede kijkhoeken en vermijdt tegelijkertijd het mura-effect dat veel voorkomt bij sommige IPS-implementaties. Hierdoor kunnen realistischere beelden en een bijna waarheidsgetrouwe kleurreproductie worden verkregen. Het fundamentele werkingsprincipe berust, net als bij IPS, op een horizontaal elektrisch veld.

Belangrijkste verschil met IPS:

Bij conventionele IPS roteert het aanleggen van spanning voornamelijk de vloeibaar-kristalmoleculen tussen de elektroden. In de FFS-modus roteert het aanleggen van spanning de vloeibaar-kristalmoleculen zowel tussen de elektroden als direct erboven dankzij het gegenereerde randveld.

Voors:

• Hoge transmissie-/diafragmaverhouding: FFS maakt gebruik van transparante elektroden, waardoor de pixel-diafragmaverhouding wordt gemaximaliseerd. Dit verhoogt de transmissie van het paneel aanzienlijk ten opzichte van standaard IPS.
• Brede kijkhoeken: Optimalisatie van het rand-elektrische veld vergroot de stabiele kijkhoekprestaties nog verder dan bij standaard IPS.
• Lager energieverbruik: De hogere transmissie zorgt er direct voor dat er minder helderheid van de achtergrondverlichting nodig is om dezelfde helderheid op het scherm te bereiken, waardoor het totale energieverbruik afneemt.

Voors:

• Hogere productiekosten: FFS-productie omvat relatief complexe processen die zeer precieze apparatuur en strikte procescontrole vereisen. Dit brengt hogere productiekosten met zich mee dan standaard IPS of TN.
• Afweging voor responstijd: Hoewel FFS-schermen uitblinken in transmissie en kijkhoeken, kunnen ze soms iets langzamere responstijden vertonen dan geoptimaliseerde TN-schermen of sommige geavanceerde IPS-varianten. Dit kan de helderheid van snelbewegende beelden beïnvloeden, wat kan leiden tot subtiele bewegingsonscherpte.

Samenvattende vergelijking van de TN-, IPS-, VA- en FFS-modi:

Kenmerk	TN-modus	IPS-modus	VA-modus	FFS-modus
gezichtshoeken	Heel smal	Uitstekend (breedste)	Zeer goed (breed)	Uitstekend (Zeer Breed)
Contrast Ratio	Laag (~800:1)	Matig (~1000-1500:1)	Hoog (3000:1+)	Goed (vergelijkbaar met IPS)
Kleuren diepte	Meestal 6-bit (262K)	Meestal 8-bit (16.7M)	Meestal 8-bit (16.7M)	Meestal 8-bit (16.7M)
Reactietijd	Snelste	Goed (Fast IPS-varianten)	Langzaamste (Vooral GtG)	Matig (kan langzamer zijn)
Black Level	Arm (Grijsachtig)	Goed (enige IPS-gloed)	Uitstekend (diepst)	Goed
doorlaatbaarheid	Goed	Gemiddeld	Gemiddeld	Hoog (Beste)
Energieverbruik	Laagste	Gemiddeld	Hoger	Laag (vanwege hoge transmissie)
Kosten	Laagste	Matig tot hoog	Gemiddeld	Hoger
gemeenschappelijk gebruik	Monitoren van lage kwaliteit, budget	Middelhoge monitoren, tablets,	Tv's, gebogen monitoren	High-end smartphones en tablets
	laptops, oudere panelen	smartphones, professioneel		premium monitoren
Sleutelsterkte	Snelheid, kosten	Kijkhoeken, kleuraccenten	Contrast, diepe zwarten	Transmissie, kijkhoeken
Belangrijkste zwakte	Kijkhoeken, kleur	Contrast, IPS Glow, Kosten	Reactietijd, Uniformiteit	Kosten, reactietijd
Normaal	Wit (NW)	Zwart (NB)	Zwart (NB)	Zwart (NB)
Elektrisch veld	Verticaal	Horizontaal	Verticaal	Fringe (afgeleid van horizontaal)

Conclusie:

Als professionele fabrikant van LED-schermen produceren we niet alleen hoogwaardige LED-displays, maar hebben we ook uitgebreide kennis van LCD-schermen. Als u een LCD-wandproject plant, kunt u ook contact met ons opnemen voor de beste oplossing.