Энергия в такой ячейке расходуется только на перезаряд конденсатора, образованного электродами. Управлять сегментами, кстати, приходится с помощью переменного тока, потому что однажды "засвеченный" сегмент может оставаться в таком состоянии часами даже после снятия напряжения с электродов и возвращать в исходное состояние его приходится принудительно, подачей напряжения противоположной полярности.
Такие ЖК-дисплеи широко используют и поныне - вы их не раз встречали в тех же часах, дисплеях калькуляторов, плейеров, магнитол, фотокамер, в портативных измерительных приборах. Огромное преимущество сегментных ЖК-дисплеев почти перед любыми другими разновидностями устройств отображения информации заключается в том, что они практически не потребляют энергии, расходуяя ее лишь на изменение состояния кристалла. Зато обеспечить полутоновые изображения в таких пассивных матрицах напрашивающимся методом изменения величины подаваемого на электроды напряжения крайне сложно. Кроме того, простая пассивная матрица имеет неплохую контрастность в отраженном свете, но при наличии лампы-подсветки, увы, черного цвета в ней не добиться.
По этим причинам в компьютерных дисплеях простые пассивные матрицы практически не использовали. Сначала придумали ячейки, использующие технологию STN (Super TN[TN означает Twisted Nematic - от наименования типа жидких кристаллов ("закрученные нематические").]), с помощью которой удалось увеличить угол "закручивания" поляризованного света внутри ЖК-ячейки с 90° до 270°, что позволило обеспечить лучшую контрастность изображения и более плавное управление полутонами. Дальнейшим усовершенствованием стала технология DSTN, где попросту взгромоздили друг на друга две STN-ячейки, молекулы которых при работе поворачиваются в противоположные стороны. Это позволило довести контрастность в проходящем свете до такой величины, что появилась возможность изготовить цветной дисплей, в котором на каждый пиксел приходится три ЖК-ячейки (субпиксела), каждая со своим цветным фильтром.
Кроме контрастности, большой проблемой пассивных матриц было огромное время прорисовки изображения. Система параллельных электродов по сути представляет собой конденсатор, да еще и заполненный электролитом (жидкими кристаллами), будто специально для увеличения его емкости. Вместе с неизбежно высоким сопротивлением тончайших прозрачных электродов ячейка образует отличный фильтр низкой частоты. Поэтому время реакции при подаче импульса напряжения было удручающе большим - сотня-другая миллисекунд считалась очень хорошим показателем. Это некритично для цифровых индикаторов в часах, но для компьютерных дисплеев с частотой обновления экрана порядка 60 Гц никуда не годится.
Быстродействие ячеек удалось повысить, поставив в каждой из них дополнительный тонкопленочный транзистор (TFT). Он резко улучшил временные характеристики упомянутого фильтра, в результате чего время обновления снизилось до приемлемых десятков миллисекунд.
Такие дисплеи стали называться активноматричными[Собственно, маркетологи давно могли бы убрать навязшую в зубах аббревиатуру TFT из названий мониторов, чтобы не вызывать лишних вопросов у "чайников", так как все мониторы теперь только с активными матрицами.]. К сожалению, транзисторы имеют обыкновение иногда сгорать, и при их количестве в несколько миллионов вероятность такого события становится весьма ощутимой - вот тогда и появляются всем известные битые пикселы, которые в технологии TFT TN выглядят, как бросающиеся в глаза ярко светящиеся точки.
Третьей серьезной проблемой, с которой столкнулись изготовители матриц, был малый угол обзора. Взгляните еще раз на рис. 1 и мысленно поставьте две ячейки друг на друга, чтобы получить нечто напоминающее ячейку DSTN. Даже удивительно, как производители вообще достигают углов обзора 120-160, а то и 170 градусов. Причем дело не только в том, что поляризаторы, электроды и не показанная на рисунке Black Matrix ("черная сетка", которая разделяет субпикселы, чтобы они не засвечивали друг друга) попросту загораживают свет, но и в том, что при взгляде на матрицу сбоку угол поляризации светового потока получается не совсем таким, как при строго перпендикулярном направлении взгляда.
Теперь ясно, почему изображение чернеет, синеет и даже может обращаться в негатив, стоит нам присесть перед монитором с TN-матрицей. Если же взглянуть на него сверху, изображение наоборот, светлеет. Это характерный признак TN-технологии, позволяющий легко отличить такие матрицы от других разновидностей.
Добавление "+film" означает, что матрицу покрывают специальной пленкой, увеличивающей угол обзора за счет эффекта преломления. Как и TFT, эту приставку давно пора убрать из спецификаций, так как в области компьютерных дисплеев никаких других TN, кроме "+film", больше не бывает.
Обычная TN-матрица имеет углы обзора градусов в 90 (по горизонтали, по вертикали не больше 20), а "film" позволяет увеличить их примерно до 140 (по вертикали - до 40-60), причем измеряется это для падения контраста до 10:1. Что при этом творится с цветопередачей - умалчивается (подробности см. во врезке).
Однако не нужно думать, что TN - однозначно плохо. Во-первых, эта технология гораздо дешевле других, и если вы попробуете найти на рынке, скажем, ноутбук с "более прогрессивными" типами матриц, то будете неприятно удивлены ценой. Во-вторых, за последние годы эта технология развивалась очень быстро, и дешевые мониторы заметно прибавили в качестве. И наконец, углы обзора имеют значение для больших матриц в настольных дисплеях. В ноутбуках же, где человек сидит, уставившись в экран 12-15 дюймов с расстояния 30 см и, как правило, пялится на него в одиночку, разницы между технологиями он может и не заметить.
В 1995 г., когда и TFT-TN-технология только вылезала из пеленок, дисплейное подразделение компании Hitachi при участии фирмы NEC предложило совсем иное построение ячейки ЖК-матрицы. Оно получило название Super-TFT, а ныне более известно под аббревиатурой IPS (In-Plane Switching - букв. "переключение в плоскости"). Упрощенно ячейка (точнее, две соседние ячейки) такой матрицы показан на рис. 2. На нем видно, что IPS-ячейка имеет гораздо меньшую глубину, чем DSTN. Это один факторов, хоть и не главный, за счет которого углы обзора в современных IPS-матрицах возрастают до 170 и больше, что сравнимо с ЭЛТ-мониторами.
Принцип действия этой ячейки диаметрально противоположен TN - при отсутствии напряжения (на рис. 2 слева) молекулы жидких кристаллов ориентированы так, что плоскость поляризации светового потока не поворачивают. Поляризаторы, как и ранее, ориентированы перпендикулярно друг другу, и такая ячейка не пропускает свет. Из-за этого, кстати, битые пикселы в IPS-матрице черные, а не светящиеся, что уже само по себе огромный плюс.
При подаче управляющего напряжения (рис. 2 справа) на электроды, которые здесь расположены на одной плоскости, молекулы выстраиваются иначе. Слой жидких кристаллов теперь поворачивает плоскость поляризации, и ячейка пропускает свет. Обратите внимание, что молекулы всегда ориентированы параллельно подложке, невзирая на то, пропускает ячейка свет, задерживает или пропускает наполовину. Этим свойством по большей части и обусловлено то, что в IPS-матрицах цветовой оттенок от угла обзора почти не зависит. Цветопередача у таких матриц также гораздо лучше, чем у TN. Мониторы, сделанные на таких матрицах, практически всегда отображают истинные 16,7 млн. цветов, без всякой "интерполяции", характерной для других технологий.
Впрочем, недостатки у IPS тоже имеются, и главный из них таков: из-за меньшей площади и ограниченного радиуса действия электродов создание нужной напряженности электрического поля требует больших затрат энергии и занимает больше времени, из-за чего растет время реакции. Сейчас, однако, этот недостаток успешно преодолен в различных вариантах технологии (вроде S-IPS). И самые лучшие ЖК-мониторы (хотя и далеко не все) делаются именно по технологии IPS в ее различных вариантах. Причем даже самые дешевые из них все же заметно дороже бюджетных мониторов, построенных по технологии TN+film.