التبديل داخل المستوى

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

تقنية التبديل داخل المستوى ( IPS ) هي تقنية شاشات تُستخدم في شاشات الكريستال السائل (LCD). في هذه التقنية، تُحصر جزيئات الكريستال السائل بين لوحين (مستويين) من الركيزة الزجاجية ، وتكون محاذاتها متوازية معهما . يُعاد توجيه الجزيئات بتطبيق مجال كهربائي ، مع الحفاظ على توازيها مع السطحين لتكوين الصورة. صُممت هذه التقنية لمعالجة مشاكل ضعف زاوية الرؤية ودقة الألوان في شاشات الكريستال السائل ذات مصفوفة تأثير المجال النيماتيكي الملتوي (TN) التي كانت شائعة في أواخر ثمانينيات القرن الماضي. [ 1 ]

تاريخ

بدأت شاشات الكمبيوتر باستخدام لوحات TFT LCD ذات المصفوفة النشطة في ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي، كتقنية بديلة لتقنية أنبوب أشعة الكاثود . عانت هذه الشاشات المبكرة من انعكاس تدرج الرمادي ، وفقدان التباين ، وضعف دقة إعادة إنتاج الألوان عند المشاهدة من زوايا حادة، [ 2 ] بالإضافة إلى تشويش ملحوظ في حركة الشاشة نتيجة لبطء زمن الاستجابة . صُممت تقنيتا IPS والمحاذاة الرأسية (VA) للتخفيف من هذه المشكلات.

وُصفت شاشة IPS-LCD تجريبية مبكرة في براءة اختراع عام 1974. استخدمت هذه الشاشة أقطابًا كهربائية متشابكة على ركيزة زجاجية واحدة فقط ، لتوليد مجال كهربائي موازٍ تقريبًا للركيزة الزجاجية. [ 3 ] [ 4 ] ومع ذلك، لم يتمكن المخترع من تطوير شاشات IPS-LCD بجودة تفوق شاشات TN المعاصرة.

بعد تحليل دقيق، تم تقديم تفاصيل الترتيبات الجزيئية المفيدة في ألمانيا بواسطة غونتر باور وآخرون وتم تسجيل براءات اختراع في دول مختلفة بما في ذلك الولايات المتحدة في 9 يناير 1990. [ 5 ] [ 6 ] قامت جمعية فراونهوفر في فرايبورغ ، حيث كان المخترعون يعملون، بتخصيص براءات الاختراع هذه لشركة ميرك كيه جي إيه إيه ، دارمشتات، ألمانيا.

بعد ذلك بوقت قصير، قدمت شركة هيتاشي اليابانية براءات اختراع لتحسينات في هذه التقنية. [ 7 ] في عام 1992، وضع مهندسو هيتاشي تفاصيل عملية متنوعة لتقنية IPS لربط مصفوفة الترانزستورات الرقيقة على شكل مصفوفة، وتجنب المجالات الطفيلية غير المرغوب فيها بين البكسلات. [ 8 ] [ 9 ] كما حسّنت هيتاشي اعتماد زاوية الرؤية بشكل أكبر من خلال تحسين شكل الأقطاب الكهربائية ( Super IPS ). أصبحت كل من NEC وهيتاشي من أوائل الشركات المصنعة لشاشات LCD ذات المصفوفة النشطة والمُعنونة بتقنية IPS. يُعد هذا إنجازًا هامًا في مجال تصنيع شاشات LCD كبيرة الحجم ذات أداء بصري مقبول لشاشات الكمبيوتر المسطحة وشاشات التلفزيون. في عام 1996، طورت سامسونج تقنية النقش البصري التي تُمكّن من إنتاج شاشات LCD متعددة المجالات. وظلت تقنية التبديل متعدد المجالات والتبديل داخل المستوى هي التصميمات السائدة لشاشات LCD حتى عام 2006. [ 10 ]

وفي وقت لاحق، اعتمدت شركة إل جي ديسبلاي وغيرها من الشركات المصنعة لشاشات الكريستال السائل من كوريا الجنوبية واليابان وتايوان تقنية IPS.

تُستخدم تقنية IPS على نطاق واسع في شاشات أجهزة التلفاز ، وأجهزة الكمبيوتر اللوحية ، والهواتف الذكية . وعلى وجه الخصوص، فإن معظم منتجات IBM التي تم تسويقها تحت اسم Flexview من عام 2004 إلى عام 2008 مزودة بشاشات IPS LCD بإضاءة خلفية CCFL ، وجميع منتجات شركة Apple Inc. التي تم تسويقها تحت اسم Retina Display [ 11 ] [ 12 ] مزودة بشاشات IPS LCD بإضاءة خلفية LED منذ عام 2010.

تطوير تقنية IPS من هيتاشي [ 13 ] [ 14 ]
اسمكنيةسنةميزةنسبة النفاذية أو التباينملاحظات
سوبر تي إف تينظام تحديد المواقع الدولي1996زاوية رؤية واسعة100/100 المستوى الأساسيتدعم معظم الشاشات أيضًا ألوانًا حقيقية بدقة 8 بت لكل قناة . وقد جاءت هذه التحسينات على حساب انخفاض زمن الاستجابة، الذي كان في البداية حوالي 50  مللي ثانية. كما كانت شاشات IPS باهظة الثمن للغاية.
نظام منع انغلاق المكابح الفائقS-IPS1998ألوان ثابتة100/137تم استبدال تقنية IPS منذ ذلك الحين بتقنية S-IPS (Super-IPS، هيتاشي في عام 1998)، والتي تتمتع بجميع مزايا تقنية IPS بالإضافة إلى تحسين توقيت تحديث البكسل.
نظام الحماية المتقدم فائق السرعة (Super-IPS)نظام AS-IPS2002نفاذية عالية130/250تعمل تقنية AS-IPS، التي طورتها شركة هيتاشي أيضًا في عام 2002، على تحسين نسبة التباين بشكل كبير في لوحات S-IPS التقليدية لدرجة أنها تأتي في المرتبة الثانية بعد بعض لوحات S-PVA .
IPS-ProvectusIPS-Pro2004نسبة تباين عالية137/313أحدث لوحة من تقنية IPS Alpha تتميز بنطاق ألوان أوسع ونسبة تباين تضاهي شاشات PVA وASV بدون توهج من الزوايا الجانبية.
آي بي إس ألفاIPS-Pro2008نسبة تباين عاليةالجيل التالي من تقنية IPS-Pro
آي بي إس ألفا الجيل التاليIPS-Pro2010نسبة تباين عالية
تطوير تكنولوجيا إل جي بي إس
اسمكنيةسنةملاحظات
نظام IPS أفقيخَواصِر2007يحسّن هذا النظام نسبة التباين من خلال تعديل تصميم مستوى الأقطاب الكهربائية. كما يُقدّم غشاءً استقطابيًا اختياريًا من نوع Advanced True White من شركة NEC، لجعل اللون الأبيض يبدو أكثر طبيعية . يُستخدم هذا النظام في شاشات LCD الاحترافية/المخصصة للتصوير الفوتوغرافي.
نظام منع التطفل المحسننظام التتبع الإلكتروني2009فتحة أوسع لنقل الضوء، مما يتيح استخدام إضاءة خلفية أقل استهلاكاً للطاقة وأرخص ثمناً. كما أنها تحسن زاوية الرؤية القطرية وتقلل زمن الاستجابة إلى 5 مللي ثانية. 
نظام تحديد المواقع الاحترافينظام P-IPS2010توفر 1.07 مليار لون (عمق لوني 30 بت). عدد أكبر من الاتجاهات الممكنة لكل بكسل فرعي (1024 مقابل 256) وتنتج عمقًا لونيًا حقيقيًا أفضل.
نظام منع الاختراق عالي الأداء المتقدمAH-IPS2011تحسين دقة الألوان، وزيادة الدقة وكثافة البكسل، وزيادة نفاذية الضوء لتقليل استهلاك الطاقة. [ 15 ]

تكنولوجيا

مخطط تخطيطي لشاشة عرض بلورية سائلة IPS

تطبيق

في هذه الحالة، يكون محورا نقل الضوء لكل من مرشحي الاستقطاب الخطي P و A في نفس الاتجاه. وللحصول على بنية نيماتية ملتوية بزاوية 90 درجة لطبقة البلورات السائلة بين لوحي الزجاج دون تطبيق مجال كهربائي (حالة الإيقاف )، تُعالج الأسطح الداخلية للوحي الزجاجي لمحاذاة جزيئات البلورات السائلة المتجاورة بزاوية قائمة. هذه البنية الجزيئية مطابقة عمليًا لتلك الموجودة في شاشات الكريستال السائل TN. مع ذلك، يختلف ترتيب القطبين e1 و e2. يقع القطبان في نفس المستوى وعلى لوح زجاجي واحد، لذا فهما يُولّدان مجالًا كهربائيًا موازيًا لهذا اللوح تقريبًا. الرسم ليس بمقياس الرسم: طبقة البلورات السائلة لا يتجاوز سمكها بضعة ميكرومترات ، وهي رقيقة جدًا مقارنةً بالمسافة بين القطبين.

تتميز جزيئات البلورات السائلة بخاصية التباين العازل الموجب ، وتصطف بحيث يكون محورها الطويل موازيًا للمجال الكهربائي المطبق. في حالة الإيقاف (الموضحة على اليسار)، يستقطب الضوء الداخل L1 استقطابًا خطيًا بواسطة المستقطب P. تعمل طبقة البلورات السائلة النيماتية الملتوية على تدوير محور استقطاب الضوء المار بزاوية 90 درجة، بحيث لا يمر أي ضوء عبر المستقطب A في الحالة المثالية. في حالة التشغيل ، يُطبق جهد كافٍ بين الأقطاب الكهربائية، ويتولد مجال كهربائي E يُعيد اصطفاف جزيئات البلورات السائلة كما هو موضح على يمين الرسم التخطيطي. هنا، يمكن للضوء L2 المرور عبر المستقطب A.

عمليًا، توجد مخططات تنفيذ أخرى ذات بنية مختلفة لجزيئات البلورات السائلة - على سبيل المثال، بدون أي التواء في حالة الإيقاف . ولأن كلا القطبين الكهربائيين موجودان على نفس الركيزة، فإنهما يشغلان مساحة أكبر من أقطاب المصفوفة الثلاثية. وهذا يقلل أيضًا من التباين والسطوع. [ 16 ] 

يُستخدم هذا التصميم للبكسل في شاشات S-IPS LCD. ويُستخدم شكل حرف V لتوسيع مجال الرؤية .

المزايا

  • تعرض شاشات IPS ألوانًا متناسقة ودقيقة من جميع زوايا المشاهدة. [ 17 ] يمكن الاطلاع على مقارنة بين شاشات IPS وشاشات TN من حيث تناسق الألوان عند زوايا مشاهدة مختلفة، والتي أُجريت عام 2014، على موقع شركة Japan Display Inc. [ 18 ] كما تتميز شاشات IPS، مقارنةً بشاشات TN، بقدرتها على عرض نطاقات لونية أوسع .
  • على عكس شاشات TN LCD، لا تُظهر شاشات IPS أي بهتان أو تشويش عند اللمس. وهذا أمر مهم للأجهزة التي تعمل باللمس، مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر اللوحية . [ 19 ]
  • توفر شاشات IPS صورًا واضحة وحادة للغاية بدون انعكاسات، ونطاق رؤية واسع، ووقت استجابة ثابت، وألوانًا أفضل. [ 16 ] [ 20 ]

العيوب

بالمقارنة مع شاشات TN، قد تستهلك شاشات IPS طاقة أكبر، وتكون تكلفة تصنيعها أعلى، وتكون أوقات استجابتها أبطأ، كما أنها أكثر عرضة لظاهرة تفاوت سطوع الإضاءة الخلفية ("تسرب الإضاءة الخلفية"). [ 21 ] [ 22 ]

أسماء أخرى

تستخدم شركة سامسونج للإلكترونيات مصطلح التسويق Super PLS (تقنية التبديل من المستوى إلى الخط) للإشارة إلى تقنيات لوحات IPS ذات الميزات وخصائص الأداء المشابهة لما تقدمه شركة إل جي. [ 23 ] [ 24 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كروس، جيسون (18 مارس 2012). "شرح الشاشات الرقمية" . تيك هايف . بي سي وورلد. ص  4. مؤرشف من الأصل في 2 أبريل 2015. تم الاطلاع عليه في 19 مارس 2015 .
  2. ↑ " تقنية TFT: تحسين زاوية الرؤية" . ريفردي (شركة تصنيع وحدات TFT). مؤرشف من الأصل في 23 أبريل 2016. تم الاطلاع عليه في 5 نوفمبر 2016. مع ذلك، تعاني تقنية [البلورات السائلة الملتوية] من ظاهرة تُسمى انعكاس تدرج الرمادي. وهذا يعني أن الشاشة لها جانب رؤية واحد تتغير فيه ألوان الصورة فجأة بعد تجاوز زاوية الرؤية المحددة.(انظر تأثير انعكاس الصورة )
  3. ↑ "البيانات الببليوغرافية: US3834794 (A) - 10-09-1974" . Espacenet.com . مؤرشف من الأصل في 8 مارس 2021. تم الاطلاع عليه في 9 أكتوبر 2013 .
  4. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 3,834,794 : ر. سوريف، جهاز قياس وعرض استشعار المجال الكهربائي للبلورات السائلة ، تم تقديمه في 28 يونيو 1973.
  5. ↑ "البيانات الببليوغرافية: US5576867 (A) - 1996-11-19" . Espacenet.com . مؤرشف من الأصل في 8 مارس 2021. تم الاطلاع عليه في 9 أكتوبر 2013 .
  6. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 5576867 
  7. ↑ "جوائز وتكريمات جمعية مديري الإعلام لعام 2014" . InformationDisplay.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 أبريل 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2014 .
  8. ↑ "Espacenet – بيانات ببليوغرافية" . Worldwide.espacenet.com . 28 يناير 1997. مؤرشف من الأصل في 8 مارس 2021. تم الاطلاع عليه في 15 أغسطس 2014 . 
  9. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 5,598,285 : K. Kondo, H. Terao, H. Abe, M. Ohta, K. سوزوكي, T. Sasaki, G. Kawachi, J. Ohwada, جهاز عرض كريستال سائل ، تم تقديمه في 18 سبتمبر 1992 و20 يناير 1993.
  10. ↑ "التشكيل البصري" (ملف PDF) . مجلة نيتشر. 22 أغسطس 1996. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يونيو 2008 .
  11. ↑ المواصفات الفنية لهاتف iPhone 5c (مؤرشفة بتاريخ 31 أكتوبر 2013 في أرشيف الإنترنت)
  12. ↑ مقارنة بين طرازات iPad ( مؤرشفة بتاريخ 24 أكتوبر 2012 في Wayback Machine)
  13. ↑ تقنية IPS-Pro (تقنية IPS المتطورة) مؤرشفة في 29 مارس 2010 على موقع Wayback Machine
  14. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 15 نوفمبر 2012. تم الاطلاع عليها بتاريخ 24 نوفمبر 2013 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  15. ↑ فريق أخبار tech2 (19 مايو 2011). "إل جي تعلن عن شاشات AH-IPS فائقة الدقة" . Firstpost.com . مؤرشف من الأصل في 11 ديسمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 10 ديسمبر 2015 .{{cite web}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  16. 1 2 بيكر، سيمون (30 أبريل 2011). "تقنيات الشاشات: شرح لتقنية TN Film، وMVA، وPVA، وIPS" . Tftcentral.co.uk. مؤرشف من الأصل في 29 يونيو 2017. تم الاطلاع عليه في 13 يناير 2012 .
  17. ↑ مقارنات أجرتها شركة إل جي ديسبلاي، مؤرشفة في 13 يناير 2013 على موقع Wayback Machine
  18. ↑ مقارنة بصرية بين تقنيتي IPS وTN أجرتها شركة Japan Display Inc.، مؤرشفة بتاريخ 28 مارس 2014 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  19. ↑ شاشة IPS "لوحة مستقرة" مؤرشفة في 2 مايو 2015 على موقع Wayback Machine
  20. ↑ مارك، وينستون (30 يونيو 2021). "لجنة IPS أم لجنة TN؟" . EsportSource.net . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 فبراير 2022 .
  21. ↑ إيفانكوف، أليكس (1 سبتمبر 2016). "مزايا وعيوب تقنية شاشة IPS" . فيرجن ديلي . مؤرشف من الأصل في 26 سبتمبر 2017. تم الاطلاع عليه في 25 سبتمبر 2017 .
  22. ↑ "دليل العرض والرسومات" . جامعة بنسلفانيا. 3 مايو 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 فبراير 2019 .
  23. ↑ "سامسونج تعتمد تقنية IPS بدلاً من AMOLED: لماذا؟" . صحيفة سيول شينمون . 9 نوفمبر 2012. مؤرشف من الأصل في 21 ديسمبر 2012. تم الاطلاع عليه في 9 نوفمبر 2012 .
  24. ↑ "تقنية PLS من سامسونج تُحسّن شاشات IPS مثل شاشات iPad، وبسعر أقل" . electronista.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 27 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أكتوبر 2012 .