IPS-Matrix – wie funktioniert sie und was sind ihre Eigenschaften? Kompendium des Wissens

Die IPS-Matrix (kurz für In-Plane Switching) ist eine der beliebtesten Arten von Matrizen, die in Monitoren, Fernsehern und mobilen Geräten verwendet werden. Es bietet weite Betrachtungswinkel, originalgetreue Farbwiedergabe und keinen Graustufen-Inversionseffekt, der bei billigeren TN-Matrizen zu finden ist. Lassen Sie uns also herausfinden, was das Phänomen der IPS-Matrizen ist und warum sie von Herstellern von Unterhaltungselektronik so eifrig verwendet werden.

Geschichte der IPS-Technologie

IPS-Matrizen wurden in den 1990er Jahren entwickelt. Es wurde in den 1970er Jahren von der japanischen Firma Hitachi entwickelt. Es war eine Reaktion auf die Unzulänglichkeiten der damals populären TN- (Twisted Nematic) und VA-Matrizen (Vertical Alignment), die sich durch enge Betrachtungswinkel auszeichneten. Das bedeutete, dass das Bild an Farbe und Kontrast verlor, wenn man etwas von der Seite auf den Bildschirm schaute.

Ein weiteres Problem von TN-Matrizen war die Graustufeninversion, ein Phänomen, bei dem die Farben eines Bildes invertiert werden, wenn es aus einem bestimmten Winkel betrachtet wird. Das Ergebnis waren verzerrte, unrealistische Farben. Um dies zu ändern, entwickelten die Ingenieure von Hitachi die für die damalige Zeit revolutionäre IPS-Technologie .

Die innovative Lösung von Hitachi bestand darin, die Flüssigkristalle relativ zur Ebene der Matrix auf eine andere Art und Weise zu stapeln. Dies ermöglichte es, die Nachteile von TN-Matrizen zu beseitigen und einen Bildschirm mit beispielloser Leistung zu schaffen. Seit ihrer Veröffentlichung in der zweiten Hälfte der 1990er Jahre haben IPS-Matrizen nach und nach ältere TN- und STN-Designs verdrängt und sind heute zu einer der beliebtesten Bildschirmtechnologien der Welt geworden.

IPS-Matrix – was genau ist das? Aufbau und Funktionsprinzip

Die IPS-Matrix ist eine Art LCD-Panel, das eine hervorragende Farbwiedergabe und weite Betrachtungswinkel ermöglicht. Wie unterscheidet sie sich von anderen Technologien? Die IPS-Technologie richtet die Flüssigkristallmoleküle parallel zum Glas aus, während andere Technologien wie TN und VA sie vertikal ausrichten. Dieser grundlegende Unterschied hat es ermöglicht, die Bildqualität deutlich zu verbessern.

Genauer gesagt werden bei Flüssigkristallanzeigen spezielle Substanzen verwendet, die als Flüssigkristalle bezeichnet werden und ihre Struktur unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes verändern. Die Ingenieure von Hitachi verwendeten eine innovative Lösung, bei der Flüssigkristalle parallel zum Chip gestapelt wurden. Mit dieser Anordnung können die Kristalle sehr schnell über elektrische Felder geschaltet werden. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung ihrer Ausrichtung und damit eine Steuerung der Menge des durchgelassenen Lichts für jedes Pixel der Matrix. Infolgedessen können IPS-Matrizen Bilder mit viel breiteren Betrachtungswinkeln (bis zu 178-180 Grad) und besserer Farbwiedergabe im Vergleich zu TN anzeigen. Darüber hinaus gibt es kein Problem der Graustufeninversion, die bisher der Fluch billiger TN-Panels war.

Erwähnenswert ist, dass moderne IPS-Matrizen neben der innovativen Flüssigkristallanordnung auch Verbesserungen im Design der Pixel selbst aufweisen. Jedes Pixel ist in kleinere Subpixel unterteilt, wodurch die Farbwiedergabe und die Betrachtungswinkel verbessert werden. Viele moderne IPS-Matrizen verfügen zudem über eine Anti-Glare-Beschichtung, um störende Blendung zu reduzieren.

IPS-Matrix-Typen

Abhängig von den spezifischen Anforderungen und Anwendungen gibt es viele verschiedene Arten von IPS-Matrizen. Jeder dieser Typen bietet unterschiedliche Leistungsstufen und Bildqualität, sodass Sie Ihren Bildschirm an Ihre spezifischen Anforderungen anpassen können. Hier sind einige Beispiele:

• H-IPS (Horizontal IPS) – eine Variante von IPS mit erhöhter Helligkeit und Kontrast, die für Anwendungen entwickelt wurde, die sehr klare und dynamische Bilder erfordern.
• S-IPS (Super-IPS) – eine Variante von IPS-Matrizen, die für die kürzestmögliche Reaktionszeit optimiert ist und für Spiele und Actionfilme nützlich ist.
• AH-IPS (Advanced High Performance IPS) – eine Weiterentwicklung der ursprünglichen IPS-Technologie, die durch die Verwendung eines neuen Subpixel-Arrays eine noch höhere Farbgenauigkeit bietet.
• IPS-Pro (IPS Alpha) – eine Matrix mit höherem Kontrast und Farbraum.

Die S-IPS-Matrix ist beispielsweise eine verbesserte Version der IPS-Matrix, die eine bessere Farbwiedergabe und einen höheren Kontrast bietet. Die AH-IPS-Matrix hingegen ist darauf ausgelegt, eine noch bessere Bildqualität und Leistung zu bieten, was sie ideal für professionelle Grafikanwendungen macht.

Wie Sie sehen können, haben IPS-Matrizen eine Reihe von Verbesserungen und Modifikationen erfahren, die ihre Leistung gegenüber der ursprünglichen Technologie aus den 1990er Jahren verbessert haben. Dies hat es IPS-Panels ermöglicht, ihre Anwendungen auf den Monitor-, TV-, Tablet- und Smartphone-Markt auszuweiten.

Vorteile und Anwendungen von IPS-Matrizen

IPS-Matrizen haben eine Reihe von Vorteilen, die sie für den Einsatz in vielen Geräten beliebt machen:

• Weite Betrachtungswinkel – bis zu 178-180 Grad, weit besser als bei TN-Matrizen. Sie ermöglichen es Ihnen, das Bild auch von der Seite oder aus einem signifikanten Winkel klar zu sehen.
• Originalgetreue Farbwiedergabe – IPS-Matrizen reproduzieren Farben und Schattierungen dank fortschrittlichem Pixeldesign perfekt. Die Farben ändern sich nicht, wenn sie aus einem Winkel betrachtet werden.
• Tiefe Schwarztöne – Schwarztöne in IPS-Matrizen sind intensiv und tief und liefern einen hohen Kontrast und dynamische Bilder.
• Kein Graustufen-Inversionseffekt – ein Problem, das man von billigen TN-Matrizen kennt und das bei schräger Betrachtung zu unrealistischen Farbveränderungen führt.
• Kurze Reaktionszeit – bei modernen IPS-Varianten erreicht sie 4-5 ms, ausreichend für Spiele und Actionfilme.
• Druckfestigkeit – weniger Bildverzerrung bei Berührung im Vergleich zu TN.

Dank dieser Eigenschaften funktionieren IPS-Matrizen gut in industriellen Bildschirmen, Computermonitoren und Fernsehern sowie in Tablets und Smartphones. Sie bieten unabhängig vom Betrachtungswinkel eine hervorragende Bildqualität, minimieren Verzerrungen durch Touch-Bedienung und präsentieren Bilder, Videos und Texte in lebendigen, präzisen Farben. Damit eignen sich IPS-Matrizen ideal für Anwendungen, die eine hohe Farbgenauigkeit erfordern, wie z. B. medizinische Anwendungen, präzisionsintensive HMI-Geräte sowie professionelles Grafikdesign, Fotografie und Video. Darüber hinaus sind IPS-Bildschirme aufgrund ihrer weiten Betrachtungswinkel eine ideale Wahl für Umgebungen, in denen der Bildschirm gemeinsam genutzt wird. In Geschäftsanwendungen wie Konferenzräumen, Büroräumen und Bildungseinrichtungen.

Die Nachteile von IPS-Panels im Vergleich zu kostengünstigen TN-Matrizen sind teilweise etwas höhere Produktionskosten, Stromverbrauch und längere Reaktionszeit. Diese Unterschiede werden jedoch mit jeder Generation geringer, und die Vorteile von IPS überwiegen bei den meisten Anwendungen.

Unterschiede zwischen IPS-Matrix und anderen Typen

Um die einzigartigen Vorteile der IPS-Technologie besser zu verstehen, schauen wir uns die Unterschiede zu den beliebtesten konkurrierenden Matrixtypen an.

TN vs. IPS-Matrix

Ein Vergleich der TN- und IPS-Matrix zeigt, dass diese beiden Arten von Matrizen ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften und Anwendungen haben. TN-Matrizen sind die älteste Art von LCD-Matrizen und bieten sehr schnelle Reaktionszeiten, was sie ideal für Gamer macht, die eine sofortige Reaktion ihres Bildschirms benötigen. Allerdings haben sie sehr enge Blickwinkel und das Problem der Graustufeninvertierung.

IPS-Matrizen haben diese Nachteile beseitigt, indem sie die Flüssigkristalle unterschiedlich anordnen und jedes Subpixel präzise steuern. Dadurch konnten Betrachtungswinkel von bis zu 178-180 Grad ohne Farbverzerrung erreicht werden. Darüber hinaus bieten IPS-Matrizen viel originalgetreuere und natürlichere Farben als TN.

Die Nachteile von IPS sind etwas höhere Produktionskosten und eine längere Reaktionszeit. Bei den meisten Anwendungen, insbesondere bei Multimedia, überwiegen jedoch die Vorteile einer überlegenen Bildqualität bei weitem. Aus diesem Grund haben IPS-Matrizen die TN-Technologie von modernen Fernsehern, Monitoren und mobilen Geräten fast vollständig verdrängt.

VA- oder IPS-Matrix

Die VA-Technologie (und ihre Weiterentwicklung MVA) ist ein weiteres Matrix-Design nach TN, das weite Betrachtungswinkel und hohen Kontrast bietet. Standard-VA-Matrizen leiden jedoch unter langsamen Reaktionszeiten und einer schlechteren Farbwiedergabe als IPS.

MVA- oder IPS-Matrix

MVA-Matrizen (Multi-Domain Vertical Alignment) korrigieren diese Nachteile minimal, indem sie zusätzliche Domänen innerhalb der Pixel verwenden. Nichtsdestotrotz setzen sich IPS-Panels in Bezug auf Farbtreue und -stabilität sowie Bildglätte nach wie vor durch. Daher sind VA- und MVA-Matrizen heute weniger verbreitet als IPS.

TFT- oder IPS-Matrix

Der Begriff TFT-Matrix ist sehr allgemein gehalten und meint alle Flüssigkristallanzeigen mit einer aktiven Matrix, d.h. mit einer Elektronik, die jedes Pixel einzeln steuert. Dazu gehören sowohl TN- und VA-Matrizen als auch IPS.

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Wir können also sagen, dass es sich bei der IPS-Matrix um eine spezielle Art von TFT-Matrix handelt, die zusätzlich eine innovative Methode zum Schalten von Flüssigkristallen verwendet, um eine bessere Bildqualität zu erzielen. Daher sind die Begriffe TFT-Matrix und IPS-Matrix nicht synonym und sollten nicht synonym verwendet werden.

Zusammenfassung der Unterschiede zwischen den Werkzeugtechnologien

IPS-Matrizen sind derzeit eine der fortschrittlichsten und am weitesten verbreiteten Bilddarstellungstechnologien. Eine revolutionäre Lösung, die von Hitachi-Ingenieuren vor mehr als 20 Jahren entwickelt wurde, ermöglichte die Herstellung von Bildschirmen mit beispielloser Leistung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die IPS-Technologie zu erheblichen Fortschritten bei der Bildqualität auf LCD-Bildschirmen geführt hat. Durch die einzigartige Anordnung von Flüssigkristallpartikeln bieten IPS-Matrizen eine hervorragende Farbwiedergabe und weite Betrachtungswinkel. Verschiedene Arten von IPS-Matrizen ermöglichen die Anpassung an eine Vielzahl von Anwendungen, von professionellen Grafikumgebungen über medizinische Geräte und HMIs bis hin zu Konferenzräumen. Trotz der Konkurrenz durch billigere TN- und VA-Technologien haben IPS-Panels sie fast vollständig von modernen Monitoren und Fernsehern verdrängt und dominieren den Markt für mobile Geräte.