Дисплеи наших смартфонов, планшетов, плееров и других мобильных устройствах сегодня представляют собой сплошной компромисс между стоимостью производства, потреблением энергии и качеством изображения. На текущий момент самыми распространенными являются экраны, созданные по технологии LCD, OLED и E-Ink. Что представляют собой эти технологии и в чем разница между ними, мы и постараемся выяснить в этой статье.
LCD (Liquid Crystal Display)
Технология создания экранов на жидких кристаллах или жидкокристаллических дисплеев (ЖК) является одной из самых распространенных. На рынке присутствует масса гаджетов с множеством разновидностей LCD-экранов. Для обывателя принцип работы такого экрана можно описать следующим образом: лампа светит белым через молекулу жидкого кристалла, и свет, проходя через специальные фильтры, формирует крохотную площадку синего, красного или зеленого цвета (откуда и берется известная аббревиатура RGB). Такая площадка называются субпикселем, а три таких субпикселя, используя разную интенсивность свечения, образуют пиксель любого цвета, или, проще говоря, точку на экране.
a) Схематическое устройство LCD-дисплея
b) Устройство жидкокристаллической пленки в деталях
Технология LCD имеет несколько основных модификаций: Super LCD, IPS, TN+film, MVA и их дальнейшие разновидности, например, Retina Display. Между собой они отличаются способом размещения фильтров в матрице экрана, размерами и способами компоновки цветных площадок, но в целом при их создании используется все та же LCD-технология. Кстати, по предположениям многих авторитетных изданий экраны iPhone следующего поколения будут созданы с применением технологии in-cell. Данный метод предусматривает интеграцию сенсорных элементов непосредственно в LCD-панель, что позволит уменьшить толщину готового решения примерно на полмиллиметра.
Еще одним преимуществом этой технологии является то, что она дает возможность повысить качество изображения, а более тонкий дисплей позволит в какой-то степени компенсировать увеличение веса мобильного устройства, которое предположительно произойдет из-за экрана с большей диагональю. Также предполагается, что над производством таких дисплеев сегодня работают компании Sharp, Japan Display и LG Display.
OLED
Эти экраны создаются на основе светодиодов и не нуждаются в подсветке, поскольку цветные площадки здесь состоят из диодов и излучают свет. Таким образом, главным отличием технологии OLED от LCD является отсутствие ламп подсветки и жидких кристаллов. Здесь их функции выполняют светодиоды. В большинстве случаев OLED-экраны дают более яркое изображение и более глубокий черный цвет, чем LCD, и при этом потребляют меньше энергии.
Самым распространенным типом OLED-дисплеев является технология AMOLED (Active Matrix OLED), которая также имеет свои разновидности. Например, есть экраны, в которых помимо синих, красных и зеленых субпикселей применяются еще и белые светодиоды.
Субпиксели на экране смартфона Samsung Galaxy SII
Субпиксели на экране смартфона Nokia Lumia 800
Существует два поколения экранов такого типа. Экраны первого поколения получили большую яркость и контрастность, чем LCD, но обладают огромным недостатком. Из-за бликующих металлических катодов с такими экранами практически невозможно работать на солнце. Кроме этого, свечение самих пикселей дисплея вызывает отражение от катодов, из-за чего образуется «засветка», то есть подобие эффекта ламповой подсветки на LCD-экранах, что завышает уровень яркости и осложняет чтение в темноте. Экраны второго поколения получили значительные усовершенствования, а при работе на солнце теперь не уступают даже лучшим IPS-матрицам. К экранам второго поколения AMOLED относятся Super AMOLED, а также все матрицы, выполненные с применением технологии Clear Black Display. Следующей технологией, которая превзойдет AMOLED и LCD, может стать QLED. Это аналог AMOLED, но светодиоды здесь будут заменены на квантовые точки.
Несколько отличаются лишь дисплеи, созданные с применением технологии PenTile, разработчики которой сделали попытку сократить число субпикселей, используемых в экране, для создания одного пикселя. То есть если в обычном экране на группу из четырех пикселей приходится 12 субпикселей по горизонтали и 4 по вертикали, то в матрице PenTile только 8 субпикселей по горизонтали и 4 субпикселя по вертикали. Изобретатели технологии PenTile, которую выкупила компания Samsung, утверждают, что используют особенность человеческого зрения, которое воспринимает зеленый цвет лучше, чем остальные цвета спектра и за счет этого уменьшили число красных и синих субпикселей на треть. Но в реальности, при отображении черного текста на белом фоне мы получаем разрешение, которое также на треть ниже заявленного (если производитель говорит о разрешении 800х480 пикселей, то в реальности этот показатель находится на уровне 392х653 пикселей). Технология была применена при изготовлении экранов смартфона Nexus One, но это далеко не единственное устройство на рынке, в котором был применен очередной маркетинговый ход производителей. Но что самое интересное, — эту технологию используют и экраны Super AMOLED. В принципе, это банальная попытка производителей сэкономить, так как согласно статистике красные и синие субпиксели выходят из строя чаще, но учитывая, что ресурс работы даже средних OLED-экранов составляет около 5 лет при работе в течение 8 часов в день, можно закрыть глаза на этот недостаток.
Samsung Galaxy Note
Samsung Galaxy S II
Apple iPhone 4
HTC Titan
Дисплеи, созданные по технологии Super AMOLED HD, нельзя считать Super AMOLED просто с большим разрешением 720p. Повышение разрешения и размера позволило использовать для изготовления матрицы не технологию Fine Metal Mask (FMM), а Laser-Induced Thermal Imaging (LITI). FMM использует теневую маску и на самом деле является довольно дорогой технологией, но до этого времени это была единственная технология производства панелей AMOLED. Ее технологическим ограничением стало разрешение 200 ppi, так как печать плат возможна с минимальным расстоянием элементов в 15 микрометров. А вот технология LITI в качестве рабочего инструмента использует лазер, что позволяет уменьшить размер минимального элемента до 2,5 микрометров (теоретически до размера световой волны). Кроме того, использование лазера гораздо дешевле в производстве. Построение пикселей в дисплеях Super AMOLED HD может быть как с использованием технологии PenTile, так и без нее (в случае с Plus), подобно всей линейке органических дисплеев.
Стоит также остановить внимание на технологии Clear Black Display от Nokia. Дисплеи, которые изготовлены по этой технологии помимо использования качественной AMOLED-матрицы второго поколения без PenTile содержат дополнительный поляризационный слой, который создает большую контрастность и более глубокий черный цвет за счет устранения бликов по всей поверхности дисплея. На солнце цвета на таком дисплее отражаются так же, как и в помещении.
E-Ink
Еще один тип дисплеев, массово применяемых в электронных книгах, создается по технологии E-Ink (электронные чернила). Здесь не используются жидкие кристаллы, лампы подсветки и т.д. Изображения на таких дисплеях формируется колбочками, в которых находятся пузырьки черного и белого цветов. При подаче тока на колбы они меняют полярность, а пузырьки выстраиваются в нужный порядок, формируя изображения. Главный плюс, который также и является недостатком технологии E-Ink, заключается в отсутствии излучающей поверхности. Благодаря этому устройства используют мало энергии и обладают значительной автономностью, но в темноте изображение на них вы сможете рассмотреть только под лампой.
На основе технологии E-Ink также разрабатываются цветные экраны, но они пока не получили широкого распространения. Также существует технологи SiPix, в которой применяется лишь один вид частиц и черная заливка.
Типы сенсорных панелей
Не будем описывать все существующие на данный момент на рынке типы панелей, а остановимся лишь на двух основных технологиях: резистивной и емкостной. Резистивные сенсорные экраны состоят из стеклянной панели, на которой, собственно, и базируется весь экран, двух прозрачных полимерных мембран с резистивным покрытием и слоя микроизоляторов, разделяющих эти мембраны. Также применяется 4, 5 или 8 проводков, которые отвечают за «считывание» прикосновений к экрану. Когда вы нажимаете на такой сенсор с определенной силой, то происходит соприкосновение мембран, после чего электрическая цепь замыкается и происходит замер сопротивления, которое впоследствии пересчитывается в координаты. При выборе гаджета следует помнить два нюанса:
1. Резистивные сенсоры на многих китайских телефонах не отличаются высоким качеством, что может быть обусловлено неравномерным расстоянием между мембранами или некачественными микроизоляторами, что препятствует точному измерению сопротивления при замыкании цепи и пересчету его в координаты
2. Такой сенсор требует именно нажатия, а не касания.
Резистивная и емкостная технология
Экраны, построенные с применением проекционно-емкостных сенсоров (iPhone, iPad и прочие мобильные устройства), несколько отличаются от резистивных. На внутреннюю сторону такого экрана наносится сетка электродов, а внешняя покрывается, например, слоем сложного оксида индия-олова (ITO). При касании стекла пальцем, между ним и электродом образуется маленький конденсатор, чью емкость измеряет электроника. Соответственно, такой сенсор будет реагировать лишь на плотное прикосновение проводящими предметами, то есть зимой, не сняв перчатку, вы не заставите емкостной экран ответить вам взаимностью. Но именно такие экраны позволяют применять особо прочные стекла Gorilla Glass.
В описании к телефонам указывается разрешение экрана, например, 320х480 пикселей. Умножив их, можно узнать общее число точек (в этом случае 153600), из которых состоит экран. Таким образом, чем меньше физический размер экрана и чем больше на нем точек, тем более четким будет изображение. Например, экран с разрешением 320х240 пикселей при диагонали 2” будет давать более четкую картинку, нежели 3,5” дисплей с таким же количеством пикселей. Сегодня производители стараются уместить на небольших экранах все большее число пикселей, что делает картинку четкой и насыщенной, однако у этого процесса есть и обратная сторона. Негативные последствия высокого разрешения выражаются в высокой нагрузке на процессор и видеочип, а также в увеличении объема данных, так как используются изображения и видеоконтент с большим разрешением.
Разрешения Full HD телевизора и дисплея смартфона в руках у девушки одинаковые
Сегодня самым лучшим по количеству точек на дюйм площади является 5” дисплей от компании LG Electronics c разрешением 1920х1080 пикселей (Full HD). Количество пикселей на дюйм здесь составляет 440 штук, что больше, чем Retina Display с показателем 326 ppi.
При подготовке статьи были использованы материалы сайтов 3dnews.ru, habrahabr.ru, samsungclub.org и soft4gadget.com.
