Отличие ips от ltps. Типы экранов в смартфонах: какой выбрать? Выгорание и возраст

В последнее время, появилось множество аббревиатур для обозначения типов дисплеев мобильных устройств, что в свою очередь нередко усложняет задачу выбора типа дисплея при покупке мобильного телефона. В данной статье мы попытаемся разобраться какие же бывают типы экранов для мобильных устройств, чтобы помоч определиться с выбором экрана телефона.

В настоящее время из наиболее распространенных технологий можно выделить всего две, это экраны на основе LCD (ЖК дисплеи) и OLED (дисплеи на органических полупроводниках). Главное отличие от LCD - нет ламп подсветки, в OLED дисплеях светятся непосредственно элементы поверхности.

Итак, рассмотрим дисплеи каждой технологии в отдельности.

LCD (liquid cristal display) , то есть дисплеи на основе жидких кристаллов (ЖК). Жидкие кристаллы, как и твердые имеют строго определенную структуру кристаллической решетки и прозрачны для света. Но, в отличие от других кристаллов, жидкие могут изменять структуру под внешним воздействием (электрического тока или температуры), закручиваться, становясь при этом непрозрачными. Управляя током, можно создавать на экране надписи или картинки. Но стоит отметить что LCD дисплеи не способны работать от отраженного света, поэтому лампа задней подсветки их обязательный атрибут. Из-за сокращения габаритов лампа обычно находится с боку, а напротив нее зеркало, поэтому большинство LCD-матриц в центре имеют яркость выше, чем по краям.

LCD-дисплеи также делятся на два вида: активные и пассивные . К пассивным матрицам относятся STN (Super Twisted Nematic) , это технология скрученных кристаллов. Этот тип матриц называется пассивным, поскольку он не способен достаточно быстро отображать информацию из-за большой электрической емкости ячеек, напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому картинка обновляется медленно. Как правило, STN дисплеи имеют меньшее разрешение, и отображают значительно меньшее количество цветов. Также из недостатков этих матриц можно отметить маленький угол обзора экрана и плохую видимость при ярком солнечном свете. А из достоинств данного типа дисплеев можно отметить достаточно малый расход энергии и небольшую стоимость, поэтому они активно используются в недорогих телефонах.

CSTN (Color Super Twist Nematic) - это более продвинутая STN технология. Первые CSTN-дисплеи имели большое время отклика. В настоящее же время дисплеи с CSTN-матрицами предоставляют меньшее время отклика, широкий угол видимости и высококачественные цвета, почти не уступающие TFT экранам.

FSTN (Film Super Twisted Nematic) - также более продвинутая STN технология, отличается только тем, что у FSTN-матриц с внешней стороны есть специальная пленка, которая позволяет компенсировать цветовые сдвиги, т.е. это матрица с пленочной компенсацией, которая позволяет улучшить угол обзора, но время отклика все также велико.

DSTN (Dual Super Twisted Nematic) - усовершенствованная STN технология. В такой матрице одна двухслойная ячейка состоит из 2 STN-ячеек, молекулы которых при работе поворачиваются в противоположные стороны. Свет, проходя через такую конструкцию в «запертом» состоянии, теряет значительно большую часть своей энергии. Контрастность и разрешающая способность DSTN матриц достаточно высокая.

Также к пассивным матрицам относится собственная технология Samsung UFB (Ultra Fine and Bright). Дисплеи созданные по этой технологии обладают повышенной яркостью и контрастностью (способны отображать 262 тысячи цветов), при этом потребляемая мощность снижена по сравнению с традиционными LCD, а также себестоимость их производства не велика.

К активным матрицам относятся TFT (Thin Film Transistors) - тип ЖК дисплея, в активной матрице которого, используются тонкоплёночные прозрачные транзисторы. то есть под поверхностью экрана располагается слой тонкопленочных транзисторов, каждый из которых управляет одной точкой экрана. Таким образом, в цветном дисплее телефона их количество может достигать нескольких десятков, а то и сотен тысяч.

Принцип работы TFT-матрицы заключается в управлении интенсивностью светового потока с помощью его поляризации. Изменение вектора поляризации осуществляют жидкие кристаллы в зависимости от приложенного к ним электрического поля. На каждый пиксель приходится по три транзистора, каждый из которых соответствует одному из трех RGB цветов и конденсатор, поддерживающий необходимое напряжение.

TFT матрицы ускорили работу дисплея, но остались и проблемы, такие как цветопередача, углы обзора, а также битые пиксели - когда выходит из строя транзистор. Для борьбы с искажением цветов при изменении обзора по вертикали было разработано два метода: MVA (Multi Domain Alignment) - т.е. в данном методе рабочую ячейку разбили на две зоны которые управляются одновременно, но ЖК в кажой из них ориентированы по разному. Но проблема всеравно решилась не полностью, метод поворота ЖК в одной плоскости IPS (In-Plane Switching) оказался более удачным в плане общей цветопередачи и в особенности, в отображении тёмных тонов. В данном методе управляющие электроды разместили на одной поверхности таким образом, что силовые линии возникающего электрического поля принимают горизонтальную форму. При подаче управляющего напряжения ЖК разворачиваются в одной плоскости. Запертая ячейка IPS-панели пропускает значительно меньше света, чем ячейка MVA, а общая передаточная характеристика выглядит более плавно и без провалов. Дальнейшее совершенствование этой технологий породило семейство S-IPS, SFT, A-SFT и SA-SFT.

TFD (Thin Film Diode) - технология производства ЖК-дисплеев с использованием тонкопленочных диодов. Она аналогична технологии TFT, но здесь транзисторы заменены тонкопленочными управляющими диодами. Основной особенностью таких дисплеев является пониженное энергопотребление.

LTPS (Low Temperature Poly Silicon) - технология производства LCD TFT-дисплеев с использованием низкотемпературного поликристаллического кремния. Т.е. данная технология позволяет разместить на стекле дисплея большое число транзисторов из кристаллов кремния, который подвергают для этого большой температуре (лазерный отжиг). Данная технология обеспечивает повышенную яркость изображения и пониженное энергопотребление.

Постепенно теснить LCD-экраны стала новая технология OLED (Organic Light Emitting Diodes) т.е. дисплеи на органических светоизлучающих полупроводниках. Главное отличие от LCD-экранов не нужны лампы подсветки, в новых дисплеях светятся непосредственно элементы поверхности. И светятся в десятки раз ярче, чем ЖК-экраны, при этом потребляя гораздо меньше электроэнергии, а также обеспечивают хорошую цветопередачу, высокую контрастность и большой угол обзора (до 180 градусов). Из недостатков можно отметить относительно низкое время жизни, хотя для телефона вполне достаточно.

OLED-дисплей представляет собой цельное устройство, состоящее из нескольких очень тонких органических пленок, заключенных между двумя проводниками. Подача на эти проводники небольшого напряжения (порядка 2-8 вольт) и заставляет дисплей излучать свет. Основу OLED-матрицы составляют полимерные материалы. В настоящее время в основном развиваются две технологии, показавшие наибольшую эффективность и отличающиеся используемыми органическими материалами, это полимеры (PLED) и микромолекулы (sm-OLED).

Технология органических дисплеев лишена большинства недостатков, характерных для ЖК-дисплеев, и обеспечивает гораздо лучшие характеристики изображения. Из достоинств можно отметить высокую яркость и контрастность, компактность и легкость, толщина дисплея не превышает 1 мм, механическая прочностью, и даже гибкость, а также в отличие от существующих TFT и STN дисплеев, OLED-дисплеи потребляют заметно меньше энергии. Из недостатков OLED-дисплеев это высокая стоимость.

Существующие модели, как и в случае с ЖКИ, разделяются по типу управляющей матрицы. Есть OLED с пассивными, а есть и с активными матрицами (TFT). Принцип работы матрицы такой же, но вместо слоя жидких кристаллов используется слой органических полупроводников. TFT OLED - одни из самых быстрых, обеспечивают просто потрясающую картинку, и также хорошо показывают при солнечном освещении.

Теперь после рассмотрения основных типов и технологий дисплеев мобильных телефонов, задача выбора телефона упрощается. Так если вам необходим телефон просто для совершения звонков, то стоит рассматривать более дешевые модели на технологии STN, такой телефон будет к тому же меньше потреблять энергии и тем самым его нужно реже заряжать. Если же вам нужен не очень дорогой телефон, но с множеством современных функций и хорошим качеством, то стоит присмотреться к телефонам с LCD TFT экраном. Ну а если вы можете себе позволить очень дорогие модели телефонов с сответственно очень высоким качеством изображения для просмотра фото и видео в высоком качестве, то стоит присмотреться к OLED TFT дисплеям, хотя также можно рассмотреть и LCD IPS экраны и т.д.

До массового распространения смартфонов, при покупке телефонов мы оценивали их, главным образом, по дизайну и лишь изредка обращали внимание на функциональные возможности. Времена изменились: теперь все смартфоны имеют примерно одинаковые возможности, а при взгляде только на фронтальную панель, один гаджет едва можно отличить от другого. На передний план вышли технические характеристики устройств, и самой важной среди них для многих является экран. Мы расскажем, что же кроется за терминами TFT, TN, IPS, PLS, и поможем подобрать смартфон с нужными характеристиками экрана.

Типы матриц

В современных смартфонах главным образом применяются три технологии производства матриц: две основаны на жидких кристаллах - TN+film и IPS, а третья - AMOLED - на органических светодиодах. Но прежде чем начать, стоит рассказать об аббревиатуре TFT, являющейся источником множества заблуждений. TFT (thin-film transistor) - это тонкоплёночные транзисторы, которые используются для управления работой каждого субпикселя современных экранов. Технология TFT применяется во всех перечисленных выше типах экранов, включая AMOLED, поэтому, если где-то говорится о сравнении TFT и IPS, то это в корне неверная постановка вопроса.

В большинстве TFT-матриц используется аморфный кремний, но недавно в производство стали внедряться TFT на поликристаллическом кремнии (LTPS-TFT). Главные преимущества новой технологии - уменьшение энергопотребления и размеров транзисторов, что позволяет достигать высоких значений плотности пикселей (более 500 ppi). Одним из первых смартфонов с IPS-дисплеем и матрицей LTPS-TFT стал OnePlus One.

Смартфон OnePlus One

Теперь, когда мы разобрались с TFT, перейдём непосредственно к типам матриц. Несмотря на большое разнообразие разновидностей LCD, все они имеют один и тот же базовый принцип работы: приложенный к молекулам жидких кристаллов ток задаёт угол поляризации света (он влияет на яркость субпикселя). Поляризованный свет затем проходит через светофильтр и окрашивается в цвет соответствующего субпикселя. Первыми в смартфонах появились наиболее простые и дешёвые матрицы TN+film, название которых часто сокращается до TN. Они имеют малые углы обзора (не более 60 градусов при отклонении от вертикали), причём даже при небольших наклонах изображение на экранах с такими матрицами инвертируется. Среди других недостатков TN-матриц - малая контрастность и низкая точность цветопередачи. На сегодняшний день такие экраны используются только в самых дешёвых смартфонах, а подавляющее большинство новых гаджетов имеют уже более совершенные дисплеи.

Наиболее распространённой в мобильных гаджетах сейчас является технология IPS, иногда обозначаемая как SFT. IPS-матрицы появились 20 лет назад и с тех пор выпускались в различных модификациях, число которых приближается к двум десяткам. Тем не менее, выделить среди них стоит те, которые являются наиболее технологичными и активно используются на данный момент: AH-IPS от компании LG и PLS - от компании Samsung, которые весьма близки по своим свойствам, что даже являлось поводом для судебного разбирательства между производителями. Современные модификации IPS имеют широкие углы обзора, которые близки к 180 градусам, реалистичную цветопередачу и обеспечивают возможность создания дисплеев с высокой плотностью пикселей. К сожалению, производители гаджетов практически никогда не сообщают точный тип IPS-матриц, хотя при использовании смартфона различия будут видны невооружённым глазом. Для более дешёвых IPS-матриц характерно выцветание картинки при наклонах экрана, а также невысокая точность цветопередачи: изображение может быть либо слишком «кислотным», либо, напротив, «блёклым».

Что касается энергопотребления, то в жидкокристаллических дисплеях оно по большей части определяется мощностью элементов подсветки (в смартфонах для этих целей используются светодиоды), поэтому потребление матриц TN+film и IPS можно считать примерно одинаковым при совпадающем уровне яркости.

На LCD совершенно не похожи матрицы, созданные на основе органических светодиодов (OLED). В них источником света служат сами субпиксели, представляющие собой сверхминиатюрные органические светодиоды. Так как нет необходимости во внешней подсветке, такие экраны можно сделать тоньше жидкокристаллических. В смартфонах применяется разновидность технологии OLED - AMOLED, которая использует активную TFT-матрицу для управления субпикселями. Именно это позволяет AMOLED отображать цвета, тогда как обычные панели OLED могут быть только монохромными. AMOLED-матрицы обеспечивают самый глубокий чёрный цвет, поскольку для его «отображения» требуется лишь полностью отключить светодиоды. По сравнению с LCD, такие матрицы обладают более низким энергопотреблением, особенно при использовании тёмных тем оформления, в которых чёрные участки экрана вовсе не потребляют энергию. Другая характерная особенность AMOLED - слишком насыщенные цвета. На заре своего появления такие матрицы действительно имели неправдоподобную цветопередачу, и, хотя подобные «детские болячки» давно в прошлом, до сих пор большинство смартфонов с такими экранами имеют встроенную настройку насыщенности, которая позволяет приблизить изображение на AMOLED по восприятию к IPS-экранам.

Другим ограничением AMOLED экранов раньше являлся неодинаковый срок службы светодиодов различных цветов. Через пару лет использования смартфона это могло привести к выгоранию субпикселей и остаточному изображению некоторых элементов интерфейса, в первую очередь - на панели уведомлений. Но, как и в случае с цветопередачей, эта проблема давно ушла в прошлое, и современные органические светодиоды рассчитаны минимум на три года беспрерывной работы.

Подведём краткий итог. Наиболее качественное и яркое изображение на данный момент беспечивают AMOLED-матрицы: даже Apple, по слухам, в одном из следующих iPhone будет использовать такие дисплеи. Но, стоит учитывать, что все новейшие разработки компания Samsung, как основной производитель таких панелей, оставляет себе, а другим производителям продаёт «прошлогодние» матрицы. Поэтому, при выборе смартфона не от Samsung стоит смотреть в сторону качественных IPS-экранов. А вот гаджеты с дисплеями TN+film выбирать ни в коем случае не стоит - сегодня эта технология уже считается устаревшей.

На восприятие изображения на экране может влиять не только технология матрицы, но и рисунок субпикселей. Впрочем, с LCD всё довольно просто: в них каждый RGB-пиксель состоит из трёх вытянутых субпикселей, которые, в зависимости от модификации технологии, могут иметь форму прямоугольника или «галочки».

В AMOLED-экранах всё интереснее. Поскольку в таких матрицах источниками света являются сами субпиксели, а человеческий глаз более чувствителен к чистому зелёному свету, чем к чистому красному или синему, использование в AMOLED того же рисунка, что и в IPS, ухудшило бы цветопередачу и сделало картинку нереалистичной. Попыткой решить эту проблему стала первая версия технологии PenTile, в которой использовались пиксели двух типов: RG (красный-зелёный) и BG (синий-зелёный), состоящие из двух субпикселей соответствующих цветов. Причём, если красные и синие субпиксели имели форму, близкую к квадратам, то зелёные больше напоминали сильно вытянутые прямоугольники. Недостатками такого рисунка были «грязный» белый цвет, зазубренные края на стыке разных цветов, а при низком ppi - четко видимая сетка подложки субпикселей, появляющаяся из-за слишком большого расстояния между ними. К тому же, разрешение, указываемое в характеристиках таких устройств, было «нечестным»: если IPS HD матрица имеет 2764800 субпикселей, то AMOLED HD матрица - всего 1843200, что приводило к видимой невооружённым глазом разнице в чёткости IPS- и AMOLED-матриц с, казалось бы, одинаковой плотностью пикселей. Последним флагманским смартфоном с такой AMOLED матрицей стал Samsung Galaxy S III.

В смартпэде Galaxy Note II южнокорейская компания сделала попытку отказа от PenTile: экран устройства имел полноценные RBG-пиксели, хотя и с необычным расположением субпикселей. Тем не менее, по неясным причинам, в дальнейшем Samsung от такого рисунка отказалась - возможно, производитель столкнулся с проблемой дальнейшего увеличения ppi.

В своих современных экранах Samsung вернулась к RG-BG пикселям с использованием нового типа рисунка, который был назван Diamond PenTile. Новая технология позволила сделать белый цвет более натуральным, а что касается зазубренных краёв (например, вокруг белого объекта на чёрном фоне были чётко видны отдельные красные субпиксели), то эта проблема была решена ещё проще - увеличением ppi до такой степени, что неровности перестали быть заметны. Diamond PenTile используется во всех флагманах Samsung начиная с модели Galaxy S4.

В завершении этого раздела стоит сказать ещё об одном рисунке AMOLED-матриц - PenTile RGBW, который получается добавлением к трём основным субпикселям четвёртого, белого. До появления Diamond PenTile такой рисунок был единственным рецептом чистого белого цвета, но он так и не получил широкого распространения - одним из последних мобильных гаджетов с PenTile RGBW стал планшет Galaxy Note 10.1 2014. Сейчас AMOLED-матрицы с RGBW-пикселями применяются в телевизорах, поскольку в них не требуется высокий показатель ppi. Справедливости ради, также упомянем, что RGBW-пиксели могут использоваться и в LCD, но примеры использования таких матриц в смартфонах нам не известны.

В отличие от AMOLED, качественные IPS-матрицы никогда не испытывали проблем в качестве, связанных с рисунком субпикселей. Тем не менее, технология Diamond PenTile, вместе с высокой плотностью пикселей, позволила AMOLED догнать и обогнать IPS. Поэтому, если вы выбираете гаджеты придирчиво, не стоит покупать смартфон с экраном AMOLED, у которого плотность пикселей менее 300 ppi. При более высокой плотности никакие дефекты заметны не будут.

Конструктивные особенности

На одних только технологиях формирования изображений разнообразие дисплеев современных мобильных гаджетов не заканчивается. Одна из первых вещей, за которую взялись производители - воздушная прослойка между проекционно-ёмкостным сенсором и непосредственно дисплеем. Так появилась технология OGS, объединяющая сенсор и матрицу в один стеклянный пакет в виде сэндвича. Это дало значительный рывок по качеству изображения: увеличилась максимальная яркость и углы обзора, была улучшена цветопередача. Само собой, толщина всего пакета также была уменьшена, что позволило создать более тонкие смартфоны. Увы, но недостатки у технологии тоже есть: теперь, если вы разбили стекло, поменять его отдельно от дисплея практически нереально. Но преимущества в качестве всё же оказались важнее и теперь не-OGS экраны можно встретить разве что в самых дешёвых аппаратах.

Популярными в последнее время стали и эксперименты с формой стекла. И начались они не недавно, а как минимум в 2011 году: HTC Sensation имел вогнутое в центре стекло, которое, по замыслу производителя, должно было защитить экран от царапин. Но на качественно новый уровень такие стёкла вышли с появлением «2.5D экранов» с загнутым по краям стеклом, что создаёт ощущение «бесконечного» экрана и делает грани смартфонов более гладкими. Такие стёкла в своих гаджетах активно использует компания Apple, и в последнее время они становятся всё более и более популярными.

Логичным шагом в том же направлении стало изгибание не только стекла, но и самого дисплея, что стало возможным при использовании полимерных подложек вместо стеклянных. Тут пальма первенства, конечно, принадлежит компании Samsung с её смартфоном Galaxy Note Edge, в котором была изогнута одна из боковых граней экрана.

Другой способ предложила компания LG, которая сумела изогнуть не только дисплей, но и весь смартфон по его короткой стороне. Однако LG G Flex и его преемник не завоевали популярности, после чего производитель отказался от дальнейшего выпуска подобных аппаратов.

Также некоторые компании стараются улучшить взаимодействие человека с экраном, работая над его сенсорной частью. Например, некоторые устройства оснащаются сенсорами с повышенной чувствительностью, которые позволяют работать с ними даже в перчатках, а другие экраны получают индуктивную подложку для поддержки стилусов. Первая технология активно используется компаниями Samsung и Microsoft (бывшая Nokia), а вторая - Samsung, Microsoft и Apple.

Будущее экранов

Не стоит думать, что современные дисплеи в смартфонах достигли высшей точки своего развития: технологиям ещё есть куда расти. Одними из самых перспективных являются дисплеи на квантовых точках (QLED). Квантовая точка - это микроскопический кусочек полупроводника, в котором существенную роль начинают играть квантовые эффекты. Упрощенно процесс излучения выглядит так: воздействие слабого электрического тока заставляет электроны квантовых точек изменять энергию, излучая при этом свет. Частота излучаемого света зависит от размера и материала точек, благодаря чему можно добиться практически любого цвета в видимом диапазоне. Учёные обещают, что QLED матрицы будут иметь лучшую цветопередачу, контрастность, более высокую яркость и низкое энергопотребление. Частично технология экранов на квантовых точках используется в экранах телевизоров Sony, а прототипы имеются у LG и Philips, но о массовом применении таких дисплеев в телевизорах или смартфонах речи пока не идёт.

Высока вероятность и того, что в ближайшем будущем мы увидим в смартфонах не просто изогнутые, но и полностью гибкие, дисплеи. Тем более, что почти готовые к массовому производству прототипы таких AMOLED матриц существуют уже пару лет. Ограничением же выступает электроника смартфона, которую гибкой сделать пока невозможно. С другой стороны, крупные компании могут изменить саму концепцию смартфона, выпустив что-то вроде гаджета, показанного на фотографии ниже - нам остаётся только ждать, ведь развитие технологий происходит прямо на наших глазах.

LTPS (низкотемпературная поликремневая) технология - это новейший производственный процесс изготовления TFT ЖКИ. В этой технологии используется лазерный отжиг, который позволяет производить кристаллизацию кремниевой пленки при температуре менее 400°C.

Поликристаллический кремний - материал на основе кремния, который содержит множество кристаллов кремния размером от 0.1 до нескольких микрон. При производстве полупроводников поликристаллический кремний обычно изготавливается при помощи LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition - химическое осаждение при низком давлении из газообразной фазы), а затем отжигается при температуре более 900 C. Это так называемый SPC (Solid Phase Crystallization - кристаллизация твердой фазы) метод. Очевидно, что такой метод не может быть применен при производстве индикаторных панелей, так как температура плавления стекла порядка 650 C. Поэтому LTPS технология - новая технология, предназначенная для производства ЖКИ панелей.

На приведенном ниже рисунке показаны структуры однокристального, аморфного и поликристаллического кремния.

Теперь рассмотрим несколько методов формирования LTPS пленки на стеклянной или пластиковой подложке, которые используются в настоящее время:

1. MIC (Metal Induced Crystallization - кристаллизация, вызываемая металлом): Это разновидность SPC метода, но, по сравнению с обычным SPC методом, он позволяет получить поликристаллический кремний при более низкой температуре (приблизительно 500 - 600 C). Достигается это за счет металлизации пленки перед отжигом. Металл позволяет снизить энергию, необходимую для активизации процесса кристаллизации.

2. Cat-CVD: При этом методе осаждается уже поликристаллическая пленка, которая в дальнейшем не подвергается термической обработке (отжигу). В настоящее время уже имеется возможность выполнять осаждение при температуре ниже 300C. Однако, механизм выращивания при каталитическом взаимодействии приводит к растрескиванию смеси SiH4-H2.

3. Лазерный отжиг: Это - самый популярный метод, используемый в настоящее время. В качестве источника энергии используется эксимерный лазер. Он нагревает и расплавляет a-Si с низким содержанием водорода. После этого кремний повторно кристаллизуется в виде поликристаллической пленки.

Подготовка LTPS пленки очевидно более сложна, чем a-Si пленки, но LTPS TFT имеют в 100 раз большую надежность, чем тонкопленочные транзисторы, изготовленные по a-Si технологии, а кроме того LTPS технология позволяет на стеклянной подложке изготавливать в едином цикле и КМОП интегральные схемы. p-Si технология имеет следующие основные преимущества по сравнению с a-Si технологией:

1. Обеспечивает возможность изготовления на стеклянной подложке в едином технологическом цикле интегральные схемы драйверов, что позволяет уменьшить необходимое количество периферийных устройств и стоимость.

2. Более высокий апертурный коэффициент: более высокая подвижность носителей означает, что можно обеспечить требуемое время заряда пикселя при помощи меньшего тонкопленочного транзистора. Это ведет к тому, что большая площадь элемента может быть задействована под область пропускания света.

3. Носитель для OLED: Более высокая подвижность носителей означает, что тока питания вполне достаточно для управления OLED приборами.

4. Компактность модуля: За счет наличия встроенного драйвера требуется меньшая площадь печатной платы для схемы управления.

Характеристики получаемых таким образом TFT ЖКИ будут рассмотрены ниже, а пока рассмотрим основные аспекты LTPS технологии.

Лазерный отжиг

При лазерном отжиге кристаллизация a-Si пленки происходит уже при температуре менее 400°C. На рисунке показана структура a-Si до лазерного отжига и структура p-Si, полученная уже после лазерного отжига.

Подвижность электронов

Подвижность электронов в тонкопленочных транзисторах (TFT), изготовленных по технологи LTPS достигает ~200 см 2 /В*s, что намного выше, чем у транзисторов a-Si технологии (всего ~0.5 см2/В*s). Повышенная подвижность электронов позволяет увеличить степень интеграции формируемой на подложке ЖКИ интегральной схемы, а так же уменьшить размеры самого тонкопленочного транзистора.

Приведенный ниже рисунок упрощенно показывает к чему приводит повышенная подвижность электронов.

Апертурный коэффициент

Апертурный коэффициент - это отношение полезной площади ячейки к ее полной площади. Так как тонкопленочный транзистор LTPS ЖКИ имеет намного меньший размер, чем транзистор ЖКИ, изготовленного по a-Si технологии, то полезная площадь ячейки, а, следовательно, и апертурный коэффициент, такого ЖКИ будет выше. Как известно, при всех равных параметрах яркость ячейки с большим апертурным коэффициентом будет больше!

На приведенном ниже рисунке можно видеть, что эффективная площадь LTPS TFT больше, чем у тонкопленочного транзистора, изготовленного по a-Si технологии.

Встроенные драйверы

LTPS технология позволяет в едином цикле формировать непосредственно на подложке ЖКИ и интегральные схемы драйверов. Это позволяет существенно снизить количество необходимых внешних контактов и уменьшить размеры самой подложки. Это ведет к тому, что требуемая надежность устройства может быть достигнута при меньших затратах, а следовательно стоимость всего изделия также будет ниже.

На приведенном ниже рисунке упрощенно показаны ЖКИ, изготовленный по a-Si технологии и ЖКИ с интегрированным драйвером, изготовленный по LTPS технологии,. Как видно, количество контактов и площадь подложки у первого намного больше.

Характеристики LTPS технологии:

Более высокая реакция электронов
Меньшее количество соединений и элементов
Низкое потребление
Возможность интеграции на подложке интегральных схем драйверов

Производство LTPS TFT ЖКИ

На приведенном ниже рисунке показана структурная схема производства LTPS TFT ЖКИ.

Добро пожаловать на темную сторону.

Экраны OLED - бесспорно одна из важнейших революций со времен появления LCD экрана. OLED экранам не нужна подсветка, они идеально отображают черный цвет, показывают яркие цвета и обладают малым временем отклика.

Технология не нова: экраны OLED состоят из излучающих свет органических диодов и уже несколько лет используются в смартфонах, планшетах и телевизорах. Исключением были ноутбуки, прежде всего из-за стоимости такого экрана.

Все меняется, и несколько производителей – Lenovo, Alienware и HP анонсировали OLED ноутбуки на 2016 год. Нашим первым кандидатом на тестирование стал ноутбук Lenovo ThinkPad X1 Yoga. Ноутбук поставляется с IPS экраном, который может быть заменен на OLED (того же разрешения QQHD 2560 x 1440 пикселей) за $330. Мы решили выяснить оправдана ли замена, и что предлагает новая конфигурация.

Почему OLED?

Прежде чем вдаваться в детали, давайте поговорим об OLED технологии в целом. В то время, как обычные LCD экраны фактически являются фильтрами, которые пропускают через себя свет подсветки и регулируют интенсивность и цвет, OLED пиксели сами являются источниками света. У такого подхода есть несколько преимуществ:

Черные области экрана не светятся
Чем темнее становится экран, тем меньше энергии он потребляет
Углы обзора безупречны
Очень широкая цветовая палитра
Короткое время отклика
Отсутствие подсветки делает экраны намного тоньше

У этой технологии есть и недостатки, мы нашли четыре из них:

Максимальная яркость ограничена
Высокая стоимость производства
Возможны случаи выгорания пикселей экрана
Данные экраны не долговечны

В этой статье мы постараемся выяснить, каким образом экраны OLED в ноутбуках подвержены данным недостаткам.

Яркость и ее распределение

Как мы упомянули ранее, подсветка LCD экрана всегда горит с постоянной яркостью (технологии затемнения в телевизорах это исключение). Зона с белым цветом всегда абсолютно яркая и не важно, вся ли это картинка или только маленькая область экрана.

OLED дисплеи отличаются: для получения белого экрана все пиксели должны светиться максимально ярко белым светом, при этом очень сильно увеличивается энергопотребление. Чтобы увеличить срок службы экрана и снизить его энергопотребление, производители ограничивают яркость таких экранов.

ThinkPad X1 Yoga ведет себя в похожей манере: в то время, как IPS матрица (LG LP140QH1) обладает постоянной яркостью в 250 кд/м2, OLED версия экрана (Samsung ATNA40JU01) меняет яркость от 198 до 305 кд/м2. Пиковую яркость мы зафиксировали, измерив яркость одного белого пикселя, который находился на черном фоне. С большей белой областью экран показал другие результаты. Во время работы в Word или веб-серфинга яркость изменялась от 240 до 260 кд/м2. Стандартный тест в программе i1Profiler (40% белого) показал фиксированную яркость в 277 кд/м2.

Мы можем рассеять все опасения, экран меняет яркость настолько быстро и плавно, что это остается незаметным для человеческого глаза.

OLED Display


286 cd/m²	293 cd/m²	281 cd/m²
277 cd/m²	279 cd/m²	275 cd/m²
266 cd/m²	271 cd/m²	269 cd/m²

Distribution of brightness

Maximum: 293 cd/m² Average: 277.4 cd/m² Minimum: 7 cd/m²
Brightness Distribution: 91 %
Center on Battery: 279 cd/m²
Contrast: ∞:1 (Black: 0 cd/m²)
ΔE Color 5.15 | - Ø
ΔE Greyscale 5.44 | - Ø
100% sRGB (Argyll) 98% AdobeRGB 1998 (Argyll)
Gamma: 2.28

IPS Display


256 cd/m²	270 cd/m²	260 cd/m²
237 cd/m²	269 cd/m²	247 cd/m²
221 cd/m²	232 cd/m²	227 cd/m²

Distribution of brightness

Maximum: 270 cd/m² Average: 246.6 cd/m² Minimum: 2 cd/m²
Brightness Distribution: 82 %
Center on Battery: 268 cd/m²
Contrast: 791:1 (Black: 0.34 cd/m²)
ΔE Color 4.73 | - Ø
ΔE Greyscale 5.3 | - Ø
90.38% sRGB (Argyll) 58.86% AdobeRGB 1998 (Argyll)
Gamma: 2.42

PWM и время отклика

Для того, чтобы пиксели в экране OLED никогда не достигали своего теоретического максимума яркости, ими нужно управлять через PWM. Управление происходит при частоте 240 Гц. Субъективно, мы не заметили никаких мерцаний на экране. У некоторых чувствительных людей возникают головные боли при работе за ноутбуками со стандартными LCD дисплеями, которые тоже используют PWM.

Мерцание экрана / PWM (широтно-импульсная модуляция)

Чтобы затемнить экран, некоторые ноутбуки циклически включают и выключают подсветку – это и есть метод, который называется PWM (широтно-импульсная модуляция). Частота «мерцания» в идеальном случае должна быть незаметна для человеческого глаза. Как мы уже сказали ранее, если частота слишком низкая, то у некоторых пользователей может заболеть голова.

Экран мерцает с частотой 240 Гц. Мерцание было зафиксировано и при 100% яркости. Это неправильно, при максимальной яркости мерцание должно пропадать.

Частота в 240 Гц слишком низкая, чтобы чувствительный пользователь ее не заметил.

Для сравнения: 56% протестированных нами устройств вовсе не использовали PWM, а те, которые делали этого, использовали частоту в 500 Гц.

Время отклика OLED панели находится в пределах нескольких микросекунд, поэтому она намного быстрее LCD. По этой причине ThinkPad X1 Yoga мог бы быть отличным игровым ноутбуком, но для этого явно недостаточно встроенной графики HD Graphics 520. Среди всех производителей, только Dell Alienware 13 R2 заявил о выпуске игрового ноутбука с экраном OLED.

Поскольку отклик черного/белого/серого цветов OLED панели слишком короткий, наши инструменты не смогли его зафиксировать.

Время отклика дисплея

Время отклика экрана показывает насколько быстро экран способен сменять один цвет на другой. Плохое время отклика может привести к эффекту размытия движущихся объектов. Особое внимание данному параметру уделяют игроки в 3D шутеры.

Экран показывает феноменально быстрое время отклика в наших тестах. Для сравнения, все протестированные нами устройства показывали время отклика от 0.9 до 172 мс.

Контраст и углы обзора

IPS панели последних поколений способны светиться на уровне одного к нескольким тысячам от максимальной яркости. Обладая яркостью в 300 кд/м2, панель покажет черный цвет с яркостью в 0.3 кд/м2. Производители OLED дисплеев заявляют контраст 20000:1, что означает яркость черного цвета в 0.00015 кд/м2 – слишком маленький показатель, чтобы его заметить и подтвердить глазами.

Попользовавшись OLED экраном какое-то время, можно с точностью сказать, что он показывает намного более насыщенные цвета, чем панель IPS. В темном помещении разница становится огромной и ее невозможно не заметить. IPS экраны показывают черный цвет как слабонасыщенный серый цвет, а OLED показывают настоящий черный цвет. При просмотре фильмов, особенно таких как Стар Трэк, Интерстэллар или Гравитация, появляется ощущение, что фильм смотрится намного лучше на 14-дюймовом экране ноутбука, чем на телевизоре, в несколько раз большем по диагонали.

При оценке углов обзора становится очевидным еще одно преимущество технологии OLED. В целом, IPS панели имеют хорошие углы обзора и стабильную цветопередачу при взгляде со стороны, но при этом непременно теряется яркость и контраст. Картинка на OLED экранах выглядит одинаково при любом угле обзора. При взгляде с 45 градусов OLED экран в два раза ярче, чем IPS экран.

Отображение цветов

Очень редко можно увидеть такие насыщенные цвета, палитра превосходит стандарт AdobeRGB.

Высокая цветовая насыщенность может быть важной при рассмотрении цветового пространства sRGB. Lenovo поставляет несколько цветовых профилей, которые могут быть выбраны на рабочем столе. В дополнение к режиму “Native”, имеются режимы “Standard” (цветовое пространство sRGB) и “PhotoPro” (эквивалент палитре AdobeRGB). Цветовая температура немного низкая, показатель среднего отклонения Delta-E равен 3.1 (ColorChecker sRGB) и 3.8 (ColorChecker AbobeRGB).

К сожалению, нам не удалось улучшить результат с помощью калибровки экрана. Все профили, которые мы создали в процессе настройки, оказались хуже предложенных Lenovo.

OLED display (profile "Standard", vs. sRGB)

OLED display (profile "Photo Pro", vs. AdobeRGB)

Чтобы определить энергопотребление и эффективность обоих экранов, мы брали разницу между общим потреблением ноутбука и его потреблением с выключенным экраном.

Панель IPS показала практически линейную корреляцию между потребляемой мощностью и яркостью. При 2 кд/м2 мы определили потребление в 1.5 Вт, при 150 кд/м2 потребление составило 3.9 Вт и при 240 кд/м2 около 5.2 Вт.

При тестировании OLED дисплея мы получили немного большее минимальное потребление в 1.9 Вт. При минимальном количестве белых точек и повышении яркости до 300 кд/м2 потребление практически не менялось. Полностью белый фон при 198 кд/м2 привел к потреблению в целых 8.7 Вт.

Во время пользования интернетом или при работе с текстом около 50 -70% экрана остаются белыми. Это важно учитывать, потому что в таком режиме OLED экран будет потреблять намного больше, чем IPS и сильно сократит время автономной работы ноутбука. При просмотре фильмов OLED экран будет эффективнее или не хуже, чем IPS экран.

Выгорание и возраст

Статические элементы, например панель задач, очень часто встречаются в операционной системе Windows, поэтому выгорание может иметь место. Во время написания статьи мы не столкнулись с этой проблемой. Остается надеяться, что экран будет таким же ярким и качественным через несколько лет использования.

Еще одна потенциальная проблема для экранов OLED это старение пикселей, которое происходит для каждого из базовых цветов (красный, синий и зеленый). Samsung и другие производители стараются предотвратить данную проблему изменением размеров субпикселей. Обычно синие субпиксели самый крупные, это можно увидеть на фотографии с микроскопа. Что нельзя обойти, так это постепенное снижение яркости экрана. OLED дисплей теряет порядка 30-50% яркости после 20000 часов работы. Для нашего ноутбука, который использовался по 8 часов в день, срок службы экрана составит 7 лет.

Вердикт

Экраны для ноутбуков, сделанные по технологии OLED, это сильный скачок в сторону качества изображения. OLED дисплей окажется лучше, насыщеннее и контрастнее любой TN или IPS матрицы. У него отличный черный цвет и богатая цветовая палитра. В данный момент этот экран показывает лучшее качество на рынке.

Преимущества OLED дисплея на этом не заканчиваются: у матрицы очень быстрое время отклика и технология еще найдет себя в игровой индустрии и профессиональных мониторах для работы с графикой.

Что касается стоимости данных экранов, то еще несколько лет она будет неоправданно высокой. Как только стоимость экрана достигнет $110, выпуск LCD экранов станет более невыгодным.

Технологии дисплеев смартфонов на месте не стоят, они постоянно совершенствуются. Сегодня существует 3 основных типа матриц: TN, IPS, AMOLED. Часто споры идут по поводу преимуществ и недостатков матриц IPS и AMOLED, их сравнения. А вот TN-экраны уже давно не в моде. Это старая разработка, которая сейчас практически не используется в новых телефонах. Ну, а если и используется, то лишь в очень дешевых бюджетниках.

Сравнение TN матрицы и IPS

Матрицы TN появились в смартфонах первыми, поэтому они самые примитивные. Главный плюс этой технологии – дешевизна. Себестоимость TN дисплея на 50% ниже по сравнению со себестоимостью других технологий. Такие матрицы обладают рядом недостатков: небольшие углы обзора (не более 60 градусов. Если больше, картинка начинает искажаться), плохая цветопередача, низкая контрастность. Логика производителей отказываться от этой технологии ясна – недостатков очень много, и все они серьезные. Тем не менее есть одно достоинство: время отклика. В TN-матрицах время отклика всего 1 мс, хотя в IPS-экранах время отклика обычно 5-8 мс. Но это всего лишь один плюс, который нельзя поставить в противовес всем минусам. Ведь даже 5-8 мс достаточно для отображения динамических сцен и в 95% случаев пользователь не заметит разницу между временем отклика 1 и 5 мс. На фото ниже разница отчетливо видна. Обратите внимание на искажение цвета под углом на TN матрице.

В отличие от TN, матрицы IPS показывают высокую контрастность и отличаются огромными углами обзора (иногда даже максимальными). Именно этот тип является самым распространенным, и иногда они обозначаются как SFT-матрицы. Есть множество модификаций этих матриц, поэтому при перечислении плюсов и минусов нужно иметь в виду какой-либо конкретный тип. Поэтому ниже для перечисления достоинств мы будем иметь ввиду самую современную и дорогую IPS-матрицу, а для перечисления минусов самую дешевую.

Плюсы:

Максимальные углы обзора.
Высокая энергоэффективность (низкое потребление энергии).
Точная цветопередача и высокая яркость.
Возможность использовать высокое разрешение, что даст большую плотность пикселей на дюйм (dpi).
Хорошее поведение на солнце.

Минусы:

Более высокая цена по сравнению с TN.
Искажение цветов при большом наклоне дисплея (все же, углы обзора не всегда максимальные на некоторых типах).
Перенасыщение цвета и недостаточная насыщенность.

Сегодня большинство телефонов обладают IPS-матрицами. Гаджеты с дисплеями TN применяются разве что в корпоративном секторе. Если компания хочет сэкономить деньги, то она может заказать мониторы или, например, телефоны для своих сотрудников подешевле. В них могут быть TN-матрицы, но для себя никто не покупает такие устройства.

Amoled и SuperAmoled экраны

Чаще всего в смартфонах Samsung применяются SuperAMOLED матрицы. Именно этой компании принадлежит данная технология, и многие другие разработчики пытаются выкупить или заимствовать ее.

Главной особенностью AMOLED матриц является глубина черного цвета. Если рядом положить AMOLED дисплей и IPS, то черный цвет на IPS будет казаться светлым по сравнению с AMOLED. Самые первые такие матрицы имели неправдоподобную цветопередачу и не могли похвастаться глубиной цвета. Часто на экране присутствовала так называемая кислотность или чрезмерная яркость.

Но разработчики в Samsung исправили эти недостатки в SuperAMOLED экранах. Эти обладают конкретными достоинствами:

Небольшое энергопотребление;
Лучшая картинка по сравнению с теми же IPS матрицами.

Недостатки:

Более высокая стоимость;
Необходимость калибровки (настройки) дисплея;
Редко может быть разный срок работы диодов.

На самые ТОПовые флагманы устанавливаются AMOLED и SuperAMOLED матрицы из-за лучшего качества картинки. Второе место занимают IPS-экраны, хотя часто невозможно отличить по качеству картинки AMOLED и IPS матрицу. Но в данном случае важно сравнивать подтипы, а не технологии в целом. Поэтому нужно быть на чеку при выборе телефона: часто в рекламных постерах указывают технологию, а не конкретный подтип матрицы, а технология не играет ключевой роли в итоговом качестве картинки на дисплее. НО! Если указывается технология TN+film, то в этом случае стоит сказать “нет” такому телефону.

Инновации

Удаление воздушной прослойки OGS

Инженеры с каждым годом представляют технологии улучшения изображения. Некоторые из них забываются и не применяются, а некоторые производят фурор. Технология OGS является как раз таковой.

Стандартно экран телефона состоит из защитного стекла, непосредственно самой матрицы и воздушной прослойкой между ними. OGS позволяет избавиться от лишнего слоя – воздушной прослойки – и сделать матрицу частью защитного стекла. В результате изображение как будто находится на поверхности стекла, а не скрыто под ним. Эффект улучшения качества отображения налицо. За последние пару-тройку лет технология OGS неофициально считается стандартом для любых более-менее нормальных телефонов. Не только дорогие флагманы оснащаются OGS-экранами, но и бюджетники и даже некоторые совсем дешевые модели.

Изгиб стекла экрана

Следующий интересный эксперимент, который позже стал инновацией – это 2.5D стекло (то есть почти 3D). Благодаря загибам экрана по краям картинка становится более объемной. Если помните, первый смартфон Samsung Galaxy Edge произвел фурор – он первый (или нет?) получил дисплей с 2.5D стеклом, и выглядел он потрясающе. Сбоку даже появилась дополнительная сенсорная панель для быстрого вызова некоторых программ.

У HTC была попытка сделать что-нибудь необычное. Компания создала смартфон Sensation с вогнутым внутрь дисплеем. Таким образом он был защищен от царапин, хотя добиться большей пользы не удалось. Сейчас таких экранов не встретить в силу и без того прочных и невосприимчивых к царапинам защитных стекло Gorilla Glass.

На этом HTC не остановилась. Был создан смартфон LG G Flex, у которого был не только изогнут экран, но и сам корпус. В этом состояла “фишка” устройства, которая тоже не обрела популярность.

Растягивающийся или гибкий экран от Samsung

На средину 2017 года та технология еще не используется ни в одном доступном на рынке телефоне. Однако компания Samsung в видеороликах и на своих презентациях демонстрирует AMOLED-экраны, которые могут растягиваться и затем возвращаться в обратное исходное положение.

Фото гибкого дисплея от Samsung:

Также компания представила демонстрационный видео ролик, где отчетливо видно экран, выгибающийся на 12 мм (как заявляет сама компания).

Вполне возможно, скоро Samsung сделает весьма необычный революционный экран, который поразит весь мир. Это будет революцией в плане разработки дисплеев. Сложно даже представить, насколько далеко компания уйдет вперед с такой технологией. Впрочем, возможно и другие производители (Apple, например) тоже ведут разработки гибких дисплеев, но пока подобных демонстраций от них не было.

Лучшие смартфоны с AMOLED-матрицами

Учитывая то, что технология SuperAMOLED была разработана Samsung, в основном она используется в моделях этого производителя. И вообще, Samsung лидирует в области разработки совершенствования экранов для мобильных телефонов и телевизоров. Это мы уже поняли.

На сегодняшний день самым лучшим дисплеем из всех существующих смартфонов является SuperAMOLED экран в Samsung S8. Это даже подтверждается в отчете DisplayMate. Кто не в курсе, Display Mate – популярный ресурс, анализирующий экраны “от и до”. Многие специалисты используют их результаты тестов в своих работах.

Для определения экрана в S8 пришлось даже ввести новый термин – Infinity Display . Такое название он получил благодаря необычной удлиненной форме. В отличие от предыдущих своих экранов, Infinity Display серьезно доработан.

Вот краткий перечень преимуществ:

Яркость до 1000 нит. Даже на ярком солнце контент будет хорошо читаемым.
Отдельная микросхема для реализации технологии Always On Display. И без того экономичная батарея теперь потребляем еще меньше заряда батареи.
Функция улучшения картинки. В Infinity Display контент без составляющей HDR приобретает ее.
Яркость и цветовые настройки автоматически регулируются в зависимости от предпочтений пользователей.
Теперь тут не один, а два сенсора освещения, что более точно позволяет автоматически регулировать яркость.

Даже по сравнению с Galaxy S7 Edge, у которого был “эталонный” экран дисплей в S8 выглядит лучше (на нем белые цвета являются действительно белыми, а на S7 Edge они уходят в теплые тона).

Но кроме Galaxy S8 есть и другие смартфоны с экранами на базе технологии SuperAMOLED. В основном это, конечно же, модели корейской компании Самсунг. Но также есть и другие:

Meizu Pro 6;
OnePlus 3T;
ASUS ZenFone 3 Zoom ZE553KL – 3 место в ТОПе телефонов Asusu (находится ).
Alcatel IDOL 4S 6070K;
Motorola Moto Z Play и др.

Но стоит отметить, что аппаратная часть (то есть сам дисплей) хоть и играет ключевую роль, но важно еще и ПО, а также второстепенные программные технологии, улучшающие качество картинки. SuperAMOLED дисплеи славятся прежде всего возможностью широко регулировать температуру и цветовые настройки, и если подобных настроек не будет, то смысл использовать эти матрицы слегка пропадает.