Экраны в смартфонах и планшетах. Всё, что вы должны о них знать

Мобильные телефоны прошли длинный путь эволюции от чемоданчиков Nokia Mobira до крошечных 8800 Sirocco, а затем начался бум сенсорных интерфейсов и стремительный всплеск производителей ЖК-экранов. Начавшись с выпуска тонких экранов для ноутбуков, высокие технологии проделали колоссальный путь вперёд, чтобы мы с вами сегодня могли выбирать между Quad HD экранами на разных технологиях.

Но для того, чтобы полностью разобраться во всех хитростях технологий и выбрать среди устройств действительно лучший экран, необходимо на пару минут вернуться в прошлое и вспомнить, с чего всё начиналось. С телевидения, разумеется.

Электронно-лучевые трубки

Заряженные ионизированным газом, с сетчатой структурой кинескопа и мощными направляющими катодами, эти мониторы перевернули наше с вами представление о восприятии окружающего мира. Лишь с появлением первых телевизоров и первыми секундами их созерцания люди поняли, что увидеть волшебное движение на неподвижном стекле можно даже у себя дома. До сих пор завидую тем, кто застал анонс первого цветного кинескопа.

Плюсы - существовал в школьные годы бабушки

Минусы - всё остальное

Плазменные экраны

Основанные на тех же принципах, что и простые ЭЛТ-трубки, этот тип экранов заполучил много новшеств и инноваций, в особенности связанных с размещением перед глазами зрителя лишь самого важного — самого экрана.

Знаменитая 152" плазменная панель от Panasonic

Любой плазменный телевизор по определению состоит из газоразряженной камеры, включающей множество жестко поделённых ячеек (пикселей), за которыми расположена основная газонаполненная камера и ионизирующая сеть, работающая под большим напряжением. Благодаря особым свойствам люминофора при подаче определённого напряжения рядом с ним он меняет свой цвет в диапазоне классической RGB-палитры, причём этот газ можно превратить не только в белый, красный и синий, но и даже чёрный цвет, причём действительно глубокий цвет. Одна лишь незадача, плазменные телевизоры работают по принципу шоковой терапии, и на них воздействуют мощные электромагнитные излучения, требующие энергопотребления на уровне 200 Вт у 40” модели ТВ. Разумеется, сильные скачки напряжения внутри конструкции не могут быть вечными, и спустя пару лет активного использования такие экраны начинают сильно выцветать, а потом и вовсе умирают. Чаще выгорают контролеры и стабилизаторы, реже сами экраны и их газовая начинка, которая и превращается в плазматическую массу под мощным током. 

Плюсы: качественная цветопередача

Минусы: принцип работы предполагает исключительно экстремальные нагрузки на плазму. Подобно атомному реактору для питания карманного фонарика — было популярно и оправдано, пока не появились более гуманные аналоги.

Liquid Crystal Display

Либо обыкновенный жидкокристаллический дисплей - технология вывода изображения, рождённая абсолютно с чистого листа, опираясь на десятилетние опыты и практику изготовления сегментных дисплеев. Кстати, именно сегментные экраны заменили светодиоды в первых мобильных телефонах Motorola, ознаменовав эпоху функционально насыщенных многоцелевых устройств.

Любой жидкокристаллический дисплей является сегментным, но, в отличие от монохромных экранчиков калькуляторов, тут применяется подсветка подложки светодиодами. Для этого по краям матрицы экрана ставят несколько светодиодов, которые отсвечиваются от основания экрана, обеспечивая видимое равномерное свечение.

Но вернёмся к жидким кристаллам. В отличие от традиционного сегментного экрана тут применяется более хитрая конструкция, предполагающая структурное разделение всей матрицы на равнозначные участки, каждый из которых включает RGB-субпиксели. Один зелёный, один красный и один синий — классическая структура целого пикселя, работающего уже по математическому принципу.

Напряжение на каждую точку рассчитывается для каждого субпикселя, в результате одним из самых сложных компонентов становится уже контроллер изображения, подающий нужное напряжение на нужные проводники, а они уже формируют сетку изображения. В отличие от плазменных телевизоров, цвет зависит не от мощности, а от характеристик тока, благодаря чему сами по себе жидкокристаллические экраны потребляют очень мало энергии.

Преимущества: лёгкий и экономичный

Недостатки: ужасная контрастность и скудная цветопередача.

Часть 2. Классификация ЖК-дисплеев

Но ЖК-дисплеи прошли огромный путь развития на пути к нам. И начался этот путь непосредственно с момента превращения сегментного дисплея в ЖК с последующим добавлением RGB-субпикселей. После начался всплеск ноутбуков и необходимость быстрого выпуска тонких цветных экранов.

Пассивные TN-матрицы

Резкая массовая потребность в готовом результате позволяет индустрии отбросить десятилетия компаний в песочницах ради быстрого и эффективного решения проблем. Добившись возможности укомплектовать всю мощь компьютера в одну коробку, производители резко столкнулись с возможностью урвать гигантские прибыли на производстве супер-мобильных устройств, которые представляли ценность выше автомобиля. Ноутбукам требовалось найти монитор, и сырая ЖК-технология быстро превратилась в коммерчески готовый продукт, красовавшийся на крышках ноутбуков IBM. Этакий пинок в мягкое насиженное место, не правда-ли?

Пассивные матрицы представляют собой уже знакомую нам матрицу пикселей с RGB-структурой, основной особенностью которых является способ получения изображения. Тут применяются классические лампы подсветки по краям матрицы, формирующие относительно чистый белый цвет в любое время, ведь для отображения белого цвета (255) пассивную матрицу можно отключить вовсе. Для ноутбуков начала 90-х это было оптимальное сочетание, ведь предполагалось создать экран для работы с текстом и данными в чёрно-белой цветовой гамме Windows 3.11.

для работы в подобном интерфейсе вам не нужна идеальная цветопередача чёрного

Исходя из особенностей отображения цвета пассивные экраны и получили своё название, ведь самый активный белый цвет формирует за них лампа подсветки, напряжение растёт с приближением к чёрному цвету (0 по RGB - палитре). Вот для чёрного цвета необходима максимальная нагрузка, превращающая пиксель в практически неприступную чёрную стену. Через которую светит белый прожектор - отклоните экран любого бюджетного ноутбука и вы увидите серую простыню вместо дна бочки с нефтью.

Это первая проблема TN-матриц, с которой никогда ничего нельзя сделать. А вот время отклика, которое зависит от контроллера и сложности электроподводки, удалось решить буквально -8 лет назад, когда производство 15.6” матриц с разрешением 1366 x 768 точек достигло масштаба апокалипсиса. В масштабах миллионов все слабые места быстро исчезают и проблему инертных шлейфов изображения удалось победить полностью.

Бюджетный ноутбук - основной рынок сбыта TN-матриц сегодня

Сегодня время отклика — рудимент каталогов продукции, а геймерам больше не придётся проветривать комнату перед жаркими ночными сражениями из-за тепловыделения трубочного монитора.

Плюсы: копеечная стоимость, время отклика

Минусы: один сплошной минус

Активные TFT-матрицы

С постепенным удешевлением производства TN-матриц производители начали работать над тем, как избавиться от ключевых недостатков технологии, и одним из наиболее эффективных решений проблемы стал выпуск ЖК-дисплеев на основе активных тонкоплёночных транзисторов — под максимальной нагрузкой они формируют белый цвет, а в пассивном режиме смотрятся единым чёрным полотном.

Учитывая, что яркие и светлые участки требуют больше яркости и контраста, контроллеры напряжения и сами токи значительно выросли, зато TFT-экраны позволили добиться невероятного обилия светлых полутонов: кроме белого теперь появился молочный цвет и лёгкая серая дымка - в индустрии дизайна появились тени и полутона, а случилось всё это в 2001-2002 годах.

Плюсы: правильное формирование изображение

Минусы: энергопотребление

Скажем больше, на сегодняшний день TFT-экраны чаще всего встречаются в ноутбуках и мониторах ПК бюджетного сегмента. Это быстрые, лёгкие и надёжные мониторы, которые охватывают до 90% RGB-палитры цветов и подойдут для большинства потребительских целей.

OLED - на органических диодах

Кульминацией развития всех жидкокристаллических матриц и экранов стало осознание того факта, что единственным слабым местом всех технологий оставалось содержимое пикселя и способ его подсвечивания внешними лампами. Основные сподвижки в данном направлении делали Sony, считая органику уделом исключительно топовых продуктов и технологий, но в Samsung одними из первых решились использовать ту самую OLED-технологию массово. Начали с внешних экранов для раскладушек, но уже через год с небольшим Samsung X120 заполучила OLED-экран с поддержкой до 64 тысяч цветов и шикарным чёрным цветом.

Но многим из нас OLED-дисплеи запомнились линейкой люксовых телефонов Nokia 8800 Arte, став первыми действительно массовыми продуктами с данным типом экранов.

Вкратце технология OLED представляет собой ту же TFT-матрицу, только контроллер встроен в основной слой матрицы, а внутри пиксела находится сверхчувствительная к изменению напряжения органика, которая начинает светиться ярче светодиодов и точнее лазера, регулируя цвет свечения исключительно напряжением. Разумеется точный состав органики все держут в секрете, хотя общие данные можно встретить в открытых источниках.

Плюсы: за ними будущее

Минусы: уже нет (2014 год).

Как автомобильную промышленность лихорадит от эпохи турбо-моторов, так и телевизионную индустрию лихорадило от органических светодиодов. Рынок долго сопротивлялся инверсионным экранчикам, смеялся над кривой цветопередачей первых OLED-матриц в Nokia 8800 Arte, а сейчас эта технология объективно лучшая в мире.

Часть третья. Наши дни, эпоха 2.0

Активное развитие цифровых технологий и качественный скачок HD-контента вынудили производителей в спешке признать отсутствие реально эффективных технологий производства ЖК-дисплеев для устройств ближайшего будущего. Осознание того факта, что все существующие технологии создавались под влиянием времени, потребовали ведущих производителей вложить огромные бюджеты в разработку качественно новых направлений. И тут мир разделился на три огромных лагеря.

Samsung AMOLED

Компания Samsung всегда стремилась не просто создать некую технологию и начать её производить в массовых объёмах, но и стать монополистом в заданном диапазоне - в своё время компания почти уничтожила производство твердотельной памяти, но Apple спутала все планы выпуском iPod Classic с компактным жестким диском — у этих монстров с самого начала не задалось с партнёрскими отношениями.

Хотя в 2007 году Стив Джобс всерьёз рассчитывал оснастить дебютный iPhone прогрессивным AMOLED-экраном. Отказали в Samsung, сославшись на собственный дефицит.

LG IPS

Компания LG особенно и не выбирала, просто Apple обратились к ним с помощью сделать то, что отказался сделать Samsung, согласившись на TFT-экраны в первых моделях iPhone с последующим переходом на IPS-матрицы того же производителя.

Можно сказать, LG невольно пришлось стать одними из лидеров дисплейной промышленности, крупнейшим производителем экранов для продукции Apple и одеть костюм лидера в данной области. Ещё никогда жадность Samsung не сыграла с компанией столь злую шутку.

Качественные скачки

С подачи Apple все лидеры отрасли неожиданно активизировались в области повышения разрешения экранов и уменьшения площади отдельного пикселя — просто тогда все откладывали это на будущее, а LG резко выложила все козыри на стол. Целый 2011 год у Apple не было конкурентов в области высоких разрешений, что привело к безоговорочному повороту рынка мобильных устройств — за год царствия Apple iPhone 4 с лучшей камерой и лучшим экраном все начали ассоциировать стальной гаджет Apple в качестве эталонного смартфона.

Все равнялись на Apple, хотя LG GD880 mini обладал той же матрицей с идентичной плотностью зерна в 326 DPI. Но всех интересовала лишь Retina, ответ которой появился на рынке лишь в 2012 году с выпуском HD-AMOLED-экрана Samsung для третьего поколения смартфона линейки Nexus. Это был триумф, настоящая революция и вызов всей индустрии.

Samsung Nexus 3 - Один из первых в мире смартфонов с HD-разрешением экрана

В 2012 году каждый производитель посчитал долгом чести выпустить свой флагман с HD-разрешением экрана, а уже к концу года в гонку вступила Sharp с её SH930W.

Это невозможно забыть, когда ты берёшь в руки смартфон и никак не можешь увидеть в огромном 5” экране и намёк на зернистость. Когда тысячи пикселей участвуют в формировании изображения одной иконки, а каждый логотип проработан до мельчайших деталей. А ведь это был дешевый S-LCD экран с разрешением 1920 x 1080 точек, чья плотность составляла всего 441 точку на дюйм.

Детализация действительно поражает. Кликните по картинке, чтобы увидеть ещё больше деталей

Следующий год превратил всех флагманов во Full HD-флагманов, среди которых больше всего не повезло дебютным попыткам Sony опробовать на деле свежее производство JDC— японская экранная компания объединила несколько производителей под одно крыло.

Sony Xperia ZL - один из первых Full HD-смартфонов компании

А скандал заключался в использовании дешевых TFT-экранов со слабым контрастом и заметным недостатком яркости. К концу года его поправили и сегодня у смартфонов Sony также одни из лучших дисплеев в мире.

Уходящий 2014 год отметился резким и энергичным анонсом LG G3 — первого в мире флагмана с Quad HD разрешением экрана собственного производства.

Но главное то, что модель ещё и первой поступила в продажу, обеспечив умеренные продажи лишь до выхода Full HD-конкурентов. Объективно флагман LG оказался главным Quad HD открытием года, подняв планку качества изображения до недосягаемых вершин.

Большинство азиатских марок не решились экспериментировать с такими объёмами, ограничившись выпуском QuaD HD смартфонов лишь для внутреннего рынка, в основном это касается уникальной на сегодняшний день 5.2” OLED-матрицы с плотностью точек 565 DPI. Монстры, такие как Moto Maxx, и по сей день вызывают невольный приступ удивления среди неподготовленных лиц, привыкших считать экран iPhone одним из лучших.

В 2015 году нас ждёт окончание наполеоновского плана Samsung по созданию 4K-дисплеев диагональю 5.9 дюйма, что окончательно смоет все границы реальной и виртуальной реальности. Игровые приставки так и не научились запускать GTA5 в 4K разрешении, а подобный экран (3840 x 2160 точек) уже представлен в инженерном 10” планшете Qualcomm стоимостью 1000 долларов США. Одним словом будущее летит со скоростью ястреба, а вот контент живёт ещё в прошлом десятилетии.

Референсный планшет Qualcomm 810 с 10.1" 4K-дисплеем разрешением 3840 x 2160 точек. Фантастика? Вовсе нет, привычное разрешение для планшетов 2015 года

Мнение Buyon

На этом наша экскурсия в прошлое экранной промышленности подходит к концу. Надеемся вы смогли узнать из неё много полезного и интересного, а заодно разложили для себя по-полочкам основные вопросы по выбору типа и производителя экрана в смартфоне. Прошлое изменилось резко и бесповоротно, оставив нас перед выбором таких разных и таких одинаковых экранов мобильных устройств образца 2014 года.