Матрица в смартфоне что это такое
Учи матчасть. Ищем лучший дисплей в смартфонах
В этой серии материалов мы подробно разбираем смартфоны «по винтикам». В прошлый раз говорили о том, какую роль в современных телефонах играет процессор. Сегодня речь пойдет о другом важнейшем компоненте любого смартфона — дисплее. OLED или IPS? Full HD или 4K? 60 или 120 Гц? В конце концов, что все это вообще такое и на что ориентироваться при выборе?
Коротко, о чем пойдет речь
Тип матрицы
Абсолютное большинство современных смартфонов используют экран одного из двух типов: OLED (матрицы на органических светодиодах) или LCD (жидкокристаллические — или ЖК — панели). Так уж сложилось, что первые чаще применяются в телефонах подороже, а вторые — в более бюджетных аппаратах. Впрочем, бывают и исключения.
Если у вас есть стационарный компьютер, то вы наверняка смотрите в ЖК-экран. Если речь идет о более-менее современном дисплее, очень высока вероятность, что это IPS-матрица. Вот именно такие и встречаются во многих нынешних телефонах.
Если говорить максимально упрощенно, то работает эта технология следующим образом. Есть своеобразный «бутерброд» из слоя с множеством жидких кристаллов и слоя со светодиодной подсветкой этих самых кристаллов-пикселей. Благодаря подсветке и реакции на нее кристаллов мы и видим изображение на экране. Ключевое отличие технологии OLED в том, что там не нужен слой с подсветкой — и свет, и цвет способны выдавать сами пиксели.
Нет идеального дисплея, потому что и у IPS, и у OLED (еще можно встретить название AMOLED) есть свои достоинства и недостатки. Так, у IPS-матриц очень большой ресурс работы и имеется то, что принято называть «естественной цветопередачей». Однако они не обеспечивают отображение глубокого черного цвета (обычно вместо черного мы видим темно-серый) и отличаются довольно высоким энергопотреблением из-за наличия отдельного слоя подсветки. Это из того, что может быть заметно любому пользователю.
У OLED все отлично с выводом черного (лучше просто не может быть), а энергопотребление чуть ниже (в первую очередь за счет того, что «окрашенные» в черный цвет пиксели вообще не потребляют энергии: они просто выключены). С другой стороны, органические светодиоды со временем выгорают и теряют яркость (впрочем, для смартфонов, которые мы меняем относительно часто, это не так уж важно), а еще многие видят мерцание.
Раньше считалось, что у OLED-экранов более «ядовитые» цвета, слишком далекие от естественной цветопередачи. Но с этой «фишкой» (назвать это недугом язык не повернется, ведь многим как раз больше нравится такое перенасыщенное изображение) давно научились бороться — цветопередачу в современных смартфонах с OLED легко настроить на свой вкус.
Но есть другой момент, связанный с передачей белого цвета. Из-за особенности строения матрицы на органических светодиодах светлые тона обычно имеют зеленовато-синий оттенок. А у IPS часто можно заметить уход в теплые оттенки и преобладание желтого с легким отклонением в красный спектр.
Самое главное во всей этой истории — тот факт, что IPS-панели дешевле OLED-матриц. Поэтому в бюджетных смартфонах OLED вы не увидите, хотя в средний ценовой сегмент такие экраны уже проникли благодаря в первую очередь Samsung.
Ответить на вопрос «Какой тип матрицы лучше?» невозможно. При правильной заводской настройке визуально различимые характеристики экранов на разных матрицах очень близки. AMOLED в недорогом телефоне может оказаться куда хуже IPS в смартфоне аналогичной ценовой категории или даже дешевле. Поэтому при выборе мы бы вообще не рекомендовали ориентироваться только на тип матрицы («Ого! OLED в телефоне за 400 рублей! Беру!»). В целом современные телефонные матрицы уже избавились от некогда имевших место существенных недостатков (низкая скорость отклика, маленькие углы обзора), и даже после покупки самых недорогих телефонов вы вряд ли останетесь недовольны тем или иным дисплеем.
Разрешение
В отличие от типа матрицы, этот показатель куда критичнее для восприятия картинки. При этом и разобраться здесь куда проще. Например, вы видите, что разрешение экрана заинтересовавшего вас смартфона выглядит так: 1080×1920. Первое число указывает на количество пикселей, расположенных по горизонтали, а второе — по вертикали. Все разрешения, помимо числового формата, также обозначаются аббревиатурой. Наиболее распространенные вы наверняка видели: так, те же 1080×1920 — это Full HD, 1440×2560 — QHD (или еще 2K), а 2160×3840 — Ultra HD (или 4K) и так далее.
Чем больше пикселей на экране, тем больше информации на нем помещается и тем четче выглядит изображение. Но есть нюанс. Одно дело — разместить 1080 пикселей по горизонтали и 1920 по вертикали, например, на 27-дюймовом компьютерном мониторе, и совсем другое — на относительно маленьком 6,5-дюймовом дисплее смартфона. Разрешение одинаковое, но в первом случае получим огромные пиксели, каждый из которых вы будете видеть невооруженным глазом. Отсюда «зернистость» картинки, которая не радует глаз.
Поэтому вместо разрешения правильнее обращать внимание на такой показатель, как плотность пикселей на дюйм. Потому что он учитывает не только разрешение экрана, но и его размер. Видите значение 300 ppi? Значит, на одном дюйме помещается 300 пикселей. Другой вопрос — много этого, мало или достаточно? Вопрос в некоторой степени анатомический.
Считается, что здоровый глаз человека физически не способен разглядеть нюансы экрана с разрешающей способностью более 350 ppi. То есть что 350, что 1350 ppi — для вас оба дисплея будут в равной степени четкие, без возможности различить отдельные пиксели. Для примера: в том же экране 27-дюймового монитора с разрешением Full HD показатель ppi составит 105, а в 6,5-дюймовом дисплее — неразличимые 340.
Сегодня маркетологи стараются работать в команде с инженерами. Так в смартфонах появляются дисплеи с 500, 600 и даже 800 ppi! Все это не несет никакой пользы для человека. Более того, подобные дисплеи отличаются повышенным энергопотреблением.
Скорее всего, вы будете полностью довольны смартфоном с экраном на 350 ppi. Для чересчур впечатлительных особ, которым нужна особая «противопиксельная гарантия», можно посоветовать что-нибудь в районе 400 ppi. Все, что выше, по крайней мере не стоит рассматривать в качестве определяющего фактора при покупке: экран с 600 ppi не будет четче дисплея с 400 ppi. Именно поэтому во многих флагманских смартфонах по умолчанию установлено разрешение пониже, хотя в рекламе всенепременно делается упор на сверхвысокое разрешение. Пользователь же даже не заметит разницы.
Таким образом, применительно к дисплеям важно не столько разрешение, сколько значение ppi — количество пикселей, помещаемых на одном дюйме площади экрана. Однако и в этом случае формула «чем больше, тем лучше» работает только до определенного момента. Точнее, до 300—400 ppi. Все, что выше, — чистейшей воды маркетинг, абсолютно ненужный в быту.
Частота обновления
До недавнего времени большинство смартфонов довольствовались частотой обновления экрана на уровне 60 Гц. Здесь тоже все просто: это означает лишь то, что в течение секунды изображение на дисплее перерисовывается 60 раз. Однако вслед за настольными мониторами этот показатель начал расти и в смартфонах.
Сначала появились модели с частотой обновления экрана 90 Гц, а с недавнего времени расширяется модельный ряд с 120 Гц. Что это дает в реальности? В первую очередь — более плавную анимацию различных эффектов. Плавно скроллится текст в браузере, плавно перемещаются менюшки. В общем и целом глазам становится приятнее. Но опять же не без нюансов.
В целом высокая частота обновления экрана — это круто. Но не для всех и не так чтобы «вау!». Лучше всего здесь самому вживую посмотреть на высокогигагерцевый экран, чтобы определиться, насколько этот параметр окажется важным именно для вас.
Типы экранов смартфонов: конец неразберихе
LCD, TFT, IPS, AMOLED, P-OLED, QLED — это неполный список технологий дисплеев, которые сегодня можно встретить на массовом рынке потребительской электроники. Но что они все означают? Чем IPS отличается от AMOLED, да и верно ли такое сравнение? Мы расскажем, как они работают, какие преимущества и недостатки имеют и есть ли между ними разница с точки зрения конечного пользователя.
Liquid Crystal Display, то есть жидкокристаллический дисплей — именно эта технология в конце 1990-х позволила превратить мониторы и телевизоры из удобных лежанок для котиков с вредными для человека электронно-лучевыми трубками внутри в тонкие изящные устройства. Она же открыла путь к созданию компактных гаджетов: ноутбуков, КПК, смартфонов.
Жидкие кристаллы — вещество, которое одновременно является и текучим, как жидкость, и анизотропным, как кристалл. Последнее качество означает, что при разной ориентации молекул жидких кристаллов оптические, электрические и другие свойства меняются.
Кристаллическое, жидкристаллическое, жидкое: кристаллы переходят в другое агрегатное состояние под воздействием температуры
В дисплеях такое свойство ЖК используется для регулирования светопроводимости: в зависимости от сигнала с транзистора кристаллы ориентируются определённым образом. Перед ними находится поляризатор, «собирающий» световые волны в плоскость кристаллов. После них свет проходит через RGB-фильтр и становится красным, зелёным или синим соответственно. Затем, если не блокируется передним поляризатором, проступает на экране в виде субпикселя. Несколько таких световых потоков соединяются между собой, и на дисплее мы видим пиксель ожидаемого цвета, а его сочетание с соседними пикселями способно выдавать гамму sRGB-спектра.
Когда дисплей включён, подсветка осуществляется белыми светодиодами, расположенными по периметру дисплея, и равномерно распределяется по всей площади благодаря специальной подложке. Отсюда возникают известные «болезни» LCD. Например, до пикселей, которые должны быть чёрными, свет всё равно доходит. В старых и некачественных дисплеях легко различимо «чёрное свечение».
Бывает, что кристаллы «застревают», то есть не двигаются даже при получении сигнала с транзистора, тогда на дисплее появляется «битый пиксель». Из-за специфики источника света по краям LCD-мониторов бывают видны белые засветы, а смартфоны с LCD не могут быть абсолютно безрамочными, хотя оба поколения Xiaomi Mi Mix и Essential Phone к этому стремятся.
Подсветка и подложка LCD Apple iPod Touch
Однако в спецификациях девайсов мы привыкли видеть не LCD, а загадочные TN, TFT, IPS или даже Retina. Разберёмся, что это значит.
TN, или TN+film. По факту, Twisted nematic — «базовая» технология, которая подразумевает поляризацию света и закручивание жидких кристаллов в спираль. Такие дисплеи недорогие и сравнительно просты в производстве, а на заре своего пребывания на рынке они имели самое низкое время отклика — 16 мс — но при этом характеризовались невысокой контрастностью и малыми углами обзора. Сегодня технологии сильно шагнули вперёд, и на смену стандарту TN пришёл более продвинутый IPS.
IPS (in-plane switching). В отличие от TN, жидкие кристаллы в IPS-матрице не закручиваются в спираль, а поворачиваются все вместе в одной плоскости, параллельной поверхности дисплея. Это позволило увеличить комфортные углы обзора до 178° (то есть фактически до максимума), существенно повысить контрастность изображения, сделать чёрный цвет намного более глубоким, сохранив при этом сравнительную безопасность для глаз.
Различие между матрицами TN и IPS на схеме
Наглядная разница между TN (на переднем плане) и IPS
Изначально IPS-матрицы обладали большим временем отклика и энергопотреблением, чем у дисплеев с технологией TN, поскольку для передачи сигнала требовалось повернуть весь массив кристаллов. Но со временем IPS-матрицы лишились этих недостатков, отчасти — за счёт внедрения тонкоплёночных транзисторов.
TFT LCD. По сути, это не отдельный тип матрицы, а скорее подвид, который характеризуется применением тонкоплёночных транзисторов (thin-film-transistor, TFT) в качестве полупроводника для каждого субпикселя. Размер такого транзистора составляет от 0,1 до 0,01 микрона, благодаря чему стало возможным создание небольших дисплеев с высоким разрешением. Во всех современных компактных дисплеях стоят такие транзисторы, причём не только в LCD, но и в AMOLED.
Преимущества LCD:
Недостатки LCD:
Organic light-emitting diode, или органический светодиод — грубо говоря, это полупроводник, который излучает свет в видимом спектре, если получает квант энергии. Он имеет два органических слоя, заключённых в катод и анод: при воздействии электрического тока в них происходит эмиссия и, как следствие, излучение света.
Из множества таких диодов состоит OLED-матрица. В большинстве случаев они красного, зелёного и синего цвета и вместе составляют пиксель (тонкости различного сочетания субпикселей опустим). Но дисплеи попроще могут быть монохромными и в основе иметь диоды одного цвета (например, в умных браслетах).
Однако одних «лампочек» мало — для правильного отображения информации требуется контроллер. И долгое время отсутствие адекватных контроллеров не позволяло производить светодиодные дисплеи в их сегодняшнем виде, так как корректно управлять таким массивом отдельных миниатюрных элементов крайне сложно.
PMOLED. По этой причине в первых OLED-дисплеях диоды управлялись группами. Контроллером в PMOLED служит так называемая пассивная матрица (passive matrix, PM). Она подаёт сигналы на горизонтальный и вертикальный ряд диодов, и точка их пересечения подсвечивается. За один такт можно просчитать только один пиксель, так что получить сложную картинку, да ещё и в высоком разрешении, таким образом невозможно. Из-за этого же производители ограничены и в размере дисплея: на экране с диагональю больше трёх дюймов качественного изображения не выйдет.
Раньше PMOLED-дисплеи ставились в такие MP3-плееры, сейчас они используются в тех же умных браслетах
AMOLED. Прорыв на рынке светодиодных дисплеев произошёл, когда появилась возможность использовать тонкоплёночные транзисторы и конденсаторы для управления каждым пикселем (точнее — субпикселем) в отдельности, а не группой. В такой системе, которая называется активной матрицей (active matrix, AM), один транзистор отвечает за начало и конец передачи сигнала в конденсатор, а второй — за передачу сигнала от диода на экран. Соответственно, если сигнала нет, диод не светится, и на выходе получается максимально глубокий чёрный цвет, ведь свечение отсутствует в принципе. Благодаря тому, что светятся сами диоды, лежащие практически на поверхности, углы обзора AMOLED-матрицы максимальные. Но при отклонении от оси взгляда может искажаться цвет — уходить в красный, синий или зелёный оттенок либо вовсе пойти RGB-волнами.
Такие дисплеи отличаются высокой яркостью и контрастностью картинки. Раньше это было настоящей проблемой: первые AMOLED-экраны почти всегда были «вырвиглазными», от них могли уставать и болеть глаза. В некоторых дисплеях использовалась широтно-импульсная модуляция (ШИМ) для того, чтобы тёмное изображение не «уходило» в фиолетовый оттенок, что тоже оказывалось болезненным для глаз. Из-за органического происхождения диоды порой выгорали за два-три года, особенно при длительном отображении неизменной картинки.
Пример выгорания AMOLED-дисплея
Впрочем, сегодня технологии ушли далеко вперёд, и перечисленные проблемы по большей части уже решены. AMOLED-дисплеи способны выдавать естественные цвета без сильной нагрузки на глаза, а IPS-дисплеи, напротив, подтянулись в области сочности красок и контрастности. В плане энергопотребления AMOLED-технология изначально была примерно в полтора раза более эффективна, нежели LCD, но по тестам разных устройств можно сказать, что сегодня этот показатель почти выровнялся.
Даже пять лет назад разница уже была не так высока, как в конце 2000-х
Тем не менее AMOLED бесспорно выигрывает в набирающих популярность направлениях. Речь идёт о безрамочных гаджетах, где разместить светодиоды значительно проще, чем жидкие кристаллы с боковой подсветкой, и об изогнутых (а в перспективе — гнущихся) дисплеях, для которых технология LCD непригодна в принципе. Но тут в игру вступает новый тип OLED-матриц.
P-OLED. На самом деле, есть доля лукавства в том, чтобы выделять данные дисплеи в отдельную категорию. Ведь по сути принципиальное отличие P-OLED (или POLED, не путать с PMOLED) от AMOLED одно — использование пластиковой (plastic, P) подложки, позволяющей изгибать дисплей, вместо стеклянной. Но она сложнее и дороже в производстве, чем стандартная стеклянная. К слову, AMOLED-дисплеи в силу меньшего количества «слоёв» намного тоньше LCD, а P-OLED, в свою очередь, тоньше AMOLED.
Во всех смартфонах с изогнутым дисплеем (преимущественно Samsung и LG) используется именно P-OLED. Даже во флагманах Samsung 2017 года, где, по уверению производителя, стоит сразу и Super AMOLED, и Infinity Display. Дело в том, что это маркетинговые названия, к фактическим технологиям производства не имеющие практически никакого отношения. С такой точки зрения там установлены дисплеи из органических светодиодов, которые управляются активной матрицей тонкоплёночных транзисторов и лежат на пластиковой подложке — то есть те же AMOLED, или P-OLED. К слову, в LG V30 дисплей хоть и не изгибается, а всё равно лежит на пластиковой подложке.
Преимущества OLED:
Недостатки OLED:
Маркетинговые ходы
Retina и Super Retina. В переводе с английского это слово означает «сетчатка», и Стив Джобс выбрал его неспроста. Во время презентации iPhone 4 в 2010 году он сказал, что человеческий глаз не способен различать пиксели, если показатель дисплея ppi превышает 300. Строго говоря, любой соответствующий дисплей может называться Retina, но по понятным причинам никто, кроме Apple, данный термин не использует. Дисплей будущего iPhone X был назван Super Retina, хотя в нём будет установлен AMOLED-дисплей, а не IPS, как в остальных смартфонах компании. Иными словами, к технологии изготовления экрана название также не имеет никакого отношения.
iPhone 4 — первый смартфон с дисплеем Retina 
iPhone X — первый и пока единственный смартфон с дисплеем Super Retina
Super AMOLED. Данная торговая марка принадлежит компании Samsung, которая производит дисплеи как для себя, так и для конкурентов, в том числе Apple. Изначально главное отличие Super AMOLED от просто AMOLED заключалось в том, что компания убрала воздушную прослойку между матрицей и сенсорным слоем экрана, то есть объединила их в единый элемент дисплея. В результате при отклонении от оси взгляда картинка перестала расслаиваться. Очень скоро технология добралась практически до всех смартфонов, и сегодня не совсем ясно, чем «супер» лучше «обычных» AMOLED, производимых той же компанией.
Infinity Display. Тут всё совсем просто: «бесконечный дисплей» означает всего лишь практически полное отсутствие боковых рамок и наличие минимальных рамок сверху и снизу. С другой стороны, не представлять же на презентации какой-то там обычный безрамочный смартфон — надо назвать красиво.
Перспективные технологии
Micro-LED или ILED. Эта технология является логичной альтернативой органическим светодиодам: в её основе лежат неорганические (Inorganic, I) из нитрида галлия, очень маленького размера. По оценке специалистов, micro-LED смогут посоперничать с привычными OLED по всем ключевым параметрам: более высокая контрастность, лучший запас яркости, меньшее время отклика, долговечность, меньший размер и вдвое меньшее энергопотребление. Но, увы, такие диоды очень сложны в массовом производстве, поэтому пока технология не сумеет конкурировать на рынке с привычными решениями.
Впрочем, это не помешало Sony показать на выставке CES-2012 55-дюймовый телевизор с матрицей из неорганических светодиодов. Apple же в 2014 году купила компанию LuxVue, специализирующуюся на исследованиях в данной области. И хотя в iPhone X используется классический AMOLED, в будущих моделях уже могут быть установлены матрицы с micro-LED, которые, как нас уверяют, позволят увеличить плотность пикселей до 1500 ppi.
Прототип телевизора Sony с матрицей из micro-LED под названием Crystal LED
Квантовые точки производятся в виде микроскопического порошка и затем напыляются на экран
Выводы
На практике современные дисплеи LCD и AMOLED все меньше отличаются друг от друга по качеству изображения и энергоэффективности. А вот будущее — за светодиодными технологиями в том или ином виде. Жидкие кристаллы уже отжили свой век и держатся на рынке только за счёт дешевизны и простоты производства, хотя высокое качество картинки тоже присутствует. ЖК-дисплеи благодаря своей структуре толще, чем светодиодные, и бесперспективны с точки зрения новых трендов на изогнутость и безрамочность. Так что их уход с рынка уже виднеется на горизонте, тогда как LED-технологии уверенно развиваются сразу по нескольким направлениям и, что называется, ждут своего часа.
Если вы хотите узнать, как излучение экранов влияет на зрение, прочитатйте статью «Правда или нет? Синий свет экрана вреден».
IPS, LTPS, P-OLED или AMOLED? Разбираемся с основными типами дисплеев в портативной технике
При выборе нового смартфона, умных часов, планшета или ноутбука важнейшую роль играет дисплей. В последние годы почти всегда выбор был между IPS и AMOLED матрицами. Однако в последнее время рынок домашней и портативной техники заполонили новые типы матриц, в которых путаются даже производители ― OLED, P-OLED, PLS, Super AMOLED, Dynamic AMOLED и далее по списку. Если упростить, то все они являются родственными типами, которые отличаются в деталях. Каких именно — мы расскажем в этом материале. После его прочтения вы сможете давать платные консультации друзьям, притворяться консультантом в Эльдорадо и больше никогда не испытывать неловкие паузы в разговоре с малознакомым человеком.
Отличия между IPS и AMOLED-матрицами
В портативной технике в последнее время господствует 2 типа матриц ― IPS и AMOLED. Интернет разделился на несколько враждующих лагерей. В первом топят за IPS-дисплеи и нещадно критикуют AMOLED за излишнюю цветастость и кислотность. В секте свидетелей флагманов наоборот уверены, что в хорошем телефоне должен стоять только AMOLED или super AMOLED дисплей, а все остальное просто экономия. В вопросе «IPS или AMOLED» истина, как обычно, находится посередине и у каждого типа матриц есть свои хорошо известные преимущества и недостатки.
 |
Матрица типа in-plane switching (или просто IPS) является продвинутой вариацией обычного жидкокристаллического дисплея, но с более ровной и яркой подсветкой из светодиодов. Сильными сторонами IPS-матриц является натуральная цветопередача с широкими углами обзора, приправленные увеличенным сроком службы светодиодов и доступностью таких матриц. При этом у них не самая впечатляющая контрастность, а черному цвету не хватает глубины. Из-за узкого диапазона подсветки IPS-экраны (особенно недорогие) не умеют хорошо разделять наиболее яркие и наиболее темные пиксели, поэтому такой экран не совсем корректно отображает глубину черного цвета и оттенки серого.
Если провести прямое сравнение между аппаратами с AMOLED и IPS дисплеями одинакового разрешения, то можно заметить, что яркость, динамический диапазон и контраст на стороне OLED. На таких матрицах шрифты выглядят четче, резче и лучше прорисованы. Причем независимо от яркости подсветки и оттенков. С другой стороны, у IPS лучше проработаны фоновые участки, мягкие переходы выглядят различимее и ярче.