Как делают экраны для телефонов
08:00 23.03.2021 (обновлено: 11:29 23.03.2021)
https://ria.ru/20210323/displey-1601986755.html
Все секреты AMOLED и IPS-дисплеев. Из чего делают экраны для смартфонов
Все секреты AMOLED и IPS-дисплеев. Из чего делают экраны для смартфонов — РИА Новости, 23.03.2021
Все секреты AMOLED и IPS-дисплеев. Из чего делают экраны для смартфонов
Подавляющее большинство смартфонов и любой носимой электроники выпускают с жидкокристаллическими дисплеями по технологии IPS. Их главные недостатки —. РИА Новости, 23.03.2021
2021-03-23T08:00
2021-03-23T08:00
2021-03-23T11:29
технологии
apple ipad
МОСКВА, 23 мар — РИА Новости, Кирилл Каримов. Подавляющее большинство смартфонов и любой носимой электроники выпускают с жидкокристаллическими дисплеями по технологии IPS. Их главные недостатки — неравномерность подсветки и большое потребление энергии. В последнее время производители все чаще обращаются к OLED. За какой технологией будущее — в материале РИА Новости.Жидкие кристаллыТехнология Liquid Crystal Display (жидкокристаллический дисплей) фактически предопределила новый виток развития электроники в конце 1990-х. Кинескопные экраны вскоре отправились в музей, а мобильные телефоны оказались в кармане у каждого. Все LCD подсвечивают белые светодиоды по периметру матрицы. Равномерность обеспечивает специальная подложка. В этом и заключается «родовая травма» ЖК-экранов — неровная подсветка, встречающаяся в смартфонах даже среднего ценового уровня. Смотрится это как белесые пятна на темной картинке.Жидкокристаллические дисплеи производят по технологиям TFT, TN и IPS. TFT — это тонкопленочные транзисторы, поддерживающие достаточную контрастность. Это недорого, но есть проблемы с углами обзора, цветопередачей и высоким потреблением энергии.LCD-экраны, выполненные по технологии TN, отличаются малым временем отклика, благодаря чему до сих пор в настольном варианте ценятся геймерами. Но склонность к инверсии цветов даже при минимальном отклонении угла зрения — малоприятная особенность для смартфонов. В IPS благодаря гораздо более мощной подсветке углы обзора увеличили до 178 градусов. Отчасти решили проблему черного цвета, который раньше выглядел как серый. Эти экраны намного экономичнее, а в последние годы еще и уменьшилось время отклика.Наконец, технология LTPS с использованием поликристаллического кремния позволила создавать матрицы с высокой частотой обновления, сильно снизить потребление энергии и нарастить разрешение экранов. Все бы хорошо, но, во-первых, эти дисплеи на 15-20 процентов дороже аналогов c IPS, а во-вторых, есть органические светодиоды, которые лучше во всем.Самостоятельное свечениеOrganic light-emitting diode (OLED) — изобретение XXI века. Один из ведущих производителей дисплеев в мире Samsung активно перепрофилирует свои заводы в Южной Корее с LCD на OLED.OLED-матрицы состоят из нескольких полимерных слоев органических соединений. В них нет модуля подсветки — каждый пиксель самостоятельно излучает свет (красный, зеленый и синий). Здесь уже настоящий черный цвет: в изображении попросту отключаются нужные пиксели, а значит, нет и засветки. И главное — миллионами «лампочек» OLED-дисплеев управляют иначе.Наиболее простой вариант, который до сих пор применяется, например, в умных браслетах, — PMOLED. Это экраны с пассивной матрицей, способной включать светодиоды группами. Качество изображения оставляет желать лучшего, зато гаджет получается дешевым.В смартфоны уже пришли AMOLED-экраны с контроллерами, управляющими отдельным субпикселем. Такие дисплеи, нередкие среди флагманских смартфонов первой половины десятых, отличались максимальными углами обзора, огромной яркостью и высокой контрастностью. Но были и проблемы: при наклоне цвета часто «зеленели» или «краснели». Головной болью в буквальном смысле стала широтно-импульсная модуляция (ШИМ), отвечавшая за регуляцию оттенков. Из-за нее экран мерцал, а пользователи часто жаловались на неприятные ощущения в глазах. Кроме того — крайне низкий ресурс. Пиксели выгорали за два-три года, после чего дисплей покрывался фантомными изображениями.Усовершенствовали технологию в Samsung, представив Super AMOLED. Контрастность и яркость еще усилились. Увеличилась автономность смартфонов, ресурс OLED-матриц немного вырос за счет программных ухищрений, которые позволяют избежать статичной картинки, провоцирующей выгорание диодов.Неприятное мерцание одолели чуть позже, когда массово внедрили функцию DC dimming — яркость регулируется снижением напряжения, что компенсирует эффект ШИМ. Жалоб на неприятные ощущения от OLED-экранов действительно поубавилось.Гибкие экраныПроизводители довольно быстро научились делать дисплеи с пластиковой подложкой — P-OLED, уходя от традиционного стекла. В результате появились смартфоны с изогнутыми экранами, а теперь и с гибкими.В минувшем десятилетии гибкие OLED-дисплеи (или Flexible OLED, FOLED) были излюбленными экспонатами на отраслевых выставках. Массовое полноценное устройство первым выпустил Samsung. Galaxy Fold образца 2019 года хоть и получился неоднозначным, но именно с него началась эпоха гибких экранов. Пока это очень дорогая технология, а гаджеты с подобными дисплеями довольно хрупкие и требуют аккуратности. Но перспективы у FOLED, вне всякого сомнения, большие — уменьшение слоев дает выигрыш в толщине матрицы, а область применения гибких дисплеев будет только расширяться.Перспективной выглядит и технология miniLED (и ее более продвинутый вариант microLED) с гораздо меньшими по размерам светодиодами, чем в OLED. Это решает проблему выгорания матриц с органическими светодиодами — ресурс повышается в сотни раз. Вместе с этим увеличивается яркость и контрастность, что важно для модного видеоконтента, записанного в стандарте повышенного контраста HDR10. Пока гаджетов с такими экранами нет, но, по данным инсайдеров, в iPad Pro (2021) реализуют именно такое решение.Наконец, есть и совершенно новая технология дисплеев, основанных на квантовых точках (QLED). Это наночастицы, энергия излучения которых (и, соответственно, цвет) зависит от их размера, который можно изменять. В теории подобные экраны очень экономичны, с гигантским сроком службы и очень высокой яркостью. Но пока QLED используется лишь в дорогих телевизорах и вряд ли доберется до смартфонов в ближайшее время.
Как делают экраны для телефонов
СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
Главная — Информация к размышлению (статьи) — Устройство дисплея мобильного телефона (смартфона) и планшета. Устройство жидкокристаллического экрана. Типы дисплеев, их отличия.
Устройство дисплея мобильного телефона (смартфона) и планшета. Устройство жидкокристаллического экрана. Типы дисплеев, их отличия.
В этой статье мы разберем устройство дисплеев современных мобильных телефонов, смартфонов и планшетов. Экраны крупных устройств (мониторов, телевизоров и т.п.), за исключением небольших нюансов, устроены аналогично.
Разборку будем проводить не только теоретически, но и практически, со вскрытием дисплея «жертвенного» телефона.
Рассматривать, как устроен современный дисплей, мы будем на примере наиболее сложного их них — жидкокристаллического ( LCD — liquid crystal display ). Иногда их называют TFT LCD , где сокращение TFT расшифровывается » T hin- F ilm T ransistor» — тонкопленочный транзистор; поскольку управление жидкими кристаллами осуществляется благодаря таким транзисторам, нанесенным на подложку вместе с жидкими кристаллами.
В качестве «жертвенного» телефона, дисплей которого будет вскрыт, выступит дешевенький Nokia 105.
Основные составные части дисплея
Жидкокристаллические дисплеи ( TFT LCD , и их модификации — TN, IPS, IGZO и т.д.) состоят укрупненно из трех составных частей: сенсорной поверхности, устройства формирования изображения (матрица) и источника света (лампы подсветки). Между сенсорной поверхностью и матрицей расположен еще один слой, пассивный. Он представляет собой прозрачный оптический клей или просто воздушный промежуток. Существование этого слоя связано с тем, что в ЖК-дисплеях экран и сенсорная поверхность представляют собой совершенно разные устройства, совмещенные чисто механически.
Каждая из «активных» составных частей имеет достаточно сложную структуру.
Начнем с сенсорной поверхности (тачскрин, touchscreen).
Кстати, многие интересуются, что такое тачскрин? Вот это она и есть — сенсорная поверхность экрана, чувствительная к прикосновению пальца (пальцев).
Она располагается самым верхним слоем в дисплее (если она есть; а в кнопочных телефонах, например, ее нет).
Её наиболее распространенный сейчас тип — ёмкостная. Принцип действия такого тачскрина основан на изменении электрической емкости между вертикальными и горизонтальными проводниками при прикосновении пальца пользователя.
Соответственно, чтобы эти проводники не мешали рассматривать изображение, они делаются прозрачными из специальных материалов (обычно для этого используется оксид индия-олова).
Существуют также и сенсорные поверхности, реагирующие на силу нажатия (т.н. резистивные), но они уже «сходят с арены».
В последнее время появились и комбинированные сенсорные поверхности, реагирующие одновременно и на емкость пальца, и на силу нажатия (3D -touch -дисплеи). Их основу составляет емкостной сенсор, дополненный датчиком силы нажатия на экран.
Тачскрин может быть отделен от экрана воздушным промежутком, а может быть и склеен с ним (так называемое «решение с одним стеклом», OGS — O ne G lass S olution).
Такой вариант (OGS) имеет значительное преимущество по качеству, поскольку уменьшает уровень отражения в дисплее от внешних источников света. Это достигается за счет уменьшения количества отражающих поверхностей.
В «обычном» дисплее (с воздушным промежутком) таких поверхностей — три. Это — границы переходов между средами с разным коэффициентом преломления света: «воздух-стекло», затем — «стекло-воздух», и, наконец, снова «воздух-стекло». Наиболее сильные отражения — от первой и последней границ.
В варианте же с OGS отражающая поверхность — только одна (внешняя), «воздух-стекло».
Хотя собственно для пользователя дисплей с OGS очень удобен и имеет хорошие характеристики; есть у него и недостаток, который «всплывает», если дисплей разбить. Если в «обычном» дисплее (без OGS) при ударе разбивается только сам тачскрин (чувствительная поверхность), то при ударе дисплея с OGS может разбиться и весь дисплей целиком. Но происходит это не всегда, поэтому утверждения некоторых порталов о том, что дисплеи с OGS абсолютно не ремонтируемые — не верно. Вероятность того, что разбилась только внешняя поверхность — довольно велика, выше 50%. Но ремонт с отделением слоев и приклейкой нового тачскрина возможен только в сервис-центре; отремонтировать своими руками крайне проблематично.
Теперь переходим к следующей части — собственно экрану.
Он состоит из матрицы с сопутствующими слоями и лампы подсветки (тоже многослойной!).
Задача матрицы и относящихся к ней слоев — изменить количество проходящего через каждый пиксель света от лампы подсветки, формируя тем самым изображение; то есть в данном случае регулируется прозрачность пикселей.
Немного детальнее об этом процессе.
Регулировка «прозрачности» осуществляется за счет изменения направления поляризации света при прохождении через жидкие кристаллы в пикселе под воздействием на них электрического поля (или наоборот, при отсутствии воздействия). При этом само по себе изменение поляризации еще не меняет яркости проходящего света.
Изменение яркости происходит при прохождении поляризованного света через следующий слой — поляризационную пленку с «фиксированным» направлением поляризации.
Схематично структура и работа матрицы в двух состояниях («есть свет» и «нет света») изображена на следующем рисунке:
(использовано изображение из нидерландского раздела Википедии с переводом на русский язык)
Поворот поляризации света происходит в слое жидких кристаллов в зависимости от приложенного напряжения.
Чем больше совпадут направления поляризации в пикселе (на выходе из жидких кристаллов) и в пленке с фиксированной поляризацией, тем больше в итоге проходит света через всю систему.
Если направления поляризации получатся перпендикулярными, то свет теоретически вообще проходить не должен — должен быть черный экран.
На практике такое «идеальное» расположение векторов поляризации создать невозможно; причем как из-за «неидеальности» жидких кристаллов, так и не идеальной геометрии сборки дисплея. Поэтому и абсолютно-черного изображения на TFT экране не может быть. На лучших LCD экранах контрастность белое/черное может быть свыше 1000; на средних 500. 1000, на остальных — ниже 500.
Остается еще к этому добавить проблемы, возникающие при прохождении света под углом (когда пользователь смотрит не перпендикулярно), и в итоге можем получить не только паразитную засветку, но и другие цвето-яркостные искажения.
Только что была описана работа матрицы, изготовленной по технологии LCD TN+film. Жидкокристаллические матрицы по другим технологиям имеют схожие принципы работы, но другую техническую реализацию. Наилучшие результаты по цветопередаче получаются по технологиям IPS, IGZO и *VA (MV A, PVA и т.п.).
Теперь переходим к самому «дну» дисплея — лампе подсветки. Хотя современная подсветка собственно ламп и не содержит.
Несмотря на простое название, лампа подсветки имеет сложную многослойную структуру.
Связано это с тем, что лампа подсветки должна быть плоским источником света с равномерной яркостью всей поверхности, а таких источников света в природе крайне мало. Да и те, что есть, не очень подходят для этих целей из-за низкого КПД, «плохого» спектра излучения, или же требуют «неподходящего» типа и величины напряжения свечения (например, электролюминесцентные поверхности, см. Википедию ).
В связи с этим сейчас наиболее распространены не чисто «плоские» источники света, а «точечная» светодиодная подсветка с применением дополнительных рассеивающих и отражающих слоев.
Рассмотрим такой тип подсветки, проведя «вскрытие» дисплея телефона Nokia 105.
Разобрав систему подсветки дисплея до её среднего слоя, мы увидим в левом нижнем углу единственный светодиод белого свечения, который направляет свое излучение внутрь почти прозрачной пластины через плоскую грань на внутреннем «срезе» угла:
Пояснения к снимку. В центре кадра — разделенный по слоям дисплей мобильного телефона. В середине на переднем плане снизу — покрытая трещинами матрица (повреждена при разборке). На переднем плане вверху — срединная часть системы подсветки (остальные слои временно удалены для обеспечения видимости излучающего белого светодиода и полупрозрачной «световодной» пластины).
Сзади дисплея видна материнская плата телефона (зеленого цвета) и клавиатура (снизу с круглыми отверстиями для передачи нажатия от кнопок).
Эта полупрозрачная пластина является одновременно и световодом (за счет внутренних переотражений), и первым рассеивающим элементом (за счет «пупырышков», создающих препятствия для прохождения света). В увеличенном виде они выглядят так:
В нижней части изображения левее середины виден яркий излучающий белый светодиод подсветки.
Форма белого светодиода подсветки лучше различима на снимке с пониженной яркостью его свечения:
Снизу и сверху этой пластины подкладывают обыкновенные белые матовые пластиковые листы, равномерно распределяющие световой поток по площади:
Далее сверху на этот «бутерброд» укладывают еще один лист с особыми свойствами.
Его условно можно назвать «лист с полупрозрачным зеркалом и двойным лучепреломлением». Помните, на уроках физики нам рассказывали про исландский шпат, при прохождении через который свет раздваивался? Вот это похоже на него, только еще и немного с зеркальными свойствами.
Вот так выглядят обычные наручные часы, если часть их прикрыть этим листом:
Вероятное назначение этого листа — предварительная фильтрация света по поляризации (сохранить нужную, отбросить ненужную). Но не исключено, что и в плане направления светового потока в сторону матрицы эта пленка тоже имеет какую-то роль.
Вот так устроена «простенькая» лампа подсветки в жидкокристаллических дисплеях и мониторах.
И, наконец, поверх этой многослойной лампы подсветки укладывается жидкокристаллическая матрица, рассмотренная в предыдущей главе.
Что касается «больших» экранов, то их устройство — аналогично, но светодиодов в устройстве подсветки там больше.
В более старых жидкокристаллических мониторах вместо светодиодной подсветки использовали газосветные лампы с холодным катодом (CCFL , Cold Cathode Fluorescent Lamp ) .
Пример микрофотографии TFT LCD (жидкокристаллического) дисплея с матрицей типа TN :
Обратите внимание на однородную структуру субпикселей внутри половинки каждого из них.
Теперь — пример микрофотографии TFT LCD (жидкокристаллического) дисплея с матрицей типа IPS :
А здесь — наоборот, надо обратить внимание на сложную структуру внутри каждого из субпикселей.
Структура дисплеев AMOLED
Теперь — несколько слов об устройстве относительно нового и прогрессивного типа дисплеев — AMOLED (Active Matrix Organic Light-Emitting Dio de ).
Устройство таких дисплеев значительно проще, так как там нет лампы подсветки.
Эти дисплеи образованы массивом светодиодов и светится там каждый пиксель в отдельности. Достоинствами дисплеев AMOLED являются «бесконечная» контрастность, отличные углы обзора и высокая энергоэффективность; а недостатками — уменьшенный срок «жизни» синих пикселей и технологические сложности изготовления больших экранов.
Что касается энергоэкономности, то она связана с отсутствием лампы подсветки и проявляется не всегда.
Благодаря тому, что энергию потребляют только те пиксели, которые светятся, погашенные пиксели энергию не потребляют; в то время, как в жидкокристаллических дисплеях (LCD) лампа подсветки работает и потребляет энергию даже тогда, когда экран — чёрный.
Из-за этого растёт популярность «тёмной темы» для экранов AMOLED. А при ярком и светлом изображении, соответственно, никакого выигрыша в экономичности по сравнению с LCD- экранами нет.
Также надо отметить, что, несмотря на более простую структуру, стоимость производства дисплеев AMOLED пока что выше, чем дисплеев TFT LCD.
Типовой пример структуры дисплеев AMOLED — на следующей микрофотографии:
На фото представлен дисплей AMOLED смартфона Samsung A22 ; который можно считать вполне типичным.
Здесь можно обратить внимание на следующие детали:
— линии пикселей повёрнуты на 45 градусов относительно горизонта;
— субпикселей зелёного цвета — в два раза больше, чем синих или красных.
Такая структура расположения пикселей именуется PenTile и очень часто применяется в дисплеях AMOLED. Причём разрешение дисплея производители указывают по числу зелёных субпикселей.
Это, конечно, небольшое жульничество, но у него есть некоторое техническое обоснование. Оно заключается в том, что человеческий глаз имеет наибольшую чувствительность именно к зелёному цвету; в связи с чем «недовложение» красных и синих субпикселей остаётся практически не заметным.
Кроме дисплеев AMOLED , постепенно пробивают себе дорогу в жизнь другие дисплеи на основе светодиодов — micro-LED. Они отличаются от AMOLED тем, что светодиоды в них — не на основе органических полупроводников, а на основе настоящих светодиодов, только микроскопических.
Технология производства таких дисплеев — ещё более дорогая.
И, наконец, надо сказать, что дисплеи электронных книг (eink, e-ink) не относятся ни к одному из перечисленных типов, они рассмотрены в отдельной статье.
Иногда при покупке нового дисплея вместо разбитого пользователи встречаются со странным типом дисплея — Or.
Встречается этот тип дисплея в прайс-листах во фразах вроде «Дисплей для телефона Gnusmas FSB-007 Or. «
И возникает логичный вопрос: «Дисплей O r — что это такое?»
Не пугайтесь, но такого типа дисплея не существует. Or — это в данном случае сокращение от слова «original» (оригинальный), т.е. означает, что продаётся именно та марка дисплея, которая была установлена в телефоне самим производителем.
Часто можно купить дисплеи, полностью подходящие для телефона взамен вышедшего из строя, но не оригинальные, а совместимые. Формально продавцы обязаны об этом информировать покупателя, но по факту не всегда это делают; особенно — на китайских торговых площадках.
Ваш Доктор.
12 мая 2017 г.
Другие статьи цикла «Как устроен смартфон» :
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
В комментариях запрещены, как обычно, флуд, флейм и оффтопик.
Также запрещено нарушать общепринятые нормы и правила поведения, в том числе размещать экстремистские призывы, оскорбления, клевету, нецензурные выражения, пропагандировать или одобрять противозаконные действия. Соблюдение законов — в Ваших же интересах!
Доктора! (Администрация сайта — контакты и информация)
Группа SmartPuls.Ru Контакте — анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них
Как работают складные экраны?
В последние годы складные экраны стали привычным явлением, во многом это произошло благодаря двум линейкам складных смартфонов от компании Samsung, Z Flip и Z Fold. Затем к компании присоединились другие производители, а складные смартфоны постепенно начали становиться доступнее, обещая наступление новой эры в развитии персональных компьютеров. Но как на самом деле работают складные экраны?
Складные экраны: основы
Все дисплеи — жесткие или гибкие, плоские или изогнутые, сворачиваемые или складные — работают примерно одинаково.
Проще говоря, миллионы цветных точек формируют изображения, которые мы видим на экране. Существуют разные способы достичь этого эффекта, поэтому в смартфонах можно встретить различные экраны, включая LCD, OLED, а в последнее время micro-LED и mini-LED.
Все эти пятнышки цвета располагаются на слое материала, называемом подложкой. В течение многих лет подложкой был тонкий лист стекла — твердого, хрупкого стекла, которое можно сгибать лишь до того момента, пока оно не треснет.
В последнее десятилетие компании стали делать подложки для экранов из гибкого пластика — такой можно сгибать, не боясь его сломать. Именно экраны на основе пластика сделали возможным создание первых телефонов с изогнутыми экранами, таких как Galaxy Note Edge 2014 года.
По мере развития технологий производители экранов находили способы увеличить степень гибкости, которую они могли безопасно заложить в экран. Важно отметить, что они также решили проблему долговечности, позволив экранам сгибаться тысячи раз и не ломаться. В конце концов этот путь привел нас к сегодняшним складным экранам, которые могут складываться почти как лист бумаги.
15 декабря 2023
Дизайн и выбор материалов в Huawei Watch, часы как аксессуар
Какие материалы в Huawei используют для своих умных часов и как различается их дизайн. Смотрим на примеры часов.
Субботний кофе №284
Налейте чашку ароматного субботнего кофе и познакомьтесь с новостями недели. Стали известны детали о новых Google Pixel 9, Apple меняет правила для ЕС, а Chery привезет к нам премиальный электромобиль…
12 февраля 2022
Про новый Mercedes-Benz C-класс и MBUX второго поколения
Новый Mercedes-Benz C-класс пятого поколения в кузове W206 был представлен в феврале 2021 года, а приехал в Россию лишь в декабре прошлого года, так что машина особо не успела примелькаться на дорогах…
Hidizs AP80 Pro-X: маленький и удаленький?
Компактный Hi-Fi-плеер с балансным выходом, Bluetooth и возможностью работать как беспроводной ЦАП — смотрим на Hidizs AP80 Pro-X.
Компании в течение более чем десяти лет обещали нам создать складные экраны, но первые складные смартфоны появились только в 2019 году. Есть причина, по которой складным экранам потребовалось так много времени, чтобы технология стала рабочей. Точнее, на это существует много причин.
Гибкая подложка — это только часть уравнения. Ученым и инженерам приходилось решать очень сложные задачи, такие как изготовление подложки, которая была бы легкой и гибкой, но могла бы выдерживать годы механических нагрузок, обеспечение того, чтобы все складывания или сворачивания не влияли на качество изображения с течением времени, создание защитного слоя для экрана, обладающего такой же гибкостью, как и он сам. Кроме того, нужно было сохранить в рабочем состоянии все другие технологии, которые используются в экране. А потом уже совсем другим людям пришлось изобретать способы, как поместить гибкий экран в складной смартфон так, чтобы устройство при этом продолжало соответствовать тем высоким требованиям, которые мы предъявляем сейчас к нашей электронике. Не самая простая работа.
Подробнее о технологии
Прежде чем мы рассмотрим отдельные компоненты складного экрана, важно отметить, что все складные экраны, которые можно найти на рынке сегодня, относятся к типу OLED. OLED-экраны не имеют подсветки, как LCD — сами пиксели в таких экранах излучают свет при подаче на них питания. Из-за этого OLED-дисплеи можно сделать примерно на 30% тоньше и легче, чем LCD-экраны. В сочетании с другими преимуществами по сравнению с LCD-экранами OLED является лучшей технологией для создания гибких экранов, хотя гибкие LCD-экраны тоже существуют.
Чтобы понять, как работают складные OLED-экраны, представим экран как очень тонкий (и, вероятно, не очень вкусный) слоеный пирог. Каждый слой этого высокотехнологичного пирога играет определенную роль. Эти слои заламинированы вместе в очень тонкий корпус толщиной в доли миллиметра. Давайте на них посмотрим.
Слой подложки, который также называется платой, это сама основа экрана, которая поддерживает все остальные слои. В гибком экране подложка выполнена из пластика или реже из металла. Сегодня в большинстве устройств с гибким экраном используется подложка из полимерного пластика, называемого полиимидом (PI). Полиимид обладает не только гибкостью и изолирующими свойствами, но и высокой механической прочностью и термической стабильностью.
Слой TFT — нанесенный поверх гибкой подложки слой TFT (от thin-film transistor — тонкопленочный транзистор) управляет подачей энергии на каждый пиксель. Можно представить это как «энергетическую сеть», которая соединяет все пиксели на экране. На OLED-экране, в отличие от LCD, каждый пиксель может управляться индивидуально, что обеспечивает высокую контрастность и низкое энергопотребление.
Слой OLED — светоизлучающий слой, состоящий из отдельных пикселей, каждый из которых содержит красные, зеленые и синие субпиксели. Каждый пиксель может иметь определенный цвет и яркость за счет изменения количество энергии, получаемой его субпикселями. В свою очередь, посредством объединения пикселей формируется изображение, которое мы видим на экране. Слой OLED состоит из нескольких более тонких слоев, включающих катод, анод и слой органического светоизлучающего материала, который расположен между ними.
Защитный слой — также называемый слоем инкапсуляции, это слой, который герметизирует и защищает другие слои. Это также тот слой, к которому прикасаются пользователи, когда взаимодействуют со складными экранами. Что касается материалов, более дешевым вариантом является полиимид (тот же, что и для подложки), а в последнее время производители используют ультратонкое стекло (UTG). UTG прочнее пластика и больше похоже на обычное стекло, но при этом может сгибаться. Например, именно UTG Samsung использует в последних моделях Z Flip и Z Fold.
Что еще стоит знать о складных экранах?
Складные экраны могут быть складывающимися или раскладывающимися. В случае со складывающимся экраном (например, как в Galaxy Z Flip 3) он скрыт внутри устройства в сложенном состоянии, что повышает его долговечность, но на экране могут образовываться небольшие заломы. На раскладывающемся дисплее (например, как в Huawei Mate XS 2) в сложенном виде дисплей изгибается вокруг внешней стороны устройства. Так он остается уязвимым для царапин, зато на нем не образуется складок.
Устройства со складным экраном, которые мы видели до сих пор, складываются только по одной линии, но производители уже продемонстрировали концепции устройств, которые складываются дважды или даже больше. Вот некоторые конструкции от Samsung, которые складываются дважды в конфигурации «S» или «G».
Не все смартфоны с гибкими экранами складываются. Так, мы видели устройства с экранами, которые сворачиваются и исчезают внутри корпуса. К примеру, это раскладной телефон Oppo X 2021 года или безумный раскладной телевизор LG OLED R.
Экран является ключевым аспектом работы складных устройств, но не единственным. Шарнир может оказаться столь же важным в части пользовательского опыта. Производители вложили много ресурсов в то, чтобы петли в их складных устройствах работали плавно, щелкали ровно так, как надо, и были достаточно гладкими, чтобы разместить поверх них экран.
Еще одним важным фактором является долговечность. По определению, складные экраны имеют движущиеся части, что открывает широкие возможности для попадания внутрь устройства воды, пыли и других загрязнений. Проблемы с попаданием мусора под экран на некоторых устройствах вовсе не надуманны, и это портит пользовательский опыт и может повредить экран.
Многие компании уже выпустили или, по крайней мере, анонсировали продукты со складными экранами, включая телефоны, ноутбуки и даже телевизоры. Легко представить себе будущее, в котором планшеты, носимые устройства, игровые приставки и даже бытовая техника имеют гибкие экраны. Инновации также будут связаны с созданием растягивающихся, носимых и даже внедряемых под кожу дисплеев. В любом случае по мере того, как в технологию вкладывается все больше ресурсов, складные экраны будут только совершенствоваться.
Как менялись экраны смартфонов – и почему этот процесс не останавливается
Дисплей – альфа и омега смартфона. С тех пор как форм-фактор телефона как одного безграничного экрана стал, по сути, безальтернативным, требования к нему непрерывно растут. Причем не только в плане диагонали, конечно, но и в плане качества
Можно долго спорить о том, какое именно устройство стоит официально называть первым смартфоном, ныряя вплоть до Newton в начало девяностых, но в этом материале мы не будем добиваться научной точности. И возьмем за точку отсчета первые телефоны с сенсорным экраном без бортиков – то есть рассчитанные на управление пальцем, а не стилусом.
Это вышедшие в один год (2007-й) Apple iPhone и HTC Touch (еще не на Android, а Windows Mobile – не слишком приспособленной для управления пальцами). Оба этих устройства получили ЖК-экраны: HTC Touch – диагональю 2,8 дюйма и разрешением 320 × 240, а iPhone 2G – диагональю 3,5 дюйма и разрешением 480 × 320. Оба экрана поддерживали мультитач – считывали сразу несколько прикосновений, что делало возможным еще и жестовое управление. Оба экрана получили TN-матрицы, наиболее распространенные в то время.
Впрочем, эпоха TN-матриц уже подходила к концу – IPS-матрицы стали набирать распространение уже через пару лет, а особенный толчок им дал iPhone 4, вышедший в 2010 году. Тогда же впервые прозвучало слово Retina, которое означало повышенную плотность пикселей, сопряженную с высоким разрешением дисплея. На тот момент высокой плотностью считались 330 ppi (4 дюйма, 640 × 960 точек). Сами по себе IPS-экраны на смартфонах позволяли рассчитывать на более свободные углы обзора и улучшенную цветопередачу. Сегодня встретить смартфон с ЖК-экраном не на IPS-матрице уже, по сути, невозможно. Я, по крайней мере, не встречал их уже, пожалуй, года четыре. Распространенные в мире мониторов и телевизоров матрицы *VA-типа не масштабировались на маленькие смартфонные экраны.
Но ЖК-экраны, как мы можем увидеть сейчас, уже тогда были, по сути, тупиковой ветвью – количество смартфонов с дисплеями на жидких кристаллах постоянно сокращается. И им на смену приходят матрицы с органическими светодиодами – OLED. Причем самое интересное, что это давний и очень медленный процесс, который ускорился относительно недавно. Первый смартфон с OLED-экраном появился примерно тогда же, когда и первый смартфон с IPS-матрицей. Технически им стала Nokia N85, увидевшая свет еще в 2008 году. Но она не предполагала сенсорного управления – это телефон с широким спектром возможностей, который тогда называли в том числе и смартфоном, но де-юре он им не был.
Samsung Galaxy i7500
Им можно считать вечного конкурента «айфонов», Samsung Galaxy, с самого первого поколения в пику Apple предложившего экран на органических светодиодах. Тогда – матрицу диагональю 3,2 дюйма с разрешением 320 × 480 точек. Этот экран, в отличие от любого ЖК, не нуждался в дополнительной подсветке, тем самым обеспечивая абсолютный уровень черного, условно-бесконечную контрастность, предлагая более свободные углы обзора и более высокую энергоэффективность. Тогда почему же мы наблюдаем процесс «умирания» ЖК-экранов на смартфонах только сейчас, несмотря на очевидное превосходство OLED-панелей?
Увеличенное изображение экранной матрицы AMOLED смартфона Google Nexus One, использующего RGBG-технологию PenTile (источник изображения — Wikipedia)
Все дело в сразу нескольких больных местах ранних AMOLED-экранов, за что их критиковали многие годы – даже тогда, когда часть из них уже давно оказалась в прошлом. Во-первых, экраны Samsung имели особую схему расположения субпикселей PenTile – не вдаваясь в подробности относительно технологии, скажем, что ранние PenTile-экраны действительно проигрывали в видимой резкости обычным RGB-матрицам, в том числе и жидкрокристаллическим, при равном разрешении. Впрочем, с ростом разрешения и совершенствованием технологии проблема постепенно стала превращаться скорее в миф. Вторая причина – широтно-импульсная модуляция, ШИМ. И этот момент, связанный с заметным мерцанием OLED-экранов, особенно при невысоком уровне яркости, тянется до сих пор.
И тут пора совершить монтажную склейку и перескочить в сегодняшнее время. Проблема ШИМ зачастую игнорируется производителями – к мерцанию чувствительны далеко не все пользователи, тем более проявляет оно себя на современных экранах при минимальной яркости. Но проблема существует – и, кажется, в 2023-м с ней начинают бороться всерьез. Ранее мы видели различные «костыли», вроде специальных режимов, понижающих четкость картинки, параллельно снижая мерцание. Но HONOR X9a предлагает экран с частотой мерцания в 1920 герц, что снижает вероятность заметить мерцание к минимуму – даже для самых чувствительных к ШИМ пользователей. Отметим, что это на сегодняшний день редкость. К примеру, на Samsung Galaxy S22 частота ШИМ составляет лишь 480 Гц, что, тем не менее, считается неплохим показателем. Многие производители этот момент пока что игнорируют.
Снова монтажная склейка – и поговорим о разрешении смартфонных дисплеев смартфонов. На самом деле мы имели дело с плавным ростом, но он в какой-то момент попросту остановился вместе с ростом диагонали. По сути, необходимости делать 4К-дисплей диагональю менее семи дюймов попросту нет – плотность пикселей выше 500 ppi кажется абсолютно исчерпывающей. Более того, большинство смартфонов даже высокого уровня сегодня предлагают Full HD-дисплеи с плотностью пикселей около 400 ppi – и этого вполне достаточно, картинка выглядит гладкой; более высокие разрешения несут, пожалуй, в первую очередь маркетинговый смысл. Должны же флагманы чем-то выделяться. Единственное что изменился подход к формату мобильных дисплеев, вытянувшихся относительно «классических» форматов вроде 3:2 и 16:9. То есть мы говорим о разрешении не 1920 × 1080, а, условно, 2400 × 1080, как на HONOR X9a.
Безудержный рост диагонали дисплеев вынудил производителей искать приемы, которые позволят сократить габариты устройств без ущерба для размеров экрана. В первую очередь речь шла о постоянном сокращении рамок, но также в какой-то момент мы стали видеть дисплеи с изогнутыми краями – OLED-экраны можно делать любой формы, жесткая подложка им ни к чему. До недавнего времени такие экраны-«водопады» со скошенными гранями, в которых площадь полезной поверхности достигает более чем 90%, были также особенностями исключительно флагманов – но сегодня мы наблюдаем перемещение подобного решения и в сегменты попроще. Опять же, HONOR X9a находится здесь в авангарде, это один из самых недорогих на сегодняшний день смартфонов с изогнутым OLED-дисплеем, сочетающим крупную диагональ с тонким и изящным корпусом. Отметим, что смартфоны с подобными экранами менее надежно держатся в руке или на неровных поверхностях — проблема решается либо использованием чехла, либо применением особо прочного закаленного стекла (как в случае с HONOR X9a).
Сенсорная поверхность дисплеев также постоянно менялась – экраны стали поддерживать более сложные жесты, обрабатывая вплоть до 10 одновременных касаний, частота опроса сенсорных панелей также росла, от чего повышалась отзывчивость. Но наиболее серьезный прорыв в плане взаимодействия с экраном произошел, пожалуй, несколько лет назад с распространением экранов с повышенной частотой обновления. Первым официально стал японский эндемик Sharp Aquos Zeta SH-01H с экраном частотой 120 Гц. Он не получил последователей в течение двух лет – и роль «пропагандиста» технологии вновь пришлось брать на себя Apple. Планшет iPad Pro образца 2017 года со 120-герцовым дисплеем показал массам, что «быстрый» экран – это и улучшенные возможности в плане рисования, и особенно плавный скроллинг. Вскоре эстафету подхватили игровые смартфоны, которым повышенная частота позволяла обеспечивать преимущество в играх: Razer Phone и ASUS ROG Phone. Сегодня экраны со стандартной частотой 60 Гц – редкость и прибежище бюджетных моделей. Экран HONOR X9a поддерживает частоту в 120 Гц, но, к сожалению, не во всех играх. Взаимодействовать с интерфейсом смартфона при этом очень приятно. Частота опроса сенсорного экрана на экране HONOR X9a при этом составляет 300 Гц – все-таки в играх он проявляет себя достойно. Также на смартфоне применяется технология, позволяющая максимально четко определять каждое прикосновение к экрану, с точностью до пикселя.
Еще один момент, который появился только с распространением OLED-экранов – режим отображения информации на заблокированном смартфоне (так называемый Always-On Display), позволяющий без ущерба для автономности непрерывно держать на экране часы и отображать значки уведомлений. Также уже прочно вошел в обиход режим цветопередачи практически без цветов синего спектра, который рекомендуется включать перед сном, чтобы глаза успели отдохнуть. Современные смартфоны без подобной опции уже практически не выходят.
На сегодняшний день кажется, что «классические» экраны уже близки к пику своего развития – какие-то фишки появляются постоянно, но радикально меняющие восприятие – в лучшем случае раз в 5-7 лет. Разрешение не растет, рамки сузились до исчезающе малых значений. Тем не менее какие-то моменты постоянно корректируются – побеждается ШИМ, растет яркость (OLED-экраны современных смартфонов уверенно себя проявляют при любых условиях освещения), растет частота обновления. Понятное дело, что радикально новые вещи происходят в новых же форм-факторах, вроде складных смартфонов (что тоже стало доступно благодаря OLED-экранам), но меняющие восприятие мелочи будут добавляться постоянно – и точно так же переходить во все более доступные ценовые сегменты.
