Дисплей

Виды экранов в мобильных телефонах

Экраны в современных мобильных телефонах поражают воображение и радуют глаз: порой даже кажется, что цвета на экране смотрятся реалистичнее, чем в жизни! В наши дни качество и тип дисплея может стать решающим фактором при выборе мобильного телефона, посему мы решили рассказать о различных видах экранов, применяемых в современных мобильных смартфонах и телефонах, а точнее об их преимуществах и недостатках. У всех на слуху такие термины как «AMOLED», «Super AMOLED» и даже «Retina display», который, напомним, применяется в Apple iPhone 4. Но мало кто знает о том, что, к примеру, «Retina display» — это просто TFT-экран с крайне высоким разрешением, a Super AMOLED отличается от обычного AMOLED-экрана не только двадцатипроцентным приростом яркости, но и существенным снижением толщины самого экрана, а также его энергопотребления.

Структура дисплеев мобильных устройств

TFT-экраны на базе жидких кристаллов состоят из двух поляризационных фильтров (вертикальный и горизонтальный); между этими фильтрами расположены электроды, которые в свою очередь контактируют непосредственно с жидкими кристаллами. Цветовой фильтр отвечает за цвет пикселя. При подаче напряжения ЖК-молекулы меняют форму, что позволяет влиять на пропускание (или непропускание) света, то есть формировать цвет пикселя. Непременным атрибутом TFT-экранов является источник света, а точнее, подсветка дисплея сзади. Свет, проходя через вышеописанную структуру, как раз и принимает необходимый цвет (окрас). OLED-экраны построены на базе органических светоизлучающих диодов. При пропускании электрического тока диоды излучают свет заданного цвета. Это и обуславливает главное отличие OLED-дисплеев от TFT: в «диодных» экранах не нужна «фоновая» подсветка дисплея, без которой не будет работать ни один TFT-экран мобильного телефона.

RETINA DISPLAY

В переводе с английского слово «retina» означает «сетчатка». Такое название дисплея (правильнее сказать — такой маркетинговый ход компании Apple по продвижению Apple iPhone 4) основано на утверждении о том, что сетчатка человеческого глаза может обработать максимальное количество деталей изображения разрешением 300 точек на дюйм на расстоянии 30 сантиметров. По мнению Apple делать экраны более высокого разрешения неразумно и нерационально, хотя некоторые специалисты уверяют нас в том, что человеческий глаз с того же расстояния способен распознавать и обрабатывать информацию с дисплея разрешением 470 dpi.Как бы там ни было, Retina display в Apple iPhone 4 отличается высоким разрешением (с неимоверно малым размером пикселей: всего 78 микрометров), а также потрясающими углами обзора, поскольку выполнен он на самом деле по технологии IPS. Тем не менее, Retina display — это все-таки экран типа TFT со всеми вытекающими отсюда недостатками и минусами.

TFT VS AMOLED

Сенсорные TFT-экраны, грубо говоря, состоят из 4 слоев: защитное стекло, сенсорная панель, непосредственно экран и подсветка. OLED-дисплеи, как мы уже выяснили, в подсветке не нуждаются, и поэтому состоят из 3 слоев: стекло, сенсорная панель и экран.Что же дает нам, пользователям, эта разница? Во-первых, конечно же, меньшее время отклика (особенно когда речь идет об AMOLED-дисплеях, то есть OLED с активной матрицей). Во-вторых, у OLED-экранов традиционно выше яркость и контрастность, хотя TFT-дисплеи, выполненные по технологии IPS, могут сравниться с AMOLED-экранами по этим показателям. Но безошибочно отличить TFT дисплей от OLED позволяет черный цвет: добиться по-настоящему черного цвета в TFT-экранах, ввиду их обязательной подсветки, невозможно. А вот в OLED-дисплеях, как говорится, «black is black».

Преимущества SUPER AMOLED

Главное достижение технологии Super AMOLED заключается в том, что она позволяет убрать еще один лишний слой из AMOLED-экрана. Сенсорная панель отныне не нужна, она интегрирована в сам дисплей, расположенный под защитным стеклом. Естественно, это позволяет уменьшить толщину экрана (примерно на 40% по сравнению с AMOLED-дисплеями и чуть ли не вдвое по сравнению с TFT матрицами). Более того, схема из двух элементов обеспечивает лучшее светопропускание, лучшую цветопередачу и более высокую яркость Super AMOLED-дисплеев по сравнению с AMOLED-экранами (не говоря уже о TFT-дисплеях, пусть даже и построенных на базе технологии IPS). Последним, но не менее важным преимуществом Super AMOLED, является поведение экранов этого типа на солнце: по оценкам независимых экспертов, данная технология позволяет на 20% увеличить объем воспринимаемой информации при прямом попадании солнечных лучей на экран.

Дисплей и индикаторы

Дисплей (англ. display — показывать, от лат. displicare — рассеивать, разбрасывать) — электронное устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Дисплеем в большинстве случаев можно назвать часть законченного устройства, используемую для отображения цифровой, цифро-буквенной или графической информации электронным способом. Следует различать понятия «дисплей», как часть устройства, и монитор, который может иметь дисплеи разных типов — ЭЛТ, ЖК, плазменный и так далее. Например, мобильный телефон в своём составе имеет дисплей для отображения информации, но он же может иметь и выносной (подключаемый) монитор.

Что означает LCD

Название «Liquid Crystal Display» переводится как «Жидкокристаллический дисплей». Эта технология делает мониторы гораздо тоньше. И при этом значительно увеличивается площадь экрана.

Жидкие кристаллы и управление ими

Liquid Crystal (жидкие кристаллы) представляет собой органические вещества. При воздействии электрического напряжения кристаллы способны менять интенсивность пропускаемого через них света.

LCD матрица устроена так, что между двумя пластинами из стекла или пластика расположена сетка из жидких кристаллов. ЖК кристаллы, в свою очередь, расположены параллельно друг к другу. И это позволяет свету проникать через панель. А когда на матрицу приходит электрический сигнал, кристаллы начинают менять своё положение. И перекрывают проходящий через них свет.

Прилагая к матрице разный уровень напряжения, можно манипулировать интенсивностью света. Таким образом, при подаче слабого напряжения кристаллы будут оставаться в стандартном положении — 0 градусов. И поэтому свет будет проходить без потерь. Однако если изменить напряжение, кристаллы могут повернуться вплоть до 90 градусов. И тогда свет вообще не проникнет через панель – экран будет чёрным.

Любой современный ЖК-дисплей, будь то монитор компьютера, экран ноутбука или смартфона, имеет сотни тысяч таких кристаллов. И все они объединены в LCD матрицу. Именно с помощью таких ячеек, размером долей миллиметра, можно формировать изображение. А также менять яркость, контрастность и цветопередачу.

История создания жидкокристаллического дисплея

История ЖК технологий берёт начало с изобретения английскими учёными стабильного жидкого кристалла. Потому как первые жидкие кристаллы были очень нестабильны. А также потребляли огромное количество энергии. И для серийного производства они, мягко говоря, не годились. Однако в 71-м году, благодаря Джеймсу Ли Фергесону (Fergason), работавшему в корпорации RCA (Radio Corporation of America), мир увидел более совершенную версию ЖК дисплея. Новое открытие вызвало бурю обсуждений, и было принято очень горячё. И с того момента ЖК дисплеи стали распространяться в массы.

Виды ЖК экранов

По типу матрицы мониторы делятся на:

DSTN (dual-scan twisted nematic) — жидкокристаллические дисплеи с двойным сканированием.
TFT (thin film transistor) – экраны с тонкоплёночными транзисторами.

Наибольшее распространение получили как раз TFT дисплеи. Потому как они имеют больший функционал и лучшую стабильность.

Стоит отметить профессиональные LTV мониторы для видеонаблюдения. Такие дисплеи разительно отличаются от обычных компьютерных. Например, могут плавно отображать сразу несколько видеотрансляций на одном экране.

Преимущества и недостатки

Искажение цветности и контрастности изображения на ЖК-мониторе с малым углом обзора матрицы, при взгляде под малым углом к его плоскости

Макрофотография бракованной ЖК-матрицы. В центре можно увидеть два дефектных субпикселя (зелёный и синий).

Разбитая матрица смартфона

К преимуществам жидкокристаллических дисплеев можно отнести малые размер и массу в сравнении с ЭЛТ. У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ, нет видимого мерцания, дефектов фокусировки и сведения лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и чёткостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в зависимости от модели, настроек и выводимого изображения может как совпадать с потреблением ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров, так и быть существенно — до пяти раз — ниже. Энергопотребление ЖК-мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight — задний свет) ЖК-матрицы. Во многих мониторах 2007 года для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более герц.

Малогабаритные ЖК-дисплеи без активной подсветки, применяемые в электронных часах, калькуляторах и т. п., обладают чрезвычайно низким энергопотреблением, что обеспечивает длительную (до нескольких лет) автономную работу таких устройств без замены гальванических элементов.

С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и множество недостатков, часто принципиально трудноустранимых, например:

в отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь при одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией;
по сравнению с ЭЛТ, ЖК-мониторы имеют малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения;
из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки) — на некоторых мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах), связанная с использованием блоков линейных ртутных ламп;
фактическая скорость смены изображения также остаётся заметно ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев. Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично;
зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии. В ЭЛТ-дисплеях эта проблема полностью отсутствует;
массово производимые ЖК-мониторы плохо защищены от механических повреждений. Особенно чувствительна матрица, не защищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация;
существует проблема дефектных пикселей. Предельно допустимое количество дефектных пикселей, в зависимости от размеров экрана, определяется в международном стандарте ISO 13406-2 (в России — ГОСТ Р 52324-2005). Стандарт определяет 4 класса качества ЖК-мониторов. Самый высокий класс — 1, вообще не допускает наличия дефектных пикселей. Самый низкий — 4, допускает наличие до 262 дефектных пикселей на 1 миллион работающих. Мониторы с ЭЛТ этой проблеме не подвержены;
пиксели ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения, за исключением лазерных дисплеев, вообще не подверженных ей.
не очень большой диапазон рабочих температур: происходит ухудшение динамических характеристик (и далее неработоспособность) при даже небольших отрицательных температурах окружающей среды.
матрицы довольно хрупкие, а их замена весьма дорогостоящая

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED-дисплеи (матрица с органическими светодиодами), однако она встретила много сложностей в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

Что такое монитор

Монитор — это устройство вывода информации в наглядной, визуальной форме. Является основным внешним компонентом компьютера. На нем устанавливается экран, который и выводит информацию.

Современные мониторы, как правило, представляют собой жидкокристаллический экран/дисплей со светодиодной подсветкой. Матрица дисплея может быть сделана по разным технологиям: IPS, TN, OLED, MVA, PVA и т.д. На данный момент самым оптимальным вариантом по качеству, углам обзора и скорости обновления кадров — Гц, является матрица IPS.

В старых же моделях использовалась технология электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Про них и телевизоры, сделанные на этой технологии, говорили, что они вредны и плохо влияют на зрение, т.к. глаза от них переутомляются и всегда в напряжении. К новым моделям, это не относится.

В начале своего появления их использовали исключительно, как инструмент для вывода информация с ПК, тогда как телевизоры использовались для развлечений, просмотра телепередач и игр. Затем их стали использовать и для развлечений, а в телевизорах появились некоторые функции ПК. Соотношение сторон менялось постепенно, раньше оно было 4:3, затем стало 16:10, а сейчас стандартом является 16:9.

Современные модели можно заменять телевизорами, разве, что на них скорее всего не будет колонок и точно встроенного ТВ тюнера. Технология экранов, устанавливаемая на них одинаковая.

Монитор состоит из:

Экрана
Микросхем
Корпуса
Источника питания

Сейчас их используют для вывода информации с самых разных устройств. Это может быть: компьютер, мобильное устройство, мини ПК, различная метеоаппаратура и другие.

Немного истории

На первых компьютерах не было установлено дисплеев для вывода информации, вместо этого там использовались лампочки. Каждая лампочка указывали на включение/выключение какой-либо функции и, по их состоянию, инженеры, управляющие компьютером могли контролировать его внутреннее состояние. Панель с этими лампочками назвали — монитор. Она позволяла мониторить работу компьютера.

Т.к. они позволяли отображать лишь ограниченный объем информации, для вывода основных данных программы использовали принтеры. Монитор служил устройством для отслеживания работы программы, а принтер был основным устройство вывода.

Со временем инженеры-разработчики осознали, что ЭЛТ экраны, которые появились, намного удобнее, чем простая панель лампочек. В конечном итоге заменили их на экраны. В начале их называли устройства визуального отображения (УВО), но затем вернулись к классическому — монитор.

Технические характеристики

Важнейшие характеристики ЖК-дисплеев:

тип матрицы — определяется технологией, по которой изготовлен ЖК-дисплей;
класс матрицы; стандарт ISO 13406-2 выделяет четыре класса матриц по допустимому количеству «битых пикселей»;
разрешение — горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК-дисплеи имеют одно фиксированное разрешение, а поддержка остальных реализуется путём интерполяции (ЭЛТ-мониторы также имеют фиксированное количество пикселей, которые также состоят из красных, зелёных и синих точек, однако из-за особенностей технологии при выводе нестандартного разрешения в интерполяции нет необходимости);
размер точки (размер пикселя) — расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением;
соотношение сторон экрана (пропорциональный формат) — отношение ширины к высоте (5:4, 4:3, 3:2 (15÷10), 8:5 (16÷10), 5:3 (15÷9), 16:9 и др.);
видимая диагональ — размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: при одинаковой диагонали, монитор формата 4:3 имеет бо́льшую площадь, чем монитор формата 16:9;
контрастность — отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек при заданной яркости подсветки. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведённая для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению;
яркость — количество света, излучаемое дисплеем (обычно измеряется в канделах на квадратный метр);
время отклика — минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости. Составляется из двух величин:
- время буферизации (input lag). Высокое значение мешает в динамичных играх; обычно умалчивается; измеряется сравнением с кинескопом в скоростной съёмке. По состоянию на 2011-й год в пределах 20—50 мс; в отдельных ранних моделях достигало 200 мс;
- время переключения. Указывается в характеристиках монитора. Высокое значение ухудшает качество видео; методы измерения неоднозначны. По состоянию на 2016-й год практически во всех мониторах заявленное время переключения составляет 1—6 мс;
угол обзора — угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению. Некоторые производители указывают в технических параметрах своих мониторов углы обзора, такие, к примеру, как: CR 5:1 — 176/176°, CR 10:1 — 170/160°. Аббревиатура CR (англ. contrast ratio) обозначает уровень контрастности при указанных углах обзора относительно контрастности при взгляде перпендикулярно экрану. В приведённом примере, при углах обзора 170°/160° контрастность в центре экрана снижается до значения не ниже, чем 10:1, при углах обзора 176°/176° — не ниже, чем до значения 5:1.

Устройство

Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Конструктивно дисплей состоит из следующих элементов:

ЖК-матрицы (первоначально — плоский пакет стеклянных пластин, между слоями которого и располагаются жидкие кристаллы; в 2000-е годы начали применяться гибкие материалы на основе полимеров);
источников света для подсветки;
контактного жгута (проводов);
корпуса, чаще пластикового, с металлической рамкой для придания жёсткости.

Состав пикселя ЖК-матрицы:

два прозрачных электрода;
слой молекул, расположенный между электродами;
два поляризационных фильтра, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны.

Если бы жидких кристаллов между фильтрами не было, то свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокировался бы вторым фильтром.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.

Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.

Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).

Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.

Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения, это также стабилизирует свойства полученного изображения.

Таким образом, полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из высокоточной электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Виды компьютерных мониторов

По виду выводимой информации

алфавитно-цифровые (система текстового (символьного) дисплея (character display system) — начиная с MDA):
- дисплеи, отображающие только алфавитно-цифровую информацию;
- дисплеи, отображающие псевдографические символы;
- интеллектуальные дисплеи, обладающие редакторскими возможностями и осуществляющие предварительную обработку данных;
Графический интерфейс пользователя, для вывода текстовой и графической (в том числе видео-) информации:
- векторные (vector-scan display);
- растровые (raster-scan display) — используются практически в каждой графической подсистеме PC; IBM назвала этот тип отображения информации (начиная с CGA) отображением с адресацией всех точек (All-Points-Addressable, APA), — в настоящее время дисплеи такого типа обычно называют растровыми (графическими), поскольку каждому элементу изображения на экране соответствует один или несколько бит в видеопамяти.

По типу экрана

ЭЛТ — монитор на основе электронно-лучевой трубки (англ. cathode ray tube, CRT).
ЖК — жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD).
Плазменный — на основе плазменной панели (англ. plasma display panel, PDP, gas-plazma display panel).
Проектор — видеопроектор и экран, размещённые отдельно или объединённые в одном корпусе (как вариант — через зеркало или систему зеркал); и проекционный телевизор.
LED-монитор — на технологии LED (англ. light-emitting diode — светоизлучающий диод).
OLED-монитор — на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод).
Виртуальный ретинальный монитор — технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза.
Лазерный монитор— на основе лазерной панели (пока только внедряется в производство).

По размерности отображения

двумерный (2D) — одно изображение для обоих глаз;
трехмерный (3D) — для каждого глаза формируется отдельное изображение для получения эффекта объёма.

HGC
CGA
EGA
VGA/SVGA

]

По типу интерфейсного кабеля

Композитный
Компонентный (YPbPr)
D-Sub
Digital Visual Interface
USB (Universal Serial Bus)
HDMI
DisplayPort
S-Video
Thunderbolt

Основные параметры

Соотношение сторон экрана — стандартный (4:3), широкоформатный (16:9, 16:10) или другое соотношение (например, 5:4).
Размер экрана — определяется длиной диагонали, чаще всего в дюймах.

Параметры видимой области дисплея
Диагональ,»	Разрешение	Обозначение	Формат	Пикселей на дюйм, (PPI)	Размер пикселя, мм
15,0	1024×768	XGA	4:3	85,5	0,297
17,0	1280×1024	SXGA	5:4	96,2	0,264
17,0	1440×900	WXGA+	16:10	99,6	0,255
19,0	1280×1024	SXGA	5:4	86,3	0,294
19,0	1440×900	WXGA+	16:10	89,4	0,284
20,1	1400×1050	SXGA+	4:3	87,1	0,291
20,1	1680×1050	WSXGA+	16:10	98,4	0,258
20,1	1600×1200	UXGA	4:3	99,6	0,255
20,8	2048×1536	QXGA	4:3	122,7	0,207
21,0	1680×1050	WSXGA+	16:10	94,3	0,270
21,3	1600×1200	UXGA	4:3	94,0	0,270
22,0	1680×1050	WSXGA+	16:10	90,1	0,282
22,2	3840×2400	WQUXGA	16:10	204,0	0,1245
23,0	1920×1200	WUXGA	16:10	98,4	0,258
24,0	1920×1200	WUXGA	16:10	94,3	0,269
25,5	1920×1200	WUXGA	16:10	87,1	0,2865
27,0	1920×1200	WUXGA	16:10	83,9	0,303
30,0	2560×1600	WQXGA	16:10	101,0	0,251

Разрешение — число пикселей по горизонтали и вертикали.
Глубина цвета — количество бит на кодирование одного пикселя (от монохромного до 32-битного).
Размер зерна или пикселя.
Частота обновления экрана (Гц).
Время отклика пикселей (не для всех типов мониторов).
Угол обзора.

Виды мониторов

Мониторы можно классифицировать по разным признакам. Но обычно их разделяют по типам экрана. Рассмотрим основные технологии, используемые в их производстве.

Жидкокристаллический

На данный момент является доминирующим типом. Появились еще 90-х годах и вначале использовались только в ноутбуках, т.е. там был нужен меньший размер и низкое энергопотребление. Отличались высокой ценой.

Свою большую популярность обрели в нулевых годах, благодаря сериалам, фильмам, играм и переходу телевидения на HD разрешение.

ЭЛТ — CRT

Первые доступные мониторы появились благодаря этой технологии. Вначале их встраивали в корпус вместе с клавиатурой и другими компонентами системы в большом корпусе.

Только к концу 80-х годов появились цветные модели, которые смогли качественно отображать картинку в разрешении 1024 х 768 пикселей. Технология CRT довольно долго оставалась доминирующей на рынке и очень популярной, т.к. качество картинки и углы обзора в 180 градусов были для многих очевидным выбором. А ЖК такого на тот момент просто предложить не могли.

Органический светодиод

Относительно новая технология. Модели с OLED экранами. Более контрастная картинка, лучшие углы обзора, но для показа документов с ярким фоном или просто белым — требуют больше мощности. Имеют очень неприятную особенность — выгорание пикселей, что отталкивает многих от их покупки. Через несколько лет их использования от былого цвета не остается и следа. Но, это пока.