Объяснение все типов дисплеев и технологий: LCD, OLED, mini-LED, micro-LED и Квантовые точки

Индустрия дисплеев за последние годы прошла долгий путь. Сегодня на рынке присутствует так много конкурирующих стандартов, поэтому часто трудно сказать, стоит ли доплачивать за новую технологию. Например, OLED и QLED кажутся достаточно похожими на первый взгляд, но на самом деле это совершенно разные типы дисплеев.

Все это замечательно с технологической точки зрения — прогресс и конкуренция, как правило, имеют большую ценность для конечного пользователя. Однако в краткосрочной перспективе покупка нового дисплея, безусловно, усложнилась. Чтобы помочь с решением выбора, мы суммировали в этой статье все основные типы дисплеев, а также плюсы и минусы каждого из них.

LCD дисплей

LCD дисплеи или жидкокристаллические дисплеи — самые старые из всех типов дисплеев в этом списке. Они состоят из двух основных компонентов: подсветки и жидкокристаллического слоя.

Проще говоря, жидкие кристаллы — это крошечные молекулы в форме стержней, которые меняют свою ориентацию в присутствии электрического тока. На дисплее мы манипулируем этим свойством, чтобы разрешить или заблокировать прохождение света. Этому процессу также помогают цветные фильтры для получения различных субпикселей. По сути, это оттенки красного, зеленого и синего основных цветов, которые в сочетании образуют желаемый цвет, как показано на изображении выше. На разумном расстоянии просмотра отдельные пиксели (обычно) невидимы для наших глаз.

Поскольку жидкие кристаллы сами по себе не излучают света, для ЖК дисплеев используется белая (а иногда и синяя) подсветка. Затем жидкокристаллический слой просто должен пропустить этот свет, в зависимости от изображения, которое необходимо отобразить.

Многое в воспринимаемом качестве изображения на дисплее зависит от подсветки, включая такие аспекты, как яркость и однородность цвета.

Краткое примечание о ЖК дисплеях

Возможно, вы заметили, что термин ЖК дисплей в последнее время начал исчезать, особенно в телевизионной индустрии. Вместо этого многие производители теперь предпочитают маркировать свои телевизоры как светодиодные (LED) модели, а не как ЖК дисплеи. Однако не дайте себя обмануть — это всего лишь маркетинговый ход.

В этих так называемых LED дисплеях по-прежнему используется жидкокристаллический слой. Единственное отличие состоит в том, что в задней подсветке дисплея теперь используются светодиоды вместо катодных люминесцентных ламп. Светодиоды — лучший источник света, чем люминесцентные лампы, почти во всех отношениях. Они меньше по размеру, потребляют меньше энергии и служат дольше. Тем не менее, эти дисплеи по-прежнему являются ЖК дисплеями.

Разобравшись с этим, давайте посмотрим на различные типы LCD дисплеев, представленные сегодня на рынке, и на то, чем они отличаются друг от друга.

TN дисплей

Скрученный нематик (Twisted nematic), или TN, был самой первой ЖК-технологией. Разработанный в конце 20 века, он проложил путь для индустрии дисплеев к отказу от ЭЛТ.

Дисплеи TN имеют жидкие кристаллы, расположенные в виде закрученной спиральной структуры. Их состояние по умолчанию «выключено» позволяет свету проходить через два поляризационных фильтра. Однако при подаче напряжения они раскручиваются, чтобы не пропускать свет.

Панели TN уже несколько десятилетий используются в таких устройствах, как карманные калькуляторы и цифровые часы. В этих устройствах требуется запитать только те части дисплея, где вам не нужен свет. Другими словами, это невероятно энергоэффективная технология. Скрученные нематические панели также дешевы в производстве.

Та же система может также дать вам цветное изображение, если вы используете комбинацию красных, синих и зеленых субпикселей.

Однако у дисплеев TN есть несколько серьезных недостатков, включая узкие углы обзора и низкую точность цветопередачи. Это связано с тем, что большинство из них используют субпиксели, которые могут выводить только 6 бит яркости. Это ограничивает цветовой вывод всего 2⁶ (или 64) оттенками красного, зеленого и синего. Это намного меньше, чем у 8- и 10-битных дисплеев, которые могут воспроизводить соответственно 256 и 1024 оттенка каждого основного цвета.

В начале 2010-х многие производители смартфонов использовали TN-панели как способ снижения затрат. Однако отрасль практически полностью отошла от этой практики. То же самое верно и для телевизоров, где широкие углы обзора являются важным аргументом в пользу продажи, а может даже и необходимостью.

При этом TN все еще используется. Скорее всего, вы найдете его на недорогих устройствах для личного пользования, таких как ултра бюджетные ноутбуки. И, несмотря на свои недостатки, TN также чрезвычайно популярна в среде соревнующихся геймеров, поскольку отличается низким временем отклика.

IPS дисплей

IPS (In-plane switching), переводится как технология коммутации в плоскости, предлагает заметное повышение качества изображения по сравнению с дисплеями TN.

Вместо скрученной ориентации жидкие кристаллы в IPS дисплее ориентированы параллельно панели. В этом состоянии по умолчанию свет заблокирован — полная противоположность тому, что происходит на дисплее TN. Затем, когда приложено напряжение, кристаллы просто вращаются в одной плоскости и пропускают свет. Кстати, именно поэтому эта технология называется переключением в плоскости.

Изначально дисплеи IPS были разработаны для обеспечения более широких углов обзора, чем TN. Однако они также предлагают множество других преимуществ, включая более высокую точность цветопередачи и битовую глубину. Хотя большинство панелей TN ограничены цветовым пространством sRGB, IPS может поддерживать более широкие гаммы. Эти параметры важны для воспроизведения HDR-контента и совершенно необходимы творческим работникам.

При этом IPS дисплеи имеют несколько незначительных компромиссов. Эта технология не так энергоэффективна, как TN, и не так дешева в масштабном производстве. Тем не менее, если вы заботитесь о точности цветопередачи и углах обзора, IPS, вероятно, ваш единственный вариант.

Вертикальное выравнивание (VA)

В VA-панелях жидкие кристаллы ориентированы вертикально, а не горизонтально. То есть они перпендикулярны плоскости панели, а не параллельны, как в IPS.

Вертикальное расположение по умолчанию блокирует попадание большей части подсветки на переднюю часть дисплея. Следовательно, VA-панели известны тем, что производят более глубокий черный цвет и предлагают лучшую контрастность по сравнению с другими типами ЖК дисплеев. Что касается глубины цвета и охвата цветовой гаммы, VA справляется так же хорошо, как IPS.

С другой стороны, технология все еще относительно молода. Ранние реализации VA страдали чрезвычайно большим временем отклика. Это приводило к появлению ореолов или теней за быстро движущимися объектами. Причина этого проста — перпендикулярному расположению кристаллов VA требуется больше времени, чтобы изменить ориентацию.

При этом некоторые компании, такие как LG, экспериментируют с такими технологиями, как перегрузка пикселей, чтобы улучшить время отклика.

Однако VA дисплеи также имеют более узкие углы обзора, чем панели IPS. Тем не менее, большинство VA превосходят даже лучшие реализации TN.

OLED

OLED расшифровывается как Organic Light Emitting Diode. Органическая часть здесь просто относится к химическим соединениям на основе углерода. Эти соединения электролюминесцентны, что означает, что они излучают свет в ответ на электрический ток.

Только из этого описания легко увидеть, чем OLED отличается от ЖК дисплея и предыдущих типов дисплеев. Поскольку соединения, используемые в органических светодиодах, излучают собственный свет, они представляют собой излучающую технологию. Другими словами, вам не нужна подсветка для OLED. Вот почему OLED всегда тоньше и легче ЖК-панелей.

Поскольку каждая органическая молекула на OLED-панели является излучающей, имеется возможность контроля свечения каждого конкретного пикселя. Убери ток и пиксель выключится. Этот простой принцип позволяет OLED-дисплеям достигать замечательных уровней черного, превосходя ЖК дисплеи, которые вынуждены использовать постоянно включенную подсветку. Отключение пикселей не только обеспечивает высокую контрастность, но и снижает энергопотребление.

Сам по себе контраст оправдывает себя, но существуют и другие преимущества. OLED дисплеи обладают высокой точностью цветопередачи и чрезвычайно универсальны. Складные смартфоны, такие как серия Samsung Galaxy Flip, просто не существовали бы без физической гибкости AMOLED.

Ахиллесова пята OLED это склонность к остаточному сохранению изображения или выгоранию. Это явление, при котором статичное изображение на экране со временем может может создать рельеф, то есть светодиоды на статичном участке могут стать выгоревшими или просто состариться с течением времени. Но сейчас, производители используют несколько стратегий смягчения последствий, чтобы предотвратить выгорание.

AMOLED и POLED

И AMOLED, и POLED — общие термины в индустрии смартфонов, но они не передают никакой особо полезной информации. Приставка AM в AMOLED относится к использованию схемы с активной матрицей для подачи тока, в отличие от более примитивного подхода с пассивной матрицей (PM). Между тем, буква P в POLED указывает на использование пластиковой подложки в основании. Пластик тоньше, легче и гибче стекла. Также есть Super AMOLED, который является просто причудливым брендом для дисплея со встроенным дигитайзером сенсорного экрана.

Несмотря на то, что Samsung использует брендинг Super AMOLED, многие из его дисплеев также используют пластиковую подложку. Смартфоны с изогнутыми экранами были бы невозможны без гибкости пластика. Точно так же почти каждый дисплей POLED использует активную матрицу.

Таким образом, подтипы OLED не так разнообразны, как ЖК дисплеи. Кроме того, только несколько компаний производят OLED-дисплеи, поэтому разница в качестве даже меньше, чем можно было бы ожидать. Samsung производит большинство OLED дисплеев в индустрии смартфонов. Между тем, дисплеи LG являются практически монополистом на рынке OLED-дисплеев большого размера. Они поставляются с панелями Sony, Vizio и другим гигантам телевизионной индустрии.

Mini LED

В разделе, посвященном ЖК дисплеям, мы увидели, как технология может варьироваться в зависимости от различий в жидкокристаллическом слое. Mini LED, однако, вместо этого пытается улучшить контраст и качество изображения на уровне задней подсветки. Как следует из названия, они значительно меньше, чем светодиоды, которые вы найдете в обычной LED подсветке. В частности, каждый мини-светодиод имеет диаметр всего 0,008 дюйма или 200 микрон.

Подсветка в обычных ЖК дисплеях имеет только два режима работы — включенная и выключенная. Это означает, что дисплей должен полагаться на жидкокристаллический слой, чтобы адекватно блокировать свет в более темных сценах. В противном случае на дисплее отображается серый цвет вместо истинного черного.

Однако в последнее время для некоторых дисплеев применяется лучший подход: они делят подсветку на зоны со светодиодами. Затем ими управляют индивидуально — либо затемняют, либо полностью отключают. Следовательно, эти дисплеи обеспечивают более глубокий уровень черного и более высокую контрастность. Разница сразу видна в более темных сценах.

Этот метод, известный как Local Dimming (локальное затемнение), стал повсеместным в ЖК телевизорах более высокого класса. Однако до недавнего времени он был непригоден для дисплеев меньшего размера, например, в ноутбуках или смартфонах. И даже в более крупных устройствах, таких как мониторы и телевизоры, вы можете не иметь достаточного количества зон затемнения.

Преимущества Mini-LED

Mini-LED позволяют производителям дисплеев увеличивать количество зон локального затемнения с нескольких сотен до нескольких тысяч. Как и следовало ожидать, большее количество зон означает более детальный контроль над подсветкой. Их меньшая занимаемая площадь также делает их идеальными для небольших устройств, таких как смартфоны, планшеты и ноутбуки. Наконец, обилие светодиодов также помогает повысить общую яркость дисплея.

Крошечные яркие объекты на черном фоне выглядят намного лучше на mini-LED дисплее по сравнению с экраном на обычной LED подсветке. Однако коэффициент контрастности у них по-прежнему не такой, как у OLED.

Несмотря на повышенную плотность, большинство современных mini-LED дисплеев просто не имеют достаточного количества зон затемнения, чтобы соответствовать OLED с точки зрения контраста.

Возьмем, к примеру, iPad Pro 2021 года. Это было одно из первых потребительских устройств, в которых использовалась технология mini-LED. Однако даже при 2500 зонах размером 12,9 дюймов некоторые пользователи сообщали о цветении или ореолах вокруг ярких объектов.

Тем не менее, нетрудно увидеть, как mini-LED могут в конечном итоге обеспечить лучшую контрастность, чем традиционные реализации локального затемнения. Кроме того, поскольку mini-LED дисплеи по-прежнему основаны на традиционных ЖК технологиях, они не склонны к выгоранию, как OLED.

Квантовые точки

Технология квантовых точек становится все более распространенной и обычно позиционируется как ключевой аргумент в пользу многих телевизоров среднего класса. Вы также можете узнать эту технологию по маркетинговому сокращению Samsung: QLED. Однако, как и в случае с mini-LED, это не какая-то радикально новая технология панелей. Вместо этого дисплеи с квантовыми точками — это обычные ЖК дисплеи с дополнительным внутренним слоем.

Традиционные ЖК дисплеи пропускают белый свет через несколько фильтров, чтобы получить определенный цвет. Этот подход работает хорошо, но только до определенного момента.

Многие старые типы дисплеев способны полностью покрывать стандартную цветовую гамму RGB (sRGB) десятилетней давности. Однако этого нельзя сказать о более широкой гамме, такой как DCI-P3. Охват последней важен, потому что это цветовая гамма, которая преимущественно используется в HDR-контенте.

Так как же помогают квантовые точки? По сути, это крошечные кристаллы, которые излучают цвет, когда вы освещаете их синим или ультрафиолетовым светом. Вот почему дисплеи с квантовыми точками используют синюю подсветку вместо белой.

Дисплей с квантовыми точками содержит миллиарды этих нанокристаллов, распределенных по тонкой пленке. Затем, когда включается подсветка, эти кристаллы способны воспроизводить чрезвычайно специфические оттенки зеленого и красного. Точный оттенок зависит от размера самого кристалла.

В сочетании с традиционными цветными ЖК-фильтрами дисплеи с квантовыми точками могут покрывать больший процент видимого светового спектра. Проще говоря, вы получаете более насыщенные и точные цвета — достаточно, чтобы обеспечить удовлетворительное качество HDR. А поскольку кристаллы излучают собственный свет, вы также получаете ощутимое увеличение яркости по сравнению с традиционными ЖК-дисплеями.

Однако технология квантовых точек не улучшает других проблемных моментов ЖК дисплеев, таких как контрастность и углы обзора. Для этого вам придется комбинировать квантовые точки с технологиями локального затемнения или mini-LED. И пока они не станут зрелыми, вы вряд ли найдете дисплей с квантовыми точками, который мог бы конкурировать с OLED во всех аспектах.

Micro-LED

Micro-LED — это новейший тип дисплея в этом списке и, как и следовало ожидать, самый захватывающий. Проще говоря, в дисплеях micro-LED используются светодиоды, которые даже меньше, чем те, которые используются в mini-LED подсветке. В то время как большинство mini-LED имеют размер около 200 микрон, micro-LED имеют размер всего 50 микрон. Для сравнения, человеческие волосы имеют толщину более 75 микрон.

Их небольшой размер означает, что вы можете получить дисплей из одних только micro-LED. В результате получается излучающий дисплей — очень похожий на OLED, но без недостатков органического компонента этой технологии. Также нет подсветки, поэтому каждый пиксель можно полностью отключить, чтобы он отображал черный цвет. В целом технология обеспечивает исключительно высокий коэффициент контрастности и широкие углы обзора.

Яркость — это еще один аспект, в котором дисплеи micro-LED превосходят существующие технологии. Например, даже самые современные OLED-дисплеи высшего класса, представленные на рынке, имеют максимальную яркость 2000 нит. С другой стороны, производители заявляют, что в конечном итоге micro-LED могут обеспечить максимальную яркость до 10 000 нит.

Наконец, дисплеи micro-LED также могут быть модульными. Даже при первых демонстрациях технологии производители создавали гигантские видеостены, используя сетку из более мелких панелей micro-LED.

Samsung предлагает свой флагманский дисплей Micro-LED The Wall (на фото выше) в конфигурациях от 72 дюймов до 300 дюймов и более. Однако с ценой в десятки миллионов рублей это явно не потребительский продукт. Тем не менее, он позволяет заглянуть в будущее телевизоров и дисплейных технологий в целом.

Почти наверняка в ближайшие годы дисплеи micro-LED станут более доступными и дешевыми. В конце концов, OLED-технологии на данный момент всего десять лет, и она уже стала повсеместной.

И благодаря этому вы теперь в курсе всех дисплейных технологий, представленных сегодня на рынке! Типы дисплеев могут значительно различаться, и лучший вариант зависит от характеристик, которые вы считаете важными или требующимися вам больше всего.