Технологии экранов смартфонов: OLED, LTPO и гибкие дисплеи

Экран смартфона одновременно служит средством управления, камерным видоискателем, игровой панелью, навигатором и устройством для просмотра видео. От его характеристик зависят качество изображения, удобство чтения, время автономной работы и даже температура корпуса.

За несколько десятилетий мобильные дисплеи прошли путь от небольших монохромных панелей до ярких OLED-экранов с высокой частотой обновления. Современные технологии экранов смартфонов развиваются сразу в нескольких направлениях: производители повышают яркость, уменьшают энергопотребление, улучшают цветопередачу и создают гибкие панели для складных устройств.

Но характеристики на упаковке не всегда позволяют определить качество дисплея. Высокое разрешение не гарантирует правильных цветов, рекордная яркость может поддерживаться только на небольшой части экрана, а повышенная частота обновления увеличивает расход энергии.

Из каких слоёв состоит экран смартфона

То, что пользователь называет экраном, представляет собой многослойную конструкцию. Её состав зависит от технологии панели, но обычно включает:

• защитное стекло;
• олеофобное покрытие;
• сенсорный слой;
• поляризационные материалы;
• матрицу пикселей;
• тонкоплёночные транзисторы;
• соединительные проводники;
• клеевые и защитные слои.

В LCD-дисплее также присутствует отдельная подсветка. OLED-пиксели светятся самостоятельно, поэтому постоянный источник света позади матрицы им не требуется.

Повреждение одного слоя не обязательно означает разрушение остальных. Например, защитное стекло может треснуть, тогда как изображение и сенсорное управление продолжают работать. Но в современных смартфонах слои часто соединены очень плотно, поэтому при ремонте обычно меняют весь дисплейный модуль.

Как работает LCD-экран

LCD означает жидкокристаллический дисплей. Его пиксели не создают свет самостоятельно. За матрицей располагается светодиодная подсветка, свет которой проходит через жидкие кристаллы и цветные фильтры.

Электрическое напряжение изменяет положение жидких кристаллов. Они регулируют количество света, проходящего через каждый субпиксель.

Обычно один пиксель формируется из красного, зелёного и синего субпикселей. Изменяя их яркость, дисплей создаёт миллионы оттенков.

К преимуществам качественных LCD-панелей относятся:

• естественная цветопередача;
• отсутствие органических светящихся материалов;
• сравнительно низкий риск остаточного изображения;
• предсказуемое поведение при длительном отображении интерфейса;
• относительно доступное производство.

Главный недостаток заключается в постоянной подсветке. Даже при показе чёрного цвета часть света может проходить через матрицу, поэтому получить идеально глубокий чёрный сложно.

Кроме того, подсветка и дополнительные слои увеличивают толщину конструкции и затрудняют создание гибких дисплеев.

Что такое IPS

IPS — одна из технологий управления жидкими кристаллами. В такой матрице кристаллы располагаются преимущественно параллельно плоскости экрана и поворачиваются при подаче напряжения.

IPS-дисплеи получили широкое распространение благодаря хорошим углам обзора и стабильной цветопередаче. При взгляде сбоку изображение обычно сохраняет цвета лучше, чем на старых типах LCD-панелей.

Качество IPS-экрана зависит от конкретной матрицы, подсветки и заводской настройки. Само обозначение IPS не гарантирует высокой яркости, широкого цветового охвата или правильного баланса белого.

Недорогая IPS-панель может уступать хорошему OLED-дисплею, но качественный IPS иногда выглядит естественнее плохо настроенного OLED.

Как работает OLED-дисплей

OLED-панель состоит из органических светящихся элементов. Каждый пиксель управляется отдельно и создаёт собственный свет.

Если необходимо показать чёрный цвет, соответствующие пиксели выключаются. Благодаря этому OLED-дисплей способен формировать очень глубокий чёрный и высокий контраст.

Отсутствие отдельной подсветки позволяет создавать более тонкие панели. Матрицу можно производить на гибком основании, что используется в смартфонах с загнутыми краями и складных устройствах.

Основные преимущества OLED:

• глубокий чёрный цвет;
• высокий контраст;
• быстрое переключение пикселей;
• небольшая толщина;
• возможность создания гибких панелей;
• локальное управление каждым пикселем;
• экономия энергии при отображении тёмных элементов.

Однако технология имеет и недостатки. Органические материалы постепенно стареют, яркость пикселей может снижаться неравномерно, а регулирование подсветки иногда вызывает заметное мерцание.

OLED и AMOLED — в чём разница

OLED — общее название технологии на органических светодиодах. AMOLED расшифровывается как OLED с активной матрицей.

В активной матрице каждый пиксель управляется тонкоплёночными транзисторами. Они позволяют быстро изменять состояние миллионов пикселей и поддерживать высокое разрешение.

Практически все современные OLED-дисплеи смартфонов относятся к активному типу. Поэтому в описаниях устройств слова OLED и AMOLED часто используются почти как взаимозаменяемые.

Различные маркетинговые названия могут обозначать улучшенную яркость, цветопередачу или фирменную настройку, но не всегда указывают на принципиально новую технологию матрицы.

При выборе смартфона полезнее смотреть на реальные измерения и качество изображения, а не только на коммерческое название дисплея.

Почему OLED-экран может выгорать

Органические светящиеся материалы постепенно теряют яркость. Если один участок долго показывает неподвижный яркий элемент, его пиксели стареют быстрее окружающих.

В результате на однотонном фоне могут появиться слабые следы строки состояния, клавиатуры, кнопок навигации или элементов приложения. Это явление называют выгоранием.

Современные смартфоны уменьшают риск несколькими способами:

• слегка перемещают постоянные элементы;
• автоматически снижают яркость;
• скрывают неподвижные кнопки;
• корректируют работу отдельных пикселей;
• применяют более долговечные материалы.

При обычном смешанном использовании заметное выгорание может долго не проявляться. Риск увеличивается, если каждый день оставлять одно и то же изображение на высокой яркости в течение многих часов.

Не следует путать выгорание с временным остаточным изображением. Временный след может исчезнуть, тогда как физическое старение материала полностью исправить программно невозможно.

Как формируется цвет на экране

Большинство дисплеев создаёт изображение при помощи красных, зелёных и синих субпикселей. Их яркость меняется независимо, позволяя получить различные оттенки.

Расположение субпикселей бывает разным. В некоторых OLED-панелях соседние пиксели частично используют общие цветовые элементы. Поэтому заявленное разрешение не всегда напрямую описывает воспринимаемую чёткость каждого цвета.

На качество влияют:

• спектр светящихся материалов;
• цветовые фильтры;
• схема расположения субпикселей;
• заводская калибровка;
• программный профиль;
• яркость;
• угол обзора.

Производители часто предлагают несколько режимов. Насыщенный режим делает цвета яркими и эффектными, а естественный старается точнее воспроизводить исходное изображение.

Более насыщенный цвет не обязательно является более правильным. Для обработки фотографий и видео важна точность, а для игр или обычного интерфейса пользователь может предпочесть выразительную картинку.

Что такое цветовой охват

Цветовой охват показывает диапазон цветов, который способен воспроизвести дисплей. В характеристиках смартфонов встречаются пространства sRGB и DCI-P3.

sRGB широко используется для обычных изображений и веб-контента. DCI-P3 охватывает более широкий диапазон оттенков и применяется в современном видео, фотографии и цифровом кино.

Поддержка широкого охвата сама по себе не гарантирует правильного изображения. Система должна понимать цветовой профиль контента и корректно преобразовывать цвета.

Если приложение игнорирует управление цветом, изображение может выглядеть перенасыщенным. Поэтому важны не только возможности панели, но и работа операционной системы.

Разрешение и плотность пикселей

Разрешение показывает количество пикселей по горизонтали и вертикали. Чем больше пикселей расположено на экране одинакового размера, тем выше плотность и тем сложнее увидеть отдельные точки.

Для смартфона важна именно плотность пикселей, поскольку одно и то же разрешение выглядит по-разному на небольшом и крупном экране.

Высокая плотность делает текст, значки и фотографии более чёткими. Но после определённого уровня разница становится менее заметной, особенно при обычном расстоянии просмотра.

Повышенное разрешение увеличивает нагрузку на графический процессор и может влиять на энергопотребление. Поэтому некоторые смартфоны позволяют программно уменьшить разрешение.

Заявленное разрешение также необходимо рассматривать вместе со структурой субпикселей. Две панели с одинаковым числом пикселей могут немного различаться по воспринимаемой чёткости.

Частота обновления экрана

Частота обновления показывает, сколько раз в секунду дисплей может сформировать новое изображение. Традиционные мобильные экраны долго работали с частотой 60 Гц.

Повышение до 90, 120 Гц и выше делает прокрутку, анимацию и движение в играх более плавными. Разница особенно заметна при быстром перемещении текста и элементов интерфейса.

Но высокая частота обновления не означает, что любой контент автоматически станет плавнее. Для этого процессор должен успевать создавать необходимое количество кадров, а приложение — поддерживать соответствующий режим.

Видео с частотой 24 или 30 кадров в секунду не превращается в настоящее 120-кадровое только потому, что отображается на панели 120 Гц.

Постоянная работа на высокой частоте увеличивает потребление энергии. Поэтому появились адаптивные системы, изменяющие частоту в зависимости от содержимого.

Что такое LTPO

LTPO — технология управляющей подложки OLED-дисплея, позволяющая эффективно менять частоту обновления в широком диапазоне.

Когда пользователь прокручивает страницу или запускает игру, дисплей может работать с высокой частотой. При чтении неподвижного текста частота снижается, поскольку обновлять одинаковое изображение много раз в секунду нет необходимости.

Такой подход помогает уменьшить расход энергии. Особенно он полезен для режима постоянно включённого дисплея, когда на тёмном экране показываются часы и уведомления.

Важно понимать, что LTPO не является отдельным типом светящихся пикселей. Это технология управления матрицей, обычно применяемая вместе с OLED.

Реальный диапазон частот и алгоритм переключения зависят от модели устройства. Надпись LTPO не гарантирует, что экран постоянно использует минимально возможную частоту.

Адаптивная и автоматическая частота

В простых смартфонах система может переключаться между несколькими фиксированными режимами, например 60 и 120 Гц. Более сложные панели способны использовать множество промежуточных значений.

Во время прокрутки частота повышается, а после остановки пальца постепенно снижается. В игре она может зависеть от частоты кадров, которую выдаёт графический процессор.

Если приложение не оптимизировано, дисплей иногда остаётся на повышенной частоте без необходимости. Это сокращает время работы от аккумулятора.

Пользователь часто может выбрать один из режимов:

• стандартная частота;
• постоянная высокая частота;
• адаптивное управление;
• энергосберегающий режим.

Адаптивный вариант обычно обеспечивает разумный баланс между плавностью и автономностью.

Частота обновления и частота отклика сенсора

Частоту дисплея не следует путать с частотой опроса сенсорного слоя. Первая определяет, как часто обновляется изображение. Вторая показывает, как часто экран проверяет положение пальца.

Высокая частота опроса уменьшает задержку между касанием и реакцией. Это особенно важно в динамичных играх.

Производители иногда указывают очень высокое значение, которое действует только кратковременно или в специальном игровом режиме. Поэтому его нельзя напрямую сравнивать с постоянной частотой обновления изображения.

Ощущаемая задержка зависит также от производительности процессора, программного обеспечения и самого приложения.

Яркость экрана и почему цифры различаются

В характеристиках могут указываться обычная, повышенная и пиковая яркость. Эти значения описывают разные условия работы.

Обычная яркость относится к продолжительному отображению изображения. Повышенный режим включается автоматически при ярком внешнем освещении. Пиковая яркость иногда достигается только на небольшой части экрана при показе HDR-контента.

Поэтому рекордное значение не означает, что вся панель сможет постоянно светиться с такой интенсивностью.

На реальную видимость под солнцем влияют:

• яркость;
• отражение защитного стекла;
• контраст;
• поляризационные слои;
• автоматическая регулировка;
• нагрев устройства.

При высокой температуре смартфон способен временно уменьшить яркость для защиты панели и аккумулятора. Даже хороший экран может стать тусклее после длительного использования камеры, навигации или игры на солнце.

Что такое HDR

HDR позволяет одновременно отображать яркие и тёмные участки с большим диапазоном оттенков. На совместимом экране свет от фонаря, отражение солнца или пламя может выглядеть значительно ярче окружающей сцены.

Для полноценного HDR необходимы:

• подходящая панель;
• достаточная яркость;
• высокий контраст;
• правильная обработка цвета;
• совместимый видеоматериал;
• поддержка со стороны приложения.

Одна надпись HDR в характеристиках не гарантирует одинаковое качество на всех смартфонах. Недорогой дисплей может принимать HDR-сигнал, но не иметь достаточной яркости и цветового охвата для его убедительного отображения.

OLED хорошо подходит для HDR благодаря возможности полностью выключать отдельные пиксели. Но площадь яркого участка и допустимый нагрев ограничивают максимальную яркость.

Почему яркость OLED зависит от изображения

Сильно светящийся OLED-пиксель потребляет больше энергии и выделяет больше тепла. Если весь экран показывает белое изображение, суммарная нагрузка становится высокой.

Система управления может автоматически ограничивать общую яркость большой светлой области. Небольшой белый объект на тёмном фоне при этом способен светиться значительно ярче.

Такое поведение защищает панель и электронику. Поэтому результаты измерения яркости зависят от размера тестового участка.

Пользователь может заметить небольшое изменение яркости при переходе от тёмного изображения к почти полностью белому. Степень эффекта зависит от конкретной панели и настроек.

Что такое ШИМ и почему экран мерцает

Для регулирования яркости OLED-пиксели могут очень быстро включаться и выключаться. Этот метод называется широтно-импульсной модуляцией, или ШИМ.

Человеческий глаз обычно не воспринимает отдельные вспышки, но некоторые люди чувствительны к мерцанию. У них могут появляться усталость глаз, дискомфорт или головная боль.

На восприятие влияют:

• частота мерцания;
• глубина изменения яркости;
• установленный уровень подсветки;
• окружающее освещение;
• индивидуальная чувствительность.

Высокая частота ШИМ не всегда автоматически означает полное отсутствие дискомфорта. Важна также глубина модуляции и поведение панели при разной яркости.

Некоторые производители используют комбинированное управление или режим уменьшения мерцания. Он может изменить цветопередачу или качество изображения на низкой яркости.

Если конкретный OLED-экран вызывает неприятные ощущения, лучше проверить смартфон лично перед покупкой. Универсального показателя, одинаково комфортного для всех людей, не существует.

Используется ли ШИМ в LCD

LCD-панель тоже может регулировать подсветку при помощи ШИМ. В этом случае мерцают не отдельные пиксели, а общий светодиодный источник за матрицей.

Некоторые LCD-дисплеи используют постоянный ток или достаточно высокую частоту, поэтому мерцание практически не вызывает дискомфорта. Другие модели способны заметно мерцать на низкой яркости.

Следовательно, утверждение, что все OLED мерцают, а все IPS полностью безопасны в этом отношении, неверно. Необходимо оценивать конкретную панель.

Цветовая температура и баланс белого

Белый цвет может выглядеть холодным, нейтральным или тёплым. Это зависит от цветовой температуры и заводской настройки дисплея.

Холодный белый имеет голубоватый оттенок и иногда создаёт впечатление более яркого экрана. Тёплый выглядит желтоватым, но может быть ближе к эталонному значению.

Многие смартфоны позволяют вручную изменить оттенок. Также используется ночной режим, уменьшающий долю синего света и делающий изображение теплее.

Такой режим может быть комфортнее вечером, но он меняет цветопередачу. Поэтому при редактировании фотографий его лучше временно отключать.

Некоторые устройства регулируют баланс белого по внешнему освещению. Экран подстраивает оттенок так, чтобы изображение выглядело естественнее в помещении и на улице.

Экран и расход аккумулятора

Дисплей часто относится к крупнейшим потребителям энергии смартфона. Расход зависит от яркости, частоты обновления, технологии матрицы и содержимого изображения.

Для LCD цвет изображения обычно не сильно влияет на подсветку: она работает для всей панели. Тёмная тема не всегда даёт заметную экономию.

В OLED чёрные пиксели выключаются. Поэтому тёмный интерфейс способен снизить потребление, особенно при высокой яркости. Тёмно-серые элементы продолжают светиться, но используют меньше энергии, чем белые.

Повышенная частота обновления и большое разрешение увеличивают нагрузку. Однако итог зависит от программной оптимизации и эффективности панели.

Максимальная яркость на солнце может расходовать заряд быстрее, чем различие между светлой и тёмной темой в помещении.

Функция Always-On Display

Режим постоянно включённого дисплея показывает часы, уведомления и другую информацию, когда смартфон заблокирован.

На OLED-панели светятся только необходимые пиксели. Остальная часть экрана остаётся чёрной, поэтому потребление энергии сравнительно невелико.

LTPO-дисплей дополнительно уменьшает частоту обновления неподвижного изображения. Система также может отключать режим в кармане, ночью или когда телефон лежит экраном вниз.

Расход всё равно не равен нулю. Его величина зависит от яркости, количества отображаемых элементов и эффективности панели.

Производители слегка перемещают изображение по экрану, чтобы уменьшить риск неравномерного старения пикселей.

Гибкие OLED-дисплеи

OLED-панель можно изготовить на гибком пластиковом основании. Такая матрица способна изгибаться без разрушения светящегося слоя.

Гибкий дисплей используется не только в складных смартфонах. В обычных моделях края панели иногда загибаются внутрь корпуса, позволяя сделать нижнюю рамку тоньше.

В складном устройстве матрица многократно сгибается в одном месте. Главной задачей становится защита тонких слоёв от механического повреждения.

Обычное толстое стекло не выдерживает такого изгиба. Поэтому применяются очень тонкие стеклянные и полимерные материалы.

Гибкость панели не означает, что поверхность невозможно повредить. Покрытие складного экрана обычно мягче традиционного защитного стекла и чувствительнее к давлению острым предметом.

Почему на складном экране видна линия сгиба

В месте постоянного сгибания материалы испытывают механическое напряжение. Со временем на поверхности формируется заметная складка.

Её видимость зависит от конструкции шарнира, радиуса изгиба, толщины слоёв и освещения. При прямом взгляде на включённый экран складка может почти не мешать, но под углом становится заметнее.

Производители увеличивают радиус внутреннего изгиба, чтобы уменьшить нагрузку. Для этого экран внутри шарнира принимает форму плавной капли, а не складывается по резкой линии.

Полностью устранить след сгиба сложно, поскольку панель должна одновременно оставаться гибкой, тонкой и устойчивой к многократному движению.

Складные, сворачиваемые и растягивающиеся панели

Складной смартфон использует шарнир и фиксированную область изгиба. Сворачиваемый экран работает иначе: часть панели скрывается внутри корпуса и выдвигается по направляющим.

Преимущество сворачиваемой конструкции заключается в отсутствии постоянной центральной линии сгиба. Но механизму требуется свободное пространство внутри корпуса, а экран должен двигаться без перекоса.

Растягивающиеся дисплеи способны изменять форму в нескольких направлениях. Пока такие решения остаются преимущественно экспериментальными, поскольку сложны в производстве и защите.

Основными проблемами всех гибких конструкций являются:

• долговечность поверхности;
• защита от пыли;
• надёжность механизма;
• толщина корпуса;
• высокая стоимость;
• сложность ремонта.

Подэкранные датчики и камеры

Развитие OLED-панелей позволяет размещать некоторые компоненты под активной областью экрана. Наиболее распространённым примером стал сканер отпечатков пальцев.

Камеру также можно скрыть под специальным участком дисплея. Но его пиксели и проводники препятствуют прохождению света, поэтому качество съёмки обычно уступает обычному модулю в отверстии.

Подробно принцип работы этой технологии уже раскрывается в отдельной статье о подэкранной камере. Здесь достаточно отметить, что она является не заменой OLED, а дополнительным способом использования особой структуры дисплея.

Чем больше датчиков производители научатся скрывать под панелью, тем свободнее станет передняя поверхность смартфона.

Защитное стекло и его влияние на изображение

Защитное стекло должно пропускать свет, выдерживать царапины и помогать экрану переживать удары. Однако сделать материал одновременно очень твёрдым и абсолютно неразрушимым невозможно.

Твёрдое стекло лучше сопротивляется мелким царапинам, но при сильном ударе может треснуть. Более пластичный материал способен пережить падение, однако легче покрывается следами.

На внешнюю поверхность наносится олеофобное покрытие. Оно уменьшает сцепление жира со стеклом и облегчает удаление отпечатков.

Со временем покрытие изнашивается. Экран начинает быстрее загрязняться, хотя само изображение и сенсор остаются исправными.

Дополнительное защитное стекло может немного изменить отражение света, оттенок или чувствительность сенсора. Некачественное покрытие особенно заметно на ярком солнце.

Почему экран плохо виден в солнцезащитных очках

Дисплеи и защитные стёкла взаимодействуют с поляризованным светом. Поляризационные солнцезащитные очки пропускают свет только определённого направления.

Если направления фильтров экрана и очков не совпадают, изображение может заметно потемнеть или почти исчезнуть. При повороте смартфона ситуация меняется.

Производители стараются подбирать структуру панели так, чтобы экран оставался видимым в разных положениях. Однако полностью избежать эффекта удаётся не всегда.

Это не является поломкой дисплея. Эффект связан с оптическими свойствами поляризационных слоёв.

Как выбрать хороший экран смартфона

При покупке не стоит ориентироваться только на разрешение или максимальную частоту обновления. Важно оценить дисплей комплексно.

Полезно проверить:

• читаемость на улице;
• минимальную яркость в темноте;
• равномерность серого фона;
• естественность оттенков кожи;
• плавность прокрутки;
• изменение цветов под углом;
• наличие мерцания или личного дискомфорта;
• чувствительность сенсора;
• отражение внешнего света;
• работу автоматической яркости.

Белый фон не должен иметь заметных зелёных или розовых пятен. На тёмно-сером изображении у некоторых OLED-панелей проявляется неравномерность, особенно при минимальной яркости.

Необходимо проверить экран в тех условиях, в которых смартфон будет использоваться чаще всего. Яркий магазин способен скрыть недостатки минимальной яркости, а демонстрационный ролик — проблемы с отображением текста.

Как продлить срок службы дисплея

Экран рассчитан на ежедневную работу, поэтому постоянно беспокоиться о выгорании не нужно. Достаточно соблюдать разумные правила.

Желательно:

• использовать автоматическую яркость;
• не оставлять неподвижное изображение на максимальной яркости надолго;
• включить автоматическую блокировку;
• не перегревать смартфон;
• использовать качественную защиту;
• избегать сильного давления на складной экран;
• не удалять заводские плёнки складных моделей без необходимости;
• устанавливать системные обновления.

Высокая температура ускоряет старение OLED-материалов и аккумулятора. Поэтому особенно нежелательно надолго оставлять включённый смартфон под прямыми солнечными лучами.

Если экран начал мерцать, появились полосы или сенсор самостоятельно регистрирует касания, проблема может быть аппаратной. В таком случае программная настройка не всегда поможет.

MicroLED и возможное будущее мобильных экранов

MicroLED использует очень маленькие неорганические светодиоды, каждый из которых способен создавать собственный свет. По принципу управления технология напоминает OLED, но не зависит от органических светящихся материалов.

Потенциальные преимущества MicroLED:

• высокая яркость;
• большой срок службы;
• глубокий чёрный;
• быстрый отклик;
• высокая энергоэффективность;
• меньший риск выгорания.

Главная проблема заключается в производстве. Необходимо разместить и проверить огромное количество микроскопических светодиодов. Для небольшого экрана с высокой плотностью пикселей задача становится особенно сложной и дорогой.

Поэтому MicroLED уже рассматривается для различных устройств, но его массовое применение в обычных смартфонах зависит от снижения стоимости и совершенствования производства.

Какими станут экраны смартфонов

Развитие дисплеев будет связано не только с дальнейшим ростом яркости и частоты обновления. Важнее станут энергоэффективность, долговечность и способность панели адаптироваться к содержимому.

Вероятные направления развития:

• более экономичные OLED-материалы;
• точное управление переменной частотой;
• уменьшение мерцания;
• более прочные складные покрытия;
• снижение заметности линии сгиба;
• улучшение подэкранных датчиков;
• более эффективные светоизлучающие материалы;
• развитие MicroLED;
• уменьшение отражения внешнего света.

Разрешение и частота уже достигли уровня, при котором дальнейшее увеличение цифр не всегда заметно пользователю. Поэтому главными преимуществами новых панелей могут стать продолжительная работа от аккумулятора, хорошая видимость на солнце и комфорт для глаз.

Современные технологии экранов смартфонов показывают, что дисплей — это не просто поверхность для изображения. Он объединяет оптику, электронику, сенсорное управление и сложное программное обеспечение. Именно согласованная работа всех этих компонентов определяет, будет ли экран действительно качественным.