Типи екранів на смартфонах. Який екран краще – IPS або AMOLED для смартфона. Екрани яких розмірів кращі
До 2018 року суперництво між екранними технологіями звелося до того, що на ринку залишилося лише два гідні варіанти. TN матриці були витіснені, VA в мобільних апаратах не використовувалися, а чогось нового ще не вигадали. Тому конкуренція розгорнулася між IPS та AMOLED. Тут варто нагадати, що IPS, LCD LTPS, PLS, SFT - це те саме, як і OLED, Super AMOLED, P-OLED і т.д. є лише різновидами світлодіодної технології.
На тему того, що краще, IPS або AMOLED, сказано вже чимало. Але технології не стоять на місці, тож у 2018 році не буде зайвим внести корективи та зробити розбір із урахуванням сьогоднішніх реалій. Адже обидва типи матриць постійно вдосконалюються, позбавляються деяких недоліків або ці мінуси стають менш суттєвими.
Що краще для смартфона, IPS чи AMOLED, зараз спробуємо з'ясувати. Для цього зважимо всі плюси та мінуси кожної з технологій, щоб на перевагу сильних сторін виявити абсолютного лідера або, з урахуванням специфіки, вирішити, що краще в конкретних умовах.
Плюси та мінуси IPS дисплеїв
Розробка та вдосконалення IPS дисплеїв триває вже два десятиліття, і за цей час технологія встигла придбати низку плюсів.
Шари матриці IPS
Переваги матриць IPS
IPS матриці є найкращими серед усіх типів РК-панелей завдяки ряду переваг:
- Доступність.За роки розвитку технологію масово освоїли багато компаній, зробивши масовий випуск екранів IPS недорогим. Вартість екрану для смартфона з роздільною здатністю FullHD зараз стартує з позначки близько $10. Завдяки низькій ціні такі екрани роблять смартфони доступнішими.
- Передача кольорів.Добре відкалібрований IPS екран передає кольори з максимальною точністю. Саме тому професійні монітори для дизайнерів, графіків, фотографів тощо випускаються на IPS матрицях. Вони мають найбільше охоплення відтінків, що дозволяє отримати на екрані реалістичні кольори об'єктів.
- Фіксоване енергоспоживання.Рідкі кристали, що формують картинку на екрані IPS, майже не споживають струм, основним споживачем є діоди підсвічування. Тому витрата енергії не залежить від зображення на дисплеї та визначається рівнем підсвічування. Завдяки фіксованій витраті енергії IPS екрани забезпечують приблизно однакову автономність під час перегляду фільмів, веб-серфінгу, письмового спілкування тощо.
- Довговічність.Рідкі кристали майже не схильні до процесу старіння і зносу, тому в плані надійності IPS краще, ніж AMOLED. Деградувати можуть світлодіоди підсвічування, але термін служби таких LED дуже великий (десятки тисяч годин), тому навіть за 5 років екран майже не втрачає яскравості.
Недоліки IPS матриць
Незважаючи на вагомі плюси, є IPS і мінуси. Ці недоліки є фундаментальними, тож шляхом удосконалення технології вони не усуваються.
- Проблема чистоти чорного кольору. Рідкі кристали, які відображають чорний колір, блокують світло від підсвічування не менше 100%. Але оскільки підсвічування IPS екрана загальна для всієї матриці, її яскравість не знижується, панель залишається підсвіченою, у результаті чорний колір виходить не дуже глибоким.
У темряві видно, що чорний світиться сірим. - Низька контрастність. Рівень контрастності РК-матриць (приблизно 1:1000) є прийнятним для комфортного сприйняття картинки, але за цим показником AMOLED краще IPS. Через те, що чорний не дуже глибокий, різниця між яскравим і темним пікселем у таких екранів помітно менше, ніж у світлодіодних матриць.
- Великий час відгуку. Швидкість реакції пікселів у IPS панелей невисока, близько десятка мілісекунд. Цього вистачає для нормального сприйняття картинки під час читання або перегляду відео, але обмаль для VR-контенту та інших вимогливих завдань.
Плюси та мінуси дисплеїв AMOLED
В основі технології OLED лежить використання масиву мініатюрних світлодіодів, що розташовані на матриці. Вони незалежні, тому пропонують ряд переваг над IPS, але не позбавлені мінусів.
Шари матриці AMOLED Переваги AMOLED матриць
Технологія AMOLED новіша, ніж IPS, і її творці подбали про усунення мінусів, характерних для РК-дисплеїв.
- Роздільна свічення пікселів. В AMOLED екранах кожен піксель сам є джерелом світла та керується системою незалежно від інших. Під час відображення чорного кольору він не світиться, а при показі змішаних відтінків може видавати підвищену яскравість. За рахунок цього AMOLED екрани демонструють найкращу контрастність та глибину чорного.
Чорні пікселі не світяться зовсім - Майже миттєва реакція. Швидкість відгуку пікселів на світлодіодній матриці на порядки вища, ніж у IPS. Такі панелі здатні відображати динамічну картинку з високою частотою зміни кадрів, роблячи її гладкою. Ця можливість – плюс в іграх та при взаємодії з VR.
- Знижене споживання енергії під час показу темних тонів. Кожен піксель матриці AMOLED світиться незалежно. Чим світліший його колір – тим яскравіший піксель, тому при показі темних тонів такі екрани споживають менше енергії, ніж IPS. А ось в процесі відображення білого AMOLED панелі показують подібний, або навіть більший, ніж у IPS, витрата заряду батареї.
- Мінімальна товщина. Так як у AMOLED матриць немає шару, що розсіює світло підсвічування на рідкі кристали, такі дисплеї мають меншу товщину. Це дозволяє зменшити габарити смартфона, зберігши його надійність та не жертвуючи ємністю акумулятора. Крім того, у перспективі можливе створення гнучких (а не лише вигнутих) матриць AMOLED. Для IPS це неможливо.
Недоліки AMOLED-матриць
Властиві AMOLED-матрицям і недоліки, причому винуватець більшості бід один. Це – сині світлодіоди. Освоєння їх виробництва дається складніше, а за якістю вони поступаються зеленим та червоним.
- Синьова або ШІМ. Вибираючи смартфон з AMOLED екраном, доводиться вибирати між широтно-імпульсним регулюванням яскравості та блакитністю світлих тонів. Все через те, що при безперервному світінні сині субпікселі сприймаються сильніше, ніж червоні та зелені. Виправити це можна за допомогою використання ШИМ-регулювання яскравості, але тоді спливає інший недолік. На максимальній яскравості екрана ШИМ немає або частота регулювання сягає близько 250 Гц. Цей показник знаходиться на межі сприйняття та майже не впливає на очі. А ось при зниженні рівня підсвічування - знижується і частота ШІМ, в результаті на низьких рівнях мерехтіння з частотою близько 60 Гц можуть призводити до втоми очей.
- Вигоряння синього. Тут теж проблема у синіх діодах. Їх термін служби менший, ніж зелених та червоних, тому згодом можливе спотворення кольору. Екран йде в жовтизну, баланс білого зсувається у бік теплих тонів, загальна передача кольору погіршується.
Apple як завжди. 2016, презентація: Jet Black! При продажу: ну ця струму, він дряпається об повітря. 2017: OLED! Потім: ця, він там вигоряє
LTPS (низькотемпературна полікрем'янова) технологія - це найновіший виробничий процес виготовлення TFT РКІ. У цій технології використовується лазерний відпал, який дозволяє кристалізувати кремнієву плівку при температурі менше 400°C.
Полікристалічний кремній - матеріал на основі кремнію, який містить безліч кристалів кремнію розміром від 0.1 до декількох мікронів. При виробництві напівпровідників полікристалічний кремній зазвичай виготовляється за допомогою LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition - хімічне осадження при низькому тиску з газоподібної фази), а потім відпалюється при температурі більше 900 C. Це так званий SPC (Solid Phase Crystalliz) . Очевидно, що такий метод не може бути застосований при виробництві індикаторних панелей, так як температура плавлення скла близько 650 C. нова технологія, призначена для виробництва РК панелей.
На наведеному нижче малюнку показані структури однокристального, аморфного та полікристалічного кремнію.
Тепер розглянемо кілька методів формування LTPS плівки на скляній або пластиковій підкладці, які використовуються в даний час:
1. MIC (Metal Induced Crystallization - кристалізація, що викликається металом): Це різновид SPC методу, але, порівняно із звичайним SPC методом, він дозволяє отримати полікристалічний кремній за більш низької температури (приблизно 500 - 600 C). Досягається це за рахунок металізації плівки перед відпалом. Метал дозволяє знизити енергію, необхідну активізації процесу кристалізації.
2. Cat-CVD: При цьому методі осаджується вже полікристалічна плівка, яка надалі не піддається термічній обробці (відпалу). В даний час є можливість виконувати осадження при температурі нижче 300C. Однак механізм вирощування при каталітичній взаємодії призводить до розтріскування суміші SiH4-H2.
3. Лазерний відпал: Це найпопулярніший метод, що використовується в даний час. Як джерело енергії використовується ексимерний лазер. Він нагріває та розплавляє a-Si з низьким змістомводню. Після цього кремній повторно кристалізується як полікристалічної плівки.
Підготовка LTPS плівки очевидно складніша, ніж a-Si плівки, але LTPS TFT мають у 100 разів більшу надійність, ніж тонкоплівкові транзистори, виготовлені за a-Si технологією, а також LTPS технологія дозволяє на скляній підкладці виготовляти в єдиному циклі і КМОП інтегральні. схеми. p-Si технологія має такі основні переваги в порівнянні з a-Si технологією:
1. Забезпечує можливість виготовлення на скляній підкладці в єдиному технологічному циклі інтегральних схем драйверів, що дозволяє зменшити необхідна кількістьпериферійних пристроїв та вартість.
2. Вищий апертурний коефіцієнт: більш висока рухливість носіїв означає, що можна забезпечити необхідний час заряду пікселя за допомогою меншого тонкоплівкового транзистора. Це веде до того, що велика площаелемента може бути задіяна під область пропускання світла.
3. Носій для OLED: Вища рухливість носіїв означає, що струму живлення цілком достатньо управління OLED приладами.
4. Компактність модуля: За рахунок наявності вбудованого драйвера потрібна менша площа друкованої платидля схеми керування.
Характеристики одержуваних таким чином TFT РКІ будуть розглянуті нижче, а поки що розглянемо основні аспекти LTPS технології.
Лазерний відпал
При лазерному відпалі кристалізація a-Si плівки відбувається при температурі менше 400°C. На малюнку показана структура a-Si до лазерного відпалу та структура p-Si, отримана вже після лазерного відпалу.
Рухомість електронів
Рухливість електронів у тонкоплівкових транзисторах (TFT), виготовлених за технологією LTPS досягає ~200 см 2 /В*s, що набагато вище, ніж у транзисторів a-Si технології (всього ~0.5 см2/В*s). Підвищена рухливість електронів дозволяє збільшити ступінь інтеграції інтегральної схеми, що формується на підкладці РКІ, а так само зменшити розміри самого тонкоплівкового транзистора.
Наведений нижче малюнок спрощено показує, до чого призводить підвищена рухливість електронів.
Апертурний коефіцієнт
Апертурний коефіцієнт - це відношення корисної площі осередку до неї повної площі. Так як тонкоплівковий транзистор LTPS РКІ має набагато менший розмір, ніж транзистор РКІ, виготовленого за a-Si технології, то корисна площа комірки, а, отже, і апертурний коефіцієнт, такого РКІ буде вище. Як відомо, при всіх рівних параметрах яскравість осередку з великим апертурним коефіцієнтом буде більшою!
На наведеному нижче малюнку можна бачити, що ефективна площа LTPS TFT більша, ніж у тонкоплівкового транзистора, виготовленого за a-Si технологією.
Вбудовані драйвери
LTPS технологія дозволяє в єдиному циклі формувати безпосередньо на підкладці РКІ та інтегральні схеми драйверів. Це дозволяє суттєво знизити кількість необхідних зовнішніх контактів та зменшити розміри самої підкладки. Це веде до того, що необхідна надійність пристрою може бути досягнута за менших витрат, а відтак вартість всього виробу також буде нижчою.
На наведеному нижче малюнку спрощено показані РКІ, виготовлений за a-Si технології і РКІ з інтегрованим драйвером, виготовлений за LTPS технології. Як видно, кількість контактів та площа підкладки у першого набагато більша.
Характеристики LTPS технології:
- Вища реакція електронів
- Менша кількість з'єднань та елементів
- Низьке споживання
- Можливість інтеграції на основі інтегральних схем драйверів
Виробництво LTPS TFT РКІ
На наведеному нижче малюнку показано структурна схемавиробництва LTPS TFT РКІ.
Сучасні пристрої оснащуються екранами різної конфігурації. Основними на даний момент є дисплеї на базі, але для них можуть використовуватися різні технології, зокрема йдеться про TFT та IPS, які різняться за цілою низкою параметрів, хоч і є нащадками одного винаходу.
Зараз існує безліч термінів, які позначають певні технології, що ховаються під абревіатурами. Наприклад, багато хто міг чути чи читати про IPS чи TFT, проте мало хто розуміє, у чому насправді різниця між ними. Пов'язано це з нестачею інформації в каталогах електроніки. Саме тому варто розібратися з цими поняттями, а також вирішити, TFT чи IPS – що краще?
Термінологія
Для визначення того, що буде краще чи гірше в кожному окремому випадку, потрібно дізнатися, за які функції та завдання відповідає кожен IPS за фактом є TFT, точніше її різновид, при виготовленні якого використовувалася певна технологія - TN-TFT. Слід розглянути докладніше ці технології.
Відмінності
TFT (TN) є одним із способів виробництва матриць тобто екранів на тонкоплівкових транзисторах, в яких елементи розташовуються по спіралі між парою пластин. За відсутності подачі напруги вони будуть повернені один до одного під прямим кутом горизонтальної площини. Максимальна напруга змушує кристали повертатися так, щоб світло, що проходить крізь них, призводило до утворення чорних пікселів, а при відсутності напруги - білих.
Якщо розглядати IPS або TFT, то відмінність першої від другої полягає в тому, що матриця виготовлена на базі, описаній раніше, проте кристали в ній розташовані не спірально, а паралельно єдиній площині екрана один одному. На відміну від TFT, кристали у разі не повертаються за умов відсутності напруги.
Як ми це бачимо?
Якщо дивитися на IPS або то візуально, відмінність між ними полягає в контрастності, яка забезпечується майже ідеальною передачею чорного кольору. На першому екрані зображення буде більш чітким. А ось якість передачі кольору у разі використання матриці TN-TFT не можна назвати гарною. У даному випадку кожен піксель має власний відтінок, відмінний від інших. Через цей колір сильно спотворюються. Однак є у такої матриці і перевага: вона характеризується найвищою швидкістю відгуку серед усіх існуючих на даний момент. Для екрану IPS потрібен певний час, протягом якого всі паралельні кристали здійснять повний розворот. Однак людське око практично не вловлює різницю в часі відгуку.
Важливі особливості
Якщо говорити про те, що краще в експлуатації: IPS або TFT, варто відзначити, що перші є більш енергоємними. Це з тим, що з повороту кристалів потрібно чимало енергії. Саме тому, якщо перед виробником стоїть завдання зробити свій пристрій енергоефективним, у ньому зазвичай використовується TN-TFT матриця.
Якщо вибирати екран TFT або IPS, варто відзначити ширші кути огляду другого, а саме 178 градусів в обох площинах, це дуже зручно для користувача. Інші виявилися нездатними забезпечити таке. І ще однією істотною відмінністю між двома цими технологіями є вартість виробів на їх основі. TFT-матриці на даний момент є найбільш дешевим рішенням, яке використовується в більшості бюджетних моделей, а IPS відноситься до більш високого рівня, але і він не є топовим.
Дисплей IPS чи TFT вибрати?
Перша технологія дозволяє отримувати максимально якісне, чітке зображення, але вимагає більше часу для повороту кристалів, що використовуються. Це впливає на час відгуку та інші параметри, зокрема швидкість розряджання акумулятора. Рівень кольору TN-матриць набагато нижчий, проте їх час відгуку мінімальний. Кристали тут розташовані по спіралі.
Насправді можна легко відзначити неймовірну прірву як екрани, що працюють на базі двох цих технологій. Стосується це й вартості. Технологія TN залишається на ринку виключно через ціну, проте вона не здатна забезпечити соковиту та яскраву картинку.
IPS - це дуже вдале продовження розвитку TFT-дисплеїв. Високий рівеньконтрастності та досить великі кути огляду – це додаткові переваги даної технології. Наприклад, у моніторів на базі TN іноді чорний колір сам змінює свій відтінок. Однак високе споживання енергії пристроями, що працюють на базі IPS, змушує багатьох виробників вдаватися до використання альтернативних технологій або знижувати цей показник. Найчастіше матриці даного типузустрічаються у провідних моніторів, які не працюють від акумулятора, що дозволяє не бути пристрою настільки енергозалежним. Однак постійно ведуться розробки у цій галузі.
У 2016 році зростуть до 1,95 млрд. штук, що на 7% перевищить сумарний обсяг цього ринку в 2015 році в розмірі 1,82 млрд. штук. Зростання частки РК-дисплеїв з сучасними технологіями LTPS (IPS) та оксидної TFT у загальному обсязі продажів очікується до 34,6% проти 29,8% у минулому році, тоді як зростання частки мобільних AMOLED-панелей очікується у 2016 році до 14% проти 12,1% у 2015 року, головним чином, за рахунок енергійних зусиль Samsung Display.
На думку Бойса Фана (Boyce Fan), провідного аналітика WitsView, зростання LTPS-продукції відбуватиметься у зв'язку зі зростанням популярності смартфонів середнього цінового сегмента з Full HD екранами на тлі зниження цін на такі дисплеї з одночасним покращенням їх характеристик. Водночас очікується зростання популярності AMOLED-панелей у сегменті смартфонів преміального класу. На цьому тлі, за прогнозом, найбільше скоротиться виробництво дисплеїв за традиційною a-Si технологією.
Основний обсяг глобальних поставок LTPS-дисплеїв, вважають у WitsView, як і раніше, буде припадати на смартфони Apple iPhone і забезпечуватимуться трьома нинішніми ключовими постачальниками: Japan Display (JDI), LG Display та Sharp. Додатковий попит на LTPS-дисплеї, що генерується іншими виробниками преміальних смартфонів, у тому числі, для внутрішнього китайського ринку, що все ще зростає, також буде покриватися переважно постачальниками дисплеїв першого ешелону за рахунок фори в технологіях і масштабах виробництва, проте низка компаній, що вийшла на ринок мобільних. IPS/LTPS дисплеїв трохи пізніше, такі як AU Optronics (AUO), Innolux, Tianma та BOE, поєднують нарощування виробництва з більш агресивною ціновою політикою.
Очікуване зростання популярності тонких AMOLED-дисплеїв, що мають високу насиченість кольору і яскравість при порівняно низькому споживанні енергії, аналітики WitsView пов'язують зі змінами в маркетинговій стратегії Samsung Display, раніше орієнтованої переважно на замовлення Samsung Electronics. У минулому році Samsung Display успішно постачала AMOLED-дисплеї ряду китайських виробників смартфонів, завдяки чому випуск смартфонів з AMOLED-дисплеями не під брендом Samsung та замовників Samsung Electronics, за оцінками WitsView, вже досяг 20%.
Сенсорний дисплей, як пристрій введення-виведення інформації, з'явився досить давно. Ще в 90-х роках минулого століття можна було зустріти у продажу КПК та інші портативні девайси, оснащені тачскріном. З розвитком технологій сенсорні смартфони вдосконалювалися, до них висувалися нові вимоги, тому за останнє десятиліття сенсорні екрани серйозно змінилися.
резистивні сенсори
Найпростіші та доступні сенсори для смартфонів. Вони складаються з двох шарів, на які нанесена сітка з прозорого струмопровідного матеріалу. Нижній виконаний зі скла (мінерального чи органічного), а верхній – пластиковий. Між ними розташований тонкий повітряний прошарок. У момент дотику відбувається замикання ланцюга між сітками різних шарів, і контролер визначає координати місця натискання.
Перевагами резистивних екранів є чутливість до натискання будь-яким предметом, дешевизна, простота конструкції та точність. Головний недолік - крихкість: пластиковий верхній шар легко порізати або проколоти, після чого контакт порушиться і сенсор не працюватиме.
Ще резистивні сенсори мають відносно низьку прозорість (до 80%), тому, починаючи з 2010-го року, вони виходять із вживання на смартфонах. Сьогодні такий тачскрін можна зустріти лише у дешевих телефонах китайського виробництва.
Ємнісні сенсори
Ємнісні сенсори смартфонів складаються із скляної панелі, покритої прозорим струмопровідним шаром, та чотирьох кутових датчиків. На неї подається слабкий змінний струм, Витік якого при дотику реєструють сенсори, обчислюючи координати натискання. Крім того, що реагують такі тачскрини лише на торкання предмета з електричною провідністю, вони мають малу точність і не здатні одночасно сприймати кілька натискань.
Ємнісно-проекційні сенсори
Найпоширеніший на сучасних смартфонах вид сенсорів. Є розвитоком попереднього типу. Замість струмопровідного шару на панель наноситься сітка електродів, які також перебувають під напругою. У момент торкання пальця, що виступає в ролі конденсатора, відбувається витік струму, розташування якого обчислюється контролером. Така конструкція уможливлює відстеження кількох дотиків (на даний момент до 10, більше – не має сенсу) одночасно.
Принципова конструкція таких тачскрінів виробниками мобільних пристроїв модифікується. На сучасних дисплеях OGS смартфонів чутливі електроди можуть монтуватися прямо між кристалами (або діодами) матриці, а для стійкості до пошкоджень екран покривають загартованим склом.
Раніше також практикувався поділ захисного скла та сенсорного шару: електроди наносили на прозору плівку, яка зверху покривалася склом. Такий підхід дозволяв зберігати працездатність сенсора навіть за наявності серйозних ушкоджень (тріщини, сколи).
