Technológia displeja smartfónu. Čo je to LTPS displej v smartfóne a aké sú jeho výhody?

Obrazovka je neoddeliteľnou súčasťou dizajnu moderného mobilného telefónu. Dávno sú preč časy, keď „farebná“ charakteristika odrážala všetky prednosti modelu a slúžila ako dôkaz, že telefón patrí do vyššieho segmentu a má vlastnosti vlajkovej lode. Dnešné rôzne obrazovky mobilné telefóny umožňuje uspokojiť aj tých najnáročnejších zákazníkov. Druhou stranou mince je množstvo technológií a termínov na ich označenie, medzi ktorými je niekedy pre neprofesionála veľmi ťažké zorientovať sa. Tento článok vám pomôže pochopiť ich všetky, predstaví vám hlavné typy obrazoviek, ich dizajn a vlastnosti.

Pri charakterizovaní vlastností vstupno/výstupného zariadenia, ktorým je dotykový displej, sa berú do úvahy tieto parametre:

1. Rozmery obrazovky, jej uhlopriečka (najčastejšie sa meria v palcoch, 1 palec je 2,5 cm).
2. Rozlíšenie (počet aktívnych bodov, ktoré tvoria obrázok).
3. Indikátor hustoty pixelov (vyjadrený v DPI (bodov na palec) alebo PPI (pixelov na palec) - počet bodov na palec).
4. Technológia výroby (od toho závisí kvalita obrazu a spotrebiteľské vlastnosti produktu).
5. Typ dizajnu dotykovej obrazovky (dotykový kryt, ktorý reaguje na dotyky).

Práve tieto ukazovatele slúžia ako kritériá pri výbere telefónu. A teraz ďalšie podrobnosti.

Uhlopriečka obrazovky väčšiny moderných smartfónov sa pohybuje medzi 4-6 palcami (menšie veľkosti sú tradične inštalované na jednoduchých dialeroch a tablety začínajú na 6 palcoch).

Rozlíšenie a DPI

Rozlíšenie obrazovky je jednou z najdôležitejších vlastností telefónu. Závisí to od toho, aký kvalitný bude obraz na obrazovke telefónu. Čím je vyššia, tým väčšia je hustota pixelov a tým bude obraz vyzerať rovnomernejšie. Kombinácia veľkých rozmerov a nízkeho rozlíšenia spôsobuje, že obraz je „zrnitý“ a fragmentovaný. Vysoká separačná schopnosť naopak zaisťuje jednotnosť a hladkosť tvarov pre informácie na obrazovke. Moderné obrazovky s rozlíšením Full-HD sa skladajú z prvkov, ktoré sú voľným okom nerozoznateľné a vďaka nim je obraz mimoriadne čistý.

Pojem Retina displej zaviedol Apple na označenie obrazoviek s hustotou pixelov vyššou ako 300 jednotiek na palec (pre telefóny). V takýchto zariadeniach ľudské oko nedokáže rozlíšiť jednotlivé prvky obrazovky a vníma celý obraz, ako sú skutočné obrysy objektu alebo jeho obraz na papieri a plátne. Výrobou Retina displeja sa dnes zaoberajú spoločnosti ako Samsung, Sharp či LG.

Najbežnejšie rozlíšenia displeja sú dnes:

1. 320 x 480 pixelov je takmer zastarané, ale stále sa nachádza v lacných smartfónoch. Vytvára príliš zrnitý obraz, a preto nie je populárny. Označuje sa pojmom HVGA.
2. 480x800 a 480x854 (WVGA) sú bežné rozlíšenia medzi lacnými telefónmi. Vyzerá normálne s uhlopriečkou 3,5-4", na väčších dáva príliš členitý obraz.
3. 540 x 960 (qHD) je obľúbeným indikátorom pre smartfóny so stredným rozpočtom. Poskytuje prijateľnú kvalitu obrazu na obrazovkách s uhlopriečkou až 4,5-4,8 palca.
4. 720 x 1280 – tu začínajú HD smartfóny. Poskytuje vynikajúce detaily obrazu až do 5,5", vyzerá dobre na veľkých displejoch.
5. 1080 x 1920 – matice Full-HD poskytujúce vynikajúcu kvalitu obrazu. Používa sa vo vlajkových modeloch smartfónov.
6. Vyzdvihnúť by sme mali aj displeje používané v produktoch Apple. Používajú neštandardné rozlíšenia: 640 x 960 pri 3,5" (model iPhone 4/4s), 640 x 1136 pri 4" (5/5c/5s) a 750 x 1334 pri 4,7" (iPhone 6).

Pri výbere nového smartfónu by ste mali zvážiť veľkosť displeja a DPI. Kúpa telefónu s nižšou hustotou pixelov, ako mal jeho predchodca, bude trvať dlho, kým si zvyknete a spočiatku to spôsobí nepríjemné pocity v očiach. Ak je hustota bodov na palec menšia ako 200, je možné, že si na to nikdy nebudete vedieť zvyknúť. Venujte pozornosť tomu pri kúpe telefónu s väčšou uhlopriečkou ako starý telefón: napríklad rozlíšenie 480 x 800 dáva asi 233 DPI s uhlopriečkou 4" a s 5" iba 186.

Výrobné technológie, typy displejov smartfónov

Dnes môžeme rozlíšiť dva hlavné smery v technológiách výroby obrazoviek: matrice z tekutých kryštálov (LCD) a zariadenia s organickými svetelnými diódami (OLED).

Prvé sa trochu rozšírili a delia sa na:

TN matice sú najbežnejšími displejmi pre telefóny s dotykovou obrazovkou. Ich výhodou je nízka cena, vysoká rýchlosť odozvy (doba odozvy pixelov na napájanie). Nevýhody takýchto matríc zahŕňajú nedostatočnú reprodukciu farieb a priemerný pozorovací uhol.

IPS– ďalší krok vo vývoji zobrazovacích zariadení. Pre svoju vysokú cenu sa technológia spočiatku používala len v profesionálnych monitoroch, no neskôr prišla aj do sveta telefónov a smartfónov. Umožňuje dosiahnuť vynikajúce podanie farieb, dobré uhly prehľad (až 178 stupňov), vysoká čistota a kontrast. Takéto obrazovky sú drahšie, takže sa takmer vôbec nepoužívajú v telefónoch do 200 dolárov.

PLS– pokus spoločnosti Samsung o vytvorenie riešenia, ktoré nemá nevýhody matíc TN, ale je lacnejšie ako IPS. V podstate ide o modifikáciu IPS pomocou kompromisných riešení na zníženie výrobných nákladov.

Organické displeje (OLED, AMOLED) sa od LCD líšia tým, že namiesto tekutých kryštálov tvoria matricu mikroskopické LED diódy. Takéto obrazovky umožňujú robiť bez dodatočného podsvietenia (LCD matrice tradične používajú diódy inštalované po obvode obrazovky a svetlo z nich smeruje na matricu pomocou vrstvy reflektorov). Ich spotreba energie závisí od farby prenášaného obrazu (tmavé odtiene sú ekonomickejšie ako svetlé, ktoré zobrazujú spotrebu energie ešte vyššiu ako LCD).

Top super amoled
Spodné ips

Teoreticky takéto displeje prevyšujú LCD takmer vo všetkých ohľadoch, no v praxi nie je vždy možné dosiahnuť ideálny obraz. Medzi nevýhody produktov patrí nízka spoľahlivosť. Super AMOLED displej je pokusom vyvinúť obrazovku špeciálne pre dotykové smartfóny. V ňom je dotyková obrazovka jedna so zobrazovacou plochou. Zmenšením hrúbky sa dosiahne väčší jas, lepšie podanie farieb a pozorovacie uhly, ale zníži sa mechanická pevnosť produktu.

Typy dotykových obrazoviek

Najbežnejšie sú dva typy displejov:

1. Odporový.
2. Kapacitný.

Odolné pozostávajú z dvoch vrstiev, na ktorých povrchu sú nanesené priehľadné vodivé dráhy. Súradnice lisu sa vypočítajú zmenou aktuálneho odporu v mieste dotyku. Teraz sa takéto obrazovky takmer nikdy nepoužívajú, ich rozsah použitia je obmedzený na rozpočtové modely. Výhodou odporových dotykových obrazoviek je ich nízka cena a schopnosť stlačiť akýkoľvek predmet. Nevýhody - nízka životnosť, odolnosť proti poškriabaniu, strata jasu obrazovky.

Obrazovka smartfónu s kapacitným snímačom je jasnejšia a odolná voči poškriabaniu (vďaka použitiu skla), no je zložitejšia na výrobu a nereaguje na dotyky cudzích predmetov. Technológia je založená na výpočte súradníc prúdových únikov pri stlačení prstom. Takéto dotykové obrazovky pozostávajú z jednej vrstvy skla, na ktorej vnútornom povrchu je nanesená vodivá vrstva, alebo skla a dotykovej fólie.

Nedávno boli kapacitné obrazovky vybavené špeciálnym tvrdeným sklom, ako je Gorilla Glass, ktoré umožňuje dosiahnuť vysokú odolnosť voči mechanickému poškodeniu. Aby sa zabránilo kontaminácii, na dotykové obrazovky smartfónov sa nanáša špeciálny oleofóbny povlak.

Tiež sa vám bude páčiť:

Aký je rozdiel medzi smartfónom a telefónom?
Prečo sa smartfón zahrieva: 7 populárnych dôvodov

Do roku 2018 sa konkurencia medzi technológiami obrazoviek znížila na skutočnosť, že na trhu zostali len dve hodnotné možnosti. TN matrice boli nahradené, VA matrice sa nepoužívali v mobilných zariadeniach a niečo nové ešte nebolo vynájdené. Preto sa medzi IPS a AMOLED vyvinula konkurencia. Tu je potrebné pripomenúť, že IPS, LCD LTPS, PLS, SFT sú rovnaké ako OLED, Super AMOLED, P-OLED atď. sú len variácie LED technológie.

Na tému čo je lepšie, IPS alebo AMOLED, . Technológia však nestojí, takže v roku 2018 nebude zbytočné robiť úpravy a analyzovať ich s prihliadnutím na dnešnú realitu. Veď oba typy matíc sa neustále zdokonaľujú, niektoré nevýhody sa odstraňujú, prípadne sa tieto nevýhody stávajú menej významnými.

Teraz sa pokúsme zistiť, čo je lepšie pre smartfón, IPS alebo AMOLED. Aby sme to dosiahli, zvážme všetky výhody a nevýhody každej technológie silné stránky určiť absolútneho lídra alebo s prihliadnutím na špecifiká rozhodnúť, čo je v konkrétnych podmienkach lepšie.

Výhody a nevýhody IPS displejov

Vývoj a zdokonaľovanie IPS displejov prebieha už dve desaťročia a za túto dobu nadobudla technológia množstvo výhod.

Výhody IPS matríc

IPS matrice sú najlepšie spomedzi všetkých typov LCD panelov vďaka množstvu výhod.

• Dostupnosť. V priebehu rokov vývoja mnohé spoločnosti túto technológiu masívne zvládli, vďaka čomu je hromadná výroba obrazoviek IPS lacná. Cena obrazovky smartfónu s rozlíšením FullHD teraz začína na približne 10 dolároch. Vďaka nízkej cene sú takéto obrazovky dostupnejšie pre smartfóny.
• Farebné podanie. Dobre kalibrovaná IPS obrazovka reprodukuje farby s maximálnou presnosťou. Preto sa na matriciach IPS vyrábajú profesionálne monitory pre dizajnérov, grafikov, fotografov atď. Majú najväčšie pokrytie odtieňov, čo umožňuje získať realistické farby objektov na obrazovke.
• Pevná spotreba energie. Tekuté kryštály, ktoré tvoria obraz na IPS obrazovke, nespotrebúvajú takmer žiadny prúd, hlavným spotrebiteľom sú podsvietené diódy. Spotreba energie teda nezávisí od obrazu na displeji a je určená úrovňou podsvietenia. Vďaka pevnej spotrebe energie poskytujú IPS obrazovky približne rovnakú autonómiu pri sledovaní filmov, surfovaní po webe, písomnej komunikácii atď.
• Trvanlivosť. Tekuté kryštály takmer nepodliehajú starnutiu a opotrebovaniu, takže z hľadiska spoľahlivosti je na tom IPS lepšie ako AMOLED. Podsvietenie LED sa môže zhoršiť, ale životnosť takýchto LED je veľmi dlhá (desiatky tisíc hodín), takže ani po 5 rokoch obrazovka takmer nestráca jas.

Príkladom smartfónu s dobrou IPS obrazovkou je vlajková loď Huawei Mate 20 z roku 2019.

Nevýhody matíc IPS

Napriek významným výhodám má IPS aj nevýhody. Tieto nedostatky sú zásadné a nemožno ich odstrániť zlepšením technológie.

• Problém čistoty čiernej. Tekuté kryštály, ktoré zobrazujú čiernu farbu, neblokujú svetlo z podsvietenia na 100%. Ale keďže je podsvietenie IPS obrazovky spoločné pre celú maticu, jej jas neklesá, panel zostáva osvetlený a v dôsledku toho nie je čierna farba príliš hlboká.

• Nízky kontrast. Úroveň kontrastu matíc LCD (približne 1:1000) je prijateľná pre pohodlné vnímanie obrazu, ale v tomto smere je AMOLED lepší ako IPS. Vzhľadom na to, že čierna nie je príliš hlboká, rozdiel medzi najjasnejšími a najtmavšími pixelmi na takýchto obrazovkách je citeľne menší ako na matriciach LED.
• Dlhá doba odozvy. Rýchlosť odozvy pixelov IPS panelov je nízka, okolo desiatok milisekúnd. Na bežné vnímanie obrazu pri čítaní alebo pozeraní videí to stačí, na obsah VR a iné náročné úlohy to však nestačí.

Výhody a nevýhody displejov AMOLED

Technológia OLED je založená na použití radu miniatúrnych LED umiestnených na matrici. Sú nezávislé, takže oproti IPS ponúkajú množstvo výhod, no nie sú bez nevýhod.

Výhody matíc AMOLED

Technológia AMOLED je novšia ako IPS a jej tvorcovia si dali záležať na odstránení nevýhod charakteristických pre LCD displeje.

• Samostatná žiara pixelov. V AMOLED obrazovkách je každý pixel sám o sebe zdrojom svetla a je riadený systémom nezávisle od ostatných. Pri zobrazení čiernej nesvieti a pri zobrazení zmiešaných odtieňov môže produkovať zvýšený jas. Vďaka tomu AMOLED obrazovky vykazujú lepší kontrast a hĺbku čiernej.

• Takmer okamžitá odozva. Rýchlosť odozvy pixelov na matici LED je rádovo vyššia ako rýchlosť IPS. Takéto panely sú schopné zobrazovať dynamický obraz pri vysokej snímkovej frekvencii, vďaka čomu je plynulejší. Táto funkcia je výhodou v hrách a pri interakcii s VR.
• Znížená spotreba energie pri zobrazovaní tmavých tónov. Každý pixel matice AMOLED sa rozsvieti nezávisle. Čím je jeho farba svetlejšia, tým je pixel jasnejší, takže pri zobrazovaní tmavých tónov takéto obrazovky spotrebujú menej energie ako IPS. Ale pri zobrazení bielych AMOLED panelov vykazujú podobnú, alebo dokonca väčšiu spotrebu batérie ako IPS.
• Malá hrúbka. Keďže matrice AMOLED nemajú vrstvu, ktorá rozptyľuje svetlo podsvietenia na tekuté kryštály, takéto displeje sú tenšie. To vám umožní zmenšiť veľkosť vášho smartfónu pri zachovaní jeho spoľahlivosti a bez obetovania kapacity batérie. Okrem toho je v budúcnosti možné vytvárať flexibilné (a nielen zakrivené) matice AMOLED. Toto nie je možné pre IPS.

Niektoré z najlepších OLED displejov majú tendenciu ísť do špičkových zariadení Samsung, pretože spoločnosť je lídrom v ich výrobe. Vybavený slušnými matricami Samsung Galaxy S10, ako aj ďalšie modely strednej a vyššej ceny.

Samsung Galaxy S10

Nevýhody matíc AMOLED

Matrice AMOLED majú tiež nevýhody a vinník väčšiny problémov je jeden. Sú to modré LED diódy. Zvládnutie ich výroby je náročnejšie a kvalitatívne sú horšie ako zelené a červené.

• Sineva alebo PWM. Pri výbere smartfónu s obrazovkou AMOLED si musíte vybrať medzi pulznou reguláciou jasu a reguláciou modrosti svetlé farby. Je to spôsobené tým, že pri nepretržitej žiare sú modré subpixely vnímané silnejšie ako červené a zelené. Dá sa to napraviť pomocou PWM regulácie jasu, no potom sa objaví ďalšia nevýhoda. Pri maximálnom jase obrazovky nedochádza k PWM alebo frekvencia nastavenia dosahuje približne 250 Hz. Tento indikátor je na hranici vnímania a na oči nemá takmer žiadny vplyv. Ale keď sa úroveň podsvietenia zníži, frekvencia PWM sa tiež zníži, v konečnom dôsledku o nízke úrovne blikanie s frekvenciou okolo 60 Hz môže viesť k únave očí.

• Modré vyhorenie. Problém je aj s modrými diódami. Ich životnosť je kratšia ako u zelených a červených, takže reprodukcia farieb môže byť časom skreslená. Obrazovka zožltne, vyváženie bielej sa posunie smerom k teplým tónom a celková reprodukcia farieb sa zhorší.

• Pamäťový efekt. Keďže miniatúrne LED diódy sú náchylné na vyblednutie, oblasti na obrazovke, ktoré zobrazovali jasný statický obraz (napríklad hodiny alebo indikátor siete svetlej farby), môžu časom stratiť jas. Výsledkom je, že aj keď prvok nie je zobrazený, silueta tohto prvku je na týchto miestach viditeľná.

• PenTile. Štruktúra PenTile nie je zásadnou nevýhodou všetkých AMOLED panelov, no stále je charakteristická pre väčšinu z nich. Pri tejto štruktúre obsahuje matica nerovnaký počet červených, zelených a modrých subpixelov (Samsung má o polovicu menej modrých, LG ich má dvakrát toľko). Hlavným motívom používania PenTile je túžba kompenzovať nedostatky modrých LED. Vedľajším efektom tohto riešenia je však zníženie jasnosti obrazu, čo je badateľné najmä pri VR headsetoch.

Samsung Galaxy S8

Berúc do úvahy všetky vlastnosti oboch typov matíc, je možné poznamenať, že IPS s vysokým rozlíšením je lepšie, ak máte záujem o VR a potrebujete maximálnu čistotu obrazu. AMOLED má predsa pohodlné vnímanie virtuálna realita PenTile je trochu brzdený a PWM podsvietenie zatiaľ neutralizuje okamžitú rýchlosť odozvy. IPS je tiež lepšie, ak musíte viac pracovať so svetlými farbami (surfovanie na webe, instant messenger).

AMOLED obrazovky sú budúcnosť, no technológia ešte nie je dokonalá. Kľudne si však môžete kúpiť smartfón s LED obrazovkou, najmä ak ide o vlajkovú loď. Jas, kontrast, hlboká čierna a úspora energie pri zobrazovaní tmavých tónov dokážu prekonať všetky nevýhody OLED.

Moderné zariadenia sú vybavené obrazovkami rôzne konfigurácie. Hlavný zapnutý tento moment sú displeje založené na, ale možno pre ne použiť najmä rôzne technológie hovoríme o o TFT a IPS, ktoré sa líšia v množstve parametrov, hoci sú potomkami rovnakého vynálezu.

V súčasnosti existuje veľké množstvo výrazov, ktoré označujú určité technológie skryté pod skratkami. Napríklad mnohí možno počuli alebo čítali o IPS alebo TFT, ale len málokto chápe, aký je medzi nimi skutočný rozdiel. Dôvodom je nedostatok informácií v katalógoch elektroniky. Preto stojí za to pochopiť tieto pojmy a tiež sa rozhodnúť, či je lepšie TFT alebo IPS?

Terminológia

Ak chcete určiť, čo bude v každom jednotlivom prípade lepšie alebo horšie, musíte zistiť, za aké funkcie a úlohy je každý IPS zodpovedný. V skutočnosti ide o TFT, presnejšie o jeho rôzne druhy, pri výrobe ktorých bola použitá určitá technológia - TN-TFT. Tieto technológie by sa mali zvážiť podrobnejšie.

Rozdiely

TFT (TN) je jedným zo spôsobov výroby matríc, teda tenkovrstvových tranzistorových obrazoviek, v ktorých sú prvky špirálovito usporiadané medzi dvojicou dosiek. Pri absencii napájania budú navzájom otočené v pravom uhle v horizontálnej rovine. Maximálne napätie spôsobuje, že sa kryštály otáčajú tak, že svetlo prechádzajúce cez ne má za následok tvorbu čiernych pixelov a pri absencii napätia biele pixely.

Ak vezmeme do úvahy IPS alebo TFT, rozdiel medzi prvým a druhým je v tom, že matrica je vyrobená na základe opísanom vyššie, avšak kryštály v nej nie sú usporiadané v špirále, ale rovnobežne s jednou rovinou obrazovke a navzájom. Na rozdiel od TFT sa kryštály v tomto prípade neotáčajú v podmienkach bez napätia.

Ako to vidíme my?

Ak sa pozriete na IPS alebo vizuálne, rozdiel medzi nimi je kontrast, ktorý je zabezpečený takmer dokonalou reprodukciou čiernej. Na prvej obrazovke bude obraz jasnejší. Ale kvalitu podania farieb pri použití matice TN-TFT nemožno nazvať dobrou. V tomto prípade má každý pixel svoj vlastný odtieň, odlišný od ostatných. Z tohto dôvodu sú farby značne skreslené. Takáto matica má však aj výhodu: vyznačuje sa najvyššou rýchlosťou odozvy spomedzi všetkých v súčasnosti existujúcich. Obrazovka IPS vyžaduje určitý čas, počas ktorého sa všetky paralelné kryštály úplne otočia. Ľudské oko však rozdiel v čase odozvy takmer nezaznamená.

Dôležité vlastnosti

Ak hovoríme o tom, čo je lepšie v prevádzke: IPS alebo TFT, potom stojí za zmienku, že prvé sú energeticky náročnejšie. Je to spôsobené tým, že otáčanie kryštálov vyžaduje značné množstvo energie. Preto, ak výrobca stojí pred úlohou energeticky zefektívniť svoje zariadenie, zvyčajne používa maticu TN-TFT.

Ak si vyberiete TFT alebo IPS obrazovku, stojí za zmienku širšie pozorovacie uhly druhej, konkrétne 178 stupňov v oboch rovinách, čo je pre používateľa veľmi výhodné. Iní dokázali poskytnúť to isté. A ďalším významným rozdielom medzi týmito dvoma technológiami sú náklady na produkty, ktoré sú na nich založené. TFT matice sú momentálne najlacnejším riešením, ktoré sa používa vo väčšine budgetových modelov a IPS patrí do vyššej úrovne, no nie je ani top-end.

IPS alebo TFT displej na výber?

Prvá technológia umožňuje získať najkvalitnejší, najčistejší obraz, ale vyžaduje viac času na otočenie použitých kryštálov. To ovplyvňuje čas odozvy a ďalšie parametre, najmä rýchlosť vybíjania batérie. Úroveň podania farieb matíc TN je oveľa nižšia, ale ich doba odozvy je minimálna. Kryštály sú tu usporiadané do špirály.

V skutočnosti si možno ľahko všimnúť neuveriteľnú priepasť v kvalite obrazoviek založených na týchto dvoch technológiách. To platí aj pre náklady. Technológia TN zostáva na trhu len kvôli cene, ale nedokáže poskytnúť bohatý a jasný obraz.

IPS je veľmi úspešným pokračovaním vo vývoji TFT displejov. Vysoká úroveň kontrastu a pomerne veľké pozorovacie uhly sú ďalšími výhodami tejto technológie. Napríklad na monitoroch založených na TN niekedy samotná čierna farba zmení svoj odtieň. Vysoká spotreba energie zariadení na báze IPS však núti mnohých výrobcov uchýliť sa k alternatívnym technológiám alebo znížiť toto číslo. Najčastejšie matriky tohto typu nájdete na káblových monitoroch, ktoré nefungujú na batériu, čo umožňuje, aby zariadenie nebolo tak závislé od energie. Vývoj v tejto oblasti však neustále prebieha.

LCD, TFT, IPS, AMOLED, P-OLED, QLED – to je neúplný zoznam zobrazovacích technológií, ktoré dnes možno nájsť na masovom trhu spotrebnej elektroniky. Keď si idete kúpiť ďalší gadget, neustále na to narážate a nadávate si, že ste na to neprišli včas.

Takže tu je šanca. Prečítajte si o špecifikách každého z nich a ako sa líšia...

Liquid Crystal Display, teda displej z tekutých kryštálov – práve táto technológia umožnila koncom 90. rokov minulého storočia premeniť monitory a televízory z pohodlných mačacích postelí s katódovými trubicami vo vnútri, ktoré sú škodlivé pre ľudí, na tenké elegantné zariadenia. Otvorila tiež cestu k vytvoreniu kompaktných zariadení: notebooky, PDA, smartfóny.

Kvapalné kryštály sú látkou, ktorá je tekutá, ako kvapalina, a anizotropná, ako kryštál. Posledná uvedená kvalita znamená, že s rôznymi orientáciami molekúl tekutých kryštálov sa menia optické, elektrické a iné vlastnosti.

V displejoch sa táto vlastnosť LCD používa na reguláciu vodivosti svetla: v závislosti od signálu z tranzistora sú kryštály orientované určitým spôsobom. Pred nimi je polarizátor, ktorý „zhromažďuje“ svetelné vlny do roviny kryštálov. Po nich svetlo prechádza cez RGB filter a stáva sa červeným, zeleným alebo modrým. Potom, ak nie je blokovaný predným polarizátorom, objaví sa na obrazovke ako subpixel. Niekoľko takýchto svetelných tokov je navzájom prepojených a na displeji vidíme pixel očakávanej farby a jeho kombinácia so susednými pixelmi je schopná produkovať spektrum sRGB.

O podsvietenie sa po zapnutí displeja starajú biele LED diódy umiestnené po obvode displeja a vďaka špeciálnej podložke je rovnomerne rozložené po celej ploche. Tu vznikajú známe „choroby“ LCD. Svetlo napríklad stále dosahuje pixely, ktoré by mali byť čierne. Na starých a nekvalitných displejoch je ľahko viditeľná „čierna žiara“.

Stáva sa, že kryštály „uviaznu“, to znamená, že sa nepohybujú ani pri príjme signálu z tranzistora, potom sa na displeji objaví „mŕtvy pixel“. Vzhľadom na špecifický charakter svetelného zdroja môžu byť na okrajoch LCD monitorov viditeľné biele odlesky a smartfóny s LCD nemôžu byť úplne bezrámové, hoci sa o to snažia obe generácie Xiaomi Mi Mix aj Essential Phone.

TN, alebo TN+film.

Twisted nematic je v skutočnosti „základná“ technológia, ktorá zahŕňa polarizáciu svetla a stáčanie tekutých kryštálov do špirály. Takéto displeje sú lacné a relatívne ľahko sa vyrábajú a v začiatkoch na trhu mali najnižšiu dobu odozvy – 16 ms – ale vyznačovali sa nízkym kontrastom a malými pozorovacími uhlami. Dnes technológia značne pokročila a štandard TN bol nahradený pokročilejším IPS.

IPS (prepínanie v rovine).

Na rozdiel od TN nie sú tekuté kryštály v matici IPS stočené do špirály, ale rotujú sa spolu v jednej rovine rovnobežnej s povrchom displeja. To umožnilo zväčšiť pohodlné pozorovacie uhly na 178° (teda vlastne na maximum), výrazne zvýšiť kontrast obrazu, urobiť čiernu oveľa hlbšiu pri zachovaní porovnateľnej bezpečnosti pre oči.

Apple iPod Touch LCD podsvietenie a podložka

Spočiatku mali matice IPS vyššie časy odozvy a spotrebu energie ako displeje TN, pretože celé pole kryštálov sa muselo otáčať, aby sa signál preniesol. Postupom času však IPS matice tieto nevýhody stratili, čiastočne kvôli zavedeniu tenkovrstvových tranzistorov.

TFT LCD.

V skutočnosti nejde o samostatný typ matice, ale skôr o podtyp, ktorý sa vyznačuje použitím tenkovrstvových tranzistorov (TFT) ako polovodičov pre každý subpixel. Veľkosť takéhoto tranzistora sa pohybuje od 0,1 do 0,01 mikrónu, čo umožňuje vytvárať malé displeje s vysokým rozlíšením. Všetky moderné kompaktné displeje obsahujú takéto tranzistory nielen v LCD, ale aj v AMOLED.

Výhody LCD:

nízkonákladová výroba;

mierny negatívny vplyv na oči.

Nevýhody LCD:

nehospodárna distribúcia energie;

"svietivú" čiernu farbu.

Organická svetelná dióda alebo organická svetelná dióda, zhruba povedané, je polovodič, ktorý vyžaruje svetlo vo viditeľnom spektre, ak dostane kvantum energie. Má dve organické vrstvy uzavreté v katóde a anóde: keď je vystavený elektrický prúd emisie a v dôsledku toho v nich dochádza k emisii svetla.

Matica OLED pozostáva z mnohých takýchto diód. Vo väčšine prípadov sú červené, zelené a modré a spolu tvoria pixel (vynecháme jemnosti rôznych kombinácií subpixelov). Jednoduchšie displeje však môžu byť monochromatické a založené na diódach rovnakej farby (napríklad v inteligentných náramkoch).

Samotné „žiarovky“ však nestačia – na správne zobrazenie informácií je potrebný ovládač. A na dlhú dobu Nedostatok adekvátnych ovládačov neumožnil výrobu LED displejov v ich súčasnej podobe, pretože správne ovládať takéto pole jednotlivých miniatúrnych prvkov je mimoriadne náročné.

Z tohto dôvodu boli v prvých OLED displejoch diódy napájané v skupinách. Regulátor v PMOLED je takzvaná pasívna matica (PM). Vysiela signály do vodorovného a zvislého radu diód a zvýrazní sa bod ich priesečníka. Na jeden hodinový cyklus je možné vypočítať iba jeden pixel, takže týmto spôsobom nie je možné získať komplexný obraz a dokonca ani vo vysokom rozlíšení. Z tohto dôvodu sú výrobcovia obmedzení aj veľkosťou displeja: na obrazovke s uhlopriečkou väčšou ako tri palce nevznikne kvalitný obraz.

Prelom na trhu LED displejov nastal, keď bolo možné použiť tenkovrstvové tranzistory a kondenzátory na ovládanie každého pixelu (presnejšie subpixelu) jednotlivo, a nie ako skupinu. V takomto systéme, nazývanom aktívna matica (AM), je jeden tranzistor zodpovedný za začiatok a koniec prenosu signálu do kondenzátora a druhý je zodpovedný za prenos signálu z diódy na obrazovku. Ak teda nie je signál, dióda sa nerozsvieti a výstup produkuje najhlbšiu možnú čiernu farbu, pretože vôbec nesvieti. Vďaka tomu, že samotné diódy, ležiace takmer na povrchu, svietia, sú pozorovacie uhly AMOLED matice maximálne. Ale keď sa vychýlite z osi pohľadu, farba môže byť skreslená – môže sa zmeniť na červenú, modrú resp zelený odtieň alebo dokonca ísť s vlnami RGB.

Takéto displeje sa vyznačujú vysokým jasom a kontrastom obrazu. Predtým to bol skutočný problém: prvé AMOLED obrazovky takmer vždy bili do očí a mohli vás unaviť a bolieť oči. Niektoré displeje využívali moduláciu šírky impulzu (PWM), aby zabránili sfarbeniu tmavých obrazov do fialova, čo bolo tiež bolestivé pre oči. Diódy kvôli svojmu organickému pôvodu niekedy vyhoreli do dvoch-troch rokov, najmä pri dlhodobom zobrazení nezmeneného obrazu.

Dnešná technológia však zašla ďaleko dopredu a uvedené problémy sú už z väčšej časti vyriešené. AMOLED displeje sú schopné produkovať prirodzené farby bez väčšej námahy pre oči, zatiaľ čo IPS displeje sa naopak zlepšili v oblasti sýtosti farieb a kontrastu. Z hľadiska spotreby energie bola technológia AMOLED spočiatku asi jedenapolkrát efektívnejšia ako LCD, no podľa testov rôzne zariadenia môžeme povedať, že dnes sa toto číslo takmer vyrovnalo.

Napriek tomu AMOLED nepochybne víťazí v oblastiach, ktoré získavajú na popularite. Hovoríme o bezrámikových vychytávkach, kde je oveľa jednoduchšie umiestniť LED ako okrajovo osvetlené tekuté kryštály a o zakrivených (a v budúcnosti aj ohýbajúcich) displejoch, pre ktoré je technológia LCD zásadne nevhodná. Tu však vstupuje do hry nový typ matice OLED.

V skutočnosti je vo zvýraznení týchto displejov určitá záludnosť samostatná kategória. Koniec koncov, v podstate zásadný rozdiel P-OLED (alebo POLED, nezamieňať s PMOLED) má od AMOLED jednu vec – použitie plastového (P) substrátu, ktorý umožňuje ohýbanie displeja, namiesto skla. Ale je to náročnejšie a drahšie na výrobu ako štandardné sklo. Mimochodom, AMOLED displeje sú vďaka menšiemu počtu „vrstiev“ oveľa tenšie ako LCD a P-OLED je zase tenšie ako AMOLED.

Všetky smartfóny so zakriveným displejom (väčšinou Samsung a LG) využívajú P-OLED. Dokonca aj vo vlajkových lodiach Samsungu z roku 2017, ktoré majú podľa výrobcu Super AMOLED aj Infinity Display. Faktom je, že ide o marketingové názvy, ktoré so skutočnými výrobnými technológiami nemajú prakticky nič spoločné. Z tohto pohľadu sú tam osadené displeje z organických svetelných diód, ktoré sú riadené aktívnou matricou tenkovrstvových tranzistorov a ležia na plastovom substráte - teda rovnakom AMOLED, alebo P-OLED. Mimochodom, v LG V30 sa síce displej neprehýba, no stále leží na plastovej podložke.

Výhody OLED:

vysoký kontrast a jas;

hlboká a energeticky účinná čierna farba;

možnosť použitia v nových tvarových faktoroch.

Nevýhody OLED:

silný účinok na oči;

nákladná a zložitá výroba.

Marketingové ťahy

Retina a Super Retina.

V preklade z angličtiny toto slovo znamená „sietnica“ a Steve Jobs si ho vybral z nejakého dôvodu. Počas predstavenia iPhonu 4 v roku 2010 povedal, že ľudské oko nie je schopné rozlíšiť pixely, ak PPI displeja presiahne 300. Presne povedané, akýkoľvek relevantný displej možno nazvať Retina, ale z pochopiteľných dôvodov to nikto okrem Apple nepoužíva termín. Displej budúceho iPhonu X dostal názov Super Retina, aj keď bude mať AMOLED displej a nie IPS displej, ako v iných smartfónoch spoločnosti. Inými slovami, názov tiež nemá nič spoločné s technológiou výroby obrazovky.

iPhone 4 je prvý smartfón s Retina displejom

iPhone X je prvý a zatiaľ jediný smartfón so Super Retina displejom

Super AMOLED.

Táto ochranná známka patrí spoločnosti Samsung, ktorá vyrába displeje pre seba aj pre konkurentov vrátane spoločnosti Apple. Spočiatku bol hlavný rozdiel medzi Super AMOLED a len AMOLED v tom, že spoločnosť odstránila vzduchovú medzeru medzi matricou a vrstvou dotykovej obrazovky, to znamená, že ich spojila do jedného zobrazovacieho prvku. Výsledkom bolo, že pri vychýlení z osi pohľadu sa obraz prestal stratifikovať. Veľmi skoro sa technológia dostala takmer do všetkých smartfónov a dnes nie je úplne jasné, prečo je „super“ lepší ako „bežný“ AMOLED vyrábaný tou istou spoločnosťou.

Nekonečný displej.

Všetko je tu celkom jednoduché: „nekonečný displej“ znamená len takmer úplnú absenciu bočných rámov a prítomnosť minimálny rámec hore a dole. Na druhej strane, ak na prezentácii nepredstavíte obyčajný bezrámikový smartfón, musíte ho nazvať krásnym.

Sľubné technológie

Micro-LED alebo ILED.

Táto technológia je logickou alternatívou k organickým LED diódam: je založená na anorganickom (I) nitride gália, ktorý má veľmi malú veľkosť. Podľa odborníkov budú micro-LED schopné konkurovať bežným OLED vo všetkých kľúčových parametroch: vyšší kontrast, lepšia rezerva jasu, kratšia doba odozvy, odolnosť, menšie rozmery a polovičná spotreba energie. Ale, žiaľ, takéto diódy sú veľmi náročné na masovú výrobu, takže technológia zatiaľ nebude schopná konkurovať na trhu konvenčným riešeniam.

Sony to však nezabránilo ukázať na CES-2012 55-palcový televízor s maticou anorganických LED diód. V roku 2014 Apple kúpil LuxVue, spoločnosť špecializujúcu sa na výskum v tejto oblasti. A hoci iPhone X používa klasický AMOLED, budúce modely už môžu mať nainštalované mikro-LED matrice, ktoré, ako sme si istí, zvýšia hustotu pixelov na 1500 ppi.

Quantum Dots, alebo QD-LED, alebo QLED.

Táto sľubná technológia od spoločnosti Samsung berie trochu zo všetkého od tých, ktoré sú už na trhu. Z LCD displejov dostala vnútorné podsvietenie, len to „naráža“ nie na tekuté kryštály, ale na veľmi malé kryštály so žiarivým efektom, nastriekané priamo na obrazovku – kvantové častice. Veľkosť každej bodky určuje, akou farbou bude svietiť, rozsah je od dvoch do šiestich nanometrov (pre porovnanie: hrúbka ľudského vlasu je 100 000 nanometrov). Výsledkom sú svetlé, sýte a zároveň prirodzené farby. Toto je však stále veľmi nákladná technológia na výrobu: priemerná cena QLED televízorov je približne 2500 – 3000 USD. Takéto displeje sa v mobilnej elektronike nepoužívajú a či a kedy budú, nie je známe.

závery

V praxi sa moderné LCD a AMOLED displeje od seba čoraz menej líšia v kvalite obrazu a energetickej účinnosti. Budúcnosť však spočíva v technológii LED v tej či onej podobe. Tekuté kryštály už prežili svoju užitočnosť a zostávajú na trhu len vďaka nízkej cene a jednoduchosti výroby, aj keď vysoká kvalita obrazu je tiež prítomná. LCD displeje sú svojou štruktúrou hrubšie ako LED displeje a sú neperspektívne z pohľadu nových trendov v zakrivených a bezrámových displejoch. Takže ich odchod z trhu je už viditeľný na obzore, zatiaľ čo LED technológie sa sebavedomo rozvíjajú niekoľkými smermi naraz a ako sa hovorí, čakajú v krídlach.

Technológia LTPS (Low Temperature Polysilicon) je najnovší výrobný proces pre TFT LCD. Táto technológia využíva laserové žíhanie, ktoré umožňuje kryštalizáciu kremíkového filmu pri teplotách pod 400°C.

Polykryštalický kremík je materiál na báze kremíka, ktorý obsahuje množstvo kremíkových kryštálov s veľkosťou od 0,1 do niekoľkých mikrónov. Pri výrobe polovodičov sa polykryštalický kremík zvyčajne vyrába pomocou LPCVD (Low Pressure Chemical Vapour Deposition) a potom sa žíha pri teplotách nad 900 C. Ide o takzvanú metódu SPC (kryštalizácia v pevnej fáze). Je zrejmé, že tento spôsob nemožno použiť pri výrobe zobrazovacích panelov, keďže teplota topenia skla je cca 650 C. Preto je technológia LTPS Nová technológia, určený na výrobu LCD panelov.

Na obrázku nižšie sú znázornené štruktúry monokryštalického, amorfného a polykryštalického kremíka.

Teraz sa pozrime na niekoľko spôsobov vytvárania LTPS fólie na sklenenom alebo plastovom substráte, ktoré sa v súčasnosti používajú:

1. MIC (Metal Induced Crystallization): Ide o variáciu metódy SPC, ale v porovnaní s konvenčnou metódou SPC produkuje polykryštalický kremík pri nižšej teplote (približne 500 - 600 C). To sa dosiahne metalizáciou filmu pred žíhaním. Kov vám umožňuje znížiť energiu potrebnú na aktiváciu procesu kryštalizácie.

2. Cat-CVD: Pri tejto metóde sa nanáša polykryštalický film, ktorý nie je následne podrobený tepelnému spracovaniu (žíhaniu). V súčasnosti je už možné vykonávať depozíciu pri teplotách pod 300C. Rastový mechanizmus katalytickej interakcie však vedie k praskaniu zmesi SiH4-H2.

3. Laserové žíhanie: Toto je v súčasnosti najpopulárnejšia metóda. Ako zdroj energie sa používa excimerový laser. Ohrieva a topí a-Si s nízkym obsahom vodíka. Potom kremík rekryštalizuje vo forme polykryštalického filmu.

Príprava filmu LTPS je samozrejme zložitejšia ako filmu a-Si, ale LTPS TFT sú 100-krát spoľahlivejšie ako tenkovrstvové tranzistory vyrobené technológiou a-Si a navyše technológia LTPS umožňuje výrobu integrovaných obvodov CMOS na skle. substrát v schéme jedného cyklu. Technológia p-Si má v porovnaní s technológiou a-Si tieto hlavné výhody:

1. Poskytuje schopnosť vyrábať integrované obvody budiča na sklenenom substráte v jedinom technologickom cykle, čo umožňuje znížiť požadované množstvo periférne zariadenia a náklady.

2. Vyšší pomer apertúry: Vyššia mobilita nosiča znamená, že požadovaný čas nabíjania pixelov možno dosiahnuť použitím menšieho tenkovrstvového tranzistora. To vedie k tomu, že veľká plocha prvku môže byť použitá na prenos svetla.

3. Médiá pre OLED: Vyššia mobilita nosiča znamená, že napájací prúd je dostatočný na pohon OLED zariadení.

4. Kompaktnosť modulu: Vďaka prítomnosti vstavaného budiča je pre riadiaci obvod potrebná menšia plocha dosky plošných spojov.

Charakteristiky TFT LCD získaných týmto spôsobom budú diskutované nižšie, ale zatiaľ sa budeme zaoberať hlavnými aspektmi technológie LTPS.

Laserové žíhanie

Počas laserového žíhania dochádza ku kryštalizácii filmu a-Si pri teplotách pod 400 °C. Obrázok ukazuje štruktúru a-Si pred laserovým žíhaním a štruktúru p-Si získanú po laserovom žíhaní.

Mobilita elektrónov

Mobilita elektrónov v tenkovrstvových tranzistoroch (TFT) vyrobených technológiou LTPS dosahuje ~200 cm2/V*s, čo je oveľa viac ako u tranzistorov technológie a-Si (len ~0,5 cm2/V*s). Zvýšená mobilita elektrónov umožňuje zvýšiť stupeň integrácie integrovaného obvodu vytvoreného na podložke LCD, ako aj zmenšiť veľkosť samotného tenkovrstvového tranzistora.

Nižšie uvedený obrázok zjednodušeným spôsobom ukazuje, k čomu vedie zvýšená mobilita elektrónov.

Pomer clony

Apertúrny koeficient je pomer užitočnej plochy bunky k jej celkovej ploche. Pretože tenkovrstvový tranzistor LTPS LCD je oveľa menší ako tranzistor LCD vyrobený pomocou technológie a-Si, užitočná plocha bunky a následne aj apertúrny koeficient takéhoto LCD bude vyšší. Ako je známe, pri rovnakých parametroch bude jas bunky s veľkým clonovým koeficientom väčší!

Na obrázku nižšie môžete vidieť, že efektívna plocha LTPS TFT je väčšia ako plocha tenkovrstvového tranzistora a-Si.

Vstavané ovládače

Technológia LTPS umožňuje vytvorenie LCD a integrovaných obvodov ovládača priamo na substráte v jednom cykle. To vám umožní výrazne znížiť počet požadovaných vonkajších kontaktov a zmenšiť veľkosť samotného substrátu. To vedie k tomu, že požadovanú spoľahlivosť zariadenia je možné dosiahnuť pri nižších nákladoch, a preto budú nižšie aj náklady na celý výrobok.

Na obrázku nižšie je zjednodušený pohľad na LCD vyrobený pomocou technológie a-Si a LCD s integrovaným ovládačom vyrobený pomocou technológie LTPS. Ako vidíte, počet kontaktov a plocha substrátu prvého z nich sú oveľa väčšie.

Vlastnosti technológie LTPS:

• Vyššia odozva elektrónov
• Menej spojov a prvkov
• Nízka spotreba
• Možnosť palubnej integrácie integrovaných obvodov budiča

Výroba LTPS TFT LCD

Na obrázku nižšie je bloková schéma výroby LTPS TFT LCD.