Типы матриц. В чем разница между LCD, OLED, miniLED, microLED?

Типы матриц. В чем разница между LCD, OLED, miniLED, microLED?

Сегодня на рынке представлено несколько типов матриц, от LCD до microLED, но выбрать лучшую не так-то просто.

За последние годы индустрия дисплеев прошла тернистый путь. Сегодня на рынке представлено так много конкурентов в этой области, что зачастую трудно определить, стоит ли переплачивать за новую технологию. Например, OLED и QLED на первый взгляд звучат одинаково, но на самом деле это совершенно разные типы дисплеев.

Все это замечательно с технологической точки зрения — прогресс и конкуренция обычно равны лучшей стоимости для конечного пользователя. Однако в краткосрочной перспективе это, безусловно, усложняет процесс покупки нового дисплея.

Чтобы помочь в принятии решения, мы обобщили все основные типы дисплеев в этой статье, а также описали плюсы и минусы каждого из них.

Предисловие

LCD-дисплеи.или жидкокристаллические дисплеи — самые старые из всех типов дисплеев, представленных в статье. Они состоят из двух основных компонентов: подсветки и жидкокристаллического слоя.

Проще говоря, жидкие кристаллы — это крошечные стержнеобразные молекулы, которые меняют свою ориентацию в присутствии электрического тока. В дисплее мы управляем этим свойством, чтобы пропускать или блокировать свет.

Этому процессу также способствуют цветовые фильтры для создания различных субпикселей. По сути, это оттенки красного, зеленого и синего основных цветов, которые в сочетании образуют нужный цвет, как показано на изображении выше. На разумном расстоянии отдельные пиксели (обычно) невидимы для наших глаз.

Поскольку жидкие кристаллы сами по себе не излучают свет, LCD-дисплеи используют белую (или иногда синюю) подсветку. Затем жидкокристаллический слой должен просто пропускать этот свет, в зависимости от того, какое изображение необходимо отобразить.

От подсветки во многом зависит качество изображения на дисплее, включая такие аспекты, как яркость и равномерность цвета.

Немного о «LED» панелях

Вы, наверное, заметили, что термин LCD в последнее время начал исчезать, особенно в телевизионной индустрии. Вместо него многие производители предпочитают называть свои телевизоры не жидкокристаллическими, а LED-моделями. Однако не обольщайтесь — это всего лишь маркетинговая уловка.

В этих так называемых LED-дисплеях по-прежнему используется жидкокристаллический слой. Единственное отличие заключается в том, что для подсветки дисплея теперь используются светодиоды, а не катодные люминесцентные лампы, или CFL.

Светодиоды являются лучшим источником света, чем CFL, практически во всех отношениях. Они меньше, потребляют меньше энергии и служат дольше. Тем не менее, дисплеи все еще остаются LCD-дисплеями.

Так называемые «LED» — это просто жидкокристаллические дисплеи со светодиодной подсветкой.

К слову, давайте рассмотрим различные типы LCD-дисплеев, представленных сегодня на рынке, и их отличия друг от друга.

Матрицы типа TN

Витой нематик или TN, была самой первой ЖК-технологией, разработанная в конце 20-го века. Она проложила путь для перехода индустрии дисплеев от CRT. В дисплеях TN жидкие кристаллы уложены в витую, спиралевидную структуру.

Их состояние «выключено» по умолчанию позволяет свету проходить через два поляризационных фильтра. Однако при подаче напряжения они раскручиваются и блокируют прохождение света.

TN-панели уже несколько десятилетий используются в таких устройствах, как портативные калькуляторы и цифровые часы. В этих сценариях питание требуется только для тех участков дисплея, где свет не нужен. Иными словами, это невероятно энергоэффективная технология.

TN была доминирующей технологией ЖК-дисплеев в течение многих лет благодаря своей дешевизне и энергоэффективности. Эта же система может дать цветное изображение, если использовать комбинацию красных, синих и зеленых субпикселей.

Однако TN-матрицы имеют ряд существенных недостатков, включая узкие углы обзора и низкую точность цветопередачи. Это связано с тем, что в большинстве этих матриц используются субпиксели, которые могут передавать только 6 бит яркости.

Это ограничивает цветопередачу всего 26 (или 64) оттенками красного, зеленого и синего цветов. Это намного меньше, чем у 8- и 10-битных дисплеев, которые могут воспроизводить 256 и 1024 оттенка каждого основного цвета соответственно.

В начале 10-х годов многие производители смартфонов использовали TN-панели для снижения стоимости. Однако индустрия практически полностью отошла от них. Производители телевизоров пошли по этому же пути, где широкие углы обзора являются важным преимуществом, если не необходимостью.

Тем не менее, TN-матрицы по-прежнему используются в других устройства. Чаще всего этот вид панели можно встретить в низкокачественных устройствах, например, в ноутбуках стоимостью до 500 долларов.

Плюсы:

• Низкая стоимость производства
• Энергоэффективность
• Быстрое время отклика

Минусы:

• Низкая точность цветопередачи
• Узкие углы обзора
• Низкий коэффициент контрастности

Матрица IPS

IPS-технология обеспечивает повышение качества изображения по сравнению с TN-матрицей. Жидкие кристаллы в IPS-дисплеях расположены параллельно. В таком состоянии по умолчанию свет блокируется — прямо противоположно тому, что происходит в TN-дисплее.

Затем, когда подается напряжение, кристаллы просто поворачиваются в одной плоскости и пропускают свет. Кстати, именно поэтому технология называется «переключением в плоскости».

IPS-дисплеи изначально разрабатывались для обеспечения более широких углов обзора, чем у TN. Однако они обладают и множеством других преимуществ, включая более высокую точность цветопередачи и разрядность.

В то время как большинство TN-панелей ограничены цветовым пространством sRGB, IPS может поддерживать более широкую цветовую гамму. Это важны и для воспроизведения HDR-контента.

Тем не менее, IPS-дисплеи имеют несколько незначительных нюансов. Технология не настолько энергоэффективная, как TN, и  дороже в производстве.

Плюсы:

• Широкие углы обзора
• Отличная точность цветопередачи

Минусы:

• Время отклика медленнее по сравнению с TN
• Менее энергоэффективная

Vertical alignment (VA)

В VA-матрице жидкие кристаллы ориентированы вертикально, а не горизонтально. Другими словами, они расположены перпендикулярно панели, а не параллельно, как в IPS. Такое вертикальное расположение по умолчанию блокирует гораздо большую часть подсветки, проходящей через переднюю часть дисплея.

Следовательно, панели VA известны тем, что обеспечивают более глубокий черный цвет и лучшую контрастность по сравнению с другими типами ЖК-дисплеев. Что касается битовой глубины и охвата цветовой гаммы, VA способны работать не хуже, чем IPS.

С другой стороны, технология еще относительно незрелая. Первые модели VA страдали от чрезвычайно медленного времени отклика. Это приводило к появлению «призраков», или теней за быстро движущимися объектами. Причина этого проста — перпендикулярное расположение кристаллов VA требует больше времени для изменения ориентации.

Панели VA имеют самое медленное время отклика среди всех ЖК-панелей, но обеспечивают наилучший коэффициент контрастности.
Тем не менее, некоторые компании, такие как LG, экспериментируют с технологиями, такими как pixel overdrive, чтобы улучшить время отклика.

Однако дисплеи VA также имеют более узкие углы обзора, чем панели IPS. Тем не менее, большинство VA-дисплеев оказываются на высоте по сравнению даже с лучшими TN-панелями.

Плюсы:

• Отличная контрастность для ЖК-технологии
• Высокая точность цветопередачи

Минусы:

• Ограниченные углы обзора
• Медленная частота обновления

OLED самая популярная технология сегодня

OLED расшифровывается как Organic Light Emitting Diode. Органическая часть здесь означает просто химические соединения на основе углерода. Эти соединения являются электролюминесцентными, что означает, что они излучают свет в ответ на воздействие электрического тока.

Из одного этого описания легко понять, чем OLED отличается от ЖК-дисплеев и предыдущих типов дисплеев. Поскольку соединения, используемые в OLED, излучают свой собственный свет, они являются эмиссионной технологией. Другими словами, для OLED не нужна подсветка. Именно поэтому OLED повсеместно тоньше и легче ЖК-панелей.

Поскольку каждая органическая молекула в OLED-панели является излучающей, можно контролировать, горит ли определенный пиксель или нет. Уберите питание с определенной точки и пиксель выключится.

Этот простой принцип позволяет OLED-панелям достигать замечательных уровней черного цвета, превосходя ЖК-дисплеи, которые вынуждены использовать постоянно включенную подсветку. Помимо обеспечения высокого коэффициента контрастности, отключение определенных пикселей снижает энергопотребление.

OLED могут похвастаться высокой точностью цветопередачи и чрезвычайной универсальностью. Складные смартфоны, например как Huawei Mate X2, просто не могли бы существовать без гибкости OLED.

Основная проблема OLED заключается в том, что они склонны к  выгоранию. Этот процесс происходит, когда статичное изображение на экране может оставить след на дисплее. Тем не менее, в настоящее время производители используют несколько стратегий для предотвращения выгорания.

А что насчет AMOLED и P-OLED матриц?

AMOLED и P-OLED — распространенные термины в техно индустрии, но они не несут никакой полезной информации для потребителя.

Приставка «AM» в AMOLED означает использование активной матричной схемы для подачи тока, в отличие от более примитивного пассивного матричного (PM) подхода. «P» в P-OLED, тем временем, указывает на использование пластиковой подложки в основе. Пластик тоньше, легче и гибче стекла.

Существует также Super AMOLED, который является просто модным брендингом для дисплеев. Несмотря на то, что компания Samsung использует бренд Super AMOLED, многие ее дисплеи используют пластиковую подложку.

Смартфоны с изогнутыми экранами были бы невозможны без пластика. Аналогично, почти в каждом P-OLED дисплее используется активная матрица.

В целом, подтипы OLED не так разнообразны, как ЖК-дисплеи. Более того, всего несколько компаний производят OLED-дисплеи, поэтому разброс в качестве даже меньше, чем могло бы быть.

Samsung производит большинство OLED-дисплеев, используемые в современных смартфонах. LG Display в свою очередь является монополистов на рынке OLED матриц больших размеров. LG поставляет панели для Sony, Vizio и других гигантов телевизионной индустрии.

Плюсы:

• Высокая точность цветопередачи
• Широкие углы обзора
• Исключительная контрастность
• Ярче, чем обычные ЖК-дисплеи

Минусы:

• Дорогая технология
• Возможность выгорания после длительного использования

Mini-LED

В разделе, посвященном ЖК-дисплеям, мы поняли, что технология может меняться в зависимости от различий в жидкокристаллическом слое. Mini-LED, однако, пытается улучшить контрастность и качество изображения на уровне подсветки. Mini-LED пытается улучшить контрастность и качество изображения на уровне подсветки ЖК-дисплея.

Подсветка в обычных ЖК-дисплеях имеет только два режима работы — «включен» и «выключен». Это означает, что дисплей должен полагаться на жидкокристаллический слой, чтобы правильно блокировать свет в темных сценах. В противном случае дисплей будет выдавать серый, а не черный цвет.

Однако в последнее время в некоторых матрицах используют другой подход. В дисплеях разделяют подсветку на зоны светодиодов. Ими можно управлять индивидуально — либо приглушать, либо полностью отключать.

Как следствие, такие дисплеи обеспечивают гораздо более глубокий уровень черного и высокую контрастность. Разница сразу заметна в темных сценах.

Исходя из названия, светодиоды в Mini-LED меньше, чем в обычных подсветках подсветки. Точнее, каждый мини-светодиод имеет размер всего 0,008 дюйма или 200 микрон.

Мини-светодиоды позволяют производителям дисплеев увеличить количество локальных зон затемнения с нескольких сотен до нескольких тысяч. Плюс ко всему, наибольшее количество зон означает более детальный контроль над подсветкой.

Яркие объекты на черном фоне выглядят гораздо лучше на Mini-LED дисплее, по сравнению c дисплеем с обычной светодиодной подсветкой. Однако, Mini-LED проигрывает OLED дисплеям в контрастности, так как матрицы Mini-LED имеют меньше зон затемнений

До недавнего времени матрицы Mini-LED использовали только в премиум ЖК-телевизорах. На сегодняшний день она используется в ноутбуках и может быть применима в смартфонах.

Возьмем, к примеру, iPad Pro 2021 года. Он был одним из первых потребительских устройств, в которых была применена технология мини-светодиодов. Однако даже при наличии 2500 зон на 12,9 дюйма некоторые пользователи отмечали цветение или ореолы вокруг ярких объектов.

Тем не менее, несложно понять, как мини-светодиоды могут в конечном итоге обеспечить лучшую контрастность по сравнению с традиционной реализацией локального затемнения. Кроме того, поскольку мини-светодиодные дисплеи все еще используют традиционные ЖК-технологии, они не подвержены выгоранию, как OLED.

Плюсы:

• Улучшенная контрастность и более глубокие черные цвета
• Более высокая яркость

Минусы:

• Относительно высокая стоимость
• Повышенная сложность, что затрудняет ремонт подсветки

Технология «квантовых точек» становится все более распространенной — обычно она позиционируется как ключевой фишка при продаж  многих телевизоров . Вы также можете знать ее под маркетинговым сокращением Samsung QLED.

Однако, как и Mini-LED, это не какая-то радикально новая технология. Дисплеи с квантовыми точками представляют собой обычные ЖК-дисплеи с дополнительным слоем между ними.

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 работать в цветовом диапазоне RGB (sRGB). Однако то же самое нельзя сказать о более широких диапазонах, таких как DCI-P3. Поддержка последнего важна, поскольку именно эта цветовой диапазон преимущественно используется в HDR-контенте.

Квантовые точки — это крошечные кристаллы, которые излучают цвет, когда вы светите на них синим или ультрафиолетовым светом. Именно поэтому в дисплеях с квантовыми точками используется не белая, а синяя подсветка.

Дисплей с квантовыми точками содержит миллиарды таких нанокристаллов, распределенных по тонкой пленке. При включении подсветки эти кристаллы способны создавать специфические оттенки зеленого и красного цветов. Точный оттенок зависит от размера самого кристалла.

В сочетании с традиционными цветовыми фильтрами ЖК-дисплеев квантовые точки могут охватывать больший процент спектра видимого света. Проще говоря, вы получаете более насыщенные и точные цвета — достаточно для удовлетворительного воспроизведения и восприятия HDR.

Поскольку кристаллы излучают свой собственный свет, вы также получаете ощутимый прирост яркости по сравнению с традиционными ЖК-дисплеями.

Квантовые точки помогают привычным ЖК-дисплеям достичь более широкого цветового охвата и обеспечить удовлетворительные впечатления от HDR контента.

При этом, технология квантовых точек не улучшает моменты, связанные с контрастностью и углами обзора.

Плюсы:

• Высокая точность цветопередачи
• Высокая яркость
• Отсутствие проблем с выгоранием или долговечностью

Минусы:

• Зависит от реализации ЖК-дисплея, может иметь низкую контрастность и медленное время отклика

Micro-LED — новинка на рынке дисплеев

Micro-LED — новейший тип дисплеев и самый интересный. В дисплеях Micro-LED используются светодиоды, которые еще меньше тех, что используются в Mini-LED. В то время как размер большинства Mini-LED составляет около 200 микрон, размер Micro-LED достигает 50 микрон.

Micro-LED схожа с технологией OLED, но при этом в ней отсутствуют недостатки этого типа матриц. Подсветки в Micro-LED нет, благодаря чему каждый пиксель может быть полностью отключен для отображения черного цвета. В целом, матрица обеспечивает исключительно высокий коэффициент контрастности и широкие углы обзора.

Запас яркости — еще один аспект, который позволяет дисплеям Micro-LED превзойти существующие технологии. Например, даже самые высококлассные OLED-дисплеи, представленные сегодня на рынке, имеют яркость не более 2000 нит, а теоретическая пиковая яркость Micro-LED может достигать до 10 000 нит.

Микросветодиоды превосходят существующие типы дисплеев практически во всех отношениях, но до появления потребительских продуктов пройдет еще несколько лет.

В самых ранних демонстрациях этой технологии производители создавали гигантские видеостены, используя сетку из небольших панелей MicroLED.

Samsung представили свой флагманский дисплей The Wall на основе технологии microLED, в конфигурациях от 72 дюймов до 300 и более дюймов. Но стоит учитывать, что стоимость этих панелей достигает в цене до миллиона долларов.

Почти наверняка в ближайшие годы дисплеи microLED станут доступнее и дешевле. В конце концов, OLED на данный момент существует всего десять лет и уже стал повсеместным.

Плюсы:

• Самая высокая яркость среди всех типов дисплеев
• Исключительная контрастность
• Не сохраняется изображение и не выгорает

Минусы:

• Все еще непроверенная и дорогая технология
• Пока не выпускается на рынок в небольших размерах

Подводя итоги

Итак, теперь вы в курсе различий всех технологий дисплеев, представленных сегодня на рынке! Типы дисплеев могут существенно различаться, и выбор оптимального варианта зависит от характеристик, которые вы считаете важными или требующими наибольшего внимания.