Дисплеи: мифы и реальность, настоящее и будущее

Сегодня мы хотим продолжить публикацию интересных переводных материалов, связанных с разработкой мобильных гаджетов. В этот раз речь пойдёт о самом заметном и, для большинства пользователей, самом важном элементе — о дисплее.

Как все вы знаете, дисплеи в своих спецификациях имеют ряд характеристик, по которым мы судим о возможном качестве изображения, не видя его самого. Однако, зачастую многие пользователи ошибочно понимают, что означают те или иные параметры. И даже держа в руках смартфоны и планшеты, мы склонны сравнивать их с другими моделями не столько доверяя своим впечатлениям, сколько прочитанным характеристикам. Но не вводим ли мы себя тем самым в заблуждение? Давайте разберёмся, а заодно рассмотрим современные технологии изготовления дисплеев и попробуем спрогнозировать их дальнейшее развитие.

Диагональ дисплея

l2.jpg Рис. 1.

Казалось бы, простейшая характеристика, по которой можно оценить размер дисплея. Да, это так, но одной её недостаточно. Лучше всего опираться на размер видимой площади. А она изменяется гораздо быстрее, чем диагональ, поэтому мы зачастую переоцениваем или недооцениваем истинный размер дисплея. При разных соотношениях сторон дисплеи с диагональю одного и того же размера будут иметь разную площадь. Например, 10-дюймовый дисплей с соотношением сторон 4:3 по площади на 12% больше, чем такой же, но с соотношением 16:9.

ppi, количество пикселей на дюйм

l3.jpg Рис. 2.

В последнее время это одна из самых популярных характеристик, но при этом и наиболее недопонимаемая. С одной стороны, чем выше этот параметр, тем более резкое изображение даёт дисплей. Но куда большее значение имеет резкость, различимая глазом человека, а она напрямую зависит от расстояния до дисплея. Ну, и от того, насколько хорошее зрение у конкретного пользователя. Поэтому ppi нужно рассматривать в паре с расстоянием просмотра, только тогда можно адекватно оценить визуальную резкость дисплея. Нормальное расстояние, на котором обычно держат смартфон, составляет примерно 25 см. Люди со зрением, равным 1, с такой дистанции уже не могут различить отдельных пикселей на дисплее iPhone 4 с его 326 ppi. Более того, внешнее освещение снижает визуальную резкость изображения, потому что отражающийся свет снижает контрастность. Поэтому дальнейшая гонка по увеличению ppi у дисплеев мобильных устройств уже потеряла всякое практическое значение.

Отдельно нужно упомянуть просмотр фото и видео. В отличие от компьютерной графики и шрифтов, такой контент имеет гораздо менее упорядоченную структуру с точки зрения цветов пикселей. Поэтому изображения фотографии на дисплеях одного размера, но с разрешениями FullHD (1920х1080) и HD (1280х720), субъективно будут мало различаться по резкости. Особенно, если изображение в формате JPEG. В случае с видео разница будет ещё меньше, поскольку заметная доля мелких деталей просто не будет восприниматься из-за кратковременности их отображения на экране.

Конечно, есть небольшое количество людей с достаточно острым зрением, для которых разница между дисплеями с разным разрешением и ppi очень заметна. Но их доля невелика.

Цветовой охват

l4.jpg Рис. 3.

Этот параметр характеризует цветовой диапазон, который может отобразить дисплей. Считается, что чем больше цветов отображает дисплей, тем лучше. Но это не так. Для точной цветопередачи в фотографиях, видео и прочем контенте, достаточно, чтобы дисплей имел стандартный цветовой охват, использовавшийся при создании этого контента — sRGB/Rec.709. Этот стандарт используется почти во всех цифровых камерах, в цифровом телевидении, в интернете, при производстве подавляющего большинства цифрового визуального контента. Все цвета, выходящие за рамки sRGB / Rec.709, попросту отсутствуют в исходном массовом контенте.

Дисплей с более широким цветовым охватом не отобразит цвета, которых нет в исходном изображении, он просто преувеличит и исказит их. Более узкий цветовой охват сделает изображение более тусклым, более широкий — слишком насыщенным и излишне кричащим. Поэтому субъективно более узкий цветовой охват лучше. Большинство LCD-дисплеев имеют охват уже sRGB (55–65% от общего диапазона), а большинство OLED-дисплеев — шире (до 130%).

В спецификациях многих мониторов и мобильных устройств указано, что они отображают 16 млн цветов. По сути, это давно уже стало стандартом. Однако количество цветов и цветовой охват — не одно и то же. В данном случае речь идёт о количестве возможных комбинаций цветовой яркости красного, зелёного и синего субпикселей. Каждый субпиксель имеет 256 уровней яркости, что приводит к 256х256х256 = 16,7 млн возможных комбинаций. Но это не синоним «цвета» с точки зрения наших органов чувств. Наши глаза попросту не различают множество комбинаций. Плюс ко всему, многие дисплеи по факту не способны отобразить все 16 млн комбинаций, несмотря на заявленную возможность.

Углы обзора

l5.jpg Рис. 4.

По заверению производителей, многие дисплеи имеют угол обзора свыше 170 градусов. Вспомним, что максимально возможный угол равен 180. Многие думают, что этот параметр говори о том, яркость, контрастность и точность цветопередачи не изменяются, даже если мы смотрим на дисплей под углом в 5 градусов (180–170/2). Это абсолютно неверно. На самом деле, 170 градусов — это сектор, в пределах которого коэффициент контрастности изображения снижается до 10. Это около 1% (одного процента) от коэффициента контрастности при просмотре под углом 90 градусов.

Изменение угла просмотра ухудшает качество изображения практически для всех существующих дисплеев. Например, в случае с LCD-дисплеями на IPS-матрицах яркость и коэффициент контрастности снижаются в два раза при отклонении от нормали на 30 градусов. У LCD-дисплеев на TN Film это падение достигается при отклонении на 15 градусов. Несколько лучше ситуация обстоит с OLED-дисплеями: яркость и коэффициент контрастности снижаются на 30% при отклонении от нормали на 30 градусов.

Коэффициент контрастности

Этот параметр характеризует качество отображения тёмного контента, чёрного или близкого к тому. Особенно важен коэффициент контрастности для просмотра видео при низком или отсутствующем внешнем освещении. Для прочих случаев этот параметр второстепенен. Мобильные дисплеи должны иметь коэффициент контрастности не ниже 500, хорошие телевизоры как минимум 1500. Видеофилам подавай плазменные панели с коэффициентом хотя бы 4000.

Однако в рекламе часто упоминаются коэффициенты контрастности от 20 000 до 1 000 000. Если это не OLED-дисплеи, которые действительно могут продемонстрировать такие характеристики, то речь идёт о так называемом «динамическом коэффициенте контрастности». Причём слово «динамический» может и не упоминаться. По сути, это уловка производителей: коэффициент вычисляется как разница между максимальным уровнем яркости в одной картинке и минимальным уровнем яркости в другой картинке. «Настоящий» коэффициент контрастности должен измеряться в пределах одного изображения.

Сегодня лучшие LCD-дисплеи имеют коэффициент около 2000, а у OLED этот параметр составляет от 50 000 и чуть ли не до бесконечности.

Время отклика

Ещё один раздутый параметр. При быстром перемещении объекта по дисплею, за ним иногда может образовываться размытый след. Это связано с тем, что жидкие кристаллы не успевают реагировать достаточно быстро. Стандартный видеоконтент имеет частоту 60 кадров/сек, то есть смена кадров происходит каждые 17 миллисекунд. Поэтому производители прикладывают немало усилий, чтобы сделать время отклика меньше этого значения. Но этим также занимается немало маркетологов, поэтому сегодня в спецификациях массово встречаются такие цифры, как 8, 4 и даже 1 миллисекунда. Однако реальное время откликов у большинства дисплеев сильно превышает 30 миллисекунд.

l6.jpg Рис. 5.

l7.jpg Рис. 6.

l8.jpg Рис. 7.

Перспективы

2014 год обещает быть весьма щедрым на успехи в разработках разных технологий изготовления дисплеев. Давайте рассмотрим основные направления развития в этой области.

- Квантовые точки (Quantum Dots).

Речь идёт о невероятном повышении характеристик LCD-дисплеев благодаря уникальному применению квантовой физики. Квантовые Точки, внедрённые в подсветку матрицы, генерируют очень насыщенные первичные цвета (красный, зелёный, синий), на уровне OLED-технологии. Также повышается яркость изображения и энергоэкономичность. В отличие от традиционных белых светодиодов (в которых используется жёлтый люминофор), Квантовые Точки напрямую трансформируют свет от синих светодиодов в насыщенные узкополосные первичные цвета. И как дополнительный бонус: эти цвета можно очень тонко настраивать в процессе производства, что позволит достичь высокой точности цветопередачи. Это избавит нас от неравномерных цветовых охватов и ошибок «белой точки», которые присутствуют в большинстве современных дисплеев. Вероятно, в ближайшие пять лет технология Квантовых Точек позволит вдохнуть новую жизнь в LCD. В 2013 появились первые коммерческие продукты, использующие дисплеи с квантовыми точками от нескольких производителей. В этом году ещё больше производителей применят эту технологию, но не факт, что многие станут афишировать это обстоятельство. Пока что будут присматриваться к реакции пользователей.

l9.jpg Рис. 8.

- Искривлённые дисплеи.

Также в прошлом году появились первые модели смартфонов и телевизоров с искривлёнными дисплеями. Это очень востребованная и перспективная технология, обещающая существенное повышение качества изображения за счёт резкого снижения паразитных отражений от поверхности дисплея. В свою очередь это позволит снизить яркость дисплея и тем самым повысить его энергоэкономичность. Обратите внимание, что степень искривления очень мала и не оказывает заметного влияния на изображение. Более того, искривление даже слегка уменьшает трапециевидное искажение изображения на больших дисплеях. В большинстве случаев изогнутые дисплеи построены по OLED-технологии, но есть и несколько примеров LCD. В 2014 году вряд ли стоит ожидать большого числа устройств с изогнутыми дисплеями из-за невысокого объёма производства матриц.

l10.jpg Рис. 9.

- Гибкие дисплеи.

Пожалуй, одна из наиболее востребованных технологий в сфере носимой электроники. На днях LG продемонстрировала 18-дюймовый гибкий OLED-дисплей на нейлоновой подложке, с разрешением 1200х810. Его можно свернуть в трубку диаметром около 2,5 см. К 2017 году компания планирует создать 60-дюймовый гибкий дисплей.

Вряд ли стоит в этом году ожидать появления первых продуктов с полноценными гибкими дисплеями (прикреплённых к устройству лишь одной стороной, как флаг к древку). Вероятно, первопроходцами станут умные часы, но уже в 2015 году.

- Дисплеи с широким цветовым охватом.

Как мы уже упоминали, до недавнего времени LCD-дисплеи в действительности отображали лишь 55–65% стандартного цветового охвата sRGB/Rec.709. Это связано с тем, что при расширении отображаемого охвата снижается яркость и энергоэкономичность. Однако благодаря Квантовым Точками это явление можно будет победить. Сейчас качественные LCD-дисплеи отображают более 85% стандартного охвата, а лучшие образцы подбираются к 100%. На этом фоне выпущенные в 2013 году iPad mini с дисплеем Retina и Microsoft Surface 2 выглядят особенно вяло со своими 63%. Напротив, OLED-дисплеи за счёт своего цветового охвата, на 30% превышающего стандартный, существенно искажают цвета исходного изображения. Но, например, Samsung в своих некоторых устройствах внедрил режим расширенного управления цветопередачей, при котором охват принудительно уменьшается примерно до 100% от стандартного. Однако смысл в дисплеях с широким охватом, существенно превышающим стандартный, есть. Дело в том, что внешнее освещение ухудшает цветопередачу дисплеев, ведь очень редко кто использует их в полной темноте. Поэтому благодаря системе управления цветом можно будет в реальном времени точно подстраивать цветопередачу конкретного дисплея для компенсации влияния внешнего освещения. Кстати, по этому параметру самые лучшие образцы смартфонов, планшетов и телевизоров уже сравнимы с профессиональными студийными мониторами.

- Дисплеи с высоким разрешением и ppi

Пользователи всегда охотно переходили на устройства с более высоким разрешением. Однако выше мы уже говорили о том, что дальнейшее повышение разрешения и ppi не является целесообразным с точки зрения заметного улучшения качества изображения. Рассмотрим 4К-телевизоры (3840х2160). Чтобы заметить увеличение разрешения по сравнению с 1920х1080, вам придётся смотреть телевизор (при условии, что у вас зрение 1):

  • 40-дюймовый (100 см) с расстояния менее 160 см
  • 50-дюймовый (127 см) с расстояния менее 200 см
  • 60-дюймовый (152 см) с расстояния менее 240 см
  • 70-дюймовый (177 см) с расстояния менее 280 см
  • 80-дюймовый (203 см) с расстояния менее 320 см

То есть вам придётся сесть в два раза ближе, чем рекомендуется для комфортного просмотра. В противном случае вы вряд ли заметите разницу в разрешении между 4К HDTV.

Однако разрешение и ppi дисплеев как телевизоров, так и мобильных устройств, будет расти. В 2013 году вышло несколько моделей смартфонов с 5–6-дюймовыми дисплеями с разрешением 1920х1080 и ppi от 400 до 468. Из-за развития технологий и ужесточения конкуренции уже появился смартфон с разрешением QuadHD (2560х1440) и 538 ppi. Увеличение этих двух параметров хоть и мало влияет на резкость изображения, но зато даёт ряд преимуществ:

  • большее соответствие разрешению цифровых фотографий,
  • возможность отображать FullHD-контент с полями на 1,6 Мп, где можно разместить дополнительную информацию,
  • эффективное и простое масштабирование в разные форматы разрешения для ускорения обработки и улучшения качества изображения.

Аналогичная гонка разрешений наблюдается и в стане планшетов.

Заключение

Вероятнее всего, будущие модели YotaPhone получат основные дисплеи, произведённые по другим технологиям. Ещё недавно казалось, что у LCD практически нет шансов по сравнению с OLED, но Квантовые Точки могут кардинально поменять расклад. Кто знает, возможно, через несколько лет мы предложим YotaPhone с дисплеем 4К и возможностью использовать на ярком солнце не менее комфортно, чем второй дисплей на электронных чернилах. А какими вы видите дисплеев смартфонов в 3–5 летней перспективе?

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (17 votes)
Источник(и):

1. habrahabr.ru