Что такое пентайл дисплей
Заметка носит упрощенный и неполный характер. Поскольку семейство пентайл-технологий увязано с пониманием биологии глаза, здесь нет "идеала" и постоянно ведутся работы по поиску наилучшей структуры матрицы, которая бы обеспечивала достаточно хорошую передачу изображения, его яркости, насыщенности, естественности цветов, резкости и контрастности. При одновременном снижении энергопотребления, себестоимости производства, повышении времени работы до отказа и т.п. Более менее этот текст актуален на середину 2011 года. Если необходимы правки, пишите их в форуме под статьей или свяжитесь с автором через социальные сети.
Пентайл от итальянского PenTile
Патентованная схема матрицирования субпикселов для создания дисплеев. От латинского "пента" - "пять". Субпиксел - минимальная управляемая "точка" на экране всегда одного неизменного цвета, красного (R), зеленого (G) или синего (B). Из нескольких субпикселей формируется "пиксел", то есть элемент изображения, который может иметь практически любой цвет, который можно получить, как правило, из комбинации RGB (красный-зеленый-синий). Почему пентайл? Потому что в классической пентайл матрице каждый пиксел формировался из пяти субпикселов. На практике широкое распространение получили и другие виды пентайл матриц, общим для которых является использование нескольких субпикселов для формирования одного пиксела.
Классическое расположение пикселов в пентайл-матрицы. Источник картинки
То есть в пентайл-матрице два красных и два зеленых субпиксела треугольной формы и квадратный субпиксел синего цвета в центре каждого пиксела. В теории это соответствует строению человеческой сетчатки, где примерно поровну колбочек L и M типа и заметно больше колбочек S-типа, ответственных за восприятие синего цвета. Считается, что снижение числа синих субпикселов не влияет на качество восприятия картинки.
Компанию, которая разработала пентайл матрицу приобрела компания Samsung и теперь компания Nouvoyance Imc. продолжает исследования в области данной технологии.
Появилось две технологии, которые нашли практическое применение в дисплеях, в том числе в дисплеях мобильных устройств: Пентайл RGBW и Пентайл RGBG.
В RGBW в матрицу добавлен белый субпиксел, что делает дисплей более ярким, при этом сокращая его энергопотребление.
Сравним Pentile RGBW и традиционынй RGB Stipe (три в ряд).
Потребление PenTile RGBW на 50% ниже обычного RGB LCD. То же разрешение обеспечивается при использовании на 33% меньшего числа сабпикселов. Данные приведены для дисплеев из LTPS (низкотемпературного полисиликона). Технология также нашла применение в OLED-дисплеях, где она позволяет повысить их долговечность и яркость. Поскольку подсветка LCD-дисплея весьма энергоемкая, выигрыш заметно продлевает время работы смартфона без подзарядки. Примеры телефонов с PenTile RGBW: Motorola es400, Motorola Atrix 4G.
В целом вывод - PenTail RGBW с разрешением 720p и те, что за ними последуют - это круто и сравнивать их с RGB stripe бесполезно, т.к. RGB stripe такого разрешения пока что не созданы (ноябрь 2011).
Здесь в матрице чередуются два сравнительно крупных сабпиксела красного и синего цвета, разделяемые зелеными, более узкими субпикселами. Человеческий глаз более восприимчив к зеленому, поэтому такая схема позволяет экономить треть сабпикселов по сравнению с RGB-RGB схемой при равной измеряемой яркости.
Такая схема используется в экранах AMOLED. Super AMOLED и Super AMOLED HD. (В Super AMOLED Plus не используется). Пентайл RGBG есть в Samsung i9000 Galaxy S, в Samsung Galaxy Nexus.
По сравнению с дисплеями, где используются комбинации субпикселов вида RGB-RGB-. пентайл-дисплеи RGBG могут выглядеть более зернистым, неровным, с размытыми шрифтами (особенно мелкими). Это особенно заметно на насыщенных цветном фоне. В дисплеях RGBW это происходит из-за того, что приходится выключать W-сабпикселы, чтобы добиться насыщенного цвета. В матрицах RGBG эффект проявляется, когда нужно показать насыщенную красным картинку.
PenTile матрица – это одна из разновидностей жидкокристаллического экрана, или дисплея, построенного по технологии AMOLED. Права на это наименование принадлежат компании Samsung, являющейся держателем патента на технологию. Слово образовано от греческого «пента» (что значит «пять») и английского «tile» (плитка). Данным термином обозначают технологию устройства экранов, в которых за формирование пикселя ответственны сразу пять субпикселей.
Традиционная технология изготовления экранов подразумевает задействование трех активных точек для формирования цвета каждого пикселя на матрице. Стандарт RGB предусматривает использование комбинации из красной, зеленой и синей точки, за счет регулировки каждой из которых достигается конечный оттенок активного элемента. В PenTile данное число расширено до пяти. Таким образом производители стараются сделать экран однороднее, ярче, красочнее и экономичнее.
Схема PenTile предусматривает расположение в шахматном порядке точек, ответственных за формирование пикселя. На данный момент существует две схемы, по которым создаются такие экраны. Отличаются они количеством и расположением субпикселей.
Согласно официальной информации, разработка стандарта PenTile была предпринята для улучшения качества экранов без увеличения энергопотребления. Все упрощения сделаны с учетом физиологических особенностей глаз человека (которые не все цвета воспринимают одинаково). Но, несмотря на благие намерения, не лишена технология и минусов. Каких именно – рассмотрим ниже.
PenTile RGBW
Перед тем, как перейти к описанию наиболее распространенной реализации PenTile (внедряемой Samsung), следует рассмотреть альтернативную ее реализацию. RGBW расшифровывается как «красный-зеленый-синий-белый». То есть, к трем стандартным элементам добавлен еще один, белого цвета. Такой подход позволяет увеличить яркость экрана, не повышая потребления энергии, сделать картинку более однородной и бесшовной.
Белые субпиксели в матрице PenTile RGBW
Учитывая особенности, можно сказать, что у такого типа матрицы минусов практически нет. Но подобная технология как-то не прижилась среди смартфонов, так как обходятся подобные дисплеи дороже, а таких уж явных преимуществ (заметных невооруженным глазом «с ходу») для пользователей они не несут.
PenTile RGBG
Наиболее распространенной и актуальной версией реализации PenTile является компоновка RGBG (Red-Green-Blue-Green). То есть, в довесок к красному и синему цвету – прилагается не один, а два зеленых субпикселя. Согласно исследованиям физиологов, именно зеленый цвет лучше всего воспринимается человеческим глазом, поэтому решение удвоить количество таких элементов выглядит научно обоснованным.
PenTile RGBG матрица
Плюсы PenTile-матриц
- Более равномерная заливка поля зеленым цветом. Наличие двух точек зеленого цвета позволяет более равномерно заполнить матрицу светом, скрыть границы между субпикселями. Ведь на восприятие яркости нашими глазами больше всего влияет именно волна излучения, соответствующая зеленому цвету.
- Увеличение срока службы. По словам представителей Samsung, сильнее всего в экранах деградируют синие субпиксели матрицы. Уменьшение их числа приводит к повышению срока службы экрана.
- Снижение энергопотеребления. Использование двух (а не трех) субпикселей на пиксель в PenTile матрицах позволяет снизить расход электроэнергии, и увеличить автономность смартфона.
Но уже при прочтении этих преимуществ закрадываются подозрения о том, что недостатков технология PenTile тоже не лишена. И минусы у нее действительно есть.
Недостатки PenTile-матриц
При использовании матриц PenTile RGBG логично предположить, что разрешение вычисляется по принципу суммирования квартетов субпикселей (красный, синий и два зеленых). Но в Samsung решили иначе: рассчитывать разрешение по зеленым точкам. Таким образом, в расчет принималось, что в составе пикселя находится два субпикселя: зеленый и синий или красный. Благодаря такой маркетинговой уловке разрешение увеличивается вдвое.
Фактически соседние двухточечные пиксели связанны между собой попарно, и раздельно не могут функционировать. С учетом, что синие и красные точки ярче зеленых – визуальный эффект не столь выражен, но на ранних версиях матриц PenTile был заметен. К примеру, дисплей Galaxy S2 с разрешением 800х480 на вид был менее четким, чем экраны конкурентов. С внедрением сверхвысоких резолюций 2560х1440 разница стала незаметной невооруженным глазом, но фактически подобный экран находится на уровне IPS экрана с FullHD.
Сниженная четкость – это единственный существенный недостаток PenTile. Но с появлением матриц 2560х1440 его можно считать неактуальным, так как при традиционном использовании смартфонов даже при 300 PPI, невооруженный глаз не в силах отличить отдельные точки. Проблема может быть актуальной при использовании бюджетных технологий виртуальной реальности, вроде Google CardBoard. В подобных условиях только анонсированный HTC 10, матрица которого построена по технологии IPS, может выигрывать у Samsung S6 или S7 с AMOLED по четкости картинки.
Качество картинки от диагонали дисплея практически не зависит — здесь вопрос в удобстве использования. У одних пальцы длиннее, другим надо, чтобы телефон без труда помещался в небольшой карман брюк, и так далее. За качество изображения отвечает разрешение: чем оно выше, тем картинка четче. Соответственно, на экранах с высоким разрешением разглядеть отдельные пиксели человеческим глазом либо невозможно, либо нужно приложить для этого ряд усилий.
| Разрешение | Где встречается |
| 480 x 800 (WVGA) | Используется редко в бюджетных смартфонах, максимум с диагональю 4 дюйма, редко 5 дюймов |
| 540 x 960 (qHD) | Разрешение для «бюджетников» с диагональю 4-4,5 дюйма |
| 720 x 1280 (HD) | Смартфоны средней ценовой категории, диагональ от 4,7 дюйма до 5,5 дюйма (Xiaomi Redmi 4) |
| 1080 x 1920 (Full HD) | Флагманское разрешение, используется в смартфонах с диагональю от 5 дюймов и выше (например, Xiaomi Mi Max) |
| 2560 x 1440 (QHD) | Смартфоны премиум-сегмента (LeTV Leeco Le Max 2 и другие) |
| 3840 x 2160 (4K) | Экспериментальное разрешение для устройств Samsung и Sony |
Здесь опять же нельзя не отметить Apple, которая решила выделиться и использовать нестандартные разрешения — 640 x 1136 и 750 x 1334 (используется в iPhone 7 Plus), сделав упор на плотность пикселей (Retina). Если имеем дело со смартфоном средней ценовой категории, здесь отдается предпочтение HD — например, Redmi 3S ($122.99 по промокоду XRBTGB) и Redmi 3 Pro ($142.99 по купону JCWKH). Остальные производители от шаблона стараются не отходить, используя преимущественно Full HD (Xiaomi Mi5 ($399.99 с купоном ROTHQ) и другие) — об этом говорит статистика.
Пиксели всему голова
Мы не зря затронули тему пикселей в последнем абзаце — от показателя плотности пикселей (количества точке на дюйм, ppi) тоже зависит многое. При одном и том же разрешении экрана, но разной диагонали, плотность пикселей будет разной. Apple, например, говорит, что человеческий глаз не может разглядеть пиксели с расстояния 30 см и показателе 300 ppi, поэтому не использует экраны с высокой плотностью точек. Зачем, если восприниматься будет так же, а стоимость увеличится?
Но вот многие другие производители продолжают утверждать, что человеческий глаз на самом деле не такой «слепой» и вполне способен различить плотность в 300 и 400 пикселей. Поэтому они предлагают смартфоны с показателем 400 ppi и выше, стоимость которых не обязательно превышает 500 долларов — взять для примера тот же Lenovo X3 Lite с 401 ppi или LeTV LeEco Le 2 Pro с 403 ppi ($178.99 по промокоду VYLDFS). Есть ли в этом смысл? В целом, изображение действительно выглядит лучше, но и при 300 ppi вы тоже вполне будете довольны картинкой. Главное не забывать об оптимальном соотношении между диагональю экрана, его разрешением и плотностью пикселей. Например, если для получения хорошей картинки HD-разрешение еще пойдет для 4,7 дюймов, то вот смартфонам с диагональю 5,5 дюйма уже потребуется Full HD.
На самом деле многие пользуются смартфонами с плотностью пикселей 250-300 и не обращают внимание на точки. Однако не заметить их при показателе ppi ниже 200 просто невозможно, и это доставляет определенный дискомфорт.
Но диагональ, разрешение экрана, плотность пикселей — все это второстепенное по сравнению с другим немаловажным критерием. Поэтому переходим к главному — технологиям изготовления экранов.
Что таят в себе матрицы
В современных смартфонах наиболее распространены три технологии производства матриц — AMOLED, в которой используются органические светодиоды, и еще две, основанные на жидких кристаллах (LCD) — IPS и TN+film. Во всех типах экранов применяется технология TFT: для работы каждого субпикселя используются тонкопленочные транзисторы. Как правило, матрицы TFT используют аморфный кремний, однако в последнее время производители начали внедрять новую технологию LTPS-TFT, где используется поликристаллический кремний. Размер транзисторов меньше — плотность пикселей больше, даже 500 ppi не предел. Такие смартфоны уже есть, одним из первопроходцев был OnePlus One с 401 ppi.
Все LCD работают по одному принципу. Ток прикладывается к молекулам жидких кристаллов, задает угол поляризации света, после чего последний проходит через светофильтр и окрашивается в цвет нужного субпикселя. В бюджетных смартфонах до сих пор используют матрицы TN с малым углом обзора (не более 60 градусов), низким уровнем контрастности и цветопередачи.
LCD-дисплеи подразделяются на активные и пассивные. Пассивные матрицы — это STN, технология скрученных кристаллов, и ее продвинутые собратья — CSTN, FSTN и DSTN. Последняя отличается тем, что в такой матрице двухслойная ячейка состоит из двух ячеек STN. При работе молекулы поворачиваются в противоположные стороны, а проходящий свет теряет большую часть своей энергии. К активным матрицам относятся TFT, о которых мы говорили ранее.
Поэтому на смену TN пришла технология IPS (SFT). Хотя у IPS-матриц и 20-летняя история, сейчас они остаются очень технологичными. Угол обзора у них достигает 180 градусов, высокий уровень цветопередачи и плотности пикселей. IPS тоже бывают как дешевыми, так и дорогими, причем разница между ними видна сразу: чем дешевле, тем угол обзора меньше, а цвета блеклые. Из качественных стоит отметить AH-IPS от LG и матрицы PLS от Samsung. Последние отображают около 98 % цветов IPS, имеют низкое энергопотребление и стоят на 20 % дешевле.
В IPS-матрицах управляющие электроды распределены на одной поверхности так, что силовые линии электрического поля могут принять горизонтальную форму. Как только подается напряжение, жидкие кристаллы разворачиваются в одной плоскости. Поскольку ячейка IPS заперта, она пропускает меньше света, а цветопередача происходит без провалов.
IPS-матрицы уже на протяжении нескольких лет популярны среди производителей смартфонов. Их можно встретить как у того же Xiaomi Mi4, так и у DOOGEE X5 MAX или даже флагманов вроде Huawei Mate 8. Одним из смартфонов, который сочетает IPS-матрицу и высокий показатель ppi, является Lenovo K5 Note: есть в золотом ($153.99 по промокоду LK5GB) и серебряном ($150.99 по промокоду LKGB) цветах.
Матрицы OLED, в основе которых органические светодиоды, сильно отличаются от IPS. В данном случае источником света являются сами субпиксели, соответственно отпадает необходимость во внешней подсветке, за счет этого такие экраны тоньше жидкокристаллических. Одна из разновидностей OLED — AMOLED, и применяется в современных флагманах. Управление субпикселями (причем каждым в отдельности) осуществляется при помощи активной TFT-матрицы. AMOLED дисплеи очень хороши для отображения глубокого черного цвета, поскольку для него достаточно лишь отключить светодиоды. Черные участки экрана просто не потребляют энергию, так что такие матрицы еще и довольно экономичные.
AMOLED отличается высоким уровнем насыщенности цветов — порой даже настолько насыщенными, что они кажутся нереальными, и приходится регулировать данный параметр при помощи настроек. Нынешние смартфоны такой болезнью уже не страдают, но некоторые производители по-прежнему предоставляют пользователям возможность приблизить картинку к IPS-экранам.
Очевидно, AMOLED имеет ряд преимуществ по сравнению с IPS: высокую яркость и контрастность, компактность, меньшую толщину дисплея, цветопередачу. Поэтому OLED-дисплеи дороже и сложнее в производстве, нежели LCD. На первых порах AMOLED-экраны отличались неодинаковым сроком службы светодиодов разных цветов: через некоторое время субпиксели выгорали, откуда возникало остаточное изображение. Современные органические светодиоды рассчитаны как минимум на три года непрерывной работы, так что покупать смартфоны с AMOLED можно смело: например, OnePlus 3T или Huawei P9 Plus.
Сейчас все идет к тому, что в будущем все смартфоны будут оснащаться OLED-дисплеями. Даже Apple, по слухам, планирует отказаться от IPS и использовать OLED (может даже гибкий) в iPhone 8. Вот только производителей соответствующего оборудования можно пересчитать по пальцам — на данный момент его едва хватает для потребностей вендоров. Что будет, если к ним присоединится Apple с ее сотнями миллионов iPhone в год? Подумать страшно.
Субпиксель имеет значение
Да, не только тип матрицы влияет на картинку, но и расположение (рисунок) субпикселей. Если говорить об LCD, то в этих матрицах пиксель RGB состоит из трех вытянутых субпикселей.
Они, как правило, выполнены либо в форме прямоугольника, либо тупого угла.
Матрицы AMOLED устроены гораздо сложнее. Человеческий глаз очень чувствителен к зеленому свету, и поскольку здесь светятся сами субпиксели, применение такого же рисунка, как на картинках выше, привело бы к потере цветопередачи. На помощь пришла технология PenTile: она использовала красный-зеленый и синий-зеленый пиксели: красные больше походили на квадраты, синие — на прямоугольники, а зеленые были слишком вытянуты. От первой версии PenTile быстро отказались, поскольку пиксели были хорошо видны, а белый свет отдавал серым.
Решение нашлось в виде технологии Diamond PenTile (заметили, маркетологи любят ко всему добавлять «бриллианты»?) — новый тип рисунка, где красный, синий и зеленый субпиксели выполнены в форме квадратов. «Серость» белого цвета исчезла, а остальные проблемы решились банальным увеличением количества пикселей на дюйм. Diamond PenTile компания Samsung использует и по сей день в смартфонах Galaxy S7 и S7 Edge.
Так что если надумаете брать смартфон с AMOLED, обязательно обращайте внимание на показатель ppi. В идеале он должен быть не менее 300.
Немаловажен и ряд конструктивных особенностей экрана. Так, например, отсутствие воздушной прослойки между проекционно-емкостным сенсором и дисплеем позволило увеличить максимальную яркость, цветопередачу и угол обзора — сенсор и матрица в данном случае объединены в единое целое (OGS). Да, замена стекла отдельно от дисплея заметно усложняется, но плюсов у OGS гораздо больше.
Gorilla Glass: так ли нужно?
Среди производителей смартфонов с давнего времени стал распространен еще один тренд — устанавливать стекла Gorilla Glass. Если вкратце, для производства таких стекол используется диоксид кремния с некоторыми химическими добавками и высокие температуры — более 1000 градусов. Упрочнение происходит по причине возникновения внутренних напряжений определенного вида: сжатия у поверхности и растяжения в ядре.
В 2014 году компания Corning представила Gorilla Glass 4, тогда упор был сделан на прочность стекла, которое должно было пережить падение на прочные поверхности — плитку, асфальт и так далее, правда с высоты не более одного метра. В июле этого года было анонсировано новое поколение Gorilla Glass 5: по словам производителей, оно в 1,8 раза прочнее и способно выдержать падение с высоты 1,6 метра в 80 % случаев. Влияет ли это каким-то образом на качество изображения и отзывчивость дисплея? На самом деле нет, а если и влияет, то человеческий глаз вряд ли способен это заметить. Поэтому, когда вы выбираете смартфоны с Gorilla Glass, вы вкладываете не столько в картинку, цветопередачу и т.д., а в то, чтобы стекло не разбилось при падении (а если телефон еще и водонепроницаемый, может и попадание в «русиано» выдержать). Смартфонов с Gorilla Glass сейчас много, тот же Lenovo ZUK Z2, LEAGOO M8 или ASUS ZenFone ZOOM. Скоро производители и пятое поколение начнут активно эксплуатировать.
Какое будущее нас ждёт
IPS, OLED, AMOLED — это, конечно, далеко не предел современных технологий. Сейчас активно разрабатываются экраны QLED, где используются квантовые точки — микроскопические кусочки полупроводников. По словам экспертов, матрицы QLED обеспечат высокий уровень яркости и цветопередачи, при этом будут по-прежнему энергоэффективными. Также будущее за гибкими дисплеями — хотя в массовом производстве их еще нет, сама технология развивается стремительными темпами: пару месяцев назад вот российские химики в сотрудничестве с университетом Гронингена из Нидерландов смогли получить органический материал, подходящий для производства гибких дисплеев более дешевым и простым способом. Так что смотрим внимательно, и смотрим в оба!
При выборе нового смартфона, умных часов, планшета или ноутбука важнейшую роль играет дисплей. В последние годы почти всегда выбор был между IPS и AMOLED матрицами. Однако в последнее время рынок домашней и портативной техники заполонили новые типы матриц, в которых путаются даже производители ― OLED, P-OLED, PLS, Super AMOLED, Dynamic AMOLED и далее по списку. Если упростить, то все они являются родственными типами, которые отличаются в деталях. Каких именно — мы расскажем в этом материале. После его прочтения вы сможете давать платные консультации друзьям, притворяться консультантом в Эльдорадо и больше никогда не испытывать неловкие паузы в разговоре с малознакомым человеком.
Отличия между IPS и AMOLED-матрицами
В портативной технике в последнее время господствует 2 типа матриц ― IPS и AMOLED. Интернет разделился на несколько враждующих лагерей. В первом топят за IPS-дисплеи и нещадно критикуют AMOLED за излишнюю цветастость и кислотность. В секте свидетелей флагманов наоборот уверены, что в хорошем телефоне должен стоять только AMOLED или super AMOLED дисплей, а все остальное просто экономия. В вопросе «IPS или AMOLED» истина, как обычно, находится посередине и у каждого типа матриц есть свои хорошо известные преимущества и недостатки.
 |
Матрица типа in-plane switching (или просто IPS) является продвинутой вариацией обычного жидкокристаллического дисплея, но с более ровной и яркой подсветкой из светодиодов. Сильными сторонами IPS-матриц является натуральная цветопередача с широкими углами обзора, приправленные увеличенным сроком службы светодиодов и доступностью таких матриц. При этом у них не самая впечатляющая контрастность, а черному цвету не хватает глубины. Из-за узкого диапазона подсветки IPS-экраны (особенно недорогие) не умеют хорошо разделять наиболее яркие и наиболее темные пиксели, поэтому такой экран не совсем корректно отображает глубину черного цвета и оттенки серого.
У AMOLED матриц наоборот нет конкурентов, когда дело доходит до максимальной яркости, контрастности, цветопередачи и глубины черного цвета. Благодаря использованию органических светодиодов AMOLED дисплею не нужно дополнительно подсвечивать черные пиксели, поэтому он экономнее расходует ресурсы батареи. Обратная сторона медали ― проблемы с балансом белого, а также зачастую излишняя контрастность и насыщенность цветов, как будто все настройки дисплея выкрутили на 100%. В большей степени это касается смартфонов околотоповых за $400 – 500, которые стремятся к звездам, но вынуждены на чем-то экономить.
Если провести прямое сравнение между аппаратами с AMOLED и IPS дисплеями одинакового разрешения, то можно заметить, что яркость, динамический диапазон и контраст на стороне OLED. На таких матрицах шрифты выглядят четче, резче и лучше прорисованы. Причем независимо от яркости подсветки и оттенков. С другой стороны, у IPS лучше проработаны фоновые участки, мягкие переходы выглядят различимее и ярче.
Читайте также: