Дисплеи: мифы и реальность, настоящее и будущее



    Приветствуем вас в нашем блоге. 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




    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




    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




    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




    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.







    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.

    • 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.

    • 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):
    o 40-дюймовый (100 см) с расстояния менее 160 см
    o 50-дюймовый (127 см) с расстояния менее 200 см
    o 60-дюймовый (152 см) с расстояния менее 240 см
    o 70-дюймовый (177 см) с расстояния менее 280 см
    o 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:
    o большее соответствие разрешению цифровых фотографий,
    o возможность отображать FullHD-контент с полями на 1,6 Мп, где можно разместить дополнительную информацию,
    o 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?
    Yota Devices
    0.00
    Company
    Share post
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 34

      +6
      Надеюсь, излучение квантовых точек удастся сделать когерентным. Тогда остаётся догнать размер пикселя до 400-450 нм, и здравствуй, голографический дисплей!
        0
        Вообще, как вариант — это устройство, представляющее собой подобие очков GG. Стереоскопические очки дополненной реальности. Если научиться делать такие устройства с возможностью подключения к любому источнику видеосигнала. В принципе тот же Wi-Fi уже почти повсеместно распространён. Даже 54 Мб/сек, полагаю, в состоянии обеспечить качественную передачу видеоряда без тормозов. Так что остаётся только создать бюджетные очки с встроенным Wi-Fi и… «здравствуй, Будущее!»
          0
          Да, зачем нам HDMI и DP с их гигабитами? Даешь дисплеи, подключаемые по Wi-Fi!
          • UFO just landed and posted this here
              +2
              Стереоочки не прошлое. Появившись в 90е они просто обогнали свое время — для создания нормальных очков тогда не было ни подходящих по разрешению дисплеев, ни достаточно точных средств для взаимодействия с реалом, вроде гироскопов.

              Для честной голографии в динамике место тоже найдется, но очки будут распространены гораздо больше. По той же причине, по которой не пошло в массы голосовое управление — очки гораздо удобнее когда требуется независимая и не мешающая друг другу работа нескольких человек.
              • UFO just landed and posted this here
                  0
                  Пардон, в 90-е какого века? ;)
                  Прошлого, ессно. Примерно тогда появился первый бытовой их вариант vfx1. Но по ттх он как я уже сказал ну никак не тянул на что-то осмысленное.

                  Работать целый день в очках будут только немногие фанатики, это не универсальное решение для всех и каждого.
                  100500 очкариков работают так уже сейчас и не жужжат.

                  А чем честный голоэкран, дающий полноценную 3d-картинку с многоточечным обзором (а не просто унылое стерео) будет мешать одновременной работе нескольких человек?

                  Он займет то место, которое сейчас занимают проекторы — демонстрация одной схемы для нескольких. А вот для работы, а также развлечений лучше что-то куда более близкое к монитору — что не будет требовать много места для вывода картинки и что будет показывать картинку только хозяину. Очки для этого подходят гораздо лучше.
                  • UFO just landed and posted this here
            0
            Ага, монохромный и низкого разрешения
              0
              Ура, не монохромный и прекрасного разрешения) мы были ограничены монохромной голограммой только из-за процессов записи и восстановления голограмм. А, назовем её так, когерентная RGB-матрица способна создать совершенно любое изображение.
              Разумеется, традиционная технология записи голограмм тут не подойдёт. Тут нужно синтезировать голограмму путём просчитывания трехмерной сцены. И самый простой способ изготовления 3-D фильма будет примерно таким — снимается фильм сразу несколькими камерами, компьютер строит на основании изображений трёхмерную сцену и сразу же текстурирует её. Из этих данных просчитывается интерференционная картина. Думаю, к моменту появления таких экранов, компьютеры станут достаточно мощными для такой работы.
                0
                Позволю себе усомниться, т.к. как только мы делаем матрицу RGB, то у нас тут же ползет интерференционная картина по каждому отдельному каналу. Для расположения субпикселей «в ряд», видимо, будет наблюдаться эффект схожий со свойствами диффракционной решетки и мы получим в пространстве несколько копий картинки, которые будут интерферировать друг с другом (т.е. это не будет даже просто двоение-троение картинки)

                Что до разрешения, то у фотопластинок используемых для голограмм оно дает линии с шагом до 100-200 нм, причем объемные. И даже там конечное разрешение сравнительно невысоко. У намного более грубого приближения пикселями по 400-450 нм картинка будет значительно менее резкой. Я уж молчу про необходимость работать с мониторами с разрешением порядка 10^11 пикселей для небольшого дисплея (~A4). Техника конечно развивается быстро, но таки даже 10^7 сейчас представляет проблему.

                И самый простой способ изготовления 3-D фильма будет примерно таким — снимается фильм сразу несколькими камерами, компьютер строит на основании изображений трёхмерную сцену и сразу же текстурирует её.


                Я более 5 лет работал над подобными системами. Это невероятно сложно, поверьте. Гораздо проще рендерить 3D-сцену и переносить туда людей с помощью motion capture.
              • UFO just landed and posted this here
                  0
                  Метод Денисюка предполагает запись голограммы в толстом слое, описанное выше решение не подойдёт. Картинка при этом, кстати, получается очень тусклой — поэтому такие голограммы, собственно, и не пошли в массы.
                  • UFO just landed and posted this here
                +1
                +3
                Хотелось бы видеть что-то типа Mirasol в телефоне, если оно вообще когда-нибудь выйдет на рынок.
                • UFO just landed and posted this here
                    0
                    искривленный дисплей работает как линза, если раньше все блики были в фокусе, то с дисплеем в виде линзы они размываются или отражаются в другую сторону, но если источник света расположен в фокусе такой линзы… то ховайся.
                    Вот к примеру у меня часы с выпуклым стеклом, я вижу блики только от ближних предметов(лицо, очки), дальние неопределенно размыты и больше проблем от преломления прямых солнечных лучей в толще стекла чем от бликов.
                      0
                      — искривлённые дисплеи, на мой взгляд, востребованы только маркетологами, как повод продать то же самое в новой обёртке.

                      Дают. К примеру сейчас уже есть мониторы с соотношением сторон 21:9. Один такой монитор легко заменяет два монитора 16:9 и вот тут кривизна будет в плюс, чисто из-за более удобного угла зрения.
                        +1
                        В своё время боролись за то чтобы ЭЛТ мониторы были «плоскими», теперь вот делаем кривые экраны и гордимся этим.
                          +5
                          Так ведь гнём в другую сторону.
                            +2
                            Постепенно экраны загнутся в кольцо круговой панорамы, а потом в сферу.
                              0
                              Проще виртуальные очки. А с развитием технологии можно сразу передавать сигнал в мозг.

                                0
                                Матрица!
                              0
                              Так нет же, всё в ту же сторону, просто 0 уже давно пройден, а остановиться никак не можем.
                          • UFO just landed and posted this here
                              0
                              С какого бока 21:9 заменяет 2 (!) 16:9, если не уточняется ни диагональ, ни разрешение экрана? Уточните уж, что вы имели ввиду.

                              На рынке сейчас не так много мониторов 21:9 там одно разрешение 2560x1080 диагональ 29 дюймов. У монитора есть специальная фича прикидываться двумя мониторами.

                              — вы один перед экраном;
                              — вы находитесь точно в «фокусе» искривлённого экрана.

                              Конечно. Именно так это надо использовать и да для телевизоров уже можно смотреть и не в одного так-как пятно фокуса больше.

                              Ну и да у вас два монитора было вообще? Обычно люди при использовании пары мониторов даже одинаковых не ставят их так чтобы по середине куда смотрит человек были рамки. А второй монитор ставится сбоку и под углом. В случае 21:9 монитор можно спокойно ставить по центру и иметь ту же рабочую площадь. А кривизна позволит комфортнее смотреть на экран.
                              • UFO just landed and posted this here
                                  0
                                  Два монитора у меня на работе, они именно не одинаковые, и стоят точно так, как вы указали.

                                  Замените два одним, и получим как раз кривой монитор. Меня как раз 21:9 монитор привлекает возможностью заменить два при этом иметь бесшовный переход.

                                  Представьте себе, что вы стоите в комнате у одной стены и смотрите в достаточно широкое окно на противоположной. А теперь пусть это окно будет изогнутым на манер экрана телевизора. Будет ли для вас хоть какая-то разница в лучшую сторону?

                                  Это зависит от размера окна. Более менее это имеет смысл при длинном панорамном окне.

                                  Нужно ещё учесть, что изготовление кривого экрана неоправданно удорожает его

                                  Пока да. Но вот в дальнейшем от возможности гнуть монитор я не отказался.
                                  • UFO just landed and posted this here
                                      0
                                      А как радиус кривизны посчитали? У него полная ширина экрана полтора метра, а Вы говорите что диаметр чуть больше метра. Ну и 4K, это 4K.
                                      • UFO just landed and posted this here
                                    0
                                    Вообще, у таких телевизоров точка фокуса находится метрах в 40-50(если не в ста) так что в зоне комфортного просмотра речь все же идет о пятне фокуса а не точке.
                          • UFO just landed and posted this here

                            Only users with full accounts can post comments. Log in, please.