Особенности IPS и OLED дисплеев в современных смартфонах

Сентябрь 4th, 2017 by Oleg Afonin

Мы продолжаем серию статей «Лаборатория Элкомсофт». В наших руках побывало несколько сотен мобильных устройств. В процессе работы мы наблюдали и делали выводы. Сегодня мы хотели бы поделиться нашими наблюдениями за тем, какие экраны производители устанавливают в телефоны.

При выборе нового смартфона многие пользователи обращают внимание на тип используемой в устройстве дисплейной панели. В подавляющем большинстве современных смартфонов устанавливаются матрицы, выполненные по технологии IPS либо построенные на органических светодиодах OLED.

Большинству пользователей прекрасно известны основные преимущества и недостатки обоих типов матриц. Здесь и бесконечно глубокий чёрный цвет в AMOLED, часто сопровождаемый неестественно насыщенными цветами, и спокойная цветопередача IPS, сопровождающаяся засветкой чёрного поля при взгляде под углом, и повышенная энергоэффективность OLED дисплеев, особенно при отображении тёмных оттенков.

Мы же поговорим о вещах менее очевидных, но способных добавить вполне реальной головной боли пользователям устройств с дисплеями на той или иной технологии.

IPS: классика жанра

Исторически, именно матрицы на основе технологии IPS получили наибольшее распространение в современных устройствах. Связано это в первую очередь с более низкой стоимостью таких матриц в сравнении с OLED дисплеями. Но значит ли это, что IPS – хуже? Попробуем разобраться.

OLED: технология будущего?

В дисплеях, выполненных по технологии OLED, присутствуют такие приятные мелочи, как истинно чёрный цвет, лучшая в сравнении с IPS энергоэффективность и меньшая толщина модуля, позволяющая производителям выпускать всё более тонкие телефоны. За OLED – будущее? Не обязательно: у технологии длинный ряд недостатков, из-за которых многие пользователи сознательно выбирают устройства с экранами, построенными на альтернативной технологии.

Подсветка

Экраны на основе IPS работают по принципу фильтрации отражённого от подложки света. Подсветка обычно выполняется в виде белых либо монохромных (например, синего свечения) светодиодов, расположенных по сторонам экрана (на смартфонах – обычно в нижней или верхней части дисплея). Свет отражается от подложки, равномерно освещая всю площадь экрана, а изображение на экране формируется цветными жидкокристаллическими светофильтрами или переизлучающими элементами на основе квантовых точек.

Очевидный недостаток технологии – невозможность добиться идеально чёрного цвета. Какое-то количество света всегда «пробивается» через фильтры, и даже при заливке экрана чёрным экран всё равно светится. Более того, если взглянуть на такой «чёрный» экран под углом, мы увидим паразитные оттенки и засветку.

Ещё одной неприятной особенностью технологии IPS является заметное падение видимой яркости экрана при отклонении от перпендикуляра. В жизни нам часто приходится смотреть на экран смартфона под углом (например, чтобы убрать мешающие солнечные блики), и падение яркости картинки – совсем не то, чего хотелось бы.

В экранах, выполненных по технологии OLED, подсветки как таковой нет – светится (или не светится) каждый отдельный светодиод. Именно этим обусловлена высокая энергоэффективность таких панелей. Если в экранах с IPS матрицей светодиоды подсветки горяд с более-менее постоянной яркостью независимо от контента (разнообразные технологии динамической подсветки, объективно ухудшающие изображение, оставим за кадром), то в OLED дисплеях светится каждый отдельный светодиод. Чем ярче светится диод – тем больше энергии он потребляет, и наоборот. Выключенные (чёрные) светодиоды энергии не потребляют совсем.

Поскольку мы очень редко смотрим на экран с равномерной белой заливкой, матрица на основе OLED, как правило, будет более эффективно расходовать ресурс аккумулятора.

Однако здесь не обошлось без подводных камней, и первый из них – мерцание экрана.

Мерцание OLED

В большинстве современных телефонных матриц, основанных на технологии IPS, яркость регулируется изменением напряжения, подаваемого на светодиоды подсветки. В результате яркость их свечения может меняться в широких пределах без какого-либо видимого мерцания. (В скобках заметим, что в ноутбуках и ультрабуках до сих пор часто используется ШИМ даже в жидкокристаллических матрицах, а жидкокристаллические телевизоры без мерцания и вовсе практически никогда не обходятся. Если этот параметр для вас важен – внимательно читайте обзоры.)

В матрицах OLED чаще всего используется регулировка яркости с помощью ШИМ – широтно-импульсной модуляции, когда яркость подсветки регулируется с помощью вспышек той или иной длительности.

Далеко не всем пользователям нравится мерцание. Так, в статье Ищем AMOLED без мерцания (ШИМ) подробно рассказывается об этом эффекте и его особенностях.

Вот так, например, выглядит управление яркостью в смартфоне Samsung Galaxy S8+:

Как видно из графика, видимого мерцания нет лишь на максимальной яркости. Стоит уменьшить яркость, как экран начинает сильно мерцать с высоким эффектом скважности. Такое мерцание на частоте 240 Гц заметят не все пользователи: примерно 70% пользователей мерцания экранов не видят. Тем не менее, более-менее длительное использование таких мерцающих экранов у многих пользователей вызывает слезливость и повышенную утомляемость глаз.

К сожалению, большинство производителей смартфонов устанавливает в свои устройства именно экраны производства Samsung, что автоматически означает наличие широтно-импульсной модуляции и выраженного мерцания. Сюда относятся и Motorola Moto Z, и Microsoft Lumia 950 XL. А вот в Lumia 950 (без XL) используется матрица, в которой светодиоды мерцают хоть и с высокой скважностью, но на частоте 500 Гц, что на глаз существенно менее заметно.

Тем не менее, иногда встречаются панели, мерцание в которых заметно менее выражено. Вот, например, график мерцания смартфона ZTE Axon Mini на разных уровнях яркости:

Здесь, как видим, заметное мерцание на частоте 240 Гц есть лишь на яркости 10% и ниже. Подобным характером обладают и матрицы таких устройств, как Motorola Nexus 6, OnePlus 5, BlackBerry Q10 и некоторые другие.

Справедливости ради, иногда выходят и смартфоны с мерцающими IPS матрицами. Правда, в последнее время частота мерцания подсветки в IPS достигла настолько высоких цифр (от 2 до 10 кГц), что заметить её без специальных приборов совершенно невозможно.

А если без мерцания?

Совсем без мерцания обошёлся пока только один телефон с OLED-дисплеем. Это – LG G Flex 2, оборудованный изогнутой P-OLED панелью собственного производства LG. Экран этого телефона не мерцает ни при каких обстоятельствах.

Но и здесь не всё здорово. Как оказалось, ШИМ используется производителями OLED-матриц не только из-за того, что это – самый дешёвый способ регулировать яркость. Снижение напряжения на светодиодах ниже определённого уровня приводит как к изменению цветопередачи (изображение может уходить в розовый оттенок – эффект, наблюдавшийся пользователями Nexus 6, Lumia 950), так и к видимому невооружённым глазом эффекту, связанному с разбросом параметров отдельных светодиодов. Здесь, например, есть фотография серой заливки на экранах LG G Flex 2 и Samsung Galaxy Note 4:

Оба устройства отображают серую заливку на минимальной яркости экрана (кстати, обратите внимание, насколько ярче минимальная яркость у смартфона LG – видимо, снижать яркость и далее компания посчитала нерациональным с точки зрения качества изображения). И если у Samsung Galaxy Note 4 серый – это просто серый с минимальными отклонениями, то на панели без мерцания LG G Flex 2 мы видим самые разнообразные артефакты – от цветных и яркостных пятен по всей площади экрана до регулярных паттернов, полос и общей «шершавой» структуры, которую пользователи окрестили «наждачной бумагой». Всё это – плата за отсутствие мерцания на пониженной яркости; именно эта технологическая особенность матриц на основе OLED и является тем камнем, о который споткнулись производители.

Соответственно, экраны OLED актуального поколения мерцали и мерцать будут.

Для информации: если у вас телефон на Android с OLED-матрицей, которая мерцает начиная с некоторого минимального уровня яркости, то полностью избавиться от такого мерцания поможет приложение Lux Dash. К примеру, вот такая конфигурация помогает полностью избавиться от мерцания при пониженной яркости на смартфоне OnePlus 5:

Цветопередача

Опять же по традиции принято считать, что экраны на основе технологии IPS обеспечивают более точную и более естественную передачу цветов – в отличие от панелей OLED, получивших печальную известность из-за неестественно насыщенных, «кислотных» цветов.

С технической точки зрения проблема здесь исключительно в несоответствии охвата цветового пространства, которое может отобразить телефон, с тем цветовым пространством, в котором закодирован контент. Подавляющее большинство контента (приложения, фотографии, видеоролики и фильмы) созданы и оптимизированы для отображения в рамках цветового охвата sRGB. И если ранние телефоны (а также многие современные бюджетные устройства и практически все ноутбуки) отличались блеклыми цветами из-за узкого в сравнении с sRGB цветового охвата, то в последние годы мы наблюдаем обратную ситуацию. Теперь производители всё чаще устанавливают в смартфоны панели, способные отображать насыщенные цвета, далеко выходящие за рамки пространства sRGB. И если Apple, установившая подобные матрицы IPS в планшеты iPad Pro 9.7 и все iPad Pro 2017 года, а также в iPhone 7 и 7 Plus, справилась с калибровкой этих панелей на оценку «отлично», то другие производители похвастать подобным не могут. Так, цвета на IPS-экране Xiaomi mi4c выглядят неестественно насыщенными; это же касается и многих других смартфонов, оборудованных матрицами с расширенным цветовым охватом.

В то же время, матрицы на основе OLED изначально обладают чрезвычайно широким цветовым охватом. Попытка вывести на такой экран изображение, оптимизированное для отображения в цветовом пространстве sRGB, приводит к перенасыщенным, «кислотным» цветам. Именно такая цветопередача стала синонимом OLED в глазах многих пользователей.

На сегодняшний день разрыв между IPS и OLED матрицами в отношении цветопередачи практически исчез. Неестественную насыщенность матриц OLED некоторые (далеко не все) производители сумели привести к норме с помощью программной коррекции. Так, смартфоны Lumia 950, 950 XL обладают идеально настроенной цветопередачей; цветопередача Samsung Galaxy S7, S8, OnePlus 5, Moto Z и многих других флагманов также настраивается в широких пределах, выдавая максимально естественную или достаточно насыщенную картинку по желанию пользователя.

Таким образом, насыщенность цветов и цветопередача на сегодняшний день больше зависят от настроек производителя, чем от технологии дисплея.

PenTile, плотность пикселей и разрешение матрицы

Для большинства пользователей смартфонов значение плотности точек порядка 300 ppi (pixels per inch, или точек на дюйм) является вполне достаточным для того, чтобы перестать замечать отдельные точки при обычном использовании. Однако значение это, с лёгкой руки Apple названное “Retina”, было выведено для стандартной структуры субпикселей RBG, характерной именно для матриц IPS.

Большинство современных матриц, выполненных по технологии OLED, использует альтернативную структуру субпикселей RGBG, которую производитель (Samsung) называет PenTile. В такой структуре число зелёных точек вдвое выше, чем синих или красных. При увеличении выглядит это примерно так:

Или так:

(Изображения с сайта ixbt.com)

Что это означает на практике? Во-первых, необходимо знать, что маркетологи в таких матрицах «считают точки» именно по зелёным субпикселям – потому что их больше. Соответственно, реальное разрешение матрицы всегда будет ниже заявленного. Таким образом, достаточно типичная матрица диагональю 5.5 дюйма с разрешением Full HD (1920×1080) покажет плотность точек 401 ppi для IPS, но существенно меньшую (в зависимости от того, по каким субпикселям считать) для OLED. Даже такой уменьшенной плотности точек может быть достаточно для среднего пользователя, но многие обладатели острого зрения жалуются на мешающие цветные ореолы вокруг букв. Это – именно эффект от PenTile при недостаточной плотности точек.

Для того, чтобы нивелировать этот эффект, производителям приходится устанавливать OLED-матрицы с ещё более высоким разрешением QHD, которое вдвое увеличивает число пикселей. Да, цветные ореолы вокруг букв при этом становятся не видны, но вдвое большее число точек вдвое же увеличивает нагрузку на процессор и GPU, приводя к повышенному нагреву и энергопотреблению. А кто сравнивал энергоэффективность AMOLED с разрешением QHD и IPS с Full HD на одинаковых в остальном устройствах? Таким образом и повышенное энергопотребление OLED матриц может оказаться не таким заметным в сравнении с IPS с меньшим разрешением.

Справедливости ради, некоторые производители смартфонов с IPS матрицами жульничают, «насыпая» меньше пикселей, чем описано в рекламных буклетах. Так, в Lenovo K3 Note установлена такая жульническая матрица с разрешением по вертикали на треть меньше заявленного. Похожая матрица стоит и в прошлогоднем флагмане HTC 10, и в SONY Z5 Premium. Использование таких матриц приводит к видимым артефактам при выводе тестовых изображений, но в случае с HTC 10 совершенно незаметно невооружённому глазу. (Впрочем, почему бы производителю не установить вместо фальшивого QHD экрана честный Full HD? Маркетинг, причём маркетинг лживый.)

Выгорание экрана

Срок жизни светодиодных излучателей ограничен. Со временем меняется яркость и спектр свечения. И если падение яркости светодиодов некритично для IPS матриц, в которых используются самые обыкновенные кремниевые излучатели, то для органических светодиодов, входящих в состав OLED панелей, проблема стоит во весь рост. Светодиоды, которые используются чаще и светятся ярче, меняют яркость излучения быстрее, чем те, которые загораются реже. В результате на экранах смартфонов с такими матрицами навсегда отпечатываются следы от статичных элементов – таких, как полоска статуса и наэкранные навигационные кнопки. Причём следы остаются всего через несколько десятков часов использования устройства, а избавиться от них невозможно или очень трудно. Примеров – сотни.

Справедливости ради, похожим образом выгорают и дисплеи на основе квантовых точек. Несмотря на использование более стойких в сравнении с OLED неорганических материалов, дисплеи на квантовых точках (например, те, которые устанавливались в LG G4) также подвержены выгоранию со временем, хоть и в меньшей по сравнению с OLED степени.

Заключение

Мерцание, выгорание, пентайл… Разве этого недостаточно, чтобы навсегда отказаться от OLED и вернуться на старую добрую технологию IPS? Как оказалось, нет: популярность OLED экранов растёт, и уже в скором времени каждый второй телефон будет оборудован подобным экраном. Использование OLED панелей позволяет выпускать более тонкие телефоны с лучшим в сравнении с IPS энергопотреблением, сочными цветами и глубоким чёрным цветом – а это именно то, что сейчас требуется потребителю.

Tags:

Подписаться на рассылку о новостях и новинках компании ElcomSoft

Leave a Reply

Оставьте первый комментарий!

Notify of
avatar
wpDiscuz