Дисплей — это второй по важности элемент в любом гаджете. На него мы смотрим всё время, пока пользуемся каким-либо устройством, и производители всё больше внимания уделяют разработке дисплеев. За последние несколько лет мы стали свидетелями самого масштабного и активного развития жидкокристаллических и OLED-матриц, в которых прокачали разрешение и цветопередачу.

Однако за такими улучшениями последовали и проблемы — большую часть заряда аккумулятора любого устройства отнимает именно экран. И здесь производители тоже нашли решение — выпускать дисплеи по технологии LTPO. В этом материале вы узнаете, как работают дисплеи, что такое частота обновления, и как Apple в очередной раз опередила весь рынок.

Какие дисплеи существуют?

Из сотен подвидов матриц и их маркетинговых названий всего существует два основных типа дисплеев — LCD и OLED. Чем они отличаются?

В случае с LCD-экранами матрица имеет более сложную структуру. На подложку сначала наносится слой с внутренней подсветкой — именно она отвечает за то, светится экран или нет. Затем на подсветку наносятся специальные поляризационные слои, затем идёт слой с жидкими неорганическими кристаллами, которые отвечают за пропускание света, цвет формируется на слое со светофильтром.

На нём также находятся разные неорганические вещества. К примеру, кремний, пропуская через себя свет, выдаёт синий оттенок, нитрид индия-галлия выдаёт зелёный, а арсенид алюминия-галлия — красный.

В случае с OLED ситуация с компоновкой иная. Здесь на подложку с тонкоплёночными структурами с помощью распыления наносятся слои с органическими веществами, которые также выдают красный, синий и зелёный цвет. А их свечение достигается путём помещения плёнки, на которой они находятся, между двумя проводниками. Когда ток проходит через вещества, они начинают светиться. 

Да, в OLED не нужна подсветка, в отличие от LED, потому что каждый пиксель светится самостоятельно и для управления яркостью применяются два способа: изменение напряжения и широтно-импульсная модуляция или попросту ШИМ, про который вы наверняка слышали. Но что это такое?

Про частоты

ШИМ — это частота, с которой мерцают светодиоды экрана, чем эта частота выше — тем лучше. Комфортным значением, при котором наши глаза перестают замечать мерцания, является частота 60 Гц. Всё, что ниже, уже может приносить дискомфорт. Однако есть ещё такая штука, как частота обновления (развёртки).

Этот параметр никак не зависит от частоты ШИМ. У IPS-экранов частота ШИМ может достигать 2 кГц, однако частота развёртки у них может быть и 60 Гц и 120 Гц.

Частота развёртки — это скорость того, как часто изображение обновляется на экране. Чтобы лучше понять, как этот процесс происходит, давайте обратимся к ЭЛТ-мониторам. Наверняка у тех, кто родился в 90-х и начале 2000-х, такой стоял дома.

Частота обновления матрицы

ЭЛТ — это аббревиатура от «электронно-лучевая трубка». Технология производства таких мониторов была открыта в 1859 году немецким физиком Юлиусом Плюккером.

Внутри трубки находится три излучателя электронов, которые направляют свой поток выборочно на обратную стенку экрана, покрытую люминофором (специальное вещество, которое светится красным, синим или зелёным цветом, формируя конечную картинку). Каждый из этих излучателей отвечает за работу с ячейками красного, зелёного и синего цвета соответственно.

Если посмотреть в замедленной съёмке на то, как работает ЭЛТ-монитор, то можно заметить, что изображение формируется построчно — сверху вниз. Чем чаще это происходит, тем выше частота развёртки такого монитора.

Скорость обновления в случае с ЭЛТ-мониторами зависит от магнитов, которые управляют движением потока электронов и пропускной способностью излучателей. Обычно она фиксированная. В случае с современными экранами ситуация похожая, правда вместо построчного обновления изображение на матрице обновляется всё и сразу. Для этого матрица на долю секунды гаснет и снова загорается.

Скорость того, как часто происходит это обновление, зависит от материала и технологии, по которой изготовлена матрица дисплея и пиксели на ней.

Частота развёртки

Окей, основу устройства дисплеев мы разобрали, теперь переходим к сути. OLED и LCD — это лишь типы матриц, которые производятся разными способами. К примеру, LCD-матрицы могут быть произведены по технологиям IPS, TFT и множеству других.

Если говорить про OLED, который стал в последние годы мейнстримом, то производители придумали новую технологию производства матриц — LTPS. По ней создаётся большинство современных OLED-панелей для любой техники.

LTPS (Low Temperature Poly Silicon), что переводится как «низкотемпературный поликристаллический кремний» — технология производства кремниевых транзисторов дисплея лазерным отжигом, при котором молекулы кремния трансформируются в полукристаллическую форму.

Да, понять из этого можно мало чего. На практике это даёт увеличения подвижности электронов и эффективной площади. Также снижается энергопотребление примерно на 20-30% и появляется возможность использования большей частоты развёртки. То есть уже не 60, а 120 или 144 Гц.

Эта иллюстрация наглядно показывает разницу подвижности электронов между LTPS и матрицами, созданными по другим стандартам.

Долгое время эта технология была «мастхевом», однако LTPS поддерживает лишь фиксированную частоту обновления экрана. Поэтому в некоторых смартфонах вы можете установить строго 60 или 120 Гц. В некоторых случаях подобный расклад дел неэффективен. Согласитесь, зачем вам 120 Гц, если вы просто читаете книгу на телефоне.

Или вот, например, умные часы. В большинстве из них есть функция всегда включённого экрана, с которой время и уведомления показываются всегда. Вот зачем часам в таком режиме какие-нибудь 60 Гц. Всё это дополнительно расходует заряд, а заряд аккумулятора штука очень важная, особенно в носимой электронике.

LTPO в массы

Apple первыми догадались, как обойти это ограничение на фиксированную частоту развёртки и придумали технологию LTPO (Low-Temperature Polycrystalline Oxid). В переводе: «низкотемпературный поликристаллический оксид». А по сути, это тот же LTPS, но только с интегрированной в основание тонкоплёночных транзисторов слоя оксидной плёнки (TFT). Что это даёт в итоге? Возможность контролирования потока электронов, а как следствие — динамическое управление частотой развёртки.

Впервые LTPO-экран появился в Apple Watch Series 4, однако наглядно его использование ни в чём особо не выражалось. Потому что лишь в Apple Watch Series 5 был добавлен специальный контроллер для динамической настройки частоты развёртки от 1 до 60 Гц. 

То есть, если часы находятся в режиме Always On, экран обновляется один раз в секунду (частота 1 Гц). Если вы занимаетесь спортом, и у вас открыто окно с таймером и динамикой пульса, экран работает на частоте 30 Гц. А если лазаете по менюшкам, то включаются уже 60 Гц для большей плавности.

Устройств с LTPO-дисплеями пока что на рынке не так много, ибо их дорого производить. Однако Samsung Galaxy Note 20 стал первым смартфоном, где эта технология была применена. Частота его экрана варьируется от 1 до 120 Гц. По слухам, iPhone 13 должен получить такой же дисплей. 

Согласно разным исследованиям, LTPO-экраны на 10-15% снижают энергопотребление, и это их самое главное преимущество.

Не исключено, что экраны, созданные по технологии LTPO, со временем станут более совершенными и энергоэффективными. Подобные матрицы могут пригодиться в смарт-очках и другой носимой электронике.

Так чем же крут LTPO?

• Автоматизированный динамический контроль частоты обновления экрана
• Энергопотребление становится ниже на 10-15%
• С производственной точки зрения, LTPO-экраны объединяют в себе наработки LTPS и TFT
• Максимальная скорость развёртки может быть больше 100 Гц, но только по необходимости
• Минимальная частота — 1 Гц для сохранения заряда батареи.

Надеемся, вся эта информация вам была полезна. Не забывайте оставлять реакцию!