Как Samsung стал лидером в дисплейных технологиях27.03.2016 19:07

Как «ковался» AMOLED, что будет дальше и почему это важно…

Что самое главное в смартфоне?

Не спешите с ответом, подумайте. Предполагаю, что большинство читателей все-таки ответит:»Процессор».

Это действительно значимая составляющая, но не самая главная в современных реалиях. Даже процессоры 3-летней давности бодро справляются со своей работой.

Во все времена именно дисплей считался одной из самых важных составляющих мобильных гаджетов. Мы постоянно смотрим в дисплей смартфона, и никакой процессор не спасет гаджет, если качество изображения будет плохим.

С 2010 года компании начали обращать действительно пристальное внимание на экраны в девайсах. Сейчас есть только один лидер.

Содержание:

1. Откуда пошёл AMOLED и как его создавали

Всё началось 6 лет назад: именно тогда Samsung приступила к активному продвижению диковинной технологии AMOLED. На тот момент она отставала по качеству картинки от IPS-матриц и не годилась в подмётки, скажем, экрану в iPhone 4.

В то время львиную долю заказов Samsung составляли IPS-матрицы для той же Apple. Для своих массовых продуктов корейцы использовала собственную ЖК-разработку PLS (Plane-to-Line Switching), взятую на вооружение вместо PVA. Опять же, все это происходило без огонька и задора.

Совсем другие усилия были сосредоточены на AMOLED. Результаты работы в этом направлении корейская компания демонстрировала на флагманских мобильных устройствах, начав с Galaxy S.

Samsung Galaxy S с первым коммерческим дисплеем Super AMOLED

Зачем тратить время и средства на отстающую от альтернатив технологию? Были две основные причины:

Отсутствие конкурентов (подробнее об этом ниже).
Огромный потенциал разработки.

Из года в год Samsung умудрялась демонстрировать все более впечатляющие результаты. И сегодня AMOLED стоит не только в их устройствах — вы носите его каждый день на запастье. Да-да, привет, Apple Watch с AMOLED-дисплеем из Кореи.

Сегодня именно Samsung — король индустрии мобильных дисплеев. Что будет завтра, через три года, пять лет? Чтобы ответить на этот вопрос, вначале окунёмся в историю одной большой, сложной инновации.

2. Что из себя представляет AMOLED

Расшифровывается так: Active Matrix Organic Light-Emitting Diode или активная матрица на органических светодиодах OLED. А OLED — это полупроводниковый прибор из органических соединений, излучающих свет при прохождении электрического тока.

Для управления светодиодами OLED используется активная матрица из тонкопленочных транзисторов (TFT). То есть за работу каждого пикселя отвечает свой собственный транзистор.

Сложно? Представьте себе толпу работников (светодиоды OLED), которыми руководят менеджеры (матрица TFT). Менеджеров много, но сотрудников ещё больше. Все вместе они образуют эффективную систему управления дисплеем. Но менеджеров нельзя путать с простыми работниками — это к тому, что OLED и TFT являются разными вещами.

Система эта очень похожа на технологию ЖК. Там тоже используются отдельные пиксели, управляемые TFT. Но у AMOLED есть ряд преимуществ:

Каждый пиксель в AMOLED светится самостоятельно, в то время как в ЖК используется общая подсветка. Это позволяет в первом случае создавать более тонкие дисплеи (нет отдельного блока подсветки) с практически бесконечным уровнем черного цвета (пиксель просто не излучает свет, если нужен именно черный цвет). Кроме того, в среднем AMOLED-матрица потребляет меньше энергии, чем ЖК, так как при выводе темных изображений часть пикселей не светится, а в ЖК-матрице подсветка работает постоянно.
AMOLED отображает более широкую цветовую гамму. В среднем на 32% больше. Картинка получается насыщеннее и сочнее.
На два порядка меньшее время отклика (0,01 мс с против 2 мс у самых скоростных TN-матриц). То есть, никаких смазов картинки, при быстро движущихся объектах на экране.
Полные углы обзора в 180° без искажения цветов и снижения яркости.

Недостатки тоже имеются. Именно над их устранением Samsung работала все эти годы:

Хрупкость матриц — малейшая трещина приведет к частичному выходу дисплея из строя, как и разгерметизация между слоями экрана.
Снижение срока службы при работе в ярких тонах в сравнении с ЖК. Причем субпиксели разных цветов теряют яркость с разной скоростью (быстрее всего деградируют синие).
Высокая стоимость производства в сравнении с ЖК.
Относительно низкая яркость в сравнении с другими технологиями дисплеев.
Повышенное энергопотребление на ярких изображениях.

Весьма серьезный список. Но почти всё из него сегодня неакутально. Проблемы решены на 95%. Как всё это происходило?

3. Шесть «светодиодных» лет до появления AMOLED в смартфоне

Корейская компания не на ровном месте сделала упор на органические светодиоды:

В 2004 году Samsung стала крупнейшим производителем OLED в мире с долей рынка в 40%.
В 2006 году она окончательно закрепила свою лидерскую позицию став крупнейшим владельцем интеллектуальной собственности в области OLED: более 600 американских патентов и более 2800 международных.
В 2010 году 98% глобального рынка AMOLED уже принадлежит Samsung.

К сегодняшнему дню конкурентов у компании так и не появилось.

Стоит отметить, что корейский производитель активно экспериментировал с применением OLED в разных областях и смартфоны — лишь одна из них. Так, в еще в 2005 году Samsung продемонстрировала самый большой OLED-телевизор с диагональю дисплея в 21 дюйм и высочайшим на то время разрешением в 6,22 млн пикселей.

В 2008 году она показала самый большой и одновременно самый тонкий OLED-ТВ: 31 дюйм при толщине в 4,3 мм. В том же году в мае компания представила тонкую 12,1-дюймовую матрицу (1280×768 точек) для ноутбуков, планируя наладить массовое производство к 2010 году. Но не срослось.

А в конце 2008 года Samsung показала тончайший (0,5 мм) сгибаемый OLED-дисплей и самый большой в мире телевизор (снова). На этот раз диагональ подросла до 40 дюймов, разрешение — до 1920×1080 точек (плюс уровень контрастности 1000000:1, 107% цветового охвата NTSC и пиковая яркость до 600 нит). Это был прорыв, о котором писали все.

Однако до рыночных девайсов AMOLED-дисплеи Samsung добрались только в 2010 году. Это были смартфоны Wave S8500 and Galaxy S i9000. С тех пор началось очень активное развитие мобильных дисплеев Samsung, которое удивляет по сей день.

4. Как «ковался» AMOLED для смартфонов

В Galaxy S использовался так называемый дисплей Super AMOLED. От обычного AMOLED он отличался тем, что сенсорный слой был интегрирован прямо в матрицу.

Проблема первых AMOLED-дисплеев была в относительно небольшом разрешении и использовании схемы субпикселей типа RGBG (красный-зеленый-синий-зеленый, PenTile).

В сравнении с классическим строением пикселя (RGB) у упомянутого выше получалась примерно на треть более низкая субпиксельная плотность, что было очень заметно на мелком тексте при прямом сравнении ЖК- и AMOLED-матриц с идентичным разрешением. Последние ощутимо проигрывали в четкости.

Следующим шагом стал выпуск матрицы Super AMOLED Plus с увеличенной на 50% субпиксельной плотностью за счет применения схемы RGB. Помимо этого она стала еще тоньше, ярче и потребляла на 18% меньше энергии.

Пользователи смогли вживую её оценить в легендарном смартфоне Galaxy SII. По качеству картинки он рвал всех, но по разрешению (800×480 точек при диагонали в 4,22 дюйма) отставал новейших ЖК-матриц.

Таким образом пришло время HD Super AMOLED. Разрешение было увеличено до 1280×720 точек, но компания вновь применила субпиксельную схему RGBG. В сравнении с ЖК-конкурентами наблюдалась чуть сниженная четкость, плюс ряд особенностей в плане отображения цветов. С такой матрицей народ познакомился в таких устройствах как Galaxy Note и Galaxy S3.

PenTile в Galaxy S3

Примерно в то же время компания представила уникальный планшет Galaxy Tab 7.7 c 7,7-дюймовой матрицей HD Super AMOLED Plus на базе классической схемы субпикселей RGB. Четыре года он оставался единственным планшетом с AMOLED-дисплеем.

Субпиксельное строение матрицы HD Super AMOLED Plus в Galaxy Note 2

2013 год стал отправной точкой в освоении разрешения Full HD в смартфонах. Samsung не осталась в стороне, представив Galaxy S4 и Galaxy Note 3 с матрицами Full HD Super AMOLED (1920×1080 точек).

Казалось бы, куда уж дальше увеличивать разрешение, но далее Quad HD Super AMOLED (2560×1440 точек) пришелся в тему. Невероятная плотность пикселей, высочайшая четкость и активное развитие технологии специалистами Samsung окончательно вытеснили огрехи PenTile.

Таким образом, экран в Galaxy Note 4 был признан лучшим на рынке мобильным дисплеем по всем фронтам. С тех пор Samsung удерживает позицию лидера по качеству картинки в мобильных устройствах.

В 2014 году Samsung продолжила линейку планшетов с AMOLED -дисплеем, выпустив модели Galaxy Tab S. Многие не все в курсе, но старшая модель — Tab S 10.5 — построена на базе уникальной матрицы AMOLED со строением пикселя RGB (RGB S-Stripe). В младшей 8,4-дюймовой модели — RGBG PenTile, что не мешает ему быть лучшим по качеству картинки среди компактных планшетов того времени.

5. Пик AMOLED-технологий сегодня

Достигнуты максимальные разрешение и качество картинки. Теперь AMOLED развивается в сторону изогнутых поверхностей.

Началось все с эксперимента в лице странного Galaxy Round, продолжилось в Galaxy Note Edge и окончательно парадигма изогнутого дисплея закрепилась в Galaxy S6 Edge.

Пик современных мобильных дисплейных технологий реализован в Galaxy S7 Edge. Давайте посмотрим, что же этот самый пик собой представляет.

Изогнутый с двух сторон 5,5-дюймовый AMOLED-дисплей с разрешением QHD (2560×1440 точек, 534 ppi), защищенный стеклом Corning Gorilla Glass 4 и признанный лучшим в мире по качеству картинки, цветопередачи, яркости, контрастности. В общем, по всем фронтам. Подробное исследование есть у DisplayMate, а мы коротенько рассмотрим наиболее интересные моменты.

В сравнении с предыдущим чемпионом, Galaxy S6, на 24% увеличена яркость дисплея при использовании в условиях яркого внешнего освещения — дневной свет, интенсивное искусственное освещение и т. п. Это серьезная, заметная разница. Так, уровень яркости может достигать 440 нит и выше, что является пиком, а то и превосходит большинство лучших представителей из области ЖК. То есть, Samsung окончательно решила проблему невысокой яркости AMOLED в сравнении с ЖК.

Более того, в режиме автоматической регулировки яркости в экстремальных для дисплея условиях (яркий солнечный свет) он выдает впечатляющие 855 нит, что является абсолютным рекордом для мобильного экрана. При этом отражательная способность экрана составляет всего 4,6%, что тоже является одним из лучших показателей в индустрии. Это означает, что даже на ярком солнце дисплей остается полностью читабельным.

И это далеко все. Samsung реализовала технологию персонализированной автоматической регулировки яркости, когда устройство следит за тем, как пользователь подстраивает данный параметр и адаптируется к его предпочтениям.

Судя по отзывам очевидцев, Galaxy S7 и S7 Edge на автомате регулируют яркость даже лучше, чем прошлый рекордсмен — iPhone. С другими представителями Android-братии даже сравнивать смысла нет, там всегда все было печально с авторегулировкой яркости.

Еще одна интересная фишка — Always On Display. Экран может оставаться активным практически всегда, при этом потреблять минимум энергии, в районе 3–5% от общей емкости аккумулятора за сутки. Речь о режиме ожидания, когда на дисплей может выводиться необходимая поточная информация, вроде часов, календаря и т. п.

В плане цветопередачи AMOLED от Samsung остается впереди планеты всей. В адаптивном режиме это 131% цветового охвата sRGB. Если же яркие цвета не нравятся, тогда легко настроить гамму на свой вкус — у корейских флагманов самый богатый выбор в этом плане. Даже есть «теплый ламповый» вариант, очень близкий к IPS по цветопередаче.

Samsung реализовала схему расположения субпикселей Diamond Pixels, в которой синий и красный субпиксели крупнее, чем зеленый. Последний светит ярче всего, у первых двух яркость пониже. Таким образом компания уровняла яркостные показатели субпикселей, но это мелочь.

Плотность активной матрицы тут втрое выше, чем у любых других дисплеев, в том числе и ЖК с субпиксельной схемой RGB. Это позволяет полностью исключить эффекты «лесенки» и достичь максимально возможного качества в плане гладкости и четкости изображения.

Не верите? Зайдите в любой фирменный салон Samsung, там есть тестовые образцы Galaxy S7/S7 Edge, и сравните картинку со своим смартфоном. Особенно в веб-браузере на мелком тексте.

Я сравнил с собственным iPhone 6s Plus и разница была далеко не в пользу последнего. Заодно и с Nexus 6 сравнил тоже (одинаковое разрешение), но тут картина совсем печальна. AMOLED-матрица в Nexus отстает на несколько поколений. Разрешение высокое, но цветопередача, четкость — это и рядом не валялось с последними достижениями Samsung.

Чтобы все это не казалось маркетинговым мраком, просто почитайте отчет DiaplayMate. Ребята специализируются на дисплеях, не занимаются рекламой и пишут как есть.

Что имеем в итоге. Действующие конкуренты

На данный момент лишь одна технология противостоит AMOLED в мобильном мире — это ЖК. В частности, матрицы на базе IPS (in-plane switching). Технология была разработана компаниями Hitachi и NEC в 1996 году с большим заделом на будущее. Спустя 20 лет этот задел оказался исчерпан.

В текущий момент лучшими по совокупности характеристик считаются мобильные ЖК-дисплеи в iPhone 6s и 6s Plus по данным тех же специалистов из DiaplayMate. Речь именно о первом месте среди мобильных ЖК-дисплеев. Абсолютным же лидером сейчас является AMOLED.

Хороших результатов Apple добилась благодаря использованию всех доступных для IPS технологий:

двухдоменные пиксели (обеспечивают повышенную контрастность и более глубокий черный цвет);
интегрированный прямо в матрицу сенсорный слой;
отсутствие воздушной прослойки между экраном и матрицей;
применение самого совершенного производственного процесса;
очень тонкая цветовая настройка.

Но Samsung справилась со всеми детскими болезнями AMOLED. Сейчас альтернативным технологиям просто нечего предложить. Они уперлись в потолок и нужно искать что-то совершенно новое, либо развивать наиболее перспективное, чем корейцы, собственно, и занимаются.

Тем не менее, интересные наработки в иных областях существуют тоже. Под конец поговорим о будущем.

Будущее технологий мобильных дисплеев

Больше AMOLED

Описанный выше дисплей в Galaxy S7 и S7 Edge уникален тем, что по всем фронтам превзошел технологию ЖК. Корейская компания решила все проблемы технического характера и начала наращивать производство. Потому что компромиссов больше нет.

Есть только плюсы в сравнении с ЖК:

AMOLED-матрицы легче и тоньше;
могут быть изогнутыми благодаря использованию полимерных подложек;
очень гибкие в плане электропитания и в подавляющем большинстве случаев более экономичны, чем ЖК;
позволяют создавать устройства с минимальными рамками вокруг дисплея;
показатели минимальной и максимальной яркости сильно превосходят таковые в ЖК;
шире цветовой охват;
значительно быстрее время отклика матрицы;
индивидуальный контроль каждого субпикселя, что в принципе невозможно для ЖК.

Раз все так достойно, почему же Apple не использует OLED-матрицы? Две причины:

окончательно хорошо стало лишь в последний год;
топовые дисплейные технологии Samsung не отдавала на сторону в силу высокой себестоимости компонентов и желая сохранять преимущество.

Но теперь пришло время собирать сливки и внедрять технологию в массы.

Первый звоночек прозвенел еще в начале этого года, когда стало известно, что Samsung намерена сильно расширять производство AMOLED-дисплеев для крупного заказчика. Все подумали на Apple, и вот недавно был второй звоночек в виде слухов об OLED в iPhone 7s.

В дальнейшем мы увидим сворачивающиеся OLED-дисплеи и складные. Вполне возможно благодаря этому совершенно изменится форм-фактор будущих смартфонов.

P.S.: что нас ждёт в будущем. Квантовые точки

Квантовые точки — передовая технология, которая усилиями Samsung однажды появится в смартфонах будущего. Сами точки представляют собой фрагмент проводника (кристалл) с ограниченными в пространстве электронами по трем измерениям. Эти точки настолько маленькие, что внутри них наблюдаются квантовые эффекты.

При воздействии электрического тока на квантовую точку происходит излучение определенной частоты. На него можно влиять, регулируя размер точки и экспериментируя с ее химическим составом.

Что это значит на практике: можно очень точно регулировать цветовое значение излучаемого цвета и добиваться значительно более высокого качества изображения, чем в ЖК.

В 2010 году были созданы первые прототипы дисплеев на квантовых точках, но в них использовался очень токсичный селенид кадмия, да и стабильность матрицы оставляла желать лучшего (выгорание через 10 тыс. часов).

В 2013 году исследователи из Индийского Института Науки в Бангалоре создали квантовые точки на базе сплава цинка, кадмия и серы, легированных марганцем. Они оказались практически не токсичными и намного более стабильными, да еще и светились в диапазоне от зеленого до красного цвета, в то время как предшествующая разработка выдавала лишь оранжевый. С тех пор началось активное развитие технологии QD-LED.

В текущий момент технология нашла свое применение в премиум телевизорах, в том числе и от Samsung, но в будущем явно проложит дорогу и в другие области.

Преимущества квантовых точек:

Потенциальная пиковая яркость QD-LED составляет 40000 нит, что на два порядка выше, чем у ЖК.
На 30–50% сниженное энергопотребление в сравнении с ЖК так как не нужна отдельная подсветка (квантовые точки светятся сами по себе).
Могут применяться в гибких и складных дисплеях.
Срок жизни дисплеев значительно выше, чем у OLED, так как пиксели практически не выгорают.
Маленький размер квантовых точек позволяет добиться невероятно высокого разрешения в сравнении с современными разработками (важно для VR).

Как видите, классические ЖК-технологии достигли потолка, но на смену им пришли сразу две: усердно захватывающая рынок AMOLED и потенциально еще более навороченная QD-LED. В первом случае Samsung впереди планеты всей. Что будет во втором — узнаем через год ;)

Спасибо за чтение.