Мобильные телефоны стремительно совершенствуются, обрастают новыми функциями, и все более популярными среди владельцев современных трубок становятся их мультимедийные возможности. Многие привыкли постоянно делать фото, снимать видеоролики или хотя бы просматривать готовые видео на экране своего мобильно, читать электронные письма, пользоваться Интернетом и т.п. — а все это требует достойной визуализации, а именно качественного дисплея. Мало кто вспоминает про дисплеи монохромные — телефонов, оборудованных ими, все меньше, и скоро они окончательно станут достоянием истории. Но все ли современные цветные дисплеи одинаковы? Конечно, нет, поэтому расскажем подробнее о технологиях существующих сегодня, и о том, чего можно ожидать завтра.
Жидкие кристаллы: от «Ну, погоди!» и до наших дней
Устройства с жидкокристаллическими экранами (LCD — Liquid Crystal Display) уже давно заняли прочные позиции в быту. Начиналось все с карманных калькуляторов и игр типа «Ну, погоди!». Теперь же их можно увидеть повсюду: компьютерные дисплеи, телевизоры, КПК, мультимедийные плееры, и, разумеется, мобильные телефоны.
Наверное, многих интересует вопрос, почему же в дисплеях используются жидкие кристаллы? Дело в том, что они обладают строго определенной структурой — кристаллической решеткой — и прозрачны для света. Но, в отличие от обычных кристаллов, могут изменять структуру под внешним воздействием (электрического тока или температуры), закручиваться, становясь при этом непрозрачными. То есть, темные элементы на экране — это участки ЖК-покрытия, на которые подан ток, и управляя этим током, можно создавать на диплее необходимое изображение и так же легко добиваться того, чтобы оно исчезло.
Практически все сегодняшние LCD-дисплеи можно разделить на те, где кристаллы отражают/поглощают внешний свет, и те, где кристаллы преобразуют (поляризуют) свет, который идет от встроенного в телефон источника. Последние сейчас используются повсеместно, поскольку они способны обеспечить, в общем-то, приемлемое качество картинки, да и диапазон отображаемых оттенков у них весьма внушительный.
В качестве элемента управления в ЖК-дисплеях может использоваться активная или пассивная матрица. В чем разница?
Пассивная матрица

STN-матрица
STN-матрица
CSTN-матрица
CSTN-матрица
FSTN-матрица
FSTN-матрица
Пассивная матрица образована наложением слоев горизонтальных и вертикальных контактных полос. Ток подается на вертикальную и горизонтальную полоску, при этом задаются координаты. Там, где эти полоски скрещиваются, кристаллы изменяют структуру, и в соответствующем месте экрана появляется точка.
В зависимости от силы тока, кристаллы искажаются в большей или меньшей степени, пропуская, соответственно, больше или меньше света. В цветных дисплеях они еще и поляризуют свет. При поляризации из белого света электролюминесцентной лампы задней подсветки в нужных пропорциях «вырезаются» те или иные цветные составляющие, что в итоге и определяет цвет точки экрана. На принципе пассивной матрицы основана технология STN.
STN (Super-Twisted Nematic) — самая первая технология, использованная при производстве LCD-дисплеев. Основной проблемой была низкая контрастность жидкокристаллических дисплеев — дисплеи плохо отражали свет. Выяснилось, что чем больше изменяется торсионный угол ориентации кристаллов (чем больше кристалл искажается), тем выше контрастность. Хорошие результаты получились при искажении на 90%, но самым оптимальным было признано искажение кристалла на 140%, обеспечивающее наилучшую контрастность.
Однако у STN-матриц много недостатков:
• небольшой угол обзора (что заставляет пользователя смотреть на него под определенным углом, чтобы видеть четкое и качественное изображение)
• низкое быстродействие
• абсолютная неразличимость информации на дисплее при ярком солнечном свете
Модификации технологии STN:
CSTN (Сolor Super Twisted Nematic). Первые CSTN-дисплеи имели большое время отклика и страдали от наводок. В настоящее же время дисплеи на базе CSTN-матриц предоставляют время отклика 100мс, широкий угол видимости (140 градусов) и высококачественные цвета, почти не уступающие TFT экранам по сочности.
FSTN (Film Super Twisted Nematic). Матрица с пленочной компенсацией, которая позволяет улучшить угол обзора. От STN-матриц технология отличается только тем, что у FSTN-матриц с внешней стороны есть специальная пленка, которая позволяет компенсировать цветовые сдвиги от синего на зеленый до черного на белый.
DSTN (Dual Super Twisted Nematic). Каждая ячейка этой матрицы состоит из двух ячеек STN. Отличительной особенностью матрицы является то, что все ее поле разбивается на несколько независимых полей матрицы, каждое из которых управляется отдельно.
TSTN (Triple Super Twisted Nematic). В таких матрицах используется целых два тонких слоя полимерной пленки, которые позволяют улучшить цветопередачу и угол обзора.
Активные матрицы

TFT-матрица
TFT-матрица
LTPS-матрица
LTPS-матрица
Активные матрицы обозначают аббревиатурой TFT (Thin Film Transistors) или AM (Active Matrix). Первые TFT-дисплеи появились в начале семидесятых годов прошлого века и были выполнены на основе селенида кадмия, однако затем производители перешли на аморфный кремний.
В таких матрицах под поверхностью экрана располагается слой тонкопленочных транзисторов, полупроводников, каждый из которых управляет одной точкой экрана. Таким образом, в цветном дисплее телефона их количество может достигать нескольких десятков, а то и сотен тысяч. Основной принцип работы матрицы заключается в управлении интенсивностью светового потока с помощью его поляризации. Изменение вектора поляризации осуществляют жидкие кристаллы в зависимости от приложенного к ним электрического поля. На один пиксель приходится по три транзистора, каждый из которых соответствует одному из трех основных цветов — красному, зеленому или синему, и конденсатор, поддерживающий необходимое напряжение
Такой способ управления позволяет существенно ускорить работу дисплея, хотя и это не панацея — при воспроизведении видеоролика изображение может быть слегка «размытым», поскольку сами кристаллы не успевают поворачиваться с нужной быстротой.
Модификации технологии TFT:
LTPS (Low Temperature Poly Silicon) — технология производства LCD TFT-дисплеев с использованием низкотемпературного поликристаллического кремния. Данная технология обеспечивает повышенную яркость индикатора изображения и пониженное энергопотребление.
TFD (Thin Film Diode) — технология производства жидкокристаллических дисплеев с использованием тонкопленочных диодов. Она аналогична технологии TFT, но здесь транзисторы заменены тонкопленочными управляющими диодами. Основной особенностью таких дисплеев является пониженное энергопотребление.
Кто же лучше?

TFD-матрица
TFD-матрица
UFB-матрица
UFB-матрица
OLED-матрица
OLED-матрица
OLED-матрица
OLED-матрица
E-ink
E-ink
E-ink
E-ink
Если попытаться сравнить между собой STN и TFT, то по большинству параметров впереди будет TFT. Но, несмотря на это большинство сегодняшних телефонов имеют цветные дисплеи, выполненные по технологии STN. Почему? В первую очередь, дело в цене. В принципе, само производство TFT-матриц ненамного дороже, но так как используется большое количество управляющих элементов, невысок выход годных дисплеев. Производители всячески стараются увеличить этот показатель, но STN-матрицы пока что обходятся дешевле.
Однако TFT и STN — не единственные технологии по производству матриц. Так, существующие технологии для изготовления LCD не удовлетворили разработчиков компании Samsung и они разработали собственные матрицы. Они производят дисплеи, выполненные по технологии UFB (Ultra Fine and Bright), основанной на использовании пассивной матрицы. Такие экраны обладают повышенной яркостью и контрастностью, при этом потребляемая мощность снижена по сравнению с традиционными LCD.
Дисплеи UFB, способные отображать 65 тысяч цветов, обладают контрастностью 100:1, яркостью 150 кд/кв. м, при этом потребляют не более 3 мВт. Вдобавок производство нового дисплея, по заверению разработчиков, обходится дешевле.
Но жидкие кристаллы потихоньку отживают свой век. Им на смену приходит новая технология — OLED.
OLED (Organic Light Emitting Diodes) — электролюминесцентные дисплеи на органических светоизлучающих полупроводниках. Главное отличие — не нужны лампы подсветки, в новых дисплеях светятся непосредственно элементы поверхности. И светятся существенно ярче, чем экраны на ЖК (100000 кд/кв. м). При этом энергопотребление ниже, цветопередача лучше, контрастность выше (300:1), угол обзора больше (до 180 градусов), цветовой охват шире. В отличие от обычного ЖК-дисплея органика способна реагировать в 100–1000 раз быстрее. Толщина дисплея не превышает 1 мм (с учетом защитного стекла 2 мм), масса исчисляется граммами. Немаловажным параметром считается и диапазон рабочих температур: от -30 до +60 градусов.
Из недостатков можно отметить только относительно низкое время жизни (порядка 5–8 тысяч часов), впрочем, для телефона этого вполне достаточно.
Как устроены органические экраны? Когда-то изобретатели люминесцентных диодов обнаружили, что если совместить два слоя определенных органических материалов и в какой-либо точке пропустить через них электрический ток, то в этом месте появится свечение. При этом используя разные материалы и светофильтры, можно получать разные цвета.
Существующие модели аналогично ЖК разделяются по типу управляющей матрицы. Есть OLED с пассивными и с активными матрицами. Принцип работы матриц такой же, но вместо слоя жидких кристаллов используется слой органических полупроводников.
Если сравнивать современные OLED-дисплеи и старые добрые LCD-экраны — сравнение будет явно не в пользу последних: ЖК-дисплеи работают уже на пределе своих возможностей, скорость смены кадров на экране невысока, а потребляемая мощность — напротив, оставляет желать меньшего. На цветных ЖК-экранах тяжело что-то разглядеть при солнечном свете, они весьма хрупкие.
Конечно, дисплеи с активными матрицами (LCD TFT) более яркие и контрастные, чем аналогичные дисплеи с пассивными матрицами, но они сложнее в производстве, дороже, и используются преимущественно в дорогих аппаратах.
Технология же органических дисплеев лишена практически всех недостатков, характерных для ЖК-дисплеев, и обеспечивает гораздо лучшие характеристики изображения. Так что, за какой технологией будущее – очевидно.
Но напоследок упомянем еще одну технологию — E-ink. Дисплей на электронных чернилах состоит из двух слоев: белого (верхнего) и черного (специальные чернила) под белым. Под действием тока частицы нижнего слоя проходят в верхний и возвращаются обратно, создавая требуемую картинку. При этом ток на слои можно подавать как с помощью пассивной, так и с помощью активной матрицы. По заверениям компании-разработчика, электронно-чернильные дисплеи теоретически могут иметь очень низкое энергопотребление и сохранять картинку даже при выключенном питании. Но в коммерческих продуктах технология пока не используется.