Ecranul smartphone-ului sub lupă: Tehnologii de display OLED şi TFT

⇣ Sari la articol

connect te ajută să-ţi faci o idee prin ce se deosebesc câteva dintre principalele tehnologii utilizate de display-urile smartphone-urilor, cum ar fi TFT sau OLED.

Redactat de: Bogdan Bele

Dacă ar fi să dăm crezare departamentelor de publicitate ale producătorilor, fiecare smartphone oferă imagini briliante şi perfect clare. Dar dacă încerci într-o zi însorită să-ţi citeşti mail-urile pe o bancă în parc, se întâmplă foarte des să nu poţi desluşi scrisul sau doar foarte greu. Acest lucru se datorează tehnologiei folosite la realizarea display-ului. În acest articol explicăm care sunt diferenţele între ecranele TFT şi OLED şi cum se răsfrânge acest lucru în utilizarea de zi cu zi, folosindu-ne de câteva modele de smartphone-uri cu ecrane puternice.

Display-uri TFT

TFT înseamnă de fapt Thin Film Transistor. Folosind această tehnologie, fiecare pixel este ghidat de câte trei tranzistori, câte unul pentru cele trei culori de bază: roşu, albastru şi verde, din care se pot compune toate celelalte culori. Display-urile TFT fac parte din categoria ecranelor cu cristale lichide, LCD (Liquid Crystal Display), care au făcut carieră, fiind utilizate de la calculatoare de buzunar până la ceasuri digitale. LCD-urile se folosesc de faptul că lumina oscilează ca o undă. Oscilarea este ca şi mişcarea valurilor mării văzută de pe ţărm, vertical în sus şi în jos. În lumină oscilaţiile sunt în toate direcţiile, dar cu un filtru special se poate elimina planul de polarizare. Cu ajutorul cristalelor lichide acest plan de polarizare poate fi rotit, rotaţia depinzând de tensiunea aplicată. Într-un display avem două folii de filtre de polarizare orientate în acelaşi sens, despărţite de un strat subţire de cristale lichide. Partea de lumină potrivit polarizată se va vedea şi pe partea opusă a acestui aranjament. Anexând o sursă de tensiune cristalele lichide se pot roti. Astfel planul de polarizare a luminii ce pătrunde poate fi modificat încât să nu traverseze deloc sau greu cel de-al doilea filtru. Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât planul se roteşte mai mult şi cu atât mai puţină lumină pătrunde. Cu anumite valori ale tensiunii se pot obţine unghiuri de rotire între 0 şi 90 grade, adică foarte luminos până la foarte întunecat.

În practică display-ul este format dintr-un aranjament regulat de celule minuscule, în care lumina se roteşte în planurile de polarizare independent. Fiecare pixel este format din trei celule cu filtre roşii, verzi şi albastre. Tensiunea este ghidată de TFT-uri prinse pe sticlă, între care se află statul de cristale lichide şi care poartă şi filtrele de polarizare şi de culoare. Tehnica TF (thin film) este importantă, deoarece electrozii, de la care se ghidează tensiunea, trebuie să fie transparenţi pentru a permite trecerea luminii prin display.

Transmisiv şi reflectiv

Display-urile TFT există în trei moduri generale de construcţie. Majoritatea producătorilor utilizează ecranele luminate din spate, aşa numitele ecrane transmisive. La notebook-uri şi monitoare se utilizează aproape 100% această tehnologie. Dezavantajul acestor ecrane este că nu pot utiliza lumina naturală. Dacă afară este prea multă lumină, pupilele se strâng atât de mult că nu mai permit trecerea unei cantităţi suficiente de lumină prin display-ul slab, imaginea pe care o vedem este foarte închisă.

O tehnologie care anulează acest dezavantaj al display-urilor transmisive utilizează în loc de iluminare din fundal a display-ului o oglindă plasată în spatele ecranului. Iluminarea obligatorie a display-ului în camere întunecate se face cu un con de lumină din faţă. Acest display reflectiv devine tot mai luminos cu cât lumina care bate pe ecran este mai puternică. Tipul acesta de display este ideal pentru utilizare în exterior. Dar cum lumina trece de două ori prin toate filtrele de culoare şi polarizare, calitatea imaginii are de suferit. De aceea această tehnologie nu se utilizează la smartphone-uri.

Pentru a realiza un compromis între calitate perfectă în condiţii de iluminare artificială şi posibilitatea vizualizării ecranului sub incidenţa razelor solare s-au creat display-uri iluminate din spate, care utilizează însă şi o parte din lumina ambientală pentru mărirea luminozităţii imaginii prin reflexie, pe spatele ecranului. Acest ecran transflectiv atinge în fiecare disciplină doar calitatea ecranelor specializate în anumite domenii de aplicare.

Display OLED

Display-urile OLED sunt realizate prin aranjarea regulată a unor diode minuscule în culorile de bază roşu, albastru, verde, din care apoi se poate forma fiecare pixel într-o culoare arbitrară. În cazul diodelor se utilizează o caracteristică a lor, şi anume, la trecerea electronilor unui atom din banda de conducţie în banda de valenţă (banda exterioară a învelişului electronilor), energia degajată se transformă în lumină. Acest lucru se realizează dacă electronii liberi sunt captaţi la trecere printr-un strat semiconductor de către anod. Culoarea dorită pentru subpixeli se obţine prin compoziţia diferită a stratului semiconductor, compoziţie bazată la ecranele OLED pe substanţe organice, care faţă de materialele anorganice au o stabilitate redusă în timp. De aceea ecranele OLED au nevoie de energie doar când emit lumină. În plus nu au filtre de polarizare, care să înghită lumină, ambele caracteristici protejând acumulatorul. Tehnologia permite şi utilizarea de culori mai saturate.

Display 3D TFT

O noutate de ultimă oră la smartphone-uri este display-ul 3D. Aceste display-uri pornesc de la ideea că imaginile diferite, percepute cu ambii ochi, sunt ordonate de creier într-un aranjament spaţial al obiectelor în câmpul vizual. La display-ul 3D o jumătate din display este acoperit de un model dungat (paralaxă) pentru ca fiecare ochi să vadă o altă parte dungată de display. Astfel dacă poziţia display-ului şi a capului sunt corecte, fiecare ochi vede o imagine uşor diferită. Aceste diferenţe de detaliu oferă o impresie spaţială.

Samsung Galaxy Note

Numărul 1 în categoria smartphone-uri are cel mai mare, dar şi cel mai bun display actual.

Cu touchscreen-ul OLED de 5,3 inchi, Galaxy Note este la graniţa cu tabletele, impunându-se nu doar prin mărime dar şi prin rezoluţia de 800 x 1280 pixeli, mai mare chiar decât rezoluţia tipică pentru HD (720 x 1280 pixeli). Cu astfel de caracteristici nu numai pe noi ne-a uimit: fotografiile şi înregistrările video apar în culori strălucitoare, fiind o încântare pentru ochii privitorului. Nu este de mirare că acest model are valori măsurate în laborator mult superioare altor modele. Din punct de vedere al unghiului de vizualizare şi al spaţiului de culoare acest smartphone uriaş nu are concurenţi. Galaxy Note poate fi rotit în orice direcţie, conţinutul ecranului fiind perfect vizibil şi din lateral. Culorile sunt saturate, aşa cum se poate vedea şi în diagrama de mai jos. Samsung se foloseşte clar la ambele caracteristici de avantajul tehnologiei OLED de autoiluminare a ecranului.

Un alt avantaj îl reprezintă contrastul puternic, de 1:1662 în întuneric (mai mic de 1 lux) şi de 1:892 la lumina dintr-un birou (500 lucşi). La valori de 20.000 lucşi (o zi însorită) apare punctul slab al display-ului OLED, deoarece luminozitatea în acest caz scade la 300 lucşi, reducându-se drastic şi contrastul. Şi cu toate aceste mici lipsuri ecranul lui Galaxy Note foloseşte o tehnologie fascinantă.

Nokia 701

Ecranul TFT este foarte luminos şi garantează o lizibilitate bună şi la lumina ambientală.

Nokia 701 face parte din categoria smartphone-urilor discrete, care nu atrag privirea. Dar display-ul său este impresionant. Şi nu ne referim la mărime şi rezoluţie, căci o diagonală de 3,5 inchi şi o rezoluţie de 360 x 640 pixeli nu atrage utilizatorii. Caracteristica cea mai deosebită este luminozitatea puternică a ecranului, un ecran TFT transmisiv. Teoretic un astfel de ecran se comportă foarte bine la lumina ambientală, contrastul fiind puternic. La testarea display-ului s-a constat că teoria corespunde cu practica: Nokia 701 este cel mai luminos smartphone testat până acum de connect, având o luminozitate măsurată de 778 lucşi. Acest lucru se reflectă însă negativ asupra contrastului, producătorul finlandez neputând asigura un negru adevărat. Datorită raportului de contrast: 1:646 (1 lux) şi 1:502 (500 lucşi) acest Nokia ocupă ultimul loc în lista telefoanelor comparate. În momentul în care luminozitatea spaţiului devine de 20.000 lucşi, ecranul TFT arată ce poate cu adevărat. La astfel de valori raportul contrastului este de 1:48.

Mult mai slabe sunt rezultatele referitoare la unghiul de vizualizare şi spaţiul de culoare. Cel din urmă se prezintă puternic limitat. Reflecţia ecranului, cu valoarea măsurată de 124, este minimă şi chiar mai bună decât la iPhone 4S. Nokia nu se poate apropia de Galaxy Note, la care valoarea reflecţiei este de 94.

Apple iPhone 4S

Cel mai nou model de iPhone, cu cel mai bun display TFT, prezintă totuşi mici slăbiciuni.

Unul dintre secretele succesului noului iPhone 4S este display-ul TFT de 3,5 inchi, care detaliază şi reprezintă în culori briliante conținutul ecranului. Rezoluţia de 640 x 960 pixeli, deţinută şi de modelul anterior, a fost mult timp etalon pentru smartphone-uri. Odată cu apariţia noilor modele de la Samsung, Galaxy Note şi Galaxy Nexus, rezoluţia a crescut semnificativ şi odată cu ea şi mărimea diagonalei display-ului.

Display-ul OLED auto-luminos al competitorului corean este depăşit de luminozitatea ecranului Apple, 590 lucşi, ceea ce se oglindeşte concret în valorile contrastelor: 1:1000 în întuneric (mai mic de un lux), 1: 692 la iluminare tipică de birou (500 lucşi) şi 1:38 la 20.000 lucşi, sunt valori foarte bune pentru un ecran TFT, permiţând vizualizarea în condiţii bune ale ecranului şi sub incidenţa razelor solare.

Şi măsurătorile unghiului de vizualizare confirmă impresia pozitivă: privit din lateral conţinutul ecranului este la fel de bine lizibil. Mai puţin satisfăcătoare sunt măsurătorile pentru spaţiul cromatic.

Apple are dificultăţi în reprezentarea culorilor verde şi albastru. Dar aceste nemulţumiri sunt de nivel înalt: iPhone 4S prezintă unul din cele mai bune display-uri TFT actuale.

Sony Ericsson Xperia Play

Ecranul TFT transflectiv oferă o calitate bună – dacă tehnologia este utilizată consecvent.

Xperia Play al lui Sony Ericsson este din cap până în picioare un smartphone cu totul deosebit. Nu numai că este dotat cu o tastatură extensibilă pentru jocuri, dar are şi un display TFT transflectiv, devenind astfel o specie rară în domeniul smartphone-urilor. O privire mai atentă constată că suprafaţa reflectivă de pe ecran este destul de redusă. Altfel nu se explică de ce nu sunt vizibile şi datele din colţurile ecranului de 4 inchi cu o rezoluţie de 480 x 854 pixeli.

Diagramele din laboratorul nostru de testare dovedesc că unghiul de vizualizare este deosebit de instabil, aşa cum arată şi zona verde a diagramei. Privind din lateral, nu prea vezi multe. Stabilitatea este însă foarte pozitivă la privirea verticală şi orizontală. O laudă specială i se cuvine lui Sony Ericsson la spaţiul cromatic, având cel mai bun rezultat dintre toţi candidaţii cu display TFT testaţi, cu o mică reţinere la redarea culorii verzi. Mai puţin bune sunt valorile luminozităţii la Xperia Play, 264 lucşi fiind o valoare medie pentru un smartphone de un asemenea format. Raportul de contrast, în întuneric 1:901 şi 1:563 în conţiţii de iluminare tipică de birou, este totuşi impresionant. Dar la 20.000 lucşi luminozitatea este foarte redusă şi cu raportul de 1:23 Xperia Play ajunge la sfârşitul listei de comparaţie. Aici nici tehnica transflectivă, avantajoasă în lumină puternică, nu ajută.

Tehnică de măsurare

Bancul de măsurători foarte costisitor din Testfactory al laboratorului connect, permite o analiză amănunţită a ecranelor diverselor smartphone-uri.

Prin construcţia tehnică display-ul smartphone-urilor are stabilită rezoluţia. Pentru a putea evalua un display trebuie măsurate însă atât luminozitatea, contrastul, gradul de reflexie cât şi abaterea culorilor. Cum aceste valori depind mult de unghiul de vizualizare şi de condiţiile de mediu înconjurător, Testfactory din cadrul laboratorului de măsurători connect, utilizează un banc de probe, DMS 703 de la Autronic Melchers, în valoare de 150.000 euro.

Acest banc de probe este format dintr-o masă ce poate fi rotită cu 360 grade, pe care se fixează aparatul ce urmează a fi testat. Deasupra display-ului de fixează instalaţia rotativă de măsurare a luminii. Aceasta poate stabili cu exactitate maximă luminozitatea sau cu o precizie mai redusă spectrul de culoare. Pentru stabilirea contrastului se măsoară un ecran maximal luminat şi unul întunecat la maxim într-o reţea unghiulară deasă într-un con de +/-60 grade în jurul verticalei. Astfel se poate stabili în ce măsură dispare contrastul pe display la vizualizare laterală.

Pentru a valorifica influenţa luminii ambientale, display-ul este iluminat în timpul măsurătorilor de o sursă de lumină sub formă de cupolă, care are doar o fantă îngustă pentru senzorul de lumină. Astfel se simulează cu exactitate toate modurile de iluminare, începând cu cea de la birou şi până la lumina soarelui, măsurând dependenţa contrastului de lumina înconjurătoare. Alături, pe partea opusă senzorului de lumină, se poate poziţiona o sursă mică de lumină, cu ajutorul căreia să se măsoare reflexia.

După fixarea aparatului ce urmează a fi testat, măsurătorile şi interpretarea lor se fac automat.

Valori măsurate

Valorile măsurate nu spun totul despre un smartphone. Influenţa acestor valori asupra percepţiei este însă foarte importantă.

Tehnicienii, care execută măsurătorile, înţeleg prin contrastul unui display raportul dintre luminozitatea maximă şi minimă. Mai simplu exprimat: raportul luminozităţii între o imagine albă şi una neagră. Datele puse la dispoziţie de către producători cuprind valori înalte pentru contrastul măsurat în întuneric. În încăperi luminate sau afară în natură şi părţile întunecate ale display-ului reflectă lumina. Astfel un negru saturat se transformă în gri mai mult sau mai puţin deschis. Imaginile par spălăcite şi incolore, lizibilitatea scrisului mărunt este redusă. La toate acestea se adaugă şi faptul că în lumină puternică pupilele noastre se îngustează, reducând cantitatea de lumină ce cade pe retină. De aceea o zi însorită nu ni se pare mai luminoasă ca un birou bine iluminat, cu toate că între cele două este o diferenţă mare. Dar pupilele îngustate fac ca noi să percepem şi mai puţină lumină dată de display, suprafeţele albe par mai gri, calitatea imaginii şi lizibilitatea scad considerabil. Pentru a menţine calitatea imaginilor, display-ul trebuie să fie deosebit de luminos sau la realizarea lui să se fi utilizat tehnica reflectivă sau transflectivă, care folosesc lumina ambientală pentru a face imaginile mai strălucitoare.

Asus