Jak fungují a čím se liší displeje mobilů (téma týdne)

Kvalita displeje ovlivňuje snadnost ovládání, barevné displeje nabízí práci s fotkami, videem, grafikou a podobně. V pojmech okolo displejů však panuje řada nejasností, které si pokusíme vysvětlit.
Jak fungují a čím se liší displeje mobilů (téma týdne)
Kapitoly článku

Pro mnoho uživatelů je v současnosti nejdůležitějším parametrem displeje jeho barevnost. Nejjednodušší displeje umí zobrazit jen jednu barvu plus „žádnou“, pokročilejší modely si poradí s více odstíny jedné barvy. Oba tyto druhy displejů obecně označujeme jako černobílé, tu a tam se setkáte také s termínem monochromatické.

Pokud displej zvládne zobrazit více barev, mluvíme o něm jako o barevném. Počet barev se u displejů různých telefonů liší a sahá od 256, kterými se chlubily první barevné displeje, přes 4 096, což je dnes rozumný standard, až po 65 536 barevných odstínů u současných nejlepších telefonů.

Poznámka: Článek byl publikován v květnovém čísle časopisu Mobility.

Hromada čísílek

Řada dalších parametrů displeje je spojena s rozměry, které se udávají vždy u takzvané aktivní plochy. Pokud má displej neaktivní okraje, na kterých se nikdy nezobrazí žádný text, do rozměrů se nezapočítají.

Neméně důležitým parametrem je rozlišení displej. Jeho jednotkou jsou obrazové body a někdy se můžete setkat s pojmem pixel, což znamená přesně totéž. Rozlišení udává, kolik bodů je možno na displeji zobrazit a to hned v obou směrech: dozvíte se, kolik bodů se vedle sebe vejde na šířku a kolik na výšku displeje.

Třetí parametr je velmi blízce spojen s rozlišením, zjistíte podle něho, jak velké bude písmo. V Mobilitách u každého telefonu zjišťujeme, na kolik řádcích je možné číst a psát textové zprávy, na kolika se dá wapovat. Počítáme také, kolik znaků „i“ a „m“ se vejde na jeden řádek.

Já snad špatně vidím

Kromě popsaných exaktních parametrů lze některé další vlastnosti displejů mobilních telefonů posuzovat víceméně subjektivně. Mezi takové vlastnosti patří kontrast neboli rozdíl mezi zobrazeným textem nebo grafikou a pozadím. Je-li kontrast nízký, údaje na displeji nejsou dobře zřetelné.

Některé displeje mají hrubý rastr, kdy jsou mezi jednotlivými body příliš velké a viditelné mezery, což snižuje kvalitu zobrazení. Displeje založené na technologii LCD se také vyznačují nepříjemnou vlastností, že jsou čitelné jen při přímém pohledu. Při větším naklonění mění barevnost, invertují se či se písmo úplně ztratí.

Displeje od píky

Oprostíme se od uživatelského pohledu a pokusíme se displeje prozkoumat po technologické stránce. V současné době se v mobilních telefonech používají displeje založené na tekutých krystalech (LCD, Liquid Crystals Display) a chystá se nástup displejů technologie OLED (Organic LED). Někdy se u některých výrobců setkáte i s dalšími typy displejů, jde však většinou jen o modifikace základního a nejrozšířenějšího typu LCD.

Jednotlivé body displeje jsou uspořádány do pravidelné mřížky. Řídicí obvody telefonu vybrané body aktivují tím, že přivedou elektrické napětí na jednotlivý sloupec a řádek displeje. Rozsvítí se jen ten bod, který leží přesně na průsečíku aktivovaných vodičů. Nic však není úplně ideální, elektromagnetické síly jsou mocné a nevyzpytatelné a to vše má za následek, že se většinou částečně rozsvítí i vedlejší body ve všech čtyřech směrech.

Klepněte pro větší obrázek
Na obrázku je schématicky znázorněna struktura
jednoho bodu (pixelu) u černobílého displeje typu LCD.

Displeje, které fungují tímto způsobem, označujeme jako pasivní a kromě nepřesnosti způsobující neostré okolí rozsvíceného bodu mají ještě několik dalších nevýhod. První z nich je relativně malé rozlišení, které je způsobeno náročností adresace, druhou pak malá obnovovací frekvence. Displeje jsou pomalé a zvládnou zobrazit maximálně několik obrázku za sekundu, což je nepříjemné například u animací. Pro běžné použití v mobilních telefonech ale tyto displeje dostačují.

Fanfáry: přichází TFT

Vědci se snažili výše uvedené nevýhody odstranit a už v roce 1973 přišli s technologií TFT (Thin Film Transistor). Jak sám název napovídá, jedná se o tenkou vrstvu, na které jsou vhodnou technologií vytvořeny miniaturní elektronické součástky – tranzistory.

Hlavní funkcí tranzistoru v displeji je elektronicky od sebe oddělit jednotlivé pixely, čímž se odstraní nepřesnost adresace. Jednotlivé elektrody už tedy nejsou spojeny do sloupců a řádků. Tranzistor navíc dokáže zapnout a vypnout bod rychleji, displej může nabídnout mnohem větší rozlišení a vyšší obnovovací frekvenci.

Displeje vybavené technologií TFT se nazývají aktivní a v současné době se postupně začínají prosazovat i v mobilních telefonech. Jejich základní nevýhodou je vyšší cena, způsobená především náročností výroby tranzistorové vrstvy.

Jak funguje LCD

Při pokusu o pochopení principu displejů typu LCD musíme poněkud hlouběji zavzpomínat na školní fyziku. Světlo je ve své podstatě tvořeno proudem fotonů, které kmitají všemi možnými směry. Pokud však paprsku světla postavíme do cesty skleněnou destičku s velmi jemnými drážkami, fotony se poněkud ukázní a projdou jen ty, které kmitají správným směrem. Paprsek je tzv. polarizován. Nyní takto upravený paprsek necháme dopadnout na destičku s drážkami, které jsou vůči původním otočeny o devadesát stupňů ... Chvilka napětí a hádáte správně: na druhou stranu se neprotlačil ani jeden foton, celá naše konstrukce je černě neprůhledná.

Zkusme nyní mezi obě tyto skleněné destičky vložit speciální látku nazvanou tekuté krystaly. Tato látka se vyznačuje zvláštní vlastností: V klidovém stavu jsou v ní jednotlivé krystalky uspořádány do spirály, která natáčí směr kmitání fotonů v probíhajícím paprsku. Než paprsek všechny krystalky překoná, je polarizován souhlasně s drážkami na druhé skleněné destičce a bez problému jí prochází. Díky tomu je nyní naše testovací konstrukce průhledná. Tekuté krystaly lze však usměrnit, vystavíme-li je účinkům elektromagnetického pole. V takovém případě se srovnají do řady jako vojáci, paprsek nijak nenatočí a neprojde žádné světlo.

Jak se tohle všechno dá využít při výrobě displeje? Základní princip byl popsán: máme dvě destičky, mezi nimi dvě elektrody a úplně uprostřed tekuté krystaly. V klidovém stavu jsou krystalky ve spirále a displej je průhledný. Přivedeme-li však do příslušných elektrod proud, odpovídající pixel se vlivem vyrovnání krystalků ztmaví. Pro zajímavost: chování světla při průchodu tekutými krystaly bylo popsáno v roce 1889, první demonstrace displeje typu LCD musela počkat až do roku 1963.

Dalším problémem, který je třeba u mobilního telefonu vyřešit, je podsvětlení displeje. Aby byla průhlednost či neprůhlednost pixelů dobře viditelná, musí být displej ze spodní strany nějak osvětlen. Řada levných LCD displejů nabízí jednoduché a finančně nenáročné řešení – na zadní stranu je umístěna reflexní fólie, která odráží okolní světlo. K tomu je ale nutno přidat i vlastní podsvětlení, což bohužel silně zvyšuje energetickou náročnost. Barevné displeje vyžadují vlastní podsvětlení v každém případě, což spolu s trojnásobným počtem potřebných pixelů nemá příliš příznivý vliv na výdrž telefonu. Zde je také třeba hledat důvod, proč je barevný displej špatně čitelný, pokud osvětlení zhasne.

Jak funguje OLED

Velmi perspektivní je mladší technologie OLED (Organic Light Emitting Diode). Displeje, které jsou na ní založeny, tvoří mřížka miniaturních LED diod. Pochopitelně se nejedná o běžné LED, které prosvětlují klávesnici mobilů nebo blikají u antény; ty by asi nebyly příliš vhodné. Diody musí být vyrobeny speciální technologií a vyznačují se především tím, že u nich nesvítí plynná náplň, ale pevná látka.
Obrovskou výhodou displejů OLED je nízká spotřeba energie, protože nepotřebují podsvětlení, diody dostatečně září samy o sobě. Vítanou vlastností jsou také kvalitní a jasné barvy a také vysoká rychlost zobrazení. Displeje OLED jsou v porovnání s běžnými typy LCD také velmi tenké a jejich výroba by se měla postupně zlevňovat.

Displej OLED u nás nenajdete u žádného mobilního telefonu. V roce 2000 uvedla Motorola barevný OLED displej v mobilním telefonu Timeport P8767, ten byl však určen jen pro sítě CDMA. Až na letošním CeBITu byly u značek Asus, LG a Samsung vidět první modely, které se snad dočkají prodeje i v Evropě. Superbarevným displejem OLED se na svém stánku chlubila i Toshiba a Kodak, který stál v osmdesátých letech 20. století na počátku vývoje technologie OLED, uvedl digitální fotoaparát s tímto displejem.

Klepněte pro větší obrázek
Jeden bod (pixel) barevného displeje OLED se skládá ze tří mikropixelů předepsaných barev.
Diody svítí samy o sobě, displej nepotřebuje podsvětlení.

Kromě „běžných“ displejů OLED jsou plánovány i pokročilejší varianty. Typ FOLED (Flexible OLED) se liší umístěním aktivní vrstvy na pružnou podložku, displej pak bude ohebný a bude možné srolovat jej do ruličky. Displeje, u kterých se podařilo vyrobit elektrody z průhledného materiálu, nesou označení TOLED (Transparent OLED). Průhlednost displeje může skýtat řadu výhod. Lze například umístit tři barevné pixely nad sebe, čímž se při zachování barevnosti dosáhne vyššího rozlišení na stejné ploše.

Jak je to s barvou?

Černobílé displeje dnes patří minulosti a kdo nemá barvu, ten jako by nebyl. Jak ale udělat z černobílého displeje barevný? Je to jednoduché, stačí vhodně namíchat barevné světlo – na vrchol jednotlivých bodů umístit barevné filtry (u LCD) či vyrobit diody OLED v různých barvách.

Většinou se používají tři barvy: červená (Red), zelená (Green) a modrá (Blue), takzvané schéma RGB. Barevné body mohou být uspořádány do řad, případně do trojúhelníků a vhodným nastavováním odstínů jednotlivých bodů získáme prakticky jakoukoli barvu. Schválně se podívejte zblízka nebo lupou na televizní obrazovku, snadno tam rozeznáte body všech tří základních barev.

Klepněte pro větší obrázek
Barevné mikropixely mohou být usporádány do trojúhelníku, do řady,
případně u některých displejů OLED také navrstveny na sebe.

Kam kráčí displeje

Co můžeme očekávat v nejbližší době? Trend je jasný, vývoj směruje od černobílých displejů ke stále barevnějším. Současný standard čtyř tisíc barev bude brzy překonán, řada mobilů dnes dokáže zobrazit pětašedesát tisíc barev, už jsou ohlášeny modely s podporou statisíců barev a toto číslo bude ještě růst. Lze bezpochyby očekávat širší nástup technologie OLED do běžných telefonů, případně snižování spotřeby energie běžných displejů typu LCD. Vzhledem k posupnému stírání rozdílů mezi kapesními počítači a mobilními telefony se můžeme těšit i na postupné zvyšování rozlišení.

Témata článku: Ostatní, Displeje, Acer Liquid, Motorola T720, Nokia 3650, Nokia 5100, Nokia 6100, Nokia 6610, Nokia 7210, Nokia 7210 Supernova, Nokia 7250, Nokia 7650, Panasonic GD87, Panasonic GD95, Sharp GX13, Sony Ericsson P800, Sony Ericsson T610, Mobil, Běžný displej, TimePort P, Displej mobilů, Displej, První demo

Určitě si přečtěte

Revoluce, kterou nikdo nežádal. ZTE Axon M je „první skládací mobil na světě“

Revoluce, kterou nikdo nežádal. ZTE Axon M je „první skládací mobil na světě“

** ZTE mluví o revoluci, ale první rozhodně není. ** Práce se dvěma displeji vypadá skvěle, ale není kompromisů až příliš? ** Nejvíce vadí předěl mezi displeji, značné rozměry a malá baterie.

18.  10.  2017 | Kůžel Filip | 25