IPS против AMOLED — выбираем лучший экран для смартфона

После выхода статьи об OLED-экранах, один из наших читателей попросил рассказать о том, какой экран современных смартфонов лучше — IPS или AMOLED (он же — Super AMOLED, Dynamic AMOLED или XDR OLED).

Вначале я не планировал писать об этом подробный материал, так как был уверен, что в интернете информации на эту тему предостаточно. Но затем решил немного погуглить и то, что я обнаружил, кардинально изменило мое мнение.

Помимо того, что многие статьи написаны людьми, не представляющими, как работают экраны, большая часть этого материала содержит уже неактуальную информацию, перепечатываемую снова и снова.

В своей статье я постараюсь максимально просто и понятно объяснить принцип работы экранов современных смартфонов, а в конце мы сравним все преимущества и недостатки каждой технологии, чтобы выбор следующего смартфона вы смогли сделать более осознанно.

Только в самом начале я бы хотел сделать важное замечание. Дабы избежать излишней сложности и сделать статью понятной для каждого читателя, я умышленно буду делать ряд упрощений и упускать некоторые детали, не имеющие ключевой важности для понимания темы.

И последнее. Если вас не интересуют все технические подробности устройства экранов, просто промотайте статью к тому месту, где мы будем делать практические выводы и ответим на вопрос — что же лучше: IPS или AMOLED.

Что такое IPS, AMOLED или Super AMOLED и почему важно их различать?

Не стоит объяснять, почему экран является одним из важнейших компонентов смартфона. Но проблема заключается в том, что экраны не просто разделяются на «дешевые и дорогие» или «хорошие и плохие». Существуют два принципиально разных типа дисплеев, которые широко распространены сегодня в мобильных телефонах. И стоимость не является их ключевым отличием.

Речь идет об экранах на основе жидких кристаллов (LCD-дисплеи) и экранах на базе органических светодиодов (OLED-дисплеи). Во всех смартфонах используются варианты либо первого, либо второго типа.

Наиболее известные смартфоны с LCD-дисплеями — это продукты компании Apple, а также средне-бюджетные и бюджетные Android-смартфоны:

• iPhone 11
• iPhone XR
• iPhone 8/8 Plus, iPhone 7/7 Plus
• Honor 20/20 Pro
• Xiaomi Redmi Note 7
• Huawei P30 Lite и др.

Я специально не упоминал слово IPS, так как IPS — это лишь разновидность основной технологии LCD. Помимо IPS, бывают и другие типы экранов, такие как: S-IPS, LTPS, PLS и пр. Но все они являются дисплеями на основе жидких кристаллов и построены по одному и тому же базовому принципу.

Если же говорить об OLED-экранах, то их можно встретить практически на всех без исключения флагманах и даже в смартфонах средней ценовой категории. Речь идет о таких популярных смартфонах, как:

• Вся линейка смартфонов Samsung Galaxy S-серии, Note-серии и многие другие аппараты компании
• iPhone 11 Pro/11 Pro Max, iPhone XS/XS Max и iPhone X
• Флагманы Huawei (P30, Mate 30)
• Флагманы Xiaomi (вся линейка Mi 9 и др.)
• Sony Xperia XZ3 и Xperia 1
• И многие другие

В свою очередь, OLED-экраны можно разделить на Super AMOLED, XDR OLED, Dynamic AMOLED и прочие. Помимо разных торговых марок, все эти экраны не имеют никаких принципиальных отличий.

Таким образом, можно сделать следующий вывод:

Экраны всех современных смартфонов разделяются только на два типа: LCD и OLED

Теперь давайте рассмотрим принцип работы этих дисплеев, начав с LCD или, в более узком смысле этого слова, IPS-экранов.

Как устроены IPS-экраны современных смартфонов?

Чтобы понять, как работает IPS-экран, нужно немножко вспомнить школьные уроки физики.

Что такое свет?

Говоря простым языком — это энергия, которую мы можем видеть своими глазами. Свет распространяется в окружающей среде, как обычные волны по воде. Вот только если обычная волна колеблется лишь в одном направлении:

То электрическое поле световой волны имеет хаотическое направление и выглядит схематически следующим образом:

Но мы можем очень просто сделать так, чтобы все волны шли параллельно друг другу, как по воде. Для этого достаточно погасить «лишние» волны.

Такой процесс называется поляризацией света. То есть, если мы весь свет пропустим через «мелкую решеточку с вырезами» (поляризатор), через нее пройдут только те волны, направление которых совпадает с вырезами, а остальные просто погасятся:

Теперь мы имеем световую волну, в которой электрическое поле колеблется только в одном направлении. Все очень просто, не так ли?

А что будет, если эту волну мы пропустим через еще один поляризатор («мелкую решеточку»), только повернем этот второй поляризатор на 90° относительно первого? Верно, такая решетка пропустит только горизонтальные волны. Но ведь у нас нет таких волн, после первого поляризатора остались лишь вертикальные. В итоге, световая волна полностью погасится «решеткой» поляризатора:

Вот и все, что нам нужно знать о свете, чтобы разобраться в том, как работает IPS-экран смартфона!

Принцип работы IPS-матрицы

Принцип работы LCD дисплея невероятно прост. Весь экран состоит из множества пикселей — маленьких точек, формирующих изображение. Каждая такая точка (пиксель) состоит в свою очередь из 3 субпикселей (маленьких ячеек) — красного, зеленого и синего.

Если нам нужно, чтобы определенная точка на экране горела желтым цветом, мы включаем на полную яркость красный и зеленый субпиксели, а яркость синего снижаем к нулю (отключаем его вообще). Так как эти субпиксели невероятно малы, все 3 цвета (ярко красный, ярко зеленый и «отсутствующий синий») сливаются для нас в один — желтый:

Если теперь яркость зеленого субпикселя уменьшить в 2 раза, наш желтый пиксель превратится в оранжевый и т.д. То есть, изменяя яркость 3 цветных субпикселей, мы будем получать желаемый цвет точки на экране.

Каким же образом можно изменять яркость каждого отдельного субписеля на экране смартфона? Откуда вообще берутся цвета? Давайте разберемся с этим вопросом на примере одного единственного субпикселя, скажем, красного цвета.

Поставим лампу, которая будет излучать естественный свет. За лампой разместим поляризатор, чтобы естественный свет стал поляризованным, теперь поставим фильтр красного цвета и в конце разместим еще один поляризатор, только развернем его на 90° относительно первого. У нас получился следующий «бутерброд»:

Включаем яркость лампы на максимум, свет начинает проходить через первый поляризатор и становится поляризованным, затем свет проходит через красный фильтр, в котором отсекаются волны любой длины, отличной от красного. В итоге, красный свет направляется ко второму поляризатору и… полностью гасится (см. чуть выше объяснение про волны света).

Получается, как бы ярко ни светила лампа, красный субпиксель никогда не будет гореть. Как же нам регулировать яркость? Я забыл уточнить важное условие — лампа одна для всех пикселей. Если мы будем уменьшать яркость лампы — будет падать яркость и всего экрана. Но как же тогда изменять яркость отдельных субпикселей красного, зеленого и синего цветов?

Вот здесь и приходят на помощью жидкие кристаллы! Что это вообще такое? Говоря очень простым языком — это такая вязкая жидкость, молекулы которой упорядоченны определенным образом. Более того, они могут изменять свое положение под воздействием напряжения (а также температуры и многих других факторов).

Если мы разместим жидкие кристаллы между двумя прозрачными электродами таким образом, чтобы их молекулы выстроились по спирали, то получим очень интересную «конструкцию»:

Свет, проходя по этой спирали, будет изменять свою поляризацию с «вертикальной» на «горизонтальную». Другими словами, волна света проходит через кристалл по «дорожкам», выстроенным из молекул.

Теперь посмотрите на предыдущую картинку с лампой и поляризаторами. Если сразу после первого поляризатора разместить жидкие кристаллы в виде такой спирали, тогда свет, проходящий по ним, изменит свою поляризацию (волны развернутся на 90°) и уже без малейших потерь пройдет через второй поляризатор. Ведь световые волны теперь повернуты вдоль «отверстий» второго поляризатора.

Вот и получилось пропустить полностью весь свет через красную ячейку (субпиксель). Но гореть он будет на максимальной яркости только в том случае, если спираль будет полностью завернута и весь свет будет «поворачиваться» на 90°.

Если же мы начнем понемногу разрушать спираль, все меньше и меньше света будет проходить через второй поляризатор. И когда спираль будет полностью «разрушена», свет снова будет гаситься вторым поляризатором:

Слева на картинке жидкие кристаллы выстроены так, чтобы изменять направление световой волны (или поворачивать плоскость поляризации). В этом случае свет полностью будет проходить через второй поляризатор и мы увидим яркий пиксель на экране смартфона.

Справа на картинке жидкие кристаллы под воздействием напряжения выстроены так, чтобы не влиять на поляризацию света, не изменять «угол наклона» волны. В итоге, весь свет от лампы полностью гасится вторым поляризатором и наш субпиксель вообще не светится.

Чем сильнее напряжение подается на жидкие кристаллы, тем сильнее будет «разрушаться» спираль и тем ниже будет яркость пикселя. Как только напряжение перестанет подаваться — молекулы снова выстроятся по спирали.

Вот так, в общих чертах, и формируется изображение на IPS-экране.

А теперь важное уточнение. Я специально показал работу LCD-дисплея не по технологии IPS, а по технологии TN, так как ее немного проще понять новичку.

В IPS экранах используется ровно тот же принцип: за экраном размещается подсветка, затем идет поляризационный фильтр, затем сетка из транзисторов (TFT), после нее — слой жидких кристаллов, затем цветовой фильтр и второй поляризатор:

Сетка из транзисторов нужна для того, чтобы смартфон мог управлять каждым отдельным пикселем (это называется активная матрица).

IPS отличается от TN-матрицы лишь тем, что молекулы не размещаются по спирали и второй поляризационный фильтр не поворачивается относительно первого. То есть, происходит немного другое вращение молекул. Если в TN матрице при отсутствии напряжения свет полностью проходит через экран (по спирали молекул жидкого кристалла), то в IPS матрице наоборот — свет проходит только при подаче напряжения.

Более подробно на этом останавливаться здесь не будем, чтобы не усложнять статью. Главное понять, что принцип работы один и тот же.

Подводим итоги

Жидкие кристаллы не излучают свет, они лишь меняют его поляризацию. Поэтому для работы IPS-экрана нужна отдельная подсветка — специальная лампа, размещенная за экраном.

Изменяя с помощью жидких кристаллов поляризацию света («поворачивая» световую волну), мы изменяем интенсивность свечения одного конкретного субпикселя, отвечающего за один из 3 основных цветов. А выстроив яркость каждого из этих субпикселей, мы получим цвет конкретной точки на экране смартфона.

Теперь осталось подобрать нужный цвет для остальных полутора миллионов таких точек, состоящих из 3 субпикселей, и мы получим красочную картинку на экране iPhone 11!

Как устроены OLED-экраны современных смартфонов?

Довольно подробное объяснение принципа работы OLED-экранов я приводил в прошлой статье, поэтому здесь лишь вкратце опишу отличия от IPS-экранов.

OLED-экраны строят картинку ровно по тому же принципу, что и IPS. Здесь также каждый пиксель состоит из 3 субпикселей красного, зеленого и синего цветов. И точно также для получения конкретного цвета одного пикселя нужно изменить яркость каждого из субпикселей.

Однако ключевое отличие AMOLED-дисплеев от IPS заключается в том, что экрану на органических светодиодах не нужна подсветка. Соответственно, в смартфонах с AMOLED-экранами нет никаких ламп или другого источника света.

Каждый субпиксель, состоящий из органического вещества, сам излучает свет, когда через него проходит ток. Другими словами, каждая точка на OLED-экране смартфона — это и есть «лампочка», яркость которой можно легко изменять индивидуально.

Что лучше, OLED или AMOLED? И что тогда такое Super AMOLED?

Если вы заметили, я постоянно взаимозаменяю слова OLED и AMOLED. Несмотря на то, что формально это разные понятия, когда мы говорим об экранах смартфонов, можно использовать оба слова.

Разница между ними заключается в том, что AMOLED — это тот же OLED экран только с активной матрицей (Active Matrix OLED). Но так как не существует смартфона, где бы использовался OLED-экран с пассивной матрицей (PMOLED), всегда, говоря слово OLED, все подразумевают AMOLED.

Super AMOLED от Samsung

Super AMOLED и другие модные слова (Dynamic AMOLED, XDR OLED) — это, по сути, все тот же AMOLED-экран, с очень незначительными конструктивными отличиями. И главное здесь не столько эти отличия, сколько само название.

Дело в том, что компания Samsung была пионером в области OLED-экранов и внесла огромный вклад в популяризацию слова AMOLED. Фактически, это слово стало своеобразным брендом. Компания использовала его вместо привычного OLED и хотела зарегистрировать соответствующую торговую марку.

Однако сделать это ей не удалось, так как слово AMOLED буквально означало технологию OLED с активной матрицей. Соответственно, запатентовать название технологии нельзя — оно было общепринятым и до появления первых экранов от Samsung.

Затем к производству AMOLED-экранов подключились другие компании, в частности LG. И Samsung нужно было что-то предпринять, ведь именно на OLED-экраны компания делала основную ставку. А раскручивать общепринятое название, делая огромную услугу конкурентам, было бы не очень хорошо.

Решение нашлось очень быстро. Samsung незначительно изменила конструкцию дисплея, сделав сенсорный слой частью экрана, в то время, как в обычном AMOLED-дисплее сенсорный слой является отдельным элементом, который размещается поверх экрана. Из-за этого вся конструкция стала чуть тоньше.

Теперь слово Super-AMOLED является не просто названием технологии, которую могут использовать все, а собственной торговой маркой и отличительной особенностью экранов Samsung от экранов других компаний (хотя, опять же, существенной разницы нет).

Что лучше — IPS или AMOLED?

Есть люди, которые принципиально выбирают IPS-экран вопреки всем преимуществам OLED-экранов. Однако еще больше тех людей, которые ни за что не купят смартфон с IPS-экраном. В чем же тут дело?

Чтобы не повторять дважды одну и ту же информацию, я лишь перечислю все достоинства и недостатки OLED-экранов. Соответственно, каждый минус OLED-экрана будет являться плюсом IPS-матрицы и наоборот, если в чем-то OLED имеет преимущество, значит в IPS это реализовано хуже.

Основные плюсы OLED-дисплеев

+ Бесконечная контрастность

Контрастность — это разница между самым ярким белым и самым темным черным пикселем на экране. Измеряется контрастность в соотношении X:1, где X — максимальная яркость. То есть, если контрастность равна 1000:1, это значит, что экран смартфона способен отобразить белый цвет в 1000 раз ярче черного.

А учитывая тот факт, что в OLED-дисплее черный цвет — это полностью выключенный диод со значением яркости 0, любое соотношение X:0 будет неверным. Это как сравнивать яркость выключенного экрана с яркостью включенного.

На IPS-экране невозможно добиться идеально черного цвета, так как идеальный черный — это отсутствие света, а как мы уже разобрались, IPS-экран светится постоянно. И даже если под прямым углом черный может казаться действительно очень глубоким, то при малейшем отклонении IPS-экрана, особенно в темноте, преимущество OLED-дисплея будет очевидным.

+ AOD-режим и экономия энергии

Смартфоны с OLED-экранами поддерживают интересный режим работы под названием Always On-Display (постоянно включенный экран). На дисплее смартфона даже в выключенном состоянии отображается какая-то информация:

Это возможно благодаря особенностям OLED-матрицы. Мы можем легко включать только отдельные пиксели на экране, чтобы выводить время и пропущенные уведомления. В случае с IPS-матрицей будет светиться весь экран, хотя и черным цветом.

Если на OLED-матрице черный цвет — это выключенный пиксель, то на IPS-матрице черный цвет — это полностью горящая подсветка, которую мы не видим из-за того, что второй поляризатор гасит световую волну.

Таким образом, подобрав оформление интерфейса смартфона в темных цветах можно экономить энергию на OLED-дисплее, а для IPS-матрицы нет значения, какой цвет отображать — лампа всегда горит и освещает все пиксели.

+ Максимальные углы обзора

Если смотреть на экран любого смартфона даже под небольшим углом, наблюдается падение яркости. И у IPS-матрицы с этим все гораздо хуже, чем у OLED.

К примеру, если посмотреть на iPhone с IPS-экраном под углом в 30 градусов, падение яркости составит 55%. Для сравнения, под тем же углом падение яркости на iPhone c OLED-экраном не превысит 25%.

Что касается изменения цветопередачи, с этим нет проблем ни у современных IPS-экранов, ни у AMOLED.

+ Равномерность «подсветки»

Как мы знаем, на OLED-экране нет понятия «подсветки». В отличие от IPS-экранов, здесь не используются лампы, соответственно у AMOLED-экранов отсутствуют любые проблемы, связанные с подсветкой (так называемые «утечки света»).

Но проблема с IPS-дисплеями заключается в том, что их подсветка выглядит не совсем так, как я схематически изображал ее выше. Здесь нет огромной лампы, которая располагается за экраном.

В большинстве случаев, IPS-экран подсвечивается несколькими диодами, расположенными вдоль нижней грани экрана, свет проходит по специальному гибкому рассеивающему материалу — тонкой пленке, размером с экран:

Такая конструкция имеет свои недостатки. Во-первых, на многих экранах можно хорошо увидеть более яркую полоску в нижней части, где расположены диоды. А во-вторых, любая проблема с пленкой, по которой рассеивается свет, или неидеальная сборка, при которой свет лампочек не полностью блокируется, может привести к всевозможным дефектам подсветки, особенно хорошо заметным в темноте:

На этой фотографии очень хорошо видны проблемы с утечкой света на черном фоне. Ничего подобного быть не может на OLED-экранах.

Основные минусы AMOLED-дисплеев

Минусы OLED-экранов — это очень интересная и важная тема. Каждый из перечисленных ниже недостатков заслуживает отдельного подробного материала (которые обязательно выйдут на Deep-Review).

Поэтому здесь я лишь очень кратко перечислю основные проблемы, не акцентируя внимания на том, из-за чего они возникают и почему некоторые из них негативно влияют на организм человека.

— Выгорание дисплея

Этой проблеме подвержены все OLED-экраны. Если включить контрастное статическое изображение на максимальной яркости на очень длительный период времени, картинка может просто «отпечататься» на дисплее и будет видна всегда.

Вот как выглядит один из самых экстремальных случаев выгорания OLED-дисплея на примере Samsung Galaxy Note 8:

Вы можете прекрасно видеть на белом фоне остаточные изображения иконок, строки Google-поиска и других элементов. На самом же деле, на экране смартфона не должно быть ничего, кроме надписи вверху на белом фоне.

Конечно, настолько плачевной ситуации быть не может при обычном использовании смартфона. Это фотография Galaxy Note 8 со стенда в магазине, который работал беспрерывно на максимальной яркости в течение длительного времени, отображая одну и ту же картинку.

Но от частичного выгорания никто не застрахован.

— ШИМ

Пульсация света — довольно неприятное и вредное явление. Многие из нас ощущали последствия пребывания в помещении, освещенном плохими люминесцентными лампами с очень сильным мерцанием. Это и головная боль, и раздражение в глазах, и быстрая утомляемость.

Какая связь между OLED-экраном и мерцающими лампами? К сожалению, прямая. Управление яркостью AMOLED-экранов устроено следующим образом. Когда мы включаем яркость на максимум, маленькие светодиоды работают с высокой частотой.

Но как только мы начинает понижать яркость, происходит интересное явление. Вместо того, чтобы снижать силу тока, диоды начинают работать с небольшими паузами. Образно говоря, если на 100% яркости диоды горели 0.9 мс в течение 1 секунды, то на яркости 50% светодиоды будут работать 0.45 мс в течение 1 секунды. Это условное объяснение, а подробный материал выйдет на Deep-Review чуть позже.

Такое мерцание довольно плохо влияет на организм человека и речь идет не только о неприятных ощущениях в глазах, которые многие пользователи попросту не ощущают. Последствия гораздо шире, но это уже тема другого разговора.

К слову, во всех дальнейших обзорах смартфонов на Deep-Review мы будем проводить тестирование их OLED-экранов на ШИМ и указывать подробную информацию влияния каждого испытуемого устройства на организм человека.

— Смещение цветов и оттенков

Именно так называет эту проблему компания Apple на своем официальном сайте, говоря, что это совершенно нормальное явление. А еще нормальным явлением компания также считает выгорание дисплея, называя это «особенностью OLED-технологии».

О чем идет речь? Когда вы слегка наклоняете OLED-экран в разные стороны, можно заметить проплывающие по дисплею цветные разводы. Иногда это розовые пятна, иногда зеленые, иногда — комбинация этих оттенков. Они смещаются в зависимости от угла наклона.

Однако стоит отметить, что подобный эффект наблюдается не на всех экранах с одинаковой интенсивностью. На некоторых моделях он почти незаметен, на других — ярко выражен. И здесь уже — как повезет.

— Цена

Ну и немаловажным фактором является стоимость дисплеев. IPS-экран заметно дешевле, чем OLED-аналог. Это касается не только покупки нового устройства, но и стоимости ремонта в случае поломки. К примеру, официальная стоимость замены 5.8″ OLED-дисплея iPhone 11 Pro на сайте Apple составляет $280, в то время как более крупный IPS-дисплей (6.1″) iPhone 11 стоит уже $199, а экран поменьше (iPhone 8) — $149.

Вместо заключения…

Несмотря на то, что статья получилась довольно объемной, мне пришлось оставить «за кадром» очень многое (pentile, delta-E, цветовой охват и прочие интересные параметры экранов).

Но, надеюсь, даже этой информации хватит, чтобы в общих чертах представлять себе устройство экранов современных смартфонов и понимать разницу между AMOLED и IPS дисплеями.