Технологија за правење HDR екрани за паметни телефони
Еволуцијата на екраните на паметните телефони во текот на изминатата деценија не е само зголемување на големината или поостра резолуција. Еден од најзначајните напредоци е појавата на HDR (висок динамички опсег), технологија што им овозможува на екраните да прикажуваат многу поширок опсег на светли и темни, побогати бои и детали што остануваат видливи и во сенките и во осветлените области. Но, „HDR“ на екранот на паметниот телефон не е само маркетиншка етикета - зад неа лежи сложен сет на технологии за материјали, процеси на производство, калибрации и стандарди за тестирање. Оваа статија истражува како се прават HDR екраните, од типови на панели до фабричко подесување.
Што е HDR на екранот на паметниот телефон?
Едноставно кажано, HDR е способност на екранот да прикаже голема разлика во луминансата (осветленоста) помеѓу најсветлите и најтемните делови од сцената, а воедно да ги задржи деталите и точноста на боите. Добриот HDR екран обично има:
1. Висока врвна осветленост, особено за светли делови (на пр. рефлексии од сонцето, неонски светла).
2. Длабоки нивоа на црна боја, па контрастот се зголемува.
3. Широка покриеност на гамата на бои, генерално DCI-P3 или повеќе.
4. Соодветна длабочина на бојата, идеално 10-битна (или блиску до неа преку техники на дитерирање).
5. Интелигентно мапирање на тоновите и контрола на луминисценцијата, така што содржината изгледа природно во различни услови.
Видови панели: OLED наспроти LCD и нивното влијание врз HDR
1) OLED (AMOLED)
Поголемиот дел од HDR паметните телефони од средна и висока класа сега користат OLED. Главната предност на OLED за HDR е што секој пиксел емитира своја светлина. При прикажување црна боја, пикселите можат да се исклучат, што резултира со „вистинска црна“ боја и многу висок сооднос на контраст. Ова го прави HDR ефектот да изгледа драматично, особено во темни сцени со светли делови.
Предизвиците: OLED екраните се справуваат со ризикот од прегорување, намалување на осветленоста со возраста, како и со потребата од управување со енергијата бидејќи високата врвна осветленост може да биде непотребна и да го загрее панелот.
2) LCD (IPS, LTPS, итн.)
LCD екраните се потпираат на позадинското осветлување. HDR на LCD екраните во голема мера се потпира на квалитетот на позадинското осветлување и можноста за затемнување на одредени области. На телевизорите, ова се постигнува преку локално затемнување. На LCD паметните телефони, просторот е ограничен, па затоа локалното затемнување ретко е толку ефикасно како на телевизорите. Како резултат на тоа, HDR на LCD екраните генерално не е во согласност со длабоките црни тонови и контрастот во споредба со OLED екраните, иако LCD екраните можат да се истакнат со одредена стабилност на боите и помал ризик од прегорување.
HDR копче: врвна осветленост и управување со топлината
За HDR да се „чувствува“ така, екранот треба да достигне висок врв на осветленост. Многу сертификати ја мерат оваа врвна осветленост во мал прозорец (на пр., 1–10% од површината на екранот) бидејќи во HDR содржината, светлите делови обично се само мал дел од сликата.
За да се постигне оваа цел, фабриката оптимизира неколку работи:
– Емисивни материјали (на OLED): ефикасноста на црвените/зелените/сините материјали и субпикселната архитектура се многу важни.
– Структура на стек: некои панели користат структура со повеќе стекови (на пр. тандем) за да ја зголемат ефикасноста и животниот век, иако е посложена и поскапа.
– Коло на драјвер: потребни се транзистори и компензација кои се способни стабилно да снабдуваат високи струи без оштетување на панелот или создавање нееднаква осветленост.
– Термички дизајн: Високата врвна осветленост генерира топлина. Производителите додаваат слоеви за распрскување на топлина, графитни листови и автоматски ограничувач на осветленоста (ABL). ABL е често причината зошто HDR осветленоста опаѓа по неколку секунди.
Длабочина на боја: 10-битна, 8-битна + разместување и цевковод
HDR идеално користи 10 бита по канал во боја, така што градиентните транзиции (на пр., небо при зајдисонце) изгледаат беспрекорно и беспрекорно. Сепак, не сите панели на паметни телефони се навистина 10-битни. Некои користат 8-битни + FRC (Контрола на брзината на сликите) или временско разместување за да симулираат 10-битни.
Покрај панелот, цевководот за прикажување мора да поддржува и HDR:
– GPU/ISP генерира рамки со HDR кодирање (PQ/HLG).
– Контролерот на дисплејот испраќа податоци во соодветен формат.
– IC-то на драјверот на панелот (DDIC) го регулира напонот/струјата на пикселите со прецизност.
Ако една од компонентите е само 8-битна без соодветно разместување, резултатот од HDR може да изгледа со ленти или „искршени“ бои.
Гама на бои и филтри: од материјали до оптички премази
HDR не е само за осветленоста, туку и за бојата. Голем дел од HDR содржината се совладува во просторот на бои DCI-P3 или BT.2020 (иако целосниот BT.2020 ретко се постигнува на потрошувачките уреди).
Кај OLED екраните, гамата е под влијание на емисиониот спектар на органскиот материјал. Кај LCD екраните, гамата е под влијание на позадинското осветлување и филтрите за боја. За да ја прошират гамата, производителите можат:
– Користење на материјали со потесен спектар на емисија (OLED),
– Користење на квантно осветлување или позадинско осветлување со тесен спектар (почесто кај големите екрани, но концептот е релевантен),
– Оптимизирани филтри за боја и слоеви на поларизација.
Други оптички слоеви кои се важни за HDR искуството на паметните телефони се:
– Антирефлективен премаз и оптичко поврзување, за одржување на висок контраст на отворено.
– Кружен поларизатор (вообичаен кај OLED) за намалување на рефлексиите и подобрување на перцепцијата на црната боја.
Процес на производство на OLED за HDR дисплеи (компактни, но сепак основни)
Производството на OLED панели за паметни телефони генерално поминува низ неколку главни фази:
1. TFT задна плоча
Ова е „матрицата“ на транзистори што го контролира секој подпиксел. Технологиите на задната плоча како LTPS или LTPO влијаат на енергетската ефикасност и можностите за адаптивна брзина на освежување, што на крајот влијае на управувањето со HDR (на пр., при репродукција на HDR видео наспроти скролување).
2. Таложење на органски слоеви
На задната плоча се поставува органски слој што емитува светлина. Вообичаените методи вклучуваат вакуумско термичко испарување со фина метална маска (FMM) за RGB моделирање на многу панели на паметни телефони.
3. Енкапсулација (запечатување)
OLED екраните се многу чувствителни на кислород и водена пареа. Енкапсулацијата - честопати тенкофилмска енкапсулација - ги штити органските слоеви. Квалитетот на запечатувањето влијае на животниот век на панелот, вклучително и неговата способност да одржува максимална осветленост.
4. Интеграција на драјвери и тестирање на униформност
Панелите се тестираат за униформност, дефекти на точките и одговор на осветленоста. HDR бара построга контрола за да се спречи размачкување на светлите делови врз другите области и да се спречи градациите да станат брановидни.
HDR стандарди: HDR10, HDR10+ и Dolby Vision
Ознаката HDR на паметните телефони обично е поврзана со следниве стандарди:
– HDR10: најчестиот формат, кој користи статички метаподатоци и функција за пренос на PQ.
– HDR10+: динамички метаподатоци, овозможува мапирање на тоновите за прилагодување по сцена/кадар.
– Dolby Vision: исто така динамични метаподатоци, со ригорозен екосистем за сертификација и интегриран цевковод.
Важно е да се напомене: поддршката за формат не значи автоматски ист квалитет на HDR екранот. Два телефони со иста оценка „HDR10“ можат значително да се разликуваат поради максималната осветленост, мапирањето на тоновите и точноста на боите.
Мапирање на тонот и фабричка калибрација: дефинирачкиот HDR „зачин“
HDR содржината се совладува за специфичен референтен екран. Паметните телефони имаат ограничувања (големина, топлина, потрошувачка на енергија), па затоа е потребно мапирање на тонот: менување на опсегот на осветленост на содржината за да одговара на можностите на екранот без губење на важни детали.
Во фабриката, производителите прават:
– Калибрација на белата точка (на пр. блиску до D65),
– Гама/EOTF (PQ/HLG) калибрација, така што одговорот на луминансата е на целта,
– Калибрација на бои за намалување на грешката (Делта Е),
– Профили за различни режими (Природно, Живописно, Кино) и услови на осветлување.
Алгоритмот, исто така, одлучува кога да се активира максималната осветленост (за HDR светли делови) и кога да се задржи заради температурата и животниот век на панелот.
HDR предизвикот кај паметните телефони: реалноста на секојдневната употреба
Создавањето HDR дисплеј не е само постигнување големи бројки во лабораторијата. Главните предизвици вклучуваат:
– Конзистентност на осветленоста: високите врвови честопати траат само кратко време поради ABL и термичко задушување.
– Читливост на отворено: рефлексиите и сончевата светлина можат да го „надминат“ HDR контрастот.
– Потрошувачка на енергија: HDR видеото, особено на OLED екрани со висока осветленост, може побрзо да ја испразни батеријата.
– Варијација на единицата: производствените толеранции го прават секој панел малку различен, па затоа процесите на калибрација и контрола на квалитетот (QC) се многу важни.
Затворање
Технологијата за HDR приказ за паметни телефони е комбинација од напредни материјали, прецизно изработка, дизајн на кола, термичко управување и обработка на слики врз основа на современи HDR стандарди. OLED во моментов е доминантен избор поради неговата способност да произведува совршени црни тонови и висок контраст, но конечниот HDR квалитет сè уште е одреден од многу фактори: реалистична врвна осветленост, длабочина на бојата, гама, антирефлективни оптички премази и прецизно мапирање и калибрација на тоновите. На крајот на краиштата, добриот HDR не е само да биде „посветол“, туку и способност убедливо да прикажува детали и бои - и во темна соба и под силна сончева светлина.
