Футурологија паметног телефона: Наука која стоји иза следећег екрана вашег телефона

Добродошли у Смартпхоне Футурологи. У овој новој серији чланака пуних науке, Мобиле Натионс гостујући сарадник Схен Ие пролази кроз тренутне технологије које се користе у нашим телефонима, као и најсавременије ствари које се још увек развијају у лабораторији. Пред нама је поприлично науке, јер ће се многи будући разговори заснивати на научним папири са огромном количином техничког жаргона, али трудили смо се да ствари буду што једноставније и једноставније могуће. Дакле, ако желите дубље да зароните у то како функционишу сметње вашег телефона, ово је серија за вас.

Нова година доноси сигурност нових уређаја за играње, па је време да погледамо унапред оно што бисмо могли видети на паметним телефонима будућности. Прва серија у серији погледала је шта је ново у технологији батерија. Други део серије разматра шта је можда најважнија компонента сваког уређаја - сам екран. На модерном мобилном уређају екран делује као главни улазни и излазни уређај. То је највидљивији део телефона и једна од његових компоненти којима је највише потребна енергија. Током последњих неколико година видели смо како резолуције екрана (и величине) допиру до стратосфере, до тачке када многи телефони сада пакују 1080п екране или више. Али будућност мобилних дисплеја је више од пуке величине и густине пиксела. Прочитајте да бисте сазнали више.

О аутору

Схен Ие је програмер за Андроид и дипломирао је хемију на Универзитету у Бристолу. Ухватите га на Твиттеру @схен и Гоогле+ + СхенИе.

Више у овој серији

Обавезно погледајте први део наше серије Смартпхоне Футурологи, који покрива будућност технологије батерија. Наставите да гледате још у наредним недељама.

Пре само 5 година водио је водећи Андроид телефон имају 3,2-инчни екран 320 × 480 ХВГА са густином пиксела од 180 ППИ. Стеве Јобс је прогласио да је „магични број тачно око 300 пиксела по инчу“ када је иПхоне 4, са својим Ретина екраном, објављен 2010. године. Сада имамо 5,5-инчни КХД екрани са 538 ППИ, далеко изнад резолуције људског ока када се држи на удаљености од 20 цм. Међутим, са ВР додатцима као што су Гоогле Цардбоард и Самсунг Геар ВР који користе наше телефоне - а да не помињемо права хвалисања која иду уз оштрије екране - произвођачи и даље траже веће резолуције за своје водеће уређаје.

Тренутно су три најпопуларније врсте екрана на тржишту ЛЦД, АМОЛЕД и Е-инк. Пре него што разговарамо о предстојећим побољшањима сваке од ових технологија, ево кратког објашњења како свака од њих функционише.

ЛЦД (екран са течним кристалима)

Основна технологија ЛЦД-а стара је деценијама.

ЛЦД дисплеји постоје деценијама - иста врста технологије која се користи у модерним екранима за преноснике и паметне телефоне напајала је екране џепних рачунара још 1990-их. Течни кристали (ЛЦ) су тачно онако како наводи њихово име, једињење које постоји у течној фази на собној температури са кристалним својствима. Нису у стању да произведу сопствену боју, али имају посебну способност манипулације поларизованом светлошћу. Као што можда знате, светлост путује у таласу, а када светлост напусти извор светлости, таласи су у сваком степену оријентације. Поларизациони филтер је у стању да филтрира све таласе који нису поравнати са њим, стварајући поларизовану светлост.

Најчешћа фаза ЛЦ-а позната је као нематска фаза, где су молекули у суштини дугачки цилиндри који се сами поравнају у један правац попут шипкастих магнета. Ова структура доводи до ротације поларизоване светлости која пролази кроз њу, својство које ЛЦД-овима даје способност приказивања информација.

Када је светлост поларизована, моћи ће да прође поларизациони филтер само ако су та два поравната у истој равни. Пре једног века откривен је Фреедерицксз транзиција, који је пружио могућност примене електричног или магнетног поља на ЛЦ узорку и промене њихову оријентацију без утицаја на кристални поредак. Ова промена у оријентацији може да промени угао чији је ЛЦ у стању да ротира поларизовану светлост и то је био принцип који омогућава ЛЦД екранима да раде.

На дијаграму изнад, светлост позадинског осветљења је поларизована и пролази кроз низ течних кристала. Сваким суппикселом течног кристала управља сопствени транзистор који подешава ротацију поларизоване светлости која пролази кроз филтер у боји и други поларизатор. Угао поларизације светлости која напушта сваки подпиксел одређује колики је њен део у стању да прође кроз други поларизатор, што заузврат одређује осветљеност субпиксела. Три субпиксела чине један пиксел на екрану - црвени, плави и зелени. Због ове сложености, разни фактори утичу на квалитет екрана као што су живост боја, контраст, брзина кадрова и углови гледања.

АМОЛЕД (органска матрична диода са активном матрицом)

Самсунг је један од главних иноватора у преношењу АМОЛЕД-а на мобилне уређаје.

Самсунг Мобиле је био један од главних иноватора у довођењу АМОЛЕД екрана у мобилну индустрију, а све своје екране направила је његова сестринска компанија Самсунг Елецтроницс. АМОЛЕД екрани су хваљени због „правих црних боја“ и живописне боје, мада могу да пате од изгарања и пренасићења слике. За разлику од ЛЦД-а, они не користе позадинско осветљење. Сваки подпиксел је ЛЕД који производи своје светло одређене боје, које диктира слој материјала између електрода, познат као емисиони слој. Недостатак позадинског осветљења је разлог зашто АМОЛЕД дисплеји имају тако дубоку црну боју, што такође доноси предност уштеде енергије при приказивању тамнијих слика.

Када се активира субпиксел, кроз емисију се пропушта струја специфична за потребан интензитет слој између електрода, а компонента емисијског слоја претвара електричну енергију у светло. Као и код ЛЦД-а, један пиксел се (обично) прави од три подпиксела црвене, плаве и зелене. (Изузетак су овде ПенТиле дисплеји који користе низ неправилних матричних узорака субпиксела.) Са сваким подпикселом који производи своје осветлите високу енергију може проузроковати погоршање субпиксела, што доводи до мањег интензитета светлости који се може посматрати као изгарање екрана. Плаве ЛЕД имају највећу енергију, а наша осетљивост на плаву је нижа, па их морамо појачати још светлије што убрзава ово погоршање.

Е-мастило (електрофоретско мастило)

Е-инк је феноменално пословао у индустрији е-читача, нарочито у Амазон-овом Киндле-у. (Пебблеов е-папир се мало разликује.) Руска фирма ИотаПхоне је чак направила телефони са задњим дисплејом е-мастила.

Две су главне предности Е-мастила у односу на ЛЦД и АМОЛЕД. Прва је чисто естетска, изглед и недостатак одсјаја привлачни су читаоцима јер су блиски изгледу штампаног папира. Друга је невероватно ниска потрошња енергије - нема потребе за позадинским осветљењем, а стању сваког пиксела није потребна енергија за одржавање, за разлику од ЛЦД-а и АМОЛЕД-а. Екран са е-мастилом може да задржи страницу на екрану дужи временски период, а да информације не постану нечитке.

Супротно популарном веровању, „Е“ не значи „електронски“, већ његов „електрофоретски“ механизам. Електрофореза је појава када се наелектрисане честице крећу када се на њу нанесе електрично поље. Црне и беле честице пигмента су негативне, односно позитивно наелектрисане. Попут магнета, слични набоји се одбијају, а супротни набоји привлаче. Честице се чувају у микрокапсулама, свака половине ширине човечје косе, испуњене уљном течношћу за пролазак кроз њих. Задња електрода је у стању да индукује позитивно или негативно наелектрисање на капсули, што одређује видљиву боју.

Будућност

Са основним разумевањем како функционишу ова три екрана, можемо сагледати побољшања која долазе до краја.

Каскадни ЛЦД

Кредит за слику: НВИДИА

Каскадни ЛЦД је феноменалан термин за слагање пар ЛЦД екрана један на други са благим помаком

НВИДИА је објавила чланак у којем је детаљно описала своје експерименте у четвороструком резолуцији екрана са каскадним дисплеји, фенси израз за слагање пар ЛЦД екрана један на други са благим офсет. Са неким софтверским чаробњаком, заснованим на некима озбиљно математички алгоритми, могли су да претворе сваки пиксел у 4 сегмента и у основи учетвороструче резолуцију. Они ово виде као потенцијални начин за стварање јефтиних 4К екрана од спајања два 1080п ЛЦД панела заједно за употребу у ВР индустрији.

Група је 3Д одштампала склоп ВР слушалица за свој прототипни каскадни екран као доказ концепта. Док се произвођачи телефона утркују да направе све тање и тање уређаје, можда никада нећемо видети каскадне екране на нашем будући паметни телефон, али обећавајући резултати могу значити да ћемо добити каскадне 4К мониторе на врло разумном нивоу Цена. Топло препоручујем да се одјавите НВИДИА-ин папир, то је занимљиво штиво са неколико упоредних слика.

Квантне тачке

Кредит за слику: ПласмаЦхем ГмбХ

Већина тренутних комерцијално доступних ЛЦД екрана користи ЦЦФЛ (флуоресцентну лампу са хладном катодом) или ЛЕД за позадинско осветљење. ЛЕД-ЛЦД-ови су постали преферирани избор јер имају бољу лепезу боја и контраст у односу на ЦЦФЛ. Недавно су ЛЕД-ЛЦД екрани са квантним тачкама почели да се појављују на тржишту као замена за ЛЕД позадинско осветљење, а ТЦЛ је недавно најавио свој 55-инчни 4К ТВ са квантним тачкама. Према раду из КД Висион¹ спектар боја са КД ЛЦД дисплејом са позадинским осветљењем превазилази ОЛЕД.

На тржишту таблета заправо можете пронаћи КД побољшане екране, посебно Киндле Фире ХДКС. Предност КД-а је у томе што се могу подесити тако да производе одређену боју коју произвођач жели. Након што су бројне компаније показале своје телевизоре са квантним тачкама на ЦЕС-у, 2015. година може бити година, КД побољшани дисплеји стижу на масовно тржиште телефона, таблета и монитора.

Адитиви у течном кристалу

Кредит за слику: Рајратан Басу, Америчка поморска академија²

Истраживачке групе широм света активно траже ствари које би додале течним кристалима како би помогле њиховој стабилизацији. Један од ових адитива је угљеничне наноцеви (ЦНТ)³. Само додавање мале количине ЦНТ успело је да смањи Фреедерицксз транзицију, објашњено горе, па је довело и до мање потрошње енергије и до бржег пребацивања (веће брзине кадрова).

Све више се открива у адитивима. Ко зна, можда ћемо на крају имати течне кристале стабилизоване тако добро да им неће требати напон да би одржали своје стање и са врло мало потрошње енергије. Схарпови меморијски ЛЦД-ови највероватније користе сличну технологију са малом потрошњом енергије и „постојаним пикселима“. Упркос томе што је ова примена монохроматска, уклањање позадинског осветљења чини је конкурентом са Е-инк дисплејима.

Трансфлективни ЛЦД

Трансфлективни ЛЦД екрани могу елиминисати потребу за позадинским осветљењем и уштедети енергију у процесу.

Трансфлективни ЛЦД је ЛЦД који истовремено одражава и пропушта светлост. Елиминише потребу за позадинским осветљењем под сунчевом светлошћу или под јаким условима, чиме се значајно смањује потрошња енергије. Позадинско осветљење је такође пригушено и слабог напајања, јер је потребно само у мраку. Концепт постоји већ неколико година и користе се у ЛЦД сатовима, будилницима, па чак и мали нетбоок.

Главни разлог зашто можда нисте чули за њих су њихови претјерано високи почетни трошкови за произвођача у поређењу са стандардним ТФТ-ом ЛЦД-ови. Тек треба да видимо трансфлективне екране који се користе у паметним телефонима, вероватно зато што би они тешко могли да се продају генералу потрошач. Демонстрације телефонских бројева уживо и дисплеј јединице су један од најбољих начина да привучете купца, па трговци имају тенденцију да појачају подешавања осветљености на демо јединице да привуку пажњу потенцијалних купаца, тешко осветљено позадинско осветљење на трансфлективним екранима надметати се. Постаће им све теже да изађу на тржиште с ЛЦД осветљењем које постаје ефикасније, а е-мастило у боји већ је патентирано.

Прикази за корекцију вида

Неки читаоци можда знају некога далековидог који мора да држи телефон на дохват руке или да постави огроман фонт екрана само да би га прочитао (или обоје). Тимови из УЦ Беркелеи, МИТ и Мицрософт удружили су се да би произвели дисплеји за корекцију вида користећи технологију светлосног поља, сличан концепту као онај који се налази у Литро камерама. Светлосно поље је математичка функција која описује количину светлости која путује у сваком смеру кроз сваки положај у свемиру, тако функционише сензор у Литро камерама.

Истраживачи су могли да користе технологију светлосног поља за модификовање приказа уређаја за далековиде кориснике.

Кредит за слику: МИТ

Све што треба за приказ који коригује вид је оптички рецепт који рачунски мења начин на који светло са екрана улази у очи корисника како би се постигла савршена јасноћа. Сјајна ствар ове технологије је што се конвенционални дисплеји могу модификовати како би се постигла корекција вида. У њиховим експериментима, екран иПод Тоуцх четврте генерације (326 ППИ) био је опремљен прозирним пластичним филтером. Широм филтера је раширен низ рупа које су мало одмакнуте од низа пиксела, са рупе довољно мале да одвлаче светлост и емитују светлосно поље довољно широко да уђе у оба ока корисник. Рачунски софтвер може променити светлост која излази из сваке рупе.

Екран ипак има неколико недостатака. За почетак, осветљеност је мало слабија. Углови гледања су такође врло уски, слични угловима 3Д екрана без наочара. Софтвер је у стању да изоштри екран само за један рецепт истовремено, тако да само један корисник може истовремено да користи екран. Тренутни софтвер који се користи у раду не ради у реалном времену, али тим је доказао да њихов екран ради са непокретним сликама. Технологија је погодна за мобилне уређаје, рачунарске и преносне мониторе и телевизоре.

Кристални ИГЗО транзистори

ИГЗО (индијум галијум цинков оксид) је полупроводнички материјал откривен тек у последњој деценији. Првобитно предложен 2006³, недавно се почео користити у танкослојним транзисторима за контролу ЛЦД панела. Развијено на Токијском институту за технологију, показало се да ИГЗО преноси електроне до 50 пута брже од стандардних силицијумских верзија. Као резултат, ови танкослојни транзистори могу постићи веће брзине освежавања и резолуције.

Технологија је патентирана и Схарп је недавно искористио лиценцу за производњу 6,1-инчних ЛЦД панела резолуције 2К (498 ППИ). Схарп испоручује ЛЦД ИПС екране високе резолуције широм мобилне индустрије, а његови кристални ИГЗО панели само ће повећати удео компаније на овом тржишту, посебно у светлу прошла партнерства са Аппле-ом за испоруку ЛЦД панела за иОС уређаје. Схарп је недавно објавио Акуос Цристал, показујући ИГЗО екран високе резолуције са скупљеним оквирима. Очекујте да 2015. година буде година у којој ИГЗО екрани почињу да преузимају разне водеће уређаје.

Нанопиксели

Научници са Универзитета Окфорд и Универзитета Екетер недавно су патентирали и објавили рад⁴ о коришћењу материјала за промену фазе (ПЦМ) за екране, постижући резолуцију од 150 пута конвенционалних ЛЦД екрана. ПЦМ је супстанца чијом се фазом може лако манипулисати, у овом случају се мења између прозирног кристалног стања и непрозирног аморфног (неорганизованог) стања.

Слично ЛЦД технологији, примењени напон може да одреди да ли је подпиксел прозиран или непрозиран, међутим не захтевају два поларизујућа филтра и тако омогућавају дисплеје танке као папир. ПЦМ слој је направљен од германијума-антимон-телур (ГСТ), исте оне револуционарне супстанце која се користи за преписивање ДВД-ови. Честице ГСТ-а бомбардују се на електроду, стварајући танак флексибилан филм који омогућава да екран буде флексибилан. Произвођачи такође могу ручно подесити боју сваког нанопиксела, јер ГСТ има одређену боју у зависности од његове дебљине - слично технологији дисплеја интерферометријског модулатора (или заштићеним називом Мирасол).

ПЦМ дисплеји су високо ефикасни у потрошњи енергије. Слично као код е-мастила, пиксели су постојани, па им је потребна снага само када стање пиксела захтева промену. Можда нам никада неће требати екран од 7000 ППИ на нашим телефонима, али тим види да су корисни у апликацијама где уређаји захтевају увећање, нпр. ВР слушалице. Материјали који се мењају у фази могу се променити и у електричној проводљивости, високо истраженом подручју НАНД технологије, што ћемо сачувати за будући чланак у овој серији.

Приказује се ИМОД / Мирасол

Прикази Мирасол-а инспирисани су начином бојења крила лептира.

Дисплеји интерферометријског модулатора (ИМОД) користе феномен који се јавља када фотон (лака честица) у интеракцији са сићушним структурама материје изазивајући интерференцију светлости, инспирисан начином на који су крила лептира обојене. Слично другим екранима, сваки подпиксел има своју боју која се одређује ширином ваздушног размака између танког филма и рефлектујуће мембране. Без икакве снаге, субпиксели задржавају своја специфична обојена стања. Када се примени напон, он индукује електростатичку силу која урушава ваздушни јаз и субпиксел апсорбује светлост. Појединачни пиксел састоји се од неколико подпиксела, сваки са различитом осветљеношћу за сваку од три РГБ боје, јер се подпиксели не могу мењати у осветљености попут ЛЦД подпиксела.

Мирасол дисплеји су у спорој производњи, циљајући тржиште е-читача и носиву технологију. Куалцомм је недавно објавио њихов Ток паметни сат који користи дисплеј. Нискоенергетски постојани пиксели и недостатак позадинског осветљења чине га озбиљним конкурентом у индустрији обојених е-читача. Трошкови производње микроелектромеханичких система (МЕМС) и даље су мало високи, али брзо постају јефтинији.

Слично трансфлективним екранима, недостатак позадинског осветљења компаније Мирасол отежао би продају широком потрошачу на тренутном тржишту паметних телефона. Међутим, технологија је коришћена у уређајима попут Куалцомм Ток, до различитог степена успеха.

Флексибилни ОЛЕД

Телефони са флексибилном ОЛЕД технологијом већ су на тржишту - а стижу и новији.

Самсунг и ЛГ активно се утркују да унапреде ОЛЕД технологију, при чему обе компаније улажу велика средства у ту технологију. Видели смо њихове закривљене ОЛЕД екране на њиховим телевизорима, па чак и на телефонима - ЛГ Г Флек и Г Флек 2, Самсунг Галаки Ноте Едгеитд. Обе компаније су показале своје провидне флексибилне екране, а ЛГ приказује 18-инчни флексибилни ОЛЕД који се може смотати у чврсту цев пречника нешто више од инча.

Упркос томе што овај екран има само 1200 × 810, ЛГ уверено верује да могу да развију 60-инчне 4К флексибилне екране до 2017. године. Научни пробој којим се ово показује је флексибилни полимидни филм који се користи као окосница екрана. Полиимид је јак, али флексибилан материјал отпоран на топлоту и хемикалије. Интензивно се користи у изолацији електричних каблова, тракастим кабловима и медицинској опреми. Очекујте да се приказује све више и више ових флексибилних екрана, али мораћемо да сачекамо и видимо да ли су трошкови производње довољно ниски да би били одрживи на мобилном тржишту.

Да бисте сазнали више о најубедљивијој флексибилној ОЛЕД примени коју смо до сада видели на телефону, погледајте Андроид ЦентралЛГ Г Флек 2 преглед.

Доња граница

До краја 2015. године требали бисмо да видимо ИГЗО ЛЦД панеле на неким од водећих Андроид уређаја, вероватно користећи позадинско осветљење побољшано квантним тачкама. Такође можемо видети да су Мирасол панели све више прихваћени у ношњи, што нам даје проширење трајање батерије која нам је потребна - међутим они који више воле живост ЛЦД или ОЛЕД панела можда неће бити уверен. На тржишту екрана сигурно постоји велика разноликост - светли, живахни дисплеји високе резолуције на једном крају и упорни дисплеји мале снаге, на другом.

Индустрија мобилних екрана наставља да напредује вратоломном брзином, а повећање величине екрана и густина пиксела само су део једначине.

Време је да пресечете кабл!

Ово су најбоље бежичне слушалице које можете купити по свакој цени!

Најбоље бежичне слушалице су удобне, звуче сјајно, не коштају превише и лако се ставе у џеп.

Следећа генерација

Све што треба да знате о ПС5: Датум изласка, цена и још много тога.

Сони је званично потврдио да ради на ПлаиСтатион 5. Ево свега што до сада знамо о томе.

Нови Нокиас

Нокиа лансира два нова буџетска Андроид Оне телефона испод 200 долара.

Нокиа 2.4 и Нокиа 3.4 су најновији додаци буџетској линији паметних телефона компаније ХМД Глобал. С обзиром да су оба Андроид Оне уређаја, гарантовано ће добити две главне исправке ОС-а и редовна безбедносна ажурирања до три године.

Ново и унапређено

Ово су најбољи бендови за Фитбит Сенсе и Верса 3.

Заједно са издањем Фитбит Сенсе и Верса 3, компанија је такође представила нове бесконачне опсеге. Одабрали смо најбоље како бисмо вам олакшали посао.