Экран составляет изображение из множества управляемых световых участков — пикселей. Устройство получает данные о картинке, определяет, как должен выглядеть каждый участок, и меняет свет, который доходит от него до глаза. Поэтому на одном и том же месте экрана сначала может быть синее небо, а мгновение спустя — тёмная буква.
Чтобы понять работу экрана, полезно разделить два пути. Первый — путь информации: от данных изображения к управлению пикселями. Второй — путь света: от его источника через экран к глазу. У LCD- и OLED-дисплеев эти пути заканчиваются похожей видимой картинкой, но свет возникает по-разному.
Как данные становятся изображением
Представим, что на экране нужно показать зелёный круг на белом фоне. В данных изображения указано, какие места должны выглядеть зелёными, а какие — белыми. Управляющая часть дисплея передаёт соответствующие команды множеству участков экрана. Те участки, из которых складывается круг, дают глазу один видимый результат; участки вокруг — другой.
Экран не передвигает по поверхности готовый кружок, как бумажную наклейку. Картинка получается из состояния отдельных мест. Если данные меняются, управление меняет эти состояния. Так можно показать новое положение круга, другую форму или совсем другое изображение.
Бытовая аналогия — мозаика из маленьких цветных частей. Издалека отдельные части складываются в целый рисунок. Но обычная мозаика неподвижна: чтобы заменить на ней изображение, пришлось бы переставлять детали. Электронный экран меняет видимую картинку, управляя светом своих участков. Аналогия помогает представить множество частей, но не заменяет объяснение того, как они светятся.
Пиксель и его цветные части
Из чего складывается изображение? Из пикселей — отдельных участков, которые вместе образуют видимую картинку. Такой смысл пикселя и наличие у него более мелких цветовых частей, субпикселей, описаны в объяснении Samsung Display о пикселях.
Для простого примера возьмём красную, зелёную и синюю цветовые части. Если глазу от небольшого участка приходит подходящее сочетание света от них, он видит цвет пикселя как единое целое, а не три отдельные полоски. Для зелёного круга одни сочетания нужны внутри круга, другие — на белом фоне. Чтобы показать тёмную букву, соответствующие участки должны дать гораздо меньше света.
Красный, зелёный и синий удобны для объяснения, но не стоит представлять каждый дисплей как набор одинаковых троек, обязательно выстроенных в один ряд. Состав и расположение цветовых элементов у дисплеев могут различаться. Для понимания главного достаточно помнить: изображение образуют многие управляемые участки, а цвет каждого видимого участка связан с тем, какой свет доходит от его цветовых частей.
Размер отдельного пикселя здесь не так важен, как его роль. Если смотреть на обычную картинку целиком, внимание достаётся предметам и линиям, а не составляющим их участкам. Когда же мы говорим «экран показывает зелёный круг», это короткое описание работы множества мест сразу: одни участвуют в изображении круга, другие — в изображении фона.
Откуда в картинке берётся свет
Данные сами по себе не светятся. Команда «показать зелёное» ещё не создаёт зелёный луч, который можно увидеть. Экрану нужен физический способ дать свет и управлять тем, сколько и какого света попадёт к глазу.
Здесь важно не смешивать два устройства в одну длинную схему. LCD использует отдельный источник света позади слоя, формирующего изображение. OLED устроен иначе: свет создают сами элементы изображения. Это два способа решить одну задачу — сделать управляемую картинку видимой, а не последовательные этапы внутри одного экрана.
Как появляется свет у LCD
Откуда берётся свет у LCD? От подсветки. Она расположена за жидкокристаллическим слоем и цветовым фильтром. Свет направляется через эти части к зрителю, а управление его прохождением помогает получить разные видимые участки изображения. Такое различие между подсветкой LCD и самосветящимися элементами OLED объясняет Samsung Display в материале о дисплеях.
Можно мысленно проследить путь света: подсветка даёт его за изображением; затем на пути находятся жидкие кристаллы и цветовой фильтр; после этого изменённый свет выходит со стороны экрана к глазу. Жидкие кристаллы не являются маленькими лампами. Их роль связана с управлением прохождением света. Цветовой фильтр участвует в получении нужных цветовых частей изображения.
Вернёмся к зелёному кругу. Для его области управление должно создать такой видимый результат, чтобы глаз воспринимал её зелёной. Для белого фона нужен иной результат. Подсветка в этом примере даёт исходный свет для изображения, но сама по себе ещё не «рисует» границу круга. Граница получается там, где по данным изображения меняется управление участками экрана.
Подсветку можно сравнить с освещением за рисунком, но это сравнение тоже ограничено. На обычном листе с рисунком цвет уже нанесён и не меняется по команде. В LCD изображение определяется управлением множеством участков на пути света.
Как появляется свет у OLED
Нужна ли OLED такая же подсветка? Нет. В OLED свет излучают сами элементы изображения. Поэтому не нужно мысленно искать за ними тот же источник, который служит подсветкой LCD.
Для нашего зелёного круга это означает другой путь света: соответствующие элементы создают свет для нужных мест картинки, а он идёт к глазу. Управление всё равно получает данные изображения и задаёт, каким должен быть видимый результат в разных местах. Меняется способ получить свет, а не общая задача экрана — показать изображение из управляемых участков.
Слова «сам светится» не означают, что OLED постоянно показывает одну и ту же картинку. Элементам можно задавать разные состояния. Так экран способен переходить от круга к тексту или другой картинке, как и LCD. При сравнении важно спрашивать не «какой экран умеет показывать изображение», а «где возникает свет, из которого это изображение складывается».
Что делает каждая часть
| Часть или этап | Роль в видимой картинке |
|---|---|
| Данные изображения | Задают, что должно быть видно в разных местах: например, где круг, а где фон. |
| Управление пикселями | Превращает данные в изменения отдельных участков экрана. |
| Источник света в LCD | Даёт свет позади слоёв, формирующих изображение. |
| Жидкие кристаллы и фильтр в LCD | Участвуют в управлении проходящим светом и его цветом. |
| Светящиеся элементы OLED | Сами создают свет для участков изображения. |
| Глаз | Получает свет от множества участков и воспринимает их как целую картинку. |
Эту таблицу удобно читать двумя маршрутами. По информационному маршруту сначала идут данные, затем управление участками. По световому маршруту нужно выбрать одну ветку: либо источник света и слои LCD, либо светящиеся элементы OLED. В конце обеих веток свет попадает к глазу.
Такое разделение помогает избежать частой путаницы. Если сказать «картинка хранится в подсветке», будет потеряна роль управления отдельными участками. Если сказать «пиксели просто получают цвет из файла», исчезнет физический путь света. Данные описывают желаемый результат; устройство должно создать его в видимом свете.
Проверим объяснение на одной картинке
Пусть на экране белого цвета появляется синяя звезда. Сначала данные задают форму: какие участки относятся к звезде, а какие остаются фоном. Затем управление меняет видимый результат для этих участков. На границе звезды соседние места должны выглядеть по-разному, иначе контур не появится.
В LCD свет для звезды и фона исходит от подсветки за изображением. Разница между ними возникает при управлении светом, проходящим через жидкокристаллический слой и цветовой фильтр. В OLED элементы соответствующих участков сами излучают свет так, чтобы были видны синяя звезда и белый фон. Глаз получает свет сразу от многих мест и видит фигуру целиком.
Теперь звезда исчезает, а вместо неё появляется слово. Не нужно менять стекло экрана или переставлять физические цветные детали. Меняются данные изображения и вслед за ними — состояние управляемых участков. Именно в этом главное отличие электронного дисплея от неподвижной мозаики.
Чтобы закрепить идею без схемы внутренних слоёв, можно сначала нарисовать телефон по шагам, а затем отметить на рисунке только видимую область экрана. Внутри неё легко представить множество маленьких участков, которые вместе показывают значки или текст. Сам рисунок телефона — творческое продолжение объяснения, а не устройство LCD или OLED в разрезе.