Мы часто говорим слово “пиксель” и привыкли к тому, что их должно быть много. Но так было не всегда. Все начиналось с экранов, в которых говорить о разрешении вообще не приходилось. Картинка показывалась в очень плохом качестве, но люди все равно верили в происходящее и были в шоке от того, что такое вообще возможно. Теперь нас сложно обмануть и мы все больше воспринимаем изображение как должное. В этом нет ничего плохого, но столь быстрое привыкание лишний раз доказывает, сколь стремительно развиваются технологии. Сегодня предлагаю вспомнить, как развивались пиксели, и какие интересные факты были на пути этого развития. Давайте разберемся в этой элементарной частице нашей повседневности.

Экраны стали неотъемлемой частью нашей жизни.

Учитывая то, сколько мы потребляем контента и насколько зависим от изображений на экране, будь то работа или отдых, переоценить маленький, кажущийся на первый взгляд ничтожным, пиксель очень сложно. Тем не менее, согласитесь, что мы обращаем на них внимание только в тот момент, когда смотрим на экран и видим “битый” пиксель. Но именно эти маленькие квадратики по несколько десятков раз в секунду меняют свое лицо, чтобы мы могли посмотреть любимый сериал или пролистать ленту Инстаграм.

Большой экран

Вся история того, что мы сейчас наблюдаем, началась достаточно давно. Сложно назвать первую дату, так как разработки велись, и правильнее говорить о дате первой публичной демонстрации. Ей стал показ фильма “Прибытие поезда на вокзал Ла-Сьота” 28 декабря 1885 года. Эта дата считается днем рождения кинематографа, но ее также можно считать отправной точкой для всех современных дисплеев, включая дисплеи смартфонов.

В тот момент люди были в шоке от того, что так можно, и что просто “стена” может показывать изображение. Существуют даже истории о том, что люди выбегали из зала, когда видели, что на них едет поезд. Их не смущало низкое качество картинки и то, что она была черно-белая. Просто у них в голове не укладывалось, как картинка может двигаться не в реальности.

Получается, что первый экран был именно “большим” и уже позже начали появляться экраны для домашнего использования. Первые домашние телевизоры были выпущены, как не трудно догадаться, только после их изобретения. Произошло это через несколько десятков лет после первого кинопоказа, а авторами изобретения стали Константин Перский (первым использовавший термин «телевидение»), Борис Розинг (получивший первый патент на используемые до сих пор технологии электронного телевидения) и его ученик Владимир Зворыкин, который считается одним из создателей современного телевидения.

Борис Розинг за работой.

Первая в история передача движущегося изображения на телевизионный приемник состоялась 26 июля 1928 года в Ташкенте. А первые серийные телевизоры начали продаваться американской компанией Western Television в 1929 году. Аппарат получил название Visionette. Правда, из-за высокой цены в 100 долларов (примерно 1500 долларов в наше время) и сложности конструкции он не получил широкого распространения.

Сложность конструкции заключалась в том, что для приема сигнала телевизор подключался к радиоприемнику, являясь по сути приставкой для него, а второй радиоприемник ловил звук, будучи настроенным на другую частоту. При всем этом экран был размером не больше почтовой марки, и даже линзы не давали возможности детально рассмотреть сцену или лица людей, кроме, как на крупном плане.

Первый массовый телевизор в СССР, на котором уже можно было более менее полноценно смотреть трансляции, появился в 1949 году и выпускался до 1961 года. Он назывался КВН-49 и получил название по первым буквам создателей (Кенигсон, Варшавский, Николаевский) и году выпуска.

Знаменитый КВН-49.

Для работы ему тоже требовалась линза. В качестве нее выступал большой резервуар для воды. Сначала в него наливали дистиллированную воду, а позже поняли, что можно наливать глицерин и это положительно скажется на качестве изображения из-за его лучших оптических свойств. Тогда уже были массовые трансляции и на экране размером 10 на 14 сантиметров после его увеличения той самой линзой можно было устраивать даже коллективный просмотр. Хотя, многие все равно использовали его в основном в фоновом режиме для воспроизведения звука.

В те времена говорить о разрешении картинки как-то не приходилось, так как картинка формировалась за счет электронно-лучевой трубки, которая бомбардировала электронами люминофорное покрытие внутренней стороны стекла. Именно из-за этого покрытия стекло не было прозрачным даже в выключенном состоянии. Но свечение этого слоя и выдавало картинку.

Конструкция телевизора с ЭЛТ.

Телевизоры того времени были вынуждены иметь выпуклый экран, чтобы электроны проделывали равный путь от трубки до любой точки экрана. Большой размер был обусловлен тем, что электроны должны были разогнаться перед тем, как попасть на люминофор. Сама трубка била не в одну строчку а “бегала по строчкам” с большой частотой. Так прорисовывались сначала нечетные, а потом четные строки. Такая развертка называлась чересстрочной. Иногда ее можно встретить и сейчас.

Какие бывают телевизоры

Время шло, технологии развивались и людям хотелось большего. По понятным причинам телевизоры и появившиеся чуть позже компьютерные мониторы с электронно-лучевой трубкой не могли обеспечить увеличение размера. Сделать стеклянную колбу бОльшего размера было почти невозможно. Мало того, что она весила просто немеряно, она еще и была сложной в производстве, если продолжать увеличивать ее размер.

В итоге, сначала появились проекционные телевизоры, которые имели относительно небольшую толщину, но позволяли делать большие экраны. Одной и самых известных моделей была британская система «Скофони» (англ. Scophony), дававшая изображение размером 2,8 × 3,7 метров.

Так выглядит проекционный телевизор.

Качество картинки таких экранов было, мягко говоря, так себе. Изображение проецировалось на полупрозрачный экран, а это приводило к недостаточной яркости изображения, искажениям и потере качества при “растягивании” картинки до такого большого размера, ведь качество картинки все еще было низким. Отдельные образцы таких экранов выпускались даже в начале этого тысячелетия, но использовались в основном для презентаций или для установки в общественных местах.

Еще одним типом экранов были газоразрядные или как их еще называли плазменные, или в простонародье “плазма”. В основе работы экрана лежало свечение люминофора на внутренней стороне экрана под воздействием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в ионизированном газе, иначе говоря — в плазме.

Патент на такую технологию получили ее создатели доктор Дональд Битцер (Donald Bitzer), Жене Слоттов (H. Gene Slottow) и Роберт Вильсон (Robert Willson) в 1964 году. Такие экраны имели достаточно высокую стоимость, относительно низкое качество изображения и после того, как технология ЖК-дисплеев стала дешевле, просто не выдержали конкуренции. Массово они производились с начала 90-х годов прошлого века. В 2014 году производство почти прекратилось.

Первый ЖК экран

Настоящим хитом на многие годы вперед стали жидкокристаллические экраны (liquid crystal display, LCD), которые начали появляться примерно 30 лет назад. Самые первые экраны, сделанные по этой технологии, не имели отношения к телевизорам. Они могли отображать не более 5 цветов и использовались в различных приборах. Сейчас такое применение продолжается.

Сами по себе жидкие кристаллы были открыты еще в 1888 году австрийским ботаником Ф. Райницером. Хотя первый экран с такой технологией появился только 1968 году, а первый массовый прибор с ЖК-экраном представила компания Sharp. Этим прибором был калькулятор. С этого момента такие экраны начали применяться в часах и других приборах. На тот момент технология была непригодна для использования в больших экранах.

ЖК-экраны стали для нас просто незаменимыми.

Первый цветной ЖК-дисплей тоже “принадлежит перу” Sharp. Его выпустили в 1987 году, а его диагональ составляла 3 дюйма. Годом позже эта же компания выпустила 14-дюймовый TFT LCD.

Таким образом производство дисплеев пришло к изображению, которое было разбито на составные части в виде маленьких ячеек — пикселей. До этого говорить и пикселях не приходилось, так как за изображение отвечал светящийся люминофор, который не имел такого деления.

После появления ЖК-дисплеев какое-то время они, не мешая друг другу, делили нишу с плазменными панелями. Поначалу было четкое деление по размеру. ЖК-дисплеи не могли быть большими, а плазменные панели не могли быть маленькими. Позже LCD начали заходить на территорию “плазмы”, а удешевление технологии окончательно убило последних.

Как устроен LCD

В основе ЖК-экранов, будь то телевизор, смартфон, монитор или что-то другое, лежит на первый взгляд простой сэндвич. Он состоит из самого слоя жидких кристаллов, которые могут менять свои оптические свойства под воздействием электрического тока, двух прозрачных электродов, а также горизонтального и вертикального фильтров. Есть еще и цветовой фильтр, который позволяет скорректировать особенности остальной конструкции и привести цвета изображения к нормальным, которые будут более естественными или просто фирменными.

Выше описана конструкция именно источника изображения, но дисплейный модуль в сборе имеет еще несколько элементов. Например, провода для подключения к источнику, крепежные элементы, подсветку, если она предусмотрена, и корпус (чаше пластиковый с металлической рамой).

Чем больше разрешение матрицы, тем она сложнее, потребляет больше энергии и требует большей вычислительной мощности устройства. Именно поэтому некоторые смартфоны имеют систему корректировки разрешения. Оно снижается для экономии энергии. В мониторах и телевизорах такой необходимости нет.

Важной характеристикой является отклик пикселя (время, за которое он меняет свой цвет). Если он не очень большой, например, более 5 мс, такой экран подойдет почти для всего, кроме скоростных игр. Также важно разрешение матрицы, но не стоит гнаться за ним и слепо верить в том, что чем больше, тем лучше.

Например, для смартфона вполне достаточно разрешения 1080 пикселей по узкой стороне. При таком разрешении глаз уже не цепляется за отдельные пиксели и может воспринимать изображение как реальное. Для телевизора такого разрешения достаточно при небольшой диагонали. Если говорить о панели с диагональю 60 дюймов и более, лучше уже иметь разрешение 4K. Существуют и панели с разрешением 8K, но их время пока не пришло. Тем более есть технологии, которые могут помешать их появлению, но о них чуть ниже.

Почему разрешение дисплея не важно

Многие пользователи гонятся за высокой четкостью картинки и максимальной частотой кадров, но есть и альтернативное мнение. Согласно ему, не стоит излишне улучшать картинку. Отчасти авторы этого мнения правы и вот почему.

Как правило, так рассуждают киношники. Они убеждены, что отходить от классического формата 24 кадра в секунду не стоит. Многие даже сильно раскритиковали создателей фильма “Хоббит”, которые сняли фильм с частотой 50 кадров в секунду. По мнению профессионалов, картинка должна быть немного “замыленной”. Это позволяет ей создавать у человека определенное настроение и ощущение погружения в выдуманный мир.

Этот фильм сняли в 50 fps и вызвали на себя волну критики.

Конечно, рассматривать природу, спорт или технику в высоком разрешении очень приятно, но смотреть кино в 4K и видеть огрехи гримеров и дефекты кожи актеров то еще развлечение. Возможно, поэтому киношники и против увеличения четкости картинки. Они просто не хотят, чтобы кто-то видел их недоработки.

Новый тип дисплея. Интерполяционный дисплей

Интерполяционные дисплеи были созданы не так давно и пока не доказали своей серьезной перспективности, но многие компании взяли заложенные в него принципы за основу своих будущих разработок. Это не полноценный шаг вперед и не готовые телевизоры в одном корпусе, а скорее небольшая оглядка назад, но с перспективами на будущее.

Экран, на который падает изображение от проектора, не отражается как от обычного экрана, а переполяризируется. При этом в основе лежит люминофорный слой, который позволяет сделать изображение более четким. По сути получается изображение с бесконечной четкостью из-за отсутствия пикселей.

Сам экран имеет не классическую белую, а черную структуру. Из-за этого стало возможным воспроизведение чистого черного цвета, который является слабой стороной обычного воспроизведения через проектор.

Проекторы имеют как плюсы перед экранами, так и минусы.

Возможно, технология так и не “взлетит”, но если все сложится, получится, что в сфере домашнего кино мы вернемся в прошлое и уйдем от пикселей на конечном изображении, которые сопровождают нас последние пару десятилетий. Конечно, это не относится к мобильной электронике, которая просто не сможет работать по такой технологии. Тут как нельзя лучше подойдет применение OLED дисплеев. Конечно, после того, как они лишатся своих недостатков.

Как работает OLED-экран

Таким недостатком является мерцание, особенно на небольшой яркости. Мозг такое мерцание не интерпретирует и мы думаем, что не видим его, но глазам от этого становится очень больно. IPS дисплеи пока в этом отношении работают лучше, хоть и не могут обеспечить такой глубокий черный цвет.

В основе технологии лежат органические светодиоды (organic light-emitting diode, сокр. OLED). Это полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, эффективно излучающих свет при прохождении через них электрического тока.

Благодаря своим особенностям такой экран может работать без внешней подсветки. Яркость изображения достигается за счет свечения каждого конкретного пикселя. Это позволяет не “засвечивать” темные области, делая их серыми. Благодаря этим особенностям экраны обеспечивают почти бесконечную контрастность 2000000:1 и более.

OLED хорош, но не без недостатков.

При этом яркость обычно ограничивается на уровне 1 000 кд/м², хотя возможны и существенно более высокие значения, но простому пользователю они не нужны. Да и ресурс при увеличении яркости OLED-панели сильно снижается.

Стоит также добавить, что те, кто считает OLED-экраны более экономичными, чем IPS, правы лишь отчасти. На самом деле они потребляют больше энергии, даже с учетом отображения темных областей, пиксели в которых неактивны. Проигрывает в экономичности не сама технология IPS, а ее непременные спутники — подсветка и контроллер. В итоге, особенно на темном изображении, OLED сильно выходит вперед. Зато на ярком он проигрывает.

Какой экран выбрать

Как видим, эволюция экранов прошла достаточно большой путь, который сложно уместить в рамки одной статьи. Зато даже в этих нескольких тысячах знаков можно проследить тенденции развития. Пока мы говорим об увеличении четкости и уменьшении размеров, но некоторые технологии стремятся вернуться обратно. А еще можно сделать вывод, что все пошло от кинематографа. Именно он дал нам понимание того, что отображение динамической информации нам действительно нужно. Хотя, если бы не он, “спусковой крючок” все равно был бы, просто в чем-то другом.

Каждый выбирает для себя экран сам, но сейчас есть три основные технологии, которые пока можно считать современными — органические светодиоды, жидкие кристаллы и различные способы проекции. Для каждой сферы хороша своя технология, но как же приятно, что у нас есть выбор и конкуренция, от которой в итоге выигрываем только мы, простые потребители.