详解手机屏幕

不高端不难懂不忽悠 详解手机屏幕那点事 来源：中关村    作者：泡椒腰花     2011-08-18 10:08     我要评论(0) 一部一部手机用了过来，除了传统的硬件提升手机屏幕也是越做越大。从当年的翻盖、直板争天下到现在清一色的超大屏幕设计。手机已经不满足与3吋方圆的空间，开始向4吋乃至更高的标准进行发展。相信现在的朋友们对于智能手机的屏幕已经越来越重视。从Super AMOLED到IPS到TFT，无数的网友在评测当中都针对屏幕发表了自己的看法。那么今天ZOL手机频道的“小白课堂”又开课了，虽然是我们手机小白，经常受到商家的蛊惑或者被其他人的意见的所左右，不过今天在这里我们为大家讲解手机上的屏幕，让我们对自己的手机了解更加深入。 但是，对于屏幕我们又了解多少？ TIPS:本讲座不收费不高端不难懂不忽悠，老少皆宜，童叟无欺。 从3.7吋到4.3吋，甚至到单手无法握持的5吋屏幕，手机行业的记录在不断的被刷新。随着电容屏幕的大量普及，越来越多的用户开始使用电容屏幕，而触控手机也一下子成为了市场的主角。不过很多的用户是不是有这样的疑问，我的手机怎么看起来颜色非常的不纯正？为什么我的手机分辨率不低还是看起来有很强的颗粒感？为什么我的屏幕在现实图片的时候颜色不准确？实际上这些就是我们今天要为大家说的屏幕技术，首先我们从最基础的LCD和OLED屏幕讲起。 对于手机行业来说无论屏幕采用的什么技术他们都归根于两种技术，一个是LCD，一个是OLED屏幕。这两个是屏幕显示技术的两大基本阵营，他们的特点如下： 电子显微镜下的液晶分子 LCD：Liquid Crystal Display，这是一种介于固态和液态之间的物质，成为液晶技术，它的工作温度为-20°到70°。LCD屏幕的特点是自身不发光只透光，因此需要背光板，色彩显示比较的准确。目前LCD技术已经非常的成熟，大量应用在多个行业当中，智能手机大部分都采用LCD屏幕。 OLED具备很好的延展性 OLED：Organic Light-Emitting Diode，这是全固态的物质，可以在-40°-70°的温度范围内工作。OLED面板的最大特点就是自发光特性，无需背光板即可显示，因此具备非常高的可视角度。目前OLED面板技术主要掌握在日韩企业当中，由于目前OLED面板的制作工艺问良品率比较低，暂时还不能大量列装，成本也比较的高。 了解完这两个最基本的阵营，下面就一起来看看各自技术上的一些改良。需要说明的是我们后面提到的Super AMOLED、TFT、IPS等技术都是基于这两个阵营产生的。 TFT:70%智能手机的选择 TFT屏幕大家已经非常的熟悉。目前大批的智能手机都是采用的TFT技术。实际上TFT的全称是TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）。TFT是LCD的一种表现形式，也是手机上一种最基本的显示技术。它的结构剖面图如下： TFT-LCD剖面图 这个剖面图就是一个子像素（Subpixel）的内部结构，对于非常详细的成像过程笔者就不在这里讲解了，毕竟这些对于我们普通的网友来说意义并不是很大。我们只要知道中间的液晶层（图中三个梯形结构）受到TFT的控制，当TFT通过电流的时候液晶会的排列顺序会发生不同的改变，光线在通过偏光板打入液晶层后会会产生不同样色光，然后通过玻璃基板透出来。 TFT-LCD侧面图 TFT技术的最大优势就是成本低廉，技术成熟，非常适合大规模的部署。同时由于TFT面板制作工艺要求不高，可以对其进一步的改良。不过TFT的面板在经过几年的发展后也遇到了自己的问题，那就是厚度比较的大（需要玻璃基板），功耗也比较的高（只要屏幕在亮，功耗背光板就需要发光）。 Milestone使用的就是TFT屏幕 同时传统的TFT面板在发展的过程当中也遇到了自己的瓶颈，那就是低可视视角、色彩饱和度不高以及低亮度为主。 IPS硬屏：苹果iPhone的最爱  TFT技术发展遇到了自己的瓶颈，那么就要有相对应的解决提出。在TFT阵营下还分出了TN、VA、IPS三种技术。就像是“汽车”里面还分出了小轿车、卡车、越野车等等。这三种技术目前已经应用在不同的领域，其中显示器主要采用TN、VA面板，也就是俗称的“软屏”，而智能手机方面则采用的是IPS面板，俗称“硬屏”。 IPS面板 苹果iPhone 4采用的就是IPS硬屏技术 IPS屏幕的最大使用厂商相信就是大家非常熟悉的苹果，iPhone、iPad系列产品都采用这种技术的屏幕。IPS屏幕的最大特点就是硬度比较的高，不容易损伤。同时IPS面板在运动画面上的效果非常出色，通透性更强。基本上目前IPS屏幕并没有明显的不足，只是低品质的IPS面板会出现漏光的现象。（此前iPad 2就有部分批次出现此问题）。 S-LCD HTC Desire在推出几个月后开始采用SLCD屏幕 S-LCD屏幕是近年来异军突起一种技术。此前S-LCD屏幕并没有太大的名气，不过有意思的是由于三星AMOLED屏幕产能不足导致HTC Desire等一系列产品后续采用了S-LCD屏幕，目前关于S-LCD屏幕的相关参数并不多。只能看到这种屏幕具备广视角、高亮度、对比度高的特点。 那么说完了LCD阵营，下面我们再来聊聊异军突起的OLED阵营。 OLED阵营：AMOLED的崛起 前面已经说到了OLED屏幕的主要特点就是自发光，高亮度，同时兼具响应速度快、功耗低等特点。同时由于取消了背光面板，因此整个屏幕的厚度也有了大幅度的降低。OLED面板现在又分为PMOLED和AMOLED，其中PMOLED主要应用在大型显示上，手机并没有采用在这里我们就不做讨论。主要给大家讲述下很多用户关注的AMOLED屏幕。 OLED结构  AMOLED的中文名称是有源矩阵有机发光二极体面板，AMOLED屏幕的最大特点就是具备自发光特性，每个像素都可以自己发光（黑色就是不发光），同时由于取消了背光板，因此AMOLED还具备广视角和高对比度。 AMOLED屏幕结构图 AMOLED屏幕包含了AMOLED显示技术+触控层（Touch Panel）+玻璃基板，在阳光下的表现并不好。AMOLED屏幕由于自发光特性因此在显示黑色的时候最为省电，因为像素点根本不发光，不过也由于这个原因导致常年使用的话各个像素点老化的程度不同。 Super AMOLED：Ultra Thin 正是由于AMOLED有这样那样的一些不足。三星集团也是在后续推出了Super AMOLED超炫屏，在之前的AMOLED基础上作出了自己的修改。Super AMOLED超炫屏幕主要是去掉了玻璃基板，直接在将Touch Panel集成其中，这样的话三星Super AMOLED屏幕就取消了空气性，厚度进一步的降低，同时也增加了通透性，在阳光下表现更加的出色。 Super AMOLED最大改进是取消了空气层玻璃基板直接可以触控 Super AMOLED的通透率比AMOLED强，因此在阳光下表现优于AMOLED Super AMOLED屏幕成为I9000的主打卖点 实际上三星的Super AMOLED屏幕技术依然采用了Pentile式排列，同时由于采用了RGBG设计，因此整个屏幕的绿色显得更浓一些，也造成了屏幕显示效果非常的艳丽。Super AMOLED屏幕目前主要的明星机型就是三星GALAXY S，这部传奇的手机直接让三星进入Andorid系统一线阵营。 TIPS:Super AMOLED屏幕由于触控基板直接作用在玻璃上，因此不推荐贴膜，贴膜反而会影响触控手感。  ASV技术 ASV技术改变了晶体的结构 ASV技术是日系厂商的专利，全称是Advanced Super-V，这是一种技术而非面板。ASV技术主要是通过一种专利工艺改变内部晶体的形状，并且通过不同的图形改变光线折射，人为的提高显示精度和像素密度。目前ASV技术最主要的厂商就是夏普，魅族M9以及夏普一部分产品就是采用了该项技术。 屏幕：自己喜欢才是真的 前面给大家说了这么多关于屏幕方面的小科普，可以说本篇文章不仅给大家答疑解惑，同时也是对手机行业基本知识的一次梳理。在智能手机高速发展的今天单一的技术优势已经很难在获得消费者的认可，硬件+软件+服务才是未来智能手机出奇制胜的法宝。就如同前面我们分享的那样，用户不会为了一个Super AMOLED Plus屏幕而去购买I9100，而是会综合考虑硬件、系统等方方面面。因此屏幕实际上并没有起到决定性的作用。 手机好不好自己用了才知道 按需求出发，自己用着舒服才是王道 另外这个世界上并不存在完美的屏幕，前面我们也将每一个屏幕的优缺点给大家罗列了出来，每一个屏幕之所以能够应用在手机上都是经过考验的，而消费者在选择屏幕的时候更应该从自己的实际需求出发。如果对色彩不敏感的同学可以选择AMOLED屏幕，而对待机时间要求比较苛刻的朋友大可选择Pentile排列屏幕，这个世界并不存在完美的屏幕，只有真正适合自己的屏幕。       看到有不少兄弟纠结于i9000屏幕的“颗粒感”的，在这里我先说明一下，因为我原来是M8的用户，所以对屏幕显示效果比较敏感，i9000的颗粒感在我看来是很明显的——虽然绝大多数时候并不影响使用。但为什么i9000以及其他用大部分AMOLED的手机屏幕会显现出颗粒感，下面我们就来分析一下这其中的根源。         首先要说明的是，颗粒感和AMOLED材质本身无关，而它完全和屏幕本身的子像素排列有关系。让我们来看看什么是子像素。         我们知道白色的光线是由红到紫的连续光谱组成的，而在计算机图形学里，则采用红绿蓝也就是RGB三种颜色的视觉等亮度混合（注意，不是光学等强度）来调和出白色光。我们知道显示屏是由许许多多的像素构成的，而为了让每一个单独的像素可以显示出各种颜色，就需要把它分解为红绿蓝三个比像素更低一级的子像素。也就是说，3个子像素构成一个整体，即彩色像素。当需要显示不同颜色的时候，三个子像素分别以不同的亮度发光，由于子像素的尺寸非常小，在视觉上就会混合成所需要的颜色。         知道了子像素，那么我们就可以进入下一个问题，那就是子像素的排列。         首先是最简单的情况，也就是把一个方块形的像素，平均分成三等分，每一块赋予不同的颜色，这样就可以构成一个彩色像素。这也是绝大多数液晶显示器所采用的子像素排列（当然，三个像素的顺序是随意的，不国一般都是【红绿蓝】或者【蓝绿红】）。 2011-3-30 15:13:20 上传 下载附件 (12.96 KB)          这样，只要我们把足够多这样构造的像素排列到一起，就可以显示出我们所需要的图案了。 2011-3-30 15:13:20 上传 下载附件 (12.87 KB)          事实上，绝大多数的液晶显示器，采用的都是这种子像素排列。它的好处是像素独立性高，每一个像素都可以自己显示所有的颜色。但缺点是要制作m*n的显示器，总共需要制作3m*n个像素（在制造过程中，子像素是最基本的制造单位，它们本身没有颜色，颜色是靠滤光片而产生的）。这在液晶上是没什么问题的，因为液晶采用的是印刷工艺，制作多少个像素对成本的影响并不高。         但是这个问题到了AMOLED时代就不一样了，AMOLED面临2个问题：第一个是像素总个数直接决定生产成本，第二个是AMOLED的发光效率并不高。如果采用和液晶一样的工艺，就需要更高的发光亮度，才能得到和液晶一样的观感，同时也会增加制造成本，所以三星在制造AMOLED面板的时候，采用了一种不同于上面的子像素排列方法，这种子像素排列方式叫做RGB Pentile，有许多变种，我们来看一下i9000、Nexus One、Desire等手机采用的那种排列方法。 2011-3-30 15:13:21 上传 下载附件 (17.48 KB)         图中左边就是i9000所采用的Pentile RGB排列子像素的子像素排列方法。可以看到，同样显示3x3个像素，Pentile在水平方向只做了6个子像素，而标准RGB做了9个，子像素数量减少了1/3。也就是说，Pentile技术下一个像素只包含两个子像素，要么是绿+红，要么是绿+蓝。大家可能要奇怪了，Pentile为什么可以缩减1/3的子像素而保持总像素不变呢？既然缺少一种子像素，那它又是怎么达到依然显示3x3全彩色像素的结果的呢？这里面的关键在于相邻像素之间的“共用子像素”。我们来看一下Pentile在工作时的子像素点亮情况就知道了。         首先是显示水平间隔的白色线条。 2011-3-30 15:13:21 上传 下载附件 (14.97 KB)         可以看到，水平方向，每个像素和相邻的像素共享自己所不具备的那种颜色的子像素，共同达到白色显示。         然后是现实垂直间隔的白色线条。 2011-3-30 15:13:22 上传 下载附件 (14.79 KB) 公用情况也是一样的。 下面来显示黑白点阵。 2011-3-30 15:13:22 上传 下载附件 (11.98 KB)         注意，问题来了：应该有的蓝色像素不见了！这是因为每一个像素都失去了邻居，无法公用，所以Pentile屏幕无法精确显示这样的图案。这个问题非常麻烦，为了让显示的结果仍然为白色，就需要把原本应该熄灭的蓝色像素重新点亮，结果就是显示白色点阵失败。         现在我们知道了，Pentile技术的精髓就是要做到相邻像素的子像素公用。这要求屏幕上显示的任何像素都需要有相邻像素的存在，但实际情况中，并不是时时刻刻都可以满足这点的，比如下面我们可以在实际中可能遇到的情况就是。这些情况下会出现什么问题呢？         首先，是显示垂直方向的黑白交界线。可能出现的位置：文字边缘。 2011-3-30 15:13:22 上传 下载附件 (12.37 KB)         我们可以看到，在最左边一条，出现了红蓝红蓝像素的垂直交替排列。这在视觉上会导致明显的“彩边”现象。         然后，是45度倾斜的黑白分界线。可能出现位置：文字边缘。 2011-3-30 15:13:23 上传 下载附件 (14.01 KB)         可以看到，边缘期待的白色变成了红色。         更多的情况就不一一分析了，在这些情况下，会出现的问题都是屏幕上会出现非白色的边缘，这和我们要求的想去甚远，毕竟谁都不希望把黑白照片显示的花花绿绿吧？所以Pentile技术会对这些情况作出一定的修正，那就是把一些本该熄灭的子像素点亮，人为的制造一些相邻像素，来实现颜色的正常显示。但这就带来了一个问题，那就是本来平整的边缘变得不再平整，成为了锯齿状。这也是Pentile之所以会出现边缘毛刺的原因。具体的图我就不画了。         上述的讨论都是在显示黑色和白色的基础上进行的，实际显示彩色画面的时候Pentile还会遇到一些更奇怪的问题。举例来说，当我们需要显示纯黄色的时候，就需要把屏幕上所有蓝色的像素都关闭。但由于红色像素是间隔排列，而不是紧密排列的，所以导致肉眼可以轻易看出其间夹杂的黑色斑点，它们之间的距离是两倍于像素距离的，导致出现“网纹”。而当显示淡橙色的时候，红色和绿色像素会100%发光，而蓝色像素则以50%亮度发光，此时这些不发光的蓝色像素会构成暗点，导致本来应该是纯净的颜色表面出现两倍于像素距离程斜向分布的“颗粒感”。         追其根本，Pentile是一种通过相邻像素公用子像素的方式，减少子像素个数，从而达到以低分辨率去模拟高分辨率的效果。优点是同样亮度下视觉亮度更高，以及成本更低，但缺点也不言而喻——模拟的自然比不过真货。一旦需要显示精细的时候，Pentile的本质就会显露无遗，清晰度会大幅下降，导致小号字体无法清晰显示；而为了弥补色彩问题，所以在Pentile技术下显示色彩分割区的时候，分割线会产生两倍于实际像素点距的锯齿状纹路，也就是会产生锯齿状边缘。最后一点就是只要显示的内容不是白色，就会出现两倍于点距的网格状斑点。所以说，Pentile技术的显示屏必须需要拥有足够高的分辨率，才可以弥补由于会产生两倍点距纹理带来的视觉效果下降。因此在i9000这样的4寸显示屏上使用Pentile技术的AMOLED显示屏，这样的问题还是蛮明显的，虽然不会导致明显的问题，但对屏幕颗粒感有要求的同学，最好还是先看真机再决定。         最后补两张屏幕实际照片，分别是HTC Legend和Desire。 Legend： 2011-3-30 15:13:26 上传 下载附件 (92.98 KB) 标准RGB Desire： 2011-3-30 15:13:30 上传 下载附件 (129.66 KB) Pentile RGB