2023年11月16日

比悠闲猫更猫的科普屏幕的彩虹排队大比拼

作者 admin

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当我翻看手机参数的详情页时,常常会看到诸如512ppi、437ppi这样的文字介绍。 那么ppi到底是什么,它对手机屏幕的显示质量有何影响,与像素密度有什么关系呢?

在回答“周冬雨排列”之前,让我先来说说ppi吧。

我知道,手机屏幕是由无数个小像素点构成的。我们经常说这款手机的分辨率是3456X4608,指的是它水平方向上有3456个像素点,竖直方向上有4608个像素点。

还有,我们常知道手机的屏幕尺寸,比如6.7英寸。那么6.7英寸就是指屏幕对角线长度。

掌握这两点,就能懂得ppi的概念了。ppi是指屏幕对角线长度上,单位长度内所包含的像素点数,单位是像素密度。图片没有提供全,建议提供完整图片后再进行翻译哦~=1080 height=540 />

我知道像素点和ppi的关系,现在我们可以更深入地了解一下:单个像素点到底有什么秘密。

当手机屏幕点亮后,我们可以上高倍放大镜进行观察,可以看到无数个小小的像素点,它们密密麻麻,排列有规律,并且分为红、绿、蓝三种颜色。

手机屏幕而言,我看到的那些小小的红、绿、蓝点点就是子像素。它们被称为“三原色”,因为红、绿、蓝三种颜色可以混合出自然界中的所有颜色。

 

一个像素点由一个红子像素R、一个绿子像素G和一个蓝子像素B组成。它们的亮度不同组合成所需要显示的各种颜色。

如果是液晶材质的手机屏幕,这些子像素就是构成液晶的基本单元,通过改变光线的透过程度,来控制像素点的亮度。

  行光程调节,从而控制显示不同的颜色和亮度。最终,我们就能看到屏幕上的图像和文字。

手机屏幕的结构非常复杂。如果我们一层一层地拆开,就会看到屏幕的结构从下至上依次是:背光灯管、扩散片、增亮膜、下偏光片、TFT背板、液晶层、上偏光片、彩色滤光膜、防眩膜等等。但其实,我们并不需要知道这些细节。

简单来说,手机屏幕的结构就如下图所示。

背光源发出白色光线,水平和垂直偏光片相互配合来控制光线的量,液晶层可以改变光线的方向,从而控制显示不同的颜色和亮度,最终形成我们在屏幕上看到的图像和文字。

  LCD屏幕的视角会受到很多因素的影响,其中之一就是彩色滤光膜。彩色滤光膜会滤出红、绿、蓝三种颜色的光,这些颜色将被调和在一起,形成各种颜色的像素点。

因此,每一个像素点都会因为这些滤光膜的作用而拥有一种颜色。

对于绝大多数LCD屏幕来说,红、绿、蓝三色子像素都是呈并排排列的,排列方式就是RGB、RGB、RGB……就像下图所示。

这种经典的子像素排列方式已经被广泛采用了很长时间。因此,我们把这种排列方式称为“经典RGB排列方式”。相比于LCD材质的屏幕,OLED屏幕的情况就有些复杂了。

下图就是OLED屏幕的结构图,红绿蓝子像素都是主动发光的,这些颜色直接调和在一起就能形成各种颜色的像素点。

尽管OLED看起来好像比LCD简单,但这其实是一种错觉。

由于OLED是主动发光的屏幕,因此,生产OLED屏幕涉及的因素比LCD更多,生产过程也更加复杂。重到基板表面,形成了一系列亮点。

我从业内了解到,OLED屏幕的子像素器件是影响屏幕整体质量的决定性因素:只要子像素器件好,整个屏幕就会表现得很好;反之,如果子像素器件坏了,那么整个屏幕的表现也会受到影响。

因为OLED屏幕的子像素主动发光,在生产过程中需要将发光材料附着在玻璃基板上。

业界使用的一种蒸镀技术就是将红、绿、蓝三种不同的发光材料分别放入坩埚中,然后通过加热坩埚使发光材料蒸发。蒸发出的发光材料透过带有孔的金属掩模板,并最终沉积到基板表面上,形成了一系列亮点。

  =rQi3ylB_>通过蒸镀技术,红、绿、蓝三种不同的发光材料被逐渐沉积到玻璃基板上,这样子像素器件也就生产完成了。只需要通上电,子像素器件就能发光了。

我在了解中发现,金属掩模板非常重要。它直接决定了子像素器件的大小、像素点的密度以及排列方式。

金属掩模板上的开孔大小直接关系到子像素器件的大小,而开孔的间距则直接决定了像素点的密度,最后开孔的排列方式则直接决定了子像素的排列方式。在OLED屏幕的生产中,金属掩模板扮演着至关重要的角色。

像LCD屏幕一样,OLED屏幕的子像素也是采用RGB排列的经典排列方式。这在金属掩模板上,也体现为开孔、开孔、开孔横平竖直排对排的排列方式。

尽管我们希望最终的效果永远都是完美无瑕的,现实中的制造却往往充满了各种困难和挑战。

在本文开头,我们特别提到了ppi的概念,这是因为蒸镀技术中的金属掩模板直接影响着屏幕的ppi。

开孔越小,则子像素越小;孔距越小,则像素越密集,ppi自然就越高。但需要注意的是,更小的开孔、更小的孔距,都意味着更高的生产工艺难度。

目前工艺水平有限,更小的孔距会导致子像素间的颜色互相干扰,更小的开孔则会影响到子像素器件的生产良率。因此,我们需要在制定技术方案时充分考虑良率和工艺难度等因素。

我在看到这张图片时,一下子就注意到了OLED屏幕中的经典RGB子像素排列方式,即红绿蓝三种子像素按照1:1:1的数量排列,大小也一样。

 

然而,蓝色子像素的发光效率比较低,红绿蓝三种子像素要达到相同的亮度需要让蓝色更多地通入电流。

长期大量运行以后,蓝色子像素就会受到过多的压力而损坏,也就是我们熟知的“烧屏”现象。

为了解决这个问题,人们开始寻找新的子像素排列方式,以优化传统的RGB排列。

基于以上两点原因,人们不得不寻找新的子像素排列方式,以优化传统的RGB排列。

我发现,三星公司率先开始使用了“Pentile排列方式”,它是这样设计的:RGB、BGR、RGB……R和B的位置对调了,相邻的BB、RR也合并成了更大的子像素。

这样,蓝色子像素B的模板开孔得到了增大,同时也提高了工艺生产的良率。

特别对于发光效率更低的蓝色子像素来说,它的个头变大了,孔洞也增大了,通电流量不再像过去那么大,从而一定程度上缓解了损坏的压力,延长了屏幕的使用寿命。

  ond排列”是三星公司进行屏幕优化的一次尝试。它有许多优点,其中最显著的是它可以降低蓝色子像素的损坏率,因为需要的电流变小了。

即使问题的解决是一个好消息,但却似乎给屏幕带来了新的难题。

如果你仔细数数,会发现在相同尺寸内,“Pentile排列方式”的红色子像素和蓝色子像素各减少了一半,它们组成的像素点也更少。因此,ppi也降低了。

这种排列方式对于高ppi的屏幕不太友好,特别是对于AR、VR等显示设备而言更是一大挑战。因此,“Pentile排列方式”很难满足高ppi的要求,仍然存在着瓶颈。

为此,三星公司继续优化,直到Galaxy手机发展到S4时,像素架构再一次被迭代升级为“Diamond排列”,也就是被我们熟知的“钻石排列”。

“Diamond排列”的优点是,它可以使每个像素点都拥有三个子像素,实现更高的像素密度以及更好的画质表现。

  is RGBW排列”,它比“Diamond排列”更加创新。

我发现,“Diamond排列”本质上仍是“Pentile排列”,尽管它以RGBG循环排列的方式展示。

但这种排列方式改变了R和B子像素的形状和开孔的大小,同时G子像素被拆分成了两个小子像素,使屏幕更具动态性,可以更好地展现活泼和高速的画面。

另外,Ignis公司还开发了一种创新的显示技术,称为“Ignis RGBW排列”,比“Diamond排列”更加先进。

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我了解到Ignis公司开发的“Ignis RGBW排列方式”被应用到了三星Note2上。

此外,常用的像素排列方式还包括马赛克式排列方式和三角式排列方式等。

排列方式虽然亮度更高,但是像素密度较低,屏幕会出现颗粒感,不如RGB Stripe排列清晰。

 

我了解到,RGBW像素即为在传统的红、绿、蓝三个子像素外新增一个白色子像素的PenTile RGBW技术,白色子像素并无颜色过滤物,只是为了让背光通过,使屏幕在同样的电力下能显示更高亮度的画面。

 

以窗纸为例,撕掉一角的花花绿绿的窗纸后,室内自然会明亮许多。

  但是需要注意的是,RGBW排列中的白色子像素并不能显色,因此不会增加屏幕的实际分辨率。与同分辨率的RGB Stripe排列相比,RGBW排列方式虽然亮度更高,但像素密度较低,屏幕可能会出现颗粒感,不如RGB Stripe排列清晰。

om/80/v2-60d996e27de4e2c0a37e8381ec9d3b57_1440w.jpg?source=1940ef5c width=1080 height=540 />据我所了解,“Pentile排列”和“Diamond排列”的专利都掌握在三星手里,因此,国内OLED屏幕制造商京东方采用了一种全新的子像素排列方式——京东方RGB Delta排列,巧妙地避开了专利限制。

 

京东方RGB Delta排列中,每个像素点由两个小G子像素、一个B子像素和一个R子像素组成。

相较于RGBW排列的缺点,RGB Delta排列并没有丢失像素,避免了像素密度降低和分辨率下降的问题,同时还可提高屏幕的色彩还原度,改善显示效果。

为了避免专利限制,我的公司京东方采用了一种新的子像素排列方式——京东方RGB Delta排列。每个像素点由两个小绿色子像素、一个蓝色子像素和一个红色子像素组成。相较于RGBW排列的缺点,RGB Delta排列没有丢失像素,避免了像素密度降低和分辨率下降的问题,还可以提高屏幕的色彩还原度和显示效果。虽然这种排列方式因其长相与周冬雨相似而被戏称为“周冬雨排列”,但是经典的RGB排列仍然是经典。如果我们分别用横线、竖线、斜线测试“经典RGB”、“Pentile排列”、“Diamond排列”,可以得到以下结果。根据测试,我们可以发现,“经典RGB”和“Pentile排列”在横线方面都表现良好,线条清晰。但是,“Diamond排列”在线条上边缘只有红蓝子像素,下边缘只有绿色子像素,导致线条出现彩边问题。同样的问题也出现在竖线和斜线的显示中。虽然更新迭代的技术具有优势,但是我们在产品设计中需要平衡用户体验和技术。只有这样,我们才能使用最合适的设备。