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AMOLED屏手机就一定好吗?解密手机像素排列

OLEDindustry · 2018-11-16
诚然OLED屏幕将会更适应未来手机的发展需求,但是在当前双方各自有着明显缺点的情况下,OLED一定完胜LCD吗?屏幕的选择更需要我们从实际需求出发。首先我们明确一个概念,什么是LCD,什么又是OLED,市面上常见的这两款屏幕到底是什么。

诚然OLED屏幕将会更适应未来手机的发展需求,但是在当前双方各自有着明显缺点的情况下,OLED一定完胜LCD吗?屏幕的选择更需要我们从实际需求出发。首先我们明确一个概念,什么是LCD,什么又是OLED,市面上常见的这两款屏幕到底是什么。

皮影戏的LCD与真人唱戏的OLED,你究竟爱那个?

LCD和OLED是目前主流的两大屏幕材质,你看到的所有手机几乎都是采用了这两种材质其中的一种。而什么TFT、IPS、AMOLED、PMOLED一类的屏幕则是基于这两种材质的增强技术,选购的时候只要记住这点,就可以避免被复杂的屏幕分类给“炸晕”。

其实现在大部分的手机屏幕都是采用了不同的技术来增强屏幕效果,但是陌生的名词往往会让用户混淆。所以在这里,让我们先回到LCD与OLED本身,回到手机屏幕上来。

话说这LCD屏幕的构造啊,也没什么了不起,也就是在两片“玻璃”中间夹了个液晶层,下基板放置了薄膜晶体管,上基板还有彩色滤光层,中间的液晶层在电压的作用下会产生不同的光特性,最后投射的时候又经过彩色滤光层产生不同的颜色。

而OLED(发光二极管)则是有着自发光的特性,有一层非常薄的有机材料图层,当电流通过的时候,这些发光二极管就可以单独实现发光。

你们这样简单理解,LCD就像是看皮影戏,“光源”也就是演员都是在幕后,隔着一层皮膜,而OLED就是直接演戏,演员都可以直接亲眼看见。

而LCD的光源是固定的,而且不能实现单独发光,如果要显示黑色的,液晶是不能完全遮挡住光源的,视觉上会显得泛白。

这么说,OLED是要比LCD要好吗?这可不是,OLED屏幕虽然色彩非常出众,但是在屏闪方面和像素表现上却是有着不小的缺点。

其实这个锅还得要从它的像素排列说起,毕竟屏幕的画面都是由一个一个像素组成的,它们不同的排列方式就由不同的效果。

那么这些厂商都有哪些不同像素排列方式呢?

像素连连看 像素排列分类众多

之前也说过了,我们手机上的画面都是由一个个像素构成的,而一个像素又是由三个子像素(RGB)进行组合的,通过不同亮度来构成不同的颜色。

RGB中R代表红色(Rad)G代表绿色(Green)和B蓝色(Blue),这三种颜色任意组合,即可构成我们日常所见的所有颜色。

而RGB各自有256级亮度(从0到255),我们也称之为灰度值,手机中的灰色就是低亮度的白色,只不过在更亮的白色衬托下看起来是灰色的。

有朋友们就要问了,既然LCD屏幕和OLED屏幕都由RGB三种颜色像素构成,唯独OLED像素的排列方式分为好几种呢?

这是因为OLED需要每个像素自行发光,而不同颜色像素点由于材质不同,发光寿命也不同,其中蓝色像素点的寿命最短。这也解释了为何在几年前我们经常听说使用OLED的手机出现烧屏,屏幕发红等问题的原因。

为了解决这一技术难题,厂商将单个蓝色像素的面积增大,从而提升蓝色像素的寿命,同时为了让不同像素点的寿命趋于平均,也会缩减某些像素点的面积。

而我们常见的OLED像素排列一般有Pentile排列(简称P排)、钻石排列,虽然样式有所差异,但它们都只有两个像素点,需要借助临近像素点才能正常成像。

下面密集恐惧症慎入:

iPhone X oled Pentile排列 在显微镜下

钻石排列

Delta排列

BOE屏幕排列

虽然以上这些排列方式像素排列风格不尽相同,但是大部分方案都着重照顾了红色和蓝色这两种发光时间长但却寿命相对短的像素点。

而在绿色像素点的处理上,厂商有了不同的解决方案,有的厂商通过放大绿色像素点提高屏幕整体的亮度,而有的厂商通过将绿色像素点拆分,提高像素点的密度,让屏幕观感更加细腻。

从目前使用的效果来说,三星的Super AMOLED还是显示效果是其中最好的,这与其采用的均匀的钻石排列有相当大的关系,这种排列方式类似传统的RGB像素排列,在字体边缘有着更锐利的显示效果。

但是这种借助邻近像素的方法也会为字体带来彩边锯齿问题:

钻石像素排列与Delta排列

采用RGB排列的LCD屏幕

这种情况在字体边缘特别常见,因为这种排列方式一直需要借助邻近像素才能成像,所以它将边缘处原本应该熄灭的子像素重新进行了点亮。

虽然这样做能够保持成像,但我们却不能看见纯粹的边缘细节,反倒是出现了彩边和锯齿的情况。对比RGB的排列方式,这样的成像效果无疑要粗糙许多。

RGB排列

而RGB排列三个子像素都能得到充分展示,画面显示效果自然比较清晰,十分细腻。但是这并不意味着它完美无缺,拖影现象,相对平淡的色彩,相应速度慢也都长期为人诟病。

除开这种常见的排列方式,它还有着不同的变种样式:

RGBW就是在RGBG(标准排列上多了绿色像素)的基础上替换绿色像素为白色像素,这样做的目的是为了带来亮度的提升,但是相应的色彩表现要削弱不少。

比如说LG的G7在采用了RGBW排列之后,已经将手机峰值亮度提高到了1000尼特(1nit=1 cd/m2),号称市面“最亮”,由此可见RGBW排列的强光实力。

总体来说,LCD与OLED虽然因为厂商不同而显得技术繁杂,但根本属性都并没有变化:

LCD:RGB像素排列,可以保证子像素全面展示,成像画面自然。

OLED:两种像素需要借助邻近像素才能成像,成像画面存在彩边锯齿。

相信读到这里已经有不少用户已经迷糊了,没想到OLED屏幕与LCD屏幕中间还有这么多门道。作为普通的消费者,我们没有专业的设备,也没有超人的“写轮眼”来进行观察。

总结下来就是,同等分辨率下,LCD的清晰度理论优于OLED。一般像素比是2比3,就是说oled 的三个像素相当于 LCD的2个像素。还有就是观感这个东西一个参数不能完全决定,好的屏幕一定是在分辨率,像素密度,对比度饱和度等参数上都有不错的表现.

所以,我们还是要回归使用体验,毕竟只有自己才知道什么样的屏幕才最适合自己。

写在最后的话

从OLED屏幕的角度来讲,你能够获得更加鲜艳的色彩效果,更薄的屏幕效果、更快的相应速度。

但是你也得忍受“烧屏”问题,这是因为OLED子像素能够自发光的特性,但是你没法保证每个子像素都能保持同样的发光效果,所以发光不均导致子像素寿命不等。

以息屏展示为例,你可以发现手机的图案在不停发生变化,这就是为了避免单个子像素工作时间过长。

你还得忍受“屏闪”现象,因为OLED常常采用PWM调光,以快速开关屏幕光源的方式进行调光,虽然人眼察觉不到,但是在慢动作下,它的屏幕是在以固定的频率进行闪烁,低频尤其有害。

PWM调光下,不同亮度下对应不同的光源开启时长

OLED对比LCD屏闪情况

在这种屏闪的情况下,用户的眼睛会受到更强的刺激感,加上OLED屏幕对比高的特性,对于现在喜欢狂肝的“深夜党”来说,OLED屏幕对视力的影响是非常大的。

从LCD的角度来讲,你可以避免屏闪现象,获得更加自然更加清晰的画面效果。

但是你也得忍受常见的拖影现象,这是因为液晶层在进行翻转的时候速度要比自发光光源慢,因此在改变子像素点颜色的时候会需要一定的停留时间,因此会出现拖影现象,反观OLED则是没有这种情况。

除此之外LCD要比OLED屏幕要更厚更透光,柔性更低,在现在的旗舰机型上,你能看见的超窄下巴都是利用了OLED屏幕的柔性,还有光感屏幕指纹也是利用了OLED屏幕自发光透光的特性。

还有一点,LCD并非更加护眼,它同样会有蓝光射出,这种短波依然会对你的眼睛造成一定的伤害。

说到底,如果只是追逐护眼的话,与其纠结选哪块屏幕更护眼好,倒不如先规划自己合理的用眼习惯。

总结一下LCD与OLED,你可以很轻易发现两者都拥有各自的优缺点,而并非是完美无缺。而现在许多消费者都拿是不是OLED屏幕来衡量手机好坏,这不仅是对技术的误解,也是对产品定位的误读。

作为屏幕发展的两大支流,OLED屏幕运用范围十分广泛,屏幕指纹、屏下摄像头、折叠手机都有着它的身影,但LCD也未尝不能老树开花,有着自己更独特的定位。

孰强孰弱,两者不总是都在进步么。

常识知识普及:传统像素排列和印刷像素问题总结!(起司君原创)

传统像素排列

RGB SBS(Side By Side)是最常见的像素排列方式。该种排列的优点是成像细腻, 且不会发生锯齿(狗牙)或彩边的现象。

但是以RGB 方式制作高分辨的屏幕时, 其成本较高且制作工艺较为困难。由此各大厂商逐渐推出了各式各样不同的像素排列形式。其中主流的几种排列方式如Table 1 所示 。

Table1 常规制作工艺下的几种像素排列方式

S-Strip BGR 虽然采用RGB 的排列方式, 但是它通过将把R & G 子像素变小和把蓝色的子像素放大的方式以保持一种子像素分布平衡。在该种结构下虽然蓝色偏暗, 但是却延长了其寿命。

Pentile (S-Pentile) 的排列方式是由红绿组成一个像素, 再由蓝绿组成一个像素。

Pentile 和RGB 与BGR 相比有如下几个优点:

• 在同样尺寸的屏幕下可以容纳更高的分辨率。同时由于子像素的减少, 该器件的寿命可能更长且生产成本可能较低。

• 因为较大的R & B 子像素尺寸, 当图像显示红色及蓝色这些色调时, 其饱和度与对比度也会提升。

Pentile (S-Pentile) 在带来以上优点的同时, 该类共享子像素型排列方式设计则会有以下缺点:

• 细腻度问题: 与RGB SBS 排列在相同PPI 的情况下, Pentile 的子像素数量要比RGB 少造成图像不细腻。

同一显示范围下, 若传统RGB 排列下有9 颗子像素, Pentile 排列就只有6 颗, 故会降低细致度。

• 色准问题: Pentile 排列AMOLED 屏幕有些子像素不能够组成一个完整三原色像素点, 则此屏幕部分像素就无法显示准确的颜色。(比如图像有些点欠缺红色/蓝色的同时多了绿色)

• 狗牙和彩边现象: 在显示特定图像时会产生锯齿(狗牙)和彩边现象。一般显示白色或图像时, 这种颗粒感并不明显, 但若显示的是直线, 就会出现问题。

比如在显示红色横线时, 因为红色子像素分隔得太远, 导致结果显显示图像觉得不连贯。而在显示斜线时, 因为部分像素的缺失和间距的加大。导致斜边容易出现锯齿(狗牙)和彩色条纹(彩边)。

追其根本, Pentile 等共用子像素排列方法是一种通过相邻像素共用子像素的方式, 通过减少子像素个数的方式来达到用低分辨率去模拟高分辨率的效果。

而一旦需要显示精细内容时, Pentile 的缺点就会显露无遗。比较明显的缺陷是导致小号字体无法清晰显示和屏幕出现明显的颗粒感。

所以 Pentile 等共享子像素设计的屏幕必须需要拥有足够高的分辨率,才可以弥补过大子像素点距纹理带来的视觉效果下降效果。

Fig 1 其他共享子像素的Pentile 像素排列结构

印刷像素问题

(处于保密需要, 所有实例所列数据均非真实数据)

随着印刷显示的兴起, 溶液制程技术对Pixel 的设计和排列带来了新的思考和创新方向。

溶液制程技术中的像素和以FMM 方式制作的像素相比有以下几个特点:

• 因为制程工艺的不同, 溶液法所制造的像素其相邻子像素最小间距略大于FMM 方法制作的像素。

• 因为溶液制程涉及到液体的挥发成膜, 则子像素形状的重要性被提高。

• 溶液的可流动性提供了更多的像素加工工艺与方法。

间距问题

以FMM 方式制作像素时, 其相邻子像素的间距最小可以达到10 ~20 μm。

而以溶液法制作像素时, 其相邻像素间最小间距大于FMM 制成的像素。

主要影响溶液法制作子像素相邻像素间最小间距的因素为:

• Bank 结构。

• 子像素间安全避让精度。

现阶段通过溶液法制作子像素时, 其往往要采取PDL/Bank 的结构来限定墨水的流动。

一般Bank 高度在1~2 μm,而其底面角度倾角也较小。以2 μm 高和底面倾角为30°的Bank 设计为例(Fig2)。

Fig 2 简明Bank 结构

可知l1 尺寸为3.5 μm。而为了避免Bridging 现象(Bridging 现象是指印刷时因相邻像素过近/Bank 疏液较差/印刷墨

水过多/打印错位而造成的相邻像素间墨水融合现象Fig 3), l2 需取15 μm 以上。由此可见。在现阶段溶液法制成的像

素其最小像素间距为:

2 × 3.5 + 15 = 22 μm

Fig 3 Bridging 现象

该间距明显大于FMM 工艺制作的像素间距。可见在现有印刷工艺上, 溶液法制成暂时还达不到FMM 制程的分辨率。

像素形貌问题

溶液法涉及到挥发与成膜。则子像素的形状设计与成膜均匀性息息相关。

传统长条形像素设计对印刷工艺的影响主要有以下2 个方面。

长轴方向液面的不稳定

常规的长条形设计容易导致液体在像素内干燥时边缘向内收缩。

根据Plateau Rayleigh Phenomenon 定则可知, 若有长为L、底面半径为R 的液体圆柱(L 无限长且L >>R), 后被形成

直径为r 的球体, 则当L 大于9/2倍R 时, 圆柱表面积开始大于球体表面积, 同时系统能量开始升高变得不稳定。

当能量上升足够高时, 液体在表面张力作用下收缩表面积的同时收缩三相接触线以降低能量, 从而导致成线的液面高度与线段边缘同时出现不均匀。

由此可知当像素设计其长宽比大于2.5 时, 液体液面会呈现一定程度的不稳定现象。则当液体在长条形像素内干燥时, 其长边会偶发性向内收缩形成缺陷。

Fig 4 像素长轴方向上收缩

长短轴挥发的差异

常规的长条形设计亦会导致像素内液体局部挥发差异, 从而导致成膜的不均。

假设在基板上存在一个单一像素, r 为边界处弯曲半径, 而d 为像素宽度。

当像素被墨水填充满时, 考虑液面上A、B、C 和D 个点处的挥发情况, 其中A 处于长边上、B 为中部墨水顶端且和A 共横截面、C 短边边缘而D 为墨水顶端处于边缘弯曲处。

因为像素沿x 和y 轴方向上的分布差异, 则根据前文内容可知, 在4 个液面位置上存在分压:

若在初始状态时, 墨水在像素内为饱和状态。则:

若r =𝑑/2液面上方挥发速率J 有近似的:

则此时液体逐渐内部溶液中部逐渐向边缘流动并沉积。

当液面厚度进一步下降且因为PC 向PA逐渐变、边缘处有较大的挥发速率, 则: 由此可知

则墨水内的溶质流动呈现以下性质:

• J𝐴 > J𝐵且J𝐶 > J𝐷, 则溶质开始由中部向边缘沉积;

• J𝐷 > J𝐵且J𝐶 > J𝐴, 中部墨水会向边缘涌动, 但是因为流速Q 和厚度e3 成正比且边缘处墨水厚度很薄, 则墨水不会从A 处向C 处流动。

Fig 5 墨水在常规像素图案内的不对称流动

溶液在单个情况下, 液体在长条形的像素设计内也会在挥发时产生不对称的流动, 并导致最终的成膜不均问题。

液体的流动性问题

与蒸镀不同, 以溶液法制作像素时, 墨水会在像素坑内扩散与铺展。该液体的流动性给像素和设计创新带来了的新思路, 各厂商亦以此为基础提出了各种新型的复杂型高分辨像素排列形貌。

AUO 于2017 年SID 大会上展出的新型高分辨率像素排列版图 。Fig 6 中A 类型通过共享像素的方式来达到提高分辨率的结果。

B 类型像素则利用了溶液在像素内的流动和扩展性来制作。其基本原理为在Bank 中预先制作部分疏液层, 其后在该Bank 形貌内打印墨水。

因为有疏液层的存在, 墨水在Bank 内铺展和干燥时会被分割成几个独立子像素区(每个子像素下有独立TFT 且可独立发光)。

此类型像素排列虽然可以在不增加打印时长的同时大幅度的增加了子像素的数目, 并提高的PPI 分辨率, 但是其难点是在于IC 和走线的设计。

该类型像素排列复杂, 在基板设计和电极制作时需要进行多次过孔, 无形中增加了器件设计和制作难度, 且有降低生产良率的风险。

Fig 6 AUO 在SID 2017 上展出的2 种高分辨像素排列方案 (示意图, 非正式图片)

来源:中关村在线

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