手機屏幕類型分析

時下主流的屏幕都可歸結爲LCD與OLED兩類。LCD的採用已經比較久遠了,他就是指普通的液晶顯示屏幕。有時LCD也可與TFT的名稱通用,這裏談到的TFT屬於LCD的一個子分類。通常認爲,OLED在技術上比LCD是要更爲先進的,不過OLED發展仍不成熟,LCD的採用還相對普遍。IPS、TFT、SLCD都屬於LCD的子類,下面在談到AMOLED屏幕時,還會談LCD與OLED的區別。

當今手機屏幕主要就分爲LCD與OLED兩種。其他無論哪種屏幕(如iPhone的IPS屏、三星的AMOLED屏、SLCD屏)都屬於這兩類的延伸。我們從用戶終端可實際瞭解的角度來談談,主流手機屏幕的一些特性和關鍵。


一、關於視覺分辨力和視網膜屏幕

    早在19世紀,人們就發現,“想要將兩條明暗相間的細線區分開來,它們之間需要有 0.59 角分(arcminute)的差距。0.59角分在10英寸的距離上大致相當於0.0017英寸,取其倒數583,再考慮到兩條細線各自需要至少一明一暗兩個點,我們可以合理地推論,當印刷品的墨點密度達到每英寸1200點(1200 Drops Per Inch, DPI)以上,就可以滿足相當挑剔的閱讀要求。所以目前比較優秀的家用打印機,都標稱能夠達到 1200 乃至 2400 DPI 的分辨率。”(摘自Type is Beautiful站,<視覺分辨力與 Retina Display>一文)

    iPhone4發佈的時候,其標稱的像素密度爲326ppi(關於ppi與dpi的關係,可參見:http://www.3up.com.tw/digitalimageSectionII.htm ,在此,我們將ppi與dpi混用),實際上300dpi的墨點密度在很早以前的數碼印刷製品上就已經能夠實現,這是一個什麼樣的概念呢?所謂300dpi,意思就是每一英寸長度上有300個像素點。參照:Kindle Fire爲167 PPI, iPhone 3G爲164 PPI,iPad一代和二代則有132 PPI。

    所謂像素,通常可以理解爲我們在湊近屏幕的時候看到的屏幕上的一個個小顆粒小方格,這些方格聯合在一起組成了整張屏幕。

    300ppi本身並不是非常理想的數值,不過對於顯示圖像來說,已經基本可滿足需求,圖像並不如文字那樣具備那麼高的密度要求。

    可見,論視覺分辨力這個單獨的數值,單看這一項,數碼類產品還有比較大的發展空間。不過這麼說也不是非常合理,因爲屏幕和紙質製品是有差別的。過去的屏幕 (包括現在許多電腦和手機屏幕)由於技術和成本的限制,像素密度不高,於是我們只要稍稍湊近屏幕,就可以非常明確地看到屏幕上一格一格的小顆粒或像素點。 於是,矢量字體(比如微軟雅黑)會採用一些次像素渲染技術,也就是說,爲了令這類字體顯示起來更清晰更圓潤,除了字本身所佔據的像素外,這些字的周圍還分 部排列着用來渲染的灰階像素,令整個字的銳度降低,更加柔和舒服,跟白色背景的過渡更爲自然。——這種字體的渲染一直延續到現在。在屏幕上顯示字體有了渲 染效果以後,人眼對文本顯示的要求自然就比紙質製品低了許多。

    還有許多人對喬幫主在發佈會上的話多有誤解,喬幫主的原話是這樣的,“300dpi左右的分辨率是一個魔術點(Magic Point),如果你把一個東西拿到離眼睛10-12英寸(大約25cm~30cm)的地方,你的視網膜所能分辨的極限大約就是這個分辨率。”

    很多人斷章取義地談到,喬布斯說了,超過300dpi,人眼視網膜就分辨不出顆粒了。然而實際上,這還加上了視距的問題。也就是說,人們看手機屏幕不可能 是把屏幕完全湊在眼睛前面看的,總有一個距離存在。按一般人觀察屏幕的距離來說,超過300dpi是不足以令肉眼看出顆粒的。

    在這一點上,許多人對New iPad的像素密度提出過類似的質疑,他們說New iPad像素密度不過287ppi,怎麼算得上視網膜屏幕。——關於這一點,視距與顯示效果的公式,網上的文章比較多。由於人們對平板的使用,視距通常比手機是更遠的。新iPad基本達到了視網膜屏幕的技術要求。

    不過某公司的老總說New iPad已經達到和超過了紙質製品的顯示,那純粹是扯蛋了。(去微博上搜一下就知道是誰說的了)


二、面板技術與圖像顯示技術

    這一點我們可以先談談ASV。早期ASV被共知是魅族手機推出的時候,當然ASV本身是夏普的技術。魅族在M8發佈時所標的屏幕類型就是ASV。

    但實際上ASV真的可以算是一種面板或屏幕類型嗎?——我們都知道,手機屏幕的種類比較多,比如現在HTC採用比較多的SLCD屏幕,三星採用比較多的AMOLED屏幕。他們在出產的時候,標上的正是這些屏幕類型。

    而ASV,則純粹是一種顯示加強技術。他並非一種面板技術類型。——這就好比,大部分人都知道iPhone所採用的是IPS屏幕,但很少有人會有人說iPhone採用的是Retina屏幕,因爲Retina只是基於IPS面板的一種顯示加強技術而已。

    夏普原版所採用的ASV顯示技術是基於CPA面板的,不過這種顯示技術也可不基於CPA面板,有一些國產的手機雖然採用ASV技術,卻並不採用CPA面板,令其顯示效果大打折扣。

    在此,可列舉一些比較主流的顯示技術:

    ● CBD技術(Clear Black Display),這是諾基亞的一種於戶外增強屏幕顯示效果的技術,從字面意思就能看出,他能令黑色的顯示更爲純粹,並且還降低了屏幕的反光率。NOKIA Lumia 800等手機採用了這種顯示技術。
    ● ASV,上面已經提到了這種ASV技術,是一種用於提高圖象質量的技術,主要是通過縮小液晶面板上顆粒之間的間距,增大液晶顆粒 上光圈,並整體調整液晶顆粒的排布來降低液晶電視的反射,增加亮度、可視角和對比度。
    ● NOVA,LG的一些手機在採用的在IPS基礎上主要增強屏幕亮度的技術。
    ● Retina Display,Retina也是一種基於IPS面板的顯示增強技術。他的主要職責是把960x640這樣一個分辨率濃縮在3.5'的屏幕上,令像素密度達到326ppi。


三、主流屏幕類型
    關於LCD與OLED
      文章開頭談到,時下主流的屏幕都可歸結爲LCD與OLED兩類。LCD的採用已經比較久遠了,他就是指普通的液晶顯示屏幕。有時LCD也可與TFT的名稱 通用,這裏談到的TFT屬於LCD的一個子分類。通常認爲,OLED在技術上比LCD是要更爲先進的,不過OLED發展仍不成熟,LCD的採用還相對普 遍。IPS、TFT、SLCD都屬於LCD的子類,下面在談到AMOLED屏幕時,還會談LCD與OLED的區別。

   (1)IPS硬屏
     首先IPS屏幕是屬於LCD的一個延伸的,使用IPS最有名的手機是iPhone 4/4s以及iPad 1~3代。從這一點也足以看出,LCD屏幕雖然在技術上和理論的表現效果上不如OLED,但他並未江河日下。

     相對而言,IPS更純粹地算是一種面板。他和傳統VA軟面板的區別是,由於IPS硬屏獨特的水平分子結構,使其在觸摸時無水紋、暗影和閃光現象,非常穩定,所以IPS是實實在在的硬結構,尤其在動態遊戲的表現上比較出色。IPS的技術原理決定了它能提供更快的響應速度,並且在屏幕受壓時的漏光現象小於VA液晶,因此更適合用來製造觸摸屏。

     早期LCD的缺陷比較明確,比如可視角度很差,你側一點兒看,整個顏色都出了問題。這些原本的問題,在許多技術廠商的努力對原本LCD的結構 或分子結構進行改進,令顯示效果得以改善,在普通圖像以及某些主流顯示效果上趕上甚至超過目前技術仍不夠成熟的OLED,IPS就是其中一個。IPS硬屏 面板的視角可達到178度。正面觀看與不同角度觀看時所產生的顏色變化程度稱爲色彩扭曲率,IPS硬屏所得出的數值幾乎用肉眼分辨不出來,即意味着從正面 還是側面觀看畫面的效果是相同的。

     最早研發出IPS面板的是日立,而LG Display的IPS已歷經數代的發展,蘋果所採用的IPS面板,和LG與日立的傳統IPS都有所不同,其中部分技術涉及Hydis的FFS廣視角技 術,特色有:低耗電、高透光率、高亮度、反應快速、無色偏、高色彩還原性等特性。根據國外拆解維修網站iFixit的動手結果,新iPad採用了三星提供 的顯示屏。

     在宣傳點上沒那麼有名的部分設備也都有采用IPS,例如亞馬遜的Kindle Fire,惠普的TouchPad。不過他們在顯示與表現上都仍有一些差別,與不同廠商和不同代產品都有關係。

    (2)TFT與SuperLCD

     這兩者都屬於LCD屏。

     TFT基本已經被逐出了歷史舞臺,2011年,僅有moto還在比較熱衷地生產TFT屏幕的手機。所以那時候,摩托羅拉的手機普遍屏幕表現都很遜色,無論是色彩表現,還是對比度等等。而且可視角度表現也與現在的主流屏幕相去甚遠。仍在市面上活躍的moto defy+就是採用此種屏幕。
     TFT幾乎是當前所有LCD屏幕技術改進的雛形,所以最早一代的IPS也被稱作Super TFT。

     Super LCD是LCD的某個高級延伸。當前,因爲HTC很熱衷這個屏幕,所以Super LCD也算是漫天開花了,從HTC Desire開始,SLCD就以非常快的速度增長髮展。個人是比較偏愛SLCD屏幕的,他在色彩表現和可視角度方面更爲接近於OLED屏的顯示效果,而且色彩還原比較真實,沒有過頭的跡象。

     SLCD原本是索尼和三星共同合作開發的一種屏幕,後來索尼全線退出,由三星一家在做,這個SLCD的縮寫弱勢用三星的全拼方式,可爲Super Clear LCD。

     需要注意的是,當下HTC最新的一款HTC One X手機鎖採用的屏幕稱作Super LCD二代,這個被HTC稱作Super LCD 2的顯示屏顯示效果非常出色,加上HTC One X表面那塊玻璃,堪稱晶瑩剔透。不過這塊屏幕實際是AH-IPS.LG已經把AH-IPS這個名字據爲己有,不準其他廠商使用。其具體細節未知,有待進一步考證,AH-IPS是是LG去年上半年推出新一代IPS面板。有高手在顯微鏡下觀察了HTC One X屏幕的像素排列方式,與LG的Optimus 4X HD相同,他們認爲,只是名字上的差異,與AH-IPS實爲同款屏幕。

     (3)AMOLED

      LCD與OLED最大的區別就是,LCD的像素是不會發光的(所謂的像素,上面已經談到,通俗可理解爲湊近屏幕時看到的屏幕上一個個小顆粒小方格)。之所 以我們能夠看到LCD屏幕的顯示內容,是靠外部光源的照亮(如LED背光和外部的自然光)。這就類似於,我們家裏有張紅色的桌子,平常白天或晚上開燈你都 可以看到它,並且知道它是紅色。但如果是夜晚,把燈都關了,你還能看得到嗎?自然是看不到了,因爲這張桌子本身是不會發光的

     而OLED的像素則可以自己發光,不需要外部光源照亮,就好像能自己發光的桌子一樣。通常認爲,OLED在技術上比LCD更爲先進,不過由於 他仍不成熟,與成本問題,LCD仍在現代的屏幕中發光發熱。OLED能像素自己發光,好處主要有兩點,第一是亮度會比靠外部光源照亮的LCD更好些。第二 也是最重要的一點是,由於OLED屏幕的像素自發光,而且每個像素都可自由控制發光與否,於是OLED屏幕在表現黑色這個顏色的時候,黑色部分的像素就可 以完全不發光了,這樣所表現的黑色纔是真正的黑色,黑得更爲深沉更純粹,也一併提升了屏幕整體對比度的表現。

——LCD由於本身像素不發光,即便在表現黑 色時,外部光源仍然會把整個屏幕照亮,黑色部分亦不例外,這樣,黑色就會顯得泛白。——於此特性,OLED在表現黑色屏幕時也就更加省電了(尤其是對 Windows Phone 7這類以黑色爲主要顏色的系統來說更是如此)。

     過去都有寫過屏幕材質的文章,不過這次想相對詳細地談談AMOLED某一些點。

     AMOLED屏幕就屬於OLED了,與上面談到的其他屏幕都不一樣。所以它在技術上可以說是更爲先進的。且AMOLED技術全部掌握在三星手 中,這塊屏幕也是三星手裏的一個王牌。甚至可認爲三星手機區別於其他手機的一個標誌(雖然相繼有不同品牌的手機採用了這個屏幕)。他具備上面談到的 OLED的那些優勢。

     空說是感覺不出來的,很多不常見許多屏幕的人覺得:屏幕不都是那個樣子,再優秀能優秀到哪裏去呢。早期我也這麼想過,後來在對比後才發現,屏幕與屏幕的級別檔次間有着幾個數量級的差別。

     光說在夏天的強烈陽光下這一項,雖說現在的手機屏幕都在主打說陽光下一樣清晰可見,不管是哪種屏幕還是顯示技術。只不過現實往往比理想骨感得 多。我看慣了各式各樣的屏幕,用時間最久的是SLCD。SLCD比較優秀的機型雖然在色彩表現上非常出色,不會比AMOLED差。但一旦到了陽光下,一切 都成了浮雲。不管是採用LG的NOVA顯示技術,還是索尼的White Magic(最新Xperia系列採用的顯示技術),只需仍爲LCD屏幕(iPhone除外),陽光下,他們就變得極爲悲劇,普通陽光下,仔細看,注意角 度,勉強還是可以看清楚。大太陽的話,要是你還打算拍照,那可能就會非常喫力了。

     強光下,仍能看得比較沒那麼喫力的,就只剩AMOLED屏和採用了IPS的iPhone 4/4s了,相對而言,AMOLED更爲出色一些。不過此時,也只是能看得見而已了。

  A.Pentile次像素排列

     有許多人誤解AMOLED的一點是,由三星Galaxy S可見,AMOLED屏具有比通常屏幕更爲惡劣的顆粒感,屏幕上的小顆粒顆顆分明,Nexus S亦是如此。當時我們第一面見的時候,三星的擁躉無視這個缺陷,然後放心大膽地宣告:誰看屏幕會把眼睛挨着屏幕啊,你們這些三星黑省省吧。——不過事實證明,不許湊近屏幕,文本表現的顆粒感就已經相當明確。不過這種顆粒感問題並非AMOLED屏幕本身的問題。

     與LCD時代的屏幕不一樣,由於AMOLED屏的像素自己會發光,於是對屏幕增加像素,也就是提升分辨率,直接增加了屏幕的成本。而LCD屏 增加分辨率在這方面分擔的成本幾乎是可以忽略不計的(除了一些技術手段上的)。三星考慮到此成本問題,對AMOLED屏進行了技術上的一些改造。

     傳統屏幕的每個像素(也就是每個小顆粒)都由三個次像素(sub pixel)組成,分別是R(Red)、G(Green)、B(Blue)。這三個次像素的調和令單個像素可組成各種各樣的顏色(可簡單如此理解)。如下圖顯示白色的字母A所示。
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(這兩張圖片,來自文章<Pentile排列的AMOLED顯示屏硬傷>)

     對於AMOLED屏幕而言,增加像素所帶來的屏幕成本增加是一個頭疼的問題,於是這種次像素排列方式被得以重新調整。第一代AMOLED屏幕 的次像素由原來的每個像素3個次像素,變爲每像素縮減爲2個次像素,這樣,成本就自然降下來了。——那麼如果僅有兩個次像素,還怎麼表現多種顏色呢?—— 於是,解決方法是如果這格像素僅有R(紅色)與G(綠色)兩個次像素,爲顯示白色,需要B(藍色)次像素,就借鄰居的藍色次像素來顯示,這種次像素排列被 親切地成爲Pentile排列方式,如下圖所示。

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     對Pentile次像素排列方式而言,技術上並沒有我們想得那麼容易,他還需要解決一些實際的問題。例如有的時候他借不到鄰近像素的次像素 (因爲可能鄰近像素需要顯示的是黑色,並不發光)。另外,我們還可以在上圖看到,Pentile排列的左側有比較大塊的R與B次像素,這就容易造成屏幕顯 示上的文字彩邊現象。

     這些技術問題即便全部解決後,最可怕的就是上面提到的,文本顯示效果極爲糟糕。對同樣分辨率同樣大小的屏幕而言,採用Pentile次像素排列的屏幕要比採用傳統RGB次像素排列的屏幕,在文字顯示上,顆粒感強得多。這是Galaxy S一類手機文字顆粒感強烈的癥結所在。

     不過似乎很多人對這種顆粒感是完全不在意的,而許多敏感的人則徹底不能接受這種次像素排列方式。

     第一代、第二代AMOLED屏幕,也就是AMOLED、Super AMOLED都採用了Pentile次像素排列方式。他們的代表機型有:NOKIA Lumia800、三星Galaxy S、Nexus S、Ominia 7。

     另外,AMOLED高分屏的衍生物HD Super AMOLED也採用了Pentile排列,代表機型有剛剛推出的Galaxy S III,以及Galaxy Nexus、Galaxy Note等等。分辨率和像素密度的提升一定程度上可以緩和這種次像素排列帶來的文本顯示顆粒感強的問題。

     AMOLED還有別的衍生類別,例如moto的Razr所採用的Super AMOLED Advanced,也採用了Pentile排列方式。

  B. Super AMOLED Plus

     人們常簡稱爲SAP屏幕,這可認爲是AMOLED屏幕發展的第三代了。相對而言,Plus對第二代的改進主要就是不再採用Pentile次像 素排列方式,而改爲傳統RGB,以令文本顯示看起來更爲細膩。——三星在這一代AMOLED屏的宣傳上,宣傳點之一就是文本顯示更細膩,不過實際上,這不 過是彌補先前的問題罷了。

     目前採用SAP屏的手機似乎仍不多見,可能是成本控制仍不理想造成的。代表機型有Galaxy S II。
 
  C. AMOLED屏幕的一些固有缺陷

     在顯示效果、對比度,陽光下的表現、黑色的表現、可視角度等諸多方面,AMOLED屏幕都是時下最優秀的屏幕。拋開Pentile次像素排列的問題不說,AMOLED仍有一些硬傷是不得不談的。

    i.燒屏問題: OLED屏幕的特性是,每個像素自發光,黑色部分的像素是不用發光的。在不同顏色的表現上,像素的調和與發光都有差異,舉個簡單的例子。過去的等離子電視 機就有這種問題,如果長期看某個電視臺,那麼在電視臺徽標部分的像素是長期不變動的,導致到後來你換其他臺看,那個徽標位置仍可隱隱看到先前一直在看的電 視臺徽標的形狀。——到手機中,如ANdroid系統,狀態欄是長期不動的,他顯示了電池電量、手機信號、時間等信息,時間久了以後,可以讓手機全屏顯示 一張純色的圖片,就會在先前狀態欄的位置隱約看到那些信息殘留的痕跡。

      造成此問題的根本就是OLED像素自發光,由於各像素在屏幕上顯示的差異,每個位置的老化速度就有了差異,尤其到越往後,像素老化差異越位明顯,帶來這種殘影現象是徹底的物理傷害,不可復原。(LCD屏是不存在這種問題的,因爲其屏幕發光完全靠外部光源。)

      不要小覷此問題,許多Galaxy S、S II的用戶在三個月內就能出現此問題,類似我這樣有強迫症的人真的會非常非常不爽。唯一的解決辦法是,讓屏幕顯示一張全白的圖片,亮度開到最亮,顯示長達數小時時間,令整個屏幕各像素的老化程度達到基本的同步...是不是很悲劇呢。

    ii. 偏色問題: 有許多Galaxy用戶表示說,Galaxy系列的手機屏幕表現色彩偏冷,而且大部分圖片顯示過於鮮豔,與實物根本就不符。長時間觀看易產生疲勞。加上上一則燒屏問題,偏色問題恐怕就更加悲催了。
   iii. 雖說在表現黑色時,AMOLED像素不發光的特性可令屏幕更爲省電,但在表現白色時,那可比LCD要費電多了。以Android系統的實際情況來看,似乎AMOLED逃不了更費電的命運了。
    iv. “AMOLED色域雖然號稱達到NTSC的114%,但一份來自DisplayMate技術公司總載 Raymond Soneira 博士的報告表明AMOLED顯示屏在色彩方面數據實在令人不敢恭維,僅可顯示6.5萬顏色,更多的顏色則靠軟件插值來產生,關於顏色數量插值的詳情可GOOGLE搜索。”(摘自<Pentile排列的AMOLED顯示屏硬傷>)


四、屏幕分辨率對整體性能的影響

    New iPad分辨率達到了2048x1536,雖然採用四核顯示芯片,在開啓屏幕後的跑分情況上仍與iPad 2基本持平。比對Galaxy Note和Galaxy S II在性能上的差異時,除見他們在處理芯片上的差異,這兩個機子的屏幕分辨率也是大爲不同的。(屏幕材質皆爲AMOLED,不過Note採用的是HD Super AMOLED,而S II採用的是Super AMOLED Plus)

    試想一下,如果處理器發出一條指令給顯示芯片,告訴他:我現在需要你畫一個圈給我。那麼顯示芯片在職責範圍內畫了一個圈,我們只是打個簡單的比方。他畫的 這個圈究竟有多麼嚴格的要求,是處理器告訴他的,不過他仍受制於屏幕,尤其在顯示的時候,Note爲800x1280的分辨率與S II的480x800的分辨率相比,這個圈的質量是明顯不同的,尤其是當需要達到相同的人眼觀察大小時,Note的處理器和顯示芯片往往壓力要數倍於S II,因爲他的屏幕分辨率非常高。於是在效能上,SII僅系統界面繪製上就會比Note要好一些,因爲Note並沒有採用比SII好很多的處理器。

    這也容易解釋,New iPad狀況。或者我們甚至可認爲,New iPad對待屏幕的升級是他唯一的變化,因爲四核顯示芯片幾乎非常不留餘地全部貢獻給了這塊視網膜屏幕。有些人說,那不可惜嗎?當然不可惜,因爲屏幕文本顯示效果比iPad 2好多了。(這一解說不宜用於Note和SII身上,因爲Note採用Pentile次像素排列的屏幕)

五、終話

    最後要說的話也沒什麼兩樣。一個個屏幕都用下來了。無疑最優秀的是三星的AMOLED與iPhone採用的IPS屏。相關iPhone 4/4s在色彩和諸多表面表現的優秀性有專門的評測文章予以了列出,這不是主觀個人意願決定的喜好問題。不過我仍對Super LCD情有獨鍾,即便他可能在陽光下的表現沒那麼優秀。

    總之,AMOLED如此強烈的色彩也並非人人都會喜歡的,以實物爲主仍應是屏幕技術發展的主要方向。各位選擇屬於自己,個人喜好的屏幕,纔是真正應該去做的。
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