行业科普

一文看懂屏幕的RGB排列钻石排列Pentile排列RGBWRGB-Delta(周

翻看手机参数的详情页,我们也总能看到像素密度为512ppi、437ppi……这样的介绍。

什么是ppi?ppi对手机屏幕的质量有何影响?ppi与像素是什么关系?

在回答什么是“周冬雨排列”之前,我们先从ppi说起。

我们知道,手机屏幕是由一个一个像素点组成。我们常说:这款手机的分辨率是3456X4608。

就是指,它在水平方向上有3456个像素点,在竖直方向上有4608个像素点。

另外一个常识是:屏幕尺寸 。比如6.7英寸的手机屏幕,6.7 英寸就是屏幕对角线的长度。

知道了以上两点,就明白了ppi的含义。ppi是指屏幕对角线方向上,单位尺寸的屏幕拥有的像素点个数。

ppi描述的是像素点的密度:ppi越高,显示越细腻,屏幕素质就越出众。

当ppi达到450以上时,我们才不会感觉出明显的颗粒感。

好了,知道了像素点和ppi的关系,我们再深入一点:拎出来单个的像素点,看一下它有什么秘密。

这是一块手机屏幕,点亮后,将其放在高倍显微镜下观察,就能看到密密麻麻、排列规则小点点,它们有红、绿、蓝三种颜色。

这些红、绿、蓝的小点点就是子像素。因为红、绿、蓝能调和成自然界中的所有颜色,所以,红、绿、蓝被称为“三原色”。

1个红子像素R、1个绿子像素G、1个蓝子像素B,就组成了一个像素点。它们通过不同的亮度调和成像素点需要显示的各种颜色。

对于LCD材质的屏幕来说,它结构复杂。

如果一层一层地拆解,我们会看到,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……好了,你不需要知道这些。

简化一些,就是下图。

其中,背光源发出白色的光;水平偏光片和垂直偏光片相互配合、控制光量;液晶层改变光线方向、进而影响屏幕视角;彩色滤光膜滤出红、绿、蓝三种颜色的光,然后调和成各种颜色。

这样,一个像素点就诞生了,一个有色的像素点就诞生了。

对于99%以上的LCD屏幕来说,它的红绿蓝三色子像素都是并排排列的,RGB、RGB、RGB……这样。

这种子像素排列的方式,历史悠久、堪称经典,所以、它被成为经典RGB排列方式。

但是,对于OLED材质的屏幕来说,事情就有些难搞了。

这是OLED屏幕的结构图,红绿蓝子像素主动发光,直接调和成各种颜色。

相比于LCD材质的屏幕,OLED似乎很简单;其实,则不然。

因为OLED是主动发光的屏幕,所以,生产OLED屏幕的子像素器件就成了木桶原理的短板:它好、屏幕就好;它差、屏幕就差。

OLED屏幕子像素主动发光,这就需要让发光材料附着在玻璃基板上。

在行业内,使用了一种蒸镀技术。

简单来说,就是把红、绿、蓝三种发光材料分别放到坩埚里,然后疯狂加热坩埚、使发光材料蒸发,蒸发的发光材料透过带孔的金属掩模板,最后、沉积在玻璃基板上。

这样,红、绿、蓝子像素器件就生产好了,通上电、就能发光了。

值得注意的是,那块金属掩模板。它太重要了。

金属掩模板上的开孔大小直接决定了子像素器件的大小;它上面的开孔间距直接决定了子像素、像素点的密度;它上面的开孔排列直接决定了子像素的排列方式……

像LCD屏幕一样,OLED屏幕的子像素排列也有经典的RGB排列。映射在金属掩模板上,就是一个开孔、一个开孔、一个开孔横平竖直排对排的排列着。

理想光芒万丈,现实大风大浪。

文章的开头,我们之所以要从ppi讲起,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,子像素越小;孔距越小,像素越密,ppi就越高。但是,更小的开孔、更小的孔距,意味着更高的工艺。

但,目前的工艺却无能为力:更小的孔距,子像素间的颜色就会相互污染;更小的开孔,子像素器件的生产良率就会降低……

此外,经典的RGB排列,红绿蓝三种子像素是按照1:1:1的数量排列,大小也一样。

但是,蓝色本身的发光效率并不高,红绿蓝要想达到相同的亮度,蓝色子像素需要更大的电流。

长此以往,蓝色子像素会积劳成疾,造成损坏:烧屏。

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

三星公司率先发力,设计了“Pentile排列方式”。

简单来说,就是RGB、BGR、RGB……嗯,R和B互换了位置;然后,将相邻的BB、RR合并成一个更大的子像素。

这样,红色子像素R、蓝色子像素B的模板开孔就增大了,同时也提高了工艺生产的良率。

而且,对于发光效率更低的蓝色来说,个头大了、需要的电流小了、损坏率就低了。

问题似乎解决了,但新的尴尬又来了。

你仔细数数,同样的尺寸内,“Pentile排列方式”的红色子像素、蓝色子像素各减少了1/2,它们组成的像素点也少了。所以,ppi也降低了。

这样的排列对高ppi的屏幕很不友好,尤其是AR、VR等显示设备。可以说,“Pentile排列方式”很难满足高ppi的要求,它依然存在瓶颈。

于是,三星公司继续优化。

这一次,在Galaxy手机发展到S4的时候,像素架构迭代成了“Diamond排列”,也就是我们常说的“钻石排列”。

“Diamond排列”本质上仍然属于“Pentile排列”,同样是RGBG……循环的排列方式。

只不过,R和B子像素变成正方形、变开孔也更大了;G子像素被拆分成了两个小子像素……

这样的排列方式一改往日横平竖直的“偏执”,变得更动态,更能表现活泼、高速的画面。

除此之外,加拿大Ignis公司还设计了“Ignis排列方式”,它的像素架构被应用到了三星Note2。

而传统的像素排列方式还有:马赛克式排列方式、三角式排列方式……

而RGBW像素就是用PenTile RGBW技术在传统的红、绿、蓝三个子像素外,额外多加一个子像素,这个子像素没有任何颜色过滤物,也即是白色,白色的子像素的存在纯粹是为了让背光通过,使得屏幕能以同样的电力,来显示更高亮度的画面!

 

打个比方,同样一间房间,原来窗户上贴着花花绿绿的窗纸,现在我们把窗纸撕掉一角,室内自然要明亮很多!

  但是,我们已经说过,RGBW排列中的白色子像素并不能显色,也即是说,白色子像素的加入并不能增加屏幕的实际分辨率。

对比同分辨率的RGB Stripe排列,RGBW排列少了整整三分之一的像素,甚至可能出现1080P屏幕显示效果甚至不如720P屏幕的问题。

同时由于RGBW排列本身的缺陷,导致屏幕偏色,亮度不均匀、逻辑像素打折等种种问题!

说到这里,“周冬雨排列”来了。

因为“Pentile排列”和“Diamond排列”的专利都掌握在三星手里,所以、国产OLED屏幕生产商京东方为了避开专利的限制,巧妙地设计了一种新的子像素排列方式:京东方RGB Delta排列。

这种排列方式由两个小G子像素、一个B子像素、一个R子像素组合成一个像素点。

因为其长相神似周冬雨的凝视,所以、这种排列方式被戏称为“周冬雨排列”。

其实,无论怎么更新迭代,经典的RGB排列依然是经典。

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

横线方面。“经典RGB”黑白分明,“Pentile排列”也不错。

但是,“Diamond排列”显示的线条上边缘只有红蓝子像素、线条下边缘只有绿色子像素,造成的后果就是线条有彩边。

竖线、斜线的显示方式暴露出了同样的问题。

总之,经典永远是经典,更新迭代的固然有其优势。但所有的产品都是在用户体验和技术之间寻找平衡,只有这样,我们才能用到最合适的设备。