智慧型手機科普系列之花樣百出的螢幕

從這篇文章開始小編開始科普手機的硬件知識,從裡到外為大家進行講解,爭取讓科技小白也能夠了解手機技術方面的東西開始第一篇屏幕。要說手機裡的主板是一個手機最重要的部分,那麼手機屏幕也是不可或缺的一部分。近些年來手機的屏幕技術發展迅速,各種新技術層出不窮,LCD、IPS、AMOLED、ASV等等諸多專業名詞數不勝數,一起看一看屏幕那點事。

1、 屏幕工作原理

由於人體中含有大量電解質,這個在初中化學就學過了,在特定情況下可以安全地傳導微弱的電流;因此,當你的手指觸摸屏幕這個點的時候,兩層薄膜的這個點上,就會有一部分電荷流失,轉移到人體。當然,這種電流非常非常微弱,所以我們是感覺不到的,也是很安全的,比日常靜電遠離還要微弱好幾十倍呢!

智能手機科普系列之花樣百出的屏幕

這種微弱電流產生之後,兩層導電膜,就可以定位出電荷流失的位置。屏幕有一層上分佈著代表橫軸的電極,另一層上分佈著代表縱軸的電極,疊在一起,本身就是一套精確的二維座標系。

而當你的手指在屏幕上觸摸的任意某個點,也就是電荷流失的點,都落在這個座標系裡,並且對應著唯一確定的橫座標和縱座標。這樣,處理系統就可以精確判斷出你點的位置,並且幫你點擊那個圖標,從而啟動程序執行命令,這裡原理跟鼠標的工作原理也類似喲。

智能手機科普系列之花樣百出的屏幕

也就是說,並不是你真的可以像移動一顆蘋果一樣,直接摸到手機上的圖標,並且把它移來移去;屏幕也不是通過感應力量,而是通過感應電荷的變化,來定位觸屏點,再幫你迅速做出了操作。而一到了冬天,戴著手套就點不了手機,其實就是因為普通手套不導電。電荷根本沒法從屏幕轉移到人體,也就更別提電荷流失那個點的精確定位了

2、 屏幕的材質

手機屏幕要想顯示出我們所看到的文字、圖像,需要的就是R(紅)G(綠)B(藍)這三原色。屏幕中的每一個像素都是具有完整的三個RGB次像素排列的,而屏幕上的每一種顏色都可以由一組RGB值來記錄和表達,每一個像素的RGB分量都在0-255強度值的範圍之內。只通過紅綠藍三種顏色,按照不同比例混合,就能呈現出我們所看到的各種顏色。

智能手機科普系列之花樣百出的屏幕

屏幕放大圖

如同前面所說,RGB各有256級亮度,用數字從0-255表示,其中0也是亮度數值之一,因此亮度值總和為256級。其中256級的RGB色彩能夠組合出大約1678萬種顏色,因此我們經常看到手機屏幕參數部分寫有1600萬色這樣的字眼。這些次像素在0級時亮度最弱,255級時亮度最亮,RGB三色數值相同時為無色彩的灰度色,RGB均為255時為最亮的白色,RGB均為0時則為黑色。

當然,這些紅綠藍小亮點是基礎,但也僅只是屏幕的一部分,屏幕材質與技術同樣決定著最終你眼中呈現出的是怎樣的顯示效果。主流的智能手機屏幕可以分為兩類:LCD(液晶顯示器)與OLED(有機發光二極管)。

1) TFT

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LCD基本結構

LCD在顯示時需要背光的支持,而且光要透過兩層玻璃與基板與各種光學膜片、配向膜、彩色濾光片來產生偏光,在亮度和色彩上難免會有損失。而我們所說的TFT則是Thin-Film Transistor(薄膜晶體管)的縮寫,在LCD中,TFT在玻璃基板上沉積一層薄膜當做通道區,通過薄膜晶體管技術來改善影像質量。

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TFT需要背光燈

簡單來說,TFT就是為每個像素配置一個半導體開關器件,可以通過點脈衝直接控制每個像素。而且由於每個節點都是相對獨立,還可以進行連續的控制。TFT可以對屏幕上的各個獨立的像素進行控制,從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息,一般TFT的反應時間約80毫秒,可視角度可達130度左右,在手機行業應用較為廣泛。

TFT優點就是在色彩飽和度、還原度方面都能達到視覺滿意的程度,以及在划動時反應的速度也是可圈可點的。但其缺點也是比較致命的一點就是泛白的現象,而且功耗相對其他屏幕來說也比較費電。

2) IPS

IPS的全名是(In-Plane Switching), IPS技術的優越性在於改變了液晶分子顆粒的排列方式,採用水平轉換技術,加快了液晶分子的偏轉速度,保證在抖動時畫面清晰度還能有超強的表現力,消除了傳統液晶顯示屏在收到外界壓力和搖晃時容易出現模糊及水紋擴散現象。

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IPS屏幕示意圖

另外由於液晶分子在平面內旋轉運動,所以"IPS屏幕"擁有相當好的可視角度表現,上下左右的四個軸向方面,都可以做到接近180度的視角,相比傳統的TFT視角更好、色彩顯示也更加出色。不過魚和熊掌不可兼得,在響應速度上表現一般,而且面對手機外觀日益輕薄化的時代,在模組厚度的控制方面略顯吃力。

3) OLED

OLED是Organic Light-Emitting Diode(有機發光二極管)的縮寫,與前面提到的TFT-LCD不同,OLED無需背光支持,具備自發光性,同時擁有廣視角、高對比、低耗電、高反應速率以及全綵化、製程簡單等優點。按照驅動方式來劃分,OLED可以分為被動式OLED(PMOLED)與主動式OLED(AMOLED)。

我們現在接觸到的OLED屏幕,基本都是AMOLED屏幕,而AMOLED本身也是OLED的一種,就好像我們說IPS也是TFT-LCD一樣。而AMOLED也並不侷限於智能手機這一類產品,三星和LG的電視產品中也會應用AMOLED屏,因此也不存在所謂OLED應用於電視、AMOLED應用於中小尺寸屏幕說法。

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Pentile排列方式

AMOLED採用Pentile像素排列的方式,這就導致在同樣的分辨率的情況下,相比較顆粒感要更強些。並且由於失去了背光的支持。因此他在屏幕的亮度方面只能以可以自發光的像素來支撐,因此在室外環境下 AMOLED屏幕的表現一般。

目前AMOLED屏幕大致已經發展到三代:AMOLED,Super AMOLED、Super AMOLED Plus。

a) Super AMOLED相比傳統AMOLED而言取消了觸控感應層和顯示層的架構設計,直接就是原生的觸控面板,從而可以帶來更加靈敏的操作,響應速度是其他材質的千分之一。

b) Super AMOLED Plus則進一步改善了以前Super AMOLED屏幕Pentile像素排列的方式,RGB排列的更加細膩,解決了被廣大用戶所詬病的顯示顆粒大等問題。 之後的HD Super AMOLED、HD Super AMOLED PLUS以及Full HD Super AMOLED、Quarter HD Super AMOLED,除了分辨率在提升之外,顯示效果也在向更精細的方向來發展。

簡單的說,TFT、IPS這些都是屏幕顯示技術,歸根結底仍然是LCD屏幕;各種AMOLED屏幕則是OLED的分支。無論是LCD還是OLED,都在隨著技術的提升而對顯示效果、能耗等進行改進,只要不混淆概念,我們在購機時也就能有效的放置被那些花裡胡哨的宣傳語忽悠了。

3、 貼合方法

有時候我們去看手機屏幕的參數,會出現這樣的參數:InCell屏幕,這顯然不是我們剛才說到的屏幕材質或者顯示技術。其實這是屏幕貼合工藝的一種。最初手機屏幕通常採用非全貼合工藝,而由於屏幕各組件縫隙大有空氣層因此導致屏幕透光性不好,具體效果就是屏幕顏色發灰,屏幕進灰的情況也是時有發生。而後來的屏幕全貼合技術就是採取技術手段減少各層之間的空隙,實現保護玻璃、觸控層和液晶層某一層或幾層更好的融合,實現更好的透光率。按顯示效果或者工藝成本分的話可以分為三類,On-Cell/In-Cell屬於高端層次,OGS /TOL中端,還有一種常見於目前千元機的就是GFF。

1) GFF

GFF全貼合比非全貼合屏幕先進一點,只是把非全貼合屏幕中間玻璃基板的觸控層改為薄膜基板(降低厚度),然後薄膜基板上下兩面塗上導電塗層,這樣可以大大降低整個屏幕厚度,提高屏幕的貼合度,所以嚴格來講GFF全貼合併不是真正的全貼合。GFF貼合有效解決了屏幕進灰的問題,但依然存在通透性不足,光線反射率高的問題。就工藝而言,產業鏈相對成熟,成本較低,所以GFF貼合工藝被廣泛的應用在千元機上。

2) OGS/TOL

OGS全貼合是指直接將觸控層做在了保護玻璃內,因此厚度進一步縮減,同時由於觸控層挨著屏幕保護玻璃,所以觸控靈敏度有所提升。玻璃觸控層與顯示層之間通過水膠結合,通透性也變得更好。

傳統觸控面板採用的是 G/G(Glass-Glass)和 G/F(Glass-Film-Film)解決方案,前者雙片玻璃的貼合良品率偏低,後者高階 ITO薄膜材料製造門檻較高且成本昂貴,兩者在厚度、重量和顯示效果上均未達到最優。這時候TOL技術被積極發展。TOL 技術,一體化電容式觸摸屏,簡單來說,就是用一塊玻璃同時承擔保護玻璃和觸控傳感器的雙重作用,這樣既節省廠商的物料和貼合成本,又減輕了屏幕重量和降低了厚度,增加了透光度。

3) On-Cell/In-Cell

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採用On-Cell工藝AMOLED屏幕的魅族PRO 5

On-Cell是將觸控層做在了顯示層的上面,工藝難度相對較小,良品率也有不錯的表現,On-Cell技術除了能夠用TFT陣營外,最常見還是用在OLED陣營,其中的代表是三星的AMOLED屏幕,不過採用了On-Cell技術的AMOLED和Super AMOLED屏幕,在息屏情況下,看上去總是黑得不夠徹底。所以On-Cell只能最為過渡方案,未來不會成為主流,三星將憑藉著在Super AMOLED技術上的優勢平穩地從On-Cell過渡到In-Cell上。

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TDDI技術

4) In-Cell可以說是這全貼合技術中工藝難度最高的一種,主要在於其將觸控層和顯示層融合在一起,整塊屏幕整體厚度進一步下降,變得更加輕薄。In-Cell通過在顯示層加入了單獨的觸控IC來保證觸控功能正常運作。

4、 屏幕顯示技術

"屏幕顯示技術"顯然和"屏幕材質"概念不同,目前有ASV、CBD、NOVA、Retina Display等技術。

1) 首先要說的就是大家比較熟悉的ASV技術,這是早期夏普推出的一項提高顯示質量的技術。這項技術在一定程度上可以提高顯示效果,但是卻受限於屏幕材質以及分辨率等外部因素。而CBD技術是降低屏幕光反射提高屏幕顯示的技術,還可以提高可視角度,在戶外強光下效果明顯。

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LG P970

2) NOVA是由LG推出的顯示技術,這項技術可以保證屏幕在同等亮度下更加的省電。並且可以達到非常高的顯示亮度,同時在顯示純色背景的時候顯示的效果更加優秀,LG P970就採用過。

3) Retina Display則是大家俗稱的視網膜技術,將高分辨率壓縮到小屏幕中,保證屏幕像素點在視網膜可是範圍之上,就是高於300PPI,早期最主要運用在蘋果iPhone 4手機上。

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索愛LT18i

4) Mobile Bravia Engine也是一種屏幕顯示技術,是索尼推出的一種顯示增強技術。原本用於電視的一項技術,後來被索尼移植到手機上,當時LT18i就採用該技術讓大家改變了對TFT屏幕的看法。在數據轉化成圖像過程中,對信號進行增加色彩飽和度、降低噪點、細節修復等多種優化,最後將優化好的圖像呈現出來,所以顯示出來的圖片會比原圖更討好眼球。

5、 顯示材料技術

顯示材料技術又區別與上個技術,大家見到的A-Si、IGZO、LTPS和CGS等等就是材料技術。

1) Si為非晶硅技術,這是早期市面上比較廣泛的一種顯示材料技術,主要因為技術簡單,成本低廉,不過由於開口率低,PPI很難有所突破,已經無法滿足現在用戶需求,所以目前基本已經淘汰。

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iPad

2) IGZO為銦鎵鋅氧化物,就是在TFT-LCD上打上一層IGZO金屬氧化層,獲得更優秀的電子性能,這樣可以有效的提高開口率,PPI也有所增加。由於IGZO高精度、低功耗和高觸控性能,一般用於平板中。此外,夏普也有多款手機採用了這種屏幕。

3) LTPS低溫多晶硅技術,有效的提高屏幕可操作性,同時PPI可以達到500以上,主要運用在手機中,例如蘋果的iPhone 4s和iPhone 5。

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CGS技術分析圖

4) CGS技術

CGS連續粒狀結晶硅屏幕技術實質就是LTPS的改進版,加快了屏幕載流子移動速度,比LTPS流動速度快3倍,是早期A-Si的600倍。不僅可以提升屏幕亮度,而且在相同的亮度下,可以有效的減少功耗。

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