技术宅:从小众走向主流的OLED屏幕|个人博客

文章目录 [+]

耐刮的保护层、灵敏的触控层、出色的贴合技术,最终其实都是为了保障显示层正常工作,让消费者充分感受到手机屏幕带来的视觉冲击力。今天我们就来讨论一下屏幕多层结构中的显示层,根据发光原理的不同,在手机上一般分为LCD屏幕和OLED屏幕,由于显示层的内容偏多,所以我们也分开两篇文章进行探讨,今天我们先看看OLED阵营。

显示层

我们先来回顾下面这张屏幕技术架构图:

屏幕技术对应屏幕结构关系图

本文重点内容

和智能穿戴设备、智能电视前几年就已经开始大面积普及OLED显示屏不同,在手机领域,由于LCD相比OLED来说是更加成熟的技术,另一方面也因为OLED技术的门槛稍高,所有导致基本上只有LG和三星两家厂商生产OLED手机屏幕。

LG将OLED资源大部分都投放到智能电视上

LG的智能手表也有用上OLED面板

LG在LG G Flex系列两款机型上曾经用过OLED屏幕,其它手机产品基本上还是以LCD屏幕为主。所以,手机上的OLED屏幕已经渐渐等价成三星屏幕的代名词。三星的OLED屏幕,大致上分为AMOLED屏幕,SuperAMOLED屏幕和SuperAMOLED Plus屏幕。

OLED屏幕发光原理

On-Cell和In-Cell全贴合技术(LCD阵营)

在上一期文章中,我们介绍“屏幕贴合技术”的时候曾经展示过上面这张图,其中从偏光层开始直到背光源这几层结构(删去Sensor那一层),其实都是属于LCD的显示层结构,这在今后的文章会继续介绍,而OLED的显示层结构相比LCD屏幕更加简单,如下图所示:

LCD和OLED屏幕对比

关于这里面每一层结构分别起到什么作用,我们留在LCD面板那一篇文章再作介绍,而今天,我们重点关注两种面板发光的位置分别在哪里?LCD面板主要依靠背光源进行发光,液晶层本身是不会发光的,另外几层结构作用主要都是为了让显示屏能够显示不同的颜色,背光源本身是白色的。

OLED这边比较简单,发光二极管在TFT层驱动下本身就能够发光,分为红、绿、蓝三种不同的二极管类型(次像素),通过调整每一个显示区域的每一种次像素的发光亮度,从而精准地控制OLED显示屏上每一块区域的显示色彩,例如高亮度红色+低亮度绿色+中等亮度蓝色合成一种颜色,而中等亮度红色+不发光绿色+高亮度蓝色合成另一种颜色。

经常玩PS的伙伴应该比较清楚,OLED二极管混合色规则类似PS的RGB色域,当三种颜色的亮度均调到最大的时候就会显示白色,当三种颜色的二极管同时关闭之际,整块屏幕就会漆黑一片,所以OLED相比LCD屏幕来说,显示黑色的时候拥有绝对优势,省电又养眼。

LG的P-OLED

聊完了发光原理,接下来我们分别讨论一下LG和三星的OLED手机屏幕(分别为P-OLED和AMOLED)。LG G Flex是LG首次用上了拥有曲面弧度的OLED屏幕的机型,相比智能电视来说算是起步慢了,当然,LG只是把这个系列当作试水产品,在经历了两代产品之后,今年开始貌似没有看到推出第三代产品的迹象。

根据外媒对未装配到LG G Flex机身的OLED屏幕进行的测试结果来看,这块OLED屏幕柔韧性十分强,不仅能够两边弯折,还能够环绕到拇指上。在LG G Flex上面这块曲面屏采用了上下两端向屏幕中央弯曲的设计,和三星Glalaxy Round那块曲面屏弯曲的方向并不相同,后者是左右两侧向屏幕内侧弯曲,LG的设计更适合打电话时候贴合面部,三星的设计更适合经常握持手机的游戏控。

接下来我们详细看看LG G Flex(6英寸720P)和LG G Flex 2(5.5英寸1080P)上面两块弯曲的OLED屏幕,它们都是出自LG Display之手,也就是LG集团旗下子公司。根据LG Display公布的P-OLED(Plastic OLED)屏幕计划,这两块曲面屏和LG G Watch R智能手表上的那块屏幕都是属于计划的一部分。如下图所示,未来将会有更多产品用上P-OLED屏幕。

LG未来将会有更多产品用上P-OLED屏幕

虽然都是P-OLED显示面板,但是LG G Flex采用了标准的RGB排列,而LG G Flex 2则采用了Pentile排列。当然,只有720P分辨率采用RGB排列的OLED屏幕,相比拥有1080P分辨率采用Pentile排列的OLED屏幕来说,颗粒感和锯齿感也不会特别明显,但是一旦Pentile排列的OLED屏幕分辨率低于1080P,颗粒感和锯齿感就会开始涌现出来,这在三星S3上面已经表现得很明显。更多关于次像素排列的内容将会在以后文章中另作探讨。

LG G Flex次像素排列

关于这两者的关系,我们以前曾经用一篇文章和各位读者介绍过,感兴趣的读者请回顾:

屏场得意看三星AMOLED屏如何曲线救国

下面我们分别看看友商对AMOLED屏幕的态度转变和SuperAMOLED屏幕自身的发展。

友商对AMOLED屏幕态度转变

无论是出于对AMOLED专利技术保护,还是三星的产能不足,抑或是AMOLED屏幕自身的一些缺点,导致AMOLED屏幕在2013年之前人气不高,除了三星自己,诺基亚和Moto部分机型以外,基本上很少看到AMOLED屏幕的踪影。

2013年开始,AMOLED屏幕迎来了契机,这要感谢诺基亚Lumia 925和诺基亚Lumia 1020这些拍照神器的出色表现,让消费者记住了诺基亚影像系统,还记住了AMOLED屏幕和WP系统完美搭配。WP系统大量黑色背景和息屏概览功能搭配AMOLED屏幕正好发挥其省电特性。

同年,主打定制化特色的划时代产物——Moto X正式登场,同样搭载了AMOLED屏幕,让消费者记住了多种有特色的定制化后盖同时,也记住了AMOLED屏幕。诺基亚和Moto这两位老搭档对AMOLED屏幕的贡献和推广不容小觑。

第一代Moto X采用了RGB排列

所以在2014年开始,AMOLED屏幕迎来了另一个契机,一向喜欢比拼“极致轻薄”机型的OPPO、vivo、金立,不约而同地想起了AMOLED屏幕其中一个特性——轻薄化。在金立S5.5和金立S5.1,OPPO R5,vivo X5Max上采用了AMOLED屏幕,不断刷新机身厚度的记录:5.55mm,5.15mm,4.85mm,4.7mm,成功将手机厚度压缩到5mm以内,自此AMOLED屏幕成功打入国产手机市场。

2015年是AMOLED屏幕突飞猛进的一年:主打拍照的酷派大神X7,主打颜值和自拍的nubia My 布拉格,主打续航的华为Mate S等产品陆续搭载了AMOLED屏幕,让其不再局限于“极致轻薄”的产品线。

华为Mate S的加入对OLED阵营无疑是一剂强心针

如今,除了三星自己,从千元机IUNI N1到价格突破5K的旗舰机Moto X 极,各个价位段的产品中都能够看到AMOLED屏幕的身影,未来更有望在一向坚守LCD阵营的iPhone上面用上AMOLED屏幕,可谓华丽转身。是什么驱使AMOLED屏幕越来越流行?除了和极致轻薄、省电这些固有的特性不断地深入民心有关,更重要的是AMOLED屏幕在这几年逐步克服以往的缺点,下面让我们一起回顾一下AMOLED屏幕的技术发展。

SuperAMOLED屏幕自身的发展

让我们通过下面一张图,简单回顾一下AMOLED屏幕的发展历程。我们以三星的SuperAMOLED屏幕为代表,其它友商的AMOLED屏幕也类似。

AMOLED屏幕的发展历程

解决次像素寿命问题

笔者将AMOLED屏幕发展历程分为三个阶段,第一个阶段的三款旗舰机处于探索期,三星在这个时期并不知道应该继续投入精力研发SuperAMOLED Plus计划,还是妥协Pentile排列带来的弊端,继续通过提升屏幕分辨率巧妙地避过这个问题。后来赶上iPhone和其它Android手机互相比拼分辨率热潮,碰巧SuperAMOLED Plus项目也宣布难产,三星才下定决心用提高分辨率的方法驯服Pentile排列带来的弊端。

三星S2屏幕采用了标准RGB排列(难产的SuperAMOLED Plus计划)

什么是Pentile排列?为什么三星OLED屏幕需要采用和LCD阵营不同的次像素排列方式?采用标准的RGB排列不行吗?这就牵扯到次像素寿命问题。我们知道,和LCD屏幕需要采用背光板发光不同,OLED屏幕是懂得自发光的,这些会发光的元件就是发光二极管,不幸的是,在红、绿、蓝三原色的发光二极管之中,蓝色和红色的寿命比较短,尤其是蓝色二极管。在没有找到新的发光材料之前,如果强行使用标准的RGB排列,让三种颜色的二极管以1:1:1比例搭配的话,蓝色和红色的二极管使用寿命会衰减得很快,最终导致显示屏报废。这就是SuperAMOLED Plus计划难产的原因之一。

三星Note II究竟是Pentile还是RGB排列存在一定争议

既然没找到新的发光材料,没办法采用LCD阵营那种传统的RGB排列方式,那么我们换一下三种发光二极管的比例可以吗,让绿色的次像素多一点,蓝色和红色的次像素少一点,这倒是可以的,不过就会带来全新的问题,而三星为了解决这些全新的问题,在三星Note II开始不断调整次像素的排列方式(Pentile排列也分很多种),更多关于像素排列方式的内容,我们留到以后的文章中再探讨。

解决Pentile排列带来的弊端

第二个阶段转入对SuperAMOLED屏幕的综合指标优化阶段,还记得当年分辨率仅仅为720P的三星S3被冠以“大蓝屏”名号,锯齿感在显示文字的时候尤为明显,这两个问题的出现就是因为采用了Pentile排列。从三星Note II开始,三星不仅仅在旗舰机中不断调整次像素的形状,减少Pentile排列带来的副作用,同时也在思考会不会把屏幕分辨率进一步提高就能够消除这种锯齿感呢?

三星S4用上了1080P屏幕之后终于解答了三星疑问,开始克服了锯齿感这个问题。但是AMOLED屏幕还有其它硬伤,例如屏幕最大亮度不够,色温、色准偏离业界标准值十分严重,显示白色的时候不够纯正,息屏状态下屏幕并不是全黑的。

解决最大亮度不足(阳光下可视性问题)

相比iPhone和索尼那些旗舰机的LCD屏幕动辄600nits的最大亮度,根据网上某专业实验室数据所得,直到三星Note 5为止,AMOLED屏幕能够手动调节的最大亮度终于突破400nits,相比来自LCD阵营,同为2K分辨率的LG G4(505nits)和LG V10(496nits)来说,还有一段距离。

显示效果优秀的LG V10

一向不关心OLED阵营屏幕的消费者可能会疑惑,SuperAMOLED屏幕是如何保证在阳光下的可视性的呢?答案是“增益亮度”。不仅仅是三星自家的旗舰机,采用了AMOLED屏幕的诺基亚Lumia系列旗舰机也有这项功能,手机前面板的光线感应器在感应到强光刺激下,就会突破手动限制的最大亮度,短时间内维持在高亮度的工作状态,还是以三星Note 5为例,增益亮度能够达到561nits,虽然相比iPhone和索尼那些600nits以上旗舰机来说仍然落后,但是起码能够在阳光下看清楚屏幕,不影响正常手机使用。

三星Note 5最大亮度值进一步追赶LCD阵营

AMOLED屏幕为什么不能够像LCD屏幕那样长时间工作在高亮度之中?或者把手动能够调节的最大亮度进一步放宽?答案还是归咎于发光二极管寿命,蓝色和红色次像素的寿命本来就短,还要每天高强度地工作下去,这是申请提前报废屏幕的节奏吗?所以说解决了发光材料的寿命问题,锯齿感、最大亮度不足这些问题都会迎刃而解,当然也包括下面提到的色温问题。

解决色彩过于浓艳和“大蓝屏”问题(色准和色温问题)

色准就是指显示不同颜色的时候,相比sRGB、AdobeRGB、NTSC色域这些指标偏差多少。

色温就是指屏幕整体呈现出来的冷暖感觉。

我们先说说色准问题,具体表现为显示图片和观看电影的时候,屏幕色彩过于浓艳,顶级的AMOLED屏幕轻松就能突破99%的sRGB色域和AdobeRGB色域,有时候也能够突破90%NTSC色域,意味着使用AMOLED屏幕观看图片和电影时候,我们能够看到更丰富的色彩表现,更讨好我们的眼球。按道理这是一件好事,不过,请各位读者细心想想,将这些发色艳丽的照片放回去那些普通的办公电脑上面,再看看回放效果,你会发现丢失了很多色彩信息,怎么看也不觉得惊艳。

iPhone SE

上述问题如果发生在设计领域那就是行业大忌,为什么苹果一直坚持旗下大部分电子设备(手机、平板、电脑等)的屏幕发色都要遵循sRGB这种印刷、设计行业通用的标准色域,目的就是为了减少在一台设备上看到了鲜艳的产品形态,换了另一台设备却看到了平淡无奇的样子,导致量产这件产品,例如印刷海报的时候,相关部门变得模棱两可,不知道以哪台设备的色域为准。所以iPhone系列产品的NTSC色域值一向都不高,发色比较接近印刷和设计行业的标准,这也是设计师很喜欢使用苹果设备的原因,能够保证从摄影、设计到印刷整个流程中的产品形态都是一种色域的,设计图和实物之间的色彩差异不大。

喜欢顶嘴的伙伴们会说,这个简单,既然消费者喜欢看到色彩浓艳的颜色空间,索性把所有的屏幕,乃至整个印刷、设计行业的标准都统一到NTSC色域不就解决问题了吗?首先,色彩过于浓艳的图案并不是每个消费者都喜欢,其次这会导致多个行业标准都需要重新修订,再者采购新设备成本是一个问题(PC的显示器、笔记本、手机、平板等),牵一发动全身。所以为了兼容那些采用sRGB色域的旧设备,AMOLED屏幕在前几年一直都无法超越LCD屏幕。

既然如此,为什么未来的iPhone却有可能向AMOLED阵营投靠呢?这个问题我们留到下一次讨论LCD阵营时候再说,记得密切留意“技术宅”栏目。

一代经典三星S3曾经出现的“大蓝屏”

而色温比较好理解,就是我们常说的冷屏和暖屏,iPhone一向被称为经典的暖屏代表,AMOLED屏幕则一向以冷屏的面目示人。AMOLED屏幕之所以发色偏冷,在三星S3时代被冠以“大蓝屏”外号,主要还是因为Pentile排列的缘故,为了延长蓝色和红色次像素的寿命,三星首先降低这两种像素的发光亮度,其次将这两种像素的数量削减一半,这时候,绿色次像素数量相对偏多,而且亮度相比另外两种颜色更高,屏幕整体看上去就会“偏绿”,为了中和这种“偏绿”现象,再将红色和蓝色次像素面积增大,最终能够一定程度上削弱这种“偏绿”的现象,同时保证了红、蓝两种次像素的寿命。这也只是三星S3的Pentile排列方式,正如上文所述,三星Note II开始,三星一直都在调整Pentile排列方式,留待以后的文章再作进一步探讨。三棒子们也会发现,在三星Note 5上面,“大蓝屏”的现象已经不是特别明显了。

根据网上专业实验室测量数据,其实从三星Note II开始,几代产品的屏幕色温基本上都徘徊在7500K左右,为什么部分消费者还是觉得SuperAMOLED屏幕依然发色偏冷,发青发绿呢?这主要和三星本身出厂调校有关,也就是在色准上面下功夫,间接影响到色温的表现,色彩浓郁的屏幕表现会紧紧抓住消费者的钱包,增加他们埋单的消费欲望。有时候三星并不是没有能力去解决色彩浓艳和“大蓝屏”问题,而是故意让这两个缺点存在。

清楚了色准和色温的定义和区别之后,同时我们也不用过分担心在AMOLED屏幕出现的上述两个问题,随着AMOLED屏幕逐渐在海内外旗舰机中普及开来,大部分手机厂商在自家系统中都提供了能够调节色准或者色温的功能模块,如下图所示: