[徹底研究]5/7新增相素算法 SⅢ 4.8吋屏幕背後不能說的祕密,AMOLED相素密度的技術瓶頸

沒想到反應那麼熱烈,連文章都被其它網站拿去照抄改寫了,連我文中的錯誤都直接拿去照抄,反正要PO之前我就知道版權要歸屬01,被抄我是覺得都沒差,但要轉載也好歹知會我一下,然後連接到本文一下好嗎?

文章內容錯誤,在我文章最下方lovebean大大有整理,煩請要轉載或改寫文的大大看一下,不要跟我錯的一樣好嗎?

FB、BBS轉載我都OK,不用知會我,但是要收廣告的其它各大網站,麻煩一下,知會我應該沒那麼難,謝謝!!
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1.前言

首先申明,這篇文章純綷是做AMOLED的技術討論,因為AMOLED面板目前幾乎都是由三星寡佔,所以發在三星版,要亂版的大大可以先出去了,謝謝。


說到AMOLED這個技術首先帶到量產手機上的,很難令人想像,其實是國內廠商BenQ,此面板是由友達生產的,但那時螢幕的壽命太短,烙印問題無法解決,良率過低,最後很可惜的放棄繼續研發下去。沒想到多年之後,這項技術被三星發揚光大,並進化為Super AMOLED,它的大視角、超高對比,還有極鮮艷的色飽合度馬上造成市場上極大的迴響,由於市場上目前僅有三星可量產Super AMOLED,佔90%市佔率,所以三星在自家的旗艦手機上使用,幾乎成了獨家,目前三星Galaxy S系列的大熱買,AMOLED可以說是主要的功臣之一。


但自2010年以來iPhone 4發表會上所帶來另人震憾的視網膜螢幕以來,300ppi超高相素密度令其它競爭廠商難以望其項背,直至近半年來才追上蘋果的腳步,雖然說300ppi這個由蘋果所大為宣揚的人眼極限值已經深植人心,但確已成為一個既成事實的標準,就我的觀察,接近300ppi(pixel per inch:每英吋所含相素點數),仍然可見相素點,但不可否認,iPhone 4的視網膜螢幕的超高解析度,字體有如印刷刊物,圖象更精美,令人愛不釋手。當我第一眼看到IP4視網膜螢幕的感動,至今我仍然印相深刻。
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原本由AMOLED引領風騷,加上AMOLED良率的提昇,三星也將AMOLED釋出給更多廠商使用(如Nokia、HTC、Motorola等),但在後續SLCD進化,再加上Retina Display視網膜螢幕以來,AMOLED及SLCD已變成分庭抗禮的狀況。但5/3 Galaxy S3發表以來,我卻看到了AMOLED隱憂,三星開始在掙扎,AMOLED的進化現在出現瓶頸。

2.AMOLED PenTile排列的原由

大家知道為什麼三星最早使用在Galaxy S及HTC Desire上的AMOLED螢幕,為什麼是PenTile排列嗎? 一直以來討論版上都說是因為良率問題,但我不那麼認為,那是什麼問題呢? 賣個關子,首先我們先來看看幾家廠商這三年來旗艦手機的相素密度:
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上表是三星及HTC和Sony(SE)這三年的旗艦機屏幕大小及解析度列表,值的注意的是,由於AMOLED 有PenTile排列的狀況,每相素都只有GB、GR兩色,真實解析度只有原本規格的2/3,所以多了一項在最右邊還原回真實解析度的數值。

再來看看Sony及HTC旗艦手機這三年來的相素密度折線圖,我們可以看到不僅是面板吋數愈做愈大,而且解析度及相素密度也愈做愈高,至到今年初終於突破了300ppi大關,也就是說IP4這個視網膜螢幕領先了快要兩年,到今年才被追上。
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如上兩張圖,可以看到趨勢線是向上的,也就是一直在進步,再來看看三星,到了SⅡ達到217ppi之後,前幾天才剛發表的SⅢ反而又降到了204ppi,下圖是三星相素密度折線圖,很明顯似乎在原地踏步,離300ppi也還是有段距離....
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看到這圖第一個反應是,對,SⅡ是RGB直實排列,所以相素密度最高,這兩天發表的SⅢ是Pentile排列,所以又下降了,但是Galaxy Nexus是Pentile排列但ppi值可是達到211喔,由上我們可以知道,使用P排而不是直排不是良率問題,PenTile不是原罪,而是AMOLED根本的設計問題,原因是AMOLED的相素根本就做不小!!

3.AMOLED的原罪

話不多說,直接看圖

很多人看這張圖都是比較Pentile排列和真實RGB比起來,1 pixel少人家一色,但我看的不是這個,請比較一下最右邊One X和其它的有什麼不同,您不覺得AMOLED黑邊的面積多SLCD很多嗎? 黑邊的專業術語叫做Black Matrix(黑色矩陣),簡稱BM,是用來遮光,以區隔兩子畫素間發的光,以免互相干擾,由於AMOLED是自發光,可能是這個原因BM區必須要做的很大,您可以看到直排的AMOLED一樣比One X的發光面積要少的很多。大家都說AMOLED亮度比LCD要大,這是由於AMOLED自發光的關係,但是發展到現在高解析度的當下,AMOLED BM區不能做小,犧牲的只有發光的Pixel區,這就是為什麼Nexus Galaxy ppi值雖然達到了211,但卻被人說是三星拿次級品給google,亮度不足,事實上不是如此,是高解析度下的亮度犧牲。做成PenTile排列不是良率問題,是這樣可以將子畫素變少,加大發光面積。

4.不能說的祕密,Galaxy SⅢ使用4.8吋屏幕的真實原因

現今大家的旗艦手機幾乎都是720p的高解析度,三星的年度旗艦手機能少於這個值嗎? 但連P排的4.65吋Nexus Galaxy都被說亮度不足了,我還能用RGB排列嗎? 豈不自尋死路? 所以最後一招,加大屏幕尺寸,犧牲ppi值換取屏幕亮度。另外尺寸比對手大,畫面大消費者更喜歡,一舉數得,何樂而不為呢?

事實上不論原因為何,AMOLED最大的問題在於無法將畫素做"小",要高解析度的話螢幕的尺寸只能用長大來對應,但要高畫質卻要有高相素密度,也就是ppi值要高,AMOLED以目前的技術卻沒辦法做到,所以說在高畫質上LCD仍然無法被AMOLED取代,當然LCD在畫素密度變大也會有亮度衰減的問題,但看來AMOLED的問題仍然比LCD來的棘手。

5.AMOLED與SLCD陣營目前的比較及展望

下表是目前已發售或是即將發售各主要廠商手機的ppi比較表
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(抱歉上圖左下角的機型是SⅢ,圖片沒秀出來)

可以看出若以ppi值來比較,AMOLED幾乎毫無競爭力可言,就算還原了AMOLED的規格密度(綠色線),還是幾乎都落在300ppi以下,連華為都可以輕鬆贏過,AMOLED除了色飽合度、高對比之外,我實在看不出還有哪項AMOLED贏了SLCD,更別提AMOLED烙印還有螢幕壽命的問題。



6.接下來的年底大戰,三星NoteⅡ的5吋以上1080p戰爭,三星還能死守AMOLED的基本教義嗎??

看這篇文章,很明顯年底各家廠商對針對Note 5.3吋產品而來,而且是使用1080解析度的螢幕

下圖是使用Super AMOLED Plus(RGB直排)的產品,看的出來由於相素無法做"小"的原故,產品數量不多,其中Tab 7.7還是利用了屏幕長"大"來完成了高解析度。
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看得出來AMOLED的ppi值極限就是220左右,要NoteⅡ使用1080p解析度AMOLED幾乎成了不可能的任務,就算三星想要弄到6吋P排還是達到了245ppi。雖然到了5吋級以上產品使用1080p早就達到了人眼不可分辨的440ppi,但是5吋以上720p肉眼看會有顆粒(小於300ppi),必須提升解析度,制式規格就是1080p,且消費者會希望硬體原生支援1080p。

另外若將Note當做假想敵,5.5吋會是個適合的產品,此產品使用1080p的ppi值大約是400ppi,以LCD的製程來說應該還是可以到達,但AMOLED幾乎很難。若對手都出來1080p,三星還能死守AMOLED嗎? 還是三星可以做到260ppi以上AMOLED呢??(P排)

如同半導體製程微縮的技術,LCD近年來從150ppi已突飛猛進來到超過340ppi了,雖然再上去已沒有多大意義,但是可說已達到完美的解析度,反觀以色彩鮮艷的AMOLED,近年來只能游走在150ppi至220ppi之間,Pentile排列在文字顯示上依舊存在惱人的鋸齒邊緣,圖相顯示也無法達到IP4S如印刷般的精美,空有過飽合的色彩是無法滿足現在高端消費者的需求了。還是三星會有什麼奇招呢?讓我們拭目以待。

5/7新增
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很多人對於我的PenTile排列解析度算法是直接乘以2/3很不以為然,的確這是有問題的,但我的算法是針對面積來看,也就是針對相素大小來看,所以才有這種算法,真正要算人眼看的解析度,恐怕沒有辦法用子相素有多少顆來單純計算了

以下,是我針對PenTile排的算法心得:

人眼對RGB三原色的敏感度是不一樣的,視網膜包含一組桿狀體細胞(rod)的陣列及三種錐狀體細胞(cones),當光線變黯淡時 ,桿狀體細胞就產生灰色的陰暗影像,當光線變亮時,每一個錐狀體細胞就會產生一個訊號,因為彼此不同的色素組成,這三個錐狀體細胞對於R,G,B三原色最敏感。

請再看下圖:
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請看,桿狀細胞的高峰值正好和G錐狀細胞的峰值相接近,所以,我們人眼其實對錄色最敏感,所以我個人認為,這就是為什麼PenTile排列要綠色全解析;R和B要對半砍的原因,因為人眼很容易看到你綠色解析不足了。但這方面很難量化,而我的文章主眼擺在相素不能做小下,所以我是以純面積來去計算AMOLED相素的極限值,所以我是不需要去考量這個補正值的,也就是2/3×α的這個α,這個α值可以補正上述人眼感覺其實還高於2/3的解析度,就我以上所說的,這個值沒有那麼簡單算的出來了,當然,為了補正這個點,三星也不是笨蛋,請再看一次這張圖

請只要看PenTile排列的相素,有發覺嗎,三原色發光大小面積不同喔! 藍色人眼最不敏感,做的最大,紅色次之,但面積和綠色差不多,但別忘了人眼對綠色最敏感,所以每個pixel都有,但是每色總發光量又還不能差太多,要不然整個面板又會色偏,PenTile是很聰明的排列法,而且加上RGB不同大小,G色全相素的巧妙排列,真的很令人驚嘆啊~但我認為這種非對稱的設計,是很難控制色偏的問題的,我個人學養可能不足,但是以這樣來判斷的話,除了色衰不均造成色偏問題外,這就是為什麼會被戲稱為「阿凡達」面板的另一原因吧XD

另外,由於看到圖片的檔案,基本演算法還是用RGB和色階來計算,所以一般直排可以正確讀出這個值,顯示較不易失真,而使用PenTile排列的話,又要再經過重新計算的方式來發色,這又再造成另一次的失真。

其實,我很不想再說PenTile排列的事了,想要刻意淡化也沒用,大家都跑去砲P排怎樣爛之類的,我發文的目的只有為了AMOLED相素做不小的問題而發文。這其實跟他怎樣排列已經無關了,好吧,算了,以上算是我離題對PenTile的一些想法和心得吧,若有其它質疑請開砲吧! 把真相辯明一點也好! 虛心受教!

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本文仍有許多錯誤,感謝lovebean大大整理,請看


1. 與亮度無關:
AMOLED會因OLED材料的lifetime考量, 會限制施加的電流密度及其亮度

2. AMOLED無BM:
前面有人說過了, BM是LCD的Color Filter才有, OM下所見黑色區域為陽極所定義的pixel以外區域,
沒有陽極與陰極將電流通過兩者中間的OLED材料, 自然不會發光而呈現黑色

↑↑
以上此點小弟說明一下,我的確是借用了LCD的術語來說,主要想要表達「區隔子相素間的東西」
用BM會比較好說明

3. 選擇PenTile排列就是因為良率考量:
ddcatt大有提到, OLED是使用fine metal mask來遮擋, 將R.G.B分開蒸鍍, FMM的金屬絲與其間距
極小, sub-pixel愈小(ppi愈高)則愈容易混色造成良率不佳, PenTile可算是一個折衷的聰明辦法

4. 提高AMOLED ppi的辦法:
若非要使用R.G.B Stripe排列, 除LITI外, 有別人家的專利是想辦法將兩個顏色在同一次蒸鍍達成,
但上述兩個方法皆還達不到量產良率&穩定性標準, 趕不上S3出貨但到S4就很難說了

5. AMOLED的難處:
除混色問題, TFT需採複雜的補償電路設計以降低對不均勻的敏感性, 封裝的要求遠高於LCD,
及與觸控的整合, 在在皆使其良率較LCD低許多; 烙印與壽命問題則與材料特性有關

6. AMOLED vs TFT-LCD:
目前各善勝場, AMOLED具有視覺表現上的絕對優勢, TFT-LCD則相較之下較能達成更高ppi,
未來兩年將會是AMOLED走較大尺寸真實720p解析度, TFT-LCD則走一般size但挑戰更高ppi,
如再過沒多久預定就要發表的下一代iPhone將是4" 400+ ppi, 這場仗還有得打.

extremboy wrote:
1.前言 首先申明...(恕刪)


不是做不出來,純粹是量產化還沒到吧(良率應該還不高),

RGB AMOLED HD 做一定做的出來,但很貴你要嗎= ="

為何我說能做的出來就是因為以下這篇文章寫的OLED取景器,

0.61英寸放入2560 ×2048單色圖像,自己算算PPI值多少= ="

Micro OLED取景器性能逼近光學取景器

Micro OLED電子取景器以軍事和醫療行業需求為目標能夠在0.61英寸面板上,
提供540萬像素(2560 ×2048)單色圖像,或130萬像素1600萬色圖像,
最高對比度100000:1,96%色彩統一度和0.2瓦的功耗。

extremboy wrote:
1.前言</b...(恕刪)

給樓主拍拍手~很棒的分析~
不過用過AMOLED之後..真的回不去了..
就看三星的取捨
自己明明有比SLCD優的SCLCD以及高解析面板
但偏偏還是選擇AMOLED當作旗艦機的面板
耐人尋味

drmark wrote:
就看三星的取捨自己明...(恕刪)


[SCLCD以及高解析面板],我不覺得優呢.....
三星可能只是當做低階技術看待而已,
他自己隨便都能做的出來....
好詳細的分析喔

amoled雖然是未來趨勢,但小尺寸似乎是罩門
真的是很詳細的文章!又專業,雖然我真的是有看沒有很懂!
但是看這篇文章之後學到不少東西
比起大家炮來炮去更有意義
benison868 wrote:
不是做不出來...(恕刪)


抱歉噢,看清楚報導好嗎,這是相機用的觀景窗好嗎?,0.61吋是要怎麼看?當然是眼睛貼在上面看,那這樣會有亮度不足的問題嗎? 我文中討論的是手持裝置用的面板,離那麼遠看當然就會有亮度問題,所以galaxy nexus 才會被罵是次級品。不能拿香蕉和芭樂比吧?

extremboy wrote:
抱歉噢,看清楚報導好...(恕刪)



給樓主一個讚!
又學到一些知識了!

01就是要多一些這種文!
比那些無聊的砲文好太多了!.....
非常棒的解說~~讚讚
AMOLED我覺得最大的好處就是
陽光下還是可以看得清楚
這也是我對螢幕唯一重視
原來真實排列S2比S3高一點點
S2繼續用還好S3沒讓我想換機的衝動

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