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FWD: [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

Source URL: http://www.mobile01.com/topicdetail.php?f=568&t=2723702



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.