揭晓手机屏幕参数的秘密窥探技术背后的乾坤

北京中科白癜风医院郑华国 http://www.gpitp.gd.cn/new/20181231/90645.html
小小手机，大有乾坤。人手一部甚至几部的手机，是将每个人与整个世界连接起来的窗口，而手机屏幕这个“窗口的窗口”承担着手机的显示以及触控操作等作用，随着手机屏幕技术的一再革新，愈加实现了手机的更多功能的解锁。我们在购买手机的时候，常常会发现一些参数，遇到一些问题。如：手机屏幕都有哪些形态？如何度量手机屏幕的尺寸大小？分辨率，PPI，刷新率这些概念指的是什么？手机屏幕有哪些类型，背后的技术原理是什么？今天我们就一起来探讨关于手机屏幕的这些问题，窥探技术背后的乾坤。一、手机屏幕的形态自从智能手机占据主流市场以来，手机作为碎片时间的娱乐及资讯中心，需要更大的显示面积，因此屏幕越来越大；与此同时，传统的手机都有一个用来放置听筒和前置摄像头的“额头”，以及用来放置Home键的“下巴”，导致手机体积过大，屏占比难以提升。后来，苹果想出了一个办法，把手机额头上的一系列器件集中要中央，两边则让屏幕延伸上去，神似“齐刘海儿”，因此这种屏幕就被叫做“刘海屏”。iPhone标志性的“刘海屏”“刘海屏”打响了手机屏占比这场战争的第一枪。之后各路安卓手机争相效仿，但很快觉得丑陋且乏味，于是各种屏占比更高的设计出现了。水滴屏：屏幕上方避开了前置摄像头，且摄像头的黑底色和上边框连在一起，就像悬挂着一颗摇摇欲坠的水滴一样，因此得名“水滴屏”。安卓手机的“水滴屏”珍珠屏：其实就是水滴屏，但华为觉得摄像头占据的部分更像是一颗饱满圆润的珍珠，为了彰显不凡气质，故称之为“珍珠屏”。华为手机的“珍珠屏”挖孔屏：从前面的几种形态可以看出，对于前置摄像头的处理方式，决定了屏幕的形态。如果把屏幕挖个孔，并将摄像头镶于其上，就成为了“挖孔屏”。安卓手机的“挖孔屏”瀑布屏：前面的刘海屏，水滴屏还有挖孔屏都无一例外地跟手机上端的摄像头死磕，但手机两侧还是有边框啊，看着还是不够震撼。于是就有人想到，那我在左右两侧搞个曲面，把屏幕往下弯一些，不就从正面不就看不到边框了吗！这种屏幕的左右两侧像瀑布一样，因此得名“瀑布屏”。安卓手机的“瀑布屏”全面屏：手机的正面就是完整的一块屏幕，没有刘海，也没有水滴或者珍珠，更没有挖孔。全面屏看似完美，却是由一系列妥协达成的：前置摄像头平时收缩于机身内部，使用时则徐徐从顶部弹出，这个结构必须精密耐用，因此为了完美的外观增加了不必要的复杂度。真全屏还可以和瀑布屏叠加。安卓手机的真“全面屏”二、手机屏幕的主要参数手机屏幕以英寸度量，每英寸相当于2.54厘米。我们平常说手机屏幕是多少寸，其实指的并非是手机的边长，而是屏幕对角线的长度。屏幕的大小使用对角线的长度来衡量，单位为英寸随着手机从功能机向智能机的演进，手机屏幕也越来越大。曾经乔布斯宣称手机屏幕的黄金尺寸是3.5英寸，结果现在大多数旗舰机屏幕尺寸都维持在6英寸以上，甚至有不少厂商已经将手机屏幕扩大到了7英寸。话说屏幕尺寸大了，图像显示必然就更清晰吗？这就要引入像素和分辨率的概念。像素(Pixel)：屏幕显示的原理，其实是把有效面积划分为很多个小格子，每个格子只显示一种颜色，是成像的最小元素，因此就叫做“像素”。像素是屏幕上的小方格，每个方格显示一种颜色分辨率：屏幕在长度和宽度这两个方向上各有多少像素，就叫做分辨率，一般用AxB来表示。分辨率越高，每个像素的面积越小，显示效果就越平滑精细。常见的显示器屏幕分辨率定义比如，iPhoneX的屏幕大小为5.8英寸，分辨率为x，也就是说，这款手机在宽度方向有个像素，长度方向有个像素。PPI：不同手机屏幕的尺寸不同，自然分辨率也就不同，那么如何直观地表示手机屏幕的像素密度，也就是清晰度呢？答案很简单，不管你屏幕面积多大，我都给折算成单位面积的像素数量，然后不就标准统一，可以相互比较了吗？实际上，因为屏幕大小用英寸表示，业界标准折算的是每英寸屏幕包含的像素数量，叫做PPI(PixelsPerInch)，也可称为像素密度。PPI的计算方式如下：利用勾股定理，通过分辨率中水平方向和垂直方向的像素数量，计算出对角线方向的像素数量，然后再除以对角线长度（也就是手机平面大小的英寸数）即可。下图以iPhone5为例，通过计算可得出其PPI为。当然，通过查看产品介绍来获取PPI值更为简单方便。PPI计算示例（iPhone5）有了度量方式，那么手机屏幕采用多大的PPI才好呢？我们的期望当然是：眼睛看到的图像清晰平滑，完全感受不到像素的存在。十年前，在iPhone4发布会上，乔布斯是这样说的：“当你所拿的东西距离你10-12英寸（约25-30厘米）时，它的分辨率只要达到PPI这个‘神奇数字’以上，你的视网膜就无法分辨出像素点了。”乔布斯手持iPhone4这就是苹果对“视网膜屏幕(Retina)”的最初定义，iPhone4屏幕的像素密度也达到了ppi。实际上，乔布斯的定义中假设看屏幕的人的视力为1.0，但实际上很多人的视力要远好于1.0；并且看屏幕的距离需要在25到30厘米，实际上很多人可能会凑地更近。因此，PPI这个数值并不是绝对的。业界也并未囿于这个值，而是不断拔高，目前主流手机的PPI都在到之间，三星的旗舰甚至都超过了，连苹果自己的iPhoneX和11都已达到了的PPI。下面再说说最近被炒得比较热的另外一个参数：刷新率。刷新率，就是一秒时间内手机屏幕显示刷新的次数。比如常见的60Hz刷新率，就是屏幕上显示的内容每秒刷新60次。为啥屏幕显示的内容要快速刷新呢？当物体在快速运动时,当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。由于视觉暂留效应，如果给人眼看多张快速变换的图片的话，前一张图片的内容还在视觉暂留，下一张图片又很快映入眼帘，就给人以连续的动画感觉，这就是视频的原理。视频或者动画的原理因此，视频播放有一个“帧率(FPS:Framepersecond)的概念，就是每秒播放多少张连续画面。当帧率为16FPS时，人眼就会认为图像是连贯的，更高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。一般来说25到30FPS是可以接受的，但是将帧率提升至60FPS则可以明显提升交互感和逼真感。不同帧率下的动图因此，屏幕的刷新率必须要大于视频的帧率。否则，视频都播放到下一帧了，而屏幕还没刷新显示，停留在上一帧都内容上，用户体验自然是不好。目前绝大多数的视频帧率都小于60FPS，因此手机屏幕的刷新率不应低于60Hz。理论上来说，刷新率越高，屏幕的显示和操作越细腻流畅，因此目前很多旗舰机都使用了90Hz，甚至Hz的刷新率。三、手机的屏幕背后的技术如果我们看手机的宣传海报是话，可以发现这里面关于屏幕材质和技术的的用语是五花八门：有TFTLCD，TFT，IPS，LTPS，OLED，AMOLED等等，让人眼花缭乱。使用这些技术的屏幕到底哪里不同，有啥优劣点？其实，目前主流的手机屏幕，从大的技术上来分类，无非就是LCD和OLED这两种。LCD：英文全称LiquidCrystalDisplay，其实就是大名鼎鼎的液晶显示。OLED：英文全称OrganicLight-EmittingDiode，翻译过来就是有机发光二极管，又称作有机电激光显示。光的三原色是红绿蓝，不同比例的这三种颜色混合，就可以得到自然界中几乎所有颜色了。因此，手机屏幕上的每个像素也都是由这三种颜色混合组成。光的三原色及混合色下图是LCD和OLED技术下，每个像素的纵切面图，表示了这个像素发光的原理。LCD和OLED屏幕结构LCD技术，“液晶（就是上图中左侧的LiquidCrystal）”两个字虽然很显眼，但液晶却并不能发出光来，需要一块由LED（发光二极管）组成的背板来提供白色光源，也叫做“背光（上图中的Back-light）”。每个像素在背光的基础上，再加上一层有着红，绿，蓝这三种颜色的薄膜，白光透过这些薄膜，就变成了红，绿，蓝这三种颜色的有色光。但这三种光的强度如果一样的话，混合起来就又成了白光或者灰光，因此必须灵活控制每种光的强度，才能混合出多种颜色来。这时，就轮到液晶这种材料出场了。液晶这种物质有个特点，那就是在电场的作用下，其分子排列会产生变化，从而影响到对光的通透性，改变电压可调整透过光的多少。对于LCD屏幕来说，夹在背光和薄膜之间的液晶层，通过调整输入电压来调整可通过的光亮，再通过有色薄膜之后，就可以得到不同强度的三原色光，混合之后就是变化万千的颜色了。那么，怎样调整每个像素输入电压呢？所谓TFT(Thinfilmtransistor)是指液晶面板玻璃基片上的薄膜晶体管阵列，可以让LCD的每个像素都设有自身的一个半导体开关，从而实现“点对点”的独立精确控制。因此，主流的LCD屏幕也叫做TFT-LCD。而IPS，LTPS其实都是TFT-LCD下的不同技术实现，在此不再赘述。LCD说了这么多，现在轮到OLED了。OLED屏的结构和LCD相比简单很多，不需要背光，也没有液晶和彩色滤光膜，其内部的有机材料涂层就像有色小灯泡一样，通电即可发光。AMOLED：OLED大家已经知道了，前面的AM说的是OLED的驱动方式，其全称是ActiveMatrix，也就是有源矩阵，通常使用TFT作为开关，来控制通过有机材料的电流来实现不同颜色显示。目前所有用于手机的OLED都是AMOLED，因此可以认为两者是同一个东西。SuperAMOLED：三星对AMOLED的改进，取消了中间的触摸感应面板，将AMOLED感应层做在了屏幕之上，因此操控更灵敏，更纤薄，亮度也更高，在阳光下的演示效果更好。DynamicAMOLED：还是三星推出的AMOLED改进技术，目前主要用于高端机。这种技术改变了OLED中的有机材料，据称可以实现更广的动态范围，在图像明暗对比较高时，可以显示更多的暗部细节。本质来说，SuperAMOLED和DynamicAMOLED噱头的成分居多，它们都属于AMOLED，而AMOLED正是用于手机的OLED技术。LCD和OLED下的各种细分屏幕技术跟OLED屏相比，LCD屏有不少劣势。1、无法显示黑色：由于液晶层无法完全闭合，总有一些背光会透过去，因此LCD无法显示纯黑色，只能显示为深灰色。而OLED则可以通过控制每个像素的开关来实现纯黑色显示。OLED屏幕（左侧）下的夜空要明显深邃2、容易漏光：LCD屏幕的背光，很容易从屏幕和手机的边框泄漏出去，形成漏光现象，这种现象在手机做工粗糙的时代很普遍，目前已经很少见到了。LCD屏幕漏光3、屏幕厚度大：LCD由于技术复杂，受限于背光层和液晶层，屏幕厚度远大于OLED。当然这点厚度在电视上完全不值一提，但在手机这种追求纤薄，内部空间极为有限的场景下，屏幕薄一些，就能塞下更多的其他元器件，用于提升其它方面的性能。LCD屏幕的厚度远大于OLED屏幕4、难以实现曲面屏：LCD无法大幅度弯曲，而OLED可以。因此对于那些像曲面屏手机，就只能采用OLED屏了。OLED非常适合实现曲面屏5、耗电量大：由于LCD屏存在背光，使用时必须整个点亮，而OLED可以单独控制每个像素的开关，所以LCD屏的耗电量远大于OLED。下图中坚果R1和小米mix2s都是LCD屏幕，在长时间视频播放下续航明显处于劣势。LCD屏幕能耗大，续航吃亏6、响应时间长：LCD屏幕由于响应时间长，在画面快速滑动时会产生拖影。而OLED响应迅速，干净利落没有拖影。LCD屏幕的拖影现象说了这么多LCD的缺点，那么，难道OLED就是完美无缺的吗？当然不是，OLED主要有烧屏和频闪的问题。1、烧屏：由于OLED屏所采用的有机材料老化速度较快，如果有的像素工作负荷大，有的则比较空闲，就会出现整块屏幕老化程度不一致的问题，导致不同区域的颜色显示发生偏差。这种现象就叫做烧屏。OLED屏幕的烧屏现象不过在正常使用情况下，烧屏是个缓慢的过程，等明显感受到的时候三年都过去了，大部分人也该换手机了。烧屏是OLED屏的缺点，对于LCD来说，背光事整个点亮的，并且液晶的老化时间也要更长一些，因此基本不存在烧屏的问题。2、频闪：对于LCD来说，要控制屏幕亮度，直接调整背光的亮度就可以了。但OLED就比较麻烦，需要通过高频地开关屏幕来实现调光，想要调亮就打开屏幕的次数多一些，想要调暗就关闭屏幕的次数多一些。OLED屏幕的调光：凸起的部分为屏幕打开由于每次开关屏幕的时间很短，人眼虽然难以察觉到屏幕的每次开关变化，但可以却感受到一段时间内平均的明暗，这样就实现了调光的效果。比如说，要实现50%的亮度，就要一半的时间打开屏幕，一半的时间关闭屏幕，在更低亮度是关闭屏幕的时间会更长，屏幕一闪一闪的，甚至到了肉眼可以可见到的地步：眼睛说不出的难受。OLED屏幕低亮度时的频闪OLED的这个现象就叫做频闪，也因此得名“伤眼屏”。与之相对的，LCD屏幕就大大方方地自称为“护眼屏”了。虽有缺点，但瑕不掩瑜，目前来说，OLED屏幕已步入主流，逐渐压缩LCD屏的生存空间，这一点在高端机上尤为明显。对此，我们从苹果的配置上可以一窥端倪。从上可以看出，从刘海屏的X系列开始，定位高的产品都使用OLED屏，而价格低的则使用LCD。

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