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手机屏幕及显示技术分析

技术文章 luoman 1733浏览 0评论

    1974年全球诞生的第一部手机并没有显示屏幕,直到1983年,世界上才出现了第一部带单色显示屏的手机,2002年全球出现了第一款彩屏手机。从此,手机屏幕及显示技术经历了巨大的变化,尤其是近几年,手机显示技术几乎见证了手机产业的发展历程。

  一、手机显示屏的分类

  按屏幕的材质来分,目前智能手机主流的屏幕可分为两大类,一种是LCD(Liquid Crystal Display的简称),即液晶显示器,例如TFT以及SLCD屏幕;另一种是OLED(Organic Light-Emitting Diode的简称)即有机发光二极管,例如AMOLED系列屏幕。

  LCD和OLED最根本的区别是OLED是自发光,而LCD需要通过背光板照射才能显示。

  按屏幕的显示技术驱动方式来分,可分为无源矩阵(Passive Matrix)和有源矩阵(Active Matrix)两大类。无源矩阵与有源矩阵的差别在于电流的驱动方式。当外接电流通过时,液晶的排列方式会发生改变,电流停止后,若液晶排列方式保持不归原位(具有记忆性)就称为有源矩阵;而一旦电流消失即回复原位,必须再次充电才能排列的称为无源矩阵。

  二、彩屏参数

  彩色显示屏的参数有屏幕颜色、屏幕材质和显示分辨率三个。

  屏幕颜色实质上指的是色阶指数,就是我们通常所说的色数,即在手机的彩色屏幕上最多能显示多少种颜色,目前可达到1670万色;

  LCD屏、OLED屏指的就是手机的材质,而其它的诸如IPS、ASV、NOVA等并非屏幕材质,把它们称为屏幕显示技术更为准确;

  显示分辨率也称像素分辨率,简称为分辨率,它是指可以使显示屏显示的像素个数,通常用每行像素数乘每列像素数来表示。目前,分辨率可达到1200P(1920×1200)。

  三、手机显示屏材质及新技术

  1 早期的液晶显示屏

  手机的显示屏最初是单色显示屏,即黑白屏。由CPU控制液晶屏像素的“黑”与“不黑”,组成文字和图形。早期的彩色液晶显示屏其种类大致有STN、TFT、TFD、UFB等几种,属于LCD屏幕。

  STN(Super Twisted Nematic)屏幕,又称为超扭曲向列型液晶显示屏幕,该屏幕的优点是功耗小、价格低,缺点是亮度、色彩数、对比度较差,在强光下可能会看不清屏幕,反应速度也较慢,播放动态影像时容易造成拖影。

  TFT(Thin Film Transistor)即薄膜场效应晶体管,属于有源矩阵液晶显示器中的一种,TFT液晶显示屏也就是我们常说的“真彩”显示屏。与STN相比,TFT有出色的色彩饱和度、还原能力和更高的对比度,但缺点是比较耗电,而且成本也比较高。

  UFB(Ultra Fine & Bright) 是三星手机的专用彩色显示屏技术,是专门为移动电话和PDA 设计的显示屏,它的特点是:超薄、高亮度。UFB结合了STN和TFT的优点:耗电比TFT少,价格和STN差不多。

  TFD(Thin Film Diode)屏幕又称为薄膜二极管半透式液晶显示屏,它是TFT和STN的折中,比STN的亮度和色彩饱和度更好,也比TFT省电[1]

    2 主流显示屏幕及技术

  主流手机屏幕材质及技术中,除了传统的TFT、OLED等屏幕之外, 还有IPS、AMOLED、Super AMOLED、SuperAMOLED Plus、SLCD、NOVA、ASV等这几年十分流行的屏幕材质及技术,分析如下:

  2.1 TFT屏幕

  TFT屏幕在目前手机屏幕上还是最常用的一种材质。在技术上采用了“主动式矩阵”的方式来驱动,方法是利用薄膜技术所做成的电晶体电极,利用扫描的方法“主动拉”控制任意一个显示点的开与关,光源照射时先通过下偏光板向上透出,借助液晶分子传导光线,通过遮光和透光来达到显示的目的。

  一般TFT的反应时间比较快,约80毫秒,而且可视角度大,一般可达到130度左右。

  TFT液晶显示屏的特点是亮度好、层次感强、颜色鲜艳,但也存在着比较耗电的不足。

  2.2 IPS屏幕及技术

  IPS(In-Plane Switching,平面转换)技术是日立公司于2001推出的液晶面板技术,俗称“Super TFT”。从名字中我们也能看出,其实IPS屏幕就是基于TFT的一种技术,其实质还是TFT屏幕。

  IPS在技术上利用液晶分子平面切换的方式来改善视角,由于制造面板并没有附加补偿膜,屏幕的通透感更强,颜色也更加细腻,拥有比较好的可视角度,同时挤压水波纹也不是很明显;不过响应时间慢和对比度提高难是制约该类型面板普及的大问题。

  2.3 AMOLED屏幕

  AMOLED也称“魔丽屏”,全称是Active Matrix/OrganicLight Emitting Diode,即有源矩阵有机发光二极体面板。AMOLED屏幕的构造有三层,AMOLED屏幕+Touch ScreenPanel(触控屏面板)+外保护玻璃。AMOLED是由OLED技术中的一种,第一代联想乐phone在屏幕上就采用的是AMOLED材质。

  相比传统的液晶面板,AMOLED具有反应速度较快、对比度更高、视角较广等特点;另外AMOLED具自发光的特色,不需使用背光板,因此比TFT更能够做得轻薄,而且更省电;还有一个更重要的特点,成本低。不足之处是在同样的分辨率的情况下,颗粒感稍强些。

  2.4 Super AMOLED屏幕

  Super AMOLED(Super Active Matrix/Organic Light EmittingDiode),又称超炫屏,相比AMOLED采用的显示层+触控感应层+外覆玻璃层的层叠式设计,新技术让Super AMOLED的显示层、触控感应层和外覆玻璃层无缝贴合在一起,这使得Super AMOLED面板更加纤薄,多点触控也更加灵敏易用,并且在对比度、色彩还原、可视度上得到了进一步的提升。

  2.5 Super AMOLED Plus屏幕

  Super AMOLED Plus是三星推出的一款屏幕,全新技术的Super AMOLED Plus材质屏幕则通过改变像素中RGB三原色分配、以及加长像素范围等方式,有效的降低了该材质屏幕的颗粒感。

  2.6 SLCD屏幕

  SLCD(Splice Liquid Crystal Display,拼接专用液晶屏),SLCD是LCD的一个高档衍生品种。SLCD是一个完整的拼接显示单元,既能单独作为显示器使用,又可以拼接成超大屏幕使用。根据不同需求,实现单屏分割显示、单屏单独显示、任意组合显示、全屏拼接、竖屏显示,图像边框可选补偿或遮盖,全高清信号实时处理。

  SLCD能够满足不同使用场合、不同信号输入的需求,超过50000小时的使用寿命,没有任何灼伤、损伤,维护成本低;任意几个单元可组合显示一幅完整的画面,任意一个画面可以叠加在其他画面之上,通过软件,可将任意一个信号,以一个屏为单位,在拼接幕墙上移动;另外在屏幕的可视角度方面也非常不错。目前,HTC的大部分手机上采用了相对成熟的SLCD屏幕。SLCD屏幕的不足之处是亮度一般。

  2.7 NOVA屏幕及技术

  NOVA屏幕又被称为高亮显示屏,它是在IPS的基础上采用的一项提高屏幕亮度的技术。在目前全球手机屏幕中,NOVA显示屏是最为明亮清晰的,且方便阅读,色彩显示更加生动鲜明。

  NOVA高清显示屏可以有效的避免用户在强光下使用手机遇到的强光反射及图像不清晰的问题。即使在光线强烈的室外使用手机,手机屏幕也可呈现出最清晰的显示效果,让用户拥有如同置身于室内自然光般柔和轻松的阅读效果。

  NOVA另一个突出特点是省电。不足是可视角度一般。

  2.8 ASV屏幕及技术

  ASV(Advanced Super-V)技术源于夏普公司,和其他几种屏幕技术不同的地方在于ASV技术是一种用于提高图象质量的技术,主要是通过缩小液晶面板上颗粒之间的间距,增大液晶颗粒上光圈,并整体调整液晶颗粒的排布来降低液晶电视的反射,增加亮度、可视角和对比度。

  通过夏普ASV技术可以增加屏幕的亮度、可视角和对比度,大家经常看到的夏普ASV屏幕其实是采用夏普ASV技术的CPA面板,不过受制于夏普的专利和垄断,ASV屏幕几乎全部用作了夏普手机,不过目前有很多国内手机厂商都在使用这一屏幕。ASV屏幕的不足之处是色彩丰富度较为一般。

  2.9 Retina Display屏幕及技术

  Retina Display技术,将一个像素点分拆为四个像素进行显示,像素密度提高了4倍,达到326ppi。由于其分辨率已经超出了人眼所能看到的极限,它也因此得名视网膜显示屏。采用Retina Display技术的显示屏除了具有超高像素密度的特点外,还具有很高的对比度,Retina Display显示屏对比度比其他液晶显示屏高出四倍。

    2.10 Mobile Bravia Engine

  Mobile Bravia Engine(移动图像处理引擎)是一种显示增强技术,主要用在索尼爱立信的手机上。Mobile BraviaEngine技术的工作原理是,在将数据转换成图像的过程中,对信号进行一系列的优化,提高对比度和锐度、增加色彩饱和度、降低噪点、对图像边缘和细节进行修复等,然后再通过屏幕呈现出来。

  2.11 超灵敏触摸屏幕及技术

  超灵敏触摸技术通过自动感应皮肤、戴手套的手指及指甲来做出响应,达到优化触控体验、为用户提供无缝多点触摸的目的。

  普通屏幕一般由盖板、非集成式传感器、显示屏、机身四部分组成,其中传感器又由感应器和传送器两个组件组成的,这两个组件共同负责处理手指按压屏幕时所产生的静电。而超敏感触摸屏幕的组件由三部分组成,盖板、集成式传感器( 传感器和显示屏集成在一起) 和机身。集成式传感器不仅带了触摸敏感度的提升,而且使手机在提供相同光照时,消耗电量减少(集成式传感器吸收的光要比非集成式传感器少得多),传感器的集成还让超敏感触摸屏的厚度比普通触摸屏薄了整整1 毫米。

  3.3 手机主要显示屏材质及技术优缺点比较

  任何一种显示屏材质及技术都有各自的优势和不足,常见的手机显示屏材质及技术的优缺点比较如下表所示:

表1

    四、手机显示屏幕及技术发展趋势

  未来的手机显示屏除了高分辨率、大屏、超薄的发展趋势以外,在材质和显示功能上也出乎人们的想象。未来的手机屏幕有可能采用蓝宝石材质、柔性屏幕技术,在显示功能上增加裸眼3D 等功能。这些变化不仅会给人民的生活带来无限的惊喜和方便,而且也会使手机的发展更上新的台阶。

  参考文献

  [1] 刘建清, 刘午平.GSM 手机维修基础经典教程(修订版)[M]. 北京: 人民邮电出版社,2007.

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