為TFT伸冤/防IPS大忽悠 手機屏幕小百科

1手機屏幕怎樣顯示圖像？

    720p逐漸代替qHD、WVGA這種落後的解析度，和1080p逐漸在高端機行列鋪開，是2013年智慧型手機屏幕領域的兩大趨勢。受此趨勢和去年底颳起的「5英寸1080p」流行元素的影響，所有人的眼光似乎只聚焦在「屏幕大小」「屏幕解析度」兩個方面，其實好的材質與顯示技術對於手機屏幕來說卻遠比解析度重要，雖然iPhone 5屏幕的精細程度ppi仍然只有跟iPhone 4一樣的326，但你絕對不可否認iPhone 5的屏幕還是至今手機液晶屏幕裡面最出色的。

    所以不妨改變視角，來關心一下自己手機屏幕的材質與技術，畢竟對於拍照來說重要的是色彩要對味曝光要準、同樣對於顯示來說面板材質與顯示技術也是關乎「顯示色彩」「顯示效果」的重要方面；因此這裡不談1080p，就讓我們由被炒作最熱門的「TFT」「IPS」入手來了解手機屏幕。

為TFT伸冤/防IPS大忽悠 手機屏幕小百科

手機屏幕怎樣顯示圖像？

    首先有必要來了解一下屏幕到底是怎樣去顯示遊戲畫面、我們所拍的照片，以及其他。

    紅藍綠三原色——發光與呈色

    自從牛頓的色散實驗用一塊三稜鏡將自然光分成了七色，色彩繽紛的大自然有了更加容易的解釋；更重要的，也因此誕生了如今顯示設備的原理基礎——紅藍綠三原色。採用「三原色」的意義在於我們可以僅僅用「紅藍綠」色彩的混合就可以表示出自然界的幾乎任意顏色的光。

最美麗的十大物理實驗 牛頓色散

    除了「色彩」，另一個重要的概念就是「像素」（或者稱為「解析度」）。我們將反應現實的畫面畫成一個個的小格子，每個格子填充不同的色彩和亮度，數千萬個像素組合在一起就完成了對現實世界的描述。

    像素與次像素——精細程度

    於是回到我們所要說的「手機屏幕」上面，如果拿放大鏡什麼的仔細觀察屏幕，就會看到這一個個的小格子，每個方形的格子代表一個像素pixel，裡面有紅藍綠三原色，而每個紅、藍、綠的長條代表一個次像素sub pixel。每個次像素的明暗變化，反映到整個畫面當中就會演繹出千變萬化的色彩場景。

    格子分的越多，像素數就越多，畫面就越精細，每個像素小到無窮小的時候我們看照片的時候就沒有下圖這樣的「顆粒感」了，而是非常平滑、人物輪廓也極為鮮明可以比擬現實了。不過「無窮小」僅僅是理想狀態，人們所做的努力就是不斷讓它變小變精細。目前的最高水準4.7英寸搭配1080p也只有468ppi，代表每英寸被分為了468個像素點，基本可以讓肉眼認為那就是非常平滑、看不出實際像素點的。

推倒現實，就是一個個像素點（圖片來自techeblog）

像素與次像素（圖片來自TFTCentral）

    至於紅藍綠如何演繹1600多萬種色彩呢？用過Photoshop的朋友應該對RGB的0~255非常熟悉，手機屏幕也通過紅藍綠三種顏色的0~255的變化來描繪不同的顏色。比如R 228，G 189，B 79混合就可以得出金色。

三原色表現色彩的方式（圖片來自oled-a.org）

    至此大家應該可以差不多了解了手機屏幕的顯示原理，那麼下面就讓我們來接觸今天的主角「TFT」和「IPS」兩種目前爭論不休的東西吧。

2TFT有多無辜？IPS又為何出色？

LCD屏幕顯示「三大件」

    知道了上面的色彩與光的顯示原理，來看一下手機屏幕最主流的液晶屏幕——也就是LCD的結構；雖然結構繁多，但是大體可以分為「背光燈、TFT薄膜電晶體、彩色濾光片」三層，發色發光過程可以理解為背光燈發光，照射布滿紅藍綠顏色的彩色濾光片產生不同顏色，而上面提到的紅藍綠色彩調配——0~255的控制則通過TFT來實現，最後的這個可是個大活兒。

    除了採用液晶的LCD，比較新的OLED，像三星手機採用的AMOLED系列，則不需要彩色濾光片這一層，攜帶染料的有機發光二極體可以自己發出帶顏色的光，擔負了「背光燈+濾光片」的作用；但是控制0~255這項工作還是得交給TFT來做。

液晶屏幕結構（圖片來自Kisplay）

    現在真正轉入正題，可以看出屏幕顯示的難度在於如何控制紅藍綠三色0~255的變化，於是誕生了「液晶」和「TFT薄膜電晶體」這樣的概念。如果TFT是工具，液晶就是載體，屏幕顯示就是通過TFT控制液晶來阻隔光線，以此實現不同區域的像素明暗，從而顯示完整圖像的。

    上面的圖示可以看出，液晶分子螺旋排列的時候光線無法通過屏幕因此顯示全黑，只有液晶分子在電壓作用下改變了排列方式，光線才有可能通過液晶層，再通過濾光片呈現不同顏色。

TFT與IPS為何不等價？

    由於控制液晶偏轉技術的不同，誕生了TN面板、VA面板、IPS面板這樣的名詞，因此就可以理解「TFT」並非是與「IPS」等價的名詞，「TN面板、VA面板和IPS面板」同屬於液晶顯示屏LCD類，IPS的全稱應該叫做IPS-TFT-LCD。

TN面板、VA面板、IPS面板不同的液晶偏轉控制方式（圖片來自Display Mate）

    區分開了TFT與IPS等名詞，再來聊一下為什麼這倆詞兒打得火熱；人們習慣用TFT對等IPS來比較，大多是因為想當然的將TFT看做了TN面板的代名詞，而作為比較老的TN面板，擁有著「可視角度不高」等諸多弊病，也就成了以「色彩準確、可視角度大」著稱的IPS面板經常挑釁的對象。

可視角度怎樣決定？

    至於可視角度大小是如何決定的呢？當然這也與液晶的排列和偏轉方式有關，讓我們拿TN面板和VA面板來舉個例子對比一下。

    在屏幕點亮的狀態下可以用下面兩張圖來形象表示一下，同樣從上中下三個方向（圖中的左中右）觀看屏幕，按照TN面板的液晶排列方式，上視角亮度較大而下視角亮度較暗（上視角看到水平方向分子光線可通過，下視角看到垂直方向分子光線因此被阻斷），中視角——也就是正常觀看屏幕的方向亮度比較中和。於是從兩側去觀察屏幕就會出現灰階反轉，亮度和色彩都有很大程度的衰減，比如有的角度泛白而有的角度很暗，畫面基本不可用，也就是我們所說的「可視角度小」的問題。

TN面板可視角度（圖片來自Kisplay）

    換做好一點兒的VA面板，上視角和下視角一亮一暗正好中和成跟中視角差不多的亮度，因此兩側看去的灰階反轉就並不嚴重，可視角度會比TN大些。

TN面板可視角度（圖片來自Kisplay）

    再就是如今不可一世的IPS面板了，由於IPS的液晶在水平面內偏轉，從哪個視角都不會看到垂直排列的液晶分子，光不容易被阻隔，因此理論可視角度達到了178度；也就是說良好的IPS屏把手機即使放水平，看到的畫面色彩和亮度也和正面視角沒什麼區別。

IPS面板可視角度（圖片來自Kisplay）

IPS好在哪兒？

    IPS不光具備可視角度大的優勢，而且在色彩還原、響應速度等方面也具備不錯的素質，因此才成了眾多手機廠商爭相採用、並且以近乎狂熱的語言去包裝自己屏幕時候的用詞，其實本質上都是類似的材質技術。

可視角度對比

    不過「色彩還原、響應速度快」這兩方面對於手機的宣傳可不是那麼好做的，色彩還原這種事靠肉眼幾乎很難辨別，響應速度裡幾毫秒的差距也沒辦法直接看出，因此「可視角度大！！」就成了手機廠商競相吹捧的地方。

    可以很容易的對比IPS與普通屏幕的顯示效果區別，上圖左下角是iPhone 5，亮度相同的情況下，這樣大的可視角度下圖片顯示沒有任何的色彩或者亮度減弱，右上那部手機就慘的沒法看了。

    雖然IPS的可視角度大是目前廠商忽悠的重點，而且也是比較多人追逐的優勢，不過也有人不這麼看，TN的小可視角度正好防偷窺不是麼。

【再說TFT。。】

    這一頁的最後有必要再次重申一下，不要再黑TFT啦~~你用的「高端」IPS、甚至OLED裡面都有TFT的默默付出，要黑就去黑TN好了，這種早晚要淘汰的技術。。依然有為了低成本和一些不知名原因的小廠商大廠商在用。

LCD和OLED都有TFT層（圖片來自beareyes）

    TFT是薄膜場效應電晶體的英文縮寫，無論是LCD和OLED，都是靠薄膜電晶體；LCD和OLED所用的TFT的區別是，LCD的TFT是用來控制液晶分子偏轉的，發光是靠後面的背光，而OLED的TFT是直接控制像素點發光的。雖然作用不同，但都是薄膜場效應電晶體。

3OLED Pentile排列引發的慘案

OLED Pentile排列引發的慘案

    因此無論是TN面板、VA面板還是IPS面板，都要用到「液晶」這種材料，所以統稱為液晶屏幕LCD。

    除此以外手機屏幕還有OLED這樣一種；三星的強大讓更多人開始認識OLED——特別是三星採用的AMOLED、Super AMOLED如此種種，即有機發光二級管。LCD需要背光燈來發光，通過彩色濾光片來顯色，而OLED不需要彩色濾光片和背光燈，攜帶染料的有機發光二極體可以自己發出帶顏色的光，擔負了「背光燈+濾光片」兩方面的使命。
 

OLED結構（圖片來自oledw.com）

OLED LCD優劣對比

    由於LCD必須包括背光組件、LCD陣列和TFT三個方面，而OLED顯示技術則只需要oled陣列和TFT兩部分，因此首先不需要常亮的背光燈的OLED是比較省電的，除此之外組件的減少可以讓手機的屏幕做的更加薄。另外也有原生對比度高、可視角度好、響應時間快、色彩飽和度高等等優勢。

    目前我們對於OLED的討論大多受三星AMOLED的影響，而且重點也經常集中在「像素排列」「色彩風格取向」的問題上，這本質上應該歸咎於三星的AMOLED部分產品所採用的獨特像素排列方式所造成的顯示效果差異。

RGB排列方式與Pentile排列方式（圖片來自androidforum）

    傳統的RGB排列由三個次像素組成一個像素，紅藍綠面積均等，而三星有些產品所採用的Pentile三個次像素並不均等，特別強調綠色，而且次像素數量減少，精細程度不夠，因此同樣解析度下會比RGB排列顆粒感更重。而且也容易造成顏色過渡不平滑的問題，觀察三星早期的機型比如Note（純色的下拉通知欄那裡），會出現明顯的色彩過渡不平滑問題，沒錯就是那些斷帶。

同解析度下，Pentile次像素少，精細程度不夠（圖片來自engadget）

AMOLED色彩過渡不平滑造成的斷帶

    而色彩風格濃烈也一直是AMOLED有人歡喜有人愁的地方，過於強調綠色的鮮豔顏色雖然短時間討好眼睛，但長時間難免疲勞。而且自發光的有機二極體的紅藍綠三種材質有著不同的壽命，這意味著某種顏色過早老化就會造成整體嚴重的偏色問題。下圖三星的兩款機型統統偏綠。

主流機型顯示效果比較（圖片來自phonearena）

    但是結構可以做薄、廣色域、對比度高、自發光等優勢依然抵擋不了OLED的流行，OLED解析度不易做大等問題也在逐漸被解決，蘋果也已對OLED屏幕表示興趣，不過就目前來看OLED還存在不少硬傷，還無法完全取代LCD。

4你最關心的解析度能有多重要？

你最關心的解析度有多重要？

    至於解析度就容易理解了，好比數位相機的像素，像素越高對於真實世界的細節表現力就應該越好，因此屏幕也是如此；720p解析度逐漸普及和1080p在高端機型的鋪貨是2013年的趨勢，解析度越高對於文字的表現就更加銳利，仔細看下面這張圖，隨著ppi的增大，漢字的筆畫上顆粒逐漸減少，看起來也更加順滑。

首款1080p機型HTC Butterfly

不同ppi顯示文字效果對比（圖片來自phonearena）

精細提高不多 反倒成GPU累贅

    但是問題在於你是否真的需要如此銳利的顯示呢？我們收到的可能是個變化較大的答案，對於很多人來說iPhone那樣326ppi的顯示效果已經足以「媲美印刷級別」。

    而且隨著手機越來越用於大型3D遊戲，《極品飛車》這樣的大作都被移植到手機上，那麼讓GPU在1080p的屏幕上面去畫圖就複雜多了，填充滿1920x1080數量的像素，要比填充滿1280x720數量的像素更加拖累GPU，而手機屏幕大小如此有限、你還不一定能夠看到提升多好的畫面，反而遊戲幀數和流暢度受到挑戰。

GLBenchmark 2.7橫向對比（圖片來自ZOL）

    我們可以用前面做過的、針對不同機型GPU圖形處理能力的GLBenchmark測試來說明問題，可以簡單理解為該測試模擬一個遊戲場景，用fps幀數來衡量GPU的運算能力，幀數越高意味著遊戲將越流暢。Offscreen的測試表示統一用1080p解析度來構建3D畫面，Onscreen則表示用手機本身的解析度。

就算5英寸大屏，你會看出720p與1080p遊戲效果有什麼差異麼？會麼？

    可以看到除了1080p的中興Grand S的兩項能力大致相似，採用相同GPU的720p解析度的小米手機2和2S實際效果都要比在1080p狀態下的效果好。這就誕生了一個問題，在GPU理論性能一致的前提下，你到底是看重遊戲流暢程度呢還是目前差別並不明顯的畫面效果呢？

 

5Incell 超敏感觸摸有多神秘？

    最後讓我們來看看除了基本的材質之外，你能聽到的一些其他名詞；畢竟IPS都早已被炒作煩了總得有點兒新花樣。話雖如此，像「OGS」「In-Cell」「超敏感觸摸」這些新名詞都還是有靠譜的實力的。

OGS與In-Cell 將手機做薄

    比如OGS和In-Cell，我們都知道iPhone之後電容屏在智慧型手機上大行其道，革命性的改變了人機互動方式，「觸控」從此越來越流行。而傳統的「觸控」需要在屏幕當中加入一層觸摸面板，而且需要手指的導電才能生效。

In-Cell觸控螢幕結構解析

    手機越做越薄，屏幕自然不能太厚。以往的「面板保護層、觸摸面板、液晶顯示面板」逐步被精簡成了兩層，也就是將「顯示」與「觸摸」做到了一起，或者將「顯示」與「保護層」做到一起。

    其中後者被稱為OGS，全稱是One Glass Solution，也即單層玻璃解決方案，將觸控螢幕幕和保護玻璃組合起來；而前者被稱為In-cell（內嵌式），則是將觸控螢幕幕和顯示屏組合起來。

OGS與In-Cell比較（圖片來自電子時報）

    兩項技術的目的都是使得屏幕更薄，透光率更高。其中iPhone 5採用了In-Cell，而許多國產廠商都開始採用OGS。

Synaptics ClearPad Series 3

    「超敏感觸摸」是技術大拿諾基亞帶給我們的東西，不得不說技術方面諾基亞還是有影響力和領導力的，此後許多廠商也紛紛效仿採用這一技術。簡單來說這就是為解決「戴手套不方便操作手機」類似的問題。。

Synaptics電容屏結構（圖片來自Synaptics）

    諾基亞用到了電容感應器廠商Synaptics（見於各種筆記本觸控板。。）攜帶ClearPad Series 3技術的特殊電容屏，ClearPad Series 3技術通過自動檢測觸屏介質，允許帶著手套的手指和手指甲來獲得顯示屏對於觸點的確認，而且並且無視用戶以何種方式通過何種介質來完成操作。

三星Youm 彎曲的屏幕

    計算機可佩戴？屏幕可彎曲？看似科幻的事物如今都已成為現實，前者由Google Glass實現而後者就是三星在CES上面展出的Youm柔性屏。後者也是利用到了AMOLED可塑性高的優勢，將顯示屏中堅硬的玻璃層替換掉，從而製造出柔韌性強不易損壞的柔性屏幕。不過除了CES的展示機之外還未見到三星將其用到量產機型上面，這種概念性的東西畢竟還需要等待一下，不過已不會太久。

三星Youm屏幕結構（圖片來自slashgear）

百科總結：

    這裡大致分享了一下除了解析度之外的手機屏幕的相應內容；從如何成像開始，液晶分子排列偏轉的不同造成了LCD陣營幾種面板的區別，也造成了不同的可視角度的顯示效果；而OLED陣營裡RGB次像素排列的不同帶來了不同的色彩風格，和優劣並存的次世代技術。

    而對於解析度，我們也不必刻意追求，大家視力良好的條件下不需要每天湊近屏幕去找顆粒，費眼不說玩遊戲的時候還是個累贅。

    當然最重要的還是要區分開TFT與IPS所代表的含義，作為控制開關TFT共存於LCD與OLED當中；IPS僅為LCD的一種。而同為IPS的屏幕當中仍有等級區別，於是廉價手機當中用到的IPS遠沒有iPhone那樣出色。最終還是希望理性看待對於IPS屏幕的大肆渲染，顯示效果好壞最終要靠眼睛來判斷，畢竟每天面對手機屏幕幾個小時，好的顯示效果還是對視覺健康有莫大好處的。

所有人的眼光似乎只聚焦在「屏幕大小」「屏幕解析度」兩個方面，其實好的材質與顯示技術對於手機屏幕來說卻遠比解析度重要，對於顯示來說面板材質與顯示技術也是關乎「顯示色彩」「顯示效果」的重要方面。