屏幕材质与显示技术详解 - 全文

 

　　目前智能手机的屏幕品种繁多，分类混乱，商家在宣传的时候也都没有明确的标注，导致很多网友对于手机的屏幕材质分辨不清，甚至把一些屏幕显示技术都归结到了屏幕材质中去，在选购手机的时候也造成了麻烦。笔者在查阅资料的时候，发现不仅官方没有明确说明，而且各家媒体在宣传报道时也没有弄清楚。今天笔者对市面上比较常见的几种屏幕进行一下详细的解读，告诉大家哪些属于屏幕材质，哪些属于屏幕显示技术，以方便大家选购手机。

　　屏幕分类

　　要想弄清楚各类屏幕的特点，必须先把屏幕的种类搞明白。生活中经常听到有人说：“我的手机采用的是IPS材质的屏幕。”或者说“我的手机屏幕是ASV材质的”。实际上，这种说法是不准确的。

　　如果按屏幕的材质分类，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。另一种是OLED(Organic Light-Emitting Diode的简称)即有机发光二极管。目前市面上比较常见的TFT以及SLCD都属于LCD的范畴。而三星引以为傲AMOLED系列屏幕则隶属于OLED的范畴。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。稍后我们会对他们进行详细的介绍。

　　如果按显示技术的驱动方式来划分，可分为无源矩阵(Passive Matrix)和有源矩阵(Active Matrix)两大类。不过这些词汇对于普通人来说可能太过专业，它们是什么意思呢?我们姑且可以这样理解：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。如果你还是不太理解，也没关系，之后在讲解屏幕材质时，我们会做进一步说明。

　　在LCD阵营中，PMLCD(Passive Matrix LCD的简称)即无源矩阵液晶显示器，包括MSTN(Mono STN)、CSTN(Color STN)等技术，由于PMLCD在实际中并不常用，在这里就不做过多介绍了。我们主要介绍AMLCD(Active Matrix LCD的简称)即有源矩阵液晶显示器。而TFT正是AMLCD中的一种。稍后我们会对TFT屏幕进行详细的解读。

　　在OLED阵营按材料分类可以划分为小分子OLED(SMOLED)与高分子OLED(PLED);若以驱动方式来划分，则可分成无源矩阵 OLED(PMOLED)及有源矩阵OLED(AMOLED)。其中， PMOLED作为过渡产品我们也不做过多解释，而AMOLED，也就是三星研发的魔丽屏，目前在手机中应用颇为广泛，稍后我们也会做详细的介绍。

　　说了这么多，大家可能越看越糊涂，如果您没有理解，也没关系，只需要记住三点就可以：

　　1、主流手机屏幕材质分为LCD和OLED两大类。

　　2、市面上常见的TFT和SLCD都属于LCD。而三星AMOLED屏幕以及其衍生品都属于OLED。

　　3、IPS、ASV以及NOVA等都是基于TFT屏幕的面板技术。

　　

　　LCD与OLED的区别

　　目前的手机屏幕多种多样，显示效果各不相同，但归根结底它们的屏幕材质无非只有以上提到的LCD和OLED两种，那么这两种材质有什么区别呢?到底哪一种屏幕更好呢?

　　实际上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。那么哪一种材质更好呢?

　　目前普遍认为，OLED的技术更为先进，也是将来发展的方向，不过目前发展并不是很成熟，以三星公司研发的AMOLED系列屏幕为主。而作为LCD阵营的主力军TFT，则受到人们更多的误解，很多人认为TFT技术落后，已经过时。然而事实并非如此，目前市面上大部分的手机仍然采用TFT屏幕，只不过它们分别采用了不同的面板技术。目前最热门的手机苹果iPhone 4S采用的IPS屏，被称为最好的屏幕，实际上IPS屏幕也属于TFT屏幕的一种。

　　为了更进一步了解两类屏幕的区别，下面我们分别介绍一下两类屏幕的工作原理及特点。

　　LCD工作原理解读

　　LCD(Liquid Crystal Display 的简称)，即液晶显示器，它是一种采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。

　　从液晶显示器的结构来看，LCD由两块平行玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所 以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供 均匀的背景光源。

　　

 

　　LCD构造图

　　背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元 格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用 类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规 则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

　　

 

　　LCD工作原理

　　LCD的可视角度

　　液晶显示器的可视角度左右对称，而上下则不一定对称。举个例子，当背光源的入射光通过偏光板、液晶及取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性， 也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。假如从一个非常斜的角度观看一个全白的画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。一般来说，上下角度要小于 或等于左右角度。如果可视角度为左右80度，表示在始于屏幕法线80度的位置时可以清晰地看见屏幕图像。但是，由于人的视力范围不同，如果没有站在最佳的 可视角度内，所看到的颜色和亮度将会有误差。

　　LCD的显示原理决定了它的可视角度并不理想。为了增大可视角度，有些厂商开发出了各种广视角技术，试图改善液晶显示器的视角特性，比如IPS，可以把液晶显示器的可视角度增加到160度，甚至更多。

　　OLED屏幕特点

　　OLED在工艺上只需用两层薄膜和玻璃或塑料基板，比LCD的工艺更加简单。目前OLED显示屏成品厚度约在0.5～1.8mm之间，其显示效 果比LCD显示屏更明亮、更细腻，理论上也更省电。由于OLED材料具有自发光特性，无需背光模块及彩色滤光片，也不需要一般LCD面板的灌液晶工艺，所 以制作上比采用液晶体发光的LCD少三道工序，量产后成本将明显降低。

　　

 

　　OLED结构图

　　有机发光显示技术由非常薄的有机材料涂层和玻璃基板构成。当有电荷通过时这些有机材料就会发光。OLED发光的颜色取决于有机发光层的材料，故厂商可由改变发光层的材料而得到所需之颜色。有源阵列有机发光显示屏具有内置的电子电路系统因此每个像素都由一个对应的电路独立驱动。OLED具备有构造 简单、自发光不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广等优点。

　　

　　TFT屏幕依然主流

　　在各大手机论坛里经常能看到这样的评价：“为什么这款配置强大的新款手机，采用的确实最落后的TFT屏幕?如果采用IPS屏幕就更好了。”这种说法不能说完全错误，但是也是片面的。

　　原始的TFT屏幕确实存在着可视角度小、耗电量大、亮度不足以及色彩还原差的问题。但是这些不足都可以通过技术手段加以改进。很多厂商都已经开 发了能够改善TFT不足的技术。比如IPS有效的改善了TFT屏幕的可视角度。NOVA提高了屏幕亮度以及对比度，耗电量也有所改善。目前智能手机的屏幕还是以TFT为主，只是采用的技术不同。所以要评价TFT屏幕的特点，要根据各厂家采用的不同技术来判断。

　　为了更深入的了解TFT屏幕，下面我们对TFT的工作原理进行一下介绍。

　　

 

　　TFT切面结构图

　　TFT其实是AMLCD(有源矩阵液晶显示器)的一种。其材料本身并不发光，因此需外加背光源。简单地说，TFT面板的基本结构是两片玻璃基板中间夹一层液晶，前端LCD面板贴上彩色滤光片，后端TFT面板上制作薄膜晶体管。当在晶体管上施加电压时，液晶发生转向，光线穿过液晶后在前端面板上投 射一个像素。背光模块位于液晶层面板之后负责提供光源。彩色滤光片给每个像素一个特定的颜色，结合每一个不同颜色的像素呈现出来的就是面板前端的图像。

　　

 

　　TFT工作原理

　　

 

　　偏光板控制透光

　　TFT的主要特点是每个独立的像素都配有一个薄膜晶体管，就好像为每个像素配置一个半导体开关器件。从而可以对每一个像素通过点脉冲直接控制， 由于每个像素都可以。因而每个节点都相对独立，并可以进行连续控制。这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度，响应时间大大提高到80毫秒左右。同时也 可以精确控制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更真。TFT液晶显示屏的特点是亮度好、层次感强、还原度高，但也存在着比较耗电的不足。

　　IPS屏幕可以说是随着苹果iPhone 4的热销而迅速走红。IPS屏幕也一跃成为目前技术最先进的屏幕。很多人都被这块屏幕超精细的显示效果所吸引，并且把所有设备中采用的IPS屏幕都等同于iPhone 4的屏幕。实际上这种想法也是不对的。苹果手机的IPS屏是独一无二，也是其他手机的IPS屏幕不能比拟的。

　　这是因为苹果在引用IPS屏幕的时候，加入了其特有的Retina视网膜技术，它可以将960×640的分辨率压缩到一个3.5英寸的显示屏内，使iPhone 4达到了惊人的326PPI(326像素/英寸)，超过了人眼可识别的300PPI。所以显示会非常细腻。

　　

 

　　iPhone 4采用Retina技术的IPS显示屏

　　如果抛开苹果的视网膜技术，IPS真正的表现又会是怎么样呢?接下来我们对IPS进行一下详细的了解。

　　

　　IPS屏幕详解

　　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就是基于TFT的一种技术，其实质还是TFT。

　　IPS面板最大的特点就是它的两极都在同一个面上，而不象其它液晶模式的电极是在上下两面，立体排列。该技术把液晶分子的排列方式进行了优化， 采取水平排列方式，当遇到外界压力时，分子结构向下稍微下陷，但是整体分子还呈水平状。在遇到外力时，硬屏液晶分子结构坚固性和稳定性远远优于软屏!所以 不会产生画面失真和影响画面色彩，可以最大程度的保护画面效果不被损害。此外还有一种S-IPS面板属于IPS的改良型。

　　

 

　　IPS屏幕工作原理

　　IPS屏幕的优势

　　一、响应速度快

　　不同于VA类面板的是，IPS硬屏技术改变了液晶分子颗粒的排列方式，采用水平转换技术，使液晶屏的反应速度更快更稳定。在处理连续性的动态画面时，水平 转换的一大优势就是加快了液晶分子的偏转速度，体现在IPS硬屏其响应速度快的优势，使图像的运动轨迹更加细腻清晰，解决了令人困扰的图像拖影和抖动的问 题。消费者在长时间欣赏高速运动画面时，IPS硬屏能够保证清晰、流畅和真实的效果，对眼睛的刺激明显降低，完全符合健康诉求。

　　

 

　　IPS硬屏技术

　　二、可视角度宽

　　IPS硬屏面板的视角可达到178度。正面观看与不同角度观看时所产生的颜色变化程度称为色彩扭曲率，结果表明IPS硬屏所得出的数值几乎用肉眼分辨不出来，即意味着从正面还是侧面观看画面的效果是相同的。

　　

 

　　IPS可视角度光

　　三、色彩还原真实

　　这也是IPS硬屏色彩保真特点的全面展现。IPS硬屏优异的色彩反转与亮度转换等性能，让您无论从哪个角度观看，都能欣赏到色彩鲜明、饱和、自然的理想画面。

　　四、动态图像变现出色

　　IPS硬屏液晶电视能够出色的表现动态高清画面，特别适合运动图像重现，无残影和拖尾，是观看数字高清影像，特别是快速运动画面，如比赛、竞速游戏和动作电影的理想载体。由于IPS硬屏独特的水平分子结构，使其在触摸时无水纹、暗影和闪光现象，非常稳定，因而极为适合于具有触摸功能的电视和公共显示设备。

　　

 

　　IPS屏幕触摸无拖影

　　通过对IPS屏幕优势的了解，我们可以想到，估计当初乔布斯就是看到IPS屏幕采用硬屏技术，适合作为触摸屏;可视角度广，在多人看电影或者玩赛车等重力感应控制游戏的时候，优势明显;而且响应速度快，色彩还原真实等特点，才选择了IPS作为自己产品的显示屏幕。

　　IPS屏幕的谬论

　　有这样一种说法，所谓硬屏，就是在液晶屏表面加一层硬度较高的透明树脂材料保护膜。保护膜使硬屏具有一定的刚性，用手指轻摁，不会出现明显的暗影或其它一些面板上出现的水波纹现象。

　　而实际上，硬屏之所以硬(即触摸无水纹)，并不是在液晶屏外面附加了树脂保护膜，而是由液晶屏的分子结构所决定的。硬屏技术创新性的采用了水平排列的液晶分子结构，在受到外界压力时，硬屏的分子复原速度比垂直排列的分子快10倍。因此，在受到触摸时可以基本保持原样不变。不仅如此，在摇晃颠簸时，硬屏液晶也不会出现抖动、残影的问题，显示效果不变。

　　

　　ASV屏幕

　　之前在介绍TFT屏幕的时候我们说过，原始的TFT屏幕有各种各样的缺点，各厂商在采用TFT屏幕的时候都加入了自家的新技术来弥补TFT的不足。而ASV技术正是夏普公司研发的屏幕技术。

　　对于夏普的液晶电视来说，液晶屏是它的核心部分，而消费者之所以购买夏普液晶电视，也正因为夏普拥有整个产品的核心部分——液晶屏，提到液晶屏 又不得不提到夏普在液晶面板制造过程中的独创专利技术——ASV(Advance Super View)技术。夏普的ASV技术，这并不是一种面板技术类型，而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。应用ASV技术的液晶面板针对光线的反射与透光问题而设计的，它通过 在屏幕表面加入数层带有特殊化学涂层的薄膜光学物质对外来光线进行处理，一方面折射成不同的比例，使反射的光线得以改变方向并互相抵消，另一方面能最大限 度地吸收外来光线，改变光线传播的波长和反射。

　　

 

　　ASV技术

　　采用ASV技术的面板，产品在出厂检测的时候，都是在全黑的情况下测试对比度，因为这样才能够测出最佳的数值。但是如此一来就忽略了在正常光线下的对比度值，在有光线反射的环境下，无论是屏幕的亮度还有对比度，都有着一定幅度的下降。夏普为了克服这个问题，在ASV面板上使用了低反射涂层，可以在有光线反射的情况下，最大化的保持电视的黑色纯度，达到提升总体对比度的作用。根据夏普声称，在正常室内光线下，ASV面板能够650:1的对比度，在 AQUOS家居环境下，对比度高达1200:1。

　　

　　NOVA屏幕

　　NOVA实际上也是一种屏幕显示技术，它是随着LG P970-Black的上市而带来的一项全新的屏幕显示技术。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。据LG官方称，NOVA Display在亮度方面能达到700尼特。高于iPhone 4屏幕亮度的530尼特。是目前市面上最亮的屏幕。

　　

 

　　NOVA技术

　　以下为官方介绍的NOVA的优势

　　

 

　　NOVA色彩更加生动自然

　　

 

　　NOVA在前光下显示效果出众

　　

 

　　白色显示更纯

　　

 

　　节省电量

　　NOVA显示屏幕具备更高的亮度水平和纯白色调，可精确显示黑白原色，优化阅读体验。应用到产品中以后，将令手机屏幕无论在室内光线还是室外强光下，都可以呈现清晰的显示效果。此外在相同的室内环境下，和普通LCD屏幕比起来，NOVA显示屏还能减少50%的能耗。由 于白色是目前最常用的网页浏览配色方案，当手机显示全白屏幕时，NOVA屏幕比起AMOLED屏幕同样可以节省一半耗电。

　　NOVA在宣传时虽然噱头十足，但在笔者来看，该技术除了提高屏幕亮度之外，其他并没有太大的特点。尤其是其节电功能，无非就是采用了根据环境 光线自动调节亮度的功能。而拿NOVA屏幕和AMOLED屏幕在显示全白的情况下相比，明显就是拿自己的长处和别人的短处相比。要知道，AMOLED屏幕是采用自发光材质，当屏幕显示为全黑时，发光二级管不发光，此时电量消耗最低;当屏幕显示为全白时，所有发光二级管同时达到最亮值，此时也最耗电。所以 说，NOVA屏幕的省电功能也多为噱头。

　　

　　AMOLED屏幕

　　AMOLED也称“魔丽屏”全称是Active Matrix/Organic Light Emitting Diode，即主动矩阵有机发光二极体面板。AMOLED屏幕的构造有三层，AMOLED屏幕+Touch Screen Panel(触控屏面板)+外保护玻璃。AMOLED是OLED技术的一种，OLED代表着它是自发光显示器，利用多层有机化合物来实现独立R、G、B三色光。它的前缀AM(主动矩阵)相对的是PM(被动矩阵)，它比后者的细节还原更细腻，而且响应时间也更快。

　　

 

　　AMOLED屏幕构造图

　　抛开AMOLED屏幕复杂的技术原理，我们可以把它简单的概括为六大优势：

　　1、AMOLED屏幕具有自发光特性，这和需要靠背光灯照在液晶板面上才能显示的传统TFT屏幕相比，有很大的区别。这种屏幕拥有更大的可视角度。很多人认为太大的可视角度没有什么必要，这种观点是不正确的。如果你经常玩狂野飙车等通过重力感应来控制的游戏时，就能深刻体会到可是角度的重要性。

　　2、AMOLED屏幕具有功耗低的特点，它能带来更长的续航能力让用户随时都能享受手机的丰富功能。

　　3、AMOLED屏幕的色彩更加鲜艳，亮度表现也更出色。在户外强光下依然可以保持良好的视觉效果。

　　4、AMOLED屏幕具有更高的对比度，和传统的TFT屏幕相比，AMOLED显示出的黑，是厚重的纯黑，而TFT相比之下更像是深灰;AMOLED的白也是纯白，从而实现更加通透的显示效果。

　　5、AMOLED屏幕具有更快的响应速度。能给用户带来更加流畅的触控体验。

　　6、AMOLED屏幕具有更“轻”、更“薄”的体型优势，可以让手机设计的更加轻薄。

　　AMOLED屏幕虽然有很多优点，但是AMOLED显示屏有天生的缺陷，就是它的像素排列采用PenTile排列方式(点击了解更多PenTile知识)，虽然显示效果好，但是由于排列的原因，实际显示像素仅为标称的66%，虽然不影响图片和视频的观看，但却在显示细节或文字边缘时，不够精细。

　　Super AMOLED

　　虽然AMOLED屏幕的表现已经相当不错，但是科技水平的发展也让我们对完美体验的追求永无止息，在AMOLED之后，三星又推出了Super AMOLED，又称“超炫屏”，较之于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、色彩还原上进一步得到提升。目前，首款采用百度·易平台新机--Dell Streak Pro D43就使用Super AMOLED屏幕。

　　

 

　　传统触控屏幕于Super AMOLED屏幕的差异

　　Super AMOLED Plus

　　AMOLED和Super AMOLED虽然表现都已经很出色，但是由于以上两者均采用了PenTile Matrix排列方式，画面看起来颗粒感比较重，仔细看的话，文字边缘会有轻微的毛边，细节表现不够完美。而Super AMOLED Plus的出现有效的解决了这个问题。Super AMOLED Plus改变了Super AMOLED的排列方式为普通的RGB矩阵排布方式，并且加入了DNIe+图像处理引擎，使每个像素点的亚像素数较以往提升了50%，所以影像会更清晰细 致，并且色彩饱和度、细腻度、对比度等等都有了一定的提升。三星I9100采用的就是Super AMOLED Plus屏幕

　　

 

　　I9100采用Super AMOLED Plus屏幕

　　Super AMOLED Advanced

　　

 

　　摩托罗拉Droid RAZR采用Super AMOLED Advanced屏幕

　　Super AMOLED Advanced(超炫屏增强显示技术)这种屏幕是随着摩托罗拉Droid RAZR的问世，一同出现的，据国外媒体报道，这种屏幕实际上是经过摩托罗拉公司优化的Super AMOLED屏幕，而实际上它并非采用的RGB矩阵排列方式，而是采用了PenTile的排布方式，相比Super AMOLED，Super AMOLED Advanced屏幕分辨率也升级为qHD级别(960×540像素)，屏幕更薄(这也是为什么摩托罗拉Droid RAZR能够设计的如此纤薄的一方面原因)、触控更灵敏、颜色更亮丽，色彩还原能力更强，并且在强光下有更好的显示效果。目前只有在摩托罗拉Droid RAZR上使用该屏幕。