OLED行业漫谈:OLED其实是个偏科的孩子

2017-07-16 21:23 出处:OFweek中国高科技门户 作者:佚名 责任编辑:lvdehua

OFweek显示网讯:显示器,能显示各种颜色,其实是利用了人眼的RGB感光系统。

显示器并不能发出各种波长的光线,但是可以发出红色、绿色、蓝色三种波长的光线,并精确控制这三种光线的比例,屏幕上的所有颜色都由这三种光按照不同比例混合而成的。对于人眼来说,人眼正好使用红色、绿色、蓝色三种感光传感器(视锥细胞)来解析光线,不同颜色的光线激发起这三个传感器的电流不同,大脑接收到电刺激后,将这些信息还原成颜色。

客观地说,由红光+绿光混合在一起产生的所谓“黄色”光线和单纯的波长为570nm的黄色光线是不同的,但是在人眼看来他们是一样的。

视觉世界里最重要的属性是亮度和色彩。但是对于人造的显示设备来说,由于设备本身的一些缺陷,逼迫我们额外关注分辨率、响应时间、对比度、可视角度等太多跟基本视觉无关的东西。

(一) 与视觉无关的参数

第一,分辨率

OLED 继承了 LCD 的TFT结构,在分辨率方面并不存在制约因素,感谢液晶时代积累下来的优良工艺,OLED站在LCD的肩膀上从一开始在分辨率方面就高起点,代表性的三星从Galaxy Note4和S6起就使用2k屏,三星在实验室已经将OLED的PPI提高到了2000以上。

至于早期OLED屏被人诟病的分辨率问题,是因为蓝光材料寿命不过关,逼得三星只能通过增大蓝光材料面积,以降低单位面积发光强度来延长蓝光寿命,也就是所谓的Pentile排列,这种排列下蓝色、红色像素点变少了,从而导致显示效果比分辨率数据难看。

第二,响应时间

OLED屏幕先天具有响应时间快的优势,达到微秒级,1微秒=百万分之一秒,LCD只能做到毫秒级的响应时间。虽然跟Micro LED等无机自发光家族兄弟相比(纳秒级,微秒的千分之一)还是辣鸡,但是吊打LCD毫无压力。

响应时间在手机应用中影响不大,对下一代移动计算中心VR的影响可是致命性的。由于眩晕的问题,VR只能使用OLED。

第三,对比度

O LED显示 黑色的时候像素点完全不发光,所以可以造成极其强烈的明暗对比效果,从而达到极高的对比度,这点LCD输在起跑线。

第四,可视角度

得益于自发光,OLED完全没有可视角度的问题,只要不从后面看,任何角度都是自信满满。LCD这边经过这么多年的改良,也算能勉强跟上OLED的步伐。

(二) 回归视觉最本质的问题:亮度和色彩

亮度

光最要的属性是亮度,就跟盐是百味之首一样。眼睛最早的雏形就是感光。

亮度这个对我们直觉再简单不过的属性,如果要参数化到显示面板上就不是那么容易理解的了。除非是科班出身,对其他人来说,国内教材涉及光学的内容非常少,只介绍了反射、折射、衍射和干涉,物理量也主要是介绍辐射度相关的客观单位,对可见光相关的光度单位介绍甚少,几个常用单位都没有介绍,今天一起学一下光强度、亮度(手机屏幕参数常用)、通量(投影仪参数常用)和照度。

首先要清楚光度学里的物理量,包括光强度、光亮度、光通量都是按人眼主观上对光的感觉来度量,即辐射光能够被人眼所感受到的那部分有效当量,上篇已经说了,人眼对不同颜色的光线敏感度不同,所以如果光源辐射功率一样,但是发出的光线颜色不同,那么在人眼里的亮度也是不同,比如一个光源发出波长500nm的光线,另一个光源发出555nm的光线,则在人眼看来前者只有后者亮度的1/3。

 

第一,光强度

单位是坎德拉(cd),物理量七大金刚之一。理想情况下发光强度的大小跟距离光源远近无关,是一个光源本身固有的属性。历史上英国人用1磅白蜡制造1尺长的蜡烛,燃烧时的烛光强度就是1坎德拉。

1坎德拉的标准定义为:光源在1 sr立体角内发出波长为555nm的光,其辐射功率为1.46毫瓦,则这个光源的发光强度定义为1坎德拉。

上面定义中使用了立体角的概念,平面角都知道,直角是π/2或者90度,立体角比平面角多了一个维度。

立体角

如果以圆心为顶点的圆锥体对应的球体表面积占整个球体表面积的4π分之一,则这个立体角的度数为1 sr。sr的中文名叫球面度,是立体角的单位,从定义可知整个球面的立体角度数为4π sr。

第二,光亮度

单位是尼特(nit=cd/m2),从单位上就能看出来光亮度指的是单位面积上的发光强度,是描述发光面明亮程度的物理量,跟人眼的感觉一致,正常情况下手机屏幕开到最亮,亮度值在700-1000尼特之间。

第三,光通量

单位是流明(lm=cd*sr),从单位可以看出来光通量是光强度对立体角的积分,通俗理解就是一定范围内光线的总量,比如投影仪通过投影镜头射出来的光线的总量。

使用台灯来帮助理解,台灯的发光强度是10坎德拉,光线射向4 sr的立体角内,则台灯提供的光通量就是40流明。

第四,光照度

单位是勒克斯(lx=lm/m2),反应的是光照强度的物理量。通俗讲,被太阳光这样的均匀光照射的表面,如果1平方米的光通量是1流明,则光照度就是1勒克斯。

第五,尼特和流明的区别

手机屏幕都标注亮度(尼特),投影仪则标注通量(流明)。

亮度是单位面积的发光量,对人眼来说,亮度是一个更直观的单位,500尼特的屏幕看起来就是比300尼特亮。为什么投影仪要标注光通量(流明)呢?这是因为投影仪发出的光线总量一定(比如3000流明),我们把影像投射到墙壁上,可以自由控制投影的大小,如果投影很小,则亮度就会很高,如果投影很大,那么亮度自然就低了,所以投影仪都是标注其发光总量,而手机大小固定,则可以直观地标注亮度。

 

第六,是骡子是马拉出来溜溜

在亮度方面, OLED LCD 半斤八两,跟后起之秀Micro LED比起来都是辣鸡。

OLED使用有机物作为发光材料,有机物有个特点就是高温性能极差,比如鸡蛋一煮就凝固变质,所以OLED在自发光家族里性能最弱逼,亮度并不是OLED的看家本事。

LCD屏幕的亮度取决于背光,由于液晶的工作原理导致背光灯发出的光线基本都半路夭折了,只有十分之一的光能穿出屏幕被人看到。早期LCD使用荧光作为背光,亮度只能达到200-400尼特,到了LED时代,得益于LED无与伦比的发光能力, 显示 屏的最大亮度也层层拔高,700-800尼特都不在话下,2011年发布的诺基亚701屏幕亮度就高达1000尼特,2014年日本JDI宣布研制出亮度达到1000尼特的显示屏。

以LCD和OLED方面最有代表性的苹果屏和三星屏可以看出两者基本势均力敌。

OLED这边,早期的三星Note 2亮度只有292尼特,Note 3亮度360尼特,到S7 edge时代达到855尼特,Note 7的峰值亮度则高达1048尼特,是目前手机的最高水平。

LCD方面,实测苹果5亮度为535尼特,5s达到587尼特,与三星s5的698尼特差不多,苹果6达到559尼特,苹果7达到625尼特,峰值705尼特,苹果为了追求屏幕的综合性能,并没有在亮度方面过于吹毛求疵。

色域

第一,颜色编码方案定义的色域

使用某种方案对颜色进行编码,所能表达的颜色的总和叫色域。

下图中用三角形围成的区域,就是色域,不同的三角形,就是不同技术标准下的色域。

--NTSC标准是美国国家电视标准委员会1953年制定的一个色域空间。(重点)

--sRGB是国际电工委员会1996年制定的,sRGB色域面积相当于72%的NTSC。互联网上绝大多数图片和视频都使用sRGB标准,苹果iPhone也一直坚持100% sRGB色域。

--Adobe RGB是Adobe公司1998年提出的。

 

另外,广色域是一种更全的色彩标准,国际标准是色彩覆盖率能达到NTSC的92%以上即为广色域。

第二, 显示 屏所能覆盖的色域

色域方面 OLED 碾压普通 LCD ,但是由于蓝光和红光都不纯,OLED在自发光家族仍然不敌Micro LED等后起之秀。

LCD的色域则取决于背光,如果舍得用色域更广的背光,跟OLED也有的一拼。学会了色域扩展的LCD在色彩方面完全不输OLED,尤其是LCD+量子点背光色域扩展,性能上完全盖过了OLED。

手机霸主苹果iPhone一直坚持100% sRGB色域(相当于72% NTSC色域),但是从iPhone 7开始,苹果借鉴iMac,除了把亮度提高到625 尼特(峰值705尼特)外,还采用了DCI-P3广色域的色彩编码方案(这是一种电影行业标准,完全覆盖sRGB,相当于92%的NTSC),可以说不输OLED。

下面是苹果LCD和三星OLED屏幕在不同显示模式下的色域对比,OLED有一些优势但并不明显。

下面是 LED背光 /量子点背光的LCD和OLED色域的对比。

OLED开启了自发光显示屏的时代,由于采用有机发光材料,所以在自发光家族的性能参数最低。

OLED还有一个最大的杀手锏:柔性,要知道,变弯了之后,世界更为精彩。

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