无线深海|手机屏幕的那些门道，一文看懂
小小手机 ， 大有乾坤 。
这个曾经只用来打电话的通信工具 ， 目前已经无所不能 ， 成为了人们连接整个世界的第一窗口 。
而手机屏幕 ， 承担着手机的显示功能 ， 以及触控操作的入口 ， 更是“窗口的窗口” ， 地位十分关键 。
本期 ， 将跟大家聊一聊手机屏幕背后的秘密 。 看完本文 ， 下面的这些问题就可以得到答案：
1、手机屏幕都有哪些形态？
2、如何度量手机屏幕的尺寸大小？
3、分辨率 ， PPI ， 刷新率这些概念指的是什么？
4、手机屏幕有哪些类型 ， 背后的技术原理是什么？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” 。
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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” 。
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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” 。
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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” 。
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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” 。
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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 。
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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 。
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手机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” 。
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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 。
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常见的显示器屏幕分辨率定义
比如 ， iPhone X的屏幕大小为5.8英寸 ， 分辨率为1125x2436 ， 也就是说 ， 这款手机在宽度方向有1125个像素 ， 长度方向有2436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(Pixels Per Inch) ， 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326 。 当然 ， 通过查看产品介绍来获取PPI值更为简单方便 。
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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 ， 完全无法感受到像素的存在 。
十年前 ， 在iPhone 4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300PPI这个‘神奇数字’以上 ， 你的视网膜就无法分辨出像素点了 。 ”
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乔布斯手持iPhone4
这就是苹果对“视网膜屏幕(Retina)”的最初定义 ， iPhone 4屏幕的像素密度也达到了326ppi 。
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 ， 300PPI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300到500之间 ， 三星的旗舰甚至都超过了500 ， 连苹果自己的iPhone X和11都已达到了458的PPI 。
下面在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 。
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视频或者动画的原理
因此 ， 视频播放有一个“帧率(FPS: Frame per second)的概念 ， 就是每秒播放多少张连续画面 。
当帧率为16 FPS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30 FPS是可以接受的 ， 但是将帧率提升至60 FPS则可以明显提升交互感和逼真感 。
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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120Hz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TFT LCD ， 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Liquid Crystal Display ， 其实就是大名鼎鼎的液晶显示 。
OLED：英文全称Organic Light-Emitting Diode ， 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 。
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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 。
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LCD和OLED屏幕结构
LCD技术 ， “液晶（就是上图中左侧的Liquid Crystal）”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(Thin film transistor)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Active Matrix ， 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 。
Super AMOLED：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 。
Dynamic AMOLED：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 ， Super AMOLED和Dynamic AMOLED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 。
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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 。
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OLED屏幕（左侧）下的夜空要明显深邃一些
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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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 ， 背光是整个点亮的 ， 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 。
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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 。
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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 。
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iPhone的屏幕选择
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 。
【无线深海|手机屏幕的那些门道，一文看懂】好了 ， 本期的内容就到这里 。 相信大家已经对手机屏幕的主要参数和技术有所了解 ， 希望在后续选购手机时有所帮助 。
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