三星OLED屏的馬賽克藝術(MOSAIC art)

談到OLED屏給人的第一印象就是它的面板像素排列,使用者可用手機微距拍攝或光學放大鏡拍照看看OLED屏, 可以看到它的RGB子像素似乎不同於LCD屏的样式, 乍看很有馬賽克藝術感! 這篇想和大家講個關於這排列的故事~

早在2008年透視(Clairvoyante)公司, 一家矽谷的新創公司, 帶著它名為Pentile技術的專利踏上台灣, 尋訪當時(2008)市占前三大的台灣面板廠談技術合作, 期望面板廠設計面板採用RG+BW表示二個相鄰像素的排列組合而成, 而該公司透視會提供名為SPR(Subpixel rendering)的算法, 共謀新商業合作模式, 而當時的台灣面板廠正處LCD大賺錢的時候, 又怎麼會想做這種異類的面板設計, 不單只是走線的問題, 還有CF(彩色濾光片)光學及DDIC芯片配合的必要, 當時甚至有PM(產品經理)直指說SPR這種技術是騙人的東西, 畢竟是單一像素只使用了二個實體電路走線, 於是捥拒了這样的合作模式!

圖片來自參考文獻[1]

  同样的場景搬到韓國三星, 當時的三星正如火如涂地埋首研發OLED及其周邊材料機台的完全自給生態, 這時的三星顯示(SDC)正苦惱著OLED像素電路需要使用7T1C(7 TFT電晶體 +1Capacitor電容), 光是面積走線就大過中LCD的六至七倍大小, 即使同样採用LTPS(低温多晶矽)製造TFT基板仍是面積大上許多, 這會限制OLED屏在高解析度(Resolution)應用的可能, 然而這時的透視(Clairvoyante)公司帶著一样的專利一样的合作模式找上門, 正好提供三星解決方法可以改善OLED屏的解析度受限制的問題, 於是大手筆的買下透視(Clairvoyante)公司的專利, 買斷所有Pentile技術的使用權(參考文獻[2]), 而正當其他面板廠搞不清楚三星的用意時, 隔年(2009)三星推出了第一支300PPI(每英吋像素數量)的AMOLED手機 S8000 Jet, 宣告三星出廠的OLED屏正式挷定Pentile和這名為SPR的技術, 這支手機帶著原生的Pentile排列上市, 其內建的SPR算法應該也是如此(回首看最為複雜的版本), 這個動作即便是至今(2023)看來仍是相當值得的, 透視(Clairvoyante) 公司及其Pentile專利也是名聲大噪, 然而當時捥拒Pentile又想做OLED屏的板廠就只好自研囉!

圖片來自參考文獻[3]

隔年的2011年苹果Iphone4提出了視網膜(Retinex)顯示器[3], 具有真實326PPI RGB三原色的LCD屏, 將人眼的視覺体驗大大的提升, 這個對使用OLED屏的三星手機帶來了相當大的挑戰, 這時的三星如果無法讓OLED屏提升到400PPI, OLED屏的Pentile效果可能會不敵具有真實像素326PPI的LCD屏, 這样三星的OLED屏可能就要退出市場了, 其困難點是因為先前Pentile的排列是採長方形的排法, 加上OLED屏的製造會受到FMM(Fine metal mask)金屬膜電射穿孔的物理限制, 若要實現400PPI其原本Pentile短邊的設計已超出當時(2011)FMM的規範, 這時三星的研發思考新主意把它轉向成正方形的可能性, 相鄰二個子像素採交錯擺放, 於是供出了新的馬賽克Diamond(鑽石)排列, 如下圖所示, 該年也順勢推出了土Galaxy S4證明OLED屏也是可以實現視網膜(Retinex)顯示器, 同時也進入三星手機全盛時期, 這時苹果也開始正視OLED屏, 開始研究它, 反之當時供貨苹果最多的JDI的危機也正式發酵。

圖片來自參考文獻[4]

在這個馬賽克藝術的背後都是專利保衛戰, 除了Diamond Pentile排列外, 各家競相研發其二的馬賽克排列, 馬賽克藝術可不是任意排放即可, 仍有以下許多限制的, 1). OLED元件僅可RGB三原色, 2). 像素所缺顏色需相鄰擺放, 這样SPR算法借色才可達較好的效果, 並且三色排列也會較均勻, 3). 另外受FMM穿孔精度限制, 同色不可以太近, 話說回來OLED屏的馬賽克藝術只有Pentile能看嗎? 近幾年(2019~ 2023)來出現其二的馬賽克排列應該就屬BOE(京東方)的GGRB最為廣為使用, 華為手機夾帶中國製造素求引用GGRB的排列, 又有周冬雨排列之名(可參考文獻[5]); 回首OLED的馬賽克藝術, 至今(2023)仍以Diamond Pentile排列視覺效果最佳, SPR這技術從一開始不被看好到現在已成OLED屏最大特徵, 一路走來相當不容易, 以這十年的收益來看, 三星收購透視(Clairvoyante)公司的Pentile專利真的是相當划算的交易。

周冬雨排列, 圖片來自參考文獻[5]]

[1] https://www.oled-info.com/pentile

https://en.wikipedia.org/wiki/PenTile_matrix_family

[2] https://iknow.stpi.narl.org.tw/post/Read.aspx?PostID=3317

[3] https://bigmedium.com/ideas/designing-for-iphone4-retina-display.html

[4] https://www.gsmarena.com/samsung_galaxy_s5_mini-review-1116p3.php

[5] https://www.gsmarena.com/huawei_mate_20_pro-review-1845p3.php