Sub-pixel Rendering——子像素排布

通过上一篇的介绍大家对传统显示面板应该有了一定的了解，本篇主要介绍下当前在LCD和AMOLED上的子像素排布。

一、LCD子像素排布

RGB 

Stripe条状排布如上图所示，每个子像素有R、G、B三分量构成，每个网格表示一个完整的像素结构，在LCD上这边排布结构最为常见。

RGBW 

RGBW主要是增加了W子像素，不仅可以提高面板的整体亮度表现，同时也可以达到节约成本的目的。主推RGBW面板的包含韩国的LGD的M+以及日本JDI的WhiteMagic。

二、AMOLED子像素排布

Pentile RGBG

Pentile RGBG是由Samsung所主导的在AMOLED上的Pentile排布中的一种，其下包含L1，L2，L6，L2W，L6W等诸多排布。由于专利问题，目前国内的各大厂商都无法生产RGBG排布的面板。Pentile结构最早是由Candice H.Brown Elliott所发明，在2008年的时候公司被Samsung收购，后改名为Nouvoyance.

RGB delta

由于上述所说的专利问题，目前国内各大厂商只能生产RGB delta排布的面板后续会详细介绍为什么RGB delta跟RGBG存在一定的劣势。

为了更好地说明RGBG和RGBdelta的不同，如下图所示

同样表示2行3列共6个像素

• 采用RGBdelta结构，一共使用了4个完整的RGB单元，相当于节省了1/3的子像素，共12个子像素；
• 采用RGBG的结构，一共使用了6个不完整的RGB单元，每个单元分别包含RG或者BG2分量的子像素，子像素个数为12个；

可见，RGBG针对不同的分量的取舍不一样，更多的保留了G子像素，了解色彩学的同学都应该知道，人眼对G分量最敏感，因此从这个角度上来看RGBG似乎是一种更优的结构。

Sub-pixel Rendering——背景知识

Sub pixel Rendering（子像素渲染）主要使用在LCD和OLED上面的一种提升屏幕显示分辨率的技术。相关概念可以参考维基百科。

为了理解这个算法的具体应用以及相关背景，首先简单解释下定义中的几个概念：
一、LCD和OLED
LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示器，由一定数量德彩色或者黑白像素构成。其基本构造如下图：

简单工作原理如下：通过在两端增加电压，驱动液晶面板里面的液晶发生偏转，从而完成由不同电压到不同灰阶亮度的对应。通常背光源为白光，在每个子像素位置上增加不同的CF（Color Filter）从而显示不同的颜色的光。

围绕着这个结构，目前了解到的有以下算法：

基于背光控制的Dimming Control（CABC）；

基于TFT电路的V-th补偿；

基于色彩的色彩学研究（White Balace && Color Gamut Mapping）

基于工艺制程的相关研究（主要为Panel厂研究）

OLED（Organic Light-Emitting Diode）有机发光二极管，与之前介绍的液晶显示器不同，OLED具有自发光性、广视角、色域广、高对比、低耗电、高反应速率等特点，常见的驱动方式为PMOLED（Passive Matrix）和AMOLED（Active Matrix）

简单工作原理如下：电子和空穴经过电子传送层和HIT洞穴层的传输，结合后释放出光子。不同于LCD的电压控制液晶，OLED为电流驱动，由于TFT的特性，这时候的V-th飘逸更厉害，因此常见的内部补偿采用（2T1C~7T1C）。

目前OLED技术研究上为Samsung一枝独秀，技术整体水平遥遥领先国内各大面板厂商。Samsung字Galaxy系列起一直使用AMOLED技术，到如今技术已经很稳定，目前国内主流采用AMOLED屏的手机，如Huawei Mate 9 Pro、OPPO r9s、Meizu Pro6s等都是采用的Samsung供货的AMOLED屏，因此即使从Samsung Note 7 爆炸事件发生，在原材料方面也能给Samsung带来很大收益。

二、像素和子像素
像素是视频显示的基本单元，平常我们看到的二维图像可以理解为是对垂直水平面的2D采样，具体可以参考像素。
每个像素一般情况下是由RGB三原色组成，每个像素上的每种颜色叫一个“子像素”。子像素。
在家用电视上我们常常说到“真4K”和”假4K”。其中“真4K”采用的面板一般是3840x2160x3个子像素。从前面介绍LCD我们知道面板上通常采用CF得到不同颜色的光，因此一种想法就是构造RGBW这样的4色子像素结构，即2880*2160*4。这样从色彩的角度来看，每个颜色的分量都减少了1/4，但是亮度上来说，由于增加了一份W，因此RGBW整体效果看起来会明亮很多。由于颜色分量的减少，因此为了
由于人们对子像素的深入了解，这里主要的研究算法为：
基于色彩转换的RGB<-->RGBW，由于颜色分量的减少，为了正确显示颜色，就需要有RGBW算法。
基于子像素减少的Sub pixel Rendering，为了弥补像素的减少，让3个子像素表示原有4个像素的效果。

三、PPI/PPD和Retina

PPI（Pixel Per Inch）,又被成为像素密度，是一个表示打印图像或显示器单位面积上像素数量的指标。

Retina（视网膜显示屏）是一种由苹果公司设计和委托制造的显示屏，具备足够高像素密度而使得人体肉眼无法分辨其中单独像素点的液晶屏。

PPD（Pixel Per Degree），用来度量每度视角下的像素密度。后面会介绍为了在有了Retina之后，VR上人们还要追求更好解析度的PPI。

四、技术应用

在介绍了前面几个概念以后，下面就是实际的应用。随着解析度的增加，现在普遍的手机分辨率为FHD 1920x1080，以及QWHD 2560x1440，再往上增加，在一个5.5英寸上制作工艺难度会加大，考虑到之前我们介绍的PPI和Retina的概念，在一个手机面板上，其中我们并不一定需要如此高的分辨率。因此结合人眼的实际特性以及产品工艺，一种减少子像素个数的想法就出来了：在传统QWHD上需要使用2560x1440x3 的三原色子像素，减少子像素的个数变成2560x1440x2，结合我们SPR算法，达到人眼可接受的效果。这就是Sub pixel rendering算法所需要做的事情。