iPhone 屏幕好在哪？OLED 次像素渲染深度解析

iPhone 屏幕好在哪？OLED 次像素渲染深度解析

Hello 大家好，欢迎收看这一期的 Apple 护城河视频，我是初号。

我们频道之前用了好几期视频，给大家分享了几个 Apple 产品在显示效果上做的比较好的地方，像是色彩管理，可以根据图片或者视频的配置文件，在正确的色彩空间下进行渲染，再比如 local HDR，可以利用 OLED 或者 miniLED 高亮度的特性，让图片或者视频能够尽可能还原出当时场景的亮度。没看过的朋友强烈建议看看之前这几期视频。

但其实不知道大家有没有注意到一个问题，那就是这俩功能本质上是在干一件事，就是创造一个亮度和色彩都足够大的容器，把可以把所有内容统一转进来，再转换成屏幕接受的数据格式，因为对于屏幕的像素来说，他只接受一种数据格式，那就是 RGB 信号和当前的亮度，这部分是在系统中完成，不需要硬件的参与，我愿称其为操作像素的艺术。

但我们今天要分享的主题，则要比这个更加底层，因为我们都知道，内容当中的每一个像素，到屏幕上实际需要 RGB 几个像素来混合显示，这就是屏幕的次像素或者说子像素。

那次像素是如何被驱动进行显示的？OLED 和 LCD 之间的区别在哪？ Apple 在这又有什么积累？那接下来我就来好好讲讲。

次像素渲染

先给大家做一点简单的科普，OLED 的像素并不是 RGB 1:1:1 的，像主流的钻石排列，红蓝就各少了一半的像素，这时候如果显示一个白点，只点亮 RGB 三个像素可能就不够，还需要从旁边借像素，来确保颜色和形状尽可能的还原，这就是次像素渲染算法。

做得好可以让你感觉不到 OLED 缺少红蓝像素这个先天的劣势，做的不好那就会出现模糊或者锯齿，看起来不够清晰。所以这个功能算是那种，做的越好，你反而越没有感知的一个功能。

但大家可能不知道的是，尽管 LCD 是标准的 RGB 排列，他也需要借助类似的手段来平滑曲线或者圆角，像 Windows 有 ClearType 和整数缩放，Mac 这边有 HIDPI，都是在解决类似的问题，这些功能可以由软件来自定义，适配不同的显示屏，但是移动端由于功耗限制更加严格，所以类似的算法必须固化在硬件中，这个硬件就是显示芯片，又叫 DDIC，他不太起眼，藏在显示屏的背后，但是一般看楼斌老板的拆解视频，都能找到他的身影。

视频在 B 站被热心网友指正，这个框里圈出来貌似不是 DDIC，DDIC 在图中左边的封装内（待确认）

这也是软件端能控制的最末尾，软件系统是不能通过命令单独点亮一个「次像素」的，只有 DDIC 才有这个功能。所以不管聊显示的什么内容什么算法，最后可能都绕不开这颗芯片，今天先简单介绍下，未来我们的视频可能还会提及他。科普完毕我们进入正题。

DDIC 功能

为了这次给大家演示次像素渲染的效果，我还把放弃多年的 html 开发捡了起来，手写了个测试次像素渲染的网页，在这里也感谢 Navis 老师提供的创意，之所以用网页而不是图片，是因为每个设备的屏幕分辨率不一样，有 1080P 的、有 2K 的、还有 Apple 这种非标准分辨率的，要保证各个设备显示测试图案的大小接近，使用一样的字体，且不受图片压缩带来的影响，用代码画出来是最靠谱的，这个图虽然看着比较简陋，但是效果已经达到了。

测试页面在这里，实现得很粗糙还望各位开发大佬轻喷，大家可以试试在自己手机上显示的效果。那这里再提醒一下，次像素渲染的算法实际上是 DDIC 芯片厂和屏厂一起来完成的，所以这里本质上是三星屏和国产屏、LCD 和 OLED，以及不同分辨率之间的区别。

所以请大家不要纠结我是在用什么型号的手机，这个跟本次测试其实没有关系。那我们先来看看 1080P LCD 屏幕的表现。

我们先看测试图案的上半部分，乍一看显示效果非常好，文字清晰不发虚，这些间隔 2 个单位的直线斜线，也都能分辨出轮廓，毕竟是 LCD 嘛，基础效果肯定是没问题的，但是往下看图标的显示效果，比如说新建便签的图标，左右和上下就出现了宽度不一致的问题，再看看耳机图标头梁的部分，也有明显的锯齿。

我们用显微镜放大看看次像素渲染实际的情况，那些半亮不亮的像素，就是为了显示平滑而从旁边借的像素，但 LCD 借的都是完整的 RGB 像素，不能借单个次像素。在便签这个图标中，其实不用借像素，也能把图标显示完整，借了之后反倒多余让四边不等宽，而耳机的图标这边，你能看到处理的又不够激进，尤其是头梁的上边缘，并没有借用，导致曲线看起来就不够平滑。

然后我们就着这两个图标，再来对比一下 1080P OLED 的表现，并且把国产屏和三星屏放一起看看区别，首先便签图标好像有着一样的上下左右不等宽的问题，这里国产 OLED 的表现似乎还好一些，但是耳机图标的曲线，三星 OLED 看起来会更加平滑，并且比 LCD 表现更好。

我们对比显微镜下的表现，国产屏在借用次像素时，上边缘的曲线向下多借用了几组像素，并且红色像素很亮很显眼，侵占黑区太多就中断了曲线的连续性。

并且如果回到测试图，看下排的大图标，三星屏仍然有优势，但是国产屏在显示文字的时候扳回一城，看起来会更加锐利，借用像素导致的边缘彩边现象更少，算是有益有弊吧。

并且从这也能看得出来，只要次像素渲染算法做的好，OLED 跟 LCD 差别已经并不明显，甚至有些场景，因为可以更精细的控制次像素对边缘进行填充，OLED 在平滑度上还要好于 LCD，OLED 已经不是当年的 OLED，这就好像 CMOS 当年各项素质也是不如 CCD，但最终还是把 CCD 淘汰了，确实是时代变了呀。

然后我们再看看两个 1.5K 和 2K 级别屏幕的对比，这里姑且按照红米的说法把 iPhone 也算成 1.5K，首先这一轮三块屏在清晰度上，相比 1080P 的屏幕都要好上不少，尤其是直线的辨识度上，因为像素密度更高的关系，次像素渲染算法有了更多发挥的空间，甚至显示一个单位的点，都要比 1080P 的更清晰。

在显微镜下观察，这是 1080P 屏幕的点，这是 1.5K 国产屏的点，这是 iPhone 的点，而这是 2K 三星屏幕下的点，从这可以发现，1.5K 确实是一个分水岭，显示出的点更接近一个正方形，我们再看看 1 个单位间隔的绿线，他们中间的分界线，也都比 1080P 的屏更加明确。

如果说到这三块屏难分秋色的话，那再往下看图标的效果，iPhone 的优势就非常大了，便签图标四边等宽，耳机图标极其平滑，这个甚至超过了分辨率更高的 2K 屏。

放大看细节，iPhone 在黑色区域调用了更多的次像素进行填充，不发光的区域最小，但是跟国产 1080P 屏不一样的是，填充的次像素亮度很低，平衡的更好，所以最终肉眼看上去，曲线会更加平滑。

其实看到这我们可以做一个小结了，1080P 下 LCD 屏幕跟三星的 OLED 各有优劣，但都略好于国产的 OLED 屏幕，主要体现在 LCD 字体更加清晰，但三星的 OLED 曲线处理更加平滑，而到了 1.5K 这个级别，国产 1.5K、iPhone 和三星的 2K 表现大体接近，但是在图标显示的平滑度上，iPhone 展现出了相对明显的优势。

当然啊，我这里的测试图属于非常极端的条件，是专门为了找问题而制作的，实际大家在使用手机的过程中，内容本身的清晰度差异可能远远大于算法的优劣。但还是得说，这两年国产屏的飞速发展，显示效果已经非常出色，早些年三星钻排屏幕清晰，显示效果好的优势再一点点被抹平，尤其是我在 K50U 的视频中说，1.5K 屏在中端产品上代替 1080P 屏幕一定是大势所趋了，今天的测试结果也侧面证明了这一点。再就是分辨率高并不一定清晰，次像素渲染算法能把清晰度的优势给抹平，甚至反超。

这里又要类比相机了，好的 CMOS 只能决定下限，配合上好的算法和调试效果，才能拉高整体的上限。我估计有朋友可能会说，这都太极端了，我觉得 1.5K 都挺好了，反正实际用也看不出啥区别。我相信大多数人应该都是这么想的。

确实作为一期护城河的视频，如果只挖到这一层，Apple  的优势似乎还不够明显，但你说，Apple  每年找屏厂独家定制的屏幕花那么多钱，他到底厉害在哪呢？是不是还有什么细节我们没有发现呢？

这时候大家再仔细看看 Apple 的屏幕，不管是对比 1.5K 的国产屏，还是三星的 2K 屏，你们有没有发现 Apple 的像素好像更大一些，像素看起来更密集、间隔更小？其实不管对比哪个 OLED 都是一样的，iPhone 的屏幕，像素就是最大的，这个东西的学名叫做像素的「开口率」。

开口率做大有很多的好处，比如说同样的电压，开口率大的像素亮度会更高，反过来说达到同样的亮度也会更加省电，对屏幕的寿命也有一定的提升。

不知道这时候会不会有朋友问，为什么开口率做大有这么多优势，连三星自己的 2K 屏幕都没有跟进，只有 Apple 是独一份呢？

说实话答案其实很简单，那就是良率和成本。OLED 屏幕的生产是通过蒸镀的方式固定像素位置的，RGB 三种像素对应要做三次蒸镀，每次蒸镀会用到一种掩膜，像素透过掩膜落在基材上就算固定成功，所以为了保证良率减少坏点，掩膜的开口要比像素稍大一点。

但是如果像素开口率很大，像素又很密，掩膜开口大小就很矛盾，弄小了像素固定不到基材上，就变成了坏点，弄大了落到了旁边像素上，颜色就错了。总之这是个行业难题，我不知道 Apple 到底花了多少时间和成本解决了这个问题，但最后的结果是，Apple  的屏幕在三星有完全独立的生产线，并且 iPhone 屏幕的亮度成为了行业标杆，功耗还做的很好。这可能就是钞能力把。

话说回来，厨子同志毕竟是供应链管理大师，他不可能允许屏幕的成本无限制膨胀，他肯定得想点什么辄来降低屏幕的成本，他想了个什么辄呢？我们其实能从一个参数当中找到答案，那就是屏幕的「PPI」。

其实 Apple 真的是一家非常不一样的公司，他们的产品都是用尺寸定义屏幕，而不像其他人一样用分辨率定义屏幕，Apple  的产品的分辨率全都非常奇怪，但如果你仔细看参数的话，你会发现他们的 PPI 都是相同或者接近的。回顾近十年来 Apple 发布的所有手机，在升级了 Retina 显示屏之后，LCD 只出现过 326 和 401 两个数字，OLED 我没记错的话，也就只有 458、460、476 这三个数字，iPad 和 Mac 我就不一一列举了。

从用户端来讲，选择产品时屏幕只需要考虑尺寸就足够了，不同尺寸的屏幕，清晰度和显示效果都比较接近，Apple  屏幕好这个记忆点就被植入进了用户的心中。从成本控制上来讲，只要是 PPI 一样的屏幕，其实可以被认为是一块屏，因为生产时都是一整块大的面板上切下来的。

甚至不同代的屏幕，就像今年 14 Plus 和去年的 13 Pro Max，虽然刷新率不一样，但是尺寸和 PPI 完全一样，在生产当中一定是有很多工序是可以完全复用的，这些都进一步的节省了成本。

并且这里有一个非常隐性的成本，就是次像素渲染的研发成本，这个算法实际上跟 PPI 是强相关的，因为 Apple 的屏都是独家定制的，使用次像素渲染的算法也是自己研发的，PPI 一样的屏使用的是同样的算法，不用重复造轮子，更专注的优化效果，确实是一举多得。

最后也是最重要的，其实是如果具备了控制次像素的能力，相当于打开了一扇新世界的大门，因为你还可以做另一件事，那就是「烧屏补偿」，今年大家也都看到了，iPhone 的 AOD 跟安卓非常不一样，屏幕整个不熄灭直接显示锁屏页面，还不移动位置。从理论上说，这么干相比安卓这边的 AOD 当然是更容易烧屏的。但是一方面像素的开口率更大，提升了屏幕的寿命，另一方面，Apple  有一套自己的补偿算法。

那说到这我还是提醒一下，OLED 烧屏补偿属于非常核心的机密，我也只能给大家分享一些实验结果和猜测，大家就听一下当做一个参考。这里也欢迎对这块有深入研究的朋友在评论区和私信跟我交流。

3 年前，我们当时用 XS Max 做了很多的老化实验之后发现，Apple  屏幕的寿命要比当年的 Android 机好很多，非常不容易出现烧屏的痕迹，这引发了我们非常大的好奇心，而后我们经过跟国内屏厂合作做技术分析之后发现，Apple  在 OLED 屏幕上外挂的那颗闪存芯片，可能是这里面的关键。

我们当时猜测，这个芯片其中一个作用就是存储每一个子像素的发光时间，按照像素本身的寿命曲线，对亮度进行补偿，注意啊，是每一个子像素，差不多 800 多万个数据。这样做的结果就是，除非是非常严重的老化，否则你几乎不会看到烧屏出现的痕迹。但是随着使用时间的提高，屏幕的峰值亮度会下降，去匹配老化最严重的像素的亮度。

这也可能是为什么 Apple 要在 2019 年开始做屏幕认证的原因，只有官方的屏幕，这些信息才能被识别，烧屏补偿的功能才能正常开启。

坦率的说这个做法是非常聪明的，考虑的非常完整，既保证了官方维修的控制力，也让发光时间可以跟屏幕绑定在一起，同一块屏幕，不管用了多久不管换到哪个手机上，他的显示效果前后不会改变。

我们之所以猜测 Apple 会这样干，一是因为 iPhone 在老化测试中确实表现非常好，另外也是因为这件事 Apple 确实有能力做，并且别人很难学：闪存芯片和 DDIC 全都要定制，次像素渲染跟烧屏补偿算法高度耦合，必须通盘考虑，每种像素的老化曲线需要提前测量，这里面每个点对其他产品来说可能都是一座大山，但是 Apple 把他们全都掌握在了自己手里，并且最终转化成了一个独一无二的功能，就是 iPhone 和手表的 AOD 显示。

这就是 Apple 垂直整合的功力。

不过我必须在这补充一句，三星自己的手机其实也是有机会的能做到的，但从我们当年老化测试的结果来看，他们的表现又很普通，并且现在的 AOD 也没有比其他安卓手机更丰富，所以我猜还是哪里有困难没有打通。

又到了总结的部分了，其实在分析完 Apple 的产品之后，我常常有一种感觉，就是在 Apple 做产品经理可能是一件非常轻松的事，因为没有很多条条框框的限制，你只要专注在正确的事情上就够了，技术团队能力足够强，可以把你的想法执行落地。

但我转念一想，专注在正确的事情上，并且把方案考虑的足够细致，足够完整，这不也是产品经理这个岗位最困难的地方吗？没有了外部条件的限制，其实更加考验产品经理的能力，因为你是没有任何接口的。

就像我们今天分析的次像素渲染这一大堆相关联的功能，次像素渲染和防烧屏我应该可以想到，但是官方屏幕认证这件事很可能就会被忽略掉，而且你再仔细想想的话，次像素渲染和 miniLED 上的分区调光，底层原理是一模一样的呀。不都是为了保证边缘的平滑吗？那分区调光的算法又从中借鉴了多少呢？

所以我总是感慨，越研究 Apple，越觉得 Apple 是所有人的老师，他拿出的往往是最优解，让你不得不去模仿，甚至有时候连模仿都很难做到，那你还怎么好意思嘲讽人家没有创新呢？

就拿防烧屏来说，现在每一家都在研究解决方案，但是摆在眼前的问题是，次像素渲染算法、DDIC 功能定制、像素老化研究，这里每一个都是硬骨头，有时候即使你有想法，也会发现受制于人，没法面面俱到。

不过国产屏的强势崛起其实给行业带来了变化，就像我之前在 K50U 那期视频里讲到的，国内供应商是非常开放的，合作时的技术交流也非常真诚，愿意一起努力提升屏幕的显示效果。

我对这件事还是非常乐观的，可能这一段的护城河已经不那么牢固了。好了这就是本期视频的全部内容了，非常感谢大家的观看和三连支持，这里是是两颗皮蛋的初号，我们下期见~

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