如何选择手机屏幕
引言
智能手机对大部分人都不可或缺，手机屏幕作为信息内容的展示窗口，与每一个使用者息息相关，一块好的屏幕对于手机而言重要程度不亚于性能。我们需要如何判别屏幕的好坏？
1.成像原理
人类目前所有的显示技术都是基于控制许多微小的像素点的亮灭，通过对像素点的精确把控显示屏得以显示出千奇百怪的图片。样子有了，颜色呢？在印刷中人们通常使用CMYK（印刷色彩模式）来实现多种颜色的展示，但在屏幕或者摄影中通常使用RGB三原色（光学三原色）来实现，每一颗像素点都是由距离极近的红绿蓝（RGB）三原色像素点组成，通过控制他们不同的亮度来实现展示需要的颜色。
2.屏幕发展历史
2.1 阴极射线管显示器
阴极射线管显示器（Cathode Ray Tube，CRT）是最早实现应用的一种显示技术，具有技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度、较低成本和丰富的几何失真调整能力等优点。
CRT核心部件为阴极射线管、偏转系统、荧光屏三个部分。其原理是使用阴极射线管发出电子束轰击荧光屏使屏幕显示图像，偏转系统通常是通过外加电场或者磁场的方法来实现，用来控制电子束轰击荧光屏的位置。
CRT常见于20世纪末到21世纪初的电视和电脑上，最早显示屏为球面状，这样做可以弥补偏振系统的灵敏度，但同时会导致边角画面失真。在后期工业界也对CRT进行了优化，出现了纯平显示器。由于采用了栅状设计等多种革新技术， 使得显示器的显示质量更上一层楼，画面更细腻、鲜艳，失真也不明显了。
CRT的缺点也是非常明显的，那就是体积大，功耗高。因为需要将电子发射到整个屏幕上，电子束的运动空间是不可能优化掉的，所以早期的电脑和现在比起来也显得笨重很多。也同样是这个原因，CRT没能应用于手机市场。这一因素也限制了CRT的屏幕大小和边长比例。出于这方面考虑CRT厂商会更倾向利用边长比为4:3来获得更大显示尺寸的方案。
2.2 液晶显示器
液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）是目前主流的显示技术，广泛应用于目前的电视、电脑和电子产品上。
LCD的原理非常有趣，但在介绍它的原理前，我需要插入关于一个光的偏振的概念。我们都知道光是一种电磁波同时光是横波（只有横波有偏振现象），变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，这就导致光会传播。对于人眼来说我们接收到的信息基本来自于光中的电场部分，所以我们讨论光时基本只考虑电场的变化。当自然光源发光时，首先电场的振动方向肯定是垂直于传播方向，但别忘了我们生活在一个三维空间，垂直于线的是一个平面，而电场的振动方向可能是这个平面内的任意一条线。
如图蓝色箭头为传播方向，红色箭头为电场可能的振动方向。如果有一束光，它的电场沿一个方向振动，我们称它为线偏振光，各个方向都有称为自然光。
问题来了，我们怎么知道光是怎么振的？这就需要引入偏振片这个玩意了。偏振片可以简单理解为一个画了一条线的平面，如果将它垂直于光传播方向放置在有一可以发出线偏振光光源的光路中。只有线偏振光的振动方向和这条线一致才能无损地通过偏振片，如果线偏振光的振动方向和这条线垂直，那在偏振片后面就完全看不见光了。如果入射线偏振光的振动方向和这条线成一定夹角时，会损失一部分能量，关于这点我们可以对将对偏振片平面建立直角坐标系，对线偏振光的偏振态进行分解计算，这里不再进行展开叙述。
接下来介绍一下液晶这个东西，我们知道固体的分子是具有周期性固定结构的，而气体的分子就是一种很随意的分布状态，液体介于两者之间，通常扁长型分子的液态分布会较为规律。奥地利植物学家莱尼茨尔（Reinitzer）于1888年发现液晶，这种通过加电压就可以改变分子排列的物质，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源开关下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。
LCD的显示像素点结构如上图，首先最下部分是光源，通常采用冷阴极荧光灯管（CCFL）或者是发光二极管（LED），目前也有使用有机发光二极管（OLED）的。这里不得不额外提一点，有许多场商在宣传时会称屏幕使用的是OLED，但实际上想表达的意思可能是LCD的显示技术背光层使用的是OLED光源，这与接下来要讲的OLED显示技术还是有区别的。光源上面是一个偏振片，由偏振片的特性我们可知自然光经过偏振片后出来的光都是线偏振光。随后垂直线偏振光会通过由正负电极控制的液晶层，这里以正向控制为例，如过电极不给电，液晶的分子排列不会使光的偏振态发生改变，即光还是垂直线偏振光，当垂直线偏振光遇到水平偏振片，完全无法通过，则显示器不发光。若电极加电，液晶分子排列会扭转90度，使光的偏振态也改变90度，垂直偏振光变为水平偏振光，可以通过水平偏振片，实现图像的显示。
2.3 等离子显示器
等离子显示器（Plasma Display Panel，PDP）又称为电浆显示屏。当电离过程频繁发生，使电子和阳离子的浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化，它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子态。
PDP是通过加电压，使板极间的气体产生等离子效应发光。这里关于PDP不多提及，主要原因在于PDP在市场竞争力上完全比不过LCD，日本许多厂商过去看好PDP为此还放弃了许多LCD的专利，后来这也导致日本显示器行业受到了打击。PDP主要缺点在于技术难度大和成本高，且只适合大型电视，在高中低端都不太能竞争得过LCD。
2.4 发光二极管和有机发光二极管显示器
发光二极管（LED）是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光。通过掺杂能实现不同颜色的发光，能发光自然能够实现显示，每个像素点都使用一个小的LED即能实现屏幕的功能。OLED中文名是有机发光二极管，从目前的理论来看，原理与LED差不多，LED和OLED是目前手机屏幕主流的显示技术，OLED具有功耗低、相应速度快、高分辨率、质量轻等优点。同时为适应新时代的柔性屏趋势，OLED的作用就越发凸显。
相较于其他显示技术，OLED是主动发光的，所以显示色彩比较艳丽。特别是当OLED屏幕显示纯黑色时，是所有像素点不发光，颜色为纯黑，而LCD在显示黑色时是使用液晶让光的偏振态与上面的偏振片垂直，这很容易产生一些误差，导致出现漏光现象。同时OLED屏幕每个像素点都是可以独立控制的，许多手机熄屏状态下会显示时间通知等，这对OLED屏来说并不需要费太多电。
但OLED也有缺点，在于它的使用寿命，不合适的使用或者特殊环境下OLED容易老化，会出现所谓的“烧屏”现象。还有一点就是当OLED屏幕如果使用的是PWM调光，当处于低亮度时可能会有屏幕闪烁的感觉，所以现阶段厂商有使用DC调光的方法来处理这一问题。
3.显示器件参数
3.1 尺寸
通常在挑选手机或其他显示器时，尺寸是我们首先注意的部分。尺寸是比较通用的表示屏幕大小的度量方法，计算方法为测量出屏幕对角的长度，然后将单位转换为英寸。通常手机屏幕在5-8英寸，1英寸=2.5399999961392厘米。
3.2 分辨率
分辨率指的是屏幕上显示的像素个数，一般以水平像素数×垂直像素数表示，常见的1920×1080意为水平像素数量为1920个，垂直方向像素数为1080个。经常说的1080p屏幕，“P”即是英文“Progressive scan”的缩写，意为逐行扫描，1080表示垂直方向有1080条扫描线，只要垂直方向的扫描线超过1080条就称为1080p屏幕。2K屏幕，指的是屏幕横向像素数量达到2000以上。
高分辨率是保证彩色显示器清晰度的重要前提。图像分辨率（Image Resolution）指图像中存储的信息量。这种分辨率有多种衡量方法，典型的是以每英寸的像素数（PPI，pixel per inch）来衡量。计算公式如下图，其中X为长度像素数；Y为宽度像素数；Z为屏幕尺寸即对角线长度。
\[ PPI = \frac{\sqrt[2]{X^2+Y^2} }{Z} \]
有些厂商还会在分辨率的地方标注FHD等标志，下表给出这些缩写的全称和对应的意思。
| 缩写 | 全称 | 中文释义 | 分辨率 |
|---|---|---|---|
| FHD | Full High | Definition | 全高清 |
| HD | High Definition | 高清 | 1024*720 |
| SD | Standard Definition | 标清 | 480320、640480 |
| qHD | Quarter High Definition | 高清的四分之一 | 960*540 |
| QHD | Quad High Definition | 四边形高清 | 2560*1440 |
| WQHD | Wide Quad High Definition | 宽四边形高清 | 3440*1440 |
3.3 刷新率和采样率
刷新率是指屏幕上的图像每秒刷新的次数，又称帧率。刷新率越高，所显示的图象稳定性就越好。手机上通常有60Hz、90Hz、120Hz这几档，高刷新率在长期使用屏幕或处于肾上腺素分泌情况下显得比较有优势。但高刷新率同时也会加快屏幕老化和增加功耗。
采样率是通信领域的名词，通常指采样频率，指一秒内对信号源进行多少次采样。在这里采样率体现了手机屏幕对人操作的相应快慢，采样率越高显得手机越“灵敏”。
3.4 色域
色域就是指某种表色模式所能表达的颜色构成的范围区域，通常用来衡量屏幕的色彩显示。我们知道屏幕的色彩显示是通过三原色混合而成的，而三原色的最大亮度决定了能覆盖所有颜色，如图。
假设该空间为人眼能见的所有可见光色彩，三角形划出的区域即为屏幕的色域。行业为统一标准，为色域规划名词，常用的有sRGB、Adobe RGB、DCI-P3。通常还会在前面加百分比，如99%sRGB，指的是该屏幕能显示99%的sRGB标准的色彩。
3.5 亮度和对比度
亮度是光学领域常用的单位，通常表达为光强与光源的面积比，即单位投影面积上的发光强度。亮度的单位是坎德拉/平方米\(（cd/m^2）\)。屏幕的亮度常用尼特（nit）为单位，其中\(1 nit=1 cd/m^2\)。
对比度指最亮的像素和最暗的像素的亮度之比，对比度对视觉效果的影响非常关键，一般来说对比度越大，图像越清晰醒目，色彩也越鲜明艳丽；而对比度小，则会让整个画面都灰蒙蒙的。高对比度对于图像的清晰度、细节表现、灰度层次表现都有很大帮助。
4 实例分析
4.1 iPhone 12
如图为iPhone12的官方放出的屏幕参数图：
首先是超视网膜XDR显示屏，根据官方的解释XDR是比HDR更进一步的技术，高动态范围图像（High-Dynamic Range，简称HDR），相比普通的图像，可以提供更多的动态范围和图像细节。而XDR能够显示照片和视频中广泛的明暗区域。这使屏幕可以清晰显示深黑和亮白的区域，同时保留各区域之间的微妙差异。照片看起来将更加生动。但本质上该屏幕还是属于OLED显示屏。其余的一些参数在上文都有提及。
4.2 小米11
如图为小米11官方公开的屏幕参数：
2K AMOLED四曲面柔性屏是指分辨率为2K，主动发光型OLED，4边都是曲面的屏幕。然后是原色屏10bit，这里的10bit是指色深，通常用2的次方表示，1bit即为2的一次方，表示只能显示两种颜色。MEMC，英文全称为 Motion Estimation and Motion Compensation，中文译为运动估计与运动补偿。简单来说就是通过芯片和算法预估物体运动的轨迹，最终补偿出视频源中本身没有的画面，达到画面更为流畅的目的。
结束语
总结了这么多相信以后在面对繁杂的手机屏幕参数不再是一脸懵逼，而且这些屏幕参数在选择电视、电脑显示器中也能用得到。如果忘记了，也欢迎再回来查询。
参考资料
[1]赵俊楠.显示器的发展[J].科技信息,2011(36):664.
[2]李继军, 聂晓梦, 甄威,等. 显示技术比较及新进展[J]. 液晶与显示, 2018, 33(001):74-84.
[3]硬件杂谈.【硬件科普】显示器的色域和色准是什么东西？他会影响哪些体验[EB/OL].https://www.bilibili.com/video/BV1kk4y167rk?t=339,2020-05-11.
[4]硬件杂谈.【硬件科普】全网最简洁易懂的OLED与LCD屏幕工作原理与优劣科普[EB/OL].https://www.bilibili.com/video/BV1Wz411B7Tf?from=search&seid=10988679909731912318,2020-04-16.