펜타일 매트릭스 패밀리

PenTile matrix family

PenTile 매트릭스는 전자 장치 디스플레이에 사용되는 특허 받은 하위 픽셀 매트릭스 구성이다. 펜타일은 삼성의 상표다. PenTile 매트릭스는 AMOLED와 LCD 디스플레이에 사용된다.

이러한 서브픽셀 레이아웃은 디스플레이 드라이버에 내장된 서브픽셀 렌더링 전용 알고리즘으로 작동하도록 특별히 설계되어 기존의 RGB(Red-Green-Blue) 스트라이프 패널과의 플러그 앤 플레이 호환이 가능하다.

개요

PenTile Matrix의 5개 하위픽셀 반복 셀 기하학 프로토타입(확대된 다이어그램)

"펜타일 매트릭스"(PenTile Matrix, 그리스어와 타일로 "5"를 의미하는 펜타-의 신조어)는 1990년대 초 개발된 원형 서브픽셀 배열의 기하학적 배치를 설명한다.[1] 레이아웃은 각 단위 셀에 빨간색 서브픽셀 2개, 녹색 서브픽셀 2개, 중앙 파란색 서브픽셀 1개로 구성된 Quincunx로 구성된다. L형과 M형 원추세포의 수는 거의 같지만 S형 원추세포의 수는 현저히 적은 인간 망막의 생체모방으로부터 영감을 받았다. S콘은 휘도 인식에 눈에 띄게 영향을 주지 않는 블루 컬러를 인식하는 것을 주로 담당하므로, 디스플레이의 적색 및 녹색 서브픽셀에 대해 블루 서브픽셀의 수를 줄이면 이미지 품질이 저하되지 않는다.[2][verification needed] 그러나 레이아웃은 필터에 의해 감소될 수 있는 색상 누수 영상 왜곡을 야기할 수 있다.[3][4] 어떤 경우에는 레이아웃이 RGB 레이아웃에 비해 moiré 및 blockeness를 감소시킨다.[5] PenTile 레이아웃은 이미지를 렌더링하기 위해 픽셀당 평균 1과 1/4의 하위 픽셀만 사용하는 하위 픽셀 렌더링과 함께 작동하고 종속되도록 특별히 설계되었다. 즉, 주어진 입력 픽셀이 빨간색 중심 논리 픽셀 또는 녹색 중심 논리 픽셀에 매핑된다는 것이다.

역사

PenTile은 Candice H. Brown Eliott에 의해 발명되었는데, 그녀는 2014년에 정보 디스플레이 협회의 오토 샤이드 상을 받았다.[6] 이 기술은 2000년부터 2008년까지 클레어보얀테 회사로부터 허가를 받았으며, 이 기간 동안 여러 아시아 액정표시장치(LCD) 제조업체에 의해 여러 개의 펜타일 디스플레이 시제품이 개발되었다. 삼성전자는 2008년 3월 클레어보얀테의 펜틸레 IP 자산을 인수했다. 그 후 삼성은 펜타일 기술 개발을 지속하기 위해 새로운 회사인 누보얀스에 자금을 지원했다.[7]

PenTile RGBG

PenTile 매트릭스 제품군의 RGBG 시스템을 사용한 Google Nexus One 스마트폰의 AMOLED 화면 확대 이미지

AMOLED와 플라스마[8] 디스플레이에 사용되는 PenTile RGBG 레이아웃은 빨간색과 파란색 픽셀이 번갈아 가며 인터리브된 녹색 픽셀을 사용한다. 인간의 눈은 특히 고해상도 휘도 정보에 대해 녹색에 가장 민감하다. 녹색 서브픽셀은 일대일로 입력 픽셀에 매핑된다. 적색과 청색의 서브픽셀을 서브샘플링하여 낮은 분해능으로 크로마 신호를 재구성한다. 휘도 신호는 입력 영상에서 높은 공간 주파수의 재구성을 최적화하기 위해 적응형 서브픽셀 렌더링 필터를 사용하여 처리되며, 여기서 녹색 서브픽셀은 재구성의 대부분을 제공한다. 빨간색과 파란색 서브픽셀은 수평과 수직의 공간 주파수를 재구성할 수 있지만 대각선 중 가장 높은 것은 아니다. 입력 영상의 적색 및 청색 채널에 있는 대각선 고공간 주파수 정보는 영상 재구성을 위해 녹색 하위 픽셀에 전송된다. 따라서 RG-BG 체계는 기존의 RGB-RGB 체계보다 하위 픽셀이 1/3 적지만 동일한 측정된 휘도 디스플레이 분해능으로 컬러 디스플레이를 생성한다.[9][10] 이는 디지털 카메라에 흔히 사용되는 바이엘 필터와 비슷하다.

장치들

2021년 현재 "휴대용 가전제품의 거의 모든 OLED 화면은 일종의 펜틸레 서브픽셀 레이아웃을 사용한다."[11]

PenTile RGBW

RGBW 장치의 확대 이미지

LCD에 사용되는 PenTile RGBW 기술은 기존의 적색, 녹색, 청색 서브픽셀에 추가 서브픽셀을 추가하는데, 이 서브픽셀은 색상 필터링 재료가 없고 백라이트가 들어오도록 하기 위한 유일한 목적으로,[23] 따라서 흰색이 W이다. 이를 통해 동일한 양의 전력을 사용하면서 RGB 매트릭스에 비해 밝은 이미지를 만들거나, 적은 전력을 사용하면서도 똑같이 밝은 이미지를 만들 수 있다.[24]

PenTile RGBW 레이아웃은 각각의 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브픽셀을 사용하여 인간의 눈의 적색 감지 및 녹색 감지 원뿔 셀에 고해상도 휘도 정보를 제공하는 한편, 모든 컬러 서브픽셀의 결합 효과를 이용하여 세 가지 원뿔 셀 유형에 모두 저해상도 크로마(컬러) 정보를 표시한다. 이것은 결합하여 표시장치 기술과 인간 시력의 생물학적 메커니즘의 일치를 최적화한다.[25] 기존 3종 대신 4종 컬러 프라이머리(Primary)를 사용함에도 불구하고 RGB 스트라이프(RGB-RGB) 레이아웃과 동일한 해상도로 서브픽셀을 3분의 1 적게 사용하고, 서브픽셀 렌더링을 메타 렌더링과 결합한 서브픽셀 렌더링을 사용한다. 메타메터 렌더링은 흰색 서브픽셀과 빨간색, 녹색 및 파란색 서브픽셀: W <> RGB를 조합한 서브픽셀 사이의 에너지 분배를 최적화하여 이미지 선명도를 개선한다.

디스플레이 드라이버 칩은 RGB~RGBW 컬러 벡터 스페이스 컨버터와 게이머 매핑 알고리즘이 있으며, 메타메터와 서브픽셀 렌더링 알고리즘이 그 뒤를 잇고 있다. 포화 색 품질을 유지하기 위해 포화 색상과 최대 화이트 밝기 사이의 동시 대비 오류를 방지하는 동시에 백라이트 전력 요구 사항을 줄이기 위해 디스플레이 백라이트 밝기가 PenTile 드라이버 엔진의 제어를 받고 있다.[26] 이미지가 흰색 또는 회색에 가까운 대부분의 불포화 색상일 때 백라이트 밝기는 크게 감소하는 반면 LCD 수준은 증가하여 보정한다. 이미지가 매우 밝은 포화 색을 가질 때 백라이트 밝기는 더 높은 수준으로 유지된다. PenTile RGBW는 또한 실외 시야 기능 개선을 위해 흑백 텍스트와 같이 불포화 색상의 영상 영역의 밝기를 배가시키는 선택적 고 밝기 모드를 가지고 있다.

장치들

논란

색상 하위 픽셀 평면 디스플레이의 해상도 정의 또는 측정에 관한 논란이 계속되면서 많은 사람들이[31][32][33] PenTile 디스플레이 제품의 해상도 주장에 의문을 제기하게 되었다.[34] 기자들은 "존재하는 거의 모든 평면 TV에서 픽셀은 하나의 빨간색, 하나의 녹색, 하나의 파란색 서브픽셀(RGB)으로 구성되며 모두 균일한 크기"라고 언급했다.[8] 전통적인 평면 스크린에서 해상도는 각 축의 배열에서 3개 그룹으로 나눠 빨간색, 녹색 및 파란색 서브픽셀 수로 정의된다. 결과적으로, 각각의 픽셀 또는 서브픽셀 그룹은 인접한 픽셀에 관계없이 화면에 어떤 색도 렌더링할 수 있다. PenTile 화면은 그렇지 않다.

컬러 디스플레이에서 분해능을 측정하고 정의하는 비디오 전자 표준 협회(VESA) 방법은 텍스트 렌더링을 위한 디스플레이의 경우 최소 50%의 Michelson 대비를 필요로 하는 라인 쌍의 대비를 측정하는 것이다.[35] PenTile 디스플레이 개발자는 라인 쌍의 대비를 위해 이 VESA 기준을 사용하여 지정된 분해능을 계산한다.[36] RGBG 레이아웃에서 대체 적색 및 청색 서브픽셀은 '공유'되거나 인접 픽셀과 함께 하위 샘플링된다. PenTile 디스플레이의[37] 하위 픽셀 밀도가 1/3 낮기 때문에 픽셀 밀도가 동일한 RGB 스트라이프 디스플레이에 비해 픽셀 구조가 더 잘 보일 수 있다.[38][39] 주어진 해상도 명세서에 대한 하위 픽셀의 손실은 일부 기자들이 펜타일의 사용을 "잔인한 관행"[40]과 "부정적인 부정행위"로 묘사하도록 만들었다.[41]

특정 크기 및 해상도 사양에 대해 PenTile 화면은 RGB 스트라이프 색상과 비교했을 때 일부 포화 색상과 배경에서 흐릿한 텍스트와 함께 곡면, 픽셀, 반점 등으로 나타날 수 있다.[42] 이 같은 효과는 색상이 프라이머리(primary)로 포화도가 높을 때 이미지 재구성에 참여할 수 있는 서브픽셀의 수를 제한한 데 따른 것으로 파악된다. RGBW의 경우 포화 색상을 유지하기 위해 W 하위 픽셀을 사용할 수 없기 때문에 발생한다. RGBG의 경우 완전히 채워진(픽셀당 녹색 1개) 하위 픽셀이 기여할 수 없기 때문에 색상 경계가 주로 빨간색 또는 파란색일 때 이러한 영향이 발생할 것이다. 다른 모든 경우에 대해 텍스트 및 특히 전체 색상 영상이 효과적으로 재구성된다.[26]

장단점

PenTile 레이아웃은 지정된 해상도를 만드는 데 필요한 하위 픽셀 수를 줄인다. 이에 따라 다른 기술보다 저렴한 비용으로 PenTile AMOLED 화면에서 HD 해상도를 얻을 수 있으며, 대부분의 리뷰어들은 PenTile 효과(전체 화소가 아닌 VESA에 따름)를 볼 때(삼성 갤럭시 S III 등)가 낮은 해상도 PenTile 디스플레이(Droid Razr)보다 PenTile 효과를 덜 뚜렷하게 만든다는 점에 주목한다. 두 번째 장점은 낮은 전력 소비량이다:[43][44][45][46] HTC One S는 PenTile 디스플레이를 사용함으로써 동급 LCD 화면보다 에너지 효율이 높고 얇아 HTC One X의 IPS LCD보다 배터리 수명이 더 좋다. PenTile AMOLED 화면도 RGB 스트라이프 AMOLED보다 저렴하다.[47]

삼성에 따르면 펜틸 아몰레드 디스플레이는 파란색 서브픽셀이 적어 수명이 길다.[48]

대부분의 PenTile 디스플레이는 녹색과 청색/적색 픽셀을 번갈아 사용하는 직사각형 그리드를 사용한다. 다만 삼성 갤럭시S4는 녹색 픽셀이 타원형으로 한 줄로 반복되는 펜틸레 다이아몬드 픽셀 어레이를 사용하는 반면, 빨간색과 파란색 픽셀은 크기가 크고 녹색 선 사이를 번갈아 가며 갤럭시S III의 이전 세대 펜틸레 디스플레이에 비해 더 균일한 색상을 보장한다.[49]

리셉션

스마트폰용 펜타일 디스플레이가 엇갈린 반응을 얻고 있다. 예를 들어, Motorola Atrix 4G의 디스플레이는 "가장 먼 줌에서 실제로 읽을 수 없는 텍스트는 말할 것도 없고 정확하지 않은 색상과 낮은 시야각"을 가지고 있었다. Also in a comparison between the original Droid Razr and the cheaper RAZR V, the RAZR V's TN TFT LCD (a low-end LCD, compared to the higher-end IPS panel LCD) was found to be much crisper than the Droid Razr's Super AMOLED Advanced PenTile despite both screens using the same 'resolution'.[50][51]

참고 항목

  • Quattron – RGBY를 통한 RGB 복제
  • RGBE 필터 – 에메랄드 서브픽셀이 추가된 RGB
  • Bayer 필터 - 이미지 센서에 사용되는 RGGB 필터

참조

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