عائلة مصفوفات PenTile

مصفوفة PenTile هي عائلة من أنظمة مصفوفات البكسلات الفرعية الحاصلة على براءة اختراع ، وتُستخدم في شاشات الأجهزة الإلكترونية . PenTile هي علامة تجارية مسجلة لشركة سامسونج . تُستخدم مصفوفات PenTile في شاشات AMOLED و LCD .

تم تصميم تخطيطات البكسل الفرعي هذه خصيصًا للعمل مع خوارزميات خاصة لعرض البكسل الفرعي مضمنة في برنامج تشغيل الشاشة، مما يسمح بالتوافق مع التوصيل والتشغيل مع لوحات RGB التقليدية (الأحمر والأخضر والأزرق).

يصف مصطلح "مصفوفة PenTile" (وهو مصطلح مُستحدث مُشتق من كلمتي "penta- " اليونانية، وتعني "خمسة"، و" tile ") التخطيط الهندسي لترتيب البكسلات الفرعية النموذجي الذي طُوّر في أوائل التسعينيات. ^{[ 1 ]} يتكون هذا التخطيط من شكل خماسي يضم بكسلين فرعيين أحمرين ، وبكسلين فرعيين أخضرين ، وبكسل فرعي أزرق مركزي واحد في كل خلية وحدة. وقد استُلهم هذا التصميم من المحاكاة الحيوية لشبكية العين البشرية ، التي تحتوي على أعداد متساوية تقريبًا من الخلايا المخروطية من النوعين L وM ، ولكن عددًا أقل بكثير من الخلايا المخروطية من النوع S. وبما أن الخلايا المخروطية من النوع S هي المسؤولة بشكل أساسي عن إدراك اللون الأزرق، الذي لا يؤثر بشكل ملحوظ على إدراك الإضاءة ، فإن تقليل عدد البكسلات الفرعية الزرقاء مقارنةً بالبكسلات الفرعية الحمراء والخضراء في الشاشة لا يُقلل من جودة الصورة. ^{[ 2 ]} ومع ذلك، قد يتسبب هذا التخطيط في تشوه الصورة نتيجة تسرب الألوان، وهو ما يمكن تقليله باستخدام المرشحات. ^{[ 3 ] [ 4 ]} في بعض الحالات، يُقلل هذا التصميم من التموجات والتشوهات مقارنةً بتصميمات RGB التقليدية. ^{[ 5 ]} صُمم تصميم PenTile خصيصًا للعمل مع تقنية عرض البكسلات الفرعية، والتي تستخدم بكسلًا فرعيًا واحدًا وربعًا فقط لكل بكسل، في المتوسط، لعرض الصورة. أي أن أي بكسل مُدخل يُقابل إما بكسلًا منطقيًا مركزه اللون الأحمر، أو بكسلًا منطقيًا مركزه اللون الأخضر.

يستخدم تخطيط PenTile RGBG المستخدم في شاشات AMOLED والبلازما ^{[ 8 ]} وحدات بكسل خضراء متداخلة مع وحدات بكسل حمراء وزرقاء بالتناوب. العين البشرية أكثر حساسية للون الأخضر، خاصةً لمعلومات الإضاءة عالية الدقة. تُطابق وحدات البكسل الخضراء الفرعية مع وحدات البكسل المدخلة بنسبة واحد إلى واحد. تُؤخذ عينات فرعية من وحدات البكسل الحمراء والزرقاء الفرعية، مما يُعيد بناء إشارة اللون بدقة أقل. تُعالج إشارة الإضاءة باستخدام مرشحات عرض البكسل الفرعية التكيفية لتحسين إعادة بناء الترددات المكانية العالية من الصورة المدخلة، حيث تُوفر وحدات البكسل الخضراء الفرعية الجزء الأكبر من عملية إعادة البناء. تستطيع وحدات البكسل الحمراء والزرقاء الفرعية إعادة بناء الترددات المكانية الأفقية والرأسية، ولكن ليس أعلى تردد قطري. تُنقل معلومات التردد المكاني العالي القطري في القناتين الحمراء والزرقاء للصورة المدخلة إلى وحدات البكسل الخضراء الفرعية لإعادة بناء الصورة. وبالتالي، يُنتج نظام RG-BG شاشة ملونة تحتوي على ثلث عدد البكسلات الفرعية مقارنةً بنظام RGB-RGB التقليدي، ولكن بنفس دقة عرض الإضاءة المقاسة . ^{[ 9 ] [ 10 ]} وهذا مشابه لمرشح باير المستخدم عادةً في الكاميرات الرقمية .

تُضيف تقنية PenTile RGBW، المستخدمة في شاشات LCD، بكسلًا فرعيًا إضافيًا إلى البكسلات الفرعية التقليدية للأحمر والأخضر والأزرق، وهو عبارة عن منطقة شفافة خالية من مواد ترشيح الألوان، ووظيفتها الوحيدة هي السماح بمرور الإضاءة الخلفية ، ^{[ 24 ]} ومن هنا جاء حرف W للدلالة على اللون الأبيض . وهذا يُتيح إنتاج صورة أكثر سطوعًا مقارنةً بمصفوفة RGB مع استهلاك نفس القدر من الطاقة، أو إنتاج صورة بنفس السطوع مع استهلاك طاقة أقل. ^{[ 25 ]}

يستخدم تصميم PenTile RGBW كل بكسل فرعي من البكسلات الحمراء والخضراء والزرقاء والبيضاء لعرض معلومات إضاءة عالية الدقة لخلايا المخروط الحساسة للون الأحمر والأخضر في العين البشرية ، بينما يستخدم التأثير المشترك لجميع البكسلات الفرعية الملونة لعرض معلومات تشبع لوني (لون) أقل دقة لجميع أنواع خلايا المخروط الثلاثة. يُحسّن هذا المزيج توافق تقنية العرض مع الآليات البيولوجية للرؤية البشرية. ^{[ 26 ]} يستخدم هذا التصميم ثلث عدد البكسلات الفرعية للحصول على نفس دقة تصميم شريط RGB (RGB-RGB)، على الرغم من احتوائه على أربعة ألوان أساسية بدلاً من الثلاثة التقليدية، وذلك باستخدام عرض البكسلات الفرعية مع عرض الميتامر . يعمل عرض الميتامر على تحسين توزيع الطاقة بين البكسل الفرعي الأبيض والبكسلات الفرعية الحمراء والخضراء والزرقاء مجتمعة: أبيض <> RGB، لتحسين وضوح الصورة.

تحتوي شريحة تشغيل الشاشة على مُحوِّل فضاء متجه الألوان من RGB إلى RGBW وخوارزمية لرسم نطاق الألوان ، متبوعة بخوارزميات عرض الميتامر والبكسلات الفرعية . وللحفاظ على جودة الألوان المشبعة ، وتجنب خطأ التباين المتزامن بين الألوان المشبعة وذروة سطوع اللون الأبيض، مع تقليل متطلبات طاقة الإضاءة الخلفية في الوقت نفسه، يتم التحكم في سطوع الإضاءة الخلفية للشاشة بواسطة محرك تشغيل PenTile. ^{[ 27 ]} عندما تكون الصورة ذات ألوان غير مشبعة في الغالب، أي تلك القريبة من الأبيض أو الرمادي ، يتم تقليل سطوع الإضاءة الخلفية بشكل ملحوظ، غالبًا إلى أقل من 50% من ذروته، بينما يتم زيادة مستويات شاشة LCD للتعويض. أما عندما تحتوي الصورة على ألوان مشبعة ساطعة جدًا، فيتم الحفاظ على سطوع الإضاءة الخلفية عند مستويات أعلى. كما يحتوي PenTile RGBW على وضع سطوع عالٍ اختياري يُضاعف سطوع مناطق الصورة ذات الألوان غير المشبعة، مثل النصوص بالأبيض والأسود، لتحسين الرؤية في الهواء الطلق.

أثار جدلٌ مستمرٌ حول تعريف أو قياس دقة شاشات العرض المسطحة ذات البكسلات الفرعية الملونة، تساؤلاتٍ لدى الكثيرين ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} حول دقة منتجات شاشات PenTile. ^{[ 35 ]} وقد لاحظ الصحفيون أنه في " جميع أجهزة التلفاز المسطحة تقريبًا، يتكون كل بكسل من بكسل فرعي واحد أحمر، وآخر أخضر، وثالث أزرق (RGB)، جميعها متساوية الحجم ". ^{[ 8 ]} في الشاشات المسطحة التقليدية، تُحدد الدقة بعدد البكسلات الفرعية الحمراء والخضراء والزرقاء، في مجموعات ثلاثية، ضمن مصفوفة على كل محور. ونتيجةً لذلك، يمكن لكل بكسل أو مجموعة من البكسلات الفرعية عرض أي لون على الشاشة، بغض النظر عن البكسلات المجاورة. وهذا ليس هو الحال مع شاشات PenTile.

تعتمد جمعية معايير الإلكترونيات المرئية ( VESA ) في قياس وتحديد دقة شاشات العرض الملونة على قياس تباين أزواج الخطوط، حيث تشترط حدًا أدنى لتباين ميكلسون بنسبة 50% للشاشات المُخصصة لعرض النصوص. ^{[ 36 ]} ويستخدم مطورو شاشات PenTile معيار VESA هذا لتباين أزواج الخطوط لحساب الدقة المُحددة. ^{[ 37 ]} في تخطيط RGBG، تُشارك وحدات البكسل الفرعية الحمراء والزرقاء البديلة، أو تُؤخذ عينات فرعية منها، مع وحدات البكسل المجاورة. ونظرًا لانخفاض كثافة وحدات البكسل الفرعية بمقدار الثلث في شاشات PenTile ^{[ 38 ]} ، قد يكون هيكل البكسل أكثر وضوحًا مقارنةً بشاشات RGB الشريطية ذات الكثافة نفسها. ^{[ 39 ] [ 40 ]} وقد دفع فقدان وحدات البكسل الفرعية لمواصفات دقة مُحددة بعض الصحفيين إلى وصف استخدام PenTile بأنه "ممارسة مُريبة" ^{[ 41 ]} و"نوع من الغش". ^{[ 42 ]}

بالنسبة لحجم ودقة عرض محددين، قد تظهر شاشة PenTile محببة، ومنقطّة، ومشوشة، مع نص ضبابي على بعض الألوان المشبعة والخلفيات عند مقارنتها بألوان RGB الشريطية. ^{[ 43 ]} يُعزى هذا التأثير إلى محدودية عدد وحدات البكسل الفرعية التي يمكنها المشاركة في إعادة بناء الصورة عندما تكون الألوان مشبعة للغاية بالألوان الأساسية. في حالة RGBW، يحدث هذا لأن وحدة البكسل الفرعية W لن تكون متاحة للحفاظ على تشبع اللون. أما في حالة RGBG، فيحدث هذا التأثير عندما يكون حد اللون أحمر أو أزرق في الغالب، حيث لا يمكن لوحدة البكسل الفرعية المكتملة (وحدة خضراء واحدة لكل بكسل) المساهمة. في جميع الحالات الأخرى، تتم إعادة بناء النصوص، وخاصة الصور الملونة بالكامل، بكفاءة. ^{[ 27 ]}

يقلل تصميم PenTile من عدد البكسلات الفرعية اللازمة لإنشاء دقة محددة. وبالتالي، يُمكن تحقيق دقة عالية الوضوح (HD) على شاشة PenTile AMOLED بتكلفة أقل من التقنيات الأخرى، ويشير معظم المراجعين إلى أن شاشات العرض بدقة "300 بكسل لكل بوصة" (وفقًا لمعيار VESA - وليس بكسلات كاملة) (مثل Samsung Galaxy S III ) تجعل تأثير PenTile أقل وضوحًا من شاشات PenTile ذات الدقة المنخفضة ( مثل Droid Razr ). الميزة الثانية هي انخفاض استهلاك الطاقة: استخدام شاشة PenTile في HTC One S يجعلها أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة وأقل سمكًا من شاشات LCD المكافئة، مما يمنحها عمر بطارية أفضل من شاشة IPS LCD في HTC One X. ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]} كما أن شاشة PenTile AMOLED أرخص من شاشة AMOLED ذات شريط RGB. ^{[ 48 ]}

بحسب شركة سامسونج، تتمتع شاشات PenTile AMOLED بعمر أطول نظراً لاحتوائها على عدد أقل من البكسلات الفرعية الزرقاء. ^{[ 49 ]}

تستخدم معظم شاشات PenTile شبكات مستطيلة من البكسلات الخضراء والزرقاء/الحمراء بالتناوب. مع ذلك، يستخدم هاتف سامسونج جالاكسي إس 4 مصفوفة PenTile Diamond Pixel، حيث تكون البكسلات الخضراء بيضاوية الشكل وتتكرر في خط واحد، بينما تكون البكسلات الحمراء والزرقاء أكبر حجماً وتتناوب بين خطوط اللون الأخضر، مما يضمن ألواناً أكثر تجانساً مع تشوهات أقل مقارنةً بشاشة PenTile من الجيل السابق في هاتف جالاكسي إس 3. ^{[ 50 ]}

حظيت شاشات PenTile للهواتف الذكية باستقبال متباين. فعلى سبيل المثال، عانت شاشة هاتف Motorola Atrix 4G من "ألوان غير دقيقة وزوايا رؤية سيئة، ناهيك عن صعوبة قراءة النصوص عند أقصى تكبير". وفي مقارنة بين هاتف Droid Razr الأصلي وهاتف RAZR V الأرخص سعرًا ، وُجد أن شاشة TN TFT LCD الخاصة بهاتف RAZR V (وهي شاشة LCD منخفضة الجودة مقارنةً بشاشة IPS LCD عالية الجودة) أكثر وضوحًا من شاشة Super AMOLED Advanced PenTile الخاصة بهاتف Droid Razr، على الرغم من استخدام كلتا الشاشتين نفس "الدقة". ^{[ 51 ] [ 52 ]}

• كواترون - إعادة إنتاج RGB عبر RGBY
• فلتر RGBE – RGB مع بكسل فرعي إضافي من الزمرد
• مرشح باير - مرشحات RGGB المستخدمة في مستشعرات الصور