Familia de matrices PenTile

La matriz PenTile es una familia de esquemas de matriz de subpíxeles patentados que se utilizan en pantallas de dispositivos electrónicos . PenTile es una marca registrada de Samsung . Las matrices PenTile se utilizan en pantallas AMOLED y LCD .

Estos diseños de subpíxeles están específicamente diseñados para funcionar con algoritmos propietarios de renderizado de subpíxeles integrados en el controlador de pantalla, lo que permite la compatibilidad plug and play con paneles convencionales de franjas RGB (rojo-verde-azul).

"PenTile Matrix" (un neologismo de penta- , que significa "cinco" en griego, y tile ) describe la disposición geométrica de la disposición prototípica de subpíxeles desarrollada a principios de la década de 1990. ^{[ 1 ]} La disposición consiste en un quincunx que comprende dos subpíxeles rojos , dos subpíxeles verdes y un subpíxel azul central en cada celda unitaria. Se inspiró en la biomimética de la retina humana , que tiene un número casi igual de células cono de tipo L y M , pero significativamente menos conos S. Como los conos S son los principales responsables de percibir los colores azules, que no afectan apreciablemente la percepción de la luminancia , reducir el número de subpíxeles azules con respecto a los subpíxeles rojos y verdes en una pantalla no reduce la calidad de la imagen. ^{[ 2 ]} Sin embargo, la disposición puede causar distorsión de la imagen por fuga de color, que se puede reducir con filtros. ^{[ 3 ] [ 4 ]} En algunos casos, la disposición causa un moiré y una saturación reducidos en comparación con las disposiciones RGB convencionales. ^{[ 5 ]} El diseño PenTile está específicamente diseñado para funcionar con y depender de la representación de subpíxeles que utiliza solo un subpíxel y cuarto por píxel, en promedio, para representar una imagen. Es decir, que cualquier píxel de entrada dado se asigna a un píxel lógico centrado en rojo o a un píxel lógico centrado en verde.

El diseño PenTile RGBG utilizado en pantallas AMOLED y de plasma ^{[ 8 ]} utiliza píxeles verdes intercalados con píxeles rojos y azules alternados. El ojo humano es más sensible al verde, especialmente para información de luminancia de alta resolución. Los subpíxeles verdes se asignan a los píxeles de entrada de forma uno a uno. Los subpíxeles rojos y azules se submuestrean, reconstruyendo la señal de croma a una resolución menor. La señal de luminancia se procesa utilizando filtros de renderizado de subpíxeles adaptativos para optimizar la reconstrucción de altas frecuencias espaciales de la imagen de entrada, donde los subpíxeles verdes proporcionan la mayor parte de la reconstrucción. Los subpíxeles rojos y azules son capaces de reconstruir las frecuencias espaciales horizontales y verticales, pero no la más alta de la diagonal. La información diagonal de alta frecuencia espacial en los canales rojo y azul de la imagen de entrada se transfiere a los subpíxeles verdes para la reconstrucción de la imagen. Por lo tanto, el esquema RG-BG crea una pantalla en color con un tercio menos de subpíxeles que un esquema RGB-RGB tradicional, pero con la misma resolución de pantalla de luminancia medida . ^{[ 9 ] [ 10 ]} Esto es similar al filtro Bayer comúnmente utilizado en cámaras digitales .

La tecnología PenTile RGBW, utilizada en pantallas LCD, añade un subpíxel adicional a los subpíxeles tradicionales rojo, verde y azul. Este subpíxel es un área transparente sin material de filtrado de color, cuyo único propósito es permitir el paso de la retroiluminación ^{[ 24 ]} , de ahí la W de blanco . Esto permite obtener una imagen más brillante que con una matriz RGB con el mismo consumo de energía, o una imagen igualmente brillante con menor consumo ^{[ 25 ] .}

El diseño PenTile RGBW utiliza cada subpíxel rojo, verde, azul y blanco para presentar información de luminancia de alta resolución a las células cono que detectan el rojo y el verde del ojo humano , mientras que utiliza el efecto combinado de todos los subpíxeles de color para presentar información de croma (color) de menor resolución a los tres tipos de células cono. En conjunto, esto optimiza la adaptación de la tecnología de visualización a los mecanismos biológicos de la visión humana. ^{[ 26 ]} El diseño utiliza un tercio menos de subpíxeles para la misma resolución que el diseño de franja RGB (RGB-RGB), a pesar de tener cuatro colores primarios en lugar de los tres convencionales, utilizando renderizado de subpíxeles combinado con renderizado de metámeros . El renderizado de metámeros optimiza la distribución de energía entre el subpíxel blanco y los subpíxeles rojo, verde y azul combinados: W <> RGB, para mejorar la nitidez de la imagen.

El chip controlador de pantalla tiene un convertidor de espacio vectorial de color RGB a RGBW y un algoritmo de mapeo de gama , seguido de algoritmos de metamero y renderizado de subpíxeles . Para mantener la calidad del color saturado , evitar el error de contraste simultáneo entre los colores saturados y el brillo blanco máximo, y al mismo tiempo reducir los requisitos de energía de la retroiluminación, el brillo de la retroiluminación de la pantalla está bajo el control del motor del controlador PenTile. ^{[ 27 ]} Cuando la imagen tiene principalmente colores desaturados, aquellos cercanos al blanco o al gris , el brillo de la retroiluminación se reduce significativamente, a menudo a menos del 50 % del pico, mientras que los niveles de la LCD aumentan para compensar. Cuando la imagen tiene colores saturados muy brillantes, el brillo de la retroiluminación se mantiene en niveles más altos. El PenTile RGBW también tiene un modo de alto brillo opcional que duplica el brillo de las áreas de imagen de color desaturado, como el texto en blanco y negro, para mejorar la visibilidad en exteriores.

Una controversia en curso sobre la definición o medición de la resolución de las pantallas planas subpixeladas a color llevó a muchas personas ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} a cuestionar las afirmaciones de resolución de los productos de pantalla PenTile. ^{[ 35 ]} Los periodistas han señalado que en " casi todos los televisores de panel plano existentes, cada píxel está compuesto por un subpíxel rojo, uno verde y uno azul (RGB), todos de tamaño uniforme ". ^{[ 8 ]} En las pantallas planas tradicionales, la resolución se define por el número de subpíxeles rojos, verdes y azules, en grupos de tres, en una matriz en cada eje. Como resultado, cada píxel o grupo de subpíxeles puede representar cualquier color en la pantalla, independientemente de los píxeles vecinos. Este no es el caso con las pantallas PenTile.

El método de la Video Electronics Standards Association ( VESA ) para medir y definir la resolución en pantallas a color consiste en medir el contraste de pares de líneas, requiriendo un contraste Michelson mínimo del 50 % para pantallas destinadas a la representación de texto. ^{[ 36 ]} Los desarrolladores de pantallas PenTile utilizan este criterio VESA para el contraste de pares de líneas para calcular las resoluciones especificadas. ^{[ 37 ]} En el diseño RGBG, los subpíxeles rojos y azules alternos se "comparten" o submuestrean con los píxeles vecinos. Debido a la densidad de subpíxeles un tercio menor en las pantallas PenTile ^{[ 38 ]} la estructura de píxeles puede ser más visible en comparación con las pantallas de franjas RGB con la misma densidad de píxeles. ^{[ 39 ] [ 40 ]} La pérdida de subpíxeles para una especificación de resolución dada ha llevado a algunos periodistas a describir el uso de PenTile como una "práctica turbia" ^{[ 41 ]} y una "especie de trampa". ^{[ 42 ]}

Para un tamaño y resolución determinados, la pantalla PenTile puede aparecer granulada, pixelada, moteada y con texto borroso sobre algunos colores y fondos saturados en comparación con el color de franja RGB. ^{[ 43 ]} Se entiende que este efecto se debe a la restricción del número de subpíxeles que pueden participar en la reconstrucción de la imagen cuando los colores están altamente saturados a primarios. En el caso RGBW, esto se debe a que el subpíxel W no estará disponible para mantener el color saturado. En el caso RGBG, este efecto ocurrirá cuando el límite de color sea principalmente rojo o azul, ya que el subpíxel completamente poblado (un verde por píxel) no puede contribuir. En todos los demás casos, el texto y, especialmente, las imágenes a todo color se reconstruyen de manera efectiva. ^{[ 27 ]}

El diseño PenTile reduce la cantidad de subpíxeles necesarios para crear una resolución específica. En consecuencia, es posible lograr una resolución HD en una pantalla PenTile AMOLED a un costo menor que otras tecnologías, y la mayoría de los críticos señalan que las pantallas con resolución de "300 ppi" (según VESA, no píxeles completos) (como el Samsung Galaxy S III ) hacen que el efecto PenTile sea menos obvio que las pantallas PenTile de menor resolución ( Droid Razr ). La segunda ventaja es un menor consumo de energía: el uso de una pantalla PenTile en el HTC One S lo hace más eficiente energéticamente y más delgado que las pantallas LCD equivalentes, lo que le da una mejor duración de la batería que la pantalla IPS LCD del HTC One X. ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]} Una pantalla PenTile AMOLED también es más barata que una AMOLED de franja RGB. ^{[ 48 ]}

Según Samsung, las pantallas PenTile AMOLED tienen una vida útil más larga debido a que tienen menos subpíxeles azules. ^{[ 49 ]}

La mayoría de las pantallas PenTile utilizan cuadrículas rectangulares de píxeles verdes y azules/rojos alternados. Sin embargo, el Samsung Galaxy S4 utiliza una matriz PenTile Diamond Pixel, donde los píxeles verdes son ovalados y se repiten en una sola línea, mientras que los píxeles rojos y azules son más grandes y se alternan entre las líneas verdes, lo que garantiza colores más uniformes con menos aberraciones en comparación con la pantalla PenTile de la generación anterior del Galaxy S III. ^{[ 50 ]}

Las pantallas PenTile para smartphones han tenido una acogida dispar. Por ejemplo, la pantalla del Motorola Atrix 4G presentaba "colores imprecisos y ángulos de visión deficientes, por no mencionar un texto prácticamente ilegible con el zoom al máximo". Asimismo, en una comparación entre el Droid Razr original y el RAZR V , más económico, se descubrió que la pantalla LCD TN TFT del RAZR V (una pantalla LCD de gama baja, en comparación con el panel LCD IPS de gama alta ) era mucho más nítida que la Super AMOLED Advanced PenTile del Droid Razr, a pesar de que ambas pantallas utilizaban la misma "resolución". ^{[ 51 ] [ 52 ]}

• Quattron : reproducción RGB mediante RGBY
• Filtro RGBE : RGB con un subpíxel esmeralda adicional.
• Filtro Bayer : filtros RGGB utilizados en sensores de imagen.