PenTile マトリックス ファミリー

PenTile マトリックスは、電子デバイスのディスプレイで使用される特許取得済みのサブピクセルマトリックス スキームのファミリーです。PenTile はSamsungの商標です。PenTile マトリックスは、 AMOLEDおよびLCDディスプレイで使用されます。

これらのサブピクセル レイアウトは、ディスプレイ ドライバーに組み込まれたサブピクセル レンダリング用の独自のアルゴリズムで動作するように特別に設計されており、従来のRGB (赤、緑、青) ストライプ パネルとのプラグ アンド プレイ互換性を実現します。

「ペンタイル マトリックス」（ギリシャ語で「5」を意味する penta- とタイルを意味するtileを組み合わせた造語）は、1990 年代初頭に開発されたプロトタイプのサブピクセル配置の幾何学的レイアウトを表します。[ ^1]レイアウトは、各ユニット セルに2 つの赤サブピクセル、2 つの緑サブピクセル、および中央の 1 つの青サブピクセルを含む五点形で構成されています。これは、L 型錐体細胞と M 型錐体細胞の数がほぼ同数であるが、S 錐体の数が大幅に少ない人間の網膜の生体模倣からヒントを得ました。S 錐体は主に青色の知覚を担っており、青色は輝度の知覚に顕著な影響を与えないため、ディスプレイ内の赤と緑のサブピクセルに対して青サブピクセルの数を減らしても、画質は低下しません。^{[2] [検証が必要]}ただし、レイアウトによって色漏れによる画像の歪みが生じる可能性がありますが、これはフィルターで軽減できます。^{[3] [4]}場合によっては、このレイアウトによって、従来の RGB レイアウトに比べてモアレやブロック歪みが軽減されます。^[5]ペンタイルレイアウトは、平均してピクセルあたり1.25サブピクセルのみを使用して画像をレンダリングするサブピクセルレンダリングに依存して動作するように特別に設計されています。つまり、任意の入力ピクセルは、赤を中心とした論理ピクセル、または緑を中心とした論理ピクセルのいずれかにマッピングされます。

PenTileはキャンディス・H・ブラウン・エリオットによって発明され、彼女は2014年に情報ディスプレイ協会のオットー・シャーデ賞を受賞しました。 ^[6]この技術は2000年から2008年までクレアボヤント社によってライセンス供与され、その間にいくつかのプロトタイプのPenTileディスプレイがアジアの液晶ディスプレイ（LCD）メーカーによって開発されました。2008年3月、サムスン電子はクレアボヤントのPenTile IP資産を買収しました。その後、サムスンはPenTile技術の開発を継続するために新しい会社であるNouvoyance, Inc.に資金を提供しました。^[7]

AMOLEDやプラズマ^[8]ディスプレイで使用されるペンタイルRGBGレイアウトは、赤と青のピクセルが交互にインターリーブされた緑のピクセルを使用します。人間の目は緑に最も敏感で、特に高解像度の輝度情報に対して敏感です。緑のサブピクセルは入力ピクセルに1対1でマッピングされます。赤と青のサブピクセルはサブサンプリングされ、より低い解像度で彩度信号を再構築します。輝度信号は、適応型サブピクセルレンダリングフィルタを使用して処理され、入力画像からの高空間周波数の再構築が最適化されます。この場合、緑のサブピクセルが再構築の大部分を提供します。赤と青のサブピクセルは、水平および垂直の空間周波数を再構築できますが、対角線の最高周波数を再構築することはできません。入力画像の赤と青のチャンネルの対角線の高空間周波数情報は、画像再構築のために緑のサブピクセルに転送されます。したがって、RG-BG方式では、従来のRGB-RGB方式よりもサブピクセル数が3分の1少ないカラーディスプレイが作成されますが、測定された輝度ディスプレイ解像度は同じです。^{[9] [10]これは}デジタルカメラで一般的に使用されているベイヤーフィルタに似ています。

2021年現在、「ポータブル消費者向けデバイスのほぼすべてのOLEDスクリーンは、何らかの形のペンタイルサブピクセルレイアウトを使用しています。」^[11]

LCDで使用されているPenTile RGBWテクノロジーは、従来の赤、緑、青のサブピクセルに、カラーフィルタリング材料がなく、バックライトを透過させるためだけのクリアエリアであるサブピクセルを追加します。[ ^{24]そのため、Wは}白のWです。これにより、RGBマトリックスと比較して、同じ電力でより明るい画像を生成したり、より少ない電力で同等の明るさの画像を生成したりすることが可能になります。^[25]

PenTile RGBWレイアウトは、赤、緑、青、白の各サブピクセルを使用して、人間の目の赤と緑を感知する錐体細胞に高解像度の輝度情報を提示すると同時に、すべてのカラーサブピクセルの複合効果を使用して、3種類の錐体細胞すべてに低解像度の彩度（色）情報を提示します。これにより、ディスプレイ技術と人間の視覚の生物学的メカニズムとの適合が最適化されます。^[26]このレイアウトでは、サブピクセルレンダリングとメタマーレンダリングを組み合わせて使用​​し、従来の3色ではなく4色の原色を使用しているにもかかわらず、RGBストライプ（RGB-RGB）レイアウトと同じ解像度でサブピクセルの数が3分の1少なくなります。メタマーレンダリングは、白のサブピクセルと、赤、緑、青のサブピクセルを組み合わせたW <> RGB間のエネルギー配分を最適化し、画像の鮮明さを向上させます。

ディスプレイドライバチップには、RGBからRGBWへのカラーベクトル空間コンバーターと色域マッピングアルゴリズムがあり、その後にメタマーとサブピクセルレンダリングアルゴリズムが続きます。彩度の高い色の品質を維持し、彩度の高い色とピーク時の白の明るさとの間の同時コントラストエラーを回避すると同時にバックライトの電力要件を削減するために、ディスプレイのバックライトの明るさはPenTileドライバエンジンによって制御されます。^[27] 画像が主に彩度が低い色、つまり白またはグレーに近い色の場合、バックライトの明るさは大幅に低下し、多くの場合ピークの50%未満になり、LCDレベルは補正のために増加します。画像に非常に明るい彩度の高い色がある場合、バックライトの明るさはより高いレベルで維持されます。PenTile RGBWには、白黒のテキストなど彩度が低い色の画像領域の明るさを2倍にして屋外での視認性を向上させるオプションの高輝度モードもあります。

• モトローラMC65 ^[28]
• モトローラES55 ^[29]
• モトローラES400 ^[30]
• モトローラ アトリックス 4G ^[31]
• Samsung Galaxy Note 10.1 2014 バージョン
• レノボ ヨガ 2 プロ
• レノボ ヨガ 3 プロ
• HP ENVY TouchSmart 14-k022tx スリークブック
• MSI GS60 ゴーストプロ 4K
• レノボ IdeaPad Y50 4K
• Asus ZenBook UX303LN 4K
• Asus ZenBook Pro UX501JW
• LG UH7500/6500/6100
• LG シンQ G7/G7+
• オキュラスクエスト1

カラーサブピクセル化されたフラットパネルディスプレイの解像度の定義や測定に関する継続的な論争により、多くの人々^{[32] [33] [34]}がPenTile ディスプレイ製品の解像度の主張に疑問を抱いています。^[35]ジャーナリストは、「存在するほぼすべてのフラットパネルテレビでは、各ピクセルが 1 つの赤、1 つの緑、および 1 つの青のサブピクセル (RGB) で構成されており、すべて均一なサイズである」と指摘しています。^[8]従来のフラットパネル画面では、解像度は各軸の配列内の 3 つのグループの赤、緑、および青のサブピクセルの数によって定義されます。その結果、各ピクセルまたはサブピクセルのグループは、隣接するピクセルに関係なく、画面上の任意の色をレンダリングできます。これは PenTile 画面には当てはまりません。

ビデオエレクトロニクス規格協会 ( VESA ) によるカラーディスプレイの解像度の測定と定義の方法は、ラインペアのコントラストを測定することであり、テキストのレンダリングを目的としたディスプレイでは最低 50% のマイケルソンコントラストが要求されます。 ^[36] PenTile ディスプレイの開発者は、ラインペアのコントラストに関するこの VESA 基準を使用して、指定された解像度を計算します。^[37] RGBG レイアウトでは、交互の赤と青のサブピクセルが隣接するピクセルと「共有」またはサブサンプリングされます。PenTile ディスプレイのサブピクセル密度は 3 分の 1 低いため^[38]、同じピクセル密度の RGB ストライプディスプレイと比較すると、ピクセル構造がより目立つ場合があります。^{[39] [40]}特定の解像度仕様でサブピクセルが失われるため、一部のジャーナリストは PenTile の使用を「怪しい慣行」^[41]や「一種の不正行為」と表現しています。^[42]

特定のサイズと解像度仕様の場合、RGB ストライプ カラーと比較すると、PenTile スクリーンはざらざらしてピクセル化され、斑点がつき、一部の飽和色と背景のテキストがぼやけて見えることがあります。^[43]この効果は、色が原色に非常に飽和しているときに、画像の再構成に参加できるサブピクセルの数が制限されることで発生すると考えられています。RGBW の場合、飽和色を維持するために W サブピクセルが利用できないために発生します。RGBG の場合、この効果は、色の境界が主に赤または青である場合に発生します。完全に埋め込まれた (ピクセルあたり 1 つの緑) サブピクセルが寄与できないためです。その他のすべての場合、テキスト、特にフルカラー画像は効果的に再構成されます。^[27]

ペンタイルレイアウトは、特定の解像度を作成するために必要なサブピクセルの数を減らします。その結果、他の技術よりも低コストでペンタイルAMOLED画面でHD解像度を実現することが可能になり、ほとんどのレビュー担当者は、「300 ppi」（VESAによる - フルピクセルではない）解像度のディスプレイ（Samsung Galaxy S IIIなど）では、解像度の低いペンタイルディスプレイ（ Droid Razr ）よりもペンタイル効果が目立たないと指摘しています。2つ目の利点は、消費電力が低いことです。HTC One Sはペンタイルディスプレイを使用しているため、同等のLCD画面よりもエネルギー効率が高く、薄く、HTC One XのIPS LCDよりもバッテリー寿命が長くなっています。^{[44] [45] [46] [47]}ペンタイルAMOLED画面は、RGBストライプAMOLEDよりも安価です。^[48]

サムスンによれば、PenTile AMOLEDディスプレイは青色のサブピクセルが少ないため寿命が長いとのことだ。^[49]

ほとんどのペンタイルディスプレイは、緑と青/赤のピクセルが交互に並ぶ長方形のグリッドを使用しています。しかし、Samsung Galaxy S4はペンタイルダイヤモンドピクセルアレイを使用しており、緑のピクセルは楕円形で1本の線で繰り返され、赤と青のピクセルはより大きく、緑の線の間に交互に並んでいます。これにより、Galaxy S IIIの前世代のペンタイルディスプレイと比較して、より均一な色とより少ない収差が保証されます。^[50]

スマートフォン用のペンタイルディスプレイは、賛否両論の評価を受けている。例えば、モトローラ Atrix 4Gのディスプレイは「色が不正確で視野角が悪く、最大ズームでは文字がほとんど読めない」という。また、オリジナルのDroid Razrと安価な RAZR V を比較すると、両方の画面が同じ「解像度」を使用しているにもかかわらず、RAZR V の TN TFT LCD (ハイエンドのIPS パネルLCD と比較するとローエンドの LCD) は Droid Razr の Super AMOLED Advanced PenTile よりもはるかに鮮明であることが判明した。 ^{[51] [52]}

• Quattron – RGBYによるRGB再現
• RGBE フィルター– エメラルド サブピクセルを追加した RGB
• ベイヤーフィルター- 画像センサーで使用されるRGGBフィルター