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“面子”问题之屏幕材质篇,TFT与IPS的区别

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720p逐渐代替qHD、WVGA这种落后的分辨率,和1080p逐渐在高端机行列铺开,是2013年智能手机屏幕领域的两大趋势。受此趋势和去年底刮起的“5英寸1080p”流行元素的影响,所有人的眼光似乎只聚焦在“屏幕大小”“屏幕分辨率”两个方面,其实好的材质与显示技术对于手机屏幕来说却远比分辨率重要。

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所以不妨改变视角,来关心一下自己手机屏幕的材质与技术,毕竟对于拍照来说重要的是色彩要对味曝光要准、同样对于显示来说面板材质与显示技术也是关乎“显示色彩”“显示效果”的重要方面;因此这里不谈1080p,就让我们由被炒作最热门的“TFT”“IPS”入手来了解手机屏幕。

TFT与IPS的区别?

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一、手机屏幕怎样显示图像?

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首先有必要来了解一下屏幕到底是怎样去显示游戏画面、我们所拍的照片,以及其他。

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红蓝绿三原色——发光与呈色

自从牛顿的色散实验用一块三棱镜将自然光分成了七色,色彩缤纷的大自然有了更加容易的解释;更重要的,也因此诞生了如今显示设备的原理基础——红蓝绿三原色。采用“三原色”的意义在于我们可以仅仅用“红蓝绿”色彩的混合就可以表示出自然界的几乎任意颜色的光。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

最美丽的十大物理实验?牛顿色散

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除了“色彩”,另一个重要的概念就是“像素”(或者称为“分辨率”)。我们将反应现实的画面画成一个个的小格子,每个格子填充不同的色彩和亮度,数千万个像素组合在一起就完成了对现实世界的描述。

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像素与次像素——精细程度

于是回到我们所要说的“手机屏幕”上面,如果拿放大镜什么的仔细观察屏幕,就会看到这一个个的小格子,每个方形的格子代表一个像素pixel,里面有红蓝绿三原色,而每个红、蓝、绿的长条代表一个次像素sub?pixel。每个次像素的明暗变化,反映到整个画面当中就会演绎出千变万化的色彩场景。

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格子分的越多,像素数就越多,画面就越精细,每个像素小到无穷小的时候我们看照片的时候就没有下图这样的“颗粒感”了,而是非常平滑、人物轮廓也极为鲜明可以比拟现实了。不过“无穷小”仅仅是理想状态,人们所做的努力就是不断让它变小变精细。目前的最高水准4.7英寸搭配1080p也只有468ppi,代表每英寸被分为了468个像素点,基本可以让肉眼认为那就是非常平滑、看不出实际像素点的。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

推倒现实,就是一个个像素点(图片来自techeblog)

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

像素与次像素(图片来自TFTCentral)

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至于红蓝绿如何演绎1600多万种色彩呢?用过Photoshop的朋友应该对RGB的0~255非常熟悉,手机屏幕也通过红蓝绿三种颜色的0~255的变化来描绘不同的颜色。比如R?228,G?189,B?79混合就可以得出金色。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

三原色表现色彩的方式(图片来自oled-a.org)

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至此大家应该可以差不多了解了手机屏幕的显示原理,那么下面就让我们来接触今天的主角“TFT”和“IPS”两种目前争论不休的东西吧。

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二、TFT有多无辜?IPS又为何出色?

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LCD屏幕显示“三大件”

知道了上面的色彩与光的显示原理,来看一下手机屏幕最主流的液晶屏幕——也就是LCD的结构;虽然结构繁多,但是大体可以分为“背光灯TFT薄膜晶体管彩色滤光片”三层,发色发光过程可以理解为背光灯发光,照射布满红蓝绿颜色的彩色滤光片产生不同颜色,而上面提到的红蓝绿色彩调配——0~255的控制则通过TFT来实现,最后的这个可是个大活儿。

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除了采用液晶的LCD,比较新的OLED,像三星手机采用的AMOLED系列,则不需要彩色滤光片这一层,携带染料的有机发光二极管可以自己发出带颜色的光,担负了“背光灯+滤光片”的作用;但是控制0~255这项工作还是得交给TFT来做。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

液晶屏幕结构(图片来自Kisplay)

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现在真正转入正题,可以看出屏幕显示的难度在于如何控制红蓝绿三色0~255的变化,于是诞生了“液晶”和“TFT薄膜晶体管”这样的概念。如果TFT是工具,液晶就是载体,屏幕显示就是通过TFT控制液晶来阻隔光线,以此实现不同区域的像素明暗,从而显示完整图像的。

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上面的图示可以看出,液晶分子螺旋排列的时候光线无法通过屏幕因此显示全黑,只有液晶分子在电压作用下改变了排列方式,光线才有可能通过液晶层,再通过滤光片呈现不同颜色。

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TFT与IPS为何不等价?

由于控制液晶偏转技术的不同,诞生了TN面板、VA面板、IPS面板这样的名词,因此就可以理解“TFT”并非是与“IPS”等价的名词,“TN面板、VA面板和IPS面板”同属于液晶显示屏LCD类,IPS的全称应该叫做IPS-TFT-LCD。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

TN面板、VA面板、IPS面板不同的液晶偏转控制方式(图片来自Display?Mate)

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区分开了TFT与IPS等名词,再来聊一下为什么这俩词儿打得火热;人们习惯用TFT对等IPS来比较,大多是因为想当然的将TFT看做了TN面板的代名词,而作为比较老的TN面板,拥有着“可视角度不高”等诸多弊病,也就成了以“色彩准确、可视角度大”著称的IPS面板经常挑衅的对象。

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可视角度怎样决定?

至于可视角度大小是如何决定的呢?当然这也与液晶的排列和偏转方式有关,让我们拿TN面板和VA面板来举个例子对比一下。

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在屏幕点亮的状态下可以用下面两张图来形象表示一下,同样从上中下三个方向(图中的左中右)观看屏幕,按照TN面板的液晶排列方式,上视角亮度较大而下视角亮度较暗(上视角看到水平方向分子光线可通过,下视角看到垂直方向分子光线因此被阻断),中视角——也就是正常观看屏幕的方向亮度比较中和。于是从两侧去观察屏幕就会出现灰阶反转,亮度和色彩都有很大程度的衰减,比如有的角度泛白而有的角度很暗,画面基本不可用,也就是我们所说的“可视角度小”的问题。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

TN面板可视角度(图片来自Kisplay)

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换做好一点儿的VA面板,上视角和下视角一亮一暗正好中和成跟中视角差不多的亮度,因此两侧看去的灰阶反转就并不严重,可视角度会比TN大些。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

TN面板可视角度(图片来自Kisplay)

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再就是如今不可一世的IPS面板了,由于IPS的液晶在水平面内偏转,从哪个视角都不会看到垂直排列的液晶分子,光不容易被阻隔,因此理论可视角度达到了178度;也就是说良好的IPS屏把手机即使放水平,看到的画面色彩和亮度也和正面视角没什么区别。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

IPS面板可视角度(图片来自Kisplay)

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IPS好在哪儿?

IPS不光具备可视角度大的优势,而且在色彩还原、响应速度等方面也具备不错的素质,因此才成了众多手机厂商争相采用、并且以近乎狂热的语言去包装自己屏幕时候的用词,其实本质上都是类似的材质技术。

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LG Optimus G Pro评测

可视角度对比

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不过“色彩还原、响应速度快”这两方面对于手机的宣传可不是那么好做的,色彩还原这种事靠肉眼几乎很难辨别,响应速度里几毫秒的差距也没办法直接看出,因此“可视角度大!!”就成了手机厂商竞相吹捧的地方。

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可以很容易的对比IPS与普通屏幕的显示效果区别,上图左下角是iPhone?5,亮度相同的情况下,这样大的可视角度下图片显示没有任何的色彩或者亮度减弱,右上那部手机就惨的没法看了。

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虽然IPS的可视角度大是目前厂商忽悠的重点,而且也是比较多人追逐的优势,不过也有人不这么看,TN的小可视角度正好防偷窥不是么。

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再说TFT。。

这一页的最后有必要再次重申一下,不要再黑TFT啦~~你用的“高端”IPS、甚至OLED里面都有TFT的默默付出,要黑就去黑TN好了,这种早晚要淘汰的技术。。依然有为了低成本和一些不知名原因的小厂商大厂商在用。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

LCD和OLED都有TFT层(图片来自beareyes)

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TFT是薄膜场效应晶体管的英文缩写,无论是LCD和OLED,都是靠薄膜晶体管;LCD和OLED所用的TFT的区别是,LCD的TFT是用来控制液晶分子偏转的,发光是靠后面的背光,而OLED的TFT是直接控制像素点发光的。虽然作用不同,但都是薄膜场效应晶体管。

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OLED?Pentile排列引发的惨案

因此无论是TN面板、VA面板还是IPS面板,都要用到“液晶”这种材料,所以统称为液晶屏幕LCD。

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除此以外手机屏幕还有OLED这样一种;三星的强大让更多人开始认识OLED——特别是三星采用的AMOLED、Super?AMOLED如此种种,即有机发光二级管。LCD需要背光灯来发光,通过彩色滤光片来显色,而OLED不需要彩色滤光片和背光灯,携带染料的有机发光二极管可以自己发出带颜色的光,担负了“背光灯+滤光片”两方面的使命。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

OLED结构(图片来自oledw.com)

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三、OLED?LCD优劣对比

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由于LCD必须包括背光组件、LCD阵列和TFT三个方面,而OLED显示技术则只需要oled阵列和TFT两部分,因此首先不需要常亮的背光灯的?OLED是比较省电的,除此之外组件的减少可以让手机的屏幕做的更加。另外也有原生对比度高可视角度好响应时间快色彩饱和度高等等优势。

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目前我们对于OLED的讨论大多受三星AMOLED的影响,而且重点也经常集中在“像素排列”“色彩风格取向”的问题上,这本质上应该归咎于三星的AMOLED部分产品所采用的独特像素排列方式所造成的显示效果差异。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

RGB排列方式与Pentile排列方式(图片来自androidforum)

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传统的RGB排列由三个次像素组成一个像素,红蓝绿面积均等,而三星有些产品所采用的Pentile三个次像素并不均等,特别强调绿色,而且次像素数量减少,精细程度不够,因此同样分辨率下会比RGB排列颗粒感更重。而且也容易造成颜色过渡不平滑的问题,观察三星早期的机型比如Note(纯色的下拉通知栏那里),会出现明显的色彩过渡不平滑问题,没错就是那些断带。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

同分辨率下,Pentile次像素少,精细程度不够(图片来自engadget)

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

AMOLED色彩过渡不平滑造成的断带

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而色彩风格浓烈也一直是AMOLED有人欢喜有人愁的地方,过于强调绿色的鲜艳颜色虽然短时间讨好眼睛,但长时间难免疲劳。而且自发光的有机二极管的红蓝绿三种材质有着不同的寿命,这意味着某种颜色过早老化就会造成整体严重的偏色问题。下图三星的两款机型统统偏绿。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

主流机型显示效果比较(图片来自phonearena)

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但是结构可以做薄、广色域、对比度高、自发光等优势依然抵挡不了OLED的流行,OLED分辨率不易做大等问题也在逐渐被解决,苹果也已对OLED屏幕表示兴趣,不过就目前来看OLED还存在不少硬伤,还无法完全取代LCD。

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你最关心的分辨率有多重要?

至于分辨率就容易理解了,好比数码相机的像素,像素越高对于真实世界的细节表现力就应该越好,因此屏幕也是如此;720p分辨率逐渐普及和1080p在高端机型的铺货是2013年的趋势,分辨率越高对于文字的表现就更加锐利,仔细看下面这张图,随着ppi的增大,汉字的笔画上颗粒逐渐减少,看起来也更加顺滑。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

首款1080p机型HTC?Butterfly

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手机屏幕大百科

不同ppi显示文字效果对比(图片来自phonearena)

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精细提高不多?反倒成GPU累赘

但是问题在于你是否真的需要如此锐利的显示呢?我们收到的可能是个变化较大的答案,对于很多人来说iPhone那样326ppi的显示效果已经足以“媲美印刷级别”。

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而且随着手机越来越用于大型3D游戏,《极品飞车》这样的大作都被移植到手机上,那么让GPU在1080p的屏幕上面去画图就复杂多了,填充满1920x1080数量的像素,要比填充满1280x720数量的像素更加拖累GPU,而手机屏幕大小如此有限、你还不一定能够看到提升多好的画面,反而游戏帧数和流畅度受到挑战。

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手机屏幕大百科

GLBenchmark?2.7横向对比(图片来自ZOL)

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我们可以用前面做过的、针对不同机型GPU图形处理能力的GLBenchmark测试来说明问题,可以简单理解为该测试模拟一个游戏场景,用fps帧数来衡量GPU的运算能力,帧数越高意味着游戏将越流畅。Offscreen的测试表示统一用1080p分辨率来构建3D画面,Onscreen则表示用手机本身的分辨率。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

就算5英寸大屏,你会看出720p与1080p游戏效果有什么差异么?会么?

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可以看到除了1080p的中兴Grand?S的两项能力大致相似,采用相同GPU的720p分辨率的小米手机2和2S实际效果都要比在1080p状态下的效果好。这就诞生了一个问题,在GPU理论性能一致的前提下,你到底是看重游戏流畅程度呢还是目前差别并不明显的画面效果呢?

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Incell?超敏感触摸有多神秘?

最后让我们来看看除了基本的材质之外,你能听到的一些其他名词;毕竟IPS都早已被炒作烦了总得有点儿新花样。话虽如此,像“OGS”“In-Cell”“超敏感触摸”这些新名词都还是有靠谱的实力的。

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OGS与In-Cell?将手机做薄

比如OGS和In-Cell,我们都知道iPhone之后电容屏在智能手机上大行其道,革命性的改变了人机交互方式,“触控”从此越来越流行。而传统的“触控”需要在屏幕当中加入一层触摸面板,而且需要手指的导电才能生效。

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配In-Cell触控屏?苹果iPhone5大猜想

In-Cell触摸屏结构解析

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手机越做越薄,屏幕自然不能太厚。以往的“面板保护层、触摸面板、液晶显示面板”逐步被精简成了两层,也就是将“显示”与“触摸”做到了一起,或者将“显示”与“保护层”做到一起。

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其中后者被称为OGS,全称是One?Glass?Solution,也即单层玻璃解决方案,将触摸屏幕和保护玻璃组合起来;而前者被称为In-cell(内嵌式),则是将触摸屏幕和显示屏组合起来。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

OGS与In-Cell比较(图片来自电子时报)

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两项技术的目的都是使得屏幕更薄,透光率更高。其中iPhone?5采用了In-Cell,而许多国产厂商都开始采用OGS。

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Synaptics?ClearPad?Series?3

“超敏感触摸”是技术大拿诺基亚带给我们的东西,不得不说技术方面诺基亚还是有影响力和领导力的,此后许多厂商也纷纷效仿采用这一技术。简单来说这就是为解决“戴手套不方便操作手机”类似的问题。。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

Synaptics电容屏结构(图片来自Synaptics)

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诺基亚用到了电容感应器厂商Synaptics(见于各种笔记本触控板。。)携带ClearPad?Series?3技术的特殊电容屏,ClearPad?Series?3技术通过自动检测触屏介质,允许带着手套的手指和手指甲来获得显示屏对于触点的确认,而且并且无视用户以何种方式通过何种介质来完成操作。

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三星Youm?弯曲的屏幕

计算机可佩戴?屏幕可弯曲?看似科幻的事物如今都已成为现实,前者由Google?Glass实现而后者就是三星在CES上面展出的Youm柔性屏。后者也是利用到了AMOLED可塑性高的优势,将显示屏中坚硬的玻璃层替换掉,从而制造出柔韧性强不易损坏的柔性屏幕。不过除了CES的展示机之外还未见到三星将其用到量产机型上面,这种概念性的东西毕竟还需要等待一下,不过已不会太久。

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手机屏幕科普 谈TFT与IPS的区别

三星Youm屏幕结构(图片来自slashgear)

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总结:

这里大致分享了一下除了分辨率之外的手机屏幕的相应内容;从如何成像开始,液晶分子排列偏转的不同造成了LCD阵营几种面板的区别,也造成了不同的可视角度的显示效果;而OLED阵营里RGB次像素排列的不同带来了不同的色彩风格,和优劣并存的次世代技术。

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而对于分辨率,我们也不必刻意追求,大家视力良好的条件下不需要每天凑近屏幕去找颗粒,费眼不说玩游戏的时候还是个累赘。

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当然最重要的还是要区分开TFT与IPS所代表的含义,作为控制开关TFT共存于LCD与OLED当中;IPS仅为LCD的一种。而同为IPS的屏幕当中仍有等级区别,于是廉价手机当中用到的IPS远没有iPhone那样出色。最终还是希望理性看待对于IPS屏幕的大肆渲染,显示效果好坏最终要靠眼睛来判断,毕竟每天面对手机屏幕几个小时,好的显示效果还是对视觉健康有莫大好处的。

转自ZOL

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回答于:2013/09/09 15:21举报

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