序文
Apple 製品の優れた表示効果のいくつかを皆さんにご紹介したいと思います。たとえば、画像やビデオの設定ファイルに応じて正しい色空間でレンダリングできるカラー管理や、OLED や miniLED の高輝度特性を利用して画像やビデオでシーンの明るさを最大限に復元できるローカル HDR などです。.
しかし、ある問題に気付かれたでしょうか。これらの2つの関数は本質的に1つのことを行っています。つまり、十分な明るさと色を持つコンテナを作成し、そのすべてのコンテンツを転送し、画面が受け入れ可能なデータ形式に変換することです。画面のピクセルに関しては、RGB信号と現在の明るさという1つのデータ形式しか受け入れません。この部分はハードウェアを介さずにシステム内で完結します。私はこれをピクセル操作の芸術と呼びたいと思います。.
しかし、今日お話しするトピックは、これよりももっと基本的なものです。コンテンツの各ピクセルは、実際には複数のRGBピクセルを混合して画面に表示する必要があることは、皆さんご存知のとおりです。これが画面のサブピクセル、あるいはサブピクセルと呼ばれるものです。.
ディスプレイのサブピクセルはどのように駆動されるのでしょうか？OLEDとLCDの違いは何でしょうか？この点においてAppleはどのような蓄積をしてきたのでしょうか？詳しくお話しします。.
サブピクセルレンダリング
まず、簡単な科学的な説明をしましょう。OLEDのピクセルはRGB 1:1:1ではありません。主流のダイヤモンド配列のように、赤と青のピクセルは半分しか点灯しません。このため、白い点を表示したい場合、RGBの3つのピクセルだけを点灯させるだけでは不十分な場合があります。色と形状を可能な限り復元するために、側面からピクセルを借りる必要があります。これがサブピクセルレンダリングアルゴリズムです。.
うまく実装されていれば、赤と青のピクセルがないOLED特有の欠点はほとんど感じません。逆に、うまく実装されていないと、画面がぼやけたり、ギザギザになったりして、鮮明さが足りなくなってしまいます。つまり、この機能は、実装が良ければ良いほど、その欠点を感じにくくなる機能の一つと言えるでしょう。.
しかし、LCD は標準的な RGB 配列であるにもかかわらず、曲線や丸い角を滑らかにするために、Windows の ClearType や整数スケーリング、Mac の HIDPI など、同様の問題を解決している同様の手段も使用する必要があり、あまり知られていないかもしれません。.
これらの機能はソフトウェアでカスタマイズでき、様々なディスプレイに適応できますが、モバイル端末の消費電力制限が厳しくなっているため、同様のアルゴリズムをハードウェアで実装する必要があります。このハードウェアとは、DDICとも呼ばれるディスプレイチップです。あまり目立たず、ディスプレイの裏に隠れていますが、ルー・ビン氏の分解動画でよく見かけます。.
これはソフトウェアで制御できる最後の部分でもあります。ソフトウェアシステムは、コマンドを使って「サブピクセル」を個別に点灯させることはできません。この機能を持つのはDDICだけです。そのため、どのようなコンテンツやアルゴリズムについて話しても、最終的にはこのチップを避けることはできないかもしれません。今日は簡単に紹介しますが、今後の動画で再度触れるかもしれません。科学的な話はさておき、本題に入りましょう。.
サブピクセルレンダリングの効果を実証するために、長年諦めていたHTML開発を再開し、サブピクセルレンダリングをテストするWebページを作成しました。Navis氏の創造性にも感謝いたします。画像ではなくWebページを使用したのは、各デバイスの画面解像度が異なるためです。1080Pのデバイスもあれば、2Kのデバイスもあり、Appleのように非標準解像度のデバイスもあります。各デバイスに表示されるテストパターンのサイズが似ており、同じフォントを使用し、画像圧縮の影響を受けないようにするには、コードで描画するのが最も確実です。この図は比較的シンプルに見えますが、効果は得られています。.
実装は非常に粗雑なので、開発者の皆様にはお手柔らかにお願いいたします。ご自身のスマートフォンで表示効果をお試しください。なお、サブピクセルレンダリングアルゴリズムはDDICチップ工場とスクリーン工場で実際に完成しているため、ここでの違いは基本的にサムスン製スクリーンと国産スクリーン、LCDとOLED、そして解像度の違いによるものであることを改めてご承知おきください。.
使用している携帯電話の機種については、このテストとは関係ないのでご心配なく。それでは、1080P液晶画面のパフォーマンスを見てみましょう。.
まず、テストパターンの上部を見てみましょう。一見すると、表示効果は非常に良好で、文字は鮮明でぼやけておらず、2単位間隔の直線と斜線も輪郭を判別できます。.
結局のところ、LCDなので、基本的な効果は間違いなく問題ありませんが、アイコンの表示効果を見てみると、たとえば、新しいノートのアイコンは左右と上下の幅が一致していません。次に、ヘッドフォンのアイコンのヘッドバンドを見ると、明らかなギザギザもあります。.
顕微鏡で拡大して、実際のサブピクセルレンダリングを見てみましょう。これらの半分明るいピクセルは、滑らかな表示のために側面から借りたピクセルです。しかし、LCDはRGBピクセル全体を借りており、サブピクセルを1つずつ借りることはできません。付箋アイコンでは、ピクセルを借りることなくアイコン全体を表示できます。借りたピクセルは、4辺の幅が不均等になっています。ヘッドフォンアイコンでは、処理が不十分であることがわかります。特にヘッドバンドの上端は借りられていないため、曲線が滑らかに見えません。.
次に、これら2つのアイコンで1080P OLEDの性能を比較し、国産の画面とSamsungの画面を並べて違いを確認します。まず、付箋アイコンは上下左右の幅が不均一という同じ問題を抱えているようです。ここでは国産OLEDの性能の方が優れているように見えますが、ヘッドフォンアイコンの曲線はSamsung OLEDの方が滑らかで、LCDよりも優れた性能を示しています。.
顕微鏡で性能を比較したところ、国内の画面がサブピクセルを借用している際、上端の曲線は下方向にさらに数グループのピクセルを借用しており、赤色のピクセルが非常に明るく目立ち、黒色領域を過度に侵食し、曲線の連続性を損なっていました。.
そして、テスト画像に戻って下段の大きなアイコンを見ると、Samsungの画面はまだ優位性がありますが、国産の画面はテキストを表示するときに逆転し、より鮮明に見え、ピクセルの借用によるエッジの色ずれも少ないため、一長一短があると言えます。.
また、サブピクセルレンダリングアルゴリズムが適切に行われていれば、OLEDとLCDの違いは明らかではないことも分かります。サブピクセルをより細かく制御してエッジを埋めることができるため、一部のシーンでは、OLEDは滑らかさの点でLCDよりも優れています。CMOSが画質面でCCDに及ばなかったのに、最終的にCCDを駆逐したように、OLEDはもはや過去のOLEDではありません。時代は確かに変わりました。.
それでは、1.5Kと2Kの2つの画面の比較を見てみましょう。ここではRedmiの発表に従い、iPhoneを1.5Kとしてカウントします。まず、これら3つの画面の鮮明さは1080P画面よりもはるかに優れており、特に直線の認識が顕著です。ピクセル密度が高いため、サブピクセルレンダリングアルゴリズムの余裕が生まれ、単位点の表示でさえ1080Pよりも鮮明です。.
いくつかの画面のピクセルを顕微鏡で観察すると、1.5Kがまさに分水嶺となり、表示される点が正方形に近づいていることがわかります。1単位間隔の緑色の線を見てみましょう。線と線の間の境界線も、1080P画面の線よりも明確です。.
3つの画面の違いが分かりにくい場合は、下のアイコン効果を見ればiPhoneが圧倒的に有利であることがわかります。付箋アイコンは4辺すべてが均等な幅で、ヘッドホンアイコンは非常に滑らかで、高解像度の2K画面を凌駕しています。.
拡大して細部を見ると、iPhoneは黒領域を埋めるためにより多くのサブピクセルを使用しており、非発光領域は最小です。しかし、国内の1080P画面とは異なり、埋められたサブピクセルの輝度は非常に低く、バランスが取れているため、肉眼では曲線がより滑らかに見えます。.
実際、これを見てからまとめると、1080P以下では液晶画面とサムスン製OLEDはそれぞれ長所と短所がありますが、どちらも国産OLED画面よりわずかに優れています。これは主に液晶のフォントがより鮮明である一方、サムスン製OLEDの曲線処理がより滑らかであることに反映されています。1.5Kレベルでは、国産1.5K、iPhone、サムスン製2Kの性能はほぼ同じですが、アイコン表示の滑らかさという点では、iPhoneが比較的明らかな優位性を示しています。.
もちろん、ここで紹介するテストチャートは非常に過酷な条件下で作成されており、問題を発見するために特別に作られています。実際、スマートフォンでご覧になると、コンテンツ自体の鮮明度の違いが、アルゴリズムの長所と短所をはるかに上回っている可能性があります。.
しかし、ここ2年間の国産スクリーンの急速な発展により、表示効果は非常に顕著になったと言わざるを得ません。初期のサムスンのダイヤモンドスクリーンは鮮明で、優れた表示効果のメリットは徐々に失われていきました。特に、K50Uのビデオでは、ミッドレンジ製品では1080Pスクリーンを1.5Kスクリーンに置き換える必要があると述べました。今日のテスト結果もこの点を証明しています。さらに、高解像度は必ずしも鮮明さを意味するわけではありません。サブピクセルレンダリングアルゴリズムによって、鮮明さのメリットが失われることもあれば、それを上回ることさえあります。.
ここでカメラに例えてみましょう。優れたCMOSセンサーは下限値しか決められません。優れたアルゴリズムとデバッグ効果によってのみ、全体的な上限値を上げることができます。これは極端すぎると言う人もいるかもしれません。私は1.5Kで十分だと思います。いずれにせよ、実際の使用では違いはありません。ほとんどの人はそう思うはずです。.
確かに、堀の第一段階の動画のように、この層だけを掘り下げただけでは、Appleの優位性は十分には明らかではないようですが、Appleは毎年多額の費用をかけてスクリーン工場を探し、専用にスクリーンをカスタマイズしているのに、その強みは何なのでしょうか？何かまだ発見されていない詳細があるのでしょうか？
能力実証
それでは、Appleの画面を詳しく見てみましょう。1.5Kの家庭用ディスプレイと比べても、Samsungの2Kディスプレイと比べても、Appleの画面のピクセルが大きく、密度が高く、そして小さいことに気づきませんか？実際、どのOLEDディスプレイと比較しても、iPhoneの画面のピクセルが最も大きいのです。これは、ピクセルの「開口率」という科学的な名称で呼ばれています。.
開口率を高めることには多くの利点があります。例えば、同じ電圧で使用した場合、開口率の高いピクセルは輝度が高くなります。逆に、同じ輝度を維持することで、消費電力を節約し、画面寿命をある程度延ばすことができます。.
このとき、なぜ開口率を上げることにそれほどのメリットがあるのか、サムスン自身も2Kスクリーンに追随できず、アップルだけが追随しているのかと尋ねる友人もいるのではないかと思う。
正直に言うと、答えは非常にシンプルです。それは歩留まりとコストです。OLEDスクリーンの製造は蒸着によって行われます。RGB3種類のピクセルは3回蒸着する必要があります。各蒸着にはマスクが使用されます。ピクセルはマスクを通過して基板上に落下することで正常に固定されます。したがって、歩留まりを確保し、不良ピクセルを減らすためには、マスクの開口部はピクセルよりもわずかに大きくする必要があります。.
しかし、画素開口率が大きく、画素が密集している場合、マスク開口部のサイズは非常に矛盾しています。小さすぎると基板に固定できず不良画素になり、大きすぎると隣接する画素に落ちて色がおかしくなります。つまり、これは業界の問題です。Appleがこの問題を解決するためにどれだけの時間と費用を費やしたかはわかりませんが、最終的な結果は、AppleのスクリーンはSamsungに完全に独立した生産ラインを持ち、iPhoneスクリーンの明るさは業界のベンチマークとなり、消費電力も非常に優れていることです。これはお金の力かもしれません。.
クック氏はサプライチェーンマネジメントの達人です。スクリーンのコストを際限なく増大させるわけにはいかないでしょう。スクリーンのコストを下げるために、何か考えがあったに違いありません。一体何を考えたのでしょうか？その答えは、スクリーンの「PPI」というパラメータから見つけ出すことができます。.
実は、Appleは全く異なる企業です。Apple製品は他の企業のように解像度ではなく画面サイズで定義されています。Apple製品の解像度はどれも非常に奇妙ですが、パラメータをよく見ると、PPIは同じかそれに近いことがわかります。過去10年間にAppleがリリースしたすべての携帯電話を振り返ってみると、Retinaディスプレイにアップグレードした後、LCDは326と401の数字しか登場していません。私の記憶が正しければ、OLEDは458、460、476の3つの数字しかありません。iPadとMacを一つずつ挙げることはしません。.
ユーザーの視点から見ると、製品を選ぶ際には画面サイズだけで十分です。画面サイズが異なっていても、鮮明度や表示効果はほぼ同等であり、Appleの画面は優れているという記憶がユーザーの心に刻み込まれています。コスト管理の観点から見ると、画面のPPIが同じであれば、生産時に大きなパネルから切り出されるため、実際には1つの画面とみなすことができます。.
今年の14 Plusと昨年の13 Pro Maxのように、世代の異なる画面であっても、リフレッシュレートは異なりますが、サイズとPPIは全く同じです。生産工程において完全に再利用できるプロセスが数多くあるはずで、これによりコストがさらに削減されます。.
そして、ここには非常に隠れたコストがあります。それは、サブピクセルレンダリングの研究開発コストです。このアルゴリズムは実はPPIと密接に関連しています。Appleの画面はすべて独自にカスタマイズされており、サブピクセルレンダリングのアルゴリズムも独自に開発されているからです。同じPPIの画面は同じアルゴリズムを使用しているため、車輪の再発明をする必要がなく、より集中的な最適化効果が得られます。まさに一石二鳥と言えるでしょう。.
最も重要なのは、サブピクセルを制御できるということは、まさに新しい世界への扉を開くということです。なぜなら、もう一つのことが可能になるからです。それは「画面の焼き付き補正」です。今年、iPhoneのAODがAndroidとは大きく異なることを誰もが目にしました。画面が消えることなく、ロック画面のページがそのまま表示されます。理論的には、これはAndroidのAODよりも画面の焼き付きが発生する可能性が高くなります。しかし、一方で、ピクセル開口率が大きいため、画面の寿命が長くなります。一方、Appleは独自の補正アルゴリズムを持っています。.
ここで改めてお伝えしたいのは、OLED画面の焼き付き補正は非常に重要な秘密だということです。ここでは、いくつかの実験結果と推測しかお伝えできません。参考までにお聞きください。この件について詳しい研究をお持ちの方は、コメント欄やプライベートメッセージでぜひご連絡ください。.
3年前、XS Maxで数々のエージング実験を行い、当時のAppleの画面寿命はAndroidスマートフォンよりもはるかに長く、画面の焼き付きもほとんど見られないことを発見しました。これは私たちの大きな好奇心を掻き立てました。国内の画面メーカーと協力して技術分析を行った結果、AppleがOLED画面に搭載したフラッシュメモリチップが鍵となる可能性があることが分かりました。.
このチップの機能の一つは、各サブピクセルの発光時間を記憶し、ピクセル自体の寿命曲線に応じて輝度を補正することだと推測しています。これはサブピクセルごとに約800万個のデータを持つ点に注意してください。その結果、非常に劣化が激しくない限り、画面の焼き付きはほとんど見られません。しかし、使用時間が長くなるにつれて、画面のピーク輝度は最も劣化したピクセルの輝度に合わせて低下します。.
これは、Appleが2019年に画面認証を開始した理由でもあるかもしれません。公式の画面でのみ、この情報が認識され、焼き付き補正機能を正常に有効にすることができます。.
率直に言って、このアプローチは非常にスマートで、よく考えられています。公式修理を確実に管理できるだけでなく、画面の発光時間を画面に関連付けることも可能になります。同じ画面であれば、どれだけ長く使用しても、どのスマートフォンに交換しても、表示効果は変わりません。.
Appleがこれを実行すると推測する理由は、iPhoneがエージングテストで非常に優れた性能を発揮していることに加え、Appleが実際にこれを行う能力があり、他社が習得するのが難しいからです。フラッシュメモリチップとDDICはすべてカスタマイズする必要があり、サブピクセルレンダリングと焼き付き補正アルゴリズムは高度に結合しており、総合的に考慮する必要があり、各ピクセルのエージングカーブを事前に測定する必要があります。これらの各ポイントは、他の製品にとっては山となるかもしれませんが、Appleはそれらをすべて自社で管理し、最終的に独自の機能に変換しました。それがiPhoneとApple WatchのAODディスプレイです。.
これが Apple の垂直統合の力です。.
しかし、サムスン自身の携帯電話には実際にそれを行う機会があることを付け加えなければなりませんが、その年の当社の老化テストの結果から判断すると、そのパフォーマンスはごく普通であり、現在のAODは他のAndroidスマートフォンよりも豊富ではないため、まだ解決されていない困難があると思います。.
要約
もう一度まとめましょう。実際、Appleの製品を分析していると、Appleのプロダクトマネージャーの仕事はとても楽なのではないかという印象を受けることがよくあります。制約があまりなく、適切なことに集中するだけでよく、技術チームはあなたのアイデアを具体化できるほど強力だからです。.
正しい点に焦点を当て、解決策を詳細かつ徹底的に検討すること。これがプロダクトマネージャーという仕事で最も難しい部分ではないでしょうか？外部条件の制約がない分、インターフェースがないため、プロダクトマネージャーの能力がより試されるのです。.
今日分析したサブピクセルレンダリングや関連機能と同様に、サブピクセルレンダリングとアンチバーンインについても考えられますが、公式のスクリーン認証は無視される可能性が高いです。よく考えてみると、miniLEDにおけるサブピクセルレンダリングとゾーンディミングの根底にある原理は全く同じです。どれも滑らかなエッジを実現するためのものではないでしょうか？ゾーンディミングのアルゴリズムはどの程度、そこからヒントを得ているのでしょうか？
だから、Appleを研究すればするほど、Appleは皆の先生のような存在だと感じます。Appleは往々にして最善の解決策を提示し、それを真似せざるを得なくなります。時には真似することさえ難しいこともあります。革新を起こさないからといって、どうして他人を嘲笑できるでしょうか？
アンチバーンスクリーンを例に挙げましょう。現在、誰もが解決策を研究していますが、問題はサブピクセルレンダリングアルゴリズム、DDIC機能のカスタマイズ、ピクセルエイジングの研究など、どれも難解なことです。アイデアがあっても、他者の制約に阻まれ、すべてを網羅できないこともあります。.
しかし、国産スクリーンの力強い台頭は、実は業界に変化をもたらしています。以前K50Uの動画でも触れましたが、国産サプライヤーは非常にオープンで、協力関係における技術交流も非常に誠実です。彼らはスクリーンの表示効果を向上させるために、積極的に協力しています。.