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펜타일 매트릭스

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목차

1. 개요

펜타일 매트릭스는 5와 타일을 결합한 용어로, 디스플레이 기술의 픽셀 배열 방식 중 하나이다. 펜타일은 2014년 오토 셰이드 상을 수상한 캔디스 H. 브라운 엘리엇에 의해 발명되었으며, RGBG, RGBW 등 여러 종류가 있다. 펜타일 RGBG는 녹색에 민감한 사람의 눈 특성을 활용하여 해상도 손실을 줄이고, 펜타일 RGBW는 흰색 서브 픽셀을 추가하여 전력 소비를 줄이거나 밝기를 높이는 데 기여한다. 펜타일 디스플레이는 해상도 논란과 텍스트 가독성 저하 등의 단점이 있지만, 특정 해상도를 구현하는 데 필요한 서브 픽셀 수를 줄여 비용 절감과 에너지 효율성을 높이는 장점도 있다.

2. 역사

삼성전자의 초기 펜타일 매트릭스(12:1 확대).


펜타일은 정보 디스플레이 학회(Society for Information Display)의 2014년 오토 셰이드 상을 받은 캔디스 H. 브라운 엘리엇이 발명했다.[6] 이 기술은 2000년부터 2008년까지 클레어보얀테(Clairvoyante)사가 라이선스했으며, 그 기간 동안 여러 아시아 액정 표시 장치(LCD) 제조업체에서 여러 개의 펜타일 프로토타입 디스플레이를 개발했다. 2008년 3월, 삼성전자(Samsung Electronics)는 클레어보얀테의 펜타일 IP 자산을 인수했다. 그 후 삼성은 펜타일 기술 개발을 계속하기 위해 새로운 회사인 누보이언스(Nouvoyance, Inc.)에 자금을 지원했다.[7]

3. 종류

펜타일 매트릭스는 디스플레이에서 픽셀 배열 방식의 한 종류로, 서브픽셀을 효율적으로 배치하여 해상도를 높이거나 전력 소비를 줄이는 기술이다.

"펜타일 매트릭스"는 1990년대 초에 개발된 서브픽셀 배열의 기하학적 레이아웃을 설명하는 용어로, 그리스어 "penta-(다섯)"와 타일의 합성 신조어이다.[1] 이 레이아웃은 각 단위 셀에 두 개의 적색 서브픽셀, 두 개의 녹색 서브픽셀, 그리고 하나의 중앙 청색 서브픽셀로 구성된 quincunx로 구성된다. 이는 인간 망막의 생체 모방에서 영감을 받은 것인데, L형 및 M형 원뿔 세포가 거의 동일한 수를 가지지만 S 원뿔의 수가 훨씬 적은 점을 고려한 것이다. S 원뿔은 주로 청색을 인식하는 역할을 하며, 청색은 휘도의 인식에 크게 영향을 미치지 않으므로, 디스플레이에서 적색 및 녹색 서브픽셀에 비해 청색 서브픽셀의 수를 줄여도 이미지 품질이 저하되지 않는다.[2] 그러나 이 레이아웃은 색상 누출 이미지 왜곡을 일으킬 수 있으며, 이는 필터를 통해 줄일 수 있다.[3][4] 경우에 따라 이 레이아웃은 기존 RGB 레이아웃에 비해 모아레 및 블록 현상이 감소한다.[5]

펜타일 매트릭스 기술은 크게 RGBG 방식과 RGBW 방식으로 나뉜다.


  • RGBG 방식: 넥서스 원의 아몰레드 화면에 적용된 방식으로, 인간의 눈이 녹색에 더 민감하다는 점을 이용하여 해상도 손실을 줄인다. 빨간색과 파란색은 이웃 픽셀과 합쳐져 하나의 서브픽셀로 만들어지며, 전통적인 RGB 배열보다 1/3 적은 서브픽셀을 사용한다.

펜타일 RGBG를 채택한 넥서스 원 아몰레드 화면 확대

  • RGBW 방식: RGB 픽셀에 흰색(W) 서브픽셀을 추가하여 휘도를 높이거나 전력 소비를 줄이는 방식이다.

펜타일 RGBW

3. 1. 펜타일 RGBG

펜타일 RGBG는 인간의 눈이 녹색에 더 민감하다는 점을 이용하여 해상도 손실을 줄이는 방식이다. 빨간색과 파란색 서브픽셀은 이웃 픽셀과 결합되어 하나의 서브픽셀로 만들어진다. 이 방식은 전통적인 RGB 배열보다 1/3 적은 서브픽셀을 사용한다. 펜타일 방식은 명목 해상도보다는 덜 선명하게 보이지만, 같은 서브픽셀 수를 가진 전통적인 RGB 방식보다는 선명하게 보인다.[9][10]

'펜타일 매트릭스'는 1990년대 초에 개발된 전형적인 서브픽셀 배열의 기하학적 레이아웃을 설명하는 용어이다. 각 단위 셀은 두 개의 적색, 두 개의 녹색, 그리고 하나의 중앙 청색 서브픽셀로 구성된 quincunx 배열을 이룬다. 이는 인간 망막의 생체 모방에서 영감을 받은 것으로, L형 및 M형 원추 세포는 거의 동일한 수를 가지지만 S 원뿔 세포(청색을 주로 인식)의 수는 훨씬 적다는 점을 고려한 것이다. 청색 서브픽셀의 수를 줄여도 휘도 인식에 큰 영향을 주지 않아 이미지 품질 저하를 최소화할 수 있다.[2] 그러나 이 레이아웃은 색상 누출 이미지 왜곡을 일으킬 수 있으며, 이는 필터를 통해 줄일 수 있다.[3][4]

펜타일 RGBG 배열은 AMOLED 및 플라즈마 디스플레이에 사용되며, 녹색 픽셀과 빨간색 및 파란색 픽셀이 번갈아 배치된다.[8] 사람의 눈은 녹색, 특히 고해상도 휘도 정보에 가장 민감하다. 녹색 서브 픽셀은 입력 픽셀에 1:1로 대응되는 반면, 빨간색 및 파란색 서브 픽셀은 서브샘플링되어 낮은 해상도로 색차 신호를 재구성한다. 휘도 신호는 적응형 서브 픽셀 렌더링 필터를 사용하여 처리되며, 녹색 서브 픽셀이 재구성의 대부분을 담당한다. 빨간색 및 파란색 서브 픽셀은 수평 및 수직 공간 주파수는 재구성할 수 있지만, 대각선 방향의 가장 높은 주파수는 재구성할 수 없다. 입력 이미지의 빨간색 및 파란색 채널에서 대각선 방향의 높은 공간 주파수 정보는 이미지 재구성을 위해 녹색 서브 픽셀로 전달된다.

3. 1. 1. 펜타일 RGBG 적용 기기

2021년 기준으로 휴대용 소비자 기기의 거의 모든 OLED 화면은 펜타일 서브픽셀 레이아웃의 형태를 사용한다.[11] 펜타일 RGBG 배열은 AMOLED 디스플레이에 주로 사용된다. 다음은 펜타일 RGBG 기술이 적용된 주요 기기 목록이다.

제조사제품명
애플아이폰 X(Apple iPhone X)[12], 아이폰 XS(Apple iPhone XS/XS Max)[13], 아이폰 11 Pro(Apple iPhone 11 Pro/11 Pro Max), 아이폰 12(Apple iPhone 12/12 Mini), 아이폰 12 Pro(Apple iPhone 12 Pro/12 Pro Max), 아이폰 13(Apple iPhone 13/13 Mini), 아이폰 13 Pro(Apple iPhone 13 Pro/13 Pro Max), 아이폰 14(Apple iPhone 14/14 Plus), 아이폰 14 Pro(Apple iPhone 14 Pro/14 Pro Max)[14]
블랙베리블랙베리 Q10(BlackBerry Q10)[15]
델델 베뉴 프로(Dell Venue Pro)
구글넥서스 원(Nexus One)[19], 갤럭시 넥서스(Galaxy Nexus)[16], 넥서스 S(Nexus S) (Super AMOLED 변종만 해당), 넥서스 6(Nexus 6), 넥서스 6P(Nexus 6P), 구글 픽셀(Google Pixel), 구글 픽셀 XL(Google Pixel XL), 구글 픽셀 2(Google Pixel 2), 구글 픽셀 2 XL(Google Pixel 2 XL), 구글 픽셀 3(Google Pixel 3), 구글 픽셀 3 XL(Google Pixel 3 XL)
HTCHTC One S, HTC 디자이어(HTC Desire) (AMOLED 변종만 해당), HTC 바이브(HTC Vive)
화웨이화웨이 어센드 P1(Huawei Ascend P1), 화웨이 Mate 20 Pro(Huawei Mate 20 Pro), 화웨이 P30(Huawei P30), 화웨이 P30 Pro(Huawei P30 Pro)
마이크로소프트마이크로소프트 루미아 650(Microsoft Lumia 650)
모토로라모토로라 레이저 i(Motorola RAZR i)[17], 모토로라 드로이드 3(Motorola Droid 3), 모토 X (2세대)(Moto X (2nd generation))[18]
노키아노키아 N9(Nokia N9), 노키아 루미아 730(Nokia Lumia 730)/노키아 루미아 735(Nokia Lumia 735), 노키아 루미아 800(Nokia Lumia 800), 노키아 루미아 925(Nokia Lumia 925), 노키아 루미아 928(Nokia Lumia 928), 노키아 루미아 1020(Nokia Lumia 1020)
오큘러스오큘러스 리프트(Oculus Rift), 오큘러스 퀘스트(Oculus Quest)
원플러스원플러스 3(OnePlus 3), 원플러스 3T(OnePlus 3T), 원플러스 5(OnePlus 5), 원플러스 5T(OnePlus 5T), 원플러스 6(OnePlus 6), 원플러스 6T(OnePlus 6T)
팬택팬텍 버스트(Pantech Burst)
삼성전자삼성 갤럭시 S(Samsung Galaxy S (2010 smartphone)), 삼성 갤럭시 S 플러스(Samsung Galaxy S Plus), 삼성 갤럭시 S III(Samsung Galaxy S III), 삼성 갤럭시 S III 미니(Samsung Galaxy S III Mini)[20], 삼성 갤럭시 S4(Samsung Galaxy S4)[21], 삼성 갤럭시 S5(Samsung Galaxy S5), 삼성 갤럭시 S6(Samsung Galaxy S6), 삼성 갤럭시 S6 액티브(Samsung Galaxy S6 Active), 삼성 갤럭시 S6 엣지(Samsung Galaxy S6 Edge), 삼성 갤럭시 S6 엣지+(Samsung Galaxy S6 Edge+), 삼성 갤럭시 S7(Samsung Galaxy S7), 삼성 갤럭시 S7 엣지(Samsung Galaxy S7 Edge), 삼성 갤럭시 S8(Samsung Galaxy S8), 삼성 갤럭시 S8+(Samsung Galaxy S8+), 삼성 갤럭시 S8 액티브(Samsung Galaxy S8 Active), 삼성 갤럭시 S9(Samsung Galaxy S9), 삼성 갤럭시 S9+(Samsung Galaxy S9+), 삼성 갤럭시 S10(Samsung Galaxy S10e/S10/S10+/S10 5G), 삼성 갤럭시 S20(Samsung Galaxy S20/S20+/S20 Ultra), 삼성 갤럭시 S21(Samsung Galaxy S21/S21+/S21 Ultra), 삼성 갤럭시 노트(Samsung Galaxy Note (original)), 삼성 갤럭시 노트 3(Samsung Galaxy Note 3), 삼성 갤럭시 노트 4(Samsung Galaxy Note 4), 삼성 갤럭시 노트 5(Samsung Galaxy Note 5), 삼성 갤럭시 노트 7(Samsung Galaxy Note 7), 삼성 갤럭시 노트 8(Samsung Galaxy Note 8), 삼성 갤럭시 노트 9(Samsung Galaxy Note 9), 삼성 갤럭시 탭 S 8.4(Samsung Galaxy Tab S 8.4), 삼성 웨이브 S8500(Samsung Wave S8500), 삼성 아티브 S(Samsung Ativ S), 삼성 NX10(Samsung NX10)[22]
소니소니 엑스페리아 XZ3(Sony Xperia XZ3)
샤오미샤오미 Mi A3(Xiaomi Mi A3)[23]


3. 2. 펜타일 RGBW

펜타일 RGBW는 기존 RGB(빨강, 녹색, 파랑) 서브픽셀에 W(흰색) 서브픽셀을 추가한 방식이다.[24] 흰색 서브픽셀은 색상 필터 없이 빛을 통과시켜 같은 전력으로 더 밝은 화면을 만들거나, 같은 밝기에서 전력 소비를 줄일 수 있다.[25]

펜타일 RGBW 레이아웃은 사람 눈의 원추 세포에 고해상도 휘도 정보를 제공하고, 모든 색상 서브픽셀을 결합하여 저해상도 색도 정보를 제공하여 디스플레이 기술을 인간 시각에 최적화한다.[26] RGB 스트라이프(RGB-RGB) 레이아웃과 동일한 해상도에 대해 1/3 적은 서브픽셀을 사용하며, 흰색 서브픽셀과 RGB 서브픽셀 간 에너지 분포를 최적화하여 이미지 선명도를 높인다.

디스플레이 드라이버 칩은 RGB를 RGBW 색 공간으로 변환하고, 색역 매핑, 메타머 및 서브픽셀 렌더링 알고리즘을 사용한다. 채도가 높은 색상 품질을 유지하고, 채도가 높은 색상과 최대 흰색 밝기 사이의 동시 대비 오류를 방지하며, 백라이트 전력 요구량을 줄이기 위해 디스플레이 백라이트 밝기를 조절한다.[27] 이미지가 주로 흰색이나 회색에 가까운 채도가 낮은 색상이면 백라이트 밝기를 50% 미만으로 줄이고, LCD 레벨을 높여 보상한다. 펜타일 RGBW는 흑백 텍스트처럼 채도가 낮은 이미지 영역의 밝기를 높여 야외 시인성을 개선하는 고휘도 모드도 제공한다.

모토로라 아트릭스 4G[31], 갤럭시 노트 10.1 2014년 에디션, 요가 2 Pro 등에 적용되었다.

3. 2. 1. 펜타일 RGBW 적용 기기



다음은 펜타일 RGBW 기술이 적용된 기기 목록이다.

제조사제품명
모토로라모토로라 아트릭스 4G[31]
모토로라모토로라 MC65[28]
모토로라모토로라 ES55[29]
모토로라모토로라 ES400[30]
삼성갤럭시 노트 10.1 2014년 버전
레노버요가 2 Pro
레노버요가 3 Pro
HPENVY TouchSmart 14-k022tx Sleekbook
MSIGS60 Ghost Pro 4K
레노버아이디어패드 Y50 4K
에이수스젠북 UX303LN 4K
에이수스젠북 프로 UX501JW
LGUH7500/6500/6100
LG씽큐 G7/G7+
오큘러스퀘스트 1


4. 논란

펜타일 디스플레이는 서브픽셀 배열 방식 때문에 해상도 논란이 있었다. 일부 사용자들은 펜타일 디스플레이가 RGB 스트라이프 방식에 비해 글자 가독성이 떨어지거나 색상이 번져 보인다고 지적했다.[39][40][43] 영상 전자 표준 협회(VESA)의 해상도 측정 기준에 따르면, 글자 렌더링을 위한 디스플레이는 최소 50%의 미켈슨 대비가 필요하다.[36] 펜타일 디스플레이는 이 기준을 충족하지만,[37] 서브픽셀 공유 방식 때문에 일부 사용자들은 해상도가 떨어진다고 느낄 수 있다. 특히, 펜타일 기술을 사용한 삼성전자 제품에 대해 부정적인 여론이 조성되기도 했다.

5. 장단점

펜타일 매트릭스는 서브 픽셀 수를 줄여 전력 소비를 줄이고, 제조 비용을 절감하며, 수명을 연장하는 등의 장점이 있다. 특히 펜타일 RGBW는 흰색 하부픽셀(W)을 추가하여 동일 밝기에서 전력 소모를 줄이고 휘도를 높인다. 그러나 펜타일 매트릭스는 낮은 해상도에서 텍스트 가독성이 떨어지거나 색 번짐 현상이 나타날 수 있으며, 실제 해상도에 대한 논란도 존재한다.


  • 장점
  • 낮은 전력 소비: HTC One S에 사용된 펜타일 디스플레이는 동급 LCD보다 에너지 효율이 높아 HTC One X의 IPS LCD보다 배터리 수명이 더 길다.[44][45][46][47]
  • 높은 휘도: 펜타일 RGBW는 채도가 낮은 색상(흰색, 회색 등) 이미지의 밝기를 두 배로 높여 야외 시인성을 향상시키는 고휘도 모드를 제공한다.[27]
  • 제조 비용 절감: 펜타일 AMOLED 화면은 RGB 스트라이프 AMOLED보다 저렴하다.[48]
  • 수명 연장: 삼성에 따르면, 펜타일 AMOLED 디스플레이는 파란색 서브 픽셀 수가 적어 수명이 더 길다.[49]

  • 단점
  • 낮은 해상도에서 텍스트 가독성이 떨어질 수 있다.
  • 일부 색상에서 번짐 현상이 나타날 수 있다.
  • 실제 해상도에 대한 논란이 있다.


영상 전자 표준 협회(VESA)는 텍스트 렌더링을 위한 디스플레이 해상도를 측정할 때 최소 50%의 미켈슨 대비를 요구하며,[36] 펜타일 디스플레이 개발자들은 이 기준을 사용해 해상도를 계산한다.[37] 그러나 펜타일 디스플레이의 낮은 서브픽셀 밀도와 서브픽셀 공유 방식으로 인해, 일부에서는 펜타일 사용을 "수상한 행위" 또는 "일종의 사기"로 묘사하기도 한다.[41][42]

펜타일 화면은 RGB 스트라이프 컬러에 비해 일부 채도가 높은 색상과 배경에서 텍스트가 흐릿하게 보이고, 거칠거나 픽셀화된 것처럼 보일 수 있다.[43] 이는 색상이 기본 색상으로 고도로 채도가 높을 때 이미지 재구성에 참여할 수 있는 서브픽셀 수의 제한 때문에 발생한다.

5. 1. 장점

펜타일 매트릭스는 다음과 같은 장점을 가진다.

  • 낮은 전력 소비: 펜타일 배열은 서브픽셀 수를 줄여 전력 소비를 줄일 수 있다. 특히 펜타일 RGBW는 흰색 하부픽셀(W)을 추가하여 동일 밝기에서 전력 소모를 줄인다.[25] HTC One S에 사용된 펜타일 디스플레이는 동급 LCD보다 에너지 효율이 높고 얇아, HTC One X의 IPS LCD보다 배터리 수명이 더 길다.[44][45][46][47]
  • 높은 휘도: 펜타일 RGBW 방식은 흰색 서브픽셀을 추가하여 휘도를 높일 수 있다.[24] 또한, 펜타일 RGBW는 채도가 낮은 색상(흰색, 회색 등) 이미지 영역의 밝기를 두 배로 높여 야외 시인성을 향상시키는 고휘도 모드도 제공한다.[27]
  • 제조 비용 절감: 펜타일 배열은 특정 해상도를 구현하는 데 필요한 서브 픽셀 수가 적어 제조 비용을 절감할 수 있다. 펜타일 AMOLED 화면은 RGB 스트라이프 AMOLED보다 저렴하다.[48]
  • 수명 연장: 삼성에 따르면, 펜타일 AMOLED 디스플레이는 파란색 서브 픽셀 수가 적어 수명이 더 길다.[49]

5. 2. 단점

펜타일 매트릭스는 낮은 해상도에서 텍스트의 가독성이 떨어질 수 있으며, 일부 색상에서 번짐 현상이 나타날 수 있다는 단점이 있다.[41][42] 또한, 펜타일 디스플레이는 실제 해상도에 대한 논란이 존재한다.[32][33][34][35]

일반적인 평판 TV는 각 픽셀이 균일한 크기의 빨간색, 녹색, 파란색(RGB) 서브픽셀로 구성되어 모든 색상을 표현할 수 있지만,[8] 펜타일 화면은 그렇지 않다. 펜타일 디스플레이는 서브픽셀을 공유하거나 서브샘플링하기 때문에, RGB 스트라이프 디스플레이보다 픽셀 구조가 더 눈에 띄게 나타날 수 있다.[38][39][40]

영상 전자 표준 협회(VESA)는 텍스트 렌더링을 위한 디스플레이 해상도를 측정할 때 최소 50%의 미켈슨 대비를 요구하는데,[36] 펜타일 디스플레이 개발자들은 이 기준을 사용하여 해상도를 계산한다.[37] 그러나 펜타일 디스플레이의 낮은 서브픽셀 밀도와 서브픽셀 공유 방식으로 인해, 일부에서는 펜타일 사용을 "수상한 행위" 또는 "일종의 사기"로 묘사하기도 한다.[41][42]

펜타일 화면은 RGB 스트라이프 컬러에 비해 일부 채도가 높은 색상과 배경에서 텍스트가 흐릿하게 보이고, 거칠거나 픽셀화된 것처럼 보일 수 있다.[43] 이는 색상이 기본 색상으로 고도로 채도가 높을 때 이미지 재구성에 참여할 수 있는 서브픽셀 수의 제한 때문에 발생한다.

6. 평가

펜타일 디스플레이에 대한 평가는 엇갈린다. 일부 사용자들은 펜타일 디스플레이의 낮은 전력 소비와 높은 휘도를 장점으로 꼽는다. HTC One S의 펜타일 디스플레이는 동급 LCD 화면보다 에너지 효율이 높고 얇아 HTC One X의 IPS LCD보다 배터리 수명이 더 길다는 평가를 받았다.[44][45][46][47] 또한 펜타일 AMOLED 화면은 RGB 스트라이프 AMOLED보다 저렴하다.[48] 삼성에 따르면, 펜타일 AMOLED 디스플레이는 파란색 서브 픽셀 수가 적어 수명이 더 길다.[49]

반면, 다른 사용자들은 가독성 문제와 색 번짐 현상을 단점으로 지적한다. 특히 초기 펜타일 디스플레이는 낮은 해상도에서 텍스트가 흐릿하게 보이는 문제가 있었다. 모토로라 아트릭스 4G의 디스플레이는 "색상이 정확하지 않고 시야각이 좋지 않으며, 최대 확대 시에는 텍스트를 거의 읽을 수 없었다"는 평가를 받았다. 또한, 초창기 Droid Razr와 더 저렴한 RAZR V를 비교했을 때, RAZR V의 TN TFT LCD가 동일한 해상도를 사용했음에도 불구하고 Droid Razr의 Super AMOLED Advanced 펜타일보다 훨씬 선명하다는 평가를 받았다.[51][52]

하지만 삼성 갤럭시 S III와 같이 300ppi(VESA 기준, 전체 픽셀 아님) 해상도 디스플레이에서는 펜타일 효과가 덜 눈에 띈다는 의견도 있다.[44] 삼성 갤럭시 S4는 펜타일 다이아몬드 픽셀 배열을 사용하여 갤럭시 S III보다 덜한 색상 수차로 더욱 균일한 색상을 보장한다.[50]

참조

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[2] 간행물 Reducing Pixel Count without Reducing Image Quality http://direct.bl.uk/[...] 2011-08-09
[3] 논문 Subpixel rendering for the pentile display based on the human visual system https://ieeexplore.i[...] 2017-11-01
[4] 논문 Development of the PenTile Matrix™ color AMLCD subpixel architecture and rendering algorithms http://doi.wiley.com[...] 2003-01-01
[5] 문서 PenTile Display Technology
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[35] 웹사이트 Nexus One "Resolution" Debate Continues http://www.displaybl[...] 2011-07-06
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[37] 웹사이트 PenTile Technology Whitepapers http://www.nouvoyanc[...] 2012-03-06
[38] 웹사이트 Display Design and the Human Vision System http://www.nouvoyanc[...] 2012-04-16
[39] 웹사이트 Motorola DROID 3 Review by Taylor http://www.phonedog.[...] 2012-04-16
[40] 웹사이트 Comparison of Pentile vs RGB stripe http://www.droid-lif[...] 2012-04-16
[41] 웹사이트 HTC One S review https://www.theverge[...] 2013-11-03
[42] 웹사이트 Display shootout: HTC One X vs. Galaxy Nexus (vs. iPad 3) screen comparison http://www.stuff-rev[...] 2013-11-03
[43] 웹사이트 How PenTile Displays Are Brighter But Not Always Better http://www.tested.co[...] 2011-07-27
[44] 웹사이트 HTC One S review http://mobilesyrup.c[...] 2013-07-26
[45] 웹사이트 HTC One X vs. One S: which phone is The One for you? https://www.engadget[...] 2013-07-26
[46] 웹사이트 The Samsung Galaxy S III has a PenTile display: What is it, and why should you care? http://www.digitaltr[...] Digital Trends 2013-07-26
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