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什么是DC调光

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发表于 2019-7-9 22:51
当你长时间使用手机时是否存在眼睛疲劳和干涩?你又是否因长时间玩游戏而触发偏头痛的问题?如果你的手机屏幕恰好是OLED(包括AMOLED),那就很有可能是一项名为“PWM”的调光方案引起的了。
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OLED的新“隐疾”
和传统的LCD屏幕相比,OLED屏幕的优点多多,比如它无需独立背光所以可以做得更薄、还能实现曲屏甚至折叠屏的柔性形态、拥有更高色域和对比度、显示纯黑色背景时几乎不耗电,同时还是屏幕指纹识别技术的必备方案。
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然而,OLED屏幕也并非100%完美,比如当分辨率低于2K时,受制于子像素Pentile排列可能导致细腻度下降,长时间显示相同画面容易引起“烧屏”。随着使用OLED屏幕的手机越来越多,它的另一个“隐疾”也浮出了水面,那就是因低频PWM调光技术而导致的频闪伤眼问题。
屏幕的两种调光方式
手机屏幕的亮度是一个变量,它会通过光线传感器收集的当前环境光线的强弱而上下调节(自动亮度模式),当然也支持用户手动拖动亮度条进行调整,而目前智能手机常用的调光方式,则可分为“DC调光”和“PWM调光”两种方案。
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DC调光方案
DC直流调光的原理源于“功率=电压×电流”这个公式,即通过提高或降低手机的功率(由电流或电压调节)来改变手机屏幕的亮度。
优点:不闪屏
缺点:低亮度下色彩不均
PWM调光方案
PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)调光方案并不依靠改变功率,而是一种在极短的时间内,对屏幕进行一定频率的“亮→灭→亮→灭”交替闪烁,通过调整“亮”和“灭”的时间比例,实现从0%到100%的屏幕亮度调节。
在这个过程中屏幕并没有真正的变暗或变亮。比如,延长灭屏状态下的持续时间(缩短亮屏时间),利用人眼存在视觉暂留现象,就能给眼睛一种屏幕好像变暗了的错觉。
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反之,如果延长亮屏状态下的时间(缩短灭屏时间),屏幕就会感觉变亮了。
优点:结构简单、不存在偏色问题,省电且发热低
缺点:存在频闪现象
PWM调光惹祸
PWM调光方案最令人诟病的地方就是频闪。在PWM调光过程中,如果这个屏幕每秒闪500次,那PWM频闪的频率就是500Hz。一般来说只要频率超过80Hz用肉眼就很难发觉出来了,需要使用手机摄像头对着屏幕拍摄才能看到闪屏现象。
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问题来了,每个人对频闪的敏感度都存在差异,因此PWM调光频闪到多少Hz才算安全,电气和医学界都没有明确的定论。
业内普遍认为低健康风险的频闪范围应该在1250Hz以上,但有些人只要频闪频率超过200Hz就没什么感觉,而有些人哪怕面对1500Hz的频闪,大脑和视网膜组织仍能检测到并作出反应,具体表现就是眼睛疲劳和偏头疼的问题。
如果手机屏幕的频闪频率始终在你身体的耐受线以下,长时间的注视能不难受吗?
没错,当你长时间用手机玩游戏或是看小说后,突然感觉眼胀和头疼,也许这就是PWM调光方案引起的“血案”了。
对PWM调光可能很多用户还心存误解,比如亮度越低=PWM调光的频率越低=伤眼。实际上,这个理解是完全错误的。对采用PWM调光的屏幕来说,影响亮度的只有“亮屏和灭屏在一个闪烁周期内所占的时长比例”,只要一个闪烁周期内的亮屏和灭屏比例不变,屏幕亮度就不变,亮屏比例高就是增加亮度,而灭屏比例高则代表降低亮度。
可见,引起健康问题的,其实是闪烁周期的频率过慢(低于1250Hz)。
为何OLED“最受伤”
OLED屏不同于一体背光式的LCD屏,其每个像素点都可以自行发光,如果像DC调光那样靠降低电流/电压来调低亮度,就等于必须降低每个像素的电流/电压,由于OLED各RGB子像素对电流的响应情况不同,容易在低亮度下出现色彩不均的“抹布屏”现象,即低亮度下丢失动态范围并导致色彩均匀性变差。
早期三星的AMOLED屏幕曾尝试过全程DC调光(Galaxy S2时代,小米Note2的OLED屏幕也用过全程DC调光),但它们在低亮度下的糟糕画质表现,却迫使更多屏幕和手机厂商坚定支持OLED屏幕与低频PWM调光方案的搭配。
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在PWM调光方案下,无论当前屏幕的亮度和色温是多少,像素点的亮度都是恒定不变的,变化的仅仅是像素点的点亮时间,极大规避了因为算法匹配而导致显色不准,彻底告别了DC调光下的“抹布屏”问题。
可惜,手机的OLED屏幕在PWM调光下的频率普遍低于250Hz,而这就给对频闪现象敏感的用户带来了极大的健康风险——同一款手机在晚上使用时别人可能一切OK,但你玩时间长了就会感到眼胀头晕。
对了,OLED屏幕在使用PWM调光的同时还能与DC调光进行混搭哦。
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很多采用OLED屏幕的手机在高亮度下都会选择DC调光,只有当亮度低于某个阈值后才转为PWM调光模式。比如魅族系统工程师洪汉生就曾在微博上曝光,三星AMOLED屏幕在驱动层面就已经写死:亮度在110nit以上使用DC调光,以下才是PWM。当然,也有全程使用PWM调光的OLED屏幕手机,比如苹果iPhone X等。
LCD也有PWM调光
需要注意的是,PWM调光也并非OLED屏幕独占,(使用LED背光的)LCD屏幕同样可能也是这个方案的客户。
虽然DC调光是LCD屏幕的绝配,但依旧有2/3以上的新款LCD屏幕手机也引入了PWM调光模式,只是它们同样仅在亮度低于某个阈值(如20%)后才从DC切换到PWM。
好消息是,LCD屏幕普遍搭配的都是高频PWM调光,其频闪的频率普遍要在2000Hz以上,是OLED屏幕频闪的10倍左右,理论上已经不会对健康造成明显损害了。
少数采用LCD屏幕的低端手机可能会选择低频PWM调光模式,其频闪频率只有100Hz到250Hz,基本和OLED屏幕相同,长时间使用同样容易出现用眼疲劳和偏头痛,而这也是为什么很多用户都觉得低端手机屏幕更伤眼的原因。
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实际上,在PC领域我们经常也能看到PWM调光的身影。时至今日,很多显示器厂家还在主打“不闪屏”卖点,其原理就是采用全程DC调光,或DC+高频PWM调光(2000Hz以上)。而笔记本领域则是PWM调光的重灾区,很多中高端笔记本仍然在用低频PWM调光(250Hz左右),所以经常在晚上(亮度低)使用笔记本电脑加班的用户更容易偏头痛。
OLED遇到全程DC调光
今年黑鲨2手机发布时主打的一项名为“全程DC调光”引起了广泛争议,因为这个卖点似乎解决了OLED屏幕频闪伤眼的问题,而且也改善了OLED屏幕DC调光在低亮度下的“抹布屏”现象。
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实际上,早在黑鲨Helo时期就已经实现了这一功能,其原理和黑鲨2一致,它们都内置一颗独立的显示芯片,支持DCI-P3及SRGB色域模式和智能运动补偿技术,后者可以使得游戏画面不拖影。最关键的是,这款显示芯片还加入了“降低白点值”的功能,可大幅降低闪烁指数,成为了近几年少数在保持图像显示素质的前提下实现全程DC调光的OLED屏幕手机,有效缓解了用户长时间在低亮度下使用手机出现的眼部疲劳状况。
不过,即便是有着独立显示芯片加持的黑鲨Helo和黑鲨2,也不能保证DC调光在低亮度显示中拥有100%的完美画质,因此它们才会将其作为一个可选功能,需要用户在显示设置中手动开启。
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根据一些实际用户反馈,黑鲨2在开启DC调光选项后,的确存在一定的画质损失(可以接受),而这也是我们想要在低亮度下享受护眼所必须承受之重。
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PWM调光
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开启DC调光
DC调光普及进行时
从健康护眼的角度来看,在认识到低频PWM调光的危害之后,相信已有更多的用户宁可牺牲一部分画质,也不希望晚上躺被窝玩手机时脑袋疼了吧?正是看到了这些需求,几乎所有生产OLED屏幕手机的厂商(华为、小米、OPPO、vivo、iQOO和魅族等),都已经推出了全程DC调光的固件更新,从而为旗下OLED屏幕的新旧手机增加一项全新的卖点。
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但是,正如前文中魅族系统工程师洪汉生和OPPO副总裁沈义人透露的那样,OLED屏幕(在低亮度下)到底采取DC还是PWM调光是面板硬件本身决定的,手机厂商很难从硬件层面插手。
有些手机是通过独立显示芯片跳过了这个门槛限制,而其他品牌要想跟进,暂时就只能从软件层面减少低亮度下的频闪问题。其中,采用骁龙855的可以通过SoC中的某个单元实现“半硬解”,而其他处理器的所谓DC其实都是通过“软解”实现了既定目标。
小结
无论如何,低频PWM调光对眼睛的损伤是绝对的,对频闪敏感的用户群体而言也很难逃避这一隐患(所有支持屏幕指纹的手机只能配备OLED屏幕,没得选择)。随着越来越多手机厂商通过软硬手段实现了“全局DC调光”,有望彻底解决这一历史遗留问题,哪怕这个功能依旧存在降低些许画质的问题。
来源:CFAN

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