告別偏頭痛淺析OLED手機(jī)屏幕的DC調(diào)光

OLED的新“隱疾”

和傳統(tǒng)的LCD屏幕相比，OLED屏幕的優(yōu)點(diǎn)多多，比如它無需獨(dú)立背光所以可以做得更薄，還能實(shí)現(xiàn)曲屏甚至折疊屏的柔性形態(tài)，擁有更高的色域和對(duì)比度，顯示純黑色背景時(shí)幾乎不耗電，同時(shí)還是屏幕指紋識(shí)別技術(shù)的必備方案（圖1）。

然而，OLED屏幕也并非100%完美，比如當(dāng)分辨率低于2K時(shí)，受制于子像素Pentile排列可能導(dǎo)致細(xì)膩度下降，長(zhǎng)時(shí)間顯示相同畫面容易引起“燒屏”。隨著使用OLED屏幕的手機(jī)越來越多，它的另一個(gè)“隱疾”也浮出了水面，那就是因低頻PWM調(diào)光技術(shù)而導(dǎo)致的頻閃傷眼問題。

屏幕的兩種調(diào)光方式

手機(jī)屏幕的亮度是一個(gè)變量，它會(huì)通過光線傳感器收集當(dāng)前環(huán)境光線的強(qiáng)弱而上下調(diào)節(jié)（自動(dòng)亮度模式），當(dāng)然也支持用戶手動(dòng)拖動(dòng)亮度條進(jìn)行調(diào)整（圖2），而目前智能手機(jī)常用的調(diào)光方式，則可分為“DC調(diào)光”和“PWM調(diào)光”兩種方案。

DC調(diào)光方案

DC直流調(diào)光的原理源于“功率=電壓×電流”這個(gè)公式，即通過提高或降低手機(jī)的功率（由電流或電壓調(diào)節(jié)）來改變手機(jī)屏幕的亮度。

優(yōu)點(diǎn)：不閃屏

缺點(diǎn)：低亮度下色彩不均

PWM調(diào)光方案

PWM （Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）調(diào)光方案并不依靠改變功率，而是在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)屏幕進(jìn)行一定頻率的“亮一滅一亮一滅”交替閃爍，通過調(diào)整“亮”和“滅”的時(shí)間比例，實(shí)現(xiàn)從0%到100%的屏幕亮度調(diào)節(jié)。

在這個(gè)過程中屏幕并沒有真正的變暗或變亮。比如，延長(zhǎng)滅屏狀態(tài)下的持續(xù)時(shí)間（縮短亮屏?xí)r間），利用人眼存在視覺暫留現(xiàn)象，就能給眼睛一種屏幕好像變暗了的錯(cuò)覺（圖3）。反之，如果延長(zhǎng)亮屏狀態(tài)下的時(shí)間（縮短滅屏?xí)r間），就會(huì)感覺屏幕變亮了。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不存在偏色問題，省電且發(fā)熱低

缺點(diǎn)：存在頻閃現(xiàn)象

PWM調(diào)光惹禍

PWM調(diào)光方案最令人詬病的地方就是頻閃。在PWM調(diào)光過程中，如果這個(gè)屏幕每秒閃500次，那PWM頻閃的頻率就是500Hz。一般來說只要頻率超過80Hz肉眼就很難發(fā)覺了，需要使用手機(jī)攝像頭對(duì)著屏幕拍攝才能看到閃屏現(xiàn)象（圖4）。

問題來了，每個(gè)人對(duì)頻閃的敏感度都存在差異，因此PWM調(diào)光頻閃到多少Hz才算安全，電氣和醫(yī)學(xué)界都沒有明確的定論。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為低健康風(fēng)險(xiǎn)的頻閃范圍應(yīng)該在1250Hz以上，但有些人只要頻閃頻率超過200Hz就沒什么感覺，而有些人哪怕面對(duì)1500Hz的頻閃，大腦和視網(wǎng)膜組織仍能檢測(cè)到并作出反應(yīng)，具體表現(xiàn)就是眼睛疲勞和偏頭疼的問題。如果手機(jī)屏幕的頻閃頻率始終在你身體的耐受線以下，長(zhǎng)時(shí)間的注視能不難受嗎？

沒錯(cuò)，當(dāng)你長(zhǎng)時(shí)間用手機(jī)玩游戲或看小說后，突然感覺眼脹和頭疼，也許這就是PWM調(diào)光方案引起的“血案”了。

為何OLED“最受傷”

OLED屏不同于一體背光式的LCD屏，其每個(gè)像素點(diǎn)都可以自行發(fā)光，如果像DC調(diào)光那樣靠降低電流/電壓來調(diào)低亮度，就等于必須降低每個(gè)像素的電流/電壓，由于OLED各RGB子像素對(duì)電流的響應(yīng)情況不同，容易在低亮度下出現(xiàn)色彩不均的“抹布屏”現(xiàn)象，即低亮度下丟失動(dòng)態(tài)范圍并導(dǎo)致色彩均勻性變差。

早期三星的AMOLED屏幕曾嘗試過全程DC調(diào)光（Galaxy S2時(shí)代，小米Note2的OLED屏幕也用過全程DC調(diào)光），但它們?cè)诘土炼认碌脑愀猱嬞|(zhì)表現(xiàn)，卻迫使更多的屏幕和手機(jī)廠商堅(jiān)定支持OLED屏幕與低頻PWM調(diào)光方案的搭配（表1）。

小提示

對(duì)PWM調(diào)光可能很多用戶還心存誤解，比如亮度越低= PWM調(diào)光的頻率越低=傷眼。實(shí)際上，這個(gè)理解是完全錯(cuò)誤的。對(duì)采用PWM調(diào)光的屏幕來說，影響亮度的只有“亮屏和滅屏在一個(gè)閃爍周期內(nèi)所占的時(shí)長(zhǎng)比例”，只要一個(gè)閃爍周期內(nèi)的亮屏和滅屏比例不變，屏幕亮度就不變，亮屏比例高就是增加亮度，而滅屏比例高則代表降低亮度。可見，引起健康問題的，其實(shí)是閃爍周期的頻率過慢（低于1250Hz）。

在PWM調(diào)光方案下，無論當(dāng)前屏幕的亮度和色溫是多少，像素點(diǎn)的亮度都是恒定不變的，變化的僅僅是像素點(diǎn)的點(diǎn)亮?xí)r間，極大地規(guī)避了因?yàn)樗惴ㄆヅ涠鴮?dǎo)致顯色不準(zhǔn)，徹底告別了DC調(diào)光下的“抹布屏”問題?？上В謾C(jī)的OLED屏幕在PWM調(diào)光下的頻率普遍低于250Hz，而這就給對(duì)頻閃現(xiàn)象敏感的用戶帶來了極大的健康風(fēng)險(xiǎn)——同一款手機(jī)在晚上使用時(shí)別人可能一切OK，但你玩時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)感到眼脹頭暈（圖5）。

對(duì)了，OLED屏幕在使用PWM調(diào)光的同時(shí)還能與DC調(diào)光進(jìn)行混搭哦。

很多采用OLED屏幕的手機(jī)在高亮度下都會(huì)選擇DC調(diào)光，只有當(dāng)亮度低于某個(gè)閾值后才轉(zhuǎn)為PWM調(diào)光模式。比如魅族系統(tǒng)工程師洪漢生就曾在微博上曝光，三星AMOLED屏幕在驅(qū)動(dòng)層面就已經(jīng)寫死：亮度在1 1 0 nit以上使用DC調(diào)光，以下才是PWM（圖6）。當(dāng)然，也有全程使用PWM調(diào)光的OLED屏幕手機(jī)，比如蘋果iPhone X等。

LCD也有PWM調(diào)光

需要注意的是，PWM調(diào)光也并非OLED屏幕獨(dú)占，（使用LED背光的）LCD屏幕同樣可能也是這個(gè)方案的客戶。

雖然DC調(diào)光是LCD屏幕的絕配，但依1日有2/3以上的新款LCD屏幕手機(jī)也引入了PWM調(diào)光模式，只是它們同樣僅在亮度低于某個(gè)閾值（如20%）后才從DC切換到PWM。好消息是，LCD屏幕普遍搭配的都是高頻PWM調(diào)光，其頻閃的頻率普遍要在2000Hz以上，是OLED屏幕頻閃的1 0倍左右，理論上已經(jīng)不會(huì)對(duì)健康造成明顯損害了。

實(shí)際上，在PC領(lǐng)域我們經(jīng)常也能看到PWM調(diào)光的身影。時(shí)至今日，很多顯示器廠家還在主打“不閃屏”賣點(diǎn)（圖7），其原理就是采用全程DC調(diào)光，或DC+高頻PWM調(diào)光（2000Hz以上）。而筆記本領(lǐng)域則是PWM調(diào)光的重災(zāi)區(qū)，很多中高端筆記本仍然在用低頻PWM調(diào)光（250Hz左右），所以經(jīng)常在晚上（亮度低）使用筆記本電腦加班的用戶更容易偏頭痛。

小提示

少數(shù)采用LCD屏幕的低端手機(jī)可能會(huì)選擇低頻PWM調(diào)光模式，其頻閃頻率只有100Hz到250Hz，基本和OLED屏幕相同，長(zhǎng)時(shí)間使用同樣容易出現(xiàn)用眼疲勞和偏頭痛，而這也是為什么很多用戶都覺得低端手機(jī)屏幕更傷眼的原因。

OLED遇到全程DC調(diào)光

3月18日，黑鯊2手機(jī)發(fā)布，而該產(chǎn)品主打的一項(xiàng)“全程DC調(diào)光”引起了廣泛爭(zhēng)議（圖8），因?yàn)檫@個(gè)賣點(diǎn)似乎解決了OLED屏幕頻閃傷眼的問題，而且也改善了OLED屏幕DC調(diào)光在低亮度下的“抹布屏”現(xiàn)象。

實(shí)際上，早在黑鯊Helo時(shí)期就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一功能，其原理和黑鯊2-致，它們都內(nèi)置一顆獨(dú)立的顯示芯片，支持DCI-P3及SRGB色域模式和智能運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，后者可以使得游戲畫面不拖影。最關(guān)鍵的是，這款顯示芯片還加入了“降低白點(diǎn)值”的功能，可大幅降低閃爍指數(shù)，成為了近幾年少數(shù)在保持圖像顯示素質(zhì)的前提下實(shí)現(xiàn)全程DC調(diào)光的OLED屏幕手機(jī)，有效地緩解了用戶長(zhǎng)時(shí)間在低亮度下使用手機(jī)出現(xiàn)的眼部疲勞狀況。 不過，即便是有著獨(dú)立顯示芯片加持的黑鯊Helo和黑鯊2，也不能保證DC調(diào)光在低亮度顯示中擁有100%的完美畫質(zhì)，因此它們才會(huì)將其作為一個(gè)可選功能，需要用戶在顯示設(shè)置中手動(dòng)開啟（圖9）。根據(jù)一些實(shí)際用戶的反饋，黑鯊2在開啟DC調(diào)光選項(xiàng)后，的確存在一定的畫質(zhì)損失（可以接受），而這也是我們想要在低亮度下享受護(hù)眼所必須承受之重。

DC調(diào)光普及進(jìn)行時(shí)

從健康護(hù)眼的角度來看，在認(rèn)識(shí)到低頻PWM調(diào)光的危害之后，相信已有更多的用戶寧可犧牲一部分畫質(zhì)，也不希望晚上躺在被窩里玩手機(jī)時(shí)腦袋疼了吧？正是看到了這些需求，幾乎所有生產(chǎn)OLED屏幕手機(jī)的廠商（華為、小米、OPPO、vivo、iQOO和魅族等），都正在或計(jì)劃推出全程DC調(diào)光的固件更新，從而為旗下OLED屏幕的新1日手機(jī)增加一項(xiàng)全新的賣點(diǎn)（圖10）。 但是，正如前文中魅族系統(tǒng)工程師洪漢生和OPPO副總裁沈義人透露的那樣，OLED屏幕（在低亮度下）到底采取DC還是PWM調(diào)光是面板硬件本身決定的，手機(jī)廠商很難從硬件層面插手（圖11）。黑鯊是通過獨(dú)立顯示芯片跳過了這個(gè)門檻限制，而其他品牌要想跟進(jìn)，暫時(shí)就只能從軟件層面減少低亮度下的頻閃問題，從而實(shí)現(xiàn)“軟DC調(diào)光”的既定目標(biāo)。

小結(jié)

無論如何，低頻PWM調(diào)光對(duì)眼睛的損傷是絕對(duì)的，對(duì)頻閃敏感的用戶群體也很難逃避這一隱患（所有支持屏幕指紋的手機(jī)只能配備OLED屏幕，沒得選擇）。隨著越來越多手機(jī)廠商通過軟硬手段實(shí)現(xiàn)了“全局DC調(diào)光”，有望徹底解決這一歷史遺留問題，哪怕這個(gè)功能依1日存在降低些許畫質(zhì)的問題。

火速鏈接

如果你正在使用OLED屏幕手機(jī)，感覺在低亮度下使用不舒服，在廠商給出解決方案之前可以使用“閃爍保護(hù)”這款A(yù)PP緩解OLED屏幕在底亮度時(shí)的頻閃問題。相關(guān)的教程可參考本刊2019年第3期《緩解OLED屏幕的頻閃問題》這篇文章。