徐林

權(quán)宜之計(jì)的低頻PWM調(diào)光

大約是在兩年多以前，一場討論由微博大V@魔法師蛋小丁老師發(fā)起，主題是關(guān)于“低頻PWM調(diào)光屏幕下實(shí)現(xiàn)類DC調(diào)光以保護(hù)視力”，直到今天都還在互聯(lián)網(wǎng)上有著不低的熱度。通過這場討論，哪怕是很多非技術(shù)流的消費(fèi)者，也對屏幕調(diào)光技術(shù)有了一個(gè)大致的理解。那么，為什么會出現(xiàn)這樣的討論，調(diào)光技術(shù)對我們使用手機(jī)真的非常重要嗎？

屏幕是智能手機(jī)進(jìn)行交互最重要的入口，早年手機(jī)的屏幕主要采用LCD屏幕，其工作原理大家都很清楚：液晶分子本身并不發(fā)光，屏幕的光源主要是LED與導(dǎo)光板的共同作用。由于LED燈珠的數(shù)量比較少，控制相對簡單，通過控制這些LED燈珠的功率即可實(shí)現(xiàn)屏幕的明暗變化，因此LCD顯示屏主要采用DC（Direct Current，即直流）或高調(diào)PWM（PWM，即Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）調(diào)光方式。前者不用說，輸出就是一條直線，而后者則通過外置獨(dú)立的控制IC，可以輸出頻率高達(dá)數(shù)十K的光源，遠(yuǎn)高于高頻PWM調(diào)光1000Hz（1KHz）的標(biāo)準(zhǔn)，因此LCD顯示屏在大多數(shù)工作狀態(tài)下都可以保證穩(wěn)定無頻閃的亮度輸出。

技術(shù)總是在進(jìn)步，特別是全球顯示大廠三星對OLED顯示技術(shù)多年不遺余力的推廣以及這塊屏幕對手機(jī)輕薄設(shè)計(jì)天然友好，因此采用OLED顯示屏的手機(jī)變得越來越多。但早期OLED顯示屏離完美相去甚遠(yuǎn)，偏色、燒屏是公認(rèn)的毛病，而還有一個(gè)被戲稱為“抹布屏”的缺點(diǎn)，則是由調(diào)光技術(shù)帶來的。

沒錯(cuò)，早期的OLED顯示屏也采用DC調(diào)光，但和LCD顯示屏要控制數(shù)量有限的LED燈珠不同，OLED是自發(fā)光技術(shù)，每個(gè)像素點(diǎn)就是一個(gè)發(fā)光源，比如分辨率為1920×1080的一塊OLED顯示屏，就意味著有超過207萬個(gè)獨(dú)立光源需要控制明暗，且因?yàn)椴煌氏袼嘏c亮度之間還并非線性對應(yīng)關(guān)系，響應(yīng)曲線不同，因此采用DC調(diào)光的OLED顯示屏在高亮度情況下工作顯示效果尚可，但在低亮度情況下簡直就是災(zāi)難：各像素顯示控制不好，就會造成色彩的均勻性很差，東一坨西一坨的顯示偏差，畫面看起來臟臟的，讓那個(gè)時(shí)候的OLED獲得了“抹布屏”的“美譽(yù)”。

于是，PWM調(diào)光就成為解決OLED顯示屏這一先天不足最好的解決方案。其原理簡說就是通過“亮屏-滅屏-亮屏-滅屏”這種亮暗不斷交替，利用人眼的視覺殘留來控制屏幕亮度。單位時(shí)間內(nèi)亮屏狀態(tài)持續(xù)時(shí)間越久，即占空比越大，屏幕就會越亮，反之占空比越小，屏幕就會越暗。目前，大部分OLED顯示屏手機(jī)都采用低頻PWM調(diào)光與DC調(diào)光相結(jié)合的方式，低亮度用前者，高亮度用后者。由于我們在室內(nèi)甚至晚上使用手機(jī)的時(shí)間很多，所以與低頻PWM調(diào)光打交道的時(shí)間相對更多。當(dāng)然也有使用全亮度PWM調(diào)光的機(jī)型，最著名的就是首款采用OLED顯示屏的iPhone——iPhone X，其就采用全亮度PWM調(diào)光方案。

理論上，超過70Hz的頻閃就已經(jīng)超過人眼和大腦對閃爍的判斷標(biāo)準(zhǔn)，只會有明暗的區(qū)別，所以常見的240Hz低調(diào)PWM調(diào)光在1秒鐘時(shí)間內(nèi)，屏幕可以實(shí)現(xiàn)240次亮滅，就已經(jīng)可以保證OLED顯示屏在低亮度工作時(shí)的顯示效果。但是，這個(gè)人眼和大腦無法判斷的頻率，卻依然可能逃不過視覺細(xì)胞本身的感知，特別是在低亮度環(huán)境，顯示屏占空比較低的情況下。當(dāng)細(xì)胞感知到這一點(diǎn)點(diǎn)變化，就會調(diào)動眼部肌肉做出不斷的響應(yīng)，時(shí)間一長，輕則眼睛干澀酸脹，重則頭暈惡心。這樣的反應(yīng)因人而異，有些人會比較強(qiáng)烈，但有些人也不敏感，因此低頻PWM調(diào)光是否對人眼有真正的傷害，目前尚無確鑿的醫(yī)學(xué)研究證明，這也是其存在爭議的主要原因之一——但我在使用少部分手機(jī)時(shí)，的確有遇到晚上時(shí)間一長就惡心眼脹的問題，個(gè)人相信這個(gè)問題是真實(shí)存在的。

只是目前顯示屏調(diào)光頻率達(dá)到多少標(biāo)準(zhǔn)才不會傷眼并沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，高低PWM調(diào)光的劃分，現(xiàn)在還是根據(jù)IEEE（國際電子和電氣工程師協(xié)會）1789-2015標(biāo)準(zhǔn)，這是一項(xiàng)關(guān)于高亮度LED光源調(diào)光頻率與用戶健康風(fēng)險(xiǎn)的建議，即LED光源調(diào)光頻率應(yīng)高于1250Hz，能有效降低對用戶視覺可能帶來的影響。OLED也算是LED大家族成員，所以把這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)套用在OLED顯示屏上好像也說得過去。

OLED顯示屏調(diào)光原理以及對健康的解析就簡單進(jìn)行到這里，這時(shí)候肯定就有朋友納悶了：既然低頻PWM調(diào)光對人眼有潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，那么解決方案是什么呢？

兩全其美的高頻PWM調(diào)光

在榮耀50 Pro采用的高頻PWM調(diào)光方案出現(xiàn)之前，在微博大V@魔法師蛋小丁老師的開發(fā)下，通過修改屏幕顯示驅(qū)動、調(diào)用SoC GPU能力結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了OLED顯示屏在低亮度工作情況下的類DC調(diào)光。其主要原理和相機(jī)的ND濾鏡非常相似，即將顯示屏保持在DC調(diào)光的亮度閾值以上的同時(shí)，在顯示內(nèi)容中插入灰色的遮罩層，從而帶來視覺上屏幕亮度的降低。它可以有效解決低光環(huán)境下OLED顯示屏的頻閃現(xiàn)象，減輕人眼的使用壓力，但這個(gè)方案缺點(diǎn)也是有的，它會對顯示的最終效果帶來負(fù)面影響，比如偏色等問題。屏幕顯示效果現(xiàn)在已經(jīng)成為手機(jī)廠商們的一個(gè)核心競爭點(diǎn)，因此手機(jī)大廠們對基于軟件層面的類DC調(diào)光方案態(tài)度會顯得相對保守一些。