开播之前,首先声明。
我们“LCD教”、“反OLED联盟”都可以统称为“反低频PWM联盟”。
我们
反对的是低频的PWM调光
,而不是其他显示技术。
我们不是针对谁,无论是LCD,是OLED,还是灯管,任何使用低频PWM调光的显示和照明设备,都是我们的反对对象。潜台词:它们都应该被扔进历史的垃圾桶。
DC直流调光和高频PWM设备,都是我们的盟友。但现在满街跑的三星AMOLED、中低端笔记本和桌面显示器、以及数目稀少但也是在闪的LG p-OLED屏幕(小米Note 2、Pixel 2 XL等机器),都是我们的反对对象。这次PWM科普的内容梗概
主要是闪烁的危害、PWM调光的定义和显示器史上的一些坑。
PWM是什么?
PWM,全称Pulse Width Modulation,翻译过来就是脉冲宽度调制,说到底就是种把模拟信号调制成脉波的技术。它是一种广泛使用的显示器亮度控制方式,另外一种是DC直流调光(LED领域的CCR调光,为方便表示,下文统一用DC调光代称)。
进入正题前得科普一下信号的两大分类:
数字信号控制虽然成本低,但
它最尴尬的地方是,只有断电和通电,也就是0和1两种状态,就注定做不到模拟信号那样的无级亮度调节了。
那为什么我们的屏幕能无级调节亮度呢?因为聪明的人类发现肉眼反应速度有限,且有脑补作用。只要光源“明灭”切换速度够快,肉眼就察觉不出来了。PWM调光就这样粉墨登场了……
这种数字电路不能像模拟信号那样做出连续的亮度调节,但
通过闪烁来形成“载波”,然后控制“明和灭”的时间比值就能达到控制亮度的效果:
在每秒超过N次的闪烁中,需要的亮度越低,灭掉的时间占比就越高。例如,如果要把亮度调到10%,只要让亮的时间占比达到10%即可。虽然听起来有点鸡贼,但PWM调光的优点还挺多的,结构简单、精度高、亮度变化不偏色之外,还省电、发热低。人类乃至地球上的大部分生物的眼睛,都是在连续的自然光下演化而来了,用闪烁这种视觉欺骗的方式调节亮度,会不会翻车呢?答案是肯定的。
虽然上面提到,大部分人无法察觉超过80Hz的闪烁,但余光部分其实可以检测到更高频率的闪烁,
神经系统和大脑皮层可以检测到160Hz的刺激,视网膜更加敏感,可以对200Hz的闪烁做出反应
。这些都曾被证实可以造成头痛、偏头痛和疲劳。
回顾国标给频闪的定义(根据IEEE的说法,其实这个是“频闪现象”的定义)。频闪,就是在“闪烁光源下,观察连续运动物体时,本应连续的图像出现离散的现象”。当我们阅读或者视线从屏幕上移动时,因为
频闪效应,肉眼可以察觉到数百赫兹的闪烁。
人类显示史,各种黑历史
历史上每次显示设备转变都出过坑。如果你的年纪够大,想必你还会记得以前那些又大又重的CRT(阴极射线管)电视和显示器。以前除了阴极射线管扫描速度导致的一些画面闪动外,印象中的它们,是不是画面特别通透?特别绚丽?
后来出现的LCD显示器,除了体积外,都是被CRT按在地上全方位地摩擦的货。
早期的桌面LCD因背光不行,导致色域覆盖不行,可视角度更加是个大坑。
更可怕的是,当时LCD还更贵,但无奈它体积小,帅啊(当时人类的态度,就像现在看真·全面屏的手机一样。帅,真的可以为所欲为)。
等了5、6年,主流LCD的背光追上来、IPS面板的大规模使用,画质表现才勉强追了上来。期间桌面LCD屏幕经历了画面比例调整和分辨率的增长。画面比例从5:4、4:3到16:10,最后定型在16:9。分辨率则从1280*1024到1400*900,最后定型在1920*1080。
在2010年上下,LCD显示器的背光源经历了从CCFL(冷阴极荧光灯管)到LED的转变。CCFL因功耗、环保等多种因素,在随后的2、3年被多个国家和地区明令禁止生产。然后,
人类第一次感受到被“LED+低频PWM调光”统治的可怕,大量用户发现新显示器看着更加伤眼、累眼,甚至出现囤CCFL显示器过日子的梗。
风扇测频闪大法
如果你的年纪够大,应该还会记得国内曾经流行过挥手、铅笔和风扇看频闪的测试方法。已经掉进历史垃圾桶的CCFL背光显示器,它们的PWM调光频率几乎都是175Hz,但它们有明显的余晖效应(PWM控制熄灭的时间里,它们仍然在发光)。而后来出现的LED背光显示器,沿用了低频PWM调光,频率通常在180-420Hz之间。
但因为LED这种光源的响应速度很快,余晖效应接近于0,其频闪严重到已经可以产生“频闪效应”了
(即能像高速摄影一样定格移动物体的画面)。
部分显示器厂商抓住了商机,用“不闪屏”作为推广手段,并开始使用DC调光或DC+高频PWM调光。时至今日,很大一部分显示器依旧在用不闪屏做为宣传。
部分笔记本的屏幕参数与频闪频率
而被夹在桌面和手机之间,向来被喷没有好面板的
笔记本领域,还有一大堆在用低频PWM调光的产品
,有些是低亮度才会PWM,有些全程都在PWM。包括联想、惠普、戴尔、小米等一大波笔记本厂商,很多新品,甚至高端产品,仍然在用低频的PWM调光。
非常幸运地,
手机的LCD屏幕几乎没有受到过低频PWM调光的困扰。
即便部分手机LCD屏幕的亮度会有波动,但和OLED的频闪完全不是一个层次的。不过,就像当年桌面显示器大规模使用PWM调光那样,当三星和LG这些OLED厂商,人类又回忆起被PWM支配的恐怖……
如果说从16:9屏幕到18:9全面屏还算是进步,从全面屏到刘海屏是倒退的话。
那从OLED屏幕使用低频PWM调光那一刻起,就已经倒退倒到坑里去了。
AMOLED究竟有多伤眼
既然谈到OLED,这里还要谈下OLED的一个
不可忽略的缺陷——
「瞎眼」
和
「烧屏」
。
根据IEEE (电气和电子工程师协会)文献所述,LED灯的频闪会造成
视觉疲劳相关疾病、偏头痛或光敏性癫痫等疾病
。
而根据IEEE PAR1789所述,目前采用PWM调光的OLED屏幕手机,在低风险影响人体健康的PWM调光闪动频率至少应该在
1250Hz以上
,基本不会影响人体健康的PWM调光闪动频率应该在
3000Hz以上!
即便是目前手机上最好的OLED屏——三星Super AMOLED,而它的PWM调光闪动频率仅为
215Hz-250Hz左右的
,
远低于IEEE文献所述的健康允许范围值。
OLED屏除了低于健康允许值的频闪频率外,还有个参数可以影响对人的伤害:
频闪指数。
频闪指数=(最大亮度-当前亮度)/最大亮度
简单来说,对于PWM调光闪动频率为240Hz的Super AMOLED屏来说,健康建议值应该是0.24。
计算目前iPhone X:iPhone X的全屏最大亮度为580nits,
单从频闪方面来说使用亮度应该是不能低于440nits的。
而手机一般在白天室内使用的屏幕亮度建议值是在
100nits-200nits
,夜晚健康使用的亮度也就更低了。小米甚至曾在小米6上宣传过1nit亮度的超暗夜光屏。
也就是说, 任何时候当你在室内使用AMOLED屏幕手机的时候,
不是处于高亮度伤眼的情况,就是处于被频闪伤眼
的情况。
看看下面的动图就知道频闪是什么样了。随着iPhone X屏幕亮度的变化,PWM调控也会随之变化。
虽然相机能够捕捉到频闪,但是不代表眼睛能够感觉到频闪
,因为有些人对频闪比较敏感,有些人不太敏感,所以频闪方面还是存在个体差异的问题。
「瞎眼」说完了,我们再来看看烧屏。
为什么OLED屏会出现烧屏的现象呢?
因为OLED屏(包括三星AMOLED屏)自身显示原理的问题,OLED屏幕的每个像素点都是可以自发光的,但由于不同像素点的发光时间不一样,所以每个像素点的衰减速度不一样,也就是我们所说的“烧屏”。
但是在一般情况下,OLED屏要出现下面图片这种情况的烧屏是很难实现的!因为根据此前Cetizen的烧屏测试,
iPhone X要出现这种程度的烧屏是亮屏显示相同图片510小时后才会出现的!
对于一般用户来说,是不会在开启最大屏幕亮度并显示同一个画面510个小时以上的,所以
一般情况下还是很难出现烧
屏的。
但是这并不意味着OLED屏完全不会出现烧屏现象
,即便是对于昂贵的iPhone X来说,苹果自己也不敢保证完全不会出现烧屏。
并且在苹果官方看来,
iPhone X的烧屏并不是一种故障问题而是正常
表现。
总的来说,由于目前硬件条件的限制下,OLED屏的烧屏确实个难以避免的问题,
不过如果你在注意使用习惯的情况下,烧屏的情况是可以大大减少甚至不会
出现的。
并且频闪的感官问题也是因人而异的,如果你使用过OLED屏幕并没有感觉眼睛有什么不适的情况下,那就放心的继续使用吧。
但如果你就此认为用上LCD屏就没有频闪的风险的话,那你还是太年轻。
实际上LCD屏幕也是可以用PWM调光的,甚至LCD屏幕大规模用PWM调光的时间,比OLED还早。2011年-2014年,桌面LCD屏幕为了响应国家“节能减排的号召”,从CCFL(冷阴极荧光灯管)转型到了LED背光,
但大部分厂商都选择了成本更低,更容易控制品质的“PWM调
光”。
随后,很多用户都发现新款显示器比旧款显示器伤眼。当时厂商受到的抵制力度,不亚于现在的民间“反OLED联盟”的抗议,随后才有很多厂商开始推广的“不闪屏”。