告別偏頭痛淺析OLED手機屏幕的DC調光

OLED的新“隱疾”

和傳統的LCD屏幕相比，OLED屏幕的優點多多，比如它無需獨立背光所以可以做得更薄，還能實現曲屏甚至折疊屏的柔性形態，擁有更高的色域和對比度，顯示純黑色背景時幾乎不耗電，同時還是屏幕指紋識別技術的必備方案（圖1）。

然而，OLED屏幕也并非100%完美，比如當分辨率低于2K時，受制于子像素Pentile排列可能導致細膩度下降，長時間顯示相同畫面容易引起“燒屏”。隨著使用OLED屏幕的手機越來越多，它的另一個“隱疾”也浮出了水面，那就是因低頻PWM調光技術而導致的頻閃傷眼問題。

屏幕的兩種調光方式

手機屏幕的亮度是一個變量，它會通過光線傳感器收集當前環境光線的強弱而上下調節（自動亮度模式），當然也支持用戶手動拖動亮度條進行調整（圖2），而目前智能手機常用的調光方式，則可分為“DC調光”和“PWM調光”兩種方案。

DC調光方案

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

優點：不閃屏

缺點：低亮度下色彩不均

PWM調光方案

PWM （Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制）調光方案并不依靠改變功率，而是在極短的時間內對屏幕進行一定頻率的“亮一滅一亮一滅”交替閃爍，通過調整“亮”和“滅”的時間比例，實現從0%到100%的屏幕亮度調節。

在這個過程中屏幕并沒有真正的變暗或變亮。比如，延長滅屏狀態下的持續時間（縮短亮屏時間），利用人眼存在視覺暫留現象，就能給眼睛一種屏幕好像變暗了的錯覺（圖3）。反之，如果延長亮屏狀態下的時間（縮短滅屏時間），就會感覺屏幕變亮了。

優點：結構簡單，不存在偏色問題，省電且發熱低

缺點：存在頻閃現象

PWM調光惹禍

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

問題來了，每個人對頻閃的敏感度都存在差異，因此PWM調光頻閃到多少Hz才算安全，電氣和醫學界都沒有明確的定論。業內普遍認為低健康風險的頻閃范圍應該在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1500Hz的頻閃，大腦和視網膜組織仍能檢測到并作出反應，具體表現就是眼睛疲勞和偏頭疼的問題。如果手機屏幕的頻閃頻率始終在你身體的耐受線以下，長時間的注視能不難受嗎？

沒錯，當你長時間用手機玩游戲或看小說后，突然感覺眼脹和頭疼，也許這就是PWM調光方案引起的“血案”了。

為何OLED“最受傷”

OLED屏不同于一體背光式的LCD屏，其每個像素點都可以自行發光，如果像DC調光那樣靠降低電流/電壓來調低亮度，就等于必須降低每個像素的電流/電壓，由于OLED各RGB子像素對電流的響應情況不同，容易在低亮度下出現色彩不均的“抹布屏”現象，即低亮度下丟失動態范圍并導致色彩均勻性變差。

早期三星的AMOLED屏幕曾嘗試過全程DC調光（Galaxy S2時代，小米Note2的OLED屏幕也用過全程DC調光），但它們在低亮度下的糟糕畫質表現，卻迫使更多的屏幕和手機廠商堅定支持OLED屏幕與低頻PWM調光方案的搭配（表1）。

小提示

對PWM調光可能很多用戶還心存誤解，比如亮度越低= PWM調光的頻率越低=傷眼。實際上，這個理解是完全錯誤的。對采用PWM調光的屏幕來說，影響亮度的只有“亮屏和滅屏在一個閃爍周期內所占的時長比例”，只要一個閃爍周期內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，其實是閃爍周期的頻率過慢（低于1250Hz）。

在PWM調光方案下，無論當前屏幕的亮度和色溫是多少，像素點的亮度都是恒定不變的，變化的僅僅是像素點的點亮時間，極大地規避了因為算法匹配而導致顯色不準，徹底告別了DC調光下的“抹布屏”問題。可惜，手機的OLED屏幕在PWM調光下的頻率普遍低于250Hz，而這就給對頻閃現象敏感的用戶帶來了極大的健康風險——同一款手機在晚上使用時別人可能一切OK，但你玩時間長了就會感到眼脹頭暈（圖5）。

對了，OLED屏幕在使用PWM調光的同時還能與DC調光進行混搭哦。

很多采用OLED屏幕的手機在高亮度下都會選擇DC調光，只有當亮度低于某個閾值后才轉為PWM調光模式。比如魅族系統工程師洪漢生就曾在微博上曝光，三星AMOLED屏幕在驅動層面就已經寫死：亮度在1 1 0 nit以上使用DC調光，以下才是PWM（圖6）。當然，也有全程使用PWM調光的OLED屏幕手機，比如蘋果iPhone X等。

LCD也有PWM調光

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

雖然DC調光是LCD屏幕的絕配，但依1日有2/3以上的新款LCD屏幕手機也引入了PWM調光模式，只是它們同樣僅在亮度低于某個閾值（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，理論上已經不會對健康造成明顯損害了。

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

小提示

少數采用LCD屏幕的低端手機可能會選擇低頻PWM調光模式，其頻閃頻率只有100Hz到250Hz，基本和OLED屏幕相同，長時間使用同樣容易出現用眼疲勞和偏頭痛，而這也是為什么很多用戶都覺得低端手機屏幕更傷眼的原因。

OLED遇到全程DC調光

3月18日，黑鯊2手機發布，而該產品主打的一項“全程DC調光”引起了廣泛爭議（圖8），因為這個賣點似乎解決了OLED屏幕頻閃傷眼的問題，而且也改善了OLED屏幕DC調光在低亮度下的“抹布屏”現象。

實際上，早在黑鯊Helo時期就已經實現了這一功能，其原理和黑鯊2-致，它們都內置一顆獨立的顯示芯片，支持DCI-P3及SRGB色域模式和智能運動補償技術，后者可以使得游戲畫面不拖影。最關鍵的是，這款顯示芯片還加入了“降低白點值”的功能，可大幅降低閃爍指數，成為了近幾年少數在保持圖像顯示素質的前提下實現全程DC調光的OLED屏幕手機，有效地緩解了用戶長時間在低亮度下使用手機出現的眼部疲勞狀況。 不過，即便是有著獨立顯示芯片加持的黑鯊Helo和黑鯊2，也不能保證DC調光在低亮度顯示中擁有100%的完美畫質，因此它們才會將其作為一個可選功能，需要用戶在顯示設置中手動開啟（圖9）。根據一些實際用戶的反饋，黑鯊2在開啟DC調光選項后，的確存在一定的畫質損失（可以接受），而這也是我們想要在低亮度下享受護眼所必須承受之重。

DC調光普及進行時

從健康護眼的角度來看，在認識到低頻PWM調光的危害之后，相信已有更多的用戶寧可犧牲一部分畫質，也不希望晚上躺在被窩里玩手機時腦袋疼了吧？正是看到了這些需求，幾乎所有生產OLED屏幕手機的廠商（華為、小米、OPPO、vivo、iQOO和魅族等），都正在或計劃推出全程DC調光的固件更新，從而為旗下OLED屏幕的新1日手機增加一項全新的賣點（圖10）。 但是，正如前文中魅族系統工程師洪漢生和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調光是面板硬件本身決定的，手機廠商很難從硬件層面插手（圖11）。黑鯊是通過獨立顯示芯片跳過了這個門檻限制，而其他品牌要想跟進，暫時就只能從軟件層面減少低亮度下的頻閃問題，從而實現“軟DC調光”的既定目標。

小結

無論如何，低頻PWM調光對眼睛的損傷是絕對的，對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只能配備OLED屏幕，沒得選擇）。隨著越來越多手機廠商通過軟硬手段實現了“全局DC調光”，有望徹底解決這一歷史遺留問題，哪怕這個功能依1日存在降低些許畫質的問題。

火速鏈接

如果你正在使用OLED屏幕手機，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”這款APP緩解OLED屏幕在底亮度時的頻閃問題。相關的教程可參考本刊2019年第3期《緩解OLED屏幕的頻閃問題》這篇文章。