世間自有雙全法

徐林

權宜之計的低頻PWM調光

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起，主題是關于“低頻PWM調光屏幕下實現類DC調光以保護視力”，直到今天都還在互聯網上有著不低的熱度。通過這場討論，哪怕是很多非技術流的消費者，也對屏幕調光技術有了一個大致的理解。那么，為什么會出現這樣的討論，調光技術對我們使用手機真的非常重要嗎？

屏幕是智能手機進行交互最重要的入口，早年手機的屏幕主要采用LCD屏幕，其工作原理大家都很清楚：液晶分子本身并不發光，屏幕的光源主要是LED與導光板的共同作用。由于LED燈珠的數量比較少，控制相對簡單，通過控制這些LED燈珠的功率即可實現屏幕的明暗變化，因此LCD顯示屏主要采用DC（Direct Current，即直流）或高調PWM（PWM，即Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制）調光方式。前者不用說，輸出就是一條直線，而后者則通過外置獨立的控制IC，可以輸出頻率高達數十K的光源，遠高于高頻PWM調光1000Hz（1KHz）的標準，因此LCD顯示屏在大多數工作狀態下都可以保證穩定無頻閃的亮度輸出。

技術總是在進步，特別是全球顯示大廠三星對OLED顯示技術多年不遺余力的推廣以及這塊屏幕對手機輕薄設計天然友好，因此采用OLED顯示屏的手機變得越來越多。但早期OLED顯示屏離完美相去甚遠，偏色、燒屏是公認的毛病，而還有一個被戲稱為“抹布屏”的缺點，則是由調光技術帶來的。

沒錯，早期的OLED顯示屏也采用DC調光，但和LCD顯示屏要控制數量有限的LED燈珠不同，OLED是自發光技術，每個像素點就是一個發光源，比如分辨率為1920×1080的一塊OLED顯示屏，就意味著有超過207萬個獨立光源需要控制明暗，且因為不同色彩像素與亮度之間還并非線性對應關系，響應曲線不同，因此采用DC調光的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，讓那個時候的OLED獲得了“抹布屏”的“美譽”。

于是，PWM調光就成為解決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。單位時間內亮屏狀態持續時間越久，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顯示屏手機都采用低頻PWM調光與DC調光相結合的方式，低亮度用前者，高亮度用后者。由于我們在室內甚至晚上使用手機的時間很多，所以與低頻PWM調光打交道的時間相對更多。當然也有使用全亮度PWM調光的機型，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調光方案。

理論上，超過70Hz的頻閃就已經超過人眼和大腦對閃爍的判斷標準，只會有明暗的區別，所以常見的240Hz低調PWM調光在1秒鐘時間內，屏幕可以實現240次亮滅，就已經可以保證OLED顯示屏在低亮度工作時的顯示效果。但是，這個人眼和大腦無法判斷的頻率，卻依然可能逃不過視覺細胞本身的感知，特別是在低亮度環境，顯示屏占空比較低的情況下。當細胞感知到這一點點變化，就會調動眼部肌肉做出不斷的響應，時間一長，輕則眼睛干澀酸脹，重則頭暈惡心。這樣的反應因人而異，有些人會比較強烈，但有些人也不敏感，因此低頻PWM調光是否對人眼有真正的傷害，目前尚無確鑿的醫學研究證明，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時，的確有遇到晚上時間一長就惡心眼脹的問題，個人相信這個問題是真實存在的。

只是目前顯示屏調光頻率達到多少標準才不會傷眼并沒有統一的行業標準，高低PWM調光的劃分，現在還是根據IEEE（國際電子和電氣工程師協會）1789-2015標準，這是一項關于高亮度LED光源調光頻率與用戶健康風險的建議，即LED光源調光頻率應高于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，所以把這個標準套用在OLED顯示屏上好像也說得過去。

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

兩全其美的高頻PWM調光

在榮耀50 Pro采用的高頻PWM調光方案出現之前，在微博大V@魔法師蛋小丁老師的開發下，通過修改屏幕顯示驅動、調用SoC GPU能力結合的方式，實現了OLED顯示屏在低亮度工作情況下的類DC調光。其主要原理和相機的ND濾鏡非常相似，即將顯示屏保持在DC調光的亮度閾值以上的同時，在顯示內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境下OLED顯示屏的頻閃現象，減輕人眼的使用壓力，但這個方案缺點也是有的，它會對顯示的最終效果帶來負面影響，比如偏色等問題。屏幕顯示效果現在已經成為手機廠商們的一個核心競爭點，因此手機大廠們對基于軟件層面的類DC調光方案態度會顯得相對保守一些。