PWM

PWM

PWM 亮度调节

通过占空比(开关)调节光源亮度。

光源

LCD 屏幕可以使用 LED 或 CCFL 光源作为(背光)光源。CCFL背光就是以阴极荧光灯作为背光光源,构造类似于日光灯,现在应用极少。LED背光就是以发光二极管作为背光光源,与CCFL的区别在于产生光线的方式和改变光线亮度的方式不同。目前绝大多数 LCD 屏幕均使用 LED 作为光源。

LED的调光方式分为PWM(脉冲宽度调制)调光和非PWM调光。

非PWM调光主要是指DC调光,也就是直流电调光技术,通过DC恒流芯片,改变背光LED的电压来实现亮度变化,从低亮度到高亮度都不会造成屏幕的闪烁。缺点是成本较高,且低亮度时屏幕的均匀性不佳。

PWM调光,本质上是通过周期性地开闭LED,控制一段时间内亮的频率,利用视觉暂留,靠闪烁频率欺骗视觉来达到调节亮度的效果。通俗的说就是一亮一暗一亮一暗,一段时间内亮的时间越多实际亮度越高。

CCFL 背光也使用 PWM 调光。

健康

PWM 频率越高越好。

IEEE对此有两篇研究报告(PAR1789, 可在官网查阅),指出LED频闪会造成眼压升高、偏头痛或光敏性疾病等,提出低健康风险的频闪范围应该在1250Hz以上。基本无健康影响的频闪频率应该为3125Hz以上(中国国家标准护眼灯的频闪频率也是要求高于这个值)

由于技术限制,顶级OLED屏幕频闪也只有240Hz,并且由于OLED的余晖效应更短,相同频率下对人体的健康影响比LED灯更严重,这给很多使用OLED手机感觉眼部不适的反馈提供了科学依据。

DC调光通过调节电压直接改变屏幕亮度,闪烁频率为0,对健康无任何影响。但成本较高,并且OLED屏幕目前由于技术限制无法使用DC调光。只有部分高端LCD屏幕使用DC调光。

LCD屏只需要控制几条背光灯带,弄起来也简单,能达到kHz级的高频调光。对视觉系统压力小。

CCFL 背光也是低频PWM,但由于 CCFL构造类似于日光灯,作为荧光灯的一种,其断电后荧光粉也仍然有一定的余晖,这点余晖可以让ccfl实现近似DC调光的效果。

DC vs PWM

DC 的优势都集中在高亮度,高亮度下几乎所有的光学指标都很好;但一到了低亮度,色偏和失真明显,所以它大都应用在 LCD 屏幕上,并且是全程 DC。因为 LCD 有两层调节机制,第一层是背光的亮度;第二层是液晶,现在的手机九成九都是 IPS,棒状液晶在同一平面的旋转不同,电子窗帘能透过的光量就不同。

PWM 的优势则更多是集中在低亮度,并且多用于 OLED。为什么呢?OLED 是自发光器件,每一个次像素都是通过电流驱动来直接发光,这样一来,如果是低亮度下,由于每个次像素的镀膜厚度、均匀度等诸多因素,它们的发光效率是不一样的,这样就会导致 Mura,也就是有光斑、显示不均匀等现象。OLED 里把解决这种问题统称为 De-Mura,PWM 就是 De-Mura 的一种方法。

在低亮度下,控制部分像素高亮度工作,然后通过闪烁来达到最终的亮度显示要求。所以几乎所有的 OLED 屏幕在低亮度时都是采用 PWM 的调光机制,均匀性好,颜色也没有失真的现象。

但 PWM 有两个问题,一是如果频率不够高,有些眼睛比较敏感的用户是会有所察觉,进而加大对眼睛的伤害;二是在高亮度下,OLED 也会有黑柱的现象。

目前 OLED 的主流解决方案就是:高亮度下用 DC,低亮度下用 PWM,双管齐下,取长补短。大多厂商都是在 150nit 左右开始切换调光,小米据说是在 130nit。

常见手机/平板的PWM频率

https://www.notebookcheck.com/PWM-Ranking-Welche-Notebooks-Smartphones-und-Tablets-nutzen-PWM.163974.0.html

(为 0 则为 DC 调光)

  • Xiaomi Mi Max 2 : 2232 (IPS)
  • Xiaomi Redmi Note 5 : 2358 (IPS)
  • Huawei Mediapad M3 Lite 8 : 0 (IPS)
  • 所有 OLED 屏幕的 iPhone / iPad : 240
  • 所有 IPS 屏幕的 iPhone / iPad : 0
  • Sony Xperia Z5 Premium / X / XA / XZ /E5 / XA1 / L3 : 0 (IPS)

屏幕亮度与健康

一般白天室内屏幕亮度的建议值是150-200nits, 夜晚则更低,


Last update: 2019-08-27 03:27:08 UTC