告别偏头痛浅析OLED手机屏幕的DC调光

OLED的新“隐疾”

和传统的LCD屏幕相比，OLED屏幕的优点多多，比如它无需独立背光所以可以做得更薄，还能实现曲屏甚至折叠屏的柔性形态，拥有更高的色域和对比度，显示纯黑色背景时几乎不耗电，同时还是屏幕指纹识别技术的必备方案（图1）。

然而，OLED屏幕也并非100%完美，比如当分辨率低于2K时，受制于子像素Pentile排列可能导致细腻度下降，长时间显示相同画面容易引起“烧屏”。随着使用OLED屏幕的手机越来越多，它的另一个“隐疾”也浮出了水面，那就是因低频PWM调光技术而导致的频闪伤眼问题。

屏幕的两种调光方式

手机屏幕的亮度是一个变量，它会通过光线传感器收集当前环境光线的强弱而上下调节（自动亮度模式），当然也支持用户手动拖动亮度条进行调整（图2），而目前智能手机常用的调光方式，则可分为“DC调光”和“PWM调光”两种方案。

DC调光方案

DC直流调光的原理源于“功率=电压×电流”这个公式，即通过提高或降低手机的功率（由电流或电压调节）来改变手机屏幕的亮度。

优点：不闪屏

缺点：低亮度下色彩不均

PWM调光方案

PWM （Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）调光方案并不依靠改变功率，而是在极短的时间内对屏幕进行一定频率的“亮一灭一亮一灭”交替闪烁，通过调整“亮”和“灭”的时间比例，实现从0%到100%的屏幕亮度调节。

在这个过程中屏幕并没有真正的变暗或变亮。比如，延长灭屏状态下的持续时间（缩短亮屏时间），利用人眼存在视觉暂留现象，就能给眼睛一种屏幕好像变暗了的错觉（图3）。反之，如果延长亮屏状态下的时间（缩短灭屏时间），就会感觉屏幕变亮了。

优点：結构简单，不存在偏色问题，省电且发热低

缺点：存在频闪现象

PWM调光惹祸

PWM调光方案最令人诟病的地方就是频闪。在PWM调光过程中，如果这个屏幕每秒闪500次，那PWM频闪的频率就是500Hz。一般来说只要频率超过80Hz肉眼就很难发觉了，需要使用手机摄像头对着屏幕拍摄才能看到闪屏现象（图4）。

问题来了，每个人对频闪的敏感度都存在差异，因此PWM调光频闪到多少Hz才算安全，电气和医学界都没有明确的定论。业内普遍认为低健康风险的频闪范围应该在1250Hz以上，但有些人只要频闪频率超过200Hz就没什么感觉，而有些人哪怕面对1500Hz的频闪，大脑和视网膜组织仍能检测到并作出反应，具体表现就是眼睛疲劳和偏头疼的问题。如果手机屏幕的频闪频率始终在你身体的耐受线以下，长时间的注视能不难受吗？

没错，当你长时间用手机玩游戏或看小说后，突然感觉眼胀和头疼，也许这就是PWM调光方案引起的“血案”了。

为何OLED“最受伤”

OLED屏不同于一体背光式的LCD屏，其每个像素点都可以自行发光，如果像DC调光那样靠降低电流/电压来调低亮度，就等于必须降低每个像素的电流/电压，由于OLED各RGB子像素对电流的响应情况不同，容易在低亮度下出现色彩不均的“抹布屏”现象，即低亮度下丢失动态范围并导致色彩均匀性变差。

早期三星的AMOLED屏幕曾尝试过全程DC调光（Galaxy S2时代，小米Note2的OLED屏幕也用过全程DC调光），但它们在低亮度下的糟糕画质表现，却迫使更多的屏幕和手机厂商坚定支持OLED屏幕与低频PWM调光方案的搭配（表1）。

小提示

对PWM调光可能很多用户还心存误解，比如亮度越低= PWM调光的频率越低=伤眼。实际上，这个理解是完全错误的。对采用PWM调光的屏幕来说，影响亮度的只有“亮屏和灭屏在一个闪烁周期内所占的时长比例”，只要一个闪烁周期内的亮屏和灭屏比例不变，屏幕亮度就不变，亮屏比例高就是增加亮度，而灭屏比例高则代表降低亮度。可见，引起健康问题的，其实是闪烁周期的频率过慢（低于1250Hz）。

在PWM调光方案下，无论当前屏幕的亮度和色温是多少，像素点的亮度都是恒定不变的，变化的仅仅是像素点的点亮时间，极大地规避了因为算法匹配而导致显色不准，彻底告别了DC调光下的“抹布屏”问题。可惜，手机的OLED屏幕在PWM调光下的频率普遍低于250Hz，而这就给对频闪现象敏感的用户带来了极大的健康风险——同一款手机在晚上使用时别人可能一切OK，但你玩时间长了就会感到眼胀头晕（图5）。

对了，OLED屏幕在使用PWM调光的同时还能与DC调光进行混搭哦。

很多采用OLED屏幕的手机在高亮度下都会选择DC调光，只有当亮度低于某个阈值后才转为PWM调光模式。比如魅族系统工程师洪汉生就曾在微博上曝光，三星AMOLED屏幕在驱动层面就已经写死：亮度在1 1 0 nit以上使用DC调光，以下才是PWM（图6）。当然，也有全程使用PWM调光的OLED屏幕手机，比如苹果iPhone X等。

LCD也有PWM调光

需要注意的是，PWM调光也并非OLED屏幕独占，（使用LED背光的）LCD屏幕同样可能也是这个方案的客户。

虽然DC调光是LCD屏幕的绝配，但依1日有2/3以上的新款LCD屏幕手机也引入了PWM调光模式，只是它们同样仅在亮度低于某个阈值（如20%）后才从DC切换到PWM。好消息是，LCD屏幕普遍搭配的都是高频PWM调光，其频闪的频率普遍要在2000Hz以上，是OLED屏幕频闪的1 0倍左右，理论上已经不会对健康造成明显损害了。

实际上，在PC领域我们经常也能看到PWM调光的身影。时至今日，很多显示器厂家还在主打“不闪屏”卖点（图7），其原理就是采用全程DC调光，或DC+高频PWM调光（2000Hz以上）。而笔记本领域则是PWM调光的重灾区，很多中高端笔记本仍然在用低频PWM调光（250Hz左右），所以经常在晚上（亮度低）使用笔记本电脑加班的用户更容易偏头痛。

小提示

少数采用LCD屏幕的低端手机可能会选择低频PWM调光模式，其频闪频率只有100Hz到250Hz，基本和OLED屏幕相同，长时间使用同样容易出现用眼疲劳和偏头痛，而这也是为什么很多用户都觉得低端手机屏幕更伤眼的原因。

OLED遇到全程DC调光

3月18日，黑鲨2手机发布，而该产品主打的一项“全程DC调光”引起了广泛争议（图8），因为这个卖点似乎解决了OLED屏幕频闪伤眼的问题，而且也改善了OLED屏幕DC调光在低亮度下的“抹布屏”现象。

实际上，早在黑鲨Helo时期就已经实现了这一功能，其原理和黑鲨2-致，它们都内置一颗独立的显示芯片，支持DCI-P3及SRGB色域模式和智能运动补偿技术，后者可以使得游戏画面不拖影。最关键的是，这款显示芯片还加入了“降低白点值”的功能，可大幅降低闪烁指数，成为了近几年少数在保持图像显示素质的前提下实现全程DC调光的OLED屏幕手机，有效地缓解了用户长时间在低亮度下使用手机出现的眼部疲劳状况。 不过，即便是有着独立显示芯片加持的黑鲨Helo和黑鲨2，也不能保证DC调光在低亮度显示中拥有100%的完美画质，因此它们才会将其作为一个可选功能，需要用户在显示设置中手动开启（图9）。根据一些实际用户的反馈，黑鲨2在开启DC调光选项后，的确存在一定的画质损失（可以接受），而这也是我们想要在低亮度下享受护眼所必须承受之重。

DC调光普及进行时

从健康护眼的角度来看，在认识到低频PWM调光的危害之后，相信已有更多的用户宁可牺牲一部分画质，也不希望晚上躺在被窝里玩手机时脑袋疼了吧？正是看到了这些需求，几乎所有生产OLED屏幕手机的厂商（华为、小米、OPPO、vivo、iQOO和魅族等），都正在或计划推出全程DC调光的固件更新，从而为旗下OLED屏幕的新1日手机增加一项全新的卖点（图10）。 但是，正如前文中魅族系统工程师洪汉生和OPPO副总裁沈义人透露的那样，OLED屏幕（在低亮度下）到底采取DC还是PWM调光是面板硬件本身决定的，手机厂商很难从硬件层面插手（图11）。黑鲨是通过独立显示芯片跳过了这个门槛限制，而其他品牌要想跟进，暂时就只能从软件层面减少低亮度下的频闪问题，从而实现“软DC调光”的既定目标。

小結

无论如何，低频PWM调光对眼睛的损伤是绝对的，对频闪敏感的用户群体也很难逃避这一隐患（所有支持屏幕指纹的手机只能配备OLED屏幕，没得选择）。随着越来越多手机厂商通过软硬手段实现了“全局DC调光”，有望彻底解决这一历史遗留问题，哪怕这个功能依1日存在降低些许画质的问题。

火速链接

如果你正在使用OLED屏幕手机，感觉在低亮度下使用不舒服，在厂商给出解决方案之前可以使用“闪烁保护”这款APP缓解OLED屏幕在底亮度时的频闪问题。相关的教程可参考本刊2019年第3期《缓解OLED屏幕的频闪问题》这篇文章。