本文依据IEEE 1789标准,重点讨论频闪以及安全范围.

目前手机屏幕分为lcd与oled两大类,不论是哪种,都是使用led发光,都是led发光就都有可能存在频闪问题.

目前,对亮度调节的方式有DC调节,PWM调节两种,我们依次来看.

DC调节

DC就是直流的意思啦,电流越小亮度越低,我想大家都有直观的印象,比如快没电的手电筒之类的.

这种调节方式简单直接毫无闪烁,目前大部分lcd的背光led用的就是这种调光方式.

以上就是DC调节的原理:直接稳定的调节了实际发光亮度.

PWM调节

本文重点登场! PWM,即脉冲宽度调制.脉冲就是一个短暂的电平信号,脉冲宽度就是信号的持续时间,下图可以给大家一个直观的印象:

假设高电平开灯,低电平关灯,那么在一个周期中通过改变脉冲的宽度,就可以改变开灯的持续时间,当然这只能改持续时间,不能实际的改变亮度.那么PWM是如何改变亮度的呢?关键就是,实际亮度无法改变,但看起来的亮度是会随着开灯时间改变!.

这利用了人眼对光的感受原理,人眼对光的感受是一个持续性的过程,随着光刺激时间的增加,感光细胞的兴奋程度也在增加,你就会感到越来越亮.

既然这样,通过改变光刺激时间不就可以改变人感受到的亮度了吗.虽然感光细胞反应速度非常快,但是在数字电路眼里可是慢得不行.而且数字电路可以很方便精准的控制脉冲宽度,也就是开灯时间,而开灯时间就是感光细胞的受刺激时间.于是只能开关灯的废柴数字电路也可以控制亮度了,虽然这种亮度是感受亮度而不是实际亮度.

这里说句题外话,实际上我们用显示器看到的各种颜色,与自然光也有很大区别,具体可看其他科普资料,这里就不啰嗦了.

总之以上就是PWM调节的原理:通过闪烁,欺骗人眼,只能调节感受亮度不能调节实际亮度.

使用简易PWM的产品

如果你使用一个最基本的简易PWM调光的照明设备,那么你每时每刻都在被闪光灯刷刷刷刷刷刷刷的照,可能会损伤视网膜,感到眩晕头痛等.这种照明设备,无异于瞎眼神器,然而世界上的就是有这么无良的商家出售这种产品,例如我手中的这台带电池的地摊灯.

这怕不是厂家给我烤的小香肠.....

由于PWM调节原理,它只能欺骗我们的眼睛,但不能欺骗摄像头,其中明暗条带的形成原理,这里不再累述.总之有明暗条带就意味着光线不恒定,基本可以确定是PWM调节亮度.而上图直接通过亮灭调节亮度是最粗暴的PWM调节方法.非常伤眼.

于是我去掉了PWM调光模块,直接改成直流供电常亮,它终于变成了下图的安静宝宝.

总之简单的PWM调节基本没法用,所以目前手机上的PWM调节都不会这么简单暴力,而是经过优化的.

手机上的PWM调节

目前lcd的手机基本都是DC调光,PWM主要存在于AMOLED屏幕,即俗称的A屏,不过A屏也有各种不同的屏幕优化设计,并不是A屏只能用PWM调光.

我手里的Nokia N9 使用的AMOLED屏,但通过摄像头来看不是PWM调光,不得不说Nokia良心.顺便说一句,N9是我心中的神机,前面板无按键,3D玻璃,完全手势操作,后台应用实时预览....哎...止步MeeGo1.2了.

三星S8是PWM调光的,可以看到明显的明暗条纹.

什么样的PWM才安全

从上图可以看出,就算是PWM调光,也是有很大区别的,S8的确有条纹但是不像我的地摊灯明暗差特别大,那么如何衡量PWM的安全性呢,我们可以参考IEEE 1789标准,这个标准给出了衡量闪烁调光好坏的标准,并提供了推荐的量化指标.

IEEE 1789使用频率与频闪波动深度两个指标衡量是否安全.

频率是指每秒闪烁次数,次数越多越好,也就是说频率越高越好.S8是每秒闪烁240次那么频率就是240Hz.

频闪波动深度是在一个闪烁周期中,亮暗之差与亮暗之和的比值,越低越好.它直观上是指波纹亮度差,亮度不变,亮度差越大,频闪波动深度越大.亮度差不变,亮度越大,频闪波动深度越小.

总之,频率越高,频闪波动深度越小,屏幕就越安全.

这张图给出了频闪波动深度的可接受标准,具体可按照底下的说明计算.IEEE 1789也给出了更便捷的衡量方法.

IEEE 1789给出了3个不同的衡量标准,

可接受标准,是底线
安全标准(NOEL:No Observable Effect Level )
防止癫痫发作的标准

实例验证S8的屏幕是否安全

对于S8,PWM调节频率为240Hz,那么可接受的频闪波动深度就是

0.08 x 240=19.2%

安全频闪波动深度是

0.0333 x 240=7.992%.

频率和安全频闪波动深度知道了,那么如果计算频闪波动深度呢,很遗憾,这需要使用专用仪器检测,我们只能使用肉眼并使用摄像头进行粗略估计,在这里我给出一种方法.

首先使用摄像头录制手机屏幕,如没有波纹或条纹,则可放心使用.

若有,则对焦最亮的条纹,拍摄一张白色屏幕照片(推荐支持raw格式的拍摄设备),使用PS等,对图像进行模糊后吸取亮暗条纹的颜色,可以得到颜色值.

例如对S8吸取后,亮色60,暗色56,近似估计出频闪波动深度为

(60-56)/(60+56)=3.448%

如果使用RGB数值亮色978f98 (446)暗色8d8790(420),可得3.002% ,均远低于安全频闪波动深度7.992%.因此可以知S8屏幕是安全的.

当然,这种方式得出的数据可靠性很低,如果你使用手机,那么摄像的各种优化算法会严重干扰结果,只有很小的参考作用,另外不同亮度下屏幕的频闪波动参数也可能不同.但作为一般消费者,至少有一个方法可以对产品进行简单的量化对比.

总结

DC调光最棒.
AMOLED屏也不一定都是PWM调光.
使用PWM调节亮度并不一定会导致健康问题,频率也不是唯一衡量PWM好还的标准.
只要使用对应频率下的安全的频闪波动深度,那么PWM调光就对健康没有危害.

由于本人水平有限,错误疏漏在所难免,还望大家能批评指正,和谐交流.

最后祝你,身体健康,再见.

PWM调节亮度的频闪问题、安全标准与计算(三星S8)