人类显示器的黑历史！三星AMOLED屏的PWM调光到底是什么？

我们不是针对谁，无论是LCD，是OLED，还是灯管，任何利用低频PWM调光的显示和照明设备，都是我们的反对工具。
潜台词：它们都该当被扔进历史的垃圾桶。

DC直流调光和高频PWM设备，都是我们的盟友。
但现在满街跑的三星AMOLED、中低端条记本和桌面显示器、以及数目稀少但也是在闪的LG p-OLED屏幕（小米Note 2、Pixel 2 XL等机器），都是我们的反对工具。
爱搞机这次PWM科普的内容梗概：

万恶的频闪

这次的故事出发点放高一点，直接从显示器涌现之前开始说。
而这篇科普的核心是“频闪”二字。
“人工照明的历史，便是闪烁的历史”，这个真的一点都不夸年夜。
从特斯拉的互换电，打败爱迪生的直流电那一瞬间，仿佛就决定了人类照明的闪烁史。
由于，所有在互换电源下事情的光源都会闪烁……

50Hz的互换电

1891年开始，人类开始大规模利用多相交流发电机，末了50Hz（我国正在用的频率）和60Hz互换电盘踞了市场。
互换电的频率，决定了从古董的钨丝灯，到现在大部分家用日光灯（荧光灯）的闪烁频率都是100Hz，即每秒闪动100次（50Hz的正弦互换电，每秒有50次波峰和波谷，并经由零点100次）。

不同LED产品的频闪

而曾经被寄予厚望的LED光源，由于厂家的驱动电路不同，有非常繁芜的频闪形态。
如果加上调光功能，其频闪种类就更加多，更加繁芜了。
当然，好的产品是可以做到不闪或者闪动极其轻微的。
但LED产品价格暴跌之后，不少厂家都用大略的驱动电路，导致频闪状况恶化。

室闺阁外各种低频闪烁的光源

这下明白为什么室内拍的慢动作视频，画面会闪了吧。
由于是真的再闪啊……除了被人类故意无意的看到闪烁之外，乃至连超市的扫描枪都会受灯光闪烁而影响识别率。

根据国际照明协会技能报告CIE TN006-2016定义，闪烁可以分为“闪烁、闪烁效应和幻影效应”3种，后两者分别指不雅观察物体和不雅观察者移动时的物理效应。
为了简化解释，下面统一称为闪烁和频闪。

人眼对闪烁频率的敏感度曲线

不同人类对频闪的敏感度很大的差异，乃至有“闪动敏感体质”的说法。
人类最敏感的频率是8.8Hz，随后一直低落。
大部分人在80Hz之后就看不出闪烁了，但即便如此，仍有部分人会因此以为眼睛累、眼睛痛。
2015年的电气和电子工程师协会文档IEEE Std 1789-2015指出，照明闪烁会产生潜在不利影响：

宝可梦冲击事宜

近代最著名的“频闪事件”，现在看回去都有种都邑传说的气息了，而且谁能想到主角居然是宝可梦《 Pokémon》……1997年12月16日，日本电视台播放的宝可梦第38话《电脑战士多边兽（3D龙）》，为了渲染电脑天下中的战斗，大量利用12Hz的红蓝闪光展示爆炸场面，直接导致了日本全国涌现了700例癫痫症（650例是儿童） 。

该事宜史称“宝可梦冲击”，它让宝可梦这个看起来人畜无害，深受天下喜好的动画，享受到了被勒令停播的报酬，直到第二年的4月16日才从第39话连续播。
不足为奇，2007年的伦敦2012年宣扬预报片、2011年的《暮光之城：清晨》都有因色块闪烁，导致不雅观众癫痫产生发火的事宜。

感兴趣的话，可以自行到视频网站不雅观摩宝可梦的第38话，空降位置是18分51秒。
虽然数字化之后，片源的精度和色彩，刺激性不如当年，但还是建议大家出发前把稳安全，戴好安全带再开车。

PWM是什么?

回到我们的主角PWM调光。
PWM，全称Pulse Width Modulation，翻译过来便是脉冲宽度调制，说到底便是种把仿照旗子暗记调制成脉波的技能。
它是一种广泛利用的显示器亮度掌握办法，其余一种是DC直流调光（LED领域的CCR调光，为方便表示，下文统一用DC调光代称）。

进入正题前得科普一下旗子暗记的两大分类：

数字旗子暗记掌握虽然本钱低，但它最尴尬的地方是，只有断电和通电，也便是0和1两种状态，就注定做不到仿照旗子暗记那样的无级亮度调节了。
那为什么我们的屏幕能无级调节亮度呢？由于聪明的人类创造肉眼反应速率有限，且有脑补浸染。
只要光源“闪动”切换速率够快，肉眼就察觉不出来了。
PWM调光就这样粉墨登场了……

这种数字电路不能像仿照旗子暗记那样做出连续的亮度调节，但通过闪烁来形成“载波”，然后掌握“明和灭”的韶光比值就能达到掌握亮度的效果：

在每秒超过N次的闪烁中，须要的亮度越低，灭掉的韶光占比就越高。
例如，如果要把亮度调到10%，只要让亮的韶光占比达到10%即可。
虽然听起来有点鸡贼，但PWM调光的优点还挺多的，构造大略、精度高、亮度变革不偏色之外，还省电、发热低。
人类乃至地球上的大部分生物的眼睛，都是在连续的自然光下蜕变而来了，用闪烁这种视觉欺骗的办法调节亮度，会不会翻车呢？答案是肯定的。

虽然上面提到，大部分人无法察觉超过80Hz的闪烁，但余光部分实在可以检测到更高频率的闪烁，神经系统和大脑皮层可以检测到160Hz的刺激，视网膜更加敏感，可以对200Hz的闪烁做出反应。
这些都曾被证明可以造成头痛、偏头痛和疲倦。

回顾国标给频闪的定义（根据IEEE的说法，实在这个是“频闪征象”的定义）。
频闪，便是在“闪烁光源下，不雅观察连续运动物体时，本应连续的图像涌现离散的征象”。
当我们阅读或者视线从屏幕上移动时，由于频闪效应，肉眼可以察觉到数百赫兹的闪烁。

课外阅读：同样利用人眼生理特性来“欺骗”视觉的例子，最著名切实其实定是每秒24帧的电影了。
这里还能延伸出，为什么电影24帧就够了，但游戏要60帧起步呢？感兴趣的话，可以戳我们的陈年科普《经典科普：为什么电影24帧就行，但游戏要60帧？》http://t.cn/RI59bAj。

人类显示史，各种黑历史

历史上每次显示设备转变都出过坑。
如果你的年纪够大，想必你还会记得以前那些又大又重的CRT（阴极射线管）电视和显示器。
以前除了阴极射线管扫描速率导致的一些画面闪动外，印象中的它们，是不是画面特殊通透？特殊绚丽？

后来涌现的LCD显示器，除了体积外，都是被CRT按在地上全方位地摩擦的货。
早期的桌面LCD因背光弗成，导致色域覆盖弗成，可视角度更加是个大坑。
更恐怖的是，当时LCD还更贵，但无奈它体积小，帅啊（当时人类的态度，就像现在看真·全面屏的手机一样。
帅，真的可以为所欲为）。

等了5、6年，主流LCD的背光追上来、IPS面板的大规模利用，画质表现才勉强追了上来。
期间桌面LCD屏幕经历了画面比例调度和分辨率的增长。
画面比例从5:4、4:3到16:10，末了定型在16:9。
分辨率则从12801024到1400900，末了定型在19201080。

在2010年高下，LCD显示器的背光源经历了从CCFL（冷阴极荧光灯管）到LED的转变。
CCFL因功耗、环保等多种成分，在随后的2、3年被多个国家和地区明令禁止生产。
然后，人类第一次感想熏染到被“LED+低频PWM调光”统治的恐怖，大量用户创造新显示器看着更加伤眼、累眼，乃至涌现囤CCFL显示器过日子的梗。

风扇测频闪大法

如果你的年纪够大，该当还会记得海内曾经盛行过挥手、铅笔和风扇看频闪的测试方法。
已经掉进历史垃圾桶的CCFL背光显示器，它们的PWM调光频率险些都是175Hz，但它们有明显的余晖效应（PWM掌握熄灭的韶光里，它们仍旧在发光）。
而后来涌现的LED背光显示器，沿用了低频PWM调光，频率常日在180-420Hz之间。
但由于LED这种光源的相应速率很快，余晖效应靠近于0，其频闪严重到已经可以产生“频闪效应”了（即能像高速拍照一样定格移动物体的画面）。

部分显示器厂商捉住了商机，用“不闪屏”作为推广手段，并开始利用DC调光或DC+高频PWM调光。
时至今日，很大一部分显示器依旧在用不闪屏做为宣扬。

部分条记本的屏幕参数与频闪频率

而被夹在桌面和手机之间，向来被喷没有好面板的条记本领域，还有一大堆在用低频PWM调光的产品，有些是低亮度才会PWM，有些全程都在PWM。
包括遐想、惠普、戴尔、小米等一大波条记本厂商，很多新品，乃至高端产品，仍旧在用低频的PWM调光（机佬表示强烈训斥）。

非常幸运地，手机的LCD屏幕险些没有受到过低频PWM调光的困扰。
即便部分手机LCD屏幕的亮度会有颠簸，但和OLED的频闪完备不是一个层次的（本文的下半部会详说其分别）。
不过，就像当年桌面显示器大规模利用PWM调光那样，当三星和LG这些OLED厂商，人类又回顾起被PWM支配的胆怯……

如果说从16:9屏幕到18:9全面屏还算是进步，从全面屏到刘海屏是倒退的话。
那从OLED屏幕利用低频PWM调光那一刻起，就已经倒退倒到坑里去了。

不才半篇，我们会就“如何评估低频PWM的危害程度、个人检测PWM的方法和A屏时期的护眼生存指南”进行科普，敬请期待。