什么是PWM?笔记本屏幕为什么会闪烁抖动?

时间:2017-11-26       来源: 笔记本导购
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  屏闪问题是从CRT显示器时代就开始出现的。CRT是阴极射线管(Cathode Ray Tube)的意思,使用这种成像器件的显示器,体积都比较 的大,就是我们过去使用的那种“大头”产品。CRT显示器的成像原理是靠电子枪轰击显像管上的荧光粉产生图像,由于这种轰击的频率速度不够,所以屏幕会出 现闪烁的现象,这种闪烁是很明显的,几乎每一个使用CRT显示器的用户都可以感受得到。

  随着CRT显示器退出历史,液晶显示器开始浮出水面。最开始的液晶显示器使用的都是CCFL背光,也就是冷阴极荧光灯管。这种灯管紧贴在显示面板后面发出光线,通过偏光板等器件给液晶提供光线,这种背光对于屏闪的问题有一定缓解,但是由于不环保,并且能耗也较大,在国家的控制下,开始逐渐退出市场。

不闪屏骗人吗? 戳穿护眼液晶的几条谎言
你知道屏幕闪烁的危害吗

   如今市面上几乎见不到CCFL背光的产品,LED背光已经占据了几乎全部的市场,不仅仅是在显示器领域,电视以及手机等产品使用背光系统核心都是 LED。这是一种固体光源,寿命长、能耗低、体积小让LED成为最主流的背光器件。那么为什么有人说LED背光是逆历史潮流而生呢?

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LED背光真的是逆历史潮流吗?

   其中很重要的一个原因就是使用LED显示器之后,一部分眼睛敏感的用户又开始发现屏幕的闪烁的现象,在使用的过程中出现眼睛酸痛流泪的情况,那么为何在 同是液晶显示器,只有背光不同的情况下,屏幕闪烁的问题又出现了?这是LED背光的罪过吗?这里我们就要提到PWM调光的问题,这是导致液晶屏幕闪烁的关 键之处。

你不知道的PWM调光问题

  我们知道显示器是可以调节亮度的,那么这种变化是如何实现的呢?原理是这样的,显示器需要调节LED发光的亮度,通过电流来调节亮度太过复杂, 为了节约成本,对于屏幕亮度的调节,行业里会采用闪烁的方式来解决。LED光源的亮度是一定的,让LED光源不断的开启和关闭,通过调节开启时间和关闭时 间的长短,来调节屏幕的亮度。

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PWM调制方式原理解析

   具体的过程是这样的,比如LED背光闪烁1000次,其中500次开启和500次关闭,如果开启的时间停顿1秒,关闭的时间停顿0.5秒,这时的屏幕亮 度就要比开启和关闭停顿时间一样的背光系统强。这样用户在调节屏幕亮度的时候,实际上亮度的明暗得益于LED背光闪烁的变化。其实这种调节方式,在业界就 叫做PWM调制(脉冲宽度调制)。

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亮度0、50、100情况下PWM的波动结果(图片来自tftcentral.co.uk)

   在实际的产品中,LED背光这种明暗时间的转变速度非常的快,采用PWM调光的普通大众显示器其工作频率一般在200Hz-1000Hz左右,而人眼在 频率达到100Hz的时候就已经难以察觉明显的明暗变化了,因为人眼感知亮度的过程是积累的,在闪烁的速度足够快的时候,人眼看到的画面是“常亮”的。

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晃动手指可以察觉屏幕的闪动

   目前市面上的绝大多数产品显示器,都是采用PWM调制的方式。这种显示器在屏幕亮度较暗的时候,眼睛比较敏感的用户,就可以看到闪烁的问题,因为PWM 明暗调节对眼睛造成了冲击。其实我们也可以做这样一个测试,在调暗屏幕亮度的时候,使用手指在屏幕晃动,会看到明显的残影,而亮度高的时候,则是扇形的画 面。那么CCFL背光的显示器采用的不是PWM调制吗?为何只有LED会出现闪烁的问题呢?

CCFL背光就没有闪烁了吗

  其实CCFL背光的显示器也采用的是PWM调制的方式,不过由于CCFL是荧光灯的一种,所以闪烁的情况并不严重。这是由于荧光灯管中的电子打 在荧光粉上形成光斑的这个过程有延迟作用,所以在视觉上会有停留,也就是余晖效应。因此对于使用CCFL背光的显示器来说,的确在闪烁表现上有一定的优 势,但是其并没有真正的解决屏闪的问题。

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CCFL背光模组的特写

   LED背光由于发光原理的原因,LED背光是即开即灭的,因此难以形成余晖效应。所以同是在PWM调制下,LED显示器在低亮度时闪烁的状况就明显多 了,此时LED光源关闭的时间比开启的时间长,人眼对于“黑暗”的感知就明显了起来。下面的图是LED背光和CCFL背光的0亮度屏闪对比,我们发现 CCFL背光的PWM波动也是很大的。

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LED背光和CCFL的0亮度PWM调制对比(左为LED,图片来自tftcentral.co.uk

   LED背光并没有逆历史而行,其虽然在闪烁的问题有缺陷,但也只是在低亮度的时候较为的明显,CCFL背光本质上也是闪烁的。要彻底的解决屏幕闪烁的问 题,有两种办法,一种就是改变PWM的调制方式,一种使用自发放的显示技术,比如未来的OLED显示屏幕,就没有了这些问题。目前要实现不闪屏只能从 PWM调制入手来解决这个问题。

  从PWM调制入手也有两种办法,都可以达到让屏幕不闪的效果。一种就是彻底不用这种调节的方式,使用线性调光的方式来调制LED。其实这种方式就是通过改变LED电流大小的方式来改变亮度,但是LED这种发光材料,在电流大小不同的时候,发出的光线色温会有差异(LED背光亮度过高时还容易烧坏),因此线性调光存在一定的弊端。改良这种效果的办法就是让屏幕的亮度可调节性变小,这样就可以让屏幕的色温不会有明显的变化。

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PWM、高频PWM和线性调制的对比效果

  上述的办法也叫直流调光,彻底的摒除了闪屏的现象。还有一种办法就是采用高频PWM的调制方式, 上面我们提到普通的显示器PWM工作频率基本保值在200Hz到400Hz。有的不闪屏显示器采用高达8000Hz的工作频率,这样人眼其实也是无法感受 闪烁的。不过这种做法目前有很大的争议,因为高频闪烁还是闪烁,高频是否真的能让人眼肌肉更舒适,目前并没有定论,只不过这种方式不用担心色温的问题。

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手机测试不闪屏的方法

  还有的不闪屏显示器采用混合的方式, 在亮度低的时候采用非PWM调制,亮度高的时候则采用高频PWM。目前的显示器市场对于这类参数的公布,还没有统一的规定。市场的护眼显示器也只是单纯的 打出口号,对于自己如何实现不闪屏基本都是三缄其口,很少厂商公布自己的产品到底是采用的非PWM调制或者高频PWM。

国外怎么看屏幕闪烁问题

  国外的研究者,对于频闪的问题也做过深入的研究,通过示波器等设备,可以有效地观察到屏幕的闪烁,在低亮度时LED开启和关闭的波形图表现非常 的激烈,这也充分说明通过PWM调制显示器的亮度是有一定的弊端的。但是国外的研究者也指出对于大多数的用户来说,由于人眼对于频闪感知的极限,大部分用 户是难以察觉屏闪的。

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目前市面上已经有不闪屏显示器(上为不闪屏)

   那么对于察觉不到频闪问题的用户,就可以忽略这个问题了吗?笔者和国外的研究者的意见是一致的,那就是要改变目前的市场状态。因为虽然我们的视力察觉不 到屏闪,但是人眼的肌肉却是在不停的收缩和开启的,这样时间一长就会造成眼压升高,从而眼睛会出现酸麻胀痛的情况,时间久了也会对视力造成一定的伤害。

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使用显示器要注意护眼的问题

   因此不闪屏显示器是必要的,如今各大厂商也都在积极的解决这个问题,目前已经有厂商开始对产品的背光调制方式进行改变,高频PWM和非PWM都在尝试 中,相信只要用户对这个问题有强力的要求,未来的显示器市场一定会像淘汰CCFL背光一样,淘汰PWM调制的方式的。目前的主要问题就是让用户对屏闪的问 题拥有明确的认知。希望本文能起到一定的作用。

本文也拆穿了护眼液晶的五大谎言:

第一、护眼显示器没有用的说法是错误的。

第二、LED背光是逆历史而行也是错误的,闪屏的根本在于PWM调制的问题。

第三、CCFL背光可以解决护眼问题也是错误的,根据示波图显示,其虽然可以缓解,但是闪烁问题并没有消失。

第四、高频PWM更护眼目前无法确认,不能说其更护眼,其让眼睛看不到闪烁,实际上肌肉还是可以感知的。

第五、目前的护眼显示器标准还不明确、虽然宣传势头大,但是需要统一的标准,让用户明确技术原理。

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