LCD 偏好者說 OLED 顯示令人眼睛疲勞,原因可能就是 PWM 調光技術

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 07 日 0:00 | 分類 光電科技 , 面板 follow us in feedly


近幾年開始,國內外手機大廠的旗艦機基本上均搭載 OLED 螢幕,然而手機界關於 LCD 仍優於 OLED 的聲音不絕於耳。

在 OLED 螢幕手機流行的今天,為什麼 LCD 愛用者還堅定護航?

LCD 與 OLED 的發光原理

無論 LCD 還 OLED,都是智慧手機領域使用最多的兩種顯示技術,包括 TFT、IPS、AMOLED、PMOLED 等均為基於這兩種技術的「加強版」。

▲ LCD 與 OLED 螢幕種類。

LCD(Liquid Crystal display)即液晶顯示技術,歷史可追溯至 20 多年前,廣泛應用於電視機、電腦、智慧手機等電子裝置。

LCD 螢幕的構造就像兩片「玻璃」中間夾一層液晶,下基板放置薄膜電晶體,上基板還有色彩濾光層,中間液晶層在電壓作用下會產生不同的光特徴,最後投射時經過色彩濾光層產生不同色彩。

OLED(Organic Light-Emitting Diode)全稱是有機發光二極體,公認為 LCD 繼承者,也認為是下一代智慧手機顯示螢幕的最佳方案。

與 LCD 不同,OLED 每個畫素點都能獨立發光,我們可把每個子畫素點看作一顆 LED 燈,由紅綠藍三子畫素組成一個畫素,這些畫素組成的陣列就是 OLED 面板。

簡單理解,LCD 的光源層和顯示層分離,OLED 顯示層和光源層合而為一。同時 LCD 光源固定,無法單獨發光。

OLED 架構有許多紅利性特質,包括但不限於:

  • OLED 顯示效率比需多級「過濾」光的 LCD 更高。
  • OLED 不再需要背光源,螢幕可做得更薄。
  • 配合不同的基板材質,OLED 還能做成彎曲甚至摺疊顯示效果。

OLED 螢幕烙印與閃爍問題

按理來說,未來手機市場的發展趨勢,OLED 擁有無限潛力。但與 LCD 相比,也有遭詬病的缺點,包括烙印和閃爍問題。

如上所述,OLED 每個畫素都會發光,而亮度控制由電流驅動,控制發光材料形成不同色彩,即 DC 調光。

不過,由於不同色彩畫素點材質不同,發光壽命就有影響;加上三色子畫素的波長有差異,對電流也有不同要求,如藍色就需更高電流通過。因此螢幕損耗過大或低亮度情況,想控制每個子畫素的亮度配置十分困難,這時 OLED 螢幕可能會發紅,或出現「殘影」,就是大家常說的「烙印」。

為了解決這難題,廠商想出新辦法──使用 PWM 調光代替 DC 調光。具體操作是讓螢幕不斷閃爍,達到一定頻率後,人眼會有暫留視覺效果,讓螢幕看起來「常亮」。如果需要降低亮度,只需要增加閃爍時間間隔即可。

就這樣,PWM 調光導致頻閃,並遭 LCD 愛用者口誅筆伐。

▲ 白色區域為高風險,黃色區域為低風險,綠色區域為無風險。

根據《IEEE Std 1789-2015 標準》(IEEE 為美國電氣和電子工程師協會),低健康風險的頻閃範圍應在 1,250Hz 以上;中國也有相關偵測機構針對標準測試,若光匯出頻率大於 3,125Hz,認為無頻閃,進入豁免安全區。

儘管上述報告並不是針對手機顯示螢幕,而是針對照明燈類,但也顯示出規律:頻率越高,對健康造成的風險就越低。

這裡列舉兩組使用 LCD 和 OLED 的手機頻閃頻率:

  • iPhone XR(LCD 螢幕)閃爍頻率超過 9,000Hz;iPhone Xs Max(OLED 螢幕)在低亮度時閃爍頻率只有 240Hz。
  • 華為 Mate 20(LCD 螢幕)頻率接近 15,000Hz;華為 Mate20 Pro(OLED 螢幕)閃爍頻率為 245Hz。

儘管肉眼不太容易察覺螢幕閃爍,且目前醫學及電器方面也沒有對「低頻傷眼」蓋棺定論,但網路出現幾乎一邊倒的觀點:OLED 的閃爍會導致眼睛疲勞,甚至乾澀疼痛。

LCD 走下神壇

相比 OLED,LCD 螢幕發展歷史悠久,製程成熟,因此成本更低。由於使用背板發光,所以壽命較 OLED 螢幕更長,且調光過程自然柔和不傷眼。

LCD 螢幕在智慧手機「崛起」要歸功夏普 2014 年的首款「全螢幕」手機 Aquos Crystal──搭載 5 吋 LCD 螢幕,解析度 1,280×720,螢幕占比達 78.5%。可以說 Aquos Crystal 是全螢幕手機的開山之作,很大程度奠定 LCD 螢幕在手機發展的基礎。

2017 年蘋果發表搭載 OLED 螢幕的 iPhone X 系列手機之前,LCD 絕對稱得上市場主流。到 2019 年,市面很難見到搭載 LCD 的真旗艦──與市場需求不無關係。

近年來,螢幕下指紋技術開始成為智慧手機的賣點,然而技術主要基於光學和超音波解鎖,但 LCD 面板恰好有阻擋光線和超音波的背光單元,因此也就不具螢幕下指紋解鎖功能。

此外,LCD 螢幕需要一系列背光模組,這會增加厚度,略顯機身厚重,形狀也較固定不可變形。這特徵又與如今智慧手機「極限輕薄」「摺疊螢幕」「曲面螢幕」「真全螢幕」等賣點相悖。因此不少人就幫 LCD 螢幕貼上「低階過時」等標籤。

不過,在 2019 年年中,京東方、匯頂科技等企業已經宣布攻克 LCD 螢幕下指紋技術難關,並將在不久後實現量產,困擾 LCD 多年的螢幕下指紋難題終於解決。

當然一項新技術,OLED 還有許多問題待解決,但短短幾年,OLED 螢幕在手機領域的發展速度驚人,三星 AMOLED(OLED 的一種)螢幕水準已超過傳統 LCD 螢幕。

小結

無論 LCD 還 OLED,兩者各有優劣。選擇 OLED,能有更鮮豔的色彩效果,更薄的螢幕、更快的回應速度;選擇 LCD,能避免烙印和閃爍,螢幕更自然清晰。

即便 OLED 似乎更符合目前主流手機市場的「口味」,但 LCD 也在積極求變。市場有各自擁有獨特定位的兩種技術,未嘗不是件好事。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:Flickr/e3Learning CC BY 2.0)

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