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屏幕什麼情況下需要高刷

生活 更新时间:2025-01-20 01:40:44

如今在選購顯示器的時候,往往會看到廠商的産品說明裡有一句“Flicker-Free不閃屏技術”,但是很多朋友把這個不閃屏技術自行腦補為“超高刷新率超過人的感知能力所以不閃屏“,認為它是一種高刷屏相關的特性。這麼想,你可就大錯特錯了!

屏幕什麼情況下需要高刷(高刷就是不閃屏)1

交流電下,任何發光電器都要“閃”

閃爍,其實是大部分在交流電環境下發光電器的固有屬性。最簡單的就是日光燈,尤其是壞掉的日光燈管,其閃爍就十分明顯。這是由于這些發光電器都是在50Hz的交流電環境裡使用:交流電是電流方向随着時間作周期性變化的電流,電流有一個波形,這個波形一般表現為正弦曲線,如果用數軸表示就是圍繞着數軸作上下波動,這樣就出現了峰谷,我國執行的電壓是220V50Hz,這樣峰谷電壓就是正負約311V,平均電壓為0V,電流也是如此。

50Hz就是1秒鐘發生上述變化50個周期,這是發電機每秒鐘轉50轉得來的。我國交流發電機采用的就是每分鐘轉速3000轉,每秒轉速50轉,這樣頻率就是50Hz,電流通過燈泡的電壓和電流就是每秒100個峰谷,理論上燈泡的變化就會每秒閃爍100次。

屏幕什麼情況下需要高刷(高刷就是不閃屏)2

但對于普通的白熾燈類發光的光源來說,鎢絲一旦被點亮,即便斷電流也會在短時間内因沒有完成散熱冷卻而保持一定亮度,由于視覺暫停原理,人眼看不到這種間隔僅為0.01秒的不明顯的閃爍。

而對于LED電源來說,它本質上是二極管,隻有通、斷兩個狀态,如果沒有專用的變壓電路把交流電變成直流電的話,你就會看到非常明顯的閃爍現象。

發光電器的閃爍,對人本質上是有害的。雖然大部分人在80Hz以上的閃爍情況下會忽略掉主觀感受,但在一些沖刺性的顔色沖擊下,仍然會産生視覺疲勞甚至光敏癫痫,這就是為什麼節奏快的遊戲,在打開時候都有光敏性癫痫健康警告的原因。

屏幕閃,是PWM調光機制

而回到液晶顯示屏上來,LED作為已經普及的液晶顯示面闆的背光光源技術,同樣也會出現上述的問題。和模拟的CRT不同,LED這種隻有通和斷狀态的光源,在面臨畫面變化産生的亮度變化的時候,是怎麼調整亮度的呢?

它通過非常快速的“通“、”斷“操作,利用了人的”視覺暫停“原理,也就是大腦會”腦補“的錯覺,用不同的高速頻率的通斷操作,模拟出了類似傳統電光源的”視覺暫停“,從而讓畫面實現了亮度的改變。

這就是“非不閃屏“調整亮度的方法,被稱為PWM,脈沖寬度調制。

顯示器在PWM技術下,如下圖,當要表示100%“純白“亮度的時候,這時候的通斷狀态是一條直線,”常亮“(圖上沒有表示);而當要表現出10%亮度時,則需要以比較慢的頻率,形成長間隔的“通斷”,讓亮的時間占比達到10%,即可造成眼睛的視覺暫停,從而形成一種比較暗的亮度。同樣,50%亮度,隻要控制亮的“通電”時長達到50%就可以了。

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PWM調光技術聰明的利用了人感覺器官的“bug”,結構簡單、精度高。但是如果面對的是機器,那麼就會穿幫。例如,當你把手機攝像頭對準屏幕的時候,PWM調光就會出現明顯的閃爍現象,騙不過攝像頭:

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PWM調光有啥壞處?

PWM調光好處很多,成本低、發熱低、調光精确(算是一種“數字化”調光),但壞就壞在這個取巧的“閃爍”方式上了。

閃爍的影響是用戶的眼睛在移動的時候。在沒有閃爍的持續照明下(如陽光),運動圖像是平滑模糊的,這就是我們通常感知運動的方式。然而,當與使用PWM的光源相結合時,屏幕的幾個不連續的殘影可能同時被感知,并降低可讀性和眼睛鎖定物體的能力。即使原始圖像是單色的,也可能引入虛假的顔色。下面是在不同的背光下,眼睛在水平方向(閱讀方向)快速移動時,文字圖像可能出現的例子,從上到下分别是原始圖像、無PWM調光、傳統CCFL冷光PWM調光、LED PWM調光。

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而這完全是由于背光調光技術造成的,而顯示器本身顯示的是靜态圖像。事實上,當眼睛在移動時(如閱讀時),有可能看到幾百Hz的閃爍效果。觀察閃爍的能力因人而異。

那麼,PWM循環開啟和關閉背光燈的速度有多快?LED背光通常在180-420Hz之間運行,低端的PWM調光顯示器背光閃爍得更明顯。請記住,175Hz并不比直接連接到電源的交流電燈中觀察到的100-120Hz的閃爍快多少。

雖然CRT顯示器的閃爍頻率可能低至60Hz,但在電子槍從上到下掃描的過程中,任何時候都隻有一個小的條帶被照亮。在CCFL和LED背光TFT顯示器中,整個屏幕表面一次被照亮,這意味着在短時間内發出更多的閃爍的光,這就是為啥老電影裡,電視機屏幕上隻有一條橫線在向上滾動,而現在手機看PWM 調光的LED液晶顯示器是滿屏幕的橫條的原因。

随着高亮度LED的使用不斷增加,越來越有必要使用短的PWM占空比來控制亮度,使閃爍成為一個更嚴重的問題,它利用了人腦的錯覺,但錯覺始終會在視覺神經和人腦之間産生沖突,時間一長,對健康的影響就出來了。

解決之道:DC調光,或者更快的PWM

解決傳統PWM調光問題,各種“不閃屏”(Flicker-Free)技術的顯示器也就紛紛登場了。它們分為兩大流派。第一派就是徹底把調光驅動電路改為“無級變速”的DC(直流)調光,讓光線的轉化始終是在一條直線上通過功率大小的變動來實現,從而徹底避免了閃爍。

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而另一個方法,就是走更快的PWM的道路。因為醫學家和電子工程師發現,當PWM高頻閃爍到足夠高,那麼也就接近DC調光的效果,且人眼和大腦都不會産生明顯“沖突”,造成無論是視覺上的閃爍還是感官上的“不符”沖擊。根據IEEE學會的研究,當PWM調光頻率突破1250Hz的時候,就可以達到事實上的“不閃屏“體驗,同時它又保留了低亮度下畫質表現和調光精度的優勢。這就是超高頻PWM調光技術。

總之,不閃屏技術,是一種在調光機制上的改進,從而降低人的視覺疲勞和健康危害,它和屏幕的刷新率方面是沒有太多的關系,希望大家在選擇顯示器時,認清這一點。

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