關於螢幕的背光亮度與面板對比度

附加EIZO Digital Uniformity Equalizer (DUE) 功能測試

最近經手一個螢幕校正案,螢幕型號是EIZO CS2740,目的是用作影片剪輯與調光。使用環境在一個相對較暗、光線受控制的工作室,使得螢幕暗部黑位不夠黑的問題浮現,後期調光在判斷影像暗部階調時會比較吃力。因此我就想測試一下,看有沒有辦法單純靠軟硬體設定,達到顯示效果最佳化,重點是黑色更黑一些。

EIZO ColorEdge CS2740 是EIZO CG/CS系列中第一台27吋4K解析度搭配規格的螢幕。考慮高解析度以及具有USB Type-C顯示設計,非常適合桌面大小有限,以平面、攝影為主用途的使用者,搭配蘋果筆記型電腦一起使用。

結論

結論先說,受限於面板技術特性,螢幕的亮度值、黑位以及對比度三者是特定的組合關係。當螢幕亮度(設定下的最高亮度)從低至高逐漸升高時,黑位也會因為液晶漏光問題而逐漸升高,但後者不是簡單的線性關係,因此每一個螢幕理論上都會有一個「特定亮度下最大化對比度」的甜蜜點

不過一般使用螢幕,並不會以追求最大化的對比,更重要的是根據使用環境與需求,亮度作為最優先的考慮;因此一般使用狀況下,並沒什麼手段可以增大對比度、降低黑位亮度。

另外使用EIZO CG/CS的朋友也不用擔心DUE均勻性功能,可能會造成對比度明顯降低的負面效果,至少在我這次測試的螢幕上並沒有發現這種問題。


IPS面板

即便如EIZO CG/CS這種專業級螢幕,只要是使用橫向電場效應顯示技術In-Plane-Switching Liquid Crystal,俗稱IPS面板的顯示器,對於黑位(螢幕全黑時)的亮度控制,相較於另一種垂直排列液晶Vertical Alignment liquid crystal,俗稱VA面板的螢幕,效果是較差的。

白話說,暗處或關燈下觀看IPS面板,很明顯會看到螢幕整體有一個非純黑的光線底,實際上是螢幕的背光機構持續發出的光線。

關於IPS vs VA的討論,可以參考RTINGS網站的說明,提供實際測量數據,以及拍攝不同技術製造的電視的視覺效果,非常容易比對你手中IPS或VA技術製造螢幕。
https://www.rtings.com/tv/learn/ips-led-vs-va-lcd

一般螢幕的背光機構,無論顯示怎樣的畫面,燈光都是持續發光的。畫面上的明暗則是由更前面的液晶與偏光膜等等組件來控制,當要顯示白色時,理想上就是盡量讓光線全部透出,黑色畫面則希望能完全遮蔽住背光。在我們不可能更改手上顯示器的構成下,要改進暗處的效果讓黑色更黑,唯一的辦法就是降低背光的亮度,也就是調整螢幕亮度。

對比度 Contrast ratio

這邊提一下關於對比度這個參數: 螢幕對比度值的計算方式,是最大亮度除以黑位亮度,例如今天亮度為100 cd/m2,黑位則是0.1 cd/m2的話,計算出來100/0.1=1000,這個數值也是常規的IPS面板螢幕廠商標示的對比度。因此可以想見,如果亮度更亮,或是黑位更黑,或是這兩件事同時發生,那對比度就會更好。

但隨著亮度逐漸升高,理論上黑位亮度也有可能會增加;反之隨著亮度逐漸降低,黑位理論上雖然會變暗,但實際上亮度值的降幅,一定會比黑位的降幅來的更大,造成兩者比值,也就是對比度也會逐漸下降,失去影像鮮活程度。

所以實際測試就是設定校正至不同的亮度,測量觀察黑位亮度的變化;但考慮到實際使用的實用性,最低亮度我只設定到48與100 cd/m2,這是配合DCI-P3與Rec.709要求的標準亮度。

Digital Uniformity Equalizer (DUE)

考慮到EIZO螢幕還有一個改善面板不均勻的功能Digital Uniformity Equalizer (DUE),有兩種模式Uniformity(預設)與Brightness。理論上Uniformity均勻度優先下,有可能會犧牲亮度與對比,來達成螢幕整理得均勻性,因此也順便一起測試是否會影響或能否改善黑位。(實際上EIZO宣稱DUE不僅能改善亮度,也能改善色度均勻性)

EIZO螢幕與ColorNavigator說明書,DUE功能中Uniformity與Brightness模式的功能。

實際測試

測試螢幕 EIZO CG247,測量儀器X-rite i1 Pro3


亮度分別設定在48、100、150與200cd/m2後,實際校正完的測量數值(實際亮度與校正目標都差距不大這邊忽略):

cd/m2
U=Uniformity
B=Brightness
48 U100 B100 U150 B150 U200 B200U
黑位 Black Level (cd/m2)0.080.150.090.170.140.200.21
對比 Contrast ratio53762710868331013968916

在100cd/m2搭配時DUE的Uniformity時,測得最大對比度1086,最小對比度則是48cd/m2下,測得537的對比度值。進一步將上述數值繪製成圖表。

深藍色為使用Uniformity黑位數值,淺灰色為使用Brightness的黑位數值。先忽略第一筆48 cd/m2資料,可以觀察到,開啟Uniformity下黑位表現都比Brightness模式更好或是相當。因此第一件可以確認的事情:
預設的DUE Uniformity模式黑位、對比度不見得會比Brightness模式差。但官方網站有說明標準對比度值是使用DUE設定為"Brightness"模式。(可能也要考慮不同型號與單機間的差異)

接下來討論 Uniformity模式下的各項數值。


螢幕亮度與黑位、對比度的關係

觀察亮度值從48、100、150到200cd/m2時,黑位亮度的變化的確隨著螢幕越亮逐漸升高,但比較48與100cd/m2時,黑位只差了0.01,差異並不明顯。

100與150cd/m2,黑位雖然從0.09升高至0.14,但對比度分別是1086與1013,差異也不明顯,因此可以視為在這亮度範圍內,都是這台顯示器的最佳顯示效能區間

150與200 cd/m2相比,黑位從0.14升高至0.21,算是滿明顯的提升,觀察對比度則從1013降低至916,可以見得亮度從150~200後,黑位受到背光的影響,可以預期對比度會持續降低

在100、150cd/m2亮度下,對比度是我測試螢幕的最大值約800~1000,符合IPS面板一般所看到廠商標示的數值。其他無論是更亮或是更暗,都會導致對比度下降。

EIZO官網規格上有建議螢幕使用亮度,應該就是考慮到亮度、對比與黑位的最佳效果。


參考其他EIZO螢幕的測量數據

為了確定EIZO螢幕的黑位性能,我回頭找了之前校正委託案中使用EIZO類似型號的螢幕,底下列出一些看到的資料:

螢幕型號官方標示對比度實測對比度亮度cd/m2黑位cd/m2
CS27311000:1860:11800.20
CG24201500:11391:180.80.0573
CS27301000:1701:199.60.1422
CS27301000:1884:1118.30.1339
CS27301000:1919.1:1112.40.1222
CS27311000:1852:1119.90.1276
CS27311000:1799:1111.40.1394
CG24201500:11248:1189.80.1521
CS27401000:1900:198.60.1095

可以看出除非購入如CG2420等官方標示對比度1500:1的機種,不然實測黑位的性能是非常相似。如果是需要於後期調光室等昏暗環境使用,需要確認影像暗部階調的朋友,可以優先考慮標示「True Black Display」的螢幕如CG319X、CG279X、CG2730、CG247X、CG2420。


附註:Digital Uniformity Equalizer ,DUE效果實際測量

以下是用X-rite i1 DisplayPro Plus 搭配DisplayCal軟體,替EIZO CG247螢幕分別設定100、200 cd/m2兩種亮度,與Brightness和Uniformity兩種DUE模式,製作7×7的面板亮度均勻性檢查。總共有四筆資料,點擊圖片可以放大。

實際上EIZO官方宣稱DUE包含色度均勻度校正,但這邊只做亮度測試。

以下兩張是100 cd/m2

亮度100 cd/m2時 校正後Brightness模式
亮度100 cd/m2時 校正後Uniformity模式

以下兩張是200 cd/m2

亮度200 cd/m2時 校正後Brightness模式
亮度200 cd/m2時 校正後Uniformity模式

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發表者:Miles 林

色彩管理顧問 之前任職影像後期/DIT 剪輯 調光 美國 ISF影像標準協會 認證校正員 通過 經濟部IPAS色彩計畫/色彩工程鑑定 印刷色管顧問 T-Lab 東煦色研所 合作夥伴

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