OLED螢幕閃爍問題 與 不同調光方案之色準測試

您是否曾經因為OLED筆電顯示器的閃爍問題而感到困擾?新一代 OLED 顯示器,透過其高亮度、廣色域、輕薄結構等特點,已經成為多數高階筆記型電腦的首選。但OLED螢幕存在「頻閃flicker」的隱憂,使用時可能會造成眼睛疲勞不適。

筆者使用 ASUS VIVOBOOK 系列筆記型電腦,配備了一塊非常不錯 OLED 螢幕,近期發現華碩原廠推出專用的MyASUS程式,可以開啟「OLED低亮度防閃爍功能」;軟體說明,為了降低低亮度時的OLED螢幕閃爍狀況,調整亮度時,建議使用OLED低亮度防閃爍功能,但附註畫面品質可能會有些微的影響

華碩推出專用於筆電的一站式程式MyASUS,裡面彙整了許多功能與服務,包含對於顯示器色彩調整的相關設置。

如果你是使用搭載了OLED顯示器的機種,程式可能相關的特殊設定,例如「ASUS OLED Care」與「OLED低亮度防閃爍功能

由於十分好奇OLED低亮度防閃爍功能,實際是透過何種方式執行來降低亮度,又所謂「品質降低」究竟有何差異,是否有可能影響影像編輯工作的色準,因此上網整理了一些資訊並做了簡單的測試並整理。

實驗結果證實,使用ASUS防閃爍功能,的確能避免螢幕調用容易讓視覺疲勞的PWN調光模式,但如果單獨使用ASUS防閃爍功能來降低亮度,螢幕色準會有較明顯的劣化。將ASUS功能,搭配適當的系統亮度調整,則可以大幅度避免色準降低又同時降低亮度。


  1. OLED螢幕調整亮度的機制
  2. 判斷OLED不同調光的調度時機
  3. 使用Windows系統本身亮度調整功能
  4. 使用華碩「OLED低亮度防閃爍功能」
  5. DC與PWN下的色準對比

1.OLED螢幕調整亮度的機制

OLED螢幕能透過兩種方式調整亮度:DC直流電調光PWM脈寬調變調光

DC直流調光,通過改變提供給電路的功率來控制亮度,缺點是電壓的變化可能會改變OLED發射的顏色,通常低亮度下OLED會有明顯的顏色偏移,觀看影像品質比較差。

PWM,Pulse-Width Modulation脈衝寬度調變則是另一種調整亮度的方法,藉由不改變頻率,改變工作週期大小,使整體平均電壓值上升或下降達成調整亮度作用。因為缺點是所謂工作週期大小,實際是透過控制開、關OLED改變佔空比達成的,實則可能造成視覺閃爍等不適感。

註:關於螢幕閃爍的問題,知名認證機構TÜV Rheinland就有推出基於ISO標準ISO 9241-307「人機交互作用的人因工程學」的顯示器測試認證項目Eye Comfort Certification眼睛舒適度認證,內容包含低藍光、無閃爍和低反射,提供消費者辨識選購優質的顯示器商品(本次測試的筆電型號應該不在此內,華碩官網資訊似乎有不同機種混用的問題)

更多關於OLED DC與PWM調光介紹,可以參考notebookcheck網站專文

實際上,OLED產品可能同時混合使用DC與PWM來調整亮度;例如在中高亮度時使用DC調光,低亮度時採用PWM調光,本次受測的OLED螢幕在基於系統亮度調整功能下,便是DC+PWM的混合調光模式。至於要怎麼知道亮度調低至多少時,螢幕會啟動PWM調光呢?可以透過手機螢幕來做簡單的判斷。

2.判斷OLED不同調光的調度時機

我們可以透過將手機相機設置為高速快門後拍攝螢幕,觀察畫面上是否有肉眼不可見,但相機能捕捉到的黑色區間,判斷螢幕是否正在使用PWN調光。一般來說調低亮度下的OLED螢幕,可以預期看到PWM調光造成的掃描黑線/黑區。

將手機相機快門設置為1/1000後拍攝筆電OLED螢幕的結果,畫面中出現肉眼看不到的黑線

我使用Adobe Lightroom的iOS APP,將快門設定為1/10000,鏡頭對準OLED螢幕觀察。受測的筆電是華碩推出的ASUS VivoBook Pro 14 OLED M3401QA,搭載了一塊三星出品的AMOLED面板,型號為ATNA40YK04。關於這塊OLED面板性能有興趣的朋友,可以參考我之前分享的一篇專文ASUS VivoBook OLED螢幕測評

上圖是拍攝亮度100%的OLED螢幕的影像,可以看到有固定的數條黑線。理論上,100%全亮時應該不會啟動PWM調光,不會產生黑色區域,這邊推測黑線產生的原因是由於OLED本身為自發光,必需透過刷新畫面來成像,黑線就是刷新造成的掃描線。

接下來測試只使用Windows作業系統功能調整螢幕亮度。

3.使用Windows系統本身亮度調整功能

直接使用Windows系統調整亮度時(可能是透過作業系統介面,或是筆電的多功能區亮度鍵),在數值100至52的區間左右,以手機高速快門監看OLED螢幕的影像,只觀察到明暗變化而沒有黑色區域出現,推測100至52區段內顯示器使用DC調光

一但數值低於52,會發現畫面中原本黑線條開始加粗,推測系統開始調用PWM調光來更進一步降低亮度;實測大概觸發的亮度是100 cd/m²左右。以下畫面從上排左至下排右,分別是系統亮度調整為52、51、46、39、30、24的結果。

相機拍攝能看到的黑色區域,實際上是以極高速在刷新的,肉眼是看不出來的。根據國外網站測試這塊面板刷新頻率可能是360 Hz;360Hz一般來說是相對高的刷新率,對於人眼敏感度比較低相對安全。

根據國外網站notebookcheck.net測試,Vivobook Pro 14搭載的OLED螢幕會以360Hz的頻率閃爍,而它又有兩種閃爍模式,第一種涉及到螢幕成像,大約以270Hz的頻率刷新。另一種則是在低於50%亮度下,使用360Hz頻率的PWM方式調整螢幕亮度。

接下來測試使用華碩提供的亮度調整功能。

4.使用華碩「OLED低亮度防閃爍功能」

華碩原廠推出專用的MyASUS程式,可以開啟「OLED低亮度防閃爍功能」;軟體說明,使用前需要先把系統調整亮度高於 60%(透過 Windows 設定),接著調整 OLED 低亮度防閃爍功能至需要的亮度。值得注意的是,此功能開啟時,畫面品質可能會有些微的影響

將Windows系統亮度設置為100%,單純使用ASUS提供的MyASUS APP內「OLED低亮度防閃爍功能」,透過上述手機的高速快門鏡頭檢查,會發現無論是100至0,全程畫面皆不會產生黑色區域,應該也就是沒有使用PWM調光,應該是單純透過DC調光降低亮度。

ASUS這項功能目前沒有查到明確說明實作原理資訊。根據網路資料,一種說法是製造商也就是華碩,可能透過某種方式額外的從外部調控面板的電壓,另一種說法則是透過驅動的方式在影像上加上遮罩等等。後者的說法似乎不是實際硬體層面的解釋,這邊我只能假設為全程DC調光,也能與快門拍攝實驗結果相符。

5.DC與PWN下的色準對比

這邊測試的方式是先把螢幕設定在100%亮度,製作螢幕描述檔作為基準。接著透過Windows系統與ASUS低亮度防閃爍功能,改變螢幕至不同的亮度,比對100%時的描述檔,確認白點、Gamma、灰階平衡與色準等變化。

由於目的不是校正而是當做一個比對標準,所以透過DisplayCAL設定較高596 patchs來製作XYZ LUT+matrix描述檔,純Profiling。製作完成後驗證白點ΔE=0.0,51個測試色靶平均ΔE=0.35,最大ΔE=1.06,品質應該是OK的。

接著使用不同亮度調整方式,調整完亮度後,逐一對比全亮時的Profile,資料整理繪製成下表:

以整體趨勢來看,隨著亮度逐漸降低,色差值也逐漸升高,包含白點、平均色差與最大色差走向基本一致。更深入討論,電腦可以使用兩種方式來調整亮度,包含A:透過Windows系統,與B:透過ASUS的OLED低亮度防閃爍功能,因此組合變化下,同一種亮度就可能由A、B、A+B三種組合方式達成。為了更清楚的分析,我先將A與B兩者獨立繪表如下:

上表是透過作業系統調整亮度的色差值測量結果。雖然系統亮度值或是實測螢幕亮度取樣沒有固定間隔,但前後換算一下,還是能發現有無開啟PWM調光,對於色差值有明顯的變化。白點的偏移與最大色差的數值,與亮度變化關係不大,與是否開啟PWN關係密切。比較特別的是平均色差值變動不大。

接下來整理透過ASUS OLED低亮度防閃爍功能的結果。

首先ASUS的調整亮度方式,全程都是DC調光不會引入PWM閃爍問題。隨著亮度降低,平均色差與最大色差值會逐漸升高。不過白點不太受到亮度改變而有偏移。

另外有兩組設定可以提出來對比,分別是下面的表格:

當實際亮度低於100 cd/m²時,如果單用系統調整亮度,勢必會使用PWM調光,一方面可能會造成螢幕閃爍眼睛的不適感,另一方面白點偏移與最大色差值表現也都很差。又如果單純使用ASUS調整亮度方式,雖然可以避免PWM調光,但會造成平均色差與最大色差隨著亮度越暗表現越差。

只要先將系統亮度調整至數值100~52之間,再輔以ASUS的亮度調整功能,就可以大幅度降低螢幕亮度,又避免使用有閃爍、傷眼疑慮的PWM調光。這種搭配的調整,也能盡可能降低螢幕色彩的改變;白點、平均色差與最大色差都偏移不大,一般使用可以忽略。

結論

OLED螢幕因為有很多優秀的特點,例如螢幕結構輕薄、顯示顏色鮮豔、對比度極大,因此廣受消費者喜愛。過去價格十分高昂,近年來也因為規模量產,不再像以前那麼高不可攀,現在很多中低階筆電都用上了OLED螢幕。但OLED顯示器有些先天上的問題,例如容易烙印、低亮度時閃爍等,廠商持續透過各種機制來改善,目前是相當成熟的面板技術。

透過華碩ASUS獨家的MyASUS程式「OLED防閃爍功能」來調整亮度,能避免容易產生視覺疲勞的PWN調光。如果將ASUS功能搭配適當的系統亮度設置,就可以同時達成不傷眼的調低螢幕亮度,又維持螢幕色彩準確性的最佳影像效果。

附註:量測資料分析

稍晚補上,將分析透過系統調低亮度與ASUS OLED防閃爍功能,螢幕顯示性能的改變,例如白點與Gamma、灰平衡的差異。

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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