一塊屏幕是怎麼刷新自己的_風聞

最近，館長在盯着屏幕等待win10更新重啓的時候，想到一個有趣的問題：老式CRT顯示器的屏幕刷新率大部分都可以達到75Hz，稍好的都有90Hz甚至120Hz。為何到了液晶時代，屏幕的刷新率反而普遍只有60Hz？

要回答這個問題，就需要對液晶顯示器的顯示方式有一個基本瞭解。

液晶本身並不會發光，全靠從背面投射的燈光才能亮。液晶層被夾在兩層偏振片和兩層透明電極之間，當我們通過電極層對液晶施以電場，就會讓液晶分子感應產生電荷，進而改變晶體分子排列方向，從而控制亮度。

任何光線從一側射來被一隻偏振片變為偏振光後，與另外一個偏振片垂直，所以光線無法通過。晶體分子排列方向被改變後，光線和另一片偏振片特性一致，光又能通過

至於獲得彩色的方法，就是在控制液晶透光率的基礎上，往每個液晶單元上加一層濾色片，控制色彩的亮度，就能獲得想要的各種顏色。

把像素分割成三種基本顏色

但關鍵是如何精確控制這麼多色彩像素單元的亮度，從而達到成像效果，這就是液晶屏幕「刷新」的奧妙了。一個實用的方法，是利用無源驅動或被動矩陣尋址（Passive matrix addressing）技術，這樣每次都可以改變一整行像素的狀態，然後只要一行行從上到下、依次快速切換就可以了。

如果想要確定位置的像素顯示，只需要在對應行和對應列加上電壓，在它們交叉位置電極就會有一個疊加的電壓亮起來，稱為無源驅動或被動矩陣尋址

在老式的CRT顯示器中，電子管需要一個像素一個像素的逐次掃描，掃完一行再去掃下一行，同時每一個熒光分子被電子打到才會亮，然後很快又熄滅，因此刷新率必須高於75Hz，否則會有很明顯的閃爍。在液晶屏幕裏，發光來自持續的背投光，即使刷新率非常低，也只是畫面不夠流暢，不會出現閃爍的現象。所以很長時間裏，主流液晶顯示器乃至你的手機屏幕，都是60Hz，反正大家覺得不閃眼睛就好了。

但採用液晶，也面臨着一個固有的問題，那就是液晶的響應時間。響應時間決定了屏幕刷新率的上限。比如常見的屏幕刷新率60Hz，意味着每一個像素最多隻有16.667毫秒的反應時間，120Hz則只有8.3毫秒。

對大屏幕來説，液晶還可以通過消耗更多算力和功耗等等方法在一定程度上改善刷新率，但是對於將液晶應用到手機這樣小的屏幕，功耗、算力、體積都有所限制，更重要的是在成本有更嚴格控制的情況下，就難以為繼了。

如果在手機中使用OLED屏幕就能解決這個問題。這不是液晶，而是一種通電後可以自行發光的有機二極管，比如現在常用的8-羥基喹啉鋁（Alq3）。

相對於液晶幾十毫秒級別的響應時間，OLED屏幕改變像素狀態的過程非常直接，就是加電壓——亮度改變，所以它們的響應時間很輕鬆就可以達到10微秒級別，一下子提高了一千倍。同時，OLED每一個像素都能成發光點的屬性，還附帶很多有趣的特質。比如不是背投的直射光線後，OLED就擁有更加寬廣的可視角度，也不用必須要做成一個平面了，可以轉變為柔性屏幕，在使用中隨意彎曲、摺疊。

但在OLED被廣泛使用後，人們並不僅僅滿足於基礎的視覺需求，而是進一步追求更好的屏幕體驗，別説閃屏，稍微晃一下，也是接受不了的。所以，關於屏幕刷新率的問題還沒有結束。

我們都聽過還有一個叫做「幀率」的概念，它經常與刷新率混在一起，讓人們莫名所以。簡單説刷新率是屏幕的物理能力，而幀率是GPU提供畫面的速度。最好的情況下兩者當然應該完全匹配，才能發揮出最佳性能。比如玩遊戲的時候有一個「垂直同步」的選項，就是強制將兩者都統一為相同刷新率，來解決屏幕跟不上游戲幀率的問題。

但高刷新率只解決了一部分場景問題，在高刷新率的OLED上還會遇到一個問題，就是當用户使用高幀屏觀看低幀視頻時怎麼辦？大家都知道電影的幀率是24幀/秒，這樣的畫面出現在60Hz甚至120Hz的顯示器上又會發生什麼？起初的做法是，屏幕只好把一幀畫面重複刷新幾次，比如在120Hz的情況下就是刷五遍，這不僅帶來性能上的浪費，同時會帶來其他的問題。簡單説，這種情況下看愛情片，應該是沒有問題的，但是看動作片，就會感到有明顯的拖影和抖動，也就是所謂的運動模糊，就好像裏面的人全都精通影之分身一樣。

為了解決這個問題，就有了著名的MEMC技術，這種技術包含了動態預測和動態補償兩個部分。比較有趣的是，這種兩種技術最初是為了壓縮視頻才出現的，和現在的目的剛好相反。

也就是説，動態預測通過運動矢量來描述畫面中一個點是如何從一處移動到另外一處；而動態補償則可以在不改變點的運動路徑的情況下，減少其中過渡或「冗餘」的畫面，這樣就可以實現視頻編碼壓縮。我們所熟知的視頻解碼器，很多就是針對於這種壓縮的還原。實際上算法也不可能針對每一個點都做動態補償，而是把畫面分成多「塊」來計算。這也就是為什麼，有的視頻壓縮太過，就會出現馬賽克（塊）的原因。

聰明的電視廠商，把這兩種技術反過來用，就可以在24幀的畫面之間插入更多的變化過程，模擬出60幀乃至120幀的效果，也就讓我們感覺畫面動態更加平滑、細膩。

因此，高幀率的OLED僅是一塊好屏幕最基礎的參數，好屏幕還需要在視覺、觸覺與使用感受這幾個方面都做到流暢、準確而舒適，也就是説綜合性能才是最重要的。

就像有的手機屏幕刷新率夠快了，但是掉幀和抖動現象很多，這樣用户體驗就不會好哪裏去。這些其實都涉及到手機屏幕的調校優化問題，而非僅僅是屏幕本身性能的問題。

在手機屏幕調校這方面，一加是比較有發言權的廠商。去年，一加率先在旗艦手機上搭載全球首塊2K+分辨率、90Hz 刷新率的OLED屏，部分用户説在使用了90Hz屏幕手機後，再用回60Hz，就像看慣藍光碟再看標清視頻一樣回不去了。

前不久，一加手機在屏幕技術溝通會上介紹了完成120Hz OLED屏幕研發，並對其背後的技術進行了深度解讀。一加研發的120Hz屏幕除了選擇優秀的硬件外，還首次提出獨家調校方式「全鏈條優化（Smooth Chain）」，這對於做出一塊好屏幕也是至關重要。

所謂Smooth Chain，其實是基於「整體論」的理念，從屏幕去感知指尖觸達，再到CPU、GPU的資源處理，再到顯示驅動集成芯片，最後到精準呈現，環環相扣，減少短板的出現。通過從觸控層到顯示層的這種全鏈路優化方式，120Hz的高幀屏才能發揮最大優勢，畫面穩定流暢的同時，還能帶來更快的點擊響應速度和觸控響應速度。

同時，一加也考慮到用户使用高幀屏手機觀看視頻的高頻場景，加入了我們前面所説的MEMC動態補幀技術，這是本來只有高端電視廠商才應用的王牌技術。現在一加也將其實現應用於手機之上，通過獨立芯片方案來實現MEMC技術，無論功耗還是效果都優於軟解。

一部擁有好屏幕的手機，除了帶來流暢體驗之外，色彩視覺上的準確體驗也是最直觀的。在一加的120Hz屏幕上，除了有2K+分辨率，屏幕的色階級數還由256級提升至1024級，其色彩空間達到了1024的3次方，這意味着就是擁有10.7億種顏色。儘管以普通人類的視力來看並不能精確指出每一種的不同，但這種還原世界本來面貌的方式，毫無疑問會讓你覺得真實感倍增。

除了顏色數量巨大以外，屏幕顯示色彩的準確度也是準確還原的一個重要標準。一些專業設計師為了還原色彩，在選擇屏幕的時候都會將色準作為重要考量。色準用JNCD(Just Noticeable Color Diffference)來衡量，反映色彩偏移程度。JNCD的值越小則代表顏色顯示越準確。業內JNCD＜2是公認的行業標準，一加此次將色準標準控制在JNCD＜0.8，並在生產線上增設了精密的色準檢測儀，對每一台手機都進行色準校準。

最後是視覺舒適度的考量。我們都知道現在的手機屏幕，能根據偵測周圍光線的變化來提高或降低亮度，但這個速度是否平滑自然非常影響體驗。一加採用一塊光感敏感度更高的亮度傳感器，將自動亮度調光等級從1024級提升到了4096級，屏幕亮度變幻時會更柔和自然。同時，環境光傳感器也會根據實時環境色温信息來為用户調節屏幕冷暖，在複雜光線環境下帶來舒適的感受。

在比拼數據的當下，我們最終會發現，影響手機用户體驗的，從來都不是一個單一的幀率和參數，而是一個遵從「整體論」的一體。一加從流暢順滑入手，到準確還原與倡導舒適自然，相信這是面向未來的手機發展方向。