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📄 Abstract
摘要： 为什么在被窝里刷手机，眼睛会感到干涩、刺痛，甚至流泪？营销号会告诉你这是蓝光危害，但电子工程师告诉你：这是 OLED 屏幕的频闪（Flicker）。为了在低亮度下维持色彩准确度并降低功耗，PMIC 被迫采用 低频 PWM 调光。本文将揭示 PMIC 在“省电”与“护眼”之间的零和博弈，以及高频 PWM 和类 DC 调光背后的 电荷泵（Charge Pump）能效代价。
1. 🤯 困境：为什么屏幕越暗，眼睛越疼？
OLED 屏幕在显示纯黑时几乎不耗电，这被认为是其相对于 LCD 的最大优势。但在极低亮度（如夜间床头使用，亮度 < 100 nits）下，OLED 面临着一个物理难题：电压控制的不稳定性。
OLED 是电流驱动型器件。要降低亮度，理论上只需降低电流。
- 高亮度下： PMIC 输出稳定的 DC（直流）电压，电流线性控制，画面稳定。
- 低亮度下： 如果继续降低电压，由于 OLED 子像素（Sub-pixel）的制造公差，会出现 “抹布屏”（亮度不均、偏色）现象。 为了避免画质崩坏，厂商选择了一种“讨巧”的办法：PWM（脉冲宽度调制）调光。屏幕并没有变暗，而是以极快的速度 “亮-灭-亮-灭”。你看到的暗，其实是时间上的平均值。当这个“亮灭”频率过低（< 480Hz），人眼虽看不清闪烁，但瞳孔括约肌会跟随亮灭剧烈收缩，导致眼疲劳。
2. 🌡️ 核心原理：PMIC 的“斩波”与占空比陷阱
PWM 调光的本质，是 PMIC 内部的一个 高速开关（MOSFET） 在疯狂切断和导通电源。
2.1 占空比 (Duty Cycle) 的欺骗
亮度 $L_{perceived}$ 由占空比 $D$ 决定： $$L_{perceived} = L_{peak} \times D$$ 其中 $D = \frac{T_{on}}{T_{on} + T_{off}}$。
- 白天： 亮度 100%，$D=100%$，屏幕常亮，无频闪。
- 深夜： 亮度 10%，$D=10%$。这意味着在每一个周期内，屏幕有 90% 的时间是全黑的，只有 10% 的时间不仅是亮的，而且是 瞬间爆发的峰值亮度。
能量陷阱： 这种**“黑-爆亮-黑”**的剧烈跳变，对人眼的刺激远大于持续的柔和光线。视网膜上的感光细胞（视杆细胞）被迫在“极暗”和“极亮”之间反复横跳，产生 视错觉残影，导致神经紧张。
2.2 为什么不用高频 PWM？
既然低频闪烁伤眼，为什么不把频率提高到 3840Hz 甚至更高？ 因为 PMIC 的开关损耗（Switching Loss）。
$$P_{loss} = \frac{1}{2} C_{gate} V^2 f + P_{conduction}$$
开关频率 $f$ 越高，PMIC 内部 MOSFET 的栅极电容充放电损耗就越大。
- 480Hz PWM: PMIC 轻松应对，转换效率 95% 以上。
- 4320Hz PWM: 开关损耗激增 9 倍，PMIC 发热，整机功耗增加。 为了那几毫安时的续航和更低的 BOM 成本，早期 OLED 手机普遍选择了伤眼的 240Hz/480Hz PWM。
3. ⚙️ 核心架构：类 DC 调光与 LTPO 的博弈
为了救赎用户的眼睛，业界推出了 类 DC 调光 和 高频 PWM，但它们都需要付出能效代价。
3.1 类 DC 调光：模拟电压控制
类 DC 调光通过软件算法，强制 PMIC 输出连续的电流，而不是斩波。 但为了防止低压下的“抹布屏”，它必须维持较高的电压 $V_{min}$，然后通过 数字层遮罩（Digital Mask） 压低像素的灰阶值。
- 代价： 画质劣化（色彩断层、暗部细节丢失）和 PMIC 效率下降（线性稳压模式比开关模式效率低）。
3.2 LTPO 的副作用
2025 年的旗舰机标配 LTPO（自适应刷新率）屏幕。LTPO 为了省电，会在静止画面时将刷新率降至 1Hz。 这给护眼带来了新的难题：刷新率 $f_{refresh}$ 与调光频率 $f_{dimming}$ 的同步。 如果在 1Hz 刷新率下强行开启高频 PWM，驱动 IC（DDIC）需要极其复杂的时序控制电路，这会抵消 LTPO 省下的电量。因此，很多手机在开启“护眼模式”时，会悄悄锁死 60Hz/120Hz 刷新率，导致耗电量飙升。
4. 🌍 行业展望：Tandem OLED 与 4320Hz
未来的屏幕将如何平衡省电与护眼？
- 超高频 PWM 常态化： 随着 PMIC 制程从 28nm 进化到 12nm，开关损耗降低，3840Hz/4320Hz 超高频 PWM 将成为标配，进入 IEEE 定义的“零风险”区间。
- Tandem OLED（串联 OLED）： 苹果 iPad Pro 采用的技术。通过双层 OLED 叠加，同样的亮度只需要一半的电流密度。这意味着在低亮度下，它依然可以维持较好的电压稳定性，从而更容易实现 真 DC 调光，彻底告别频闪。
5. 🏆 总结与互动：眼睛是不可再生的
5.1 最终结论 (Final Thesis)
晚上看手机眼睛痛，是 PMIC 追求高转化率 和 OLED 追求显示均匀性 的“共谋”结果。低频 PWM 是特定历史时期的技术妥协。在 4320Hz 普及之前，“开灯看手机” 依然是物理层面上最高效的护眼方案。
5.2 【硅基问答】
为了护眼，你愿意牺牲续航和画质吗？
请在评论区投票：
- A. 铁眼战士： 省电第一！低频 PWM 我忍了，反正我倒头就睡。
- B. 护眼达人： 我全程开启“类 DC / 高频调光”模式，哪怕续航崩一点，画质差一点，也要对视网膜好一点。
📚 参考文献 / References
- [IEEE 1789-2015 Standard] “IEEE Recommended Practices for Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers.” (注：关于光源频闪对人体健康危害的行业金标准)
- [SID Display Week Digest] “High-Frequency PWM Dimming Technology for OLED Displays.” (注：关于 3840Hz+ 调光对驱动 IC 功耗影响的技术分析)
- [Samsung Display Whitepaper] “Low Power Consumption Technologies for OLED: LTPO and Tandem Structures.”
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