諾瓦星云 | 動(dòng)態(tài)范圍之 “黑” 的藝術(shù)

　　LED顯示面板，以長(cháng)壽命、高動(dòng)態(tài)范圍、廣色域著(zhù)稱(chēng)。其中，高動(dòng)態(tài)范圍，代表著(zhù)在亮度層次維度的高性能顯示能力，是保障畫(huà)面層次分明、細節清楚、色彩絢爛的基礎。

　　一直以來(lái)，行業(yè)為達到更高的動(dòng)態(tài)范圍，致力于讓亮度不斷突破。在室內LED顯示領(lǐng)域，亮度從1000nit到2000nit甚至更高，以實(shí)現高對比度的畫(huà)面呈現。然而，卻忽視了另一個(gè)維度：把“黑”做好。

　　其實(shí)，“黑”和“亮”對顯示屏同樣重要!

　　接下來(lái)，我們將從真實(shí)世界和人眼特性出發(fā)，拆解動(dòng)態(tài)范圍的本質(zhì)以及“黑的價(jià)值”。

走進(jìn) "黑的藝術(shù)"

PART 1：“黑”為什么重要?

　　人眼看到的真實(shí)世界是什么樣的?

　　真實(shí)世界從微弱的星光到刺眼的陽(yáng)光，亮度范圍高達10^(-9) nit~10^(9) nit，其中人眼可感知的范圍為10^(-3) nit~10^(6) nit。

　　之所以如此強大，與人眼視覺(jué)系統的自我調節有關(guān)，視桿細胞在弱光條件下起主要作用，而視錐細胞則在強光條件下工作，視桿細胞和視錐細胞對弱光和強光的自適應調節，使人眼瞬間可感知的亮暗差異比高達10^(5):1。

　　顯示屏要達到真實(shí)世界在人眼中的表現力，需要足夠高的動(dòng)態(tài)范圍能力(夠“亮”且夠“黑”) 。

　　當然，除了感知高動(dòng)態(tài)范圍，人眼還有幾個(gè)關(guān)鍵特性：

　　1、 人眼非線(xiàn)性

　　據韋伯-費希納定律(Weber-Fechner Law)，人眼對低亮度下的顯示效果天然更敏感。

　　2、 馬赫帶效應

　　人眼對邊緣和輪廓更為敏感，對低灰跳變的感知更明顯。

　　綜上，從人眼特性維度可以看出，做好“黑”的價(jià)值在于：符合人眼高動(dòng)態(tài)范圍要求、人眼低灰敏感特性、人眼跳變感知特性，可以讓人眼感知更自然、更準確、更舒適。

PART 2：什么樣的“黑”更好?

　　“黑”對于顯示性能的直接影響，就是可以提高LED屏的動(dòng)態(tài)范圍。

　　動(dòng)態(tài)范圍是顯示屏所能表現的亮度范圍，它決定了顯示屏能否保留高光和陰影中的細節。

　　如下圖，動(dòng)態(tài)范圍高的顯示屏(右)，其亮暗細節更豐富，給人的真實(shí)感和舒適度更好。

　　那什么樣的“黑”才算好呢?

　　結合行業(yè)普遍的工藝水平和人眼真實(shí)需求，室內LED顯示屏的動(dòng)態(tài)范圍指標應盡可能達到：在10lux環(huán)境光下，最暗:0灰階亮度≤0.05nit，最亮:局部峰值亮度≥600nit，并可實(shí)現低灰到高亮間0.01nit的精確控制、不同灰階200K以?xún)鹊纳珳仄睢?/p>

　　未來(lái)，室內LED顯示屏還應向更高動(dòng)態(tài)范圍沖擊，例如，10lux環(huán)境光下的0灰階亮度≤0.03nit、局部峰值亮度≥1200nit，亮度控制精度0.001nit，色溫偏差≤100K……

如何把"黑"做好?

PART 1：工藝制程維度

　　工藝制程決定了LED面板“黑”的極限表現，主要有如下三種提升途徑：

PART 2：顯控維度

　　好的顯控技術(shù)能夠讓LED面板在低灰下有更優(yōu)的“黑”色表現，體現在三個(gè)關(guān)鍵因素：起灰亮度、灰階過(guò)渡、感知舒適度 。這對LED顯控提出了“細膩、精準、舒適”的技術(shù)效果要求。

　　1、“黑”得細膩

　　硬件自身性能的局限性會(huì )限制顯示的灰階等級，令顯示不夠細膩，存在灰階偏色。

　　通過(guò)諾瓦22bit+技術(shù)，在空間和時(shí)間上的雙重疊加處理，可增加LED可顯示的灰階數，讓起灰亮度更低、顯示更細膩。

　　2、“黑”得精準

　　LED顯示面板，在低灰時(shí)容易出現灰階耦合現象，如低灰合并、反跳、過(guò)渡不均等。

　　可通過(guò)算法補償校準，將原本偏離的灰階-亮度關(guān)系進(jìn)行修正，實(shí)現預設的起灰亮度和精準灰階過(guò)渡，可參考諾瓦的精細灰度技術(shù)。

　　3、“黑”得舒適

　　低灰時(shí)的刷新率不足會(huì )令人眼感知到明顯的刷新紋，嚴重影響觀(guān)看舒適度。

　　可通過(guò)諾瓦的PAM+PWM的混合驅動(dòng)技術(shù)來(lái)提高視覺(jué)刷新率，即在一個(gè)灰度調制周期內，通過(guò)降低電流幅值(PAM)、增加PWM打開(kāi)的次數，有效提升LED低灰刷新率。

　　綜上，高動(dòng)態(tài)范圍是衡量顯示屏的關(guān)鍵指標之一，在行業(yè)內以沖刺高亮度來(lái)提升LED顯示面板動(dòng)態(tài)范圍的現狀下，我們應當同步關(guān)注“黑”的能力。工藝制程和顯示控制，是做好“黑”的核心技術(shù)維度。

　　多年來(lái)，諾瓦星云深耕行業(yè)，致力于用技術(shù)創(chuàng )新突破顯示邊界，加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展。未來(lái)也將通過(guò)持續剖析行業(yè)痛點(diǎn)、詮釋行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，期望與行業(yè)伙伴，一同共筑真實(shí)、創(chuàng )造美好。

　　撰稿人：劉昕(諾瓦星云)肖博士(艾比森)