一块屏幕是怎么刷新自己的

最近，馆长在盯着屏幕等待win10更新重启的时候，想到一个有趣的问题：老式CRT显示器的屏幕刷新率大部分都可以达到75Hz，稍好的都有90Hz甚至120Hz。为何到了液晶时代，屏幕的刷新率反而普遍只有60Hz？

要回答这个问题，就需要对液晶显示器的显示方式有一个基本了解。

液晶本身并不会发光，全靠从背面投射的灯光才能亮。液晶层被夹在两层偏振片和两层透明电极之间，当我们通过电极层对液晶施以电场，就会让液晶分子感应产生电荷，进而改变晶体分子排列方向，从而控制亮度。

任何光线从一侧射来被一只偏振片变为偏振光后，与另外一个偏振片垂直，所以光线无法通过。晶体分子排列方向被改变后，光线和另一片偏振片特性一致，光又能通过

至于获得彩色的方法，就是在控制液晶透光率的基础上，往每个液晶单元上加一层滤色片，控制色彩的亮度，就能获得想要的各种颜色。

把像素分割成三种基本颜色

但关键是如何精确控制这么多色彩像素单元的亮度，从而达到成像效果，这就是液晶屏幕「刷新」的奥妙了。一个实用的方法，是利用无源驱动或被动矩阵寻址（Passive matrix addressing）技术，这样每次都可以改变一整行像素的状态，然后只要一行行从上到下、依次快速切换就可以了。

如果想要确定位置的像素显示，只需要在对应行和对应列加上电压，在它们交叉位置电极就会有一个叠加的电压亮起来，称为无源驱动或被动矩阵寻址

在老式的CRT显示器中，电子管需要一个像素一个像素的逐次扫描，扫完一行再去扫下一行，同时每一个荧光分子被电子打到才会亮，然后很快又熄灭，因此刷新率必须高于75Hz，否则会有很明显的闪烁。在液晶屏幕里，发光来自持续的背投光，即使刷新率非常低，也只是画面不够流畅，不会出现闪烁的现象。所以很长时间里，主流液晶显示器乃至你的手机屏幕，都是60Hz，反正大家觉得不闪眼睛就好了。

但采用液晶，也面临着一个固有的问题，那就是液晶的响应时间。响应时间决定了屏幕刷新率的上限。比如常见的屏幕刷新率60Hz，意味着每一个像素最多只有16.667毫秒的反应时间，120Hz则只有8.3毫秒。

对大屏幕来说，液晶还可以通过消耗更多算力和功耗等等方法在一定程度上改善刷新率，但是对于将液晶应用到手机这样小的屏幕，功耗、算力、体积都有所限制，更重要的是在成本有更严格控制的情况下，就难以为继了。

如果在手机中使用OLED屏幕就能解决这个问题。这不是液晶，而是一种通电后可以自行发光的有机二极管，比如现在常用的8-羟基喹啉铝（Alq3）。

相对于液晶几十毫秒级别的响应时间，OLED屏幕改变像素状态的过程非常直接，就是加电压——亮度改变，所以它们的响应时间很轻松就可以达到10微秒级别，一下子提高了一千倍。同时，OLED每一个像素都能成发光点的属性，还附带很多有趣的特质。比如不是背投的直射光线后，OLED就拥有更加宽广的可视角度，也不用必须要做成一个平面了，可以转变为柔性屏幕，在使用中随意弯曲、折叠。

但在OLED被广泛使用后，人们并不仅仅满足于基础的视觉需求，而是进一步追求更好的屏幕体验，别说闪屏，稍微晃一下，也是接受不了的。所以，关于屏幕刷新率的问题还没有结束。

我们都听过还有一个叫做「帧率」的概念，它经常与刷新率混在一起，让人们莫名所以。简单说刷新率是屏幕的物理能力，而帧率是GPU提供画面的速度。最好的情况下两者当然应该完全匹配，才能发挥出最佳性能。比如玩游戏的时候有一个「垂直同步」的选项，就是强制将两者都统一为相同刷新率，来解决屏幕跟不上游戏帧率的问题。

但高刷新率只解决了一部分场景问题，在高刷新率的OLED上还会遇到一个问题，就是当用户使用高帧屏观看低帧视频时怎么办？大家都知道电影的帧率是24帧/秒，这样的画面出现在60Hz甚至120Hz的显示器上又会发生什么？起初的做法是，屏幕只好把一帧画面重复刷新几次，比如在120Hz的情况下就是刷五遍，这不仅带来性能上的浪费，同时会带来其他的问题。简单说，这种情况下看爱情片，应该是没有问题的，但是看动作片，就会感到有明显的拖影和抖动，也就是所谓的运动模糊，就好像里面的人全都精通影之分身一样。

为了解决这个问题，就有了著名的MEMC技术，这种技术包含了动态预测和动态补偿两个部分。比较有趣的是，这种两种技术最初是为了压缩视频才出现的，和现在的目的刚好相反。

也就是说，动态预测通过运动矢量来描述画面中一个点是如何从一处移动到另外一处；而动态补偿则可以在不改变点的运动路径的情况下，减少其中过渡或「冗余」的画面，这样就可以实现视频编码压缩。我们所熟知的视频解码器，很多就是针对于这种压缩的还原。实际上算法也不可能针对每一个点都做动态补偿，而是把画面分成多「块」来计算。这也就是为什么，有的视频压缩太过，就会出现马赛克（块）的原因。

聪明的电视厂商，把这两种技术反过来用，就可以在24帧的画面之间插入更多的变化过程，模拟出60帧乃至120帧的效果，也就让我们感觉画面动态更加平滑、细腻。

因此，高帧率的OLED仅是一块好屏幕最基础的参数，好屏幕还需要在视觉、触觉与使用感受这几个方面都做到流畅、准确而舒适，也就是说综合性能才是最重要的。

就像有的手机屏幕刷新率够快了，但是掉帧和抖动现象很多，这样用户体验就不会好哪里去。这些其实都涉及到手机屏幕的调校优化问题，而非仅仅是屏幕本身性能的问题。

在手机屏幕调校这方面，一加是比较有发言权的厂商。去年，一加率先在旗舰手机上搭载全球首块2K+分辨率、90Hz 刷新率的OLED屏，部分用户说在使用了90Hz屏幕手机后，再用回60Hz，就像看惯蓝光碟再看标清视频一样回不去了。

前不久，一加手机在屏幕技术沟通会上介绍了完成120Hz OLED屏幕研发，并对其背后的技术进行了深度解读。一加研发的120Hz屏幕除了选择优秀的硬件外，还首次提出独家调校方式「全链条优化（Smooth Chain）」，这对于做出一块好屏幕也是至关重要。

所谓Smooth Chain，其实是基于「整体论」的理念，从屏幕去感知指尖触达，再到CPU、GPU的资源处理，再到显示驱动集成芯片，最后到精准呈现，环环相扣，减少短板的出现。通过从触控层到显示层的这种全链路优化方式，120Hz的高帧屏才能发挥最大优势，画面稳定流畅的同时，还能带来更快的点击响应速度和触控响应速度。

同时，一加也考虑到用户使用高帧屏手机观看视频的高频场景，加入了我们前面所说的MEMC动态补帧技术，这是本来只有高端电视厂商才应用的王牌技术。现在一加也将其实现应用于手机之上，通过独立芯片方案来实现MEMC技术，无论功耗还是效果都优于软解。

一部拥有好屏幕的手机，除了带来流畅体验之外，色彩视觉上的准确体验也是最直观的。在一加的120Hz屏幕上，除了有2K+分辨率，屏幕的色阶级数还由256级提升至1024级，其色彩空间达到了1024的3次方，这意味着就是拥有10.7亿种颜色。尽管以普通人类的视力来看并不能精确指出每一种的不同，但这种还原世界本来面貌的方式，毫无疑问会让你觉得真实感倍增。

除了颜色数量巨大以外，屏幕显示色彩的准确度也是准确还原的一个重要标准。一些专业设计师为了还原色彩，在选择屏幕的时候都会将色准作为重要考量。色准用JNCD(Just Noticeable Color Diffference)来衡量，反映色彩偏移程度。JNCD的值越小则代表颜色显示越准确。业内JNCD＜2是公认的行业标准，一加此次将色准标准控制在JNCD＜0.8，并在生产线上增设了精密的色准检测仪，对每一台手机都进行色准校准。

最后是视觉舒适度的考量。我们都知道现在的手机屏幕，能根据侦测周围光线的变化来提高或降低亮度，但这个速度是否平滑自然非常影响体验。一加采用一块光感敏感度更高的亮度传感器，将自动亮度调光等级从1024级提升到了4096级，屏幕亮度变幻时会更柔和自然。同时，环境光传感器也会根据实时环境色温信息来为用户调节屏幕冷暖，在复杂光线环境下带来舒适的感受。

在比拼数据的当下，我们最终会发现，影响手机用户体验的，从来都不是一个单一的帧率和参数，而是一个遵从「整体论」的一体。一加从流畅顺滑入手，到准确还原与倡导舒适自然，相信这是面向未来的手机发展方向。