技术讲解 | 动态范围之 “黑” 的艺术

【数字视听网讯】LED显示面板，以长寿命、高动态范围、广色域著称。其中，高动态范围，代表着在亮度层次维度的高性能显示能力，是保障画面层次分明、细节清楚、色彩绚烂的基础。

一直以来，行业为达到更高的动态范围，致力于让亮度不断突破。在室内LED显示领域，亮度从1000nit到2000nit甚至更高，以实现高对比度的画面呈现。然而，却忽视了另一个维度：把“黑”做好。

其实，“黑”和“亮”对显示屏同样重要!

接下来，我们将从真实世界和人眼特性出发，拆解动态范围的本质以及“黑的价值”。

走进 "黑的艺术"

PART 1：“黑”为什么重要?

人眼看到的真实世界是什么样的?

真实世界从微弱的星光到刺眼的阳光，亮度范围高达10^(-9) nit~10^(9) nit，其中人眼可感知的范围为10^(-3) nit~10^(6) nit。

之所以如此强大，与人眼视觉系统的自我调节有关，视杆细胞在弱光条件下起主要作用，而视锥细胞则在强光条件下工作，视杆细胞和视锥细胞对弱光和强光的自适应调节，使人眼瞬间可感知的亮暗差异比高达10^(5):1。

显示屏要达到真实世界在人眼中的表现力，需要足够高的动态范围能力(够“亮”且够“黑”)。

当然，除了感知高动态范围，人眼还有几个关键特性：

1、人眼非线性

据韦伯-费希纳定律(Weber-Fechner Law)，人眼对低亮度下的显示效果天然更敏感。

2、马赫带效应

人眼对边缘和轮廓更为敏感，对低灰跳变的感知更明显。

综上，从人眼特性维度可以看出，做好“黑”的价值在于：符合人眼高动态范围要求、人眼低灰敏感特性、人眼跳变感知特性，可以让人眼感知更自然、更准确、更舒适。

PART 2：什么样的“黑”更好?

“黑”对于显示性能的直接影响，就是可以提高LED屏的动态范围。

动态范围是显示屏所能表现的亮度范围，它决定了显示屏能否保留高光和阴影中的细节。

如下图，动态范围高的显示屏(右)，其亮暗细节更丰富，给人的真实感和舒适度更好。

那什么样的“黑”才算好呢?

结合行业普遍的工艺水平和人眼真实需求，室内LED显示屏的动态范围指标应尽可能达到：在10lux环境光下，最暗:0灰阶亮度≤0.05nit，最亮:局部峰值亮度≥600nit，并可实现低灰到高亮间0.01nit的精确控制、不同灰阶200K以内的色温偏差。

未来，室内LED显示屏还应向更高动态范围冲击，例如，10lux环境光下的0灰阶亮度≤0.03nit、局部峰值亮度≥1200nit，亮度控制精度0.001nit，色温偏差≤100K……

如何把"黑"做好?

PART 1：工艺制程维度

工艺制程决定了LED面板“黑”的极限表现，主要有如下三种提升途径：

PART 2：显控维度

好的显控技术能够让LED面板在低灰下有更优的“黑”色表现，体现在三个关键因素：起灰亮度、灰阶过渡、感知舒适度。这对LED显控提出了“细腻、精准、舒适”的技术效果要求。

1、“黑”得细腻

硬件自身性能的局限性会限制显示的灰阶等级，令显示不够细腻，存在灰阶偏色。

通过诺瓦22bit+技术，在空间和时间上的双重叠加处理，可增加LED可显示的灰阶数，让起灰亮度更低、显示更细腻。

2、“黑”得精准

LED显示面板，在低灰时容易出现灰阶耦合现象，如低灰合并、反跳、过渡不均等。

可通过算法补偿校准，将原本偏离的灰阶-亮度关系进行修正，实现预设的起灰亮度和精准灰阶过渡，可参考诺瓦的精细灰度技术。

3、“黑”得舒适

低灰时的刷新率不足会令人眼感知到明显的刷新纹，严重影响观看舒适度。

可通过诺瓦的PAM+PWM的混合驱动技术来提高视觉刷新率，即在一个灰度调制周期内，通过降低电流幅值(PAM)、增加PWM打开的次数，有效提升LED低灰刷新率。

综上，高动态范围是衡量显示屏的关键指标之一，在行业内以冲刺高亮度来提升LED显示面板动态范围的现状下，我们应当同步关注“黑”的能力。工艺制程和显示控制，是做好“黑”的核心技术维度。

多年来，诺瓦星云深耕行业，致力于用技术创新突破显示边界，加速产业发展。未来也将通过持续剖析行业痛点、诠释行业关键技术，期望与行业伙伴，一同共筑真实、创造美好。

撰稿人：刘昕(诺瓦星云)肖博士(艾比森)

（编辑：daisy）