Nee, "AMOLED Black" bespaart NIET meer batterij dan donkergrijs

Het ontwerp in de donkere modus heeft de laatste tijd veel aandacht getrokken, en zowel Google als Apple haasten zich naar buiten ontwerpen met een donker thema in hun apps zo snel als ze kunnen ter voorbereiding op hun volgende grote OS-releases, die beide de donkere modus als belangrijkste functie hebben. In de computerwereld stellen mensen de eeuwenoude vraag: moeten themaontwerpen in de donkere modus puur "AMOLED-zwart" of donkergrijs gebruiken?

Hoewel ik hier niet ben om te antwoorden op welke toon ziet er uit Beter – dat is persoonlijk, en op dit moment is het feitelijk politiek – ik zou graag een ander antwoord willen geven dat vaak vergezeld gaat vraag, en dat is of het gebruik van donkergrijs in een ontwerp met een donker thema al dan niet de batterij bespaart ten opzichte van puur "AMOLED-zwart" in OLED displays.

Het antwoord daarop is

ja, donkergrijs bespaart nog steeds de batterij, maar dit is het deel waar de meeste mensen zeggen "maar puur zwart bespaart meer energie omdat de pixels daadwerkelijk zijn uitgeschakeld!" Ik ga hier min of meer mijn eigen titel tegenspreken, maar ja, beide uitspraken in die verontwaardiging zijn waar. Echter, hoeveel kracht levert puur zwart Eigenlijk sparen boven donkergrijs? Om deze vraag te beantwoorden, moeten we eerst een aantal fundamentele OLED-anatomie begrijpen.

Basisprincipes van OLED-schermen

In een OLED (Oorganisch Lecht-Emitting Diodes) display produceert elke afzonderlijke pixel zijn eigen licht dat u ziet. Elke pixel heeft een rode, blauwe en groene subpixel (uitgaande van gestreepte RGB voor de eenvoud), en dit zijn de individuele OLED’s die zenden hun respectievelijke kleur uit met een bepaalde helderheid, en die helderheid hangt af van hoeveel elektrische stroom naar de LED. Elke afzonderlijke kleur die het beeldscherm produceert, is een mengsel van deze drie OLED’s met verschillende helderheidsgraden, en wit is eenvoudigweg een mengsel van al deze kleuren. drie van deze OLED’s. Zoals eerder verteld, is zwart de afwezigheid van alle drie de kleurmengsels, zonder dat er elektrische stroom naar de drie kleurenmengsels wordt gestuurd OLED's.

Hoe wordt donkergrijs gemaakt? Grijs, donkergrijs en lichtgrijs zijn eigenlijk allemaal wittinten. Een grijze pixel wordt gemaakt door een witte pixel te vormen en vervolgens de stroom naar de drie OLED’s te verlagen met een percentage op basis van hoe licht of donker de pixel moet zijn. Dit is gemakkelijker te bedenken in RGB-kleurcodes, waarbij #FFFFFF/rgb (100%,100%,100%) puur wit is, #000000/rgb (0,0,0) is zwart en grijstinten zijn drievoudig met hetzelfde rood, groen en blauw componenten. De individuele rood/blauw/groene componentwaarden van een invoerkleurcode worden in wezen doorgegeven aan de respectievelijke RGB OLED van de pixel.

Bij het uitvoeren van deze kleurcodes vindt er echter nog een stap plaats, namelijk gamma correctie. Ik zal gamma niet te diep uitleggen, maar simpel gezegd: gammacorrectie neemt de lineaire kleurcodewaarden die variëren van 0% tot 100% en verhoogt deze tot een macht. Het industriestandaard beeldschermgamma gebruikt een vermogensexponent van 2,2, dus elke ingangskleurcomponent wordt verhoogd naar 2,2, en dat is de uitgangsluminantie van de betreffende OLED.

Samenvattend worden de ingevoerde RGB-kleurcodecomponenten verhoogd naar 2,2 en vervolgens doorgegeven aan de respectievelijke rode, blauwe en groene OLED van de pixel. Eenvoudig.

Nu kunnen we beginnen met het beantwoorden van vragen.

Hoeveel stroom verbruiken donkergrijze pixels?

Wij zullen gebruik maken van de Google Material Dark Theme-specificatieDe aanbevolen oppervlaktekleur van #121212, wat zich vertaalt in RGB (7%,7%,7%). Na gammacorrectie (0,07^2,2) krijgen we een waarde van 0,3%, wat betekent dat het donkergrijze oppervlak van Google 0,3% de luminantie van een puur wit oppervlak weergeeft.

donkergrijs is 0,3% van de luminantie van puur wit

Bedenk dat de luminantie/helderheid van de OLED afhangt van de elektrische stroom die ernaar wordt gestuurd. Er is slechts 0,3% van de kracht van wit nodig om donkergrijs weer te geven. Maar ik weet wat je denkt,

"0,3% is nog steeds hoger dan 0%!"

Je hebt absoluut gelijk, maar laten we hier wat cijfers uit de echte wereld bij betrekken.

Ik heb de lichtefficiëntie van het OnePlus 7 Pro-display (bij 60 Hz) gemeten met behulp van een lineaire regressie van het uitzetten van het apparaatvermogen versus de helderheid van het uitgangsdisplay. Beeldschermen verbruiken ook stroom als ze alleen maar worden ingeschakeld: het beeldschermstuurprogramma wordt actief en is klaar om signalen van de SoC naar de dunnefilmtransistors te verzenden en te ontvangen. Ik heb het vermogen van het apparaat gemeten terwijl het scherm een ​​volledig zwart beeld weergaf en nog een meting terwijl het scherm uit stond, en daarna heb ik het verschil afgetrokken. Het OnePlus 7 Pro-scherm verbruikte standaard 400 mW en nog eens 4 mW per nit (eenheid van luminantie).

Nu we realistische vermogenscijfers hebben verzameld, kunnen we modelleren hoeveel energie donkergrijs verbruikt versus puur "AMOLED-zwart." Laten we uitgaan van een schermhelderheid van 100 nits voor puur wit, precies zo zijn de berekeningen eenvoudig. Op dit witniveau zou het OnePlus 7 Pro-scherm 400 mW + (4 mW/nit × 100 nits) = 800 mW moeten verbruiken. Als er alleen maar zwart wordt weergegeven, zou het scherm alleen het basisvermogen moeten verbruiken, namelijk 400 mW. Voor donkergrijs moeten we bedenken dat we de uitgangsluminantie hebben berekend op 0,3% van de luminantie van het witniveau, dus de output zou 0,3 nits moeten zijn. 4 mW/nit × 0,3 nits = 1,2 mW, dus donkergrijs zou slechts 1,2 mW meer moeten verbruiken dan puur zwart.

400mW vs. 401,2 mW — een microscopische toename van 0,3% in het energieverbruik

Dus, theoretisch, donkergrijs verbruikt a verwaarloosbaar hoeveelheid extra vermogen vergeleken met het gebruik van zwart. Maar misschien ben je nog steeds sceptisch over de effectiviteit ervan in de donkere modus en vertrouw je de wiskunde niet, dus laten we het verdomde ding gewoon meten.

Echte vermogensmetingen van apparaten

Ik heb mijn OnePlus 7 Pro met een lichtmeter ingesteld op een witniveau van 100 nits en liet hem op een volledig beeld van alleen wit, zwart en donkergrijs, elk gedurende vijf minuten, en het totale apparaat gemeten stroom. Het OnePlus 7 Pro-display heeft een hoger gamma in de schaduwen, dus bij het meten van de uitgangsluminantie voor #121212 staat deze op 0,18 nits in plaats van de door ons verwachte 0,3 nits, dus hij zal nog minder verbruiken stroom.

Wanneer de OnePlus 7 Pro volledig wit weergeeft op 100 nits, verbruikte het toestel gemiddeld 1000 mW gedurende vijf minuten. Bij het weergeven van een ‘AMOLED zwart’ beeld verbruikte de OnePlus 7 Pro gemiddeld 600 mW – hetzelfde verschil van 400 mW in onze bovenstaande modellen. En ten slotte verbruikt het apparaat bij het meten van donkergrijs gemiddeld tussen de 600 mW en 610 mW. Al deze gemeten vermogenscijfers komen overeen met wat we eerder hebben gemodelleerd. De 10 extra milliwatt aan vermogen voor de donkergrijze test komt waarschijnlijk niet van het scherm, maar van iets anders in het apparaat – misschien radio, korte SoC-spurts, wie weet - het stroomlogboek laat een plotselinge piek in stroomsterkte zien voor de laatste lijst die het gemiddelde verhoogt van 0,6 W naar 0,61 W. Hier is nog een run met hetzelfde scenario, behalve dat in deze run de puur-zwarte test 50 mW meer stroom verbruikte - opnieuw hoogstwaarschijnlijk door externe factoren.

Maar laten we in het ergste geval aannemen dat 10 mW geen toevalstreffer was. Bij een gemiddelde apparaatspanning van 4,03 V vertaalt die extra 10 mW zich naar een gemiddelde stroomsterkte van 2,5 mA. Met de 4000 mAh-batterij van de OnePlus 7 Pro zou dit betekenen dat het donkergrijze thema 0,063% extra van de batterij van het apparaat per uur verbruikt. Wauw.

Dus AMOLED zwart of donkergrijs voor donkere modus? Kies wat u maar wilt, beide besparen evenveel kostbare batterij.