Nein, „AMOLED Black“ spart NICHT mehr Batterie als dunkelgrau

Das Dark-Mode-Design hat in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, und sowohl Google als auch Apple führen Dark-Themed-Designs in ihren Apps so schnell wie möglich ein, um sich auf ihre nächsten Hauptversionen von Betriebssystemen vorzubereiten . In der Computerwelt haben sich die Leute die uralte Frage gestellt: Sollen Dark-Mode-Designs reines „AMOLED-Schwarz“ oder Dunkelgrau verwenden?

Während ich nicht hier bin, um zu beantworten, welcher Ton besser aussieht - das ist persönlich und im Grunde genommen ist es an dieser Stelle Politik -, möchte ich eine andere häufig gestellte Frage beantworten, und zwar, ob die Verwendung von Dunkelgrau in einem Design mit dunklem Thema spart oder nicht Batterie über reinem „AMOLED-Schwarz“ in OLED-Displays.

Die Antwort darauf lautet: Ja, Dunkelgrau spart immer noch Batterie, aber in diesem Bereich sagen die meisten: „Reines Schwarz spart mehr Energie, weil die Pixel tatsächlich ausgeschaltet sind!“ Ich werde hier meinem eigenen Titel irgendwie widersprechen Aber ja, beide Aussagen in diesem Aufschrei sind wahr. Wie viel Strom spart jedoch reines Schwarz gegenüber dunklem Grau? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir zunächst einige grundlegende OLED-Anatomie verstehen.

OLED-Display-Grundlagen

In einer OLED-Anzeige ( O rganic Lightning Diode) erzeugt jeder einzelne Pixel sein eigenes Licht, das Sie sehen. Jedes Pixel hat ein rotes, blaues und grünes Subpixel (der Einfachheit halber wird gestreiftes RGB angenommen). Dies sind die einzelnen OLEDs, die ihre jeweilige Farbe mit einer bestimmten Helligkeit emittieren. Diese Helligkeit hängt davon ab, wie viel elektrischer Strom an die LED gesendet wird. Jede einzelne Farbe, die das Display erzeugt, ist eine Mischung dieser drei OLEDs mit unterschiedlichen Helligkeiten, und Weiß ist einfach eine Mischung aller drei dieser OLEDs. Wie bereits erwähnt, ist Schwarz das Fehlen aller drei Farbmischungen, bei denen drei OLEDs nicht mit elektrischem Strom versorgt werden.

Wie wird dunkelgrau gemacht? Grau, Dunkelgrau und Hellgrau sind eigentlich nur Weißtöne. Ein graues Pixel entsteht durch Bilden eines weißen Pixels und anschließendes Verringern des Stroms auf seine drei OLEDs um einen Prozentsatz, der davon abhängt, wie hell oder dunkel das Pixel sein muss. Dies ist bei RGB-Farbcodes einfacher zu berücksichtigen, bei denen # FFFFFF / rgb (100%, 100%, 100%) reinweiß ist, # 000000 / rgb (0, 0, 0) schwarz und Graustufen beliebig sind dreifach mit den gleichen roten, grünen und blauen Komponenten. Die einzelnen Rot / Blau / Grün-Komponentenwerte eines Eingangsfarbcodes werden im Wesentlichen an die jeweilige RGB-OLED des Pixels weitergeleitet.

Bei der Ausgabe dieser Farbcodes findet jedoch ein weiterer Schritt statt, nämlich die Gammakorrektur . Ich werde Gamma nicht zu ausführlich erklären, aber vereinfacht ausgedrückt, nimmt die Gammakorrektur die linearen Farbcodewerte im Bereich von 0% bis 100% und erhöht sie auf eine Potenz. Das Industriestandard-Display-Gamma verwendet einen Leistungsexponenten von 2, 2, sodass jede Eingangsfarbkomponente auf 2, 2 angehoben wird und dies die Ausgangsleuchtdichte der jeweiligen OLED ist.

OLED-Helligkeit vs. Wert der Farbkomponente. Beachten Sie, dass die Antwort nicht linear ist.

Zusammenfassend werden die RGB-Farbcode-Eingabekomponenten auf 2, 2 angehoben und dann an die jeweilige rote, blaue und grüne OLED des Pixels weitergeleitet. Einfach.

Jetzt können wir anfangen, Fragen zu beantworten.

Wie viel Strom verbrauchen dunkelgraue Pixel?

Wir verwenden die von der Google Material Dark Theme-Spezifikation empfohlene Oberflächenfarbe # 121212, die in RGB (7%, 7%, 7%) übersetzt wird. Nach der Gammakorrektur (0.07 ^ 2.2) erhalten wir einen Wert von 0.3%, was bedeutet, dass Googles dunkelgraue Oberfläche 0.3% der Luminanz einer reinweißen Oberfläche ausgibt.

Dunkelgrau ist 0, 3% der Luminanz von reinem Weiß

Denken Sie daran, dass die Leuchtdichte / Helligkeit der OLED von dem an sie gesendeten Strom abhängt. Nur 0, 3% der Leistung von Weiß werden benötigt, um Dunkelgrau zu rendern. Aber ich weiß, was du denkst,

"0, 3% ist immer noch höher als 0%!"

Sie sind absolut korrekt, aber lassen Sie uns einige Zahlen aus der realen Welt einbringen.

Geräteleistung vs. Display-Leuchtdichte - OnePlus 7 Pro

Ich habe die Lichtausbeute des OnePlus 7 Pro-Displays (bei 60 Hz) mithilfe einer linearen Regression gemessen, die sich aus der Darstellung der Geräteleistung in Abhängigkeit von der Helligkeit des Ausgangs-Displays ergibt. Anzeigen verbrauchen auch Strom, wenn sie nur eingeschaltet werden - der Anzeigetreiber wird aktiv und ist bereit, Signale vom SoC an die Dünnschichttransistoren zu senden und zu empfangen. Ich habe die Geräteleistung gemessen, während das Display ein vollschwarzes Bild wiedergab, und eine weitere Messung, während das Display ausgeschaltet war, und dann die Differenz abgezogen. Das OnePlus 7 Pro-Display verbrauchte eine Grundleistung von 400 mW und zusätzliche 4 mW pro nit (Luminanzeinheit).

Nachdem wir nun realistische Leistungszahlen gesammelt haben, können wir modellieren, wie viel Leistung Dunkelgrau im Vergleich zu reinem „AMOLED-Schwarz“ verbraucht. Nehmen wir für reines Weiß eine Anzeigehelligkeit von 100 Nits an, damit die Berechnungen einfach sind. Bei dieser Weißstufe sollte das OnePlus 7 Pro-Display 400 mW + (4 mW / nit × 100 nits) = 800 mW verbrauchen. Wenn nur Schwarz angezeigt wird, sollte das Display nur seine Basisleistung von 400 mW verbrauchen. Denken Sie für Dunkelgrau daran, dass die ausgegebene Luminanz 0, 3% der Luminanz des Weißpegels beträgt, sodass 0, 3 nits ausgegeben werden sollten. 4 mW / nit × 0, 3 nits = 1, 2 mW, daher sollte Dunkelgrau nur 1, 2 mW mehr verbrauchen als reines Schwarz.

400 mW vs. 401, 2 mW - eine mikroskopische Steigerung des Stromverbrauchs um 0, 3%

Dunkelgrau verbraucht also theoretisch eine vernachlässigbare Menge an zusätzlicher Energie im Vergleich zu Schwarz. Aber vielleicht sind Sie immer noch skeptisch, was die Wirksamkeit für den Dunkelmodus angeht, und vertrauen der Mathematik nicht. Lassen Sie uns also einfach das verdammte Ding messen.

Echte Geräteleistungsmessungen

Ich stellte meinen OnePlus 7 Pro mit einem Lichtmesser auf einen Anzeigeweißpegel von 100 Nits ein und beließ ihn jeweils fünf Minuten lang auf einem Vollbild aus Weiß, Schwarz und Dunkelgrau und maß die Gesamtleistung des Geräts. Das OnePlus 7 Pro-Display weist ein höheres Gamma in den Schatten auf. Wenn Sie also die Ausgangsleuchtdichte für 121212 messen, werden 0, 18 Nits anstelle der projizierten 0, 3 Nits angezeigt, sodass noch weniger Strom verbraucht wird.

Gerätestrom "Weiß" - 100 Nits

Gerätestrom „schwarz“ - 0 Nits

„Dunkelgraue Geräteleistung - 0, 18 Nits

Wenn das OnePlus 7 Pro bei 100 Nits vollweiß angezeigt wird, hat das Gerät über fünf Minuten durchschnittlich 1000 mW verbraucht. Bei der Anzeige eines „AMOLED-Schwarz“ -Bilds verbrauchte der OnePlus 7 Pro durchschnittlich 600 mW - der gleiche Unterschied von 400 mW in unserer obigen Modellierung. Und schließlich verbrauchte das Gerät bei der Messung von Dunkelgrau im Durchschnitt zwischen 600 mW und 610 mW. Alle diese gemessenen Leistungswerte stimmen mit den zuvor modellierten Werten überein. Die 10 zusätzlichen Milliwatt Leistung für den dunkelgrauen Test stammen wahrscheinlich nicht vom Display, sondern von etwas anderem im Gerät - vielleicht Radio, kurze SoC-Sprünge, wer weiß - der Stromverbrauch zeigt einen plötzlichen Anstieg der Stromstärke für die letzte Auflistung das erhöht den Durchschnitt von 0, 6 W auf 0, 61 W. Hier ist ein weiterer Lauf mit demselben Szenario, außer dass in diesem Lauf der reinschwarze Test 50 mW mehr Strom verbrauchte - ebenfalls höchstwahrscheinlich aufgrund externer Faktoren.

Aber im schlimmsten Fall nehmen wir an, dass 10mW kein Zufall war. Bei einer durchschnittlichen Gerätespannung von 4, 03 V entsprechen diese zusätzlichen 10 mW einer durchschnittlichen Stromstärke von 2, 5 mA. Bei der 4000-mAh-Batterie des OnePlus 7 Pro würde das dunkelgraue Design zusätzliche 0, 063% der Batterie des Geräts pro Stunde verbrauchen. Whoa.

Also AMOLED schwarz oder dunkelgrau für dunklen Modus? Wählen Sie, was Sie bevorzugen, beide sparen die gleiche Menge an wertvoller Batterie.