Não, “AMOLED Black” não economiza mais bateria que o cinza escuro

O design do modo escuro atraiu muita atenção ultimamente, e o Google e a Apple estão lançando designs com temas escuros em seus aplicativos o mais rápido possível para se prepararem para os próximos lançamentos importantes do sistema operacional, ambos com o modo escuro como um recurso importante . No mundo dos computadores, as pessoas têm feito a pergunta antiga: os designs de temas no modo escuro devem usar puro "preto AMOLED" ou cinza escuro?

Embora eu não esteja aqui para responder qual tom parece melhor - isso é pessoal e, basicamente, é política neste momento - eu gostaria de responder a outra pergunta comumente acompanhada, que é se o cinza escuro ou não em um design com temas escuros salva ou não bateria sobre “AMOLED preto” puro em displays OLED.

A resposta para isso é sim, o cinza escuro ainda economiza bateria, mas essa é a parte em que a maioria das pessoas diz “mas o preto puro economiza mais energia porque os pixels estão realmente desligados!” Vou meio que contradizer meu próprio título aqui, mas sim, ambas as afirmações nesse clamor são verdadeiras. No entanto, quanta energia o preto puro economiza sobre o cinza escuro? Para responder a essa pergunta, precisamos primeiro entender algumas anatomia básica do OLED.

Noções básicas de exibição OLED

Em uma tela OLED (diodo emissor de luz orgânico), cada pixel produz sua própria luz que você vê. Cada pixel possui um subpixel vermelho, azul e verde (assumindo RGB listrado por simplicidade), e esses são os OLEDs individuais que emitem suas respectivas cores com um certo brilho, e esse brilho depende da quantidade de corrente elétrica enviada ao LED. Cada cor que a tela produz é uma mistura desses três OLEDs com diferentes brilhos, e o branco é simplesmente uma mistura dos três OLEDs. Como dito anteriormente, o preto é a ausência das três misturas de cores sem corrente elétrica enviada a nenhum dos seus OLEDs.

Então, como é feito o cinza escuro? Cinza, cinza escuro e cinza claro são na verdade apenas tons de branco. Um pixel cinza é criado através da formação de um pixel branco e, em seguida, diminuindo a corrente para seus três OLEDs em uma porcentagem com base na claridade ou escuridão do pixel. É mais fácil pensar nos códigos de cores RGB, em que # FFFFFF / rgb (100%, 100%, 100%) é branco puro, # 000000 / rgb (0, 0, 0) é preto e tons de cinza são qualquer um triplo com os mesmos componentes vermelho, verde e azul. Os valores individuais dos componentes vermelho / azul / verde de um código de cor de entrada são essencialmente transmitidos para o respectivo RGB OLED do pixel.

Ao emitir esses códigos de cores, no entanto, ocorre mais uma etapa, que é a correção de gama . Não explicarei a gama com muita profundidade, mas, de maneira simples, a correção gama utiliza os valores lineares do código de cores que variam de 0% a 100% e eleva-o a uma potência. A gama de exibição padrão da indústria usa um expoente de energia de 2, 2, portanto, cada componente de cor de entrada é aumentado para 2, 2 e essa é a luminância de saída do respectivo OLED.

Brilho OLED versus valor do componente Cor. Observe como a resposta não é linear.

Em resumo, os componentes do código de cores RGB de entrada são aumentados para 2, 2 e depois transmitidos para o respectivo OLED vermelho, azul e verde do pixel. Simples.

Agora podemos começar a responder perguntas.

Quanta energia os pixels cinza escuro consomem?

Usaremos a cor de superfície recomendada da especificação 121212 do Google Material Dark Theme, que se traduz em rgb (7%, 7%, 7%). Após a correção gama (0, 07 ^ 2, 2), obtemos um valor de 0, 3%, o que significa que a superfície cinza escura do Google gera 0, 3% da luminância de uma superfície branca pura.

cinza escuro é 0, 3% a luminância do branco puro

Lembre-se de que a luminância / brilho do OLED depende da corrente elétrica enviada a ele. Apenas 0, 3% da potência do branco é necessária para tornar o cinza escuro. Mas eu sei o que você está pensando,

"0, 3% ainda é maior que 0%!"

Você está absolutamente correto, mas vamos entender alguns números do mundo real.

Potência do dispositivo vs. luminância do display - OnePlus 7 Pro

Medi a eficácia luminosa do monitor OnePlus 7 Pro (a 60 hz) usando uma regressão linear da plotagem da potência do dispositivo versus a luminância da tela de saída. Os monitores também consomem energia ao serem ligados - o driver do monitor se torna ativo e pronto para enviar e receber sinais do SoC para os transistores de filme fino. Eu medi a energia do dispositivo enquanto a tela renderizava uma imagem em preto e outra medida enquanto a tela estava desligada, e subtraí a diferença. O monitor OnePlus 7 Pro consumiu 400mW de linha de base e 4mW adicionais por nit (unidade de luminância).

Agora que reunimos números de potência realistas, podemos modelar a quantidade de energia que o cinza escuro consome versus o “preto AMOLED puro”. Vamos assumir um brilho de 100 nits no branco puro para simplificar os cálculos. Nesse nível de branco, a tela do OnePlus 7 Pro deve consumir 400mW + (4mW / nit × 100 nits) = 800mW. Ao exibir nada além de preto, o monitor deve consumir apenas a energia da linha de base, que é de 400mW. Para cinza escuro, lembre-se de que calculamos sua luminância de saída em 0, 3% da luminância do nível de branco, portanto, ela deve produzir 0, 3 nits. 4mW / nit × 0, 3 nits = 1, 2mW, portanto, o cinza escuro deve consumir apenas 1, 2mW mais do que o preto puro.

400mW vs. 401, 2mW - um aumento microscópico de 0, 3% no consumo de energia

Portanto, teoricamente, o cinza escuro consome uma quantidade insignificante de energia adicional em comparação ao uso do preto. Mas talvez você ainda esteja cético em relação à sua eficácia no modo escuro e não confie na matemática, então vamos medir a maldita coisa.

Medições de potência do dispositivo real

Configurei o OnePlus 7 Pro para um nível de branco de 100 nits usando um medidor de luz e o deixei em uma imagem completa apenas de branco, preto e cinza escuro, cada um por cinco minutos, e medi a potência total do dispositivo. O display do OnePlus 7 Pro tem uma gama mais alta em suas sombras; portanto, ao medir sua luminância de saída para o número 121212, ele lê 0, 18 nits em vez de 0, 3 nits projetados, portanto consumirá ainda menos energia.

Potência do dispositivo “branco” - 100 nits

Potência do dispositivo "preto" - 0 lêndeas

“Potência do dispositivo cinza escuro - 0, 18 nits

Quando o OnePlus 7 Pro está exibindo branco total a 100 nits, o dispositivo consumiu uma média de 1000mW em cinco minutos. Ao exibir uma imagem "AMOLED preto", o OnePlus 7 Pro consumiu uma média de 600mW - a mesma diferença de 400mW na nossa modelagem acima. E, finalmente, ao medir o cinza escuro, o dispositivo consumiu uma média entre 600mW-610mW. Todos esses valores de potência medidos estão alinhados com o que modelamos anteriormente. Os 10 miliwatts adicionais de energia para o teste de cinza escuro provavelmente não são da tela, mas de algo mais no dispositivo - talvez rádio, surtos curtos de SoC, quem sabe - o log de energia drena um pico repentino de amperagem para a última listagem isso aumenta a média de 0, 6W para 0, 61W. Aqui está outra execução com o mesmo cenário, exceto nesta execução, o teste de preto puro consumiu 50mW mais energia - novamente, provavelmente por fatores externos.

Mas, no pior dos casos, suponha que 10mW não foi por acaso. A uma tensão média de 4, 03V, esses 10mW adicionais se traduzem em uma amperagem média de 2, 5mA. Com a bateria de 4000 mAh do OnePlus 7 Pro, isso significa que o tema cinza escuro consome 0, 063% da bateria do dispositivo por hora. Uau.

Então AMOLED preto ou cinza escuro para o modo escuro? Escolha o que você preferir, ambos economizam a mesma quantidade de bateria preciosa.