張平奇，王 丹，呂振華，劉 莎，張 強(qiáng)，孫 曉，邱 云

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176)

1 引 言

顯示產(chǎn)品[1]是現(xiàn)代文明的象征，是社會(huì)進(jìn)步的體現(xiàn)。它們的廣泛使用促進(jìn)了社會(huì)發(fā)展，提高了生活質(zhì)量，加快了信息傳播。但在使用顯示產(chǎn)品的過(guò)程中，常常也有如下問(wèn)題困擾著我們。手機(jī)不離手，成癮嚴(yán)重；近視現(xiàn)象普遍，整日看手機(jī)或電腦，一段時(shí)間后感到眼睛酸痛。眼睛是心靈的窗戶，這其中的重要性不言而喻。顯示行業(yè)在關(guān)注技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，越來(lái)越多地聚焦在用戶的人眼健康上。

基于此，本文較為系統(tǒng)地從不同要素可能給人眼帶來(lái)的影響出發(fā)，從行業(yè)角度分析并給出了可能減少不良影響的方法。通過(guò)研究，提出健康顯示的概念并進(jìn)行初步探索。

2 人眼視覺系統(tǒng)

人眼視覺系統(tǒng)[2-3]是接收顯示內(nèi)容的重要入口，要了解顯示要素對(duì)人眼的影響，首先需要了解人眼的構(gòu)造、視覺產(chǎn)生的原理和視覺的特性。

2.1 人眼構(gòu)造

圖1為人眼結(jié)構(gòu)示意圖。人眼接近于球形，由眼球壁和內(nèi)容物組成。眼球壁主要分為外、中、內(nèi)三層；內(nèi)容物主要指房水、晶狀體、玻璃體。

圖1 人眼結(jié)構(gòu)Fig.1 Schematic diagram of humam eye structure

最外層的眼球壁包含鞏膜、角膜，由于在外側(cè)，主要對(duì)眼睛起到保護(hù)的作用。中層的眼球壁包含虹膜、睫狀體、脈絡(luò)膜，主要起到光線傳輸?shù)淖饔?。?nèi)層眼球壁則是由具有感光作用的視網(wǎng)膜組成，具有多層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其核心感光功能由視錐和視桿細(xì)胞實(shí)現(xiàn)。視桿細(xì)胞分布于視網(wǎng)膜中央凸以外的區(qū)域，靈敏度高，細(xì)節(jié)和顏色感知能力弱，主要用于感受弱光；視錐細(xì)胞大部分分布在中央凸以內(nèi)的區(qū)域，可分辨細(xì)節(jié)和顏色，主要用于感受強(qiáng)光。

圖2 視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of retina structure

內(nèi)容物中的房水、晶狀體、玻璃體都呈透明狀，具有屈光作用，此外玻璃體也用于支撐視網(wǎng)膜。以上，關(guān)于人眼各部分功能介紹參考圖3。

圖3 人眼各部分功能介紹Fig.3 Function introduction of human eye

隨著科學(xué)家們對(duì)視覺的深入研究，發(fā)現(xiàn)人眼感受光刺激的不單單是視錐和視桿兩種感光細(xì)胞。Berson等人[4]在《Science》上發(fā)表這一研究成果，即存在視網(wǎng)膜特化感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(ipRGCs)，作為非視覺功能的感光細(xì)胞在接受刺激后會(huì)產(chǎn)生非視覺的光生物效應(yīng)。ipRGCs負(fù)責(zé)參與包括激素分泌、生物鐘等人體生理體征調(diào)節(jié)。這樣的研究成果，建立了非視覺通道，證明了非視覺生物效應(yīng)的存在。利用生理學(xué)知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體調(diào)節(jié)，在一定程度上使得健康顯示成為研究與設(shè)計(jì)熱點(diǎn)之一。

2.2 視覺產(chǎn)生原理

外界光線經(jīng)過(guò)角膜聚焦、瞳孔適中調(diào)節(jié)后進(jìn)入人眼內(nèi)部。通過(guò)晶狀體和玻璃體的的折射作用后，會(huì)聚落入在視網(wǎng)膜上。視網(wǎng)膜通過(guò)視神經(jīng)，引起神經(jīng)纖維的沖動(dòng)，將沖動(dòng)傳入到大腦皮層的視覺中樞，形成了視覺。

3 不同要素影響分析

3.1 藍(lán)光

可見光波段的藍(lán)光波長(zhǎng)在400～500 nm。根據(jù)波長(zhǎng)范圍的差異，分為長(zhǎng)波和短波。長(zhǎng)波藍(lán)光具有調(diào)整生物鐘的作用，我們的睡眠、記憶等都與之相關(guān)。

通常所說(shuō)的有害藍(lán)光，即指波長(zhǎng)范圍在415～455 nm。眼球的多層次結(jié)構(gòu)對(duì)藍(lán)光有不同的過(guò)濾作用，藍(lán)光危害的主要作用對(duì)象是視網(wǎng)膜[5]。藍(lán)光危害原理示意圖如圖4所示。當(dāng)短波藍(lán)光穿透晶狀體直達(dá)視網(wǎng)膜時(shí)，光敏細(xì)胞由于吸收藍(lán)光改變了原本不在接受光子的狀態(tài)，增加細(xì)胞氧化損傷的可能性，使得褐脂質(zhì)增加。褐脂質(zhì)自身具有光毒性，吸收藍(lán)光產(chǎn)生氧自由基，阻礙視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞為光敏細(xì)胞供給養(yǎng)分。這樣使得光敏細(xì)胞死亡，引起視力損傷，導(dǎo)致黃斑病變。黃斑位于人眼底視網(wǎng)膜的中央，是視力最敏銳的部位，一般醫(yī)生在測(cè)視力時(shí)，就是在檢查黃斑區(qū)的視覺能力。當(dāng)出現(xiàn)黃斑病變時(shí)，往往伴隨以下癥狀：中心視力減退、有暗點(diǎn)、黑影、視物變形、直線變彎曲等。此外，藍(lán)光也可能導(dǎo)致白內(nèi)障、屈光不正、干眼等。

圖4 藍(lán)光危害示意圖Fig.4 Schematic diagram of the blue-light hazard

哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院[6]報(bào)道指出，適度的藍(lán)光在白天對(duì)人體是有益處的，能增加我們的注意力、加快反應(yīng)速度、提升情緒。但藍(lán)光在晚上對(duì)于人體則是相對(duì)有害的，它除了可能抑制褪黑素的分泌，容易導(dǎo)致睡眠質(zhì)量不高甚至失眠外，甚至還可能引起肥胖癥等疾病[7-8]。

為了表征藍(lán)光傷害的能力，國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrotechnical Commission，IEC)標(biāo)準(zhǔn)[9]提出用藍(lán)光傷害因子KB描述對(duì)人眼傷害程度。將藍(lán)光危害量與對(duì)應(yīng)光度量的比值作為KB，表征光源光譜中造成藍(lán)光危害的輻射比例。其定義式為：

(1)

式中：P(λ)表示光譜，B(λ)表示藍(lán)光傷害函數(shù)，V(λ)表示視見函數(shù)，Km為視覺效應(yīng)最大光譜效能，取值為683 lm/W。KB越大，越容易造成視覺疲勞，對(duì)人眼傷害越大。

3.2 偏振光

偏振光指振動(dòng)方向與傳播方向不對(duì)稱的光，主要分為圓偏振光與線偏振光兩種?，F(xiàn)有普遍使用的顯示產(chǎn)品多為線偏振光。2009年閆曉林等人[10]讓隨機(jī)分組的測(cè)試者觀看圓偏振光電視和普通液晶電視，進(jìn)行分級(jí)視力和眨眼頻率測(cè)試。通過(guò)分級(jí)視力變化和眨眼頻率反映視疲勞程度。在相同觀看時(shí)間下，如果分級(jí)視力下降程度越大，眨眼頻率越快，那么疲勞感越強(qiáng)。圖5、6反映兒童和成人測(cè)試后的分級(jí)視力結(jié)果，圖7反映眨眼頻率變化。分析得出，當(dāng)觀看兩種偏振光電視一段時(shí)間后，不論是兒童還是成人都會(huì)產(chǎn)生暫時(shí)視力下降。圓偏振光與線偏振光相比，引起的視覺疲勞程度會(huì)小一些。

圖5 兒童組視力下降變化趨勢(shì)Fig.5 Trend of vision decline in children

圖6 成人組視力下降變化趨勢(shì)Fig.6 Trend of vision decline in adult

圖7 測(cè)試人員在觀看時(shí)間內(nèi)的眨眼頻率變化Fig.7 Testers’ frequency of wink while watching TV

張莉等人[11]通過(guò)眼動(dòng)儀分析觀看線、圓偏光液晶電視進(jìn)行視覺疲勞研究，同樣得出相同條件下圓偏振光與線偏振光相比，引起的視覺疲勞程度會(huì)小一些。

針對(duì)如上結(jié)論，目前學(xué)術(shù)界和業(yè)內(nèi)尚沒有統(tǒng)一答案。相關(guān)研究[12-14]認(rèn)為，這與視網(wǎng)膜吸收偏振光存在差異有關(guān)，也有認(rèn)為是由于視錐細(xì)胞外層的光學(xué)雙折射特性造成的。雖然在生理上解釋有不同，但在物理屬性上，都是圍繞偏振光本質(zhì)展開討論。研究者推測(cè)是由于圓偏振光本身與線偏振光相比，其振動(dòng)面不只限于某一固定方向，而是圍繞光的前進(jìn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電矢量端點(diǎn)描出均勻圓軌跡，這與自然光的振動(dòng)面在各個(gè)方向上均勻分布是比較接近的，因而可能產(chǎn)生的視疲勞較輕[15]。

3.3 頻閃

頻閃[16]指光源發(fā)出的光隨時(shí)間呈快速重復(fù)的變化，使得光源跳動(dòng)和不穩(wěn)定的現(xiàn)象。對(duì)于人來(lái)說(shuō)，閃爍是可以觀察到的。但當(dāng)頻率增加到某一程度時(shí)，閃爍則會(huì)變成連續(xù)的光，此時(shí)的這個(gè)頻率稱為臨界閃爍頻率。臨界閃爍頻率因人而異，大多數(shù)人的臨界閃爍頻率值不超過(guò)70 Hz。在未達(dá)到臨界閃爍頻率時(shí)，人會(huì)明顯感知到明暗變化；當(dāng)頻率超過(guò)臨界值時(shí)，人會(huì)感知到頻閃效應(yīng)。頻閃效應(yīng)指的是觀察到的物體運(yùn)動(dòng)不同于實(shí)際運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。在工廠或車間，運(yùn)動(dòng)的機(jī)器看起來(lái)靜止就是頻閃效應(yīng)的體現(xiàn)。

頻閃使感光細(xì)胞感應(yīng)變化頻繁，引起圖像衰減，對(duì)比靈敏度下降，人眼在這一過(guò)程中逐漸產(chǎn)生視覺疲勞。當(dāng)閃爍頻率低于65 Hz時(shí)，易引發(fā)光敏性癲癇。此外，閃爍光源也會(huì)引起偏頭痛，低頻閃爍比高頻閃爍引起的偏頭痛更嚴(yán)重[17]。

美國(guó)危險(xiǎn)性評(píng)估委員會(huì)在LED照明閃爍的潛在健康影響標(biāo)準(zhǔn)[17]介紹了閃爍的LED光源照明可能帶來(lái)的潛在健康危害，如圖8所示。紅色區(qū)域代表危害比較高，綠色區(qū)域代表危害比較低。5種健康危害主要有：①光敏性癲癇或閃爍光誘導(dǎo)的癲癇發(fā)作；②偏頭痛或嚴(yán)重的頭痛伴隨惡心、視覺障礙；③加重自閉癥患者的重復(fù)行為；④頻閃效應(yīng)；⑤視疲勞及相關(guān)視覺作業(yè)性能下降。

圖8 LED照明潛在健康危害風(fēng)險(xiǎn)矩陣 Fig.8 LED lighting potential health hazard risk

標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)閃爍頻率和波動(dòng)深度函數(shù)關(guān)系，給出了危害的可接受閾值，如圖9所示，即在某個(gè)頻率下，波動(dòng)深度未達(dá)到閾值，則可認(rèn)為無(wú)危害。

圖9 閃爍頻率和波動(dòng)深度關(guān)系Fig.9 Relationship between flicker frequency and wave depth

顯示產(chǎn)品為了使屏幕匹配周圍明亮或昏暗的環(huán)境，往往需要對(duì)顯示屏亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。屏幕的調(diào)光會(huì)引起頻閃。目前常見的調(diào)光方式是直流調(diào)光(Direct Current，DC)和脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(Pulse Width Modulation，PWM)。DC是通過(guò)改變電路功率調(diào)節(jié)，一般調(diào)整正向電流實(shí)現(xiàn)調(diào)光。雖然亮度可調(diào)節(jié)范圍小，但理論上無(wú)閃爍。此外，DC調(diào)光成本相對(duì)較高，且低亮度下容易引起色偏。PWM是通過(guò)周期性開閉改變正向電流的導(dǎo)通時(shí)間，本質(zhì)上是亮-滅-亮-滅的過(guò)程。亮度調(diào)節(jié)范圍大，但在低亮度下往往引起閃爍。PWM調(diào)光分為高頻PWM和低頻PWM，業(yè)內(nèi)沒有明確規(guī)定高低頻閃界限，一般認(rèn)為百Hz屬于低頻。根據(jù)LED照明閃爍的潛在健康影響標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域頻閃最好在3 000 Hz以上。如圖10所示，從人眼健康角度考慮，DC調(diào)光影響最小，其次是高頻PWM調(diào)光，最后是低頻PWM調(diào)光。

圖10 調(diào)光方式比較Fig.10 Comparison of dimming modes

3.4 亮度

亮度指在視線方向單位投影面上的發(fā)光強(qiáng)度。有研究[18]表明，亮度不當(dāng)會(huì)引起人眼疲勞，但未定量說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)界限。當(dāng)亮度過(guò)低時(shí)，視錐細(xì)胞的分辨功能受限，主要靠視桿細(xì)胞起作用。但由于自身分辨能力較弱，實(shí)際視力會(huì)下降。為了能獲取清晰視力，睫狀肌處于持續(xù)緊張的狀態(tài)，造成視疲勞；當(dāng)亮度過(guò)高時(shí)，為了使進(jìn)入人眼的光線強(qiáng)度適中，瞳孔括約肌處于不斷工作的狀態(tài)，使瞳孔縮小，這樣疲勞的狀態(tài)會(huì)引起視疲勞。

《數(shù)字電視機(jī)液晶顯示通用規(guī)范》[19]提出了中大尺寸產(chǎn)品的推薦亮度，見表1所示，具有一定的參考性。

表1 不同屏幕尺寸推薦亮度Tab.1 Recommended brightness for different screen sizes

顯示產(chǎn)品根據(jù)環(huán)境光照度，利用環(huán)境光傳感器，調(diào)節(jié)背光亮度，實(shí)現(xiàn)亮度的控制。

3.5 眩光

眩光是一種影響視覺的機(jī)制。它是指視野中亮度分布不均勻、亮度范圍變化不適宜、或者時(shí)間和空間上存在極端對(duì)比，造成人眼在觀看時(shí)的不舒適之感或觀察細(xì)部物體能力降低的現(xiàn)象。按照眩光產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)，可以分為直接眩光和反射眩光。直接眩光由窗戶、燈具等高亮度光源的光線引起，反射眩光由光源通過(guò)光澤表面反射亮度進(jìn)入人眼所引起。

眩光引起的圖像衰減，使人眼生理保持雙眼視力出現(xiàn)困難，往往會(huì)產(chǎn)生暫時(shí)性眼部不適和視力下降。眼內(nèi)外肌肉維持一定的張力,并不停地做調(diào)整，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間近距離用眼，眼球運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增大，引起眼肌(尤其是睫狀肌)疲勞[20]。長(zhǎng)時(shí)間或高強(qiáng)度的眩光引起感光細(xì)胞凋亡，從而導(dǎo)致視網(wǎng)膜損傷，嚴(yán)重可導(dǎo)致白內(nèi)障等視覺疾病[21]。

3.6 立體顯示

3.6.1 人眼立體視覺形成

雙目視差是立體視覺形成的基礎(chǔ)。人眼在觀看某一物體時(shí)，由于雙眼之間存在距離，使得左右眼成像有所差異[22]。這個(gè)差異使得物體經(jīng)過(guò)大腦視覺中樞處理之后，產(chǎn)生深度感知，形成立體視覺，如圖11所示。

圖11 立體成像示意圖Fig.11 Schematic diagram of stereo imaging

當(dāng)大腦對(duì)人眼形成的圖像進(jìn)行融合時(shí)，會(huì)綜合判斷出前方場(chǎng)景中物體之間的深度關(guān)系以及與觀看者的距離，即為深度感知。圖12給出了形象的展示。d表示人眼到顯示屏幕的距離，e表示人左眼和右眼的距離，一般為65 mm。當(dāng)人眼感知成像物點(diǎn)在屏幕上C，此時(shí)無(wú)深度感知；當(dāng)人眼感知成像物點(diǎn)在屏幕前方或者后方時(shí)，這時(shí)觀看的效果與正常觀看時(shí)有所不同。當(dāng)感知成像點(diǎn)在屏幕前方時(shí)，仿佛成像點(diǎn)從屏幕中跳躍出來(lái)，此時(shí)為交叉式視差。如圖12中BL、BR分別是像點(diǎn)左右眼在顯示屏幕上對(duì)應(yīng)的左右眼像點(diǎn)，B點(diǎn)為融合后的像點(diǎn)，T-為感知到的深度距離；當(dāng)感知成像點(diǎn)在屏幕后方時(shí)，仿佛成像點(diǎn)內(nèi)陷于屏幕中，此時(shí)為非交叉式視差。如圖12中AL、AR對(duì)應(yīng)于像點(diǎn)左右眼在顯示屏幕上對(duì)應(yīng)的左右眼像點(diǎn)，A點(diǎn)為融合后的像點(diǎn)，T+為感知到的深度距離?；谝陨希兄上裎稂c(diǎn)與屏幕的距離稱為深度信息，或稱景深。

圖12 深度感知示意圖Fig.12 Schematic diagram of depth perception

3.6.2 視覺調(diào)節(jié)

人眼通過(guò)輻輳與調(diào)節(jié)進(jìn)行視覺調(diào)節(jié)[23-25]。輻輳指當(dāng)直視較近的物體或場(chǎng)景，雙眼會(huì)稍向內(nèi)轉(zhuǎn)，使視覺焦點(diǎn)集中在被視物；而當(dāng)凝視遠(yuǎn)方，雙眼視軸則平行。這種眼球的運(yùn)動(dòng)就是輻輳。調(diào)節(jié)指人眼調(diào)整晶狀體和睫狀肌，進(jìn)而可以看清物體的現(xiàn)象。人是通過(guò)輻輳和調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)可以看清遠(yuǎn)近不同距離的物體。

如圖13所示，正是由于日常生活中焦點(diǎn)輻輳和調(diào)節(jié)一致，人眼可以舒適地進(jìn)行觀看。

圖13 輻輳與調(diào)節(jié)一致Fig.13 Convergence coincides with accommodation

而在觀察基于雙目視差的3D顯示時(shí)，調(diào)節(jié)點(diǎn)在顯示屏幕處，輻輳成像則在顯示屏幕前或后，此時(shí)由于焦點(diǎn)調(diào)節(jié)和輻輳不一致[26]，如圖14所示，長(zhǎng)時(shí)間觀看會(huì)引起視疲勞。

圖14 輻輳與調(diào)節(jié)不一致Fig.14 Convergence diverges from accommodation

3.6.3 影響說(shuō)明

相關(guān)研究指出，景深類型、景深分布、景深變化都會(huì)引發(fā)視疲勞。

3.6.3.1 景深類型[27]

篩選10名受試者觀看5部深度信息參數(shù)不同的電影，通過(guò)視頻腦電圖儀采集腦電信號(hào)。通過(guò)主觀問(wèn)卷填寫及客觀參數(shù)評(píng)價(jià)進(jìn)行探究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相同景深時(shí)，交叉式視差比非交叉式視差更易引起視疲勞。從人眼生理角度進(jìn)行分析，觀看非交叉式視差內(nèi)容，眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)較小，即輻輳變化較小，雙眼不易疲勞；而觀看交叉視差內(nèi)容，由于成像在屏幕前，雙眼成像時(shí)輻輳變化較大，雙眼的輻輳與調(diào)節(jié)頻繁而劇烈，導(dǎo)致不一致性程度更嚴(yán)重，更易引起視疲勞。

3.6.3.2 景深分布[27-28]

與上述景深類型測(cè)試相同，研究者發(fā)現(xiàn)景深平均值越大，分布越不均勻，越容易視疲勞。

3.6.3.3 景深變化

不同研究者從多角度展開景深變化對(duì)人眼影響的實(shí)驗(yàn)研究。得出結(jié)論，景深變化越劇烈(深度差大、數(shù)量越大、速度越快)，越容易引起視疲勞。

圖15為帕努姆融合區(qū)(Panum融合區(qū))。帕努姆指出：人眼把左右眼看到的一定范圍內(nèi)的圖像進(jìn)行融合，即使注視點(diǎn)沒有落在視網(wǎng)膜對(duì)應(yīng)點(diǎn)上，但當(dāng)注視的范圍在圓周內(nèi)外時(shí)，視網(wǎng)膜上的像仍可以落在雙眼融合的范圍。這個(gè)融合雙像的注視范圍叫作Panum融合區(qū)[29]。當(dāng)物體在融合區(qū)外，雙眼不能正常融合，會(huì)出現(xiàn)復(fù)視現(xiàn)象。

圖15 Panum融合區(qū)Fig.15 Panum fusion zone

①深度差大[30]：當(dāng)觀看兩個(gè)視差間距較大的物體時(shí)，雙目視差形成的深度信息使人眼生理調(diào)節(jié)無(wú)法很好地實(shí)現(xiàn)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的不舒適感。

② 數(shù)量大[30]：圖像信息量越多，人眼獲得的信息量大小與視覺舒適度成反比。

在同一幀內(nèi)，不同物體往往處于不同深度區(qū)間，物體本身呈現(xiàn)的形狀、大小等差異，使得局部區(qū)域的深度是跳變的。物體本身的運(yùn)動(dòng)使得在時(shí)間維度中，同一像素位置深度值可能會(huì)發(fā)生變化，變化的規(guī)模在一定程度上反映了變化的復(fù)雜程度。當(dāng)圖像中含有較多分布分散的物體時(shí)，人眼在觀看時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)擔(dān)，疲勞感增加；當(dāng)圖像中所含物體均勻且較少時(shí)，人眼可以舒適觀看。

③ 速度快[31]：物體運(yùn)動(dòng)速度的快慢也會(huì)對(duì)人眼融合圖像產(chǎn)生影響。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度較慢時(shí)，人眼有足夠的時(shí)間融合出立體深度感；當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度較快時(shí)，人眼難以及時(shí)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行追蹤并產(chǎn)生立體深度融合，會(huì)導(dǎo)致不平衡視差產(chǎn)生，進(jìn)而造成視疲勞。

4 健康顯示

基于上述不同要素對(duì)人眼影響的探討，我們認(rèn)為健康顯示是行業(yè)內(nèi)一個(gè)新興的研究課題。它不同于單純以提升產(chǎn)品性能為主要指標(biāo)，而是更多地從系統(tǒng)角度出發(fā)，聚焦用戶主體。我們嘗試從架構(gòu)層面對(duì)健康顯示進(jìn)行了初步的描述，如圖16所示。

圖16 健康顯示架構(gòu)探索Fig.16 Exploration of healthy display

通過(guò)用戶與產(chǎn)品的使用交互，顯示產(chǎn)品能夠根據(jù)用戶需求，實(shí)現(xiàn)智能化輸出，使用戶能夠以良好的習(xí)慣使用，實(shí)現(xiàn)生理和心理上舒適為目的。

5 健康顯示的思考方向

健康顯示是一個(gè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)研究課題，依托屏幕端口，可拓展系統(tǒng)解決方案。在初期探索上，從現(xiàn)有可能產(chǎn)生影響的要素出發(fā)，實(shí)現(xiàn)屏幕輸出的舒適。

① 低藍(lán)光：以減少短波藍(lán)光組成，同時(shí)將光學(xué)損失降到最低為主要目的，從削弱光強(qiáng)或波長(zhǎng)紅移兩種技術(shù)路線方向展開。

削弱光強(qiáng)可以采用軟件調(diào)節(jié)方案或者薄膜阻隔方案。前者即通過(guò)軟件方案限制藍(lán)光含量。用戶可以打開或關(guān)閉軟件，減少設(shè)備產(chǎn)生的藍(lán)光。后者即利用光學(xué)膜過(guò)濾藍(lán)光。如圖17所示，采用某種高低折射率交替的復(fù)合多層薄膜達(dá)到防藍(lán)光的效果，通過(guò)和偏光片(Polarizer，POL)及背光(Back Light Unit，BLU)的復(fù)合達(dá)到顯示屏護(hù)眼的效果。

圖17 薄膜阻隔Fig.17 Membrane barrier

波長(zhǎng)紅移通過(guò)長(zhǎng)波LED或電路code調(diào)試實(shí)現(xiàn)。如圖18所示，長(zhǎng)波LED方案通過(guò)調(diào)整背光的芯片，使得LED光譜藍(lán)波波峰紅移，從而降低短波藍(lán)光的強(qiáng)度。普通LED峰值波長(zhǎng)一般在450 nm左右，長(zhǎng)波LED峰值波長(zhǎng)移動(dòng)到接近460 nm左右。

圖18 長(zhǎng)波LEDFig.18 LED with long wave

電路code調(diào)試方案保持調(diào)控R和G的電壓不變，針對(duì)性地降低藍(lán)色波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的電壓，以降低藍(lán)色強(qiáng)度，如圖19所示。

圖19 電路code調(diào)試Fig.19 Circuit code debugging

②偏振狀態(tài)：圓偏振光與線偏振光相比，更接近于自然光。在線偏振光POL外增加1/4玻片改善顯示產(chǎn)品出射光的偏振狀態(tài)，如圖20所示。

圖20 光的偏振狀態(tài)改善Fig.20 Improvement of polarization

③ 頻閃：從人眼健康考慮，DC調(diào)光>高頻PWM調(diào)光>低頻PWM調(diào)光?，F(xiàn)有顯示產(chǎn)品調(diào)光方式不一，以O(shè)LED手機(jī)為例，現(xiàn)有OLED手機(jī)低亮度調(diào)光主要采用PWM調(diào)光，尚不能實(shí)現(xiàn)完全DC調(diào)光。部分廠商采用類DC調(diào)節(jié)模式，通過(guò)算法抖動(dòng)和圖層混合處理，使畫面內(nèi)容亮度有效降低，實(shí)現(xiàn)類似DC調(diào)節(jié)的效果。

④ 眩光：如圖21所示，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景需求，采用防眩處理。通過(guò)漫反射，增加反射方向，減弱觀看方向的光亮度，減少不必要的眩光帶來(lái)的影響。

圖21 防眩改善Fig.21 Improvement of glare

⑤ 立體顯示：基于雙目視差原理的立體顯示，由于難以取消輻輳、調(diào)節(jié)沖突，可考慮將輻輳與調(diào)節(jié)的不一致限定在舒適區(qū)、減少突變鏡頭等可適當(dāng)減緩視疲勞。

拓展的系統(tǒng)方案從生理健康和心理健康雙角度出發(fā)。生理健康方面，借助環(huán)境光傳感器、距離傳感器等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)提醒，注重對(duì)用戶的習(xí)慣培養(yǎng)；心理健康方面，借助人工智能技術(shù)，通過(guò)手勢(shì)、體征、情緒等，呈現(xiàn)定制化顯示內(nèi)容。

6 結(jié) 論

本文以健康顯示為主題，對(duì)現(xiàn)有已知可能對(duì)人眼產(chǎn)生影響的要素進(jìn)行了較為系統(tǒng)地分析探究。

①藍(lán)光 (415～455 nm) 可能引起屈光不正、黃斑病變、干眼、白內(nèi)障、睡眠質(zhì)量下降、皮膚老化等危害。藍(lán)光傷害因子KB定量描述對(duì)人眼造成視覺疲勞及傷害程度。KB越大對(duì)人眼傷害越大。

② 線偏振光與圓偏振光相比，同樣條件下產(chǎn)生的視覺疲勞更嚴(yán)重。

③ 頻閃可能導(dǎo)致視疲勞、頻閃效應(yīng)、光敏性癲癇偏頭痛及加重自閉癥患者的重復(fù)行為。顯示產(chǎn)品調(diào)光會(huì)引起頻閃。調(diào)光方式：DC>高頻PWM>低頻PWM。

④ 亮度不當(dāng)可能導(dǎo)致視疲勞。

⑤ 眩光可能導(dǎo)致暫時(shí)性眼部不適和視力下降及心理不適。

⑥ 基于雙目視差原理的立體顯示可能會(huì)導(dǎo)致視疲勞等。

針對(duì)目前健康顯示在業(yè)內(nèi)仍處于前期探索階段，本文提出健康顯示的概念。面板制造商需要聯(lián)合終端廠商、測(cè)評(píng)機(jī)構(gòu)等，共同從顯示健康的角度進(jìn)行開發(fā)和宣傳，以盡可能減少或消除顯示因素對(duì)人眼造成的不良影響。通過(guò)智能化輸出健康顯示內(nèi)容和培養(yǎng)用戶健康使用習(xí)慣，以期給消費(fèi)者帶來(lái)健康的使用體驗(yàn)。