从科学的角度看不闪屏

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  • 闪屏真的那么可怕?PWM调光造成的闪烁会带来不适或伤眼吗?希望这篇迟到的文章能给你答案。

    自从2013年BenQ把LED“不闪屏”这个概念带出来后,现在是个显示器都会标“不闪屏”以表示自己有多么护眼,然而闪屏真的那么可怕?PWM调光造成的闪烁会带来不适或伤眼吗?希望这篇迟到的文章能给你答案。


    关键词:闪光融合频率  (Flicker fusion threshold)

    对于一个闪烁的光源来说,如果频率在闪光融合频率以上,你就感觉不到任何闪烁,和恒定光一样;如果频率在闪光融合频率以下,你就会感觉到光源在闪烁。大致概括一下wikipedia的内容,这7个因素决定一个人会不会感觉到闪烁:

    1. 闪烁的频率(频率越低越容易感觉)
    2. 闪烁时亮度变化的程度(变化越大越容易观察)
    3. 平均或最大亮度(亮度越低越容易感觉)
    4. 波长(对人和一些动物而言波长可以和亮度归为一个因素)
    5. 光线落在视网膜的位置
    6. 人眼的亮适应和暗适应
    7. 年龄、疲劳等生理因素

    接触闪烁的光源会刺激视网膜并对视觉和神经系统造成影响——如果有过传统日光灯(50Hz)下阅读的经验应该就能明白,有些感觉到闪烁的人会不舒服;而恒定光或者在闪光融合频率以上的闪烁光则没有这样的负面影响。

    划线部分只是我的猜测而已 😛 。而真正有据可查的结论是:160Hz以上的闪烁光源无论是否能感觉到闪烁,其对生物的影响可以忽略。[1] 该文同时还指出70-160Hz的闪烁光源即使感觉不到闪烁,在长时间(20分钟以上)接触后也可能会有健康风险,虽然风险非常小但不应被忽视。

    赶紧测一下自己的显示器(还有家里的灯具),看看是该扔了还是接着用。


    测量显示器背光的闪烁频率

    你需要一台能设置快门速度的相机或手机,快门设定到1/30s左右,其他自动,然后让显示器显示白色,再把显示器亮度降很低(越低越好),同时保证屏幕比周围环境光要亮(拉窗帘关灯),然后拿手指在屏幕前晃,同时按快门,拍到整个轨迹拍完整为止,比如下面这样的

    no flickering backlight flickering

    ƒ/4.5 1/30s 100

    ƒ/3.2 1/30s 100

    如果你拍到和左边一样只有模糊而没有残影,说明显示器是DC调光,没有任何闪烁(也可能是1000Hz或更高频率的PWM调光,这时需要用下面那种黑背景白细线平移相机的方法);
    大部分人拍到应该和右边一样,数一数是指尖的残影,比如这张一共有7个,乘上快门速度的倒数就是7×30=210,就可以得出显示器背光的闪烁频率是210Hz (±30Hz),不用扔太好了 😆 。
    换个更慢的快门速度可以得到更精确数字

    backlight flickering
    ƒ/2.5 1/20s 100

    (考验眼力的时候到了)咳咳,12根乘上快门的倒数就得到了240Hz (±20Hz),结合两次的数据就可以确定我这块显示器的背光闪烁频率在220~240Hz之间。我经常十几个小时对着屏幕,一直是亮度0(白点70cd/m2),从来没有感觉到闪烁或者不舒服。

    再看看有点可疑的房顶灯

    no flickering
    ƒ/18 1/30s 100

    Safe.

    再看看旁边的制图灯

    T5 lamp flickering
    ƒ/22 1/30s 100

    只有120Hz……好吧看在很少开的份上就先放过你。如果你的显示器或者阅读灯频率小于160Hz,请不要犹豫扔进垃圾桶或送去废品回收站。


    好了说完重点再说说所谓的“不闪屏”。

    传统的CRT画面刷新率和屏幕闪烁的频率是一致的,默认60Hz,有些人在看一段视觉后会觉得不舒服,有些人则还好(因为大部分人的闪光融合频率一般在60Hz-90Hz之间,我的经验是以前每次进学校机房总觉得屏幕有点闪,把刷新率调到75Hz才好点),所以CRT时代闪屏是比较普遍的一个问题。

    后来有了LCD,很大一个卖点就是“不闪”,因为LCD靠背光源发光,不受画面刷新率的限制,而背光源的亮度是由PWM调整占空比dutycycle
    占空比示意(图片修改自TFTCentral
    让其闪烁来实现。通常这个闪烁频率只要90Hz就已经超过大部分人的闪光融合频率(实际产品大部分在180Hz左右),再加上早期LCD的背光源是CCFL,有较长的余辉时间(闪烁时亮度变化较小,缺点是拖影严重),即使最低亮度绝大部分人都感觉不到闪烁。

    再后来LCD换了LED背光,因为LED几乎没有余辉,闪烁的时候亮度变化急剧,这时那些闪光融合频率较高的人就会在少数90Hz, 120Hz甚至150Hz的LED背光屏幕上感觉到闪烁了(其余大部分180Hz或更高的LED背光屏幕还是感觉不到闪烁的,这也就是为什么BenQ在13年推出“不闪屏”之前,PWM调光的LED背光屏幕已经卖了好几年而并没有流行闪屏这个问题)。

    而“不闪屏”这个概念之所以现在能普遍成为显示器标配,除了BenQ广告做得巧之外,消费者的无从判断和宁可信其有不可信其无的想法也是很重要的因素,而其它厂商即使明知自己的产品没有问题,最终也只能向市场妥协,加入DC或高频PWM调光、贴上“不闪屏”标签、顺便再卖贵一点。


    最后再说些关于DC和PWM调光的事。

    从闪烁这个角度看DC是优于PWM的,但为什么开始不用DC呢。因为PWM调光的范围比DC要大得多,而且技术上容易实现。早期的CCFL背光如果使用DC调光最多只能降低50%亮度,使用PWM则几乎没有限制;换到LED背光后虽然DC调光的幅度变大了,但带来的新问题是随着亮度改变色温也会有小幅变化,再有LED发热后会降低电阻使电流变大,高亮度下电流失控导致烧毁背光,这两个问题至少要解决后者才能用DC调光。相比之下用PWM调光则没有问题,唯一的频闪只要频率做到180Hz以上就可以解决,怎么看都是PWM技术更适合。
    所以个人其实是很鄙视“不闪屏”包括推这个概念的BenQ,明明只要调高PWM频率就可以解决的事非要搞个大新闻推广问题更多的DC调光。

    最后的最后,虽然160Hz以上频率的闪烁光源不会对人体造成健康风险,但恒定光比闪烁光还是有那么一点优势的,就是闪烁光源下高速移动的物体会产生不自然的残影,恒定光下的物体则是流畅的模糊,当然这个问题在正常使用显示器的时候是观察不到的。


    参见

    1. ^ “A Review of the Literature on Light Flicker: Ergonomics, Biological Attributes, Potential Health Effects, and Methods in Which Some LED Lighting May Introduce Flicker”. IEEE Standard P1789. 2010-02-26.


    muyunfengliu

    "Love is a touch and yet not a touch."

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