屏幕光源的蓝光和频闪伤害如何量化,3年测试给你真实的参考

手机,显示器,电视屏幕,灯具如何伤眼,如何量化,大家有没有类似的疑问。我花了3年多的时间,设计了一套初步的量化方案。这里要着重感谢两年前所有帮助我的观众。在大家的帮助下,我才买了一个又一个仪器。这些成果都是属于我们共同的。有不同意见非常欢迎加入讨论,一起推进完善。这期内容之后也会出一期视频讲解,提前图文汇报一下并集思广益。

伤眼的因素非常多,光照的强度,光照的质量,人的用眼习惯等等。放到电子产品,主要是聚焦频闪和蓝光。不想看过程的,直接跳到红字部分看结论。后续视频更直观更方便理解,到时候看视频就可以了。

频闪方面,我在之前的视频里面已经讲解过,危害主要有容易疲劳,视力下降,头痛。

我衡量参考的依据是国家标准和IEEE的《LED照明烁的潜在健康影响》。根据频率和波动深度,计算出闪烁指数。我的仪器里面已经是计算好的了。而国家标准是3125hz,是灯具的标准。超过这个数字,不用看波动深度也可以认为是几乎无风险了。IEEE给出的低健康风险是超过1250hz。

那么是不是低于1250hz就是高风险呢?也不是,低于要看波动深度,高于就不用看波动深度了,全部是低风险。以IEEE 1789-2015的表格看,oled屏幕的pwm是刷新率的4倍,多数是240hz,对应的Mod是19%。



所以我们可以认为,低于19%就是比较安全的。

那么手机能不能做到呢?有的可以有的不可以。

OLED 屏幕都有一个阈值,超过一个亮度会变成类dc调光。当然也确实有屏幕是100%的pwm或者99%的pwm。多数都是30%的pwm,比较好的是20%。类dc的闪烁指数是比较低的。

上图按公式(1-0.85)/(1+0.85)=0.08

但是触发pwm就不一样了,波动深度越来越大,直到最大,这时候波动深度100%,所以算出来是1,也就是超过了IEEE给出的数字。就是不安全。


那么超过了是不是就会伤眼的。原理上是,但是具体受伤程度还是因人而异的。这里我们就要再参考一些研究数据了。有研究观察脑电图发现,即使环境中光的频闪已快到让人无法察觉,生物体的视网膜仍然可以分辨出频率为100-160Hz,甚至高达200Hz的光并做出反应,在以猫为代表的动物实验中,100-120Hz的光已经引起了其脑部细胞灼伤,灼伤细胞属外侧膝状体组织,该组织起到控制眼球的作用。

所以一般来说,人的视网膜只能对200hz的光做出反应,240hz已经无法做出反应了。IEEE的参考,他们后来自己都觉得苛刻了。但是240没比200高多少,确实还是有人能感觉到,比例比较少。尤其是喜欢打电竞的人,屏幕刷新率都能怼到240hz。而引发偏头痛的100hz频率,实测真偏头痛的人也很少。

我从2017年开始用卷帘快门法测试,到2018年购买仪器,到2020年,测试了3年的时间。最终给出的量化建议,还是基于苛刻的IEEE。也就是综合频率和波动深度。

初步结论:高于1250hz为低风险,低于1250hz就看闪烁指数。240hz波动深度高于68%为安全。我会通报有风险的条件,提醒用户规避的方法。而夜晚条件下,手机就是光源,我们参考国家标准,超过3125hz才是无风险。

而蓝光方面我们一直没有确定标准。所以测试的数据,大家也不太会看。我的数据库也一直没有公开,自己分析整理了2年。目前已知的蓝光危害有

穿透性的危害:穿透晶状体直达视网膜,引起视网膜色素上皮细胞的萎缩甚至死亡。光敏感细胞的死亡将会导致视力下降甚至完全丧失。蓝光还会导致黄斑病变。 人眼中的晶状体会吸收部分蓝光渐渐混浊形成白内障,而大部份的蓝光会穿透晶状体,尤其是儿童晶状体较清澈,无法有效抵挡蓝光,从而更容易导致黄斑病变以及白内障。

聚焦问题:由于蓝光的波长短,聚焦点并不是落在视网膜中心位置,而是离视网膜更靠前一点的位置。 要想看清楚,眼球会长时间处于紧张状态,引起视疲劳。长时间的视觉疲劳,可能导致人们近视加深、出现复视、阅读时易串行、注意力无法集中等症状,影响人们的学习与工作效率。

节律问题:蓝光会抑制褪黑色素的分泌,而褪黑色素是影响睡眠的一种重要激素,目前已知的作用是促进睡眠、调节时差。 

这么一看,晚上玩手机确实影响睡眠,加深近视,是不是就要白内障或者失明了么?

也不是,不谈剂量谈毒性,都是耍流氓。

我查到白内障的发病率,确实逐年在上升。不过主要是65岁以上老年人。跟人口老龄化有很大关系。


我咨询了很多眼科医生,确实有感觉到年轻人黄斑区病变和白内障增多,但是并不明显。所以大数据还无法得出直接结论。于是我们就找找生物实验。

德国德累斯顿工业大学工科芬克教授的研究,在标准化的细胞培养研究室实验中发现,暴晒在411 nm 短波长光中时,比暴晒在470 nm 光下,神经视网膜细胞会受到更强的氧化应激反应,观察到细胞凋亡(apoptosis)倾向。
蓝光危害效果仅取决于剂量,即辐亮度和曝光持续时间的乘积。

到这里,我们就可以确定,短波蓝光,蓝光辐照确实有害。只是难以量化。毕竟不能让人测试到失明。而且估计需要长年累月的不当使用,才会出现病变。于是我以普通消费者的角度,开始自己设计能对大家有用的量化方案。

首先我们讲解一下光谱。我测试的光谱图是接受光谱,实际上光谱有很多种。按产生可以分为发射光谱,吸收光谱,散射光谱。具体原理就不赘述了,主要是会分析结论。


上面这个是夏天正午12点的太阳光谱


上面这个是摄影灯的光谱

上面这个是某2000元lcd手机屏幕显示标准白色的光谱。荣耀X10

我们来看横坐标,这些数字是不同波长的光,对应的是该波长人眼看到的颜色。纵向是该波长对应的光谱能量。

但是由于仪器的屏幕大小有限,所以纵坐标长度不是光谱的实际长度。而是以能量最高的波长为1。其他长度等比例缩放。塞进这一区域,方便分析。所以我们看到的所有光谱测试图,都是整体分布趋势,而不是实际高低大小。
而光谱左上角的读数才是实际大小,也就是某波长对应的光谱能量。数字越高,说明能量越集中越强。这也就是我们读435nm短波蓝光数字的意义。实际上有害蓝光是400-480nm,应该全部统计。波长400到450对视网膜伤害较大,而480到500纳米可影响生物节律。我当年考虑到不同波长权重肯定不一样,根据个人对医学和光谱学的粗浅理解,决定用435nm这一个波长来模拟蓝光伤害。


而这个图片是国家标准,衡量灯具对视网膜的蓝光伤害。不同波长蓝光的伤害都做了权重。恰好435nm波长就是1。所以我运气也比较好,继续基于435nm波长来统计归纳。也让大家更容易理解数字的意义。
那么多大是好呢?

以屏幕为例,亮度和色温不同,蓝光数字就不同。降低亮度,开护眼模式降低色温,都能起到减少蓝光的护眼效果。我们定450尼特左右的亮度,以夏天正午的太阳光来定基准。太阳435nm对应光谱能量0. 5。而灯具不同类型不一样。台灯一般是0.2左右。

所以我定的屏幕建议值是435nm短波蓝光最好低于0. 5,低于0. 2就更好了。

正常来说,交警兄弟也没晒出白内障来,但是注视屏幕,注意力也不同。所以我姑且用太阳来定基准。大家有更好的想法可以跟我提,我们一起讨论。

目前我们测试的lcd屏幕往往高于0. 2,高于0.5的有一部分,极少个别超过1。超过0.5也不是代表不能买,而是尽量不要最高亮度观看,适当开启护眼模式。护眼模式有多大的变化呢?

 我们以IQOO的Z1为例。

默认模式

打开护眼模式

护眼模式开最暖。

我们可以看到,不到450尼特,435nm短波蓝光就超过0.5了,这是色温高导致的。光谱可以看出是光色域背光。所以开启护眼模式,色温一下到了6800k,435nm短波蓝光就是0.44,低于0.5了。而最暖情况下亮度也低了,所以短波蓝光就更弱了。

OLED E3材质是0. 02左右较多。一下就多了一位小数点。oled基本上不需要考虑短波蓝光的问题。但是连OLED 屏幕都在通过研发去降低短波蓝光,也正说明LCD的风险是不能忽略的。同一个屏幕,亮度和色温越低,短波蓝光的伤害就越低,所以护眼模式是有用的。而发色原理不同,不同屏幕就算是同亮度同色温,也有比较大的差异。

国家目前还没有针对屏幕蓝光的标准,因为数量级比较小,短时间的测试都不明显。而我国智能手机的使用时长逐年增加,回家就刷抖音,深夜不睡觉的人比比皆是。所以在国家制定标准之前,我就先做了这套量化来参考。等有更权威的数据我们再调整。
国家目前有灯具的标准。
亮度小于1万尼特,可以归类为无危险等级。超过1万尼特的前提下
1)无危险(辐亮度≤100 W·m-2·sr-1):无危害类的科学基础是灯对于本标准在极限条件下也不造成任何光生物危害;
2)低危险(1类)(辐亮度≤1×104 W·m-2·sr-1):在曝光正常条件限定下,灯不产生危害;
3)中危险(2类)(辐亮度≤4×106W·m-2·sr-1):灯不产生对强光和温度的不适反映的危害。
4)高危险(3类)(辐亮度>4×106W·m-2·sr-1):灯在更短瞬间造成危害。
这就是蓝光危害辐亮度了。我测试仪的单位其实就是国标的单位。

手机肯定低于1万尼特,那是不是就完全无风险了呢。如果拿手机照明,是这样的。但是手机屏幕要盯着看,需要人眼直视,而且时间长,所以理论上要比灯具更严格。所以我们就暂且不考虑最大亮度。还是以450尼特左右为例。太阳光当然高于这个强度,我是屋檐下找到模拟450尼特的条件,实际上是漫反射弱化后的太阳光了。太阳蓝光危害辐照达到40多。摄影灯才0. 5,荣耀屏幕是23。

我们就定屏幕蓝光危害辐照应该低于100,最好低于太阳。所以500尼特以内的亮度,蓝光危害辐照最好不高于40。不高于100就没有明显伤害。目前还没有哪个手机能超过100的,数据库最大的也就80。
所以实际上手机没有那么严重的伤眼。但是实际上为什么近视眼越来越多了呢?这就是不健康用眼导致的。看手机肯定伤眼,只是程度问题。数量级最大的,还是不健康用眼。所以弹幕说的没错,少玩手机最靠谱。长时间近距离看手机,瞬目少,容易造成角膜干燥,视疲劳,进而影响眼部肌肉和眼球,加上光线的刺激,各种各样的问题加上一起,就比较麻烦了。另外高度近视还被认为有常染色体隐性遗传。

还有一个数据是显色指数。我们日常都有体验,不同的灯光下,相同的物体颜色会显得不一样。这是为什么呢?我们看到的物体颜色都是光线打在物体上,反射进眼睛产生的。所以照明光源的波长越完整,看到的色彩越真实。照明光源缺一部分波长,反射进人眼也会造成缺失。对相机也一样。最简单的例子,色彩不同的灯光下,我们看同一个物体的颜色也不同。有的光看着是白色,色温6500k,但还是缺部分波。更学术的解释是这样的。

当光源光谱中缺乏物体在基准光源下所反射的主波时,会使颜色产生明显的色差(color shift)。色差程度愈大,光源对该色的显色性愈差。也就是说,显色指数越高,照亮的物体色彩越真实完整。越低,越缺波长,我们看到的色彩越容易产生偏差。

具体量化来看,太阳光接近1。
90—100 1A 优良 需要色彩精确对比的场所
80—89 1B / 需要色彩正确判断的场所
60—79 2 普通 需要中等显色性的场所
40—59 3 / 对显色性的要求较低,色差较小的场所
20—39 4 较差 对显色性没有具体要求的场所
手机一般是1b到2。因为手机不作为光源,所以不太需要看显色性。这个指数我们只在灯具测试里使用。理论上确实高一点更像自然光,更舒适,但其实人眼不敏感。所以不能乱用这个参数来说手机或电视的背光垃圾。

摄影灯更需要光谱完整,护眼灯也需要。拍照效果跟肉眼看的不一样。除了相机还原的能力和屏幕的显色能力,也有相机比人眼敏感,能体现出缺失一些波长的后果。人其实是会脑补的。

这就是我这3年多测试结果的一小部分。分别是频闪,光谱分析,短波蓝光,蓝光危害辐亮度,显色指数。这些主要是影响人眼的,其实还有很多细节的差异,我们到具体的产品再说。我今后也会继续测试光源数据,为大家的健康提供小小参考。有更好的建议欢迎补充。

本文为我原创

本文禁止转载或摘编

-- --
  • 投诉或建议
评论