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华星光电:健康显示技术

作者:来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2017-10-16 我要评论

  赵勇:各位业界的同仁、专家们,大家上午好。今天非常荣幸能在这里跟大家一起分享我们对显示器的绿色健康方面的技术。这个题目也是应梁新清秘书长的要求,特别在这里跟大家分享。过去在显示器方面,大家都会研究的是像亮度、对比度、清晰度、色饱和度等等方面的问题。但是显示器作为人机界面的一个重要的媒体,什么样的显示器对于人看的更舒服,更健康,这方面关注的相对会少一些。所以在这里我把我们华星光电做的研究成果给大家做一个分享。

  随着我们最近这几十年来电子显示器的普及,不管是电视、电脑,手持式的Pad,或者手机,用的越来越多,场景也非常多,但是给大家带来非常大的困扰。当看显示器时间长了以后,各种眼睛的疾病,包括近视眼、远视眼,甚至其他的,刚才中村教授也讲了一些,比如蓝光对人眼的危害,等等这些方面都是非常非常严重。什么样的显示器才是健康的呢?我们把影响健康的要素给大家做个简单的罗列。复眼的这样的显示器主要是哪些方面?第一,如果显示屏幕越大,分辨率越高,眼睛看的越舒服,我想这个绝大部分都有这样的感受。另外,一些外界的环境的光会影响,像一些反射的光:太阳光、窗户什么等等,这样的一些会影响。还有刚才提到的蓝光对人眼的伤害比其他的要强。这个蓝光必须以进行管理。还有就是可能很少人提到的,我们液晶显示器,不管液晶还是OLED,最外面一层都是一层偏光片。所以我们看到的都是线偏的光,这个对人眼是有伤害的。如果我们使用更接近自然光的圆偏光,可能会比较好。还有闪烁,大家会觉得有的地方闪烁,像LED灯刷新频率,当然在电子的实现方面是用更快的频率去消除闪烁的影响。这个还有非常多的领域都在研究中。

  我们华星光电主要在这几个方面:分辨率方面,防反方面,圆偏光等方面与大家做个分享。首先分辨率简单提一下。因为过去著名的苹果公司定义了一个,叫视网膜屏。它说大约在1.0的视力,大概在12英寸的状态下去看,就是分辨率我们把它换算成,PPI大约是300。分辨率再高,人眼可能都不能辨识出。这是视网膜屏,但是我们实际发现并没有这么简单,我们又重新定义了一下,是不是人眼1.5视力会更加好一些?比如小孩的视力是不是会比大人的视力好一些呢?另外我们拿到的观测的距离也不见得是这么长,我们重新修订了,按照我们上面看到的10英寸,大约25厘米这样,按照1.5视力,我们出来大约是550PPI,这个对绝大部分来说可能是相对来说显示的上限。当然不同的人还会有极端的,还会更高。我们看AR或者VR等等的,靠近人眼达到一千、两千的PPI也是正常的。

  下面我们讲防反,防炫的技术。我想用前几天公布的苹果的,SPARK网站上下载下来的,我们看一下它的对比度。苹果8有液晶的,也有OLED的,我们看到的液晶的对比度,大约是1300比1。OLED的对比度是一百万比一,这个差距是非常大的。我们大家也都在致力于与提高对比度,对比度相差这么大,一千多比一到一百万比一,对人眼到底有什么样影响?我说对比度越好,显示器性能更好一些。但是会不会有这么大的影响呢?实际上我们测量1300也好,一百万也好,我们是在暗室里测量的。但是如果放到一个非常明亮的环境,就是我们平时日常的环境,我们测出来,其实仅仅是几十比一的状态,并没有想象中那么巨大。当然我们这个测量根据外界的噪度不同而不同。就是几十比一个大家是一个很正常的感受。我们再看一下反射的状况,这是我在家里拍的,左边的电子书我测了一下是2比1的对比度,大家也可以接受。中间是一个普通报纸,是4比1。我特别找了一本特别好的书,仅仅是10比1,所以几十比一是大家可以接受的,一百万比一可能不是被我们充分感受。

  所以我们提出了,如果我们在显示器最外层,最靠近人眼的这一层镀一层膜,这层膜我们作为防反,防炫的处理,可能增加少许的成本就会带来非常大的效果。比如大家看到的同样的显示器,经过镀膜以后,右边的状态,整个画面非常的干净,不会被外界所影响。其实这个技术并不是我们华星独创的,这个技术已经拥有非常多年的历史。但是在现在市场上的产品并不多见。大家可以看到,如果我们测量一下,日光灯这个影子地方的对比度其实仅仅是从2比1变成20比1,它大大提高了对比度。即使在普通的区域,其实对比度也会略微有些提升,其实整个画面会非常的干净舒服。这个就是我们ATAR的技术。

  下面我要讲的是一个蓝光,大家都在讲低蓝光技术。刚才中村教授也提到蓝光对人眼的伤害,可能不仅仅是对视网膜的伤害,其实还有其他方面的一些伤害。所以我们整机厂也发现了蓝光对人眼的伤害。整机厂做了什么工作呢?把蓝光一些部分直接降低一半或者更多,是不是蓝光对人眼的伤害减少了呢?确实是这样的,我们看到非常多的手机厂商,几乎每一家,当用液晶的时候都有一个模式,有的叫夜间模式,有的叫护眼模式,等等。大家看到这个模式一开启以后,其实画面整个就偏黄了,就像右边显示的这个图。偏黄以后对人眼的伤害应该能得到降低。但是整个画面偏黄,我们可以说画面也有一些失真。就像我们三原色的,蓝光减少了,它的黄光感觉到整个画面偏黄。我也知道有一家手机厂商它接到客户的投诉,有客户说,我看了你们的黄光有呕吐的感觉,来投诉。所以黄光不是被所有人都能接受,而且看起来画面颜色有些失真。所以我们在想怎么能解决画面又不失真,但是又不是受蓝光的危害呢?所以我们推出了一个好蓝光的技术。大家可以看到我们三元素,红绿蓝光的分布,其实相对来说波长已经低的部分,对人眼伤害比例比较大。蓝光部分我们可以看到小于450纳米以下,这个伤害程度会非常高。我们有没有办法把蓝光,把下面的部分去掉,而保持大部分的蓝光呢?所以我们技术从这方面特点入手,一方面我们通过发光的LED灯的波长往高波长方向偏移;另一方面,我们是做液晶的,我们切掉蓝光,我们和光储材料商合作,在蓝光的光储材料里改变了成分,还加了一些添加剂,使得低波长的蓝光进行过滤,让它在低波长不容易溢出来,这样我们达到整个的效果,使得我们总量保持不变,但是低波长的蓝光大大的降低。这样实现了画面是不失真,但是对人眼又没有伤害的。所以我们叫好蓝光的技术。

  圆偏光技术,大家可以从图上的这三个看到,最上面的是自然光,它的方向都有。最下面的是线偏光,只是某一个方向。中间这个是圆偏光,它随着时间的不同,方向在变化。中间这个比较接近于自然光的状态。其实大家也可以看到,人眼,这里到底是什么原因,其实我们跟一些大学和医院也在做深入的探讨,到底为什么圆偏光会对人眼的健康有帮助呢?真正的原因现在还不得解,但是有一些假设,有一些教授正在研究中,这个结论还没有完全公布,但是这个现象已经被我们所证实。这个假设是这样:我们人眼里真正感光,就是我们视觉细胞。这两种细胞其实都是长条形的,就像我们大家看到的瞳孔的,中间看到的,它是放射性的分布。我们也怀疑这种长条形的细胞可能对光的方向可能会有一些选择性。比如说可能某一个方向的,单一的方向进入到,可能一半的细胞在工作,另外一半细胞可能在休息。但是反复我们都让这一半的细胞不停的在工作,实际这样久而久之可能会对人眼感觉到比较累。但是如果让所有细胞一起工作呢,可能比较轻松一些。这是我们的一个假设,真正的还有待去验证。

  我们测试什么是健康的呢?可能像一般测这样的亮度、对比度有一些仪器其测,可能更多的我们通过一些主观的感受的方式去间接的测。另外,人眼也不能做一些破坏性的试验,所以给这个研究带来了非常大的困扰,包括每个人的个体也非常复杂,就是我们要找非常多的样本,才能得到相对比较明确的结论,比如我们测试的方法:我们测人眼视力,比如现在的视力是多少,我们测的是1.5、1.2或者多少,让你看一个小时,一个小时后再去测量你的视力是多少,从下降程度来看。另外,我们从眨眼频率,比如一分钟眨眼是多少,一般来说眨眼次数越多,表示人的眼睛比较累。还有我们可以从第二个,比如从一些视觉任务,比如一个屏幕里各种任务都有,我要求你把字母C很快的找出来。找的越快、越多,表示这个屏幕越容易被人辨识。还有比如脑电波,通过脑电波的一些变化也能看得出。还有一个我们叫做看闪光频率,因为在研究发现人眼比较累的时候,我们看到闪烁频率相对比较低。但是当人眼比较轻松的时候,你会看到比较高频率的闪烁,通过看闪烁频率的高低,能判断人眼的累还是不累。最后还通过人的感受,通过问卷的调查,观后感觉,从各个方面进行测量,我们把这些测量结果也跟大家说一下。跟我们合作的有像中国的标准院,好多测试都是在标准院里进行的,还有在广州的中山医科大学,它们的眼科也跟我们做长期的合作,加起来将近有十年的合作时间。还有北京同仁医院,这在眼科来说在全国相对比较权威。我们也请了美国斯坦福医学院做了相应的测试。这些测试跟大家报告一下,像刚才讲的AGAR,有这一层膜和没有这一层膜,我们看见,有这层膜,这个对比非常的明确,比如说视觉任务,三颗星表示这个效果非常明确。脑电波指数也是两颗星,也是非常的明确。闪光频率方面,一颗星,有效果,但是不是很明显。主观感受非常明显,三颗星。其实从大家的主观的想象可能也能想象出,一个屏幕上面没有了这些干扰,大家看起来更加轻松,更加自如。说明我们在看好蓝光技术,看到视觉任务三颗星,电脑指数三颗星。好蓝光低波层不能被我们直接感受到,拿两个屏,一个是普通屏,一个是好蓝光屏,你不能马上分辨出来的,但是通过这样的方式可以非常明确的看到好蓝光影响是非常巨大的。圆偏光不像刚才那几个这么明确的效果,视觉任务和主观感受,大家的感受不到,但是脑电指数有两颗星,闪光频率三颗星,其实从这上面也有一个明显的感受。我们在圆偏光,我们还有另外两个方面:左边是中山医科大学的方法,它测人眼观看显示器后,15分钟,30分钟,45到60分钟以后各测量一次。最下面的线是线偏光下降的幅度,最上面的蓝色线是普通书本的下降的幅度。第二条橙色的线是圆偏光的,大家看到圆偏光比较接近书的效果。所以从这个意义上讲,对于圆偏光对人眼是有帮助的。右边是斯坦福的一个研究成果,它是通过看人的眨眼频率,它非接触的,把人的录像录下来以后,再数眨眼的次数,看完十分钟以后,如果是线偏光,眨眼的频率会比圆偏光高30%。从这个意义上说,圆偏光确实对人眼的疲劳性有帮助。这个是在健康方面探讨在这儿跟大家分享,也希望得到各个业界同仁积极的响应。

  最后,我讲一下绿色方面,绿色显示主要从功能,户外的显示,还一些HDR这方面,这些我简单提一下。比如在手机上的应用,因为每个人用手机的方式不同,有些可能上网时间长,有的打电话多,但是平均下来大约手机耗电量约有70%都是有显示器的整个模组产生的。所以要想延长待机时间,一定要把显示屏的功耗降下去。这个是我们出发点,特别去研究显示屏的耗电量。我们也通过算法,通过像素的排列,包括引进一些白桦树等等各种方式,我们进行一个新的算法,这个技术我们叫智能节电的技术。我们发现可以省电40-60%不等,分辨率越高,省电的比例越高。当然还加上动态背光,动态背光在TV上面应用非常广泛,但是在手机的应用比较少,加上动态背光使得整个省电效果非常好。另外,在户外大家看到,原来OLED亮度非常高,其实OLED屏在太阳底下表现是非常不尽如人意的,液晶也是,亮度达到一千亿以上的,户外显示非常清楚。但是亮度比较低的时候,在户外其实看起来也比较没那么好。OLED也好,或者普通的液晶屏,当你一亮度提高以后,特别是OLED的亮度提高,超过它的饱和的区以后,它的耗电量是几倍,指数级的上升。我们通过绿色的技术使得在户外也是,普通的耗电可能在户外是一件非常好的现时效果。

  研究刚才的节电也引出了新的HDR,HDR在前两年在TV上面应用非常广泛,但是在手机上面应用没那么多。当然通过研究这个技术发现它有HDR这个好处。手机屏HDR和手机摄像头的HDR不一样的。摄像头的HDR是用普通的曝光时间照的一张相,弱爆照一张等等然后拼起来。手机屏的HDR是说可以把最高的亮度做的更亮,比如我们看左边的曲线和右边的曲线,亮度更高,暗态更低,可以把暗度做的更暗。另外再加上我们把中间的灰阶的等级分的更细,这样的话整个显示屏的效果是完全不一样的。如果大家有机会在有些展会上可以看到,如果用HDR的摄像头拍的照片,再配上HDR的显示屏,放出来的照片真的是很棒。下次有机会的时候大家可以现场有这样的感受。谢谢大家。


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:赵强

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