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編注：本文為少數(shù)派 Prime 會員《顯示器選購及使用指南》系列文章的一篇，完整系列文章可以在少數(shù)派 Prime 會員主頁 https://prime./ 閱讀。 傳播學(xué)者麥克盧漢提出過一個非常有趣的概念：媒介是人的延伸。媒介可以將人的感官拉伸、擴展，觸及那些人體肉身原本難以觸及，或是無法觸及的事物，比如報紙這樣的印刷媒介可以視為人類視覺的延伸，廣播是人類聽覺的延伸。而電腦與互聯(lián)網(wǎng)則給了我們更大的自由，視覺、聽覺、觸覺都去向了更遠的地方，外設(shè)提供了交互的觸感，音響與耳機供給了臨境的聽感，顯示器則讓視覺跨越千里，看向更遠的地方，甚至看向不存在實體的賽博空間。 但更有趣的是，在這些媒介逐漸拓寬感官的同時，現(xiàn)代人開始遭受種種「現(xiàn)代病」的折磨，原生器官的功能反而受到了波及。我們追求聽覺的刺激，越來越響的耳機和音響帶來了聽力的衰退；我們追求觸覺的刺激，長期的機械操作和久坐讓脊柱與四肢麻木疼痛；我們追求視覺的刺激，疲勞、近視等視力問題開始如影隨形。而當現(xiàn)代生活已經(jīng)離不開這些拓展的器官時，如何保住自己的視力，就成了不得不討論的問題。 「如何保護眼睛」這個問題，我們從紙媒時代一路談到現(xiàn)在。其實帶來視力問題的原因大抵相似，總結(jié)起來可以歸為兩類：媒介本身的因素、人的因素。在捉筆研墨的年代，紙張粗劣、墨色淺淡、字跡模糊，都會讓人難以閱讀、多費氣力，這是媒介的因素；而閱讀時就著燭火微光、伏案不起，就是人的因素。隨著媒介的發(fā)展，這些問題逐漸也變成了印刷不良、被窩電筒、距離太近、盯了太久。到了顯示器的年代，我們依然可以把這些因素分成兩類討論。顯示器本身的因素01 藍光 Blue Light中學(xué)物理告訴我們，光是一種電磁波，電磁波攜帶能量，所以光也攜帶能量。不同波長的可見光攜帶的能量也是不同的，波長越短，能量越高。我們接觸到的可見光是整個電磁波頻譜中非常窄的一部分，它的波長分布在 380 到 700 nm 之間，視網(wǎng)膜中的三種視錐細胞就負責(zé)將這些電磁波的刺激過濾加工處理，轉(zhuǎn)換為色覺，在人腦中表現(xiàn)為各式各樣的顏色。其中，呈現(xiàn)為紅色的波長最長，能量最低，大約在 1.65?–1.98 eV 之間；藍、紫光波長最短，能量最高，可達 2.56–3.26 eV，因此也被稱作「高能可見光」（HEV，high-energy visible light）。人類接觸并適應(yīng)了幾百萬年的太陽光就包含了紅外線、可見光、紫外線等電磁波，在經(jīng)過大氣層后，藍紫光與紫外線等波長較短的電磁波已經(jīng)被散射、反射、吸收了很大一部分，但仍然會造成對眼睛與其他器官的傷害，戶外工作者常見的光角膜炎、電焊工作者與滑雪客遇到的雪盲癥等都是大劑量暴露在紫外線或陽光下造成的視覺傷害。左圖，常見的電焊場景，會釋放大量紫外線；右圖，因紐特人傳統(tǒng)護目鏡 By Julian Idrobo from Winnipeg, Canada - Inuit Goggles, CC BY-SA 2.0, https://commons./w/index.php?curid=10787841我們所說的顯示器的「藍光」其實和太陽光中這部分短波長的可見光一致，只是由于兩者發(fā)光特性的不同，造成了藍光在其中比例的不同。以 LCD 顯示器為例，現(xiàn)在它們大部分都采用了白光 LED 作為背光。雖然都是白光，太陽光的「白」來自它幾乎布滿可見光頻譜的光譜，這些各個波長的可見光混合起來就成了白光。而白光 LED 常見的發(fā)光原理則是借用了「同色異譜」（metamerism）現(xiàn)象——如果你想找到某個特定顏色，比如 550 nm 波長的黃色光，是可以直接從太陽光里分離一束 550 nm 波長的光出來的；但你也可以同時打出一定量的紅光、綠光和一點點藍光，讓人眼感知到像是 550 nm 波長一樣的顏色。常用的兩種白光 LED 就采用了這樣的原理。一種將黃色的熒光涂料與藍光 LED 搭配，激發(fā)的黃色光與剩余的藍光組合顯示為白光；另一種則是將紅、綠、藍（RGB）三種 LED 拼配，用不同的比例組合出白光。在這種情況下，我們分析光譜就能發(fā)現(xiàn)，白光 LED 所提供的藍光比例其實遠大于太陽光。上圖為常見白色 LED 的光譜，圖中顯示由 GaN 基 LED 直接發(fā)射的藍光（峰值在約 465 nm）和由 Ce3+:YAG 熒光粉發(fā)射的更寬帶的斯托克斯頻移光，發(fā)射波長約為 500-700 nm。By Deglr6328, CC BY-SA 3.0, https://commons./w/index.php?curid=3242448相比對紫外線傷害的研究，高能可見光造成傷害的研究尚不完全。被籠統(tǒng)地稱為「藍光」的 400 nm 到 500 nm 光還可以分為兩部分，其一是波長相對較長的 460 nm 左右，它們通過刺激視網(wǎng)膜上的黑視蛋白，參與人類的晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)，另一部分是波長更短的 400??–440 nm 左右的藍光，在體外實驗與動物實驗中發(fā)現(xiàn)可以對視網(wǎng)膜相關(guān)細胞及生化物質(zhì)造成損傷。盡管沒有明確的證據(jù)表明長期的藍光暴露會對視力造成直接或積累的影響，短期暴露帶來的視物疲勞、干眼癥加重以及晝夜節(jié)律失調(diào)都有了明確的實驗支持。02 頻閃 FlickerLED 光源的發(fā)光特性導(dǎo)致了潛在的藍光傷害風(fēng)險，而光源帶來的另一個風(fēng)險存在于顯示器的亮度調(diào)節(jié)功能之中。如果你對手機比較關(guān)注，可能聽說過幾年前的 DC 與 PWM 亮度調(diào)節(jié)方案之爭。顯示器的亮度調(diào)節(jié)其實也是一樣的技術(shù)。DC 調(diào)光之名來自 direct current 直流電，是通過調(diào)整供電的電壓改變功率，達成屏幕背光的亮度調(diào)整。PWM 則是 pulse-width modulation 脈寬調(diào)制的縮寫，在一個時間區(qū)間內(nèi)調(diào)整電流脈沖的持續(xù)時間（脈沖寬度）來控制這個時間段里屏幕背光的占空比（duty ratio，工作周期），也就是在這一段時間的背光供電通斷中電路為通的時間比例，比如占空比達到 75%，意味著時間區(qū)間內(nèi) 75% 的時間屏幕是亮的。在 OLED 顯示器那篇文章中我們詳細講解過 OLED 的發(fā)光原理——「需要足夠多的激子才能點亮有機發(fā)光層中的有機分子」，所以在 OLED 顯示器中只使用 DC 調(diào)光，可能會在一個較低的亮度上部分 OLED 有機物無法被點亮了，這樣就導(dǎo)致了 OLED 低亮度偏色的問題。而在 PWM 調(diào)光中，想要屏幕看起來像是亮度下降而非不停閃爍，需要通過提高通斷切換的速度，借用視覺暫留現(xiàn)象，讓黑屏與亮屏中和，達成屏幕背光的亮度調(diào)整——這就是頻閃的來源。一般來說，這種切換要快于閃爍臨界融合頻率（flicker critical fusion rate），大約是 18 次每秒，在這個切換頻率下，人眼會處在能識別與不能識別閃爍的邊緣。事實上，LED 調(diào)光的頻率大多遠高于這個頻率，但臨界融合頻率并不是定值，它是一個受亮度、背景、觀看者的個人體質(zhì)影響的浮動值，這讓頻閃的感知變得更加難以控制。兩種方案各有利弊。DC 調(diào)光在原理上是連續(xù)發(fā)光，因此不存在頻閃問題，但隨著亮度的降低，采用 DC 調(diào)光的 OLED 屏幕會產(chǎn)生逐漸嚴重的色偏，因為 OLED 屏幕的子像素明暗同時承擔(dān)了調(diào)色的功能，亮度太低時會無法控制色彩。PWM 調(diào)光則沒有這個問題，即使低亮度也能有不錯的顯示效果，因此也有不少廠商會設(shè)定亮度閾值，高亮度采用 DC 調(diào)光，低亮度采用 PWM 調(diào)光。由于 PWM 調(diào)光的本質(zhì)就是屏幕亮度在全屏幕或部分區(qū)域內(nèi)的迅速變化，較為敏感的人就會感受到頻閃帶來的視覺及其他感官影響。頻閃頻率越低，就越容易被察覺。目前的研究認為，可見的低頻燈光頻閃可能造成光敏性癲癇，頻率更高的不可見頻閃同樣可能造成偏頭痛、頭痛、視物模糊、視物疲勞等狀況。此外，由于兒童對藍光與頻閃更為敏感，這些負面效應(yīng)在兒童身上可能更明顯或更易發(fā)。03 眩光 Glare和之前的兩項不同，顯示器眩光的主要來源并非顯示器背光，而是由于顯示器表面對反射光控制不佳，整體或局部反射率過高，亮度不均。打比方講，顯示器表面處理不佳所帶來的眩光，表觀上可以看作顯示器本身背光亮度嚴重失衡，出現(xiàn)極度明顯的亮度差，自然給視物帶來障礙。顯示器眩光最直接的影響就是顯示質(zhì)量下降，包括清晰度下降和偏色。長時間面對亮度不均的顯示器會更易造成視物疲勞、模糊，帶來頭痛等不適感受。錯誤的顯示器使用環(huán)境說完了顯示器本身的問題，剩下的就是人的問題——使用者的使用習(xí)慣、使用環(huán)境發(fā)生改變，或是與預(yù)設(shè)的良好姿勢不符，都可能造成顯示效果的變化，進而使得正確使用時尚不明顯的（在工業(yè)標準允許的誤差范圍內(nèi)的）顯示器的弱項被放大，造成顯示效果的偏差，進而影響視覺體驗。比如，如果使用者的顯示器背后或上方亮度過高，或房間太暗，就會使得顯示器與周遭環(huán)境的亮度差過大，相當于人造眩光。如果使用者背后亮度過高，可能會使顯示器反射光加重，同樣會帶來更明顯的眩光。使用者顯示器擺放不正，過高過低，或左右偏斜，都可能導(dǎo)致畫面超過最優(yōu)可視角度，帶來偏色、模糊等狀況，加速眼部疲勞。同樣地，在發(fā)現(xiàn)畫面異常后，很多人會不自覺地調(diào)整自己地坐姿以尋找好的角度，就帶來了坐姿不正的風(fēng)險，長此以往可能帶來脊椎的不適。綜合說來，使用顯示器是一個需要顯示器廠商和使用者同時注重人體特性的過程，尤其在人人生活都在與屏幕打交道的當下，廠商需要盡可能減少使用過程中可能出現(xiàn)的技術(shù)帶來的問題，使用者需要找到最合理、最科學(xué)的角度與姿勢，二者缺一不可。講完了使用顯示器過程中可能出現(xiàn)的危害，我們緊接著簡單聊聊如何化解這些風(fēng)險。首先要明確的是，這并不是一項使用者單方面能完成的工作，盡管合規(guī)的顯示器產(chǎn)品都應(yīng)該有至少一個能夠展示最佳顯示效果的角度，但提升顯示器的整體素質(zhì)才是解決問題的關(guān)鍵；其次，使用者也需要在過程中盡可能注意自己的用眼健康與脊椎健康，主動將健康危害縮到最小化。降低有害的藍光不少 LCD 顯示器廠商已經(jīng)逐漸開始重視藍光的潛在危害，或主動考量或追隨市場地加入了「防藍光」功能。通常而言有兩種降低有害藍光的辦法，第一種方式就是從藍光的源頭去降低藍光，這種辦法也往往被稱為「硬件級除藍光」，比如通過調(diào)整 LCD 背光的光譜并降低 415mm-455mm 波段的藍光，這樣就能相對有效地降低藍光對人眼的傷害了。而且這樣的處理方式并不會影響到 460-500 mm 波段的藍光，這也就意味著我們看到的白色依然是白色，不會因為去掉有害的藍光導(dǎo)致白色發(fā)黃或者色準出現(xiàn)問題。而 OLED 天生自發(fā)光的特性落在 415mm-455mm 波段的藍光遠小于 LCD，因此 OLED 很多情況下藍光的問題都要小得多。另一種方式則是通過軟件調(diào)整色調(diào)，根據(jù)需求控制軟件輸出，等于直接給畫面套濾鏡再輸出。這其中比較著名的就是 f.lux，它可以讓用戶根據(jù)時間節(jié)律與生活節(jié)律調(diào)整固定時間段的色溫變化，以平緩的曲線完成降藍光的調(diào)節(jié)，非常類似將 iOS 上的「夜覽」挪到電腦端。但是軟件防藍光的方式會遇到一個問題：隨著色溫變化，顯示效果或多或少會受到影響，畫面偏色等現(xiàn)象在粗糙的方案下非常嚴重。過于濃烈的黃色屏幕同樣可能帶來不適，不少用戶因為偏色選擇關(guān)掉相關(guān)功能。也有一部分更細化的解決方案試圖通過減少能量更高的短波長藍光來平衡視覺體驗與健康程度，實際效果尚待考證。拒絕或者減少有害頻閃顯示器廠商在進行生產(chǎn)設(shè)計時，避免頻閃的最終手段目前還是采用 DC 調(diào)光，輔以精細的低亮度灰度與色階校正，但大多數(shù)廠商可能都沒有這樣的研發(fā)實力。如果采用 PWM 調(diào)光，則需要對 RGB LED 在低亮度下各顏色衰減不統(tǒng)一的問題進行調(diào)試，同樣需要考驗顯示器乃至面板廠商的實力。比較有效的解決方案是盡可能提高背光頻率，讓頻閃頻率拉高，盡可能進入肉眼無法注意的范圍，以避免對視力及神經(jīng)精神影響更大的低頻頻閃。當然，在實際操作中，被這一問題困擾更久的手機廠商目前采用的大多是以下兩種方案。第一種，對 OLED 屏幕采用高亮度 DC 調(diào)光低亮度 PWM 調(diào)光，盡可能保證大部分使用場景下的顯示正常與零頻閃，并避開低亮度 DC 調(diào)光帶來的偏色問題。第二種，是采用純軟件處理的「類 DC 調(diào)光」，在低亮度強制 PWM 調(diào)光的屏幕上增加一個蒙版層，如果屏幕亮度低于調(diào)光模式閾值點，就通過調(diào)整蒙版透明度達到「降低亮度」的視覺效果，屏幕亮度實際上被鎖死在了閾值點上，并沒有降低。減少不必要的眩光目前業(yè)界常采用的方法大致分為兩大類：抗眩光（anti-glare）和抗反射（anti-reflective）。AG 玻璃（anti-glare）是在玻璃表面進行化學(xué)蝕刻，使鏡面反射的原表面變成啞光的漫反射表面，從而降低反光對人眼視物的影響的，「霧面屏」就是這種原理。AG 玻璃的成本相對較低，針對外來高強度光源的效果也不錯，非常適合室外或抗日光反射使用。不過漫反射仍然會出現(xiàn)一定的視覺影響，光照部位可能出現(xiàn)一片模糊的弱光，可讀性也沒有全透玻璃高。但隨著觸控需求的增多，AG 玻璃的使用受到了限制。此時，抗反射涂層和鍍膜就起到了類似的功效，這種涂層利用的就是中學(xué)物理提到的相長干涉與相消干涉。來自外與內(nèi)的光源在玻璃上的反射光都可以通過相消干涉得到消除，同時讓屏顯內(nèi)容得到增強，帶來更大的透光率，并且減少反射帶來的眩光。經(jīng)過這樣處理的 AR 玻璃在透光率與顯示效果上都比 AG 玻璃更好，也更適合觸控操作。但缺點也非常明顯，首先是成本更高，其次，鍍膜與涂層的特性會使得指紋更加明顯，需要配合防污漬與疏水的涂層使用，這進一步增高了成本。此外，涂層可能導(dǎo)致一定程度的色偏，如果保護不當，涂層還有脫落的風(fēng)險。兩種選擇各有優(yōu)劣，需要根據(jù)用戶最常處在的使用場景選擇。但如果你的顯示器已經(jīng)遇到了眩光問題，可以考慮貼一層抗眩光膜，相當于外置的 AG 玻璃表面，雖然會對顯示效果造成一定影響，但能解決更大的健康問題。此外，就是調(diào)整自己的顯示器使用環(huán)境。控制環(huán)境、屏幕亮度與正確擺放顯示器如果你的顯示器已經(jīng)決定好了，而這臺設(shè)備就你的體驗來說沒有明顯的硬傷（比如大片眩光、明顯的頻閃或工作后明顯眼部或身體不適），我們就可以通過調(diào)整坐姿、光線狀態(tài)、顯示器擺放等一系列設(shè)置來盡可能減少由于使用失誤造成的健康風(fēng)險。理想打字姿勢，圖源：Cornell University Ergonomics Web如果你發(fā)現(xiàn)自己的使用環(huán)境中有明顯的亮度不均，就需要適時調(diào)整桌椅擺放與顯示器擺放，盡可能讓背景亮度與顯示器亮度相差不大。比如在陽光充沛的白天，面向未被直射的白墻就是比較穩(wěn)妥的選擇，如果房間內(nèi)的照度不足，可以用燈補光。補光時也需要注意避免直射屏幕，降低屏幕眩光發(fā)生的概率。天色轉(zhuǎn)暗時也應(yīng)當及時開燈，深夜關(guān)燈打游戲雖然很爽，但加速視疲勞的能力也是一等一的。光路合理的屏幕掛燈搭配抗反射能力較好的顯示器可以比較有效地為背景補光。最終，我們需要達到的效果是控制顯示器與周圍亮度的差異在 3 倍以內(nèi)，可以在手機上使用 Arduino Science Journal 調(diào)取手機的光傳感器進行讀數(shù)。顯示器的上沿（或者你經(jīng)常注視的區(qū)域）最好與健康坐姿下的眼睛視平面平齊，此時顯示器中心低于視平線大約 15?–20 度，可以自然平視畫面，盡可能減小頸椎的壓力。如果顯示器原生支架可調(diào)節(jié)度較差，可以采用桌面柜墊高顯示器，或采用 VESA 標準的顯示器臂進行更靈活的調(diào)整。同樣地，如果你的高度受限，或是同時使用多個顯示器，需要在調(diào)整高度的同時對顯示器的傾角做出調(diào)整，盡量保證視線與顯示器的顯示平面垂直。休息作為重要的感知器官，眼睛的疲勞主要是眼部肌肉的疲勞。當你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)自己開始眼酸、眼漲、疼痛時，說明在之前的長時間或刺激視物過程中，眼部肌肉的調(diào)節(jié)功能已經(jīng)出現(xiàn)了下滑。此時，給予適當?shù)男菹ⅲ艜苊庋鄄考∪獬霈F(xiàn)更持續(xù)的勞損，帶來更嚴重的視力問題。你可以選擇每隔 20 分鐘遠眺至少 20 秒，讓緊張的睫狀肌得到放松；也可以在此基礎(chǔ)上適當閉眼靜坐，進行轉(zhuǎn)動眼球的鍛煉，注意不要隨意做眼保健操，辦公室環(huán)境下如果不仔細清潔手部反而有帶來感染的風(fēng)險?？紤]到久坐辦公本身對脊椎的重壓，最好能離開座位適當活動，遠離屏幕，讓眼睛和脊椎都得到充分的放松。顯示器的原理決定了它在目前仍然無法盡善盡美?，F(xiàn)有的技術(shù)手段只能在顯示的亮點與現(xiàn)有的限制之間折衷回旋，用實為替代性的手段盡可能消除這些原理缺陷帶來的生理影響。而對消費者來說，原理不是理由，買到合適又舒適的顯示器才是目的。比較簡單的選購方法就是關(guān)注顯示器通過的有關(guān)健康的第三方機構(gòu)認證，通常你在包裝上可以找到明確的「低藍光」「無頻閃」等認證標識。尤其是當你的體質(zhì)對藍光與頻閃敏感度較高時，明確的認證信息能幫你盡可能免除困擾。此外， 德國萊茵 TüV 還提出了眼部舒適度（Eye Comfort）整體認證。這一認證標準中整合了屏幕顯示質(zhì)量、頻閃控制、低藍光認證等軟硬件功能指標，與使用環(huán)境光管理、人體工學(xué)設(shè)計等硬件設(shè)計指標，是一個更加綜合的標準。本章我們簡單介紹了關(guān)于顯示器可能帶來的潛在健康危害以及相應(yīng)的改進與應(yīng)對措施，希望大家在工作之余不要忘記自己的身心健康。而在最后兩篇文章中，我們將一起來認識顯示器校色。
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