買新手機需要注意的事: PWM調光危害

c52chungyuny
6 min readJun 6, 2019

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如果你玩手機容易頭痛、口乾舌燥、耳鳴,請你一定不要忽視他們帶來的隱藏性風險。

玩手機使眼睛痠痛的元兇是「閃爍」

PWM(脈寬調變)技術是一種用來調節螢幕亮度的成熟技術,它利用閃爍的特性讓一個只能在0或100工作的發光二極體降低亮度。PWM的頻率越人體越容易受之影響;越高則越近似不閃爍的發光體。

PWM的原理解釋: 每一格的寬度就是PWM週期,發光體處於100%亮度越久,整體亮度就會越亮。

PWM跟DC調光就是眼睛的惡魔與天使

目前市場上最常見的螢幕種類有自發光有機體與背光液晶技術兩種,自發光有機體的代表就是最近iPhone所有旗艦系列都會配置的OLED螢幕;而背光液晶技術的代表就是LCD,其中你必須知道的是LCD只是一種統稱,LCD由於技術成熟,各家廠商都有自己獨樹一幟的版本,比如三星的QLED、友達的AHVA或是LG的AH-IPS。

OLED幾乎全部都採用PWM調光技術

顯微鏡下的OLED螢幕

OLED由於是自發光,因此螢幕上就如同有數千萬顆彩色迷你燈泡,可以隨時開關變色。市面上大部分的OLED閃爍都在200Hz到300Hz左右,而使用PWM閃爍調頻的LCD面板雖然也不少,但大部分都在1500Hz到2500Hz左右,約為OLED的十倍。

DC調光是一種依靠調整直流功率來控制螢幕亮度的技術,發光體的亮度可以從1逐漸變成100,而不是像PWM一樣只有不亮或全亮。DC調光技術的好處在於它對人眼更加友善,因此大部分電腦螢幕都會使用DC調光技術以便使用者長時間的工作。

左側為PWM亮度調節技術,右側為DC直流調光技術

DC這麼好為什麼廠商不全面採用

DC調光技術必須在LED外面再放置一個控制器,在大型螢幕上非常容易解決,但是手機內部寸土寸金,要找地方放控制器談何容易。另外LCD本身發光的背光板只有數十至數百個LED,因此廠商更容易導入DC調光技術,反觀OLED的基板上有數百萬個小型有機發光體,即便廠商有心要做也無從下手。當前所有OLED供應商都沒有相應的閃爍解決方案,畢竟同樣使用DC調節閃爍可能是數百倍的成本的增加,這對廠商與消費者來說都不是一件好事。

IEEE 1789對於LED閃爍的研究

2015年一群IEEE的研究人員指出,100–400Hz的閃爍會對人類造成健康影響。

其中值得注意的是,對人類有影響的危險因子總共有三種:

頻率 — 螢幕閃爍的頻率

閃爍指數 — Flicker Index,利用專業儀器測量出一個對人眼安全的亮度範圍,定義一顆發光體的閃爍危害指數

調變比例 — (閃爍亮度的最大值減掉最小值)除以(發光體最大亮度)

肉眼可以分辨出低於80Hz的閃爍,而其中 flicker fusion threshold,也就是人眼對閃爍無感的頻率,大約在60Hz-80Hz左右。當閃爍頻率太低的時候,即便短暫的接觸都有可能誘發羊癲瘋、抽搐與癲癇的症狀。長期接觸閃爍則對多數人都有影響,容易導致頭痛與視力衰退。

報告指出,15Hz-20Hz是他們認為最危險的閃爍頻率,日本於1997年的神奇寶貝節目中曾經有一段長達四分鐘的閃爍特效,內容大約是以12Hz的頻率不斷地閃爍藍色與紅色,這次事件造成大約650名兒童通報癲癇症狀。而科學家認為,相對於閃爍來看,螢幕的亮度也有很大的影響。人眼在暗處的 flicker fusion threshold僅有15Hz-16Hz,因此在較暗的環境中人眼對閃爍的敏感度會大幅下降,比較不容易誘發癲癇症狀。

人類的腦皮層與視神經對閃爍的靈敏度大約在160Hz,而視網膜對閃爍的靈敏度大約在200Hz。所以儘管許多OLED的PWM調光頻率約在250Hz上下,少數人還是有可能感受到不適,進而產生頭痛、煩躁、耳鳴的現象。

IEEE組織對於螢幕閃爍的標準非常嚴格,目前最無害的閃爍頻率被定義在3000Hz以上,任何在這個頻率以下的閃爍都有可能對人類造成視力危害。未來他們還會進一步研究調變波型與調變比例對視力的影響。

當前市面上的手機是否有達到標準

由於當今的製造商還無法提出解決方案,因此大部分公司都會希望消費者不要太在乎螢幕閃爍對健康所帶來的風險。而大部分手機評測機構也都不會太過著墨於PWM的危險。

這裡要介紹的是Notebookcheck這家評測機構,他們的評測極度詳細,也是少數願意使用科學儀器量測PWM閃爍的第三方評測機構。以下就讓我們來看看幾支手機的閃爍表現:

華碩Zenfone 5, 採用6.2吋 IPS-LCD技術:

PWM調變發生在26%亮度以下,頻率為2336Hz

三星 Galaxy S9, 採用5.8吋 OLED技術:

PWM調變頻率為240.4Hz,而業界平均為9591Hz

HTC U11, 採用5.5吋 SLCD技術:

HTC U11是極少數全程採用DC調光的智慧型手機

SONY XZ2, 採用5.7吋 IPS-LCD技術

PWM調變發生在28%亮度以下,頻率為2315Hz

大部分手機,不管是採用LCD或是OLED,都還是沒有達到IEEE標定的3000Hz的標準。但值得一提的是,多數使用LCD的手機都在特定亮度以下才會出現閃爍,超過一定亮度以後基本上閃爍就會消失。

由此我們可以得到一個結論,如果你對螢幕閃爍非常敏感,或常常不知道為什麼自己玩手機總是玩到流眼淚、耳鳴、眼睛痠痛,那你大概就是陷入PWM閃爍的魔掌了。

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