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PWM--伤害眼睛的主要元凶

       在生活和工作中长期面对显示器容易造成人们的视觉疲劳,会导致视力下降和其他眼睛问题。而对于造成视觉伤害的主要原因,一个是蓝光伤害,另一个就是闪屏伤害了。蓝光的产生原理和危害我们曾经讲过多次,这里不再叙述。今天主要说下造成闪屏的原理和危害。
44-11-1_看图王.jpg原理
       我们都知道LED是一个二极管,它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微利以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此,只要把电源改成脉冲恒流源,用改变脉冲宽度的方法,就可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制(PWM )调光法。
44-11-2_看图王.jpg       图2为表示这种脉宽调制的波形。假如脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那么其工作比D (或称为孔度比)就是ton/tpwm。改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED的亮度。
44-11-3_看图王.jpg       在LED的负载中串入一个MOS开关管(见图3),这串LED的阳极用一个恒流源供电。然后用一个PWM信号加到MOS管的栅极,以快速地开关这串LED。从而实现调光。也有不少恒流芯片本身就带一个PWM的接口。可以直接接受PWM信号,再输出控制MOS开关管。
脉宽调制调光(PWM)的优点
       1、不会产生任何色谱偏移。因为LED始终工作在满幅度电流和0之间。
       2、可以有极高的调光精确度。因为脉中波形完全可以控制到很高的精度,所以很容易实现万分之一的精度。
       3、可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM信号。
       4、即使在很大范围内调光,也不会发生闪烁现象。因为不会改变恒流源的工作条件(升压比或降压比),更不可能发生过热等问题。
脉宽调光的缺点
       1、脉冲频率的选择因为LED是处于快速开关状态,假如工作频率很低,人眼就会感到闪烁(低于100Hz)。为了充分利用人眼的视觉残留现象,它的工作频率应当高于100Hz,最好为200HZ。
       2、消除调光弓起的啸声; 虽然200Hz以上人眼无法察觉,可是一直到20kHz却都是人耳听觉的范围。这时候就有可能会听到丝丝的声音。
       在实际使用过程中屏幕每秒闪500次,PWM频率就是500Hz,而频率在100Hz时,人眼就已经很难察觉到明暗的变化了,常见的显示屏的工作频率通常都会在200Hz以上,这也是为什么人眼无法察觉“屏闪”的原因。当然PWM频率越低,对人眼的伤害也就越明显。
       另外,高频PWM对眼睛的伤害虽然好于低频PWM,但并不能说明对人完全没有影响,毕竟在这个过程中人眼仍然是在不断感知的。而目前对于显示屏的PWM频率主要在118000Hz-220Hz之间,不过依然存在低频调光模式。
DC调光
       由于PWM调光的本质是“亮-灭-亮-灭”的过程,因此可见光就会对眼睛造成一个有频率的闪烁冲击,就会造成视觉疲劳(伤害)。
44-11-4_看图王.jpg       DC调光技术是通过DC恒流芯片来实现的。DC恒流芯片都有一个检测电流的接口,用于将检测到的电压和芯片内部的参考电压比较,来控制电流的恒定,从而进行灯光明暗变化。从低亮度到高亮度都不会造成屏幕的闪烁,较为稳定。但是低亮度也会影响屏幕的均匀。为了应对DC调光在低亮度时屏幕均匀性问题,现在也有结合PWM和DC两种调光的显示器,它们一般采用了20%亮度以上的DC调光,20%亮度以下的高频PWM调光的办法。
       PS:目前的旗舰级手机越来越多地在采用AMOLED显示屏了,而这些AMOLED屏几乎都是采用低频率PWM调光(AMOLED在频闪伤眼方面把低频率, 高波动深度, 高频闪都占全了)。长时间使用这种屏幕对眼睛的伤害特别大,有一些厂家则是在设置一定亮度以上就改用DC调光了。
       查看PWM频率高低最简单的方法就是开启手机摄像机模式对准你要检测的显示屏,将屏幕的亮度尽量调到最低,低频调光的话会有明显的闪纹。
44-11-5_看图王.jpg       还有一种方法,点开
https://www.testufo.com/blurtrail(手机、电脑通用);点击全屏,眼睛再盯着白线,并跟随它移动(见图5)。

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