LED顯示屏安全亮度設(shè)計(jì)思考
文章來(lái)源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2013-10-14
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前言
隨著LED發(fā)光器件性能提高,，為了讓信息在白天高背景亮度的情況下可識(shí)別度高，LED顯示屏企業(yè)不斷提高LED 顯示屏的發(fā)光亮度,，問(wèn)題是,，在夜晚背景下，戶外明亮的LED顯示屏如果不降低亮度,，就會(huì)給觀看者帶來(lái)刺眼的感覺(jué),，尤其夜晚公路邊過(guò)亮的顯示屏?xí)绊懰緳C(jī)視覺(jué)和正常駕駛；社區(qū)周邊的廣告顯示屏光污染會(huì)影響居民的正常生活,。
實(shí)際上,，無(wú)限制地提高LED輸出光的強(qiáng)度甚至足以導(dǎo)致對(duì)人眼造成傷害，應(yīng)該采取防護(hù)措施防止未經(jīng)保護(hù)的眼睛直視LED時(shí)長(zhǎng)超過(guò)數(shù)秒。我身邊就有同事,，在測(cè)試LED顯示屏過(guò)程中由于缺乏安全防護(hù)知識(shí),，沒(méi)有采取防護(hù)措施而引發(fā)了嚴(yán)重的干眼癥。目前,，這類疾病一旦引發(fā),，便不可逆轉(zhuǎn)，也沒(méi)有有效的醫(yī)療方法,。
1．LED顯示屏對(duì)人眼健康的影響因素
為了找尋安全亮度設(shè)計(jì)規(guī)范，提供安全防護(hù)方案,，首先應(yīng)該分析LED 顯示屏的光線對(duì)人眼發(fā)生作用的機(jī)理,。LED顯示屏光線對(duì)眼的作用因素受到顯示屏LED輻照度、照射時(shí)長(zhǎng)（輻照能量）,、LED亮度,、LED波長(zhǎng)、閃爍頻率,、LED光的集中度（視角分布）,、環(huán)境亮度等多種因素的影響，亦與觀看者眼睛的瞳孔大小,、色素種類與含量多少和眼屈光狀態(tài)等有關(guān),。
（1）輻照度、輻照量
LED光的強(qiáng)弱通常用輻照度表示,。輻照度(irradiance,，亦稱功率密度)表示照射到表面單位面積上的輻射功率，單位為瓦／平方米(W／m2 )或瓦／平方厘米(W／cm2),。計(jì)算公式：輻照度=輻射功率／照射面積
某段照射時(shí)間內(nèi)的光強(qiáng)度通常用輻射能量(radiation energy,，Q)表示，單位焦耳(J)或毫焦耳(mJ),。輻照量(radiant exposure)(亦稱能量密度)表示照射到表面單位面積上的輻射能量,，單位焦耳／平方米(J／m2 )或焦耳／平方厘米(J／cm2 )。計(jì)算公式：輻照量= 輻射能量／照射面積
對(duì)于LED的輻射能量,、輻射功率與照射時(shí)間(T)三者之間的關(guān)系為：輻射能量=輻射功率×照射時(shí)間,。當(dāng)光輻射功率1 W，照射時(shí)間1 S時(shí),，其光輻射能量為1 J,。
在相同照射條件下，隨著光照射劑量的增加,，眼損傷發(fā)生率增多,，損傷程度加重 。非連續(xù)光，脈沖寬度越寬,，頻率越高,，輸出功率越強(qiáng)，對(duì)人眼傷害越大,。
（2）光度量（LED亮度,、波長(zhǎng)）
圖1 視見(jiàn)函數(shù)V(λ)--λ曲線
如圖1所示，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi),，由于人眼視覺(jué)細(xì)胞的生理特性,，相同能量不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光作用到視覺(jué)細(xì)胞后，人眼卻感受到它們的強(qiáng)度是不同的,，也就是說(shuō),，恒光，射入人眼相同能量,、不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光,，人眼感覺(jué)卻認(rèn)為它們的亮度不同。在可見(jiàn)光譜中,，人眼對(duì)光譜中部（黃綠色）最敏感,，越靠近光譜兩端，越不敏感,。在引起相同的視覺(jué)響應(yīng)條件下,，若光波長(zhǎng)為λ的光所需要的光輻射功率為P(λ)，照明方案,，而對(duì)光波長(zhǎng)為555nm的光（人眼對(duì)此波長(zhǎng)的光最敏感）所需要的光輻射功率為P(555),，則定義 V(λ)=P(555)/P(λ) 為波長(zhǎng)λ的視見(jiàn)函數(shù)。波長(zhǎng)為555nm的光的視見(jiàn)函數(shù)值為1,，LED照明企業(yè),，其他波長(zhǎng)的視見(jiàn)函數(shù)值都小于1，不可見(jiàn)光的視見(jiàn)函數(shù)值為0,。
短波長(zhǎng)藍(lán)色LED發(fā)出的光,，即使輻照度與明亮的黃綠色相同，但給人眼的亮度感覺(jué)卻是不怎么亮,，恒光電器,照亮您的生活,，這就導(dǎo)致藍(lán)色光的危害不易被察覺(jué)。藍(lán)色波長(zhǎng)的LED光比綠色光更易產(chǎn)生安全隱患,，更易于不知不覺(jué)對(duì)眼睛形成傷害,。
根據(jù)光波能量原理，波長(zhǎng)越短,，光子能量越強(qiáng),。同樣數(shù)量的光子,，短波長(zhǎng)比長(zhǎng)波長(zhǎng)能量大，也就是說(shuō),，相同數(shù)量的光子數(shù)輻射,，短波長(zhǎng)藍(lán)色光的危害更大。
（3）LED光的集中度（視角分布）
LED的光輸出功率在各方向上并不是均勻分布的,，通過(guò)不同角度觀看LED顯示屏?xí)玫讲煌牧炼雀惺埽ㄝ椛淠芰浚�,，所以說(shuō)，通過(guò)控制LED的光分布,，使其分布在期望的方向,，就可以避免光污染。使LED輸出光線均勻分布,，也可以避免強(qiáng)烈的光過(guò)于集中而對(duì)眼睛造成傷害,。
（4）環(huán)境亮度
人眼對(duì)亮度的感知是動(dòng)態(tài)的，照明方案,，就像照相機(jī)的自動(dòng)感光調(diào)節(jié)裝置（光圈），LED照明品牌,，人眼可以快速掃描環(huán)境亮度并調(diào)節(jié)瞳孔大小以便于適應(yīng)環(huán)境照度,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，調(diào)節(jié)并適應(yīng)高亮度環(huán)境只需要幾秒（小于一分鐘）,，但是,，從高亮度環(huán)境調(diào)節(jié)到低亮度環(huán)境卻要經(jīng)歷被較長(zhǎng)的過(guò)程，根據(jù)起始亮度不同,，人眼調(diào)節(jié)時(shí)間需5分鐘以上,，為了適應(yīng)完全黑暗的環(huán)境，最長(zhǎng)時(shí),，人眼需要30分鐘才能看清周圍物體,。
當(dāng)LED顯示屏的亮度與其環(huán)境亮度的反差比較大時(shí)，為同時(shí)適應(yīng)LED顯示屏和環(huán)境亮度,，人眼瞳孔需要不停地調(diào)節(jié),，恒光電器，以便于適應(yīng)亮暗,、亮暗不停地變化,，才能看清屏幕。這勢(shì)必造成眼睛瞳孔調(diào)節(jié)滯后與亮度變化,，大量的LED光輻射能量進(jìn)入眼底,，對(duì)眼底組織造成傷害。
（5）人眼的瞳孔大小
瞳孔大小不同,，直接影響光進(jìn)入眼底的多少,。由于亮暗不同環(huán)境中人眼瞳孔差異較大，造成視網(wǎng)膜相同程度損傷所需的照射劑量可相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。也就是說(shuō),，在亮環(huán)境下,，LED光最多使人感覺(jué)不適，但是,，在暗環(huán)境下,，LED光卻可以對(duì)眼睛造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。這就是為什么顯示屏的亮度應(yīng)該嚴(yán)格與環(huán)境亮度匹配的原因,。
（6）閃爍頻率
LED顯示屏的低頻閃爍會(huì)導(dǎo)致眼睛瞳孔不停調(diào)節(jié),，試圖適應(yīng)閃爍時(shí)的亮暗變化，導(dǎo)致觀看者產(chǎn)生更強(qiáng)的不適感,。
低頻閃爍同時(shí)會(huì)導(dǎo)致,，以LED顯示屏為背景的視頻拍攝畫(huà)面圖像產(chǎn)生滾動(dòng)條紋，影響LED顯示質(zhì)量,。
(7)眼睛的生物特性
圖2 人眼各層組織對(duì)紫外線吸收率(％)示意圖
如圖2所示,，因眼組織對(duì)不同波長(zhǎng)光的反射、吸收和透射率不同,，因而不同波長(zhǎng)光對(duì)眼損傷的部位也不同,。角膜對(duì)波長(zhǎng)短于280 nm的遠(yuǎn)紫外線吸收率接近100％ ，恒光電器,照亮您的生活,，隨著波長(zhǎng)的增加,，吸收率減少，透過(guò)率增加,；因此紫外光主要造成角膜和晶狀體的損傷,。
圖3 眼介質(zhì)對(duì)光的透射率