[討論] 關於閃爍的兩三事

[parislove3 (艾草糖)]

最近許多人會注意到螢幕閃爍的問題，擔心、未知、誤解都是常有的事

這邊簡單介紹光源與閃爍間的關係，多一分了解少一分心慌

下面是原理，懶得看的人可以拉到最後面的 Q&A，以及相關參考資料


● 日光燈 (螢光燈) 的閃爍

一般常見的 T5/T8 燈管、省電燈泡，都屬於螢光燈
原理簡單來說：

透過放電刺激汞蒸氣 → 放出紫外光 → 刺激螢光塗層 → 發光

螢光燈是一個閃爍燈源，主要受到驅動電壓的頻率影響
在台灣，常見燈具的有兩種形式：傳統燈具 & 電子式燈具

「傳統燈具」，主要是指電感式鎮流器+小氖氣啟動器
一般最常看到的就屬 T8 燈具
https://i.imgbox.com/FFEsXWby.jpg

受到 60Hz 交流電影響，一秒閃爍 120 次
敏感的人會覺得這種燈感覺不太穩定，在壽命末期時會有明顯閃爍


另一個則是「電子式燈具」，如常見的 T5、省電燈泡
https://i.imgbox.com/YnJJrCpA.jpg
https://i.imgbox.com/XIqe10l1.png

改用電子式安定器，透過高頻電路將驅動電壓提升至 40kHz 以上
基本上人眼完全感覺不出閃爍


● LED 的閃爍問題

LED 的閃爍，則要分兩個層面來看

1. 電路設計所造成的頻閃
一般所講的 LED 燈泡/燈管的頻閃，這是主要成因

LED 靠 DC 電流運作，因此必須進行 AC → DC 轉換
轉換電路架構有兩種：「單級」、「兩級」
https://i.imgbox.com/e5BSryhA.png

「單級架構」，只做一次 AC → DC 轉換，線路簡單且成本較低
但無法抑制直流電漣波，同時 LED 的順向偏壓與電流成指數關係
些微的電壓變化就會影響電流、光度，造成嚴重的頻閃

「兩級架構」，則是設計一個濾波電路，將帶漣波的直流電再度轉換
來達到抑制頻閃的效果


2. 調光所造成的頻閃
LCD/LED 背光顯示器、手機/平板螢幕，為了能夠調整亮度
所引入的調光技術是造成頻閃的主因

目前主流的調光方式，根據電流波型不同有兩種：PWM Dimming、Analog Dimming

PWM Dimming (脈衝寬度調光)
https://i.imgbox.com/j7l7ARgx.jpg
簡單來說，藉由直接控制 LED 的開(亮)/關(滅)，以極快的閃爍
來達到調整亮度的效果

Analog Dimming (類比調光)
https://i.imgbox.com/CUR672wz.jpg
這是透過改變電流準位的大小，調整對 LED 的電流值，直接改變 LED 本身的亮度

PWM Dimming 的電路設計相對簡單，但容易造成頻閃
Analog Dimming 則相反，雖然效果好但設計上較為複雜
易有色偏與線性度差的問題



● Q&A

Q. 閃爍對人眼有影響嗎？

A. 美國能源局所公佈的頻閃說明 (U.S Department of Energy 2013)
   https://goo.gl/ZnUPwX

   低頻閃爍可能觸發癲癇，容易導致頭痛、疲勞、視力模糊、視力減弱
   對於孩童、自閉症患者、偏頭痛患者、癲癇患者等特定族群，頻閃易有負面影響
   由於頻閃肉眼不易察覺，一般人會忽略頻閃是一些不適感的主因
   https://i.imgbox.com/04LJKWAW.png

Q. 日光燈的閃爍，跟螢幕 PWM 頻閃是不是一樣？

A. 螢光燈、CCFL冷陰極管有所謂的餘暉效應，受到電壓變化所產生的閃爍反應較慢
   而 LED 為半導體，開關明滅的速度極快，因此相對於螢光燈
   LED 頻閃的不適感相對大很多
   https://i.imgbox.com/wddU080t.jpg

   而照明若使用高頻點燈的電子式燈具，則可以完全忽略其影響

Q. PWM Dimming 一定有害嗎？

A. PWM Dimming 的影響來自於低頻閃爍，目前已有廠商使用高頻電路
   根據設計不同從 1k~10kHz 不等，對於敏感族群有一定幫助

   每個人對閃爍程度的忍受性不一，敏感、特定族群的人容易察覺到閃爍
   一般人可能無感，也可能容易眼睛酸澀，有的人觀看 Analog Dimming 的螢幕時
   會有明顯改善



● 參考資料
SSL Flicker Fundamentals and Why We Care. U.S Department of Energy.
Electronic document
Michael Poplawski and Naomi Miller, 2014
美國能源局固態照明訓練講座「認識LED頻閃及為何應重視此議題」
https://goo.gl/p7CBoF

Solid-State Lighting Technology Fact Sheet. Electronic document
U.S Department of Energy, 2013
美國能源局「LED頻閃說明」
https://goo.gl/ZnUPwX

Studies Published on Minimizing Flicker from SSL Systems; ASSIST to Release
Related Recommendation. Electronic document
Rebekah Mullaney, 2011
https://goo.gl/cFBzfj

終結隱形殺手！正視LED照明頻閃問題 - LEDinside
http://www.ledinside.com.tw/knowledge/20141219-30517.html

LED背光控制器调光方式探讨
http://www.cnledw.com/tech/detail-37974.htm

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※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/MobileComm/M.1503401176.A.BCD.html
推 CHTWifiHinet: 我相信低頻閃會不舒服 我用S7有時候會覺得很累 M7
→ CHTWifiHinet: 沒有過這種感覺
→ CHTWifiHinet: 所以會不舒服還是盡量避開跟少看螢幕八
推 samitsai    : 無感
→ samitsai    : 拿過蝴蝶s i5s zf3d 筆電會閃屏 外接螢幕不會 都無
→ samitsai    : 感
推 MBAR        : 我也無感xD
推 appleonatree: 推整理 不過***粉粉們會來噓
→ MBAR        : 可能我用手機時間不多吧
推 NetsFan     : 反正就兩種人，一個覺得無感，一個覺得有感。但既然
→ NetsFan     : 有人有感覺就是代表有一定程度影響。
是的，影響一定有，但程度因人而異
推 asdw555016  : 無感
→ NetsFan     : 至少解釋了跟日光燈的特性不一樣，推
因為常看到推文戰起來，會有人拿日光燈來講
想說闢謠一下
推 kissa0924307: 您PWM系？
推 aa8351489   : 用了這麼多手機 我實在是無感  但真的不要太常用手
→ aa8351489   : 機比較好  眼睛要顧
適度休息是根本之道
推 samitsai    : 我反而覺得日光燈有時候閃得我心好累
傳統燈具找時間換掉吧
推 tom282f3    : Analog台灣翻成類比 模擬應該是大陸翻譯
推 tom282f3    : 60Hz應該是一秒閃爍120次
謝指證，有些詞直接搬過來忘記修正
→ sam613      : 受過爛CRT摧殘的,PWM什麼的都無感了
20歲以上的人應該都看過 CRT 電視或螢幕
→ DiChik      : PWM無感路過
→ Gatti       : T5燈具壞掉的時候一樣會一直閃
→ Gatti       : 我對電路設計造成的閃爍很敏感
→ Gatti       : 非LED背光時期的LCD老化了也會看到閃爍
→ Gatti       : 倒是用PWM調光的hp筆電沒有感覺到閃爍
→ shankstrf   : 就跟當初三星當初用RGBG一樣啊，一堆人為了反對而
→ shankstrf   : 反對說那個字有毛邊，結果電腦上面的ClearType更毛
→ shankstrf   : 邊他們卻不在意
別離題囉
推 tom282f3    : Cleartype有更毛邊嗎
→ Gatti       : 八樓h粉不就開始操作品牌對立了XD
→ tom282f3    : 拿Cleartype跟RGBG類比不對吧 一個是軟體 一個是硬
→ tom282f3    : 體 我PC上可以用Mactype補 RGBG你有修正的方法嗎？
→ shankstrf   : 看不出我說的重點？還是又來找碴？
別吵架囉
推 avans       : 優質科普文，專業但又易懂的寫作! 多謝分享!
推 jimei2      : 我個人無感 不過有些同事有感 所以看個人體質
在學理上是所謂的"light sensitivity"，因人而異
推 tom282f3    : 你才來找碴吧 人家質疑你就答不出話了 崩潰嗎
→ tom282f3    : 重點在哪 類比錯誤算嗎？
→ shankstrf   : 谷歌一下cleartype毛邊就一堆，還那邊沒有？
推 peter120    : 推 優質文 比起直接狂噴AMOLED...這整理出來比較實
→ peter120    : 在 我是無感 所以大家各取所需吧
主要希望是以學理來討論，而不是廠牌互戰....
推 CHTWifiHinet: 這個跳針讚
→ shankstrf   : 這裡總是有幾個喜歡噴三星的PWM但無視藍光的人
推 tom282f3    : subpixel本來就這樣 比誰毛邊看不出來而已
→ tom282f3    : RGBG解析度高也看不出來啊 你嘴藍光然後忽略解析度?
→ CHTWifiHinet: 我記得oled的藍光比傳統LED少很多
→ tom282f3    : RGBG就先天硬體設計 毛邊比較容易看出來 怪我？
→ shankstrf   : 所以我上面不是說了很清楚，一堆人為了反對而反對
→ shankstrf   : cleartype看不出毛邊，RGBG一直說毛邊
→ shankstrf   : 神眼朱老九？
→ Gatti       : 那個帶頭戰pwm的一開始就說怕藍光才考慮amoled啊XD
推 imtifosi    : 對PWM無感
推 rogergon    : 應該是會影響，以前用S7e有一陣眼睛超痛的。
推 henrylin8086: 有reference給推
推 enixdqm3    : 我姊有青光眼,用OLED眼壓會明顯升高
青光眼本身要特別注意，3C別用太久了
推 hyghmax1202 : 你說噓就噓嗎？我偏要推！
→ suifong     : 結論就是有些人有感覺
→ oilmax      : NB , TV, AIO 也都是PWM調光了...
DC 調光只會在高階專業產品才會出現，其實高頻PWM是可以接受的程度
推 k09127855   : 推分析！
→ k09127855   : 請問原po目前市面上有analog dimming的手機嗎？
看了一些資料應該是沒有，有人知道的話可以補充說明
推 lusir5566   : 我看zf3zoom會頭痛
→ lusir5566   : 也是PWM的關係嗎
這要靠自己交叉測試了，隔空抓藥有難度
→ Batiashvili : 買之前不試用，買完才在懷疑找原因…眼睛不舒服就
→ Batiashvili : 換一台，連學理都不用看
畢竟在手機上不是個普遍被認知的問題
推 enixdqm3    : 會頭痛基本上眼壓都已經飆高了,很危險喔
推 brutus578   : ZF3ZOOM會頭痛的你不是第一個，我也會，後面才注意
→ brutus578   : 到可能是PWM的問題，換台非PWM的手機後，就沒事了
找到適合自己的東西最重要
推 pilitiger   : 專業給推
3Q
推 yohsiatai   : 內容基本正確詳實推推
推 Okabecaa    : 哇 小論文等級耶
推 eric525498  : 推
推 paul40807   : 內容正確 但是實際體驗還是個人自由心證
推 elle0001tw  :  謝謝分享！
推 Pictor      : 推，同樣低頻閃爍，日光燈和PWM的LED造成的影響不同
→ bkebke      : eizo 一樣有pwm
推 starwishsun : 請問要怎麼知到是不是，我用Asus me581cl也是一下子
→ starwishsun : 而已(不到十分鐘)就不舒服
推 qscgy4      : 個人認為會照成不舒服的原因跟pwm幾乎沒有關係，跟
→ qscgy4      : 螢幕的硬體更新頻率有關。因為螢幕i/o數量過大，沒
→ qscgy4      : 辦法單獨控制每個led，需要逐行顯示或是區塊顯示，
→ qscgy4      : 關鍵是顯示一次完整螢幕所需的時間，這個時間越長螢
→ qscgy4      : 幕閃爍的感覺就越嚴重。這個現象可以在用攝影機拍攝
→ qscgy4      : 螢幕時觀察到，只要錄影頻率跟螢幕更新頻率耦合就能
→ qscgy4      : 觀察到。
以往冷陰極管(CRT)是以電子槍做逐行掃描，因此有更新率的問題
液晶螢幕就沒這問題了，或是該說影響不大
→ Batiashvili : To starwishsun: 你不用知道是不是pwm，一旦有一款
→ Batiashvili : 螢幕讓你眼睛不舒服，你就該去換一款讓你眼睛比較
→ Batiashvili : 舒服的手機。去找可以試用的場所，連續滑個半小時
→ Batiashvili : ，再依感覺決定要不要買。因為照原po說法，目前所
→ Batiashvili : 有手機螢幕都是pwm調光，而且pwm並不是唯一影響眼
→ Batiashvili : 睛舒適度的因素，所以先試用再買會比你買了才在後
→ Batiashvili : 悔好
推 MBAR        : 教主才不會來回這篇XD
→ Behave      : 這裡也總是有一堆注重藍光但剛好無視品牌PWM的人XD
推 PSZ520      : shankstrf: 這裡總是有幾個喜歡噴三星的PWM但無視藍
→ PSZ520      : 光的人
→ PSZ520      : 藍光可以用app 濾掉，PWM 你怎麼除掉？
※ 編輯: parislove3 (1.174.152.59), 12/15/2017 17:36:39
推 APC         : 高頻 PWM是最後防線