OLED和QD-LCD技術(shù)的顯示質(zhì)量與視疲勞影響

郭正陽，劉超屹，趙曉鶯，安 夏，潘長勇

（1.清華大學(xué) 未央書院，北京 100084；2.中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京 100007；3.清華大學(xué) 電子工程系，北京 100084）

0 引 言

近年來，顯示技術(shù)不斷發(fā)展，顯示終端產(chǎn)品常用的顯示技術(shù)包括激光顯示技術(shù)、有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示技術(shù)、量子點(diǎn)液晶（Quantum Dot Liquid Crystal Display，QD-LCD）顯示技術(shù)等[1]。其中，OLED具有結(jié)構(gòu)簡單輕薄、柔性可彎曲、對比度高及色彩豐富等優(yōu)勢，在顯示終端產(chǎn)品的應(yīng)用日益增多[2]。QD-LCD顯示技術(shù)可有效提升普通液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）的色域，且具有成本低、色度純等優(yōu)點(diǎn)[3]。

視疲勞是一種與眼部、身體健康及心理狀態(tài)均相關(guān)的綜合性病癥[4]，具體表現(xiàn)為在用眼后出現(xiàn)不耐久視、眼部干澀、發(fā)癢、脹痛或頭痛頭暈等癥狀[5]。造成這些視覺不適癥狀產(chǎn)生的因素包括：眼睛距屏幕的距離，閱讀時(shí)眼睛的角度、用眼頻率與用眼時(shí)間，顯示設(shè)備的顯示指標(biāo)（如藍(lán)光、偏振光、頻閃、亮度、眩光與立體顯示等）等客觀因素；眼部因素、全身因素等主觀因素[6-7]。目前，視疲勞方面既有的研究主要關(guān)注不同工作場景、不同顯示屏及不同任務(wù)引發(fā)的視疲勞現(xiàn)象[8-9]。

本文針對OLED和QD-LCD兩種新型顯示技術(shù)，采用主客觀評價(jià)相結(jié)合的方式，對比了采用OLED技術(shù)和QD-LCD技術(shù)的顯示終端在不同觀看任務(wù)下的顯示質(zhì)量，并比對了二者對于視疲勞的影響。

1 研究方法

1.1 測試對象

本文實(shí)驗(yàn)選取采用OLED技術(shù)和QD-LCD技術(shù)的65英寸彩色電視機(jī)各一臺。主觀評價(jià)中，受試者共有41人，其年齡及視力情況分布如表1所示。其中，屈光檢查正常的，視為正常（裸眼視力1.2以上）；屈光低于600的，視為近視；屈光度高于600度的近視，視為高度近視。

表1 受試者情況分布

1.2 測試方法

1.2.1 顯示質(zhì)量測試方法

既有研究對顯示質(zhì)量的研究方法主要有光學(xué)性能測試法和主觀評價(jià)法兩類[10]。光學(xué)性能測試法即檢測顯示終端的亮度、對比度等指標(biāo)[11]。主觀評分法主要基于受試者調(diào)查與量表進(jìn)行測量。本實(shí)驗(yàn)采取兩類評估方法結(jié)合的研究方式[12]。

1.2.2 視疲勞評價(jià)方法

對視疲勞癥狀的評估方法可分為主觀評分法、主任務(wù)評分法和客觀測量法三類[13]。其中，主觀評分法主要基于受試者調(diào)查與量表進(jìn)行測量，主任務(wù)評分法通過分析受試者對簡單任務(wù)的完成情況判斷受試者的疲勞狀態(tài)[14]，客觀測量法通過測量受試者的生理指標(biāo)如瞳孔直徑、注視點(diǎn)總個(gè)數(shù)、分級視力等判斷受試者的疲勞狀態(tài)[15]。本實(shí)驗(yàn)綜合利用三類評估方法，對受試者觀看兩類顯示終端前后的視疲勞狀態(tài)進(jìn)行評估。

1.3 測試流程

本實(shí)驗(yàn)分為光學(xué)性能評測與主觀評價(jià)兩部分。其中，光學(xué)性能評測部分利用客觀指標(biāo)檢測顯示終端的顯示質(zhì)量，主觀評價(jià)部分通過招募受試者對顯示終端顯示質(zhì)量與觀看前后視疲勞程度進(jìn)行主觀評價(jià)，綜合反映顯示終端的顯示質(zhì)量及其對視疲勞癥狀的影響。

1.3.1 光學(xué)性能評測

實(shí)驗(yàn)針對OLED電視和QD-LCD電視，分別在開機(jī)默認(rèn)模式和生動模式下，利用CS2000色彩分光輻射亮度計(jì)測試了亮度、對比度、視角、色域覆蓋率以及藍(lán)光加權(quán)輻射亮度，具體測試方法參考《超高清電視測量方法》（T/UWA 001—2022）和《顯示系統(tǒng)視覺舒適度 第2-2部分：平板顯示-藍(lán)光測量方法》（SJ/T 11841.2.2—2022）。

1.3.2 主觀評價(jià)部分

主觀評價(jià)在暗室中進(jìn)行。暗室環(huán)境布局如圖1所示。觀看空間四面墻壁為黑色，懸掛黑色遮光布進(jìn)行空間分割。主觀測試具體測試流程如下。

圖1 暗室環(huán)境布局

（1）受試者填寫個(gè)人信息，包括性別、年齡等。

（2）使用視力表，測試受試者的左、右眼視力，將結(jié)果記錄在評價(jià)表中。

（3）針對樣品A（或B），受試者觀看視頻內(nèi)容持續(xù)10 min。

（4）受試者針對畫面顯示質(zhì)量打分。

（5）受試者繼續(xù)進(jìn)行游戲任務(wù)測試，時(shí)長10 min，記錄游戲輪次及錯誤次數(shù)。

（6）使用視力表測試受試者的左、右眼視力，將結(jié)果記錄在評價(jià)表中。

（7）受試者針對觀看舒適度打分。

（8）受試者休息90 min。

（9）更換觀看樣品，受試者重新進(jìn)行步驟（2）至步驟（7）的測試。

2 測試數(shù)據(jù)

2.1 待測顯示終端的光學(xué)參數(shù)

待測的OLED、QD-LCD顯示終端的亮度、對比度、色域覆蓋率、亮度視角及色度視角共5項(xiàng)光學(xué)參數(shù)如表2所示。

表2 OLED與QD-LCD顯示終端的光學(xué)參數(shù)

2.2 顯示終端畫質(zhì)主觀評價(jià)數(shù)據(jù)

41位受試者對OLED和QD-LCD兩種顯示終端畫質(zhì)指標(biāo)的主觀評分?jǐn)?shù)據(jù)如圖2所示。圖2為畫面清晰度、亮度、色彩真實(shí)度、細(xì)節(jié)表現(xiàn)力、游戲畫面舒適性與運(yùn)動流暢性6個(gè)畫質(zhì)指標(biāo)的主觀評分?jǐn)?shù)據(jù)對比。其中，主觀評價(jià)得分“1”對應(yīng)“不好”，“2”對應(yīng)“不太理想”，“3”對應(yīng)“尚可”，“4”對應(yīng)“較好”，“5”對應(yīng)“好”。

圖2 暗室實(shí)景照片

2.3 顯示終端視覺舒適度度主觀評價(jià)數(shù)據(jù)

41位被試對OLED和QD-LCD兩種顯示終端視覺舒適度指標(biāo)的主觀評分?jǐn)?shù)據(jù)如圖3所示，分別為眼疲勞感、眼部刺激感、眼干燥、模糊、頭暈、頭疼、肩頸不適7個(gè)畫質(zhì)指標(biāo)的主觀評分?jǐn)?shù)據(jù)。其中，主觀評價(jià)得分“1”對應(yīng)“沒有疲勞感受”，“2”對應(yīng)“疲勞感不明顯”，“3”對應(yīng)“疲勞感尚可”，“4”對應(yīng)“疲勞感較明顯”，“5”對應(yīng)“疲勞感明顯”。

圖3 OLED與QD-LCD畫質(zhì)主觀評分結(jié)果對比

圖4 OLED與QD-LCD電視視覺舒適度主觀評分結(jié)果對比

3 數(shù)據(jù)分析

為分析各組測試結(jié)果，本文采用P值表征兩種顯示技術(shù)在各對比指標(biāo)上各被試主觀評價(jià)差異的顯著性。取95%顯著性水平，當(dāng)兩組數(shù)據(jù)P值小于0.05時(shí)，認(rèn)為兩組數(shù)據(jù)差異顯著。分析各組數(shù)據(jù)時(shí)，采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，記其中Si為某一測試指標(biāo)第i個(gè)樣本A組與B組的差值的正負(fù)性，Ri為這一差值的絕對值在該測試指標(biāo)各數(shù)據(jù)差值絕對值中的秩，n0為待統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)。則P值為據(jù)此可判定兩組主觀評價(jià)數(shù)據(jù)差異是否顯著，分析結(jié)果如下。

3.1 OLED與QD-LCD數(shù)據(jù)分析

3.1.1 OLED與QD-LCD電視畫質(zhì)主觀評價(jià)數(shù)據(jù)分析

不同受試者對畫面清晰度、亮度、色彩真實(shí)度、細(xì)節(jié)表現(xiàn)力、游戲畫面舒適性、運(yùn)動流暢性等6個(gè)指標(biāo)的主觀評價(jià)結(jié)果如表3所示。由數(shù)據(jù)可知，在測試的6個(gè)與畫質(zhì)相關(guān)的主觀評價(jià)指標(biāo)上，受試者對OLED和QD-LCD的主觀評分均沒有顯著差別。

表3 畫質(zhì)相關(guān)指標(biāo)分析結(jié)果

3.1.2 OLED與QD-LCD電視視覺舒適度主觀評價(jià)數(shù)據(jù)分析

不同受試者對眼疲勞感、眼部刺激感、眼干燥、模糊、頭暈、頭疼、肩頸不適等7個(gè)指標(biāo)的主觀評價(jià)結(jié)果如表4所示。由數(shù)據(jù)可知，在測試的7個(gè)與視覺舒適度相關(guān)的主觀評價(jià)指標(biāo)上，受試者對OLED和QD-LCD的主觀評分均沒有顯著差別。

表4 視覺舒適度相關(guān)指標(biāo)分析結(jié)果

3.2 OLED和QD-LCD各指標(biāo)對不同人群主觀評價(jià)數(shù)據(jù)分析

3.2.1 不同年齡群體對OLED和QD-LCD電視的主觀評價(jià)數(shù)據(jù)分析

依據(jù)待測群體的年齡分布，將19～29歲實(shí)驗(yàn)對象設(shè)為青年組，將大于等于30歲的實(shí)驗(yàn)對象設(shè)為中老年組，對比研究兩個(gè)群體對于畫面質(zhì)量和視覺舒適度主觀評分的差異。

不同組別的受試者對畫面清晰度、亮度、色彩真實(shí)度、細(xì)節(jié)表現(xiàn)力、游戲畫面舒適性、運(yùn)動流暢性等6個(gè)畫質(zhì)指標(biāo)的主觀評價(jià)分析結(jié)果如表5所示，對眼疲勞感、眼部刺激感、眼干燥、模糊、頭暈、頭疼、肩頸不適等7個(gè)視覺舒適度指標(biāo)的主觀評價(jià)分析結(jié)果如表6所示。由數(shù)據(jù)可知，在測試的6個(gè)與畫質(zhì)相關(guān)的主觀評價(jià)指標(biāo)上，青年組對觀看QD-LCD電視后的眼疲勞感的主觀評價(jià)分值高于OLED電視，其余組測試結(jié)果無顯著差異。

表5 不同年齡群體對畫質(zhì)相關(guān)指標(biāo)的主觀評價(jià)分析結(jié)果

表6 不同年齡群體對視覺舒適度指標(biāo)主觀評價(jià)分析結(jié)果

3.2.2 不同視力水平群體對OLED和QD-LCD電視的主觀評價(jià)數(shù)據(jù)分析

依據(jù)待測群體的視力水平分布，將雙眼測試前視力大于等于1.0的群體設(shè)為視力正常群體，將測試前至少一只眼睛視力小于1.0的群體設(shè)為近視群體，對比研究兩個(gè)群體對于畫面質(zhì)量和視覺舒適度主觀評分的差異。

不同組別的被試對畫面清晰度、亮度、色彩真實(shí)度、細(xì)節(jié)表現(xiàn)力、游戲畫面舒適性、運(yùn)動流暢性等6個(gè)畫質(zhì)指標(biāo)的主觀評價(jià)分析結(jié)果如表7所示，對眼疲勞感、眼部刺激感、眼干燥、模糊、頭暈、頭疼、肩頸不適等7個(gè)視覺舒適度指標(biāo)的主觀評價(jià)分析結(jié)果如表8所示。由數(shù)據(jù)可知，在測試的6個(gè)與畫質(zhì)相關(guān)的主觀評價(jià)指標(biāo)上，近視組對觀看QD-LCD電視后的眼疲勞感的主觀評價(jià)分值高于OLED電視，其余組測試結(jié)果無顯著差異。

表7 不同視力水平群體對畫質(zhì)指標(biāo)的主觀評價(jià)分析結(jié)果

表8 不同視力水平群體對視覺舒適度指標(biāo)主觀評價(jià)分析結(jié)果

4 結(jié) 語

近年來，顯示技術(shù)不斷升級，OLED顯示技術(shù)和QD-LCD顯示技術(shù)作為市面上已推出大量產(chǎn)品的兩種新興顯示技術(shù)，其對視疲勞的影響有待探究。為了研究OLED顯示屏和傳統(tǒng)的QD-LCD顯示屏在畫面質(zhì)量和視覺舒適度方面的差異，本文對兩種待測顯示屏開展測試。測試的顯示屏的客觀測試指標(biāo)均滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是待測顯示屏的絕大多數(shù)指標(biāo)差異并不顯著。可以預(yù)測的是，不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的顯示屏性能存在差異，畫質(zhì)和視覺舒適度的相關(guān)指標(biāo)可能與樣品有所差異；而OLED及相關(guān)顯示技術(shù)也在持續(xù)發(fā)展，隨著顯示技術(shù)的迭代，顯示屏的各項(xiàng)指標(biāo)也可能發(fā)生變化。項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)研究不同個(gè)體主觀評分差異的來源以及不同廠家生產(chǎn)的屏幕的各項(xiàng)指標(biāo)差異，并跟進(jìn)最新顯示技術(shù)，持續(xù)跟蹤研究兩種顯示屏在畫質(zhì)與視覺舒適度方面的主觀評分差異。