以发光二极管为背光源的平板显示对人体非视觉的影响_宋丽妍
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２ 实验设计
由 于 显 示 器 显 示 的 图 像 是 动 态 的 、不 断 变 化 的 ， 因此进入到人眼的 光 的 照 度、色 温 等 参 数 也 是 动 态 的 ，这 样 就 使 实 验 设 计 变 得 较 为 复 杂 ．首 先 需 测 量 显 示 器 在 显 示 不 同 单 色 （红 、蓝 、绿 三 原 色 等 ）以 及 不 同 灰度等级图片时的 相 对 光 谱 功 率 分 布，根 据 节 律 因 子的公式计算其非 视 觉 效 应 并 进 行 比 较．为 了 与 日 常 生 活 更 加 接 近 ，本 文 从 国 际 标 准 视 频 （该 视 频 中 包 含 了 各 国 电 视 节 目 画 面 ，使 得 实 验 结 果 具 有 普 遍 性 ） 中截取出若干彩色 图 片，测 量 并 计 算 出 显 示 器 在 显 示彩色图片时的节 律 因 子，最 后 对 实 验 结 果 进 行 分 析与讨论．
发光二极管为背光源的平板显示器在显示白场和大部分彩色图 像 时 的 节 律 因 子 为 ５．０ 以 上，其 非 视 觉 效 应 比 普 通 照 明 要 强 得 多 ，且 与 显 示 的 图 像 内 容 密 切 相 关 ；该 平 板 显 示 器 的 光 学 辐 射 对 人 体 生
理节律等非视觉具有不可忽视的影响． 关 键 词 ：以 发 光 二 极 管 为 背 光 源 的 平 板 显 示 ；非 视 觉 效 应 ；量 化 ；节 律 因 子
本文基于欧盟提出的光源节律因子 评 ［１３－１４］ 价模 型，采 用 全 空 间 平 均 辐 射 法，实 现 以 ＬＥＤ 为 背 光 源 的平板显示器非视觉效应的量化评价．相比于 Ｒｅａ的 昼 夜 刺 激 模 型［１２］，本 模 型 仅 涉 及 光 源 的 光 谱 分 布 ，而 显示器在显示某一画面时其光谱分布是固定的，因此 本模型可以建立显示器的视觉效应与非视觉效应之 间的快速 、简 单 转 换 关 系 ，并 具 有 普 遍 性 ．研 究 发 现 ， 以 ＬＥＤ 为背光源的平板显示器在显示不同图片时， 其非视觉效应表现出明显的不同，且远远强于普通照 明光源．可以采用以 ＬＥＤ 为背光源的平板显示器在 白场下的节律因子来表征其潜在的非视觉效应，从而 评价不同平板显示器非视觉效应的强弱．
第 ４２ 卷 第 ７ 期 ２０１３ 年 ７ 月
wenku.baidu.com
ＡＣＴＡ Ｐ光Ｈ Ｏ子ＴＯ Ｎ学ＩＣ Ａ报 ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．４２ Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ ２０１３
ｄｏｉ：１０．３７８８／ｇｚｘｂ２０１３４２０７．０７６８
以发光二极管为背光源的平板显示对人体 非视觉的影响
宋 丽 妍１，李 俊 凯２，牟 同 升１
基 金 项 目 ：国 家 创 新 基 金 （Ｎｏ．１０Ｃ２６２１３３０４１２１）资 助 第一作者：宋丽妍（１９８７－），女，硕士研究生，主要研究方向为 ＬＥＤ 检测技术．Ｅｍａｉｌ：２１０３００４７＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 导师（通讯作者）：牟同升（１９６３－），男，教授，硕士，主要研究方向为照明和显示 光 电 检 测 技 术 、光 度 测 量 标 准、光 生 物 安 全、光 与 辐 射 安 全 标 准 ．Ｅｍａｉｌ：ｔｓｍｏｕ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 收 稿 日 期 ：２０１３－０１－１０；录 用 日 期 ：２０１３－０３－２１
显示器件的光辐射对人体昼夜节律也存在很多 潜 在 的 影 响 ．常 用 的 平 板 显 示 器 件 中 ，以 发 光 二 极 管 （Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）为 背 光 源 的 平 板 显 示 器 已 经 在 家 庭 电 视 、电 脑 领 域 占 据 着 统 治 地 位 ．ＬＥＤ 光源的主波长通常 处 于 短 波 段，而 该 波 段 恰 好 是 褪 黑激素抑制的主导波段．因此研究以 ＬＥＤ 为背光源 的平板显示器对人体昼夜节律的影响具有非常重要 的实践意义．Ｆｉｇｕｅｉｒｏ等 利 ［１１］ 用 文 献 ［１２］提 出 的 昼 夜刺激模型估算了 某 些 台 式 显 示 器、笔 记 本 显 示 器 以及手机等显示器 的 褪 黑 激 素 抑 制 程 度，并 通 过 主 观实验发现夜间使用电脑确实会抑制人体褪黑激素 的分泌．
中 图 分 类 号 ：ＴＮ２７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００４－４２１３（２０１３）０７－０７６８－４
Ｎｏｎ－ｖｉｓｕａｌ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｏｎ Ｈｕｍａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｎｏｎ－ｖｉｓｕａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｏｎ ｈｕｍａｎ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｒｈｙｔｈｍｓ，ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒ．Ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｖｅｒａｇｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｏｔａｌ ｓｐａｃｅ， ｔｈｅ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｏｎ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ａｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ａｒｅ ａｌｌ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ ｉｎ ｔｈｅ
Ｃ／Ｐ＝
３８０ ７８０
＝
３８０ ７８０
Ｋｍ∫Ｐ（λ）Ｖ（λ）ｄλ ＫｍＰ′（λ）Ｖ（λ）Δλ
３８０
３８０
式中 Ｋｍ 为明视觉最大光谱光效函数（６８１ｌｍ／Ｗ）； Ｋｍ′为非视觉效应的最大 光 谱 光 效 函 数 （３ ６１６ｌｍ／ Ｗ）；Ｐ（λ）为 绝 对 光 谱 能 量 分 布，Ｐ′（λ）为 相 对 光 谱 能量分布，Ｐ（λ）＝αＰ′（λ），α 为 常 数；Ｖ（λ）为 明 视 觉 光谱光效函数；Ｃ（λ）为 基 于 人 体 褪 黑 激 素 的 抑 制 作 用的光谱生物响应 曲 线，用 来 表 征 人 体 对 与 不 同 光 谱所引起生物效应的强弱程度．
１ 实验原理
节律因子是基于视网膜感光神经节细胞光谱响
应的有效 辐 射 量 与 明 视 觉 光 谱 响 应 的 辐 射 量 的 比
值，表征 了 光 源 非 视 觉 效 应 的 强 弱［１３－１４］，表 达 式 为
（其中 Ｃ／Ｐ 为节律因子）
７８０
７８０
Ｋｍ′∫Ｐ（λ）Ｃ（λ）ｄλ Ｋｍ′Ｐ′（λ）Ｃ（λ）Δλ
７期
宋 丽 妍 ，等 ：以 发 光 二 极 管 为 背 光 源 的 平 板 显 示 对 人 体 非 视 觉 的 影 响
７６９
工作表现的影响等［３］，其中昼夜节律包括核心 体 温、 褪黑激素分泌、睡眠时间以及基因表达等［４］．研 究 已 经证明，昼夜节律的 紊 乱 可 能 会 导 致 人 体 细 胞 和 器 官 系 统 出 现 问 题 ，如 工 作 表 现 、睡 眠 质 量 差 或 出 现 消 化 问 题 ，同 时 增 加 患 癌 症 ，心 血 管 异 常 等 各 种 疾 病 的 风险［５－７］．而许多研 究 显 示 给 予 适 当 的 光 照，可 以 有 效 缓 解 某 些 疾 病 的 症 状 ，如 早 期 的 阿 尔 茨 海 默 病 、睡 眠 障 碍 等 ． ［８－９］
０ 引言
２００２年美国 Ｄａｖｉｄ Ｂｅｒｓｏｎ 等 发 现 了 人 眼 中 第 三种感光细胞．自 此，人 们 知 道 光 线 进 入 眼 睛，不 仅
会 产 生 视 觉 影 响 （看 到 物 体 的 明 暗 、颜 色 等 ），还 有 非 视 觉 效 应 ．眼 睛 对 光 的 传 递 包 括 两 个 通 路 ：视 觉 通 路 和非视觉通路［１－２］．人体非视觉通路的存在表 明 光 线 具有非视觉效应．例 如 光 对 人 体 昼 夜 节 律、警 觉 度、
实验装置如图１．本实验采用积分球 ４π 测 量 方 法 对 待 测 样 品 进 行 测 量 ．实 验 装 置 包 括 ：信 号 源 ——— 测试样品提供 测 试 图 片；积 分 球———使 放 入 其 中 的 测试样品均匀混光后进入探测装置．探测装置包括用 于测量相对光 谱 分 布 的 光 谱 仪 、传 输 光 信 号 的 光 纤 、 用于处理数据 的 计 算 机 ．在 开 始 测 量 测 试 样 品 之 前 ， 需使用 标 准 光 源 对 光 谱 仪 定 标．本 文 采 用 色 温 为 ２ ８５６Ｋ的 标 准 白 炽 灯 来 校 正 整 个 系 统 ．
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｗｈｉｔｅ ａｎｄ ｍａｊｏｒｉｔｙ ｏｆ ｃｏｌｏｒｆｕｌ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｓ ａｒｅ ａｂｏｖｅ ５．０，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｍｕｃｈ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄ ａｒｅ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｕｇｇｅｓｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｏｎ－ｖｉｓｕａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｎ ｈｕｍａｎ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｒｈｙｔｈｍｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ； Ｎｏｎ－ｖｉｓｕａｌ ｅｆｆｅｃｔ； Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ；Ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒ
（１ 浙江大学 光电信息工程学系，杭州 ３１００２７） （２ 杭州浙大三色仪器有限公司，杭州 ３１００２７）
摘 要：针对以发光二极管为背光源的平板显示对人体生理节律等非视觉的影响 ，采用节律因子评 价 模 型 设 计 了 实 验 系 统 ．通 过 全 空 间 平 均 辐 射 法 ，采 用 国 际 电 工 委 员 会 标 准 中 平 均 图 像 电 平 的 节 目 画面，测量显示不同图像时以发光二极管为背光源的平板显 示 器 光 辐 射 的 节 律 因 子 ．结 果 发 现：以
光照的视觉效应和非视觉效应主要涉及到光的 五 个 特 性 ：光 照 强 度 、光 谱 分 布 、时 间 点 、持 续 时 间 以 及 空 间 分 布 ．在 可 见 光 谱 范 围 内 ，非 视 觉 效 应 在 短 波 区域灵 敏 度 较 高，而 视 觉 系 统 则 对 黄 绿 光 更 加 敏 感 ． ［１０］
图 １ 平 板 显 示 节 律 因 子 测 量 系 统 Ｆｉｇ．１ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒ
ｆｏｒ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ
实验共选取市面上常见的四种平板显示器作为 样品（背光源均为白光 ＬＥＤ）．首先 测 量 并 计 算 平 板 显 示 器 在 显 示 单 色 （红 、蓝 、绿 等 ）以 及 不 同 灰 度 等 级 图 片 时 的 节 律 因 子 ．实 验 系 统 搭 建 好 后 ，测 量 显 示 器 在 显 示 ８ 种 颜 色 的 单 色 图 片 （黑 、白 、红 、绿 、蓝 色 等 ） 以 及 １０ 个 灰 度 等 级 图 片 时 的 相 对 光 谱 功 率 分 布 ，其 中１０个 灰 度 等 级 分 别 为：０、３６、６６、７３、１０９、１２７、 １４６、１８２、２１９、２５５．
ＳＯＮＧ Ｌｉ－ｙａｎ１，ＬＩ Ｊｕｎ－ｋａｉ ２，ＭＯＵ Ｔｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ１
（１ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ） （２ ＳＥＮＳＩＮＧ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）
由 于 显 示 器 显 示 的 图 像 是 动 态 的 、不 断 变 化 的 ， 因此进入到人眼的 光 的 照 度、色 温 等 参 数 也 是 动 态 的 ，这 样 就 使 实 验 设 计 变 得 较 为 复 杂 ．首 先 需 测 量 显 示 器 在 显 示 不 同 单 色 （红 、蓝 、绿 三 原 色 等 ）以 及 不 同 灰度等级图片时的 相 对 光 谱 功 率 分 布，根 据 节 律 因 子的公式计算其非 视 觉 效 应 并 进 行 比 较．为 了 与 日 常 生 活 更 加 接 近 ，本 文 从 国 际 标 准 视 频 （该 视 频 中 包 含 了 各 国 电 视 节 目 画 面 ，使 得 实 验 结 果 具 有 普 遍 性 ） 中截取出若干彩色 图 片，测 量 并 计 算 出 显 示 器 在 显 示彩色图片时的节 律 因 子，最 后 对 实 验 结 果 进 行 分 析与讨论．
发光二极管为背光源的平板显示器在显示白场和大部分彩色图 像 时 的 节 律 因 子 为 ５．０ 以 上，其 非 视 觉 效 应 比 普 通 照 明 要 强 得 多 ，且 与 显 示 的 图 像 内 容 密 切 相 关 ；该 平 板 显 示 器 的 光 学 辐 射 对 人 体 生
理节律等非视觉具有不可忽视的影响． 关 键 词 ：以 发 光 二 极 管 为 背 光 源 的 平 板 显 示 ；非 视 觉 效 应 ；量 化 ；节 律 因 子
本文基于欧盟提出的光源节律因子 评 ［１３－１４］ 价模 型，采 用 全 空 间 平 均 辐 射 法，实 现 以 ＬＥＤ 为 背 光 源 的平板显示器非视觉效应的量化评价．相比于 Ｒｅａ的 昼 夜 刺 激 模 型［１２］，本 模 型 仅 涉 及 光 源 的 光 谱 分 布 ，而 显示器在显示某一画面时其光谱分布是固定的，因此 本模型可以建立显示器的视觉效应与非视觉效应之 间的快速 、简 单 转 换 关 系 ，并 具 有 普 遍 性 ．研 究 发 现 ， 以 ＬＥＤ 为背光源的平板显示器在显示不同图片时， 其非视觉效应表现出明显的不同，且远远强于普通照 明光源．可以采用以 ＬＥＤ 为背光源的平板显示器在 白场下的节律因子来表征其潜在的非视觉效应，从而 评价不同平板显示器非视觉效应的强弱．
第 ４２ 卷 第 ７ 期 ２０１３ 年 ７ 月
wenku.baidu.com
ＡＣＴＡ Ｐ光Ｈ Ｏ子ＴＯ Ｎ学ＩＣ Ａ报 ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．４２ Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ ２０１３
ｄｏｉ：１０．３７８８／ｇｚｘｂ２０１３４２０７．０７６８
以发光二极管为背光源的平板显示对人体 非视觉的影响
宋 丽 妍１，李 俊 凯２，牟 同 升１
基 金 项 目 ：国 家 创 新 基 金 （Ｎｏ．１０Ｃ２６２１３３０４１２１）资 助 第一作者：宋丽妍（１９８７－），女，硕士研究生，主要研究方向为 ＬＥＤ 检测技术．Ｅｍａｉｌ：２１０３００４７＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 导师（通讯作者）：牟同升（１９６３－），男，教授，硕士，主要研究方向为照明和显示 光 电 检 测 技 术 、光 度 测 量 标 准、光 生 物 安 全、光 与 辐 射 安 全 标 准 ．Ｅｍａｉｌ：ｔｓｍｏｕ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 收 稿 日 期 ：２０１３－０１－１０；录 用 日 期 ：２０１３－０３－２１
显示器件的光辐射对人体昼夜节律也存在很多 潜 在 的 影 响 ．常 用 的 平 板 显 示 器 件 中 ，以 发 光 二 极 管 （Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）为 背 光 源 的 平 板 显 示 器 已 经 在 家 庭 电 视 、电 脑 领 域 占 据 着 统 治 地 位 ．ＬＥＤ 光源的主波长通常 处 于 短 波 段，而 该 波 段 恰 好 是 褪 黑激素抑制的主导波段．因此研究以 ＬＥＤ 为背光源 的平板显示器对人体昼夜节律的影响具有非常重要 的实践意义．Ｆｉｇｕｅｉｒｏ等 利 ［１１］ 用 文 献 ［１２］提 出 的 昼 夜刺激模型估算了 某 些 台 式 显 示 器、笔 记 本 显 示 器 以及手机等显示器 的 褪 黑 激 素 抑 制 程 度，并 通 过 主 观实验发现夜间使用电脑确实会抑制人体褪黑激素 的分泌．
中 图 分 类 号 ：ＴＮ２７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００４－４２１３（２０１３）０７－０７６８－４
Ｎｏｎ－ｖｉｓｕａｌ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｏｎ Ｈｕｍａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｎｏｎ－ｖｉｓｕａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｏｎ ｈｕｍａｎ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｒｈｙｔｈｍｓ，ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒ．Ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｖｅｒａｇｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｏｔａｌ ｓｐａｃｅ， ｔｈｅ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｏｎ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ａｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ａｒｅ ａｌｌ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ ｉｎ ｔｈｅ
Ｃ／Ｐ＝
３８０ ７８０
＝
３８０ ７８０
Ｋｍ∫Ｐ（λ）Ｖ（λ）ｄλ ＫｍＰ′（λ）Ｖ（λ）Δλ
３８０
３８０
式中 Ｋｍ 为明视觉最大光谱光效函数（６８１ｌｍ／Ｗ）； Ｋｍ′为非视觉效应的最大 光 谱 光 效 函 数 （３ ６１６ｌｍ／ Ｗ）；Ｐ（λ）为 绝 对 光 谱 能 量 分 布，Ｐ′（λ）为 相 对 光 谱 能量分布，Ｐ（λ）＝αＰ′（λ），α 为 常 数；Ｖ（λ）为 明 视 觉 光谱光效函数；Ｃ（λ）为 基 于 人 体 褪 黑 激 素 的 抑 制 作 用的光谱生物响应 曲 线，用 来 表 征 人 体 对 与 不 同 光 谱所引起生物效应的强弱程度．
１ 实验原理
节律因子是基于视网膜感光神经节细胞光谱响
应的有效 辐 射 量 与 明 视 觉 光 谱 响 应 的 辐 射 量 的 比
值，表征 了 光 源 非 视 觉 效 应 的 强 弱［１３－１４］，表 达 式 为
（其中 Ｃ／Ｐ 为节律因子）
７８０
７８０
Ｋｍ′∫Ｐ（λ）Ｃ（λ）ｄλ Ｋｍ′Ｐ′（λ）Ｃ（λ）Δλ
７期
宋 丽 妍 ，等 ：以 发 光 二 极 管 为 背 光 源 的 平 板 显 示 对 人 体 非 视 觉 的 影 响
７６９
工作表现的影响等［３］，其中昼夜节律包括核心 体 温、 褪黑激素分泌、睡眠时间以及基因表达等［４］．研 究 已 经证明，昼夜节律的 紊 乱 可 能 会 导 致 人 体 细 胞 和 器 官 系 统 出 现 问 题 ，如 工 作 表 现 、睡 眠 质 量 差 或 出 现 消 化 问 题 ，同 时 增 加 患 癌 症 ，心 血 管 异 常 等 各 种 疾 病 的 风险［５－７］．而许多研 究 显 示 给 予 适 当 的 光 照，可 以 有 效 缓 解 某 些 疾 病 的 症 状 ，如 早 期 的 阿 尔 茨 海 默 病 、睡 眠 障 碍 等 ． ［８－９］
０ 引言
２００２年美国 Ｄａｖｉｄ Ｂｅｒｓｏｎ 等 发 现 了 人 眼 中 第 三种感光细胞．自 此，人 们 知 道 光 线 进 入 眼 睛，不 仅
会 产 生 视 觉 影 响 （看 到 物 体 的 明 暗 、颜 色 等 ），还 有 非 视 觉 效 应 ．眼 睛 对 光 的 传 递 包 括 两 个 通 路 ：视 觉 通 路 和非视觉通路［１－２］．人体非视觉通路的存在表 明 光 线 具有非视觉效应．例 如 光 对 人 体 昼 夜 节 律、警 觉 度、
实验装置如图１．本实验采用积分球 ４π 测 量 方 法 对 待 测 样 品 进 行 测 量 ．实 验 装 置 包 括 ：信 号 源 ——— 测试样品提供 测 试 图 片；积 分 球———使 放 入 其 中 的 测试样品均匀混光后进入探测装置．探测装置包括用 于测量相对光 谱 分 布 的 光 谱 仪 、传 输 光 信 号 的 光 纤 、 用于处理数据 的 计 算 机 ．在 开 始 测 量 测 试 样 品 之 前 ， 需使用 标 准 光 源 对 光 谱 仪 定 标．本 文 采 用 色 温 为 ２ ８５６Ｋ的 标 准 白 炽 灯 来 校 正 整 个 系 统 ．
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｗｈｉｔｅ ａｎｄ ｍａｊｏｒｉｔｙ ｏｆ ｃｏｌｏｒｆｕｌ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｓ ａｒｅ ａｂｏｖｅ ５．０，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｍｕｃｈ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄ ａｒｅ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｕｇｇｅｓｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｏｎ－ｖｉｓｕａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｎ ｈｕｍａｎ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｒｈｙｔｈｍｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ； Ｎｏｎ－ｖｉｓｕａｌ ｅｆｆｅｃｔ； Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ；Ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒ
（１ 浙江大学 光电信息工程学系，杭州 ３１００２７） （２ 杭州浙大三色仪器有限公司，杭州 ３１００２７）
摘 要：针对以发光二极管为背光源的平板显示对人体生理节律等非视觉的影响 ，采用节律因子评 价 模 型 设 计 了 实 验 系 统 ．通 过 全 空 间 平 均 辐 射 法 ，采 用 国 际 电 工 委 员 会 标 准 中 平 均 图 像 电 平 的 节 目 画面，测量显示不同图像时以发光二极管为背光源的平板显 示 器 光 辐 射 的 节 律 因 子 ．结 果 发 现：以
光照的视觉效应和非视觉效应主要涉及到光的 五 个 特 性 ：光 照 强 度 、光 谱 分 布 、时 间 点 、持 续 时 间 以 及 空 间 分 布 ．在 可 见 光 谱 范 围 内 ，非 视 觉 效 应 在 短 波 区域灵 敏 度 较 高，而 视 觉 系 统 则 对 黄 绿 光 更 加 敏 感 ． ［１０］
图 １ 平 板 显 示 节 律 因 子 测 量 系 统 Ｆｉｇ．１ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｆａｃｔｏｒ
ｆｏｒ ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ
实验共选取市面上常见的四种平板显示器作为 样品（背光源均为白光 ＬＥＤ）．首先 测 量 并 计 算 平 板 显 示 器 在 显 示 单 色 （红 、蓝 、绿 等 ）以 及 不 同 灰 度 等 级 图 片 时 的 节 律 因 子 ．实 验 系 统 搭 建 好 后 ，测 量 显 示 器 在 显 示 ８ 种 颜 色 的 单 色 图 片 （黑 、白 、红 、绿 、蓝 色 等 ） 以 及 １０ 个 灰 度 等 级 图 片 时 的 相 对 光 谱 功 率 分 布 ，其 中１０个 灰 度 等 级 分 别 为：０、３６、６６、７３、１０９、１２７、 １４６、１８２、２１９、２５５．
ＳＯＮＧ Ｌｉ－ｙａｎ１，ＬＩ Ｊｕｎ－ｋａｉ ２，ＭＯＵ Ｔｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ１
（１ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ） （２ ＳＥＮＳＩＮＧ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）