OLED和QD-LCD技術的顯示質量與視疲勞影響

郭正陽，劉超屹，趙曉鶯，安 夏，潘長勇

（1.清華大學 未央書院，北京 100084；2.中國電子技術標準化研究院，北京 100007；3.清華大學 電子工程系，北京 100084）

0 引 言

近年來，顯示技術不斷發展，顯示終端產品常用的顯示技術包括激光顯示技術、有機發光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示技術、量子點液晶（Quantum Dot Liquid Crystal Display，QD-LCD）顯示技術等[1]。其中，OLED具有結構簡單輕薄、柔性可彎曲、對比度高及色彩豐富等優勢，在顯示終端產品的應用日益增多[2]。QD-LCD顯示技術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、色度純等優點[3]。

視疲勞是一種與眼部、身體健康及心理狀態均相關的綜合性病癥[4]，具體表現為在用眼后出現不耐久視、眼部干澀、發癢、脹痛或頭痛頭暈等癥狀[5]。造成這些視覺不適癥狀產生的因素包括：眼睛距屏幕的距離，閱讀時眼睛的角度、用眼頻率與用眼時間，顯示設備的顯示指標（如藍光、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注不同工作場景、不同顯示屏及不同任務引發的視疲勞現象[8-9]。

本文針對OLED和QD-LCD兩種新型顯示技術，采用主客觀評價相結合的方式，對比了采用OLED技術和QD-LCD技術的顯示終端在不同觀看任務下的顯示質量，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

本文實驗選取采用OLED技術和QD-LCD技術的65英寸彩色電視機各一臺。主觀評價中，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 顯示質量測試方法

既有研究對顯示質量的研究方法主要有光學性能測試法和主觀評價法兩類[10]。光學性能測試法即檢測顯示終端的亮度、對比度等指標[11]。主觀評分法主要基于受試者調查與量表進行測量。本實驗采取兩類評估方法結合的研究方式[12]。

1.2.2 視疲勞評價方法

對視疲勞癥狀的評估方法可分為主觀評分法、主任務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查與量表進行測量，主任務評分法通過分析受試者對簡單任務的完成情況判斷受試者的疲勞狀態[14]，客觀測量法通過測量受試者的生理指標如瞳孔直徑、注視點總個數、分級視力等判斷受試者的疲勞狀態[15]。本實驗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進行評估。

1.3 測試流程

本實驗分為光學性能評測與主觀評價兩部分。其中，光學性能評測部分利用客觀指標檢測顯示終端的顯示質量，主觀評價部分通過招募受試者對顯示終端顯示質量與觀看前后視疲勞程度進行主觀評價，綜合反映顯示終端的顯示質量及其對視疲勞癥狀的影響。

1.3.1 光學性能評測

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

1.3.2 主觀評價部分

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

圖1 暗室環境布局

（1）受試者填寫個人信息，包括性別、年齡等。

（2）使用視力表，測試受試者的左、右眼視力，將結果記錄在評價表中。

（3）針對樣品A（或B），受試者觀看視頻內容持續10 min。

（4）受試者針對畫面顯示質量打分。

（5）受試者繼續進行游戲任務測試，時長10 min，記錄游戲輪次及錯誤次數。

（6）使用視力表測試受試者的左、右眼視力，將結果記錄在評價表中。

（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，受試者重新進行步驟（2）至步驟（7）的測試。

2 測試數據

2.1 待測顯示終端的光學參數

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項光學參數如表2所示。

表2 OLED與QD-LCD顯示終端的光學參數

2.2 顯示終端畫質主觀評價數據

41位受試者對OLED和QD-LCD兩種顯示終端畫質指標的主觀評分數據如圖2所示。圖2為畫面清晰度、亮度、色彩真實度、細節表現力、游戲畫面舒適性與運動流暢性6個畫質指標的主觀評分數據對比。其中，主觀評價得分“1”對應“不好”，“2”對應“不太理想”，“3”對應“尚可”，“4”對應“較好”，“5”對應“好”。

圖2 暗室實景照片

2.3 顯示終端視覺舒適度度主觀評價數據

41位被試對OLED和QD-LCD兩種顯示終端視覺舒適度指標的主觀評分數據如圖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個畫質指標的主觀評分數據。其中，主觀評價得分“1”對應“沒有疲勞感受”，“2”對應“疲勞感不明顯”，“3”對應“疲勞感尚可”，“4”對應“疲勞感較明顯”，“5”對應“疲勞感明顯”。

圖3 OLED與QD-LCD畫質主觀評分結果對比

圖4 OLED與QD-LCD電視視覺舒適度主觀評分結果對比

3 數據分析

為分析各組測試結果，本文采用P值表征兩種顯示技術在各對比指標上各被試主觀評價差異的顯著性。取95%顯著性水平，當兩組數據P值小于0.05時，認為兩組數據差異顯著。分析各組數據時，采用Wilcoxon秩和檢驗，記其中Si為某一測試指標第i個樣本A組與B組的差值的正負性，Ri為這一差值的絕對值在該測試指標各數據差值絕對值中的秩，n0為待統計樣本數。則P值為據此可判定兩組主觀評價數據差異是否顯著，分析結果如下。

3.1 OLED與QD-LCD數據分析

3.1.1 OLED與QD-LCD電視畫質主觀評價數據分析

不同受試者對畫面清晰度、亮度、色彩真實度、細節表現力、游戲畫面舒適性、運動流暢性等6個指標的主觀評價結果如表3所示。由數據可知，在測試的6個與畫質相關的主觀評價指標上，受試者對OLED和QD-LCD的主觀評分均沒有顯著差別。

表3 畫質相關指標分析結果

3.1.2 OLED與QD-LCD電視視覺舒適度主觀評價數據分析

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個指標的主觀評價結果如表4所示。由數據可知，在測試的7個與視覺舒適度相關的主觀評價指標上，受試者對OLED和QD-LCD的主觀評分均沒有顯著差別。

表4 視覺舒適度相關指標分析結果

3.2 OLED和QD-LCD各指標對不同人群主觀評價數據分析

3.2.1 不同年齡群體對OLED和QD-LCD電視的主觀評價數據分析

依據待測群體的年齡分布，將19～29歲實驗對象設為青年組，將大于等于30歲的實驗對象設為中老年組，對比研究兩個群體對于畫面質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、色彩真實度、細節表現力、游戲畫面舒適性、運動流暢性等6個畫質指標的主觀評價分析結果如表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個視覺舒適度指標的主觀評價分析結果如表6所示。由數據可知，在測試的6個與畫質相關的主觀評價指標上，青年組對觀看QD-LCD電視后的眼疲勞感的主觀評價分值高于OLED電視，其余組測試結果無顯著差異。

表5 不同年齡群體對畫質相關指標的主觀評價分析結果

表6 不同年齡群體對視覺舒適度指標主觀評價分析結果

3.2.2 不同視力水平群體對OLED和QD-LCD電視的主觀評價數據分析

依據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的群體設為近視群體，對比研究兩個群體對于畫面質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、色彩真實度、細節表現力、游戲畫面舒適性、運動流暢性等6個畫質指標的主觀評價分析結果如表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個視覺舒適度指標的主觀評價分析結果如表8所示。由數據可知，在測試的6個與畫質相關的主觀評價指標上，近視組對觀看QD-LCD電視后的眼疲勞感的主觀評價分值高于OLED電視，其余組測試結果無顯著差異。

表7 不同視力水平群體對畫質指標的主觀評價分析結果

表8 不同視力水平群體對視覺舒適度指標主觀評價分析結果

4 結 語

近年來，顯示技術不斷升級，OLED顯示技術和QD-LCD顯示技術作為市面上已推出大量產品的兩種新興顯示技術，其對視疲勞的影響有待探究。為了研究OLED顯示屏和傳統的QD-LCD顯示屏在畫面質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均滿足技術標準的要求，但是待測顯示屏的絕大多數指標差異并不顯著。可以預測的是，不同生產廠家生產的顯示屏性能存在差異，畫質和視覺舒適度的相關指標可能與樣品有所差異；而OLED及相關顯示技術也在持續發展，隨著顯示技術的迭代，顯示屏的各項指標也可能發生變化。項目研究團隊將繼續研究不同個體主觀評分差異的來源以及不同廠家生產的屏幕的各項指標差異，并跟進最新顯示技術，持續跟蹤研究兩種顯示屏在畫質與視覺舒適度方面的主觀評分差異。