C8b126c24b4ce302fd3e60e976e92226 自從  LED  背光顯示面板問世之後,帶來輕薄以及省電之效,不過隨之而來的  PWM  調光造成眼睛不適的問題,以及白光  LED  的原罪--較高頻率的藍光強度較強。究竟真相為何,還是經過彩色濾光片就可調節,就來實際量測看看真相。

人眼中有 3 種主要負責感知色彩的錐狀細胞(Cone Cell),個別可感知不同波長的光,其中最敏感的波長大約分別是 565、535、420nm,加上主要感受亮度的桿狀細胞(Rod Cell),人眼就利用這 4 種細胞形成視覺。而目前顯示科技也根據此一原理,通常以紅、綠、藍 3 色光以一定比例組合模擬自然界的連續光,由於人眼運作原理的關係,我們會認為螢幕上的色彩與自然界的相似,可顯示許多種不同的色彩。

產生出 RGB 3 色的方式有很多種,以目前自體不發光,需要背光支援的液晶螢幕來說,可以使用螢光燈管和發光二極體 LED 這 2 種常見的光源,而近年來受惠於白光 LED 的研發和技術進步,LED 幾乎已完全取代螢光燈管成為液晶螢幕的主要背光來源。

白光 LED 的發光原理為產生藍光,再透過螢光粉將部份藍光轉為黃光,由於黃光部分可涵蓋到感受 565nm 和 535nm 的錐狀細胞,再加上原本的藍光,便可組合成白光。而螢光燈管的發光原理則為汞氣體放電在燈管內散發出紫外線,再交由塗布在管壁的螢光粉轉成可見光(色溫可由螢光粉比例調配)。這 2 種發光原理的特色,雖然人眼看起來都是白色的,但是實際上的光譜卻不同,螢光燈管以綠色光的強度最強,白光 LED 則是以藍光最強。


▲人眼中 3 種錐狀細胞對於不同波長光的反應,注意單一錐狀細胞並不是僅對單一波長有所反應,而是有個範圍區間。(圖片取自維基百科)

使用光譜儀讀取各波長強度

螢光燈管衰退通常是變黃,而白光 LED 通常是偏藍,更不用說以成本為導向的螢幕,一出場就會有色偏現象,此狀況在過去只是看起來比較黃而已,現在除了畫面比較藍之外,竟然有了比較傷眼的疑慮。傷眼疑慮有二,其一為 PWM(Pulse width modulation)背光控制,現在已經有不錯的解決方法,在此不贅述,讀者可以看看我們過去的文章。其二為藍光屬於高頻率的光,通常高頻率代表的就是高能量,長期下來可能會影響水晶體或是黃斑部。在此筆者不討論健康議題,只是單純的使用儀器測量出結果比較。

ColorMunki Design 是款光譜儀,主要是用來量測螢幕、紙張上的顏色進行色彩校正。與另 1 款黑色 ColorMunki Photo 不同之處在於內建軟體功能以及它不是黑色的,與市面上更常見到的 Datacolor Spyder 系列來比較,Spyder 無法分辨顏色,僅能透過濾光片瞭解光的強度,因此濾光片的設計好壞與否就是關鍵,而 Design 和 Photo 內部則是有著類似三菱鏡的分光系統,能夠量測不同頻率的光的強度。附帶說明,Design 和 Photo 內部都有紫外線濾鏡,無法量測加入螢光劑(增白劑)的紙張。

搭配 ArgyllCMS 量測和製圖

除了原廠搭配的程式之外,尚有第 3 方程式 ArgyllCMS 可供校正顏色,不過本次並不使用校正功能,而是使用內附的軟體讀取螢幕上的白色後,直接輸出圖片觀察。使用的軟體指令參數為 spotread -e -H -S,量測之前會先使用 ColorMunki Design 把螢幕調整至接近 6500K 色溫。


▲BenQ E2220HD 的光譜圖。(橫軸為波長,單位 nm,縱軸為強度,單位 mW/(m2.sr.nm),以下的圖亦然。)


▲Eizo FlexScan S2001W 的光譜圖。

首先來看一下目前筆者找得到碩果僅存,採用 CCFL 背光的液晶顯示器,BenQ E2220HD 為目前筆者自己使用的螢幕,Eizo FlexScan S2001W 為編輯部數年前購買的產品。圖中可以看到,2 台的峰值都落在綠色的位置,接著是紅色,再者藍色的強度雖然不高,不過從 430~500nm 都有訊號,加起來也能夠誘發藍色錐狀細胞的反應。量測的結果合乎原先假設,綠色的強度最高,如果大家有興趣的話,家中日光燈或是所謂的省電燈泡,光譜的量測結果大致上也符合此模式。


▲Dell U2312HM 的光譜圖。


▲Lenovo x230 IPS 面板的光譜圖。

想想白光 LED 的發光原理,就不難理解 LED 背光的液晶面板為何有此種光譜特性,白光 LED 主要以藍、黃光為主,黃光透過彩色濾光片再過濾出紅、綠光,因此我們可以看到峰值為藍光,接著是綠光、紅光。

由以上比較可得知,新款採用 LED 背光的面板的藍光峰值確實是高了不少,大約都集中在 440~450nm 這個波長。網路上也有人猜測白光 LED 經過濾光片後藍光強度將變弱,與從前的螢幕無異,從此實驗結果也了解這種說法是不正確的。

有了光譜儀之後可以玩的事很多,譬如廣色域和一般色域的螢幕差在哪?濾光片的設計如何影響色域呈現以及和背光的配合?低藍光模式是否有效?亦或者比較 OLED 和液晶面板的異同,讀者不妨思索討論看看。

延伸閱讀:

LCD 大拆解面板、背光完全分析:LED、IGZO、In-cell 是什麼?

LCD 螢幕色域測試圖,我也看得懂!

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orange
1.  orange (發表於 2015年6月18日 11:44)
這是我第一次po文
今天能逼到讓我潛水多年,刻意註冊來發文算你厲害
就簡單一句話:你不校色是在測試什麼東西
下面補充基本上可以跳過
如果刻意不校色,那至少也弄個校色後的光譜比對吧
刻意引導錯誤的結論對"電腦王"有什麼益處
下面那句話基本上是針對校色後的狀況
> 網路上也有人猜測白光 LED 經過濾光片後藍光強度將變弱
--
我已經很克制留口德了
電腦王請不要搞低自己的格調,我可是從創刊號就在看的讀者
orange
3.  orange (發表於 2015年6月18日 12:16)
> 不過本次並不使用校正功能
> 而是使用內附的軟體讀取螢幕上的白色後
所以那上面這邊是寫什麼意思...
還是你把下面這個當校色
> ColorMunki Design 把螢幕調整至接近 6500K 色溫
這完全不是,顏色就是顏色沒有色溫這件事
不管螢幕預設設定是9300K 還是6500K
校色之後都會是一樣的
orange
5.  orange (發表於 2015年6月18日 12:31)
> 白點色溫使用OSD校正至6500K
你是在反諷 還是怎樣,校色是軟體的事
OSD只是預設值
而這預設值 基本上所有螢幕都沒有經過校色這個過程
每個LED、CCFL 依據螢光粉塗布狀況 每個批號都有偏差
(或者應該說每一個光源都有偏差,同一批號趨勢會接近)
需要使用者自己校色

而校色的過程 要講求準確、快速需要機器+軟體
如果沒有機器輔助,那還可以靠肉眼+軟體
只不過這樣就不準確,只能說比沒校色來的好一些(如果不是色盲的話)
orange
6.  orange (發表於 2015年6月18日 12:42)
另外顏色跟色溫沒關係
如果不知道他的重要性,那我下面重複三次
顏色跟色溫沒關係
顏色跟色溫沒關係
顏色跟色溫沒關係

色溫是要接近黑體輻射的分佈,而弄出來的東西
但RGB 就是RGB,不管調到什麼色溫
經過校色同一個螢幕的RGB都是一樣的
不管預設成什麼色溫,同一個螢幕校色之後的白色都是一樣的

關鍵就在於你有沒有經過校色這個過程
看你的文章內容跟下面的說明
你該不會真的不懂校色是什麼吧?
稚空
7.  稚空 (發表於 2015年6月18日 15:21)
※ 引述《orange》的留言:
> 另外顏色跟色溫沒關係
> 如果不知道他的重要性,那我下面重複三次
> 顏色跟色溫沒關係
> 顏色跟色溫沒關係
> 顏色跟色溫沒關係
>
> 色溫是要接近黑體輻射的分佈,而弄出來的東西
> 但RGB 就是RGB,不管調到什麼色溫
> 經過校色同一個螢幕的RGB都是一樣的
> 不管預設成什麼色溫,同一個螢幕校色之後的白色都是一樣的

那你可以解釋為什麼 6500K 的白色跟 9300K 的白色看起來不一樣嗎...
王宥傑
9.  王宥傑 (發表於 2015年6月18日 18:56)
你可以去訪問製造商如禾聯,聲寶(我之前是山水),至於6500k,9300k是環境色溫,跟顯示顏色無關(白話一點就是你在黃光燈泡前看白紙跟在日光燈看白紙的關係)
另外這篇文章我感覺作者是從一堆網路引述的,我根本看不懂作者的原意,你如果要分析因果是不是該認真去找位醫師跟製造工程師
J.S.Wang
10.  J.S.Wang (發表於 2015年6月21日 01:43)
同樣是6500K的色溫,機器看起來那樣,最終成像還是需要人眼去判斷兩台白點是否一致,其校色演算法出來的結果可能會和人眼看到的有所落差,建議文章附上相機翻拍上面四台顯示器顯示的畫面來佐證校正完的白點是否和人眼所見一致。
另外名稱部分要更正ArgllCMS--->ArgyllCMS
R.F.
11.  R.F. (發表於 2015年6月22日 10:43)
※ 引述《J.S.Wang》的留言:
> 同樣是6500K的色溫,機器看起來那樣,最終成像還是需要人眼去判斷兩台白點是否一致,其校色演算法出來的結果可能會和人眼看到的有所落差,建議文章附上相機翻拍上面四台顯示器顯示的畫面來佐證校正完的白點是否和人眼所見一致。
> 另外名稱部分要更正ArgllCMS--->ArgyllCMS

感謝指正,已於內文中修改。

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