OLED和QD-LCD技术的显示质量与视疲劳影响

郭正阳，刘超屹，赵晓莺，安 夏，潘长勇

（1.清华大学 未央书院，北京 100084；2.中国电子技术标准化研究院，北京 100007；3.清华大学 电子工程系，北京 100084）

0 引 言

近年来，显示技术不断发展，显示终端产品常用的显示技术包括激光显示技术、有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）显示技术、量子点液晶（Quantum Dot Liquid Crystal Display，QD-LCD）显示技术等[1]。其中，OLED具有结构简单轻薄、柔性可弯曲、对比度高及色彩丰富等优势，在显示终端产品的应用日益增多[2]。QD-LCD显示技术可有效提升普通液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）的色域，且具有成本低、色度纯等优点[3]。

视疲劳是一种与眼部、身体健康及心理状态均相关的综合性病症[4]，具体表现为在用眼后出现不耐久视、眼部干涩、发痒、胀痛或头痛头晕等症状[5]。造成这些视觉不适症状产生的因素包括：眼睛距屏幕的距离，阅读时眼睛的角度、用眼频率与用眼时间，显示设备的显示指标（如蓝光、偏振光、频闪、亮度、眩光与立体显示等）等客观因素；眼部因素、全身因素等主观因素[6-7]。目前，视疲劳方面既有的研究主要关注不同工作场景、不同显示屏及不同任务引发的视疲劳现象[8-9]。

本文针对OLED和QD-LCD两种新型显示技术，采用主客观评价相结合的方式，对比了采用OLED技术和QD-LCD技术的显示终端在不同观看任务下的显示质量，并比对了二者对于视疲劳的影响。

1 研究方法

1.1 测试对象

本文实验选取采用OLED技术和QD-LCD技术的65英寸彩色电视机各一台。主观评价中，受试者共有41人，其年龄及视力情况分布如表1所示。其中，屈光检查正常的，视为正常（裸眼视力1.2以上）；屈光低于600的，视为近视；屈光度高于600度的近视，视为高度近视。

表1 受试者情况分布

1.2 测试方法

1.2.1 显示质量测试方法

既有研究对显示质量的研究方法主要有光学性能测试法和主观评价法两类[10]。光学性能测试法即检测显示终端的亮度、对比度等指标[11]。主观评分法主要基于受试者调查与量表进行测量。本实验采取两类评估方法结合的研究方式[12]。

1.2.2 视疲劳评价方法

对视疲劳症状的评估方法可分为主观评分法、主任务评分法和客观测量法三类[13]。其中，主观评分法主要基于受试者调查与量表进行测量，主任务评分法通过分析受试者对简单任务的完成情况判断受试者的疲劳状态[14]，客观测量法通过测量受试者的生理指标如瞳孔直径、注视点总个数、分级视力等判断受试者的疲劳状态[15]。本实验综合利用三类评估方法，对受试者观看两类显示终端前后的视疲劳状态进行评估。

1.3 测试流程

本实验分为光学性能评测与主观评价两部分。其中，光学性能评测部分利用客观指标检测显示终端的显示质量，主观评价部分通过招募受试者对显示终端显示质量与观看前后视疲劳程度进行主观评价，综合反映显示终端的显示质量及其对视疲劳症状的影响。

1.3.1 光学性能评测

实验针对OLED电视和QD-LCD电视，分别在开机默认模式和生动模式下，利用CS2000色彩分光辐射亮度计测试了亮度、对比度、视角、色域覆盖率以及蓝光加权辐射亮度，具体测试方法参考《超高清电视测量方法》（T/UWA 001—2022）和《显示系统视觉舒适度 第2-2部分：平板显示-蓝光测量方法》（SJ/T 11841.2.2—2022）。

1.3.2 主观评价部分

主观评价在暗室中进行。暗室环境布局如图1所示。观看空间四面墙壁为黑色，悬挂黑色遮光布进行空间分割。主观测试具体测试流程如下。

图1 暗室环境布局

（1）受试者填写个人信息，包括性别、年龄等。

（2）使用视力表，测试受试者的左、右眼视力，将结果记录在评价表中。

（3）针对样品A（或B），受试者观看视频内容持续10 min。

（4）受试者针对画面显示质量打分。

（5）受试者继续进行游戏任务测试，时长10 min，记录游戏轮次及错误次数。

（6）使用视力表测试受试者的左、右眼视力，将结果记录在评价表中。

（7）受试者针对观看舒适度打分。

（8）受试者休息90 min。

（9）更换观看样品，受试者重新进行步骤（2）至步骤（7）的测试。

2 测试数据

2.1 待测显示终端的光学参数

待测的OLED、QD-LCD显示终端的亮度、对比度、色域覆盖率、亮度视角及色度视角共5项光学参数如表2所示。

表2 OLED与QD-LCD显示终端的光学参数

2.2 显示终端画质主观评价数据

41位受试者对OLED和QD-LCD两种显示终端画质指标的主观评分数据如图2所示。图2为画面清晰度、亮度、色彩真实度、细节表现力、游戏画面舒适性与运动流畅性6个画质指标的主观评分数据对比。其中，主观评价得分“1”对应“不好”，“2”对应“不太理想”，“3”对应“尚可”，“4”对应“较好”，“5”对应“好”。

图2 暗室实景照片

2.3 显示终端视觉舒适度度主观评价数据

41位被试对OLED和QD-LCD两种显示终端视觉舒适度指标的主观评分数据如图3所示，分别为眼疲劳感、眼部刺激感、眼干燥、模糊、头晕、头疼、肩颈不适7个画质指标的主观评分数据。其中，主观评价得分“1”对应“没有疲劳感受”，“2”对应“疲劳感不明显”，“3”对应“疲劳感尚可”，“4”对应“疲劳感较明显”，“5”对应“疲劳感明显”。

图3 OLED与QD-LCD画质主观评分结果对比

图4 OLED与QD-LCD电视视觉舒适度主观评分结果对比

3 数据分析

为分析各组测试结果，本文采用P值表征两种显示技术在各对比指标上各被试主观评价差异的显著性。取95%显著性水平，当两组数据P值小于0.05时，认为两组数据差异显著。分析各组数据时，采用Wilcoxon秩和检验，记其中Si为某一测试指标第i个样本A组与B组的差值的正负性，Ri为这一差值的绝对值在该测试指标各数据差值绝对值中的秩，n0为待统计样本数。则P值为据此可判定两组主观评价数据差异是否显著，分析结果如下。

3.1 OLED与QD-LCD数据分析

3.1.1 OLED与QD-LCD电视画质主观评价数据分析

不同受试者对画面清晰度、亮度、色彩真实度、细节表现力、游戏画面舒适性、运动流畅性等6个指标的主观评价结果如表3所示。由数据可知，在测试的6个与画质相关的主观评价指标上，受试者对OLED和QD-LCD的主观评分均没有显著差别。

表3 画质相关指标分析结果

3.1.2 OLED与QD-LCD电视视觉舒适度主观评价数据分析

不同受试者对眼疲劳感、眼部刺激感、眼干燥、模糊、头晕、头疼、肩颈不适等7个指标的主观评价结果如表4所示。由数据可知，在测试的7个与视觉舒适度相关的主观评价指标上，受试者对OLED和QD-LCD的主观评分均没有显著差别。

表4 视觉舒适度相关指标分析结果

3.2 OLED和QD-LCD各指标对不同人群主观评价数据分析

3.2.1 不同年龄群体对OLED和QD-LCD电视的主观评价数据分析

依据待测群体的年龄分布，将19～29岁实验对象设为青年组，将大于等于30岁的实验对象设为中老年组，对比研究两个群体对于画面质量和视觉舒适度主观评分的差异。

不同组别的受试者对画面清晰度、亮度、色彩真实度、细节表现力、游戏画面舒适性、运动流畅性等6个画质指标的主观评价分析结果如表5所示，对眼疲劳感、眼部刺激感、眼干燥、模糊、头晕、头疼、肩颈不适等7个视觉舒适度指标的主观评价分析结果如表6所示。由数据可知，在测试的6个与画质相关的主观评价指标上，青年组对观看QD-LCD电视后的眼疲劳感的主观评价分值高于OLED电视，其余组测试结果无显著差异。

表5 不同年龄群体对画质相关指标的主观评价分析结果

表6 不同年龄群体对视觉舒适度指标主观评价分析结果

3.2.2 不同视力水平群体对OLED和QD-LCD电视的主观评价数据分析

依据待测群体的视力水平分布，将双眼测试前视力大于等于1.0的群体设为视力正常群体，将测试前至少一只眼睛视力小于1.0的群体设为近视群体，对比研究两个群体对于画面质量和视觉舒适度主观评分的差异。

不同组别的被试对画面清晰度、亮度、色彩真实度、细节表现力、游戏画面舒适性、运动流畅性等6个画质指标的主观评价分析结果如表7所示，对眼疲劳感、眼部刺激感、眼干燥、模糊、头晕、头疼、肩颈不适等7个视觉舒适度指标的主观评价分析结果如表8所示。由数据可知，在测试的6个与画质相关的主观评价指标上，近视组对观看QD-LCD电视后的眼疲劳感的主观评价分值高于OLED电视，其余组测试结果无显著差异。

表7 不同视力水平群体对画质指标的主观评价分析结果

表8 不同视力水平群体对视觉舒适度指标主观评价分析结果

4 结 语

近年来，显示技术不断升级，OLED显示技术和QD-LCD显示技术作为市面上已推出大量产品的两种新兴显示技术，其对视疲劳的影响有待探究。为了研究OLED显示屏和传统的QD-LCD显示屏在画面质量和视觉舒适度方面的差异，本文对两种待测显示屏开展测试。测试的显示屏的客观测试指标均满足技术标准的要求，但是待测显示屏的绝大多数指标差异并不显著。可以预测的是，不同生产厂家生产的显示屏性能存在差异，画质和视觉舒适度的相关指标可能与样品有所差异；而OLED及相关显示技术也在持续发展，随着显示技术的迭代，显示屏的各项指标也可能发生变化。项目研究团队将继续研究不同个体主观评分差异的来源以及不同厂家生产的屏幕的各项指标差异，并跟进最新显示技术，持续跟踪研究两种显示屏在画质与视觉舒适度方面的主观评分差异。