【摘 要】
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随着LED(Light Emitting Diode)以及全彩显示屏在现代生活中的广泛应用,人们对由亮度、色度等参数决定的显示屏视觉效应品质提高的同时,也开始关注显示设备对人体昼夜节律的影响。在红绿蓝三基色全彩显示屏中,蓝光刺激会引起大脑兴奋,影响人体昼夜节律,这一方面可以提高工作和学习效率,另一方面在夜晚会引起睡眠障碍。目前,显示设备的视觉参数(亮度,饱和度,色调等)是易于调节的,即在视觉效应上
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随着LED(Light Emitting Diode)以及全彩显示屏在现代生活中的广泛应用,人们对由亮度、色度等参数决定的显示屏视觉效应品质提高的同时,也开始关注显示设备对人体昼夜节律的影响。在红绿蓝三基色全彩显示屏中,蓝光刺激会引起大脑兴奋,影响人体昼夜节律,这一方面可以提高工作和学习效率,另一方面在夜晚会引起睡眠障碍。目前,显示设备的视觉参数(亮度,饱和度,色调等)是易于调节的,即在视觉效应上基本已做到可控可调,但是显示设备的非视觉参数,如显示设备对人体昼夜节律的影响程度缺乏相应的量化评价标准。随着对电脑、手机、ipad等电子显示设备的日益依赖,人们近距离接收蓝光辐射,不可避免会对昼夜节律产生影响,进而引发睡眠障碍等亚健康问题。因此,研究显示设备对人体昼夜节律的影响,具有重要的现实意义。因此,本文以对人体具有近距离蓝光辐射的虚拟现实(Virtual Reality,VR)设备为研究对象,定量评估现有的VR设备对人体昼夜节律的影响程度,并研制出了一款基于Micro-LED显示、对人体昼夜节律可调节的VR设备。主要包括以下方面:(1)阐述健康显示的研究背景,同时点明本文的研究方向是研究VR设备对人体昼夜节律的影响。介绍了 Micro-LED显示屏应用于全彩显示的方法,指出Micro-LED显示屏因为其PPI较高将会在VR设备中有广泛的应用,点明本文的目标是基于显示设备对人体昼夜节律的影响为Micro-LED全彩显示屏应用于VR设备给出指导性建议。(2)阐述光源对人体昼夜节律影响的具体过程,以及光源对人体产生昼夜节律影响的生理性原因。同时分析国内外团队的工作成果,归纳本文的实验方法,即本文将采取利用C(λ)曲线从光谱的角度分析VR显示设备对人体昼夜节律的影响,基于昼夜节律参数,如昼夜节律因子(Circadian Action Factor,CAF)、昼夜节律照度(Circadian Illuminance,CIL)、CIL与褪黑素抑制率的关系,设计评价系统,对VR设备引起的人体昼夜节律变化进行量化评价。同时也介绍了能够表征显示设备颜色性能的参数与计算方法。(3)量化评价VR设备对人体昼夜节律影响,搭建了评估VR设备昼夜节律参数的测试平台,完成对VR设备光谱及昼夜节律参数的采集,定量计算了现有VR设备对人体昼夜节律的影响程度,同时解决了如何降低VR设备对人体昼夜节律的影响这一问题。我们采取开启滤蓝光模式,装载滤蓝光膜,以及开启滤蓝光模式同时装载滤蓝光膜这三种方法降低VR设备光谱中的蓝光含量,结果证实降低光谱中的蓝光含量的确能够降低对人体昼夜节律的影响,虽然这伴随着显示设备颜色性能的改变。同时,我们提出将VR设备中的绿光波长设定为555nm附近能够显著降低VR设备对人体昼夜节律的影响,这一点结合Micro-LED中量子点的尺寸设计可用于降低Micro-LED显示屏对人体昼夜节律的影响。(4)解决如何增强VR设备对人体昼夜节律影响的问题,我们采取的方案是增加蓝光补光模块以提高CAF参数值,以德州仪器LM3409为核心元件为VR设备增加蓝光LED补光装置,该装置采用电流PWM(Pulse-Width Modulation)调光方式对蓝光补光模块的光功率进行调节,完成了参数化调节VR设备对人体昼夜节律影响的目标。最后提出了一种自带蓝光补光模块的Micro-LED显示屏,实现了健康高品质VR设备。
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