天天对着屏幕的你，应该知道这 7 个「护眼」的秘密

传播学者麦克卢汉提出过一个非常有趣的概念：媒介是人的延伸。媒介可以将人的感官拉伸、扩展，触及那些人体肉身原本难以触及，或是无法触及的事物，比如报纸这样的印刷媒介可以视为人类视觉的延伸，广播是人类听觉的延伸。而电脑与互联网则给了我们更大的自由，视觉、听觉、触觉都去向了更远的地方，外设提供了交互的触感，音响与耳机供给了临境的听感，显示器则让视觉跨越千里，看向更远的地方，甚至看向不存在实体的赛博空间。

但更有趣的是，在这些媒介逐渐拓宽感官的同时，现代人开始遭受种种「现代病」的折磨，原生器官的功能反而受到了波及。我们追求听觉的刺激，越来越响的耳机和音响带来了听力的衰退；我们追求触觉的刺激，长期的机械操作和久坐让脊柱与四肢麻木疼痛；我们追求视觉的刺激，疲劳、近视等视力问题开始如影随形。而当现代生活已经离不开这些拓展的器官时，如何保住自己的视力，就成了不得不讨论的问题。

▍显示器的潜在健康危害来自哪里？「如何保护眼睛」这个问题，我们从纸媒时代一路谈到现在。其实带来视力问题的原因大抵相似，总结起来可以归为两类：媒介本身的因素、人的因素。在捉笔研墨的年代，纸张粗劣、墨色浅淡、字迹模糊，都会让人难以阅读、多费气力，这是媒介的因素；而阅读时就着烛火微光、伏案不起，就是人的因素。随着媒介的发展，这些问题逐渐也变成了印刷不良、被窝电筒、距离太近、盯了太久。到了显示器的年代，我们依然可以把这些因素分成两类讨论。

显示器本身的因素

01 蓝光 Blue Light中学物理告诉我们，光是一种电磁波，电磁波携带能量，所以光也携带能量。不同波长的可见光携带的能量也是不同的，波长越短，能量越高。我们接触到的可见光是整个电磁波频谱中非常窄的一部分，它的波长分布在 380 到 700 nm 之间，视网膜中的三种视锥细胞就负责将这些电磁波的刺激过滤加工处理，转换为色觉，在人脑中表现为各式各样的颜色。其中，呈现为红色的波长最长，能量最低，大约在 1.65⁠–1.98 eV 之间；蓝、紫光波长最短，能量最高，可达 2.56–3.26 eV，因此也被称作「高能可见光」（HEV，high-energy visible light）。人类接触并适应了几百万年的太阳光就包含了红外线、可见光、紫外线等电磁波，在经过大气层后，蓝紫光与紫外线等波长较短的电磁波已经被散射、反射、吸收了很大一部分，但仍然会造成对眼睛与其他器官的伤害，户外工作者常见的光角膜炎、电焊工作者与滑雪客遇到的雪盲症等都是大剂量暴露在紫外线或阳光下造成的视觉伤害。左图，常见的电焊场景，会释放大量紫外线；右图，因纽特人传统护目镜 By Julian Idrobo from Winnipeg, Canada - Inuit Goggles, CC BY-SA 2.0, 我们所说的显示器的「蓝光」其实和太阳光中这部分短波长的可见光一致，只是由于两者发光特性的不同，造成了蓝光在其中比例的不同。以 LCD 显示器为例，现在它们大部分都采用了白光 LED 作为背光。虽然都是白光，太阳光的「白」来自它几乎布满可见光频谱的光谱，这些各个波长的可见光混合起来就成了白光。而白光 LED 常见的发光原理则是借用了「同色异谱」（metamerism）现象——如果你想找到某个特定颜色，比如 550 nm 波长的黄色光，是可以直接从太阳光里分离一束 550 nm 波长的光出来的；但你也可以同时打出一定量的红光、绿光和一点点蓝光，让人眼感知到像是 550 nm 波长一样的颜色。常用的两种白光 LED 就采用了这样的原理。一种将黄色的荧光涂料与蓝光 LED 搭配，激发的黄色光与剩余的蓝光组合显示为白光；另一种则是将红、绿、蓝（RGB）三种 LED 拼配，用不同的比例组合出白光。在这种情况下，我们分析光谱就能发现，白光 LED 所提供的蓝光比例其实远大于太阳光。上图为常见白色 LED 的光谱，图中显示由 GaN 基 LED 直接发射的蓝光（峰值在约 465 nm）和由 Ce3+:YAG 荧光粉发射的更宽带的斯托克斯频移光，发射波长约为 500-700 nm。By Deglr6328, CC BY-SA 3.0, 相比对紫外线伤害的研究，高能可见光造成伤害的研究尚不完全。被笼统地称为「蓝光」的 400 nm 到 500 nm 光还可以分为两部分，其一是波长相对较长的 460 nm 左右，它们通过刺激视网膜上的黑视蛋白，参与人类的昼夜节律调节，另一部分是波长更短的 400⁠⁠–440 nm 左右的蓝光，在体外实验与动物实验中发现可以对视网膜相关细胞及生化物质造成损伤。尽管没有明确的证据表明长期的蓝光暴露会对视力造成直接或积累的影响，短期暴露带来的视物疲劳、干眼症加重以及昼夜节律失调都有了明确的实验支持。

02 频闪 FlickerLED 光源的发光特性导致了潜在的蓝光伤害风险，而光源带来的另一个风险存在于显示器的亮度调节功能之中。如果你对手机比较关注，可能听说过几年前的 DC 与 PWM 亮度调节方案之争。显示器的亮度调节其实也是一样的技术。DC 调光之名来自 direct current 直流电，是通过调整供电的电压改变功率，达成屏幕背光的亮度调整。PWM 则是 pulse-width modulation 脉宽调制的缩写，在一个时间区间内调整电流脉冲的持续时间（脉冲宽度）来控制这个时间段里屏幕背光的占空比（duty ratio，工作周期），也就是在这一段时间的背光供电通断中电路为通的时间比例，比如占空比达到 75%，意味着时间区间内 75% 的时间屏幕是亮的。在 OLED 显示器那篇文章中我们详细讲解过 OLED 的发光原理——「需要足够多的激子才能点亮有机发光层中的有机分子」，所以在 OLED 显示器中只使用 DC 调光，可能会在一个较低的亮度上部分 OLED 有机物无法被点亮了，这样就导致了 OLED 低亮度偏色的问题。而在 PWM 调光中，想要屏幕看起来像是亮度下降而非不停闪烁，需要通过提高通断切换的速度，借用视觉暂留现象，让黑屏与亮屏中和，达成屏幕背光的亮度调整——这就是频闪的来源。一般来说，这种切换要快于闪烁临界融合频率（flicker critical fusion rate），大约是 18 次每秒，在这个切换频率下，人眼会处在能识别与不能识别闪烁的边缘。事实上，LED 调光的频率大多远高于这个频率，但临界融合频率并不是定值，它是一个受亮度、背景、观看者的个人体质影响的浮动值，这让频闪的感知变得更加难以控制。两种方案各有利弊。DC 调光在原理上是连续发光，因此不存在频闪问题，但随着亮度的降低，采用 DC 调光的 OLED 屏幕会产生逐渐严重的色偏，因为 OLED 屏幕的子像素明暗同时承担了调色的功能，亮度太低时会无法控制色彩。PWM 调光则没有这个问题，即使低亮度也能有不错的显示效果，因此也有不少厂商会设定亮度阈值，高亮度采用 DC 调光，低亮度采用 PWM 调光。由于 PWM 调光的本质就是屏幕亮度在全屏幕或部分区域内的迅速变化，较为敏感的人就会感受到频闪带来的视觉及其他感官影响。频闪频率越低，就越容易被察觉。目前的研究认为，可见的低频灯光频闪可能造成光敏性癫痫，频率更高的不可见频闪同样可能造成偏头痛、头痛、视物模糊、视物疲劳等状况。此外，由于儿童对蓝光与频闪更为敏感，这些负面效应在儿童身上可能更明显或更易发。03 眩光 Glare和之前的两项不同，显示器眩光的主要来源并非显示器背光，而是由于显示器表面对反射光控制不佳，整体或局部反射率过高，亮度不均。打比方讲，显示器表面处理不佳所带来的眩光，表观上可以看作显示器本身背光亮度严重失衡，出现极度明显的亮度差，自然给视物带来障碍。显示器眩光最直接的影响就是显示质量下降，包括清晰度下降和偏色。长时间面对亮度不均的显示器会更易造成视物疲劳、模糊，带来头痛等不适感受。错误的显示器使用环境说完了显示器本身的问题，剩下的就是人的问题——使用者的使用习惯、使用环境发生改变，或是与预设的良好姿势不符，都可能造成显示效果的变化，进而使得正确使用时尚不明显的（在工业标准允许的误差范围内的）显示器的弱项被放大，造成显示效果的偏差，进而影响视觉体验。比如，如果使用者的显示器背后或上方亮度过高，或房间太暗，就会使得显示器与周遭环境的亮度差过大，相当于人造眩光。如果使用者背后亮度过高，可能会使显示器反射光加重，同样会带来更明显的眩光。使用者显示器摆放不正，过高过低，或左右偏斜，都可能导致画面超过最优可视角度，带来偏色、模糊等状况，加速眼部疲劳。同样地，在发现画面异常后，很多人会不自觉地调整自己地坐姿以寻找好的角度，就带来了坐姿不正的风险，长此以往可能带来脊椎的不适。看上去很爽很梦幻，玩起来很痛很眼酸综合说来，使用显示器是一个需要显示器厂商和使用者同时注重人体特性的过程，尤其在人人生活都在与屏幕打交道的当下，厂商需要尽可能减少使用过程中可能出现的技术带来的问题，使用者需要找到最合理、最科学的角度与姿势，二者缺一不可。

▍如何避免显示器带来的健康风险？讲完了使用显示器过程中可能出现的危害，我们紧接着简单聊聊如何化解这些风险。首先要明确的是，这并不是一项使用者单方面能完成的工作，尽管合规的显示器产品都应该有至少一个能够展示最佳显示效果的角度，但提升显示器的整体素质才是解决问题的关键；其次，使用者也需要在过程中尽可能注意自己的用眼健康与脊椎健康，主动将健康危害缩到最小化。

降低有害的蓝光不少 LCD 显示器厂商已经逐渐开始重视蓝光的潜在危害，或主动考量或追随市场地加入了「防蓝光」功能。通常而言有两种降低有害蓝光的办法，第一种方式就是从蓝光的源头去降低蓝光，这种办法也往往被称为「硬件级除蓝光」，比如通过调整 LCD 背光的光谱并降低 415mm-455mm 波段的蓝光，这样就能相对有效地降低蓝光对人眼的伤害了。而且这样的处理方式并不会影响到 460-500 mm 波段的蓝光，这也就意味着我们看到的白色依然是白色，不会因为去掉有害的蓝光导致白色发黄或者色准出现问题。而 OLED 天生自发光的特性落在 415mm-455mm 波段的蓝光远小于 LCD，因此 OLED 很多情况下蓝光的问题都要小得多。另一种方式则是通过软件调整色调，根据需求控制软件输出，等于直接给画面套滤镜再输出。这其中比较著名的就是 f.lux，它可以让用户根据时间节律与生活节律调整固定时间段的色温变化，以平缓的曲线完成降蓝光的调节，非常类似将 iOS 上的「夜览」挪到电脑端。但是软件防蓝光的方式会遇到一个问题：随着色温变化，显示效果或多或少会受到影响，画面偏色等现象在粗糙的方案下非常严重。过于浓烈的黄色屏幕同样可能带来不适，不少用户因为偏色选择关掉相关功能。也有一部分更细化的解决方案试图通过减少能量更高的短波长蓝光来平衡视觉体验与健康程度，实际效果尚待考证。

拒绝或者减少有害频闪显示器厂商在进行生产设计时，避免频闪的最终手段目前还是采用 DC 调光，辅以精细的低亮度灰度与色阶校正，但大多数厂商可能都没有这样的研发实力。如果采用 PWM 调光，则需要对 RGB LED 在低亮度下各颜色衰减不统一的问题进行调试，同样需要考验显示器乃至面板厂商的实力。比较有效的解决方案是尽可能提高背光频率，让频闪频率拉高，尽可能进入肉眼无法注意的范围，以避免对视力及神经精神影响更大的低频频闪。当然，在实际操作中，被这一问题困扰更久的手机厂商目前采用的大多是以下两种方案。第一种，对 OLED 屏幕采用高亮度 DC 调光低亮度 PWM 调光，尽可能保证大部分使用场景下的显示正常与零频闪，并避开低亮度 DC 调光带来的偏色问题。第二种，是采用纯软件处理的「类 DC 调光」，在低亮度强制 PWM 调光的屏幕上增加一个蒙版层，如果屏幕亮度低于调光模式阈值点，就通过调整蒙版透明度达到「降低亮度」的视觉效果，屏幕亮度实际上被锁死在了阈值点上，并没有降低。

减少不必要的眩光目前业界常采用的方法大致分为两大类：抗眩光（anti-glare）和抗反射（anti-reflective）。AG 玻璃（anti-glare）是在玻璃表面进行化学蚀刻，使镜面反射的原表面变成哑光的漫反射表面，从而降低反光对人眼视物的影响的，「雾面屏」就是这种原理。AG 玻璃的成本相对较低，针对外来高强度光源的效果也不错，非常适合室外或抗日光反射使用。不过漫反射仍然会出现一定的视觉影响，光照部位可能出现一片模糊的弱光，可读性也没有全透玻璃高。但随着触控需求的增多，AG 玻璃的使用受到了限制。此时，抗反射涂层和镀膜就起到了类似的功效，这种涂层利用的就是中学物理提到的相长干涉与相消干涉。来自外与内的光源在玻璃上的反射光都可以通过相消干涉得到消除，同时让屏显内容得到增强，带来更大的透光率，并且减少反射带来的眩光。经过这样处理的 AR 玻璃在透光率与显示效果上都比 AG 玻璃更好，也更适合触控操作。但缺点也非常明显，首先是成本更高，其次，镀膜与涂层的特性会使得指纹更加明显，需要配合防污渍与疏水的涂层使用，这进一步增高了成本。此外，涂层可能导致一定程度的色偏，如果保护不当，涂层还有脱落的风险。两种选择各有优劣，需要根据用户最常处在的使用场景选择。但如果你的显示器已经遇到了眩光问题，可以考虑贴一层抗眩光膜，相当于外置的 AG 玻璃表面，虽然会对显示效果造成一定影响，但能解决更大的健康问题。此外，就是调整自己的显示器使用环境。

控制环境、屏幕亮度与正确摆放显示器如果你的显示器已经决定好了，而这台设备就你的体验来说没有明显的硬伤（比如大片眩光、明显的频闪或工作后明显眼部或身体不适），我们就可以通过调整坐姿、光线状态、显示器摆放等一系列设置来尽可能减少由于使用失误造成的健康风险。理想打字姿势，如果你发现自己的使用环境中有明显的亮度不均，就需要适时调整桌椅摆放与显示器摆放，尽可能让背景亮度与显示器亮度相差不大。比如在阳光充沛的白天，面向未被直射的白墙就是比较稳妥的选择，如果房间内的照度不足，可以用灯补光。补光时也需要注意避免直射屏幕，降低屏幕眩光发生的概率。天色转暗时也应当及时开灯，深夜关灯打游戏虽然很爽，但加速视疲劳的能力也是一等一的。光路合理的屏幕挂灯搭配抗反射能力较好的显示器可以比较有效地为背景补光。最终，我们需要达到的效果是控制显示器与周围亮度的差异在 3 倍以内，可以在手机上使用 Arduino Science Journal 调取手机的光传感器进行读数。显示器的上沿（或者你经常注视的区域）最好与健康坐姿下的眼睛视平面平齐，此时显示器中心低于视平线大约 15⁠–20 度，可以自然平视画面，尽可能减小颈椎的压力。如果显示器原生支架可调节度较差，可以采用桌面柜垫高显示器，或采用 VESA 标准的显示器臂进行更灵活的调整。同样地，如果你的高度受限，或是同时使用多个显示器，需要在调整高度的同时对显示器的倾角做出调整，尽量保证视线与显示器的显示平面垂直。

休息最后，也是最重要的一项，休息。作为重要的感知器官，眼睛的疲劳主要是眼部肌肉的疲劳。当你已经发现自己开始眼酸、眼涨、疼痛时，说明在之前的长时间或刺激视物过程中，眼部肌肉的调节功能已经出现了下滑。此时，给予适当的休息，才会避免眼部肌肉出现更持续的劳损，带来更严重的视力问题。你可以选择每隔 20 分钟远眺至少 20 秒，让紧张的睫状肌得到放松；也可以在此基础上适当闭眼静坐，进行转动眼球的锻炼，注意不要随意做眼保健操，办公室环境下如果不仔细清洁手部反而有带来感染的风险。考虑到久坐办公本身对脊椎的重压，最好能离开座位适当活动，远离屏幕，让眼睛和脊椎都得到充分的放松。

▍总结显示器的原理决定了它在目前仍然无法尽善尽美。现有的技术手段只能在显示的亮点与现有的限制之间折衷回旋，用实为替代性的手段尽可能消除这些原理缺陷带来的生理影响。而对消费者来说，原理不是理由，买到合适又舒适的显示器才是目的。比较简单的选购方法就是关注显示器通过的有关健康的第三方机构认证，通常你在包装上可以找到明确的「低蓝光」「无频闪」等认证标识。尤其是当你的体质对蓝光与频闪敏感度较高时，明确的认证信息能帮你尽可能免除困扰。此外， 德国莱茵 TÜV 还提出了眼部舒适度（Eye Comfort）整体认证。这一认证标准中整合了屏幕显示质量、频闪控制、低蓝光认证等软硬件功能指标，与使用环境光管理、人体工学设计等硬件设计指标，是一个更加综合的标准。本章我们简单介绍了关于显示器可能带来的潜在健康危害以及相应的改进与应对措施，希望大家在工作之余不要忘记自己的身心健康。而在最后两篇文章中，我们将一起来认识显示器校色。