기술 발전의 이면: 플리커 효과가 디스플레이 및 조명 제품에 미치는 영향

에 의해서 marketing | 4월 2, 2025 | Blogs, 과학 및 교육, 조명 측정 | 코멘트 0개

소개

디스플레이 기술의 핵심 목표는 더 높은 시각적 편안함과 더 정확한 색 재현을 제공하는 것입니다. 플리커는 디스플레이 및 조명 제품의 품질을 평가하는 중요한 지표로 부상했습니다. 깜박임은 시각적 편안함에 영향을 미칠 뿐만 아니라 시각적 작업 효율과 건강에도 잠재적인 위험을 초래합니다.

이 글에서는 플리커 효과의 과학적 이론, 측정 방법, 엔지니어링 애플리케이션에서 직면하는 기술적 과제에 대해 자세히 살펴봅니다. 또한 다양한 측정 표준을 활용하여 제품 품질을 향상시킬 수 있는 방법도 분석합니다.

플리커 효과의 물리적, 생리적 근거

깜박임은 빛 신호의 시간적 변동으로 인해 발생하는 현상으로, 주로 광원 드라이버와 디밍 기술의 전압 변동으로 인해 광범위하게 영향을 받습니다. 세 가지 주요 효과로 분류할 수 있습니다:

저주파 가시 깜박임

80Hz 미만의 주파수를 가진 빛의 변동.
정적인 관찰자에게 쉽게 인식되어 시각적 피로, 두통, 심지어 신경 긴장을 유발할 수 있습니다.
불안정한 전원 공급 장치 또는 저주파 PWM 디밍을 사용하는 LED 조명에서 흔히 볼 수 있습니다.

고주파 스트로보 효과

80Hz에서 2kHz 사이의 주파수를 가진 빛의 변동.
수레바퀴 효과 또는 모션 블러와 같은 동적 조건에서 움직이는 물체의 인식에 영향을 줍니다.
산업용 조명이나 고주사율 디스플레이에서 자주 발생하여 동적 시각적 성능에 영향을 미칩니다.

팬텀 어레이 효과

특정 모션 조건에서 2kHz 이상의 주파수를 가진 빛의 변동은 여러 개의 이미지 흔적과 같은 시각적 아티팩트를 생성할 수 있습니다.
흔하지는 않지만 고속 모션 환경에서는 사용자 경험에 영향을 미칠 수 있습니다.

표 1: 깜박임 현상의 분류

Flicker Type	Low-Frequency Visible Flicker	High-Frequency Stroboscopic Effect	Phantom Array Effect
Frequency Range	< 80 Hz	80 Hz - 2 kHz	> 2 kHz
Observation Conditions	Observing stationary objects in static environments	Observing moving objects in static environments	Observing stationary objects in dynamic environments
Phantom Ray Effect	Flicker	Stroboscopic Effect	Phantom Array Effect
Impact and Applications	Can lead to visual fatigue, headaches, and nervous tension. Commonly found in light sources with low-frequency PWM dimming or unstable power supplies.	Impacts the perception of moving objects, such as the wagon-wheel effect or motion blur. Common in industrial lighting or high-refresh-rate display devices.	Can create visual artifacts like multiple image trails, affecting user experience in high-speed motion scenarios. Less common but potentially significant in high-speed applications.

자전거 타이어가 회전하는 모습을 스트로보로 촬영한 사진입니다.

깜박임이 시력과 건강에 미치는 영향

깜박임에 대한 인간의 민감도는 망막 및 신경계의 시간적 해상도 능력과 밀접한 관련이 있습니다. 연구에 따르면 저주파 깜박임, 특히 15~20Hz 범위의 깜박임이 가장 눈에 띄며 다음과 같은 문제를 일으킬 수 있는 것으로 나타났습니다:

시각적 피로와 두통: 저주파 깜박임 환경에 장시간 노출되면 시각 시스템의 조절 부담이 증가합니다.
시각적 간섭: 깜박임은 텍스트를 읽고 이미지의 미세한 디테일을 식별하는 능력을 손상시킬 수 있습니다.
신경학적 및 심리적 영향: 광과민성 뇌전증 환자는 깜박임 자극에 특히 취약할 수 있습니다.

사람의 눈에 의한 깜박임의 인식은 주파수에 따라 크게 달라집니다:

70Hz 미만: 깜박임 효과는 쉽게 감지되며 시각 건강과 행동에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
70Hz 이상: 플리커 효과는 일반적으로 시각적 간섭을 최소화하여 눈에 띄지 않습니다.

또한, 대부분의 행동 영향은 정적 조건에서 저주파 진폭 효과에 집중되어 있습니다. 이러한 진폭 변동은 특히 고정된 관찰자에게 시각적 피로를 유발하는 데 두드러집니다.

저주파 깜박임 환경에 장시간 노출되면 시각적 피로와 두통이 발생할 수 있습니다.

플리커 효과의 측정 방법 및 표준

기본 측정 매개변수

깜박임 측정은 빛 신호의 시간 영역 및 주파수 영역 특성을 기반으로 합니다. 핵심 매개 변수는 다음과 같습니다:

1. 깜박임 비율:

여기서 A는 최대 휘도 값을 나타내고 B는 최소 휘도 값을 나타냅니다.

애플리케이션:

광원 변동의 정도를 빠르게 감지하는 데 적합합니다.
일반적으로 광원의 기본 안정성을 테스트하는 데 사용됩니다.

장점:

계산이 간단하여 임베디드 시스템에 이상적입니다.

단점:

주파수와 파형의 결합 효과를 고려하지 않습니다.

2. 깜박임 색인

플리커 지수는 평균 조도 위와 아래의 파형 아래 영역을 나타내는 영역 1과 영역 2를 사용하여 결정됩니다.

애플리케이션:

파형의 안정성 분석, 특히 복잡한 광원 파형의 안정성을 분석하는 데 더 적합합니다.
LED 조명 테스트와 같이 파형 에너지 분포를 평가해야 하는 시나리오에 사용됩니다.

장점:

퍼센트 깜박임에 비해 파형 특성을 더 정확하게 표현합니다.

단점:

주파수 변동에 덜 민감합니다.

3. SVM(스트로보스코픽 가시성 측정)

SVM의 정의와 공식

스트로보스코픽 가시성 측정(SVM)은 80Hz~2kHz 범위의 고주파 플리커를 위해 특별히 고안된 측정 표준입니다. CIE TN006-2016에서 제안한 SVM은 특히 빠르게 움직이는 시나리오가 포함된 애플리케이션에서 고주파 플리커가 동적 시각에 미치는 영향을 정량화하는 것을 목표로 합니다.

이 지표는 수학적 모델을 사용하여 고주파 깜박임에 대한 사람의 눈의 민감도를 정량화하여 엔지니어가 광원 또는 디스플레이의 동적 성능을 평가할 수 있도록 합니다. SVM은 표준화된 접근 방식을 제공함으로써 모션 선명도가 중요한 환경에 맞게 조명 및 디스플레이 기술을 최적화하는 데 도움을 줍니다.

애플리케이션:

디스플레이 테스트: 고주사율 디스플레이(예: OLED 또는 LCD 패널)의 동적 시각적 성능을 평가합니다.
산업용 조명: 고속 생산 라인에서 사용되는 조명 설비를 테스트하여 움직이는 물체를 관찰하는 데 깜박임이 방해되지 않도록 합니다.
기계 작동이나 교통 시스템과 같은 시나리오에서 플리커 효과로 인해 안전과 효율성이 저하되지 않도록 보장합니다.

Cm: 특정 주파수에서 빛 신호의 푸리에 성분입니다.

Sm: 해당 주파수에 대한 사람의 눈의 가중 감도입니다.

C1: 기준 주파수에서의 푸리에 성분

장점:

인간의 시각 인식 모델과 밀접하게 일치하여 고주파 깜박임이 시력에 미치는 실제 영향을 정확하게 반영합니다.
특히 고속 디스플레이 기술(예: 주사율이 120Hz 이상인 디스플레이) 및 기타 고주파 광원에 적합합니다.
정적 관찰 조건에서 저주파 플리커를 대상으로 하는 PstLM과 달리, SVM은 빠르게 움직이는 시나리오에서 플리커 테스트를 위해 특별히 설계되었습니다.

4. PstLM(단기 광 변조 표시기)

PstLM은 저주파 깜박임(0.3Hz~80Hz 범위)이 사람의 시각적 인식에 미치는 영향을 정량화하기 위해 국제전기기술위원회(IEC)에서 제안한 지표입니다. 주요 목적은 단기간의 깜박임 효과가 시각적 편안함을 방해하는지 평가하는 것입니다.

Fi: 관찰된 주파수 구성 요소의 지각적 가중치를 기반으로 한 플리커 효과의 가중치 구성 요소입니다.

N: 테스트 기간 동안 수집한 총 주파수 샘플 수입니다.

PstLM은 플리커 미터로 수집한 데이터를 사용하여 계산되며, 결과는 광원의 플리커 효과에 대한 인식 가능성을 반영합니다.

애플리케이션:

조명 제품 테스트: LED 조명 기구 및 조광 장치의 플리커 성능을 평가하여 국제 플리커 안전 표준(예: IEC 61000-3-3)을 준수하는지 확인합니다.
전력 시스템 모니터링: 전압 변동이 광원 깜박임에 미치는 영향을 감지하여 광원 안정성을 보장합니다.
저주파 깜박임이 사람의 눈과 신경계에 미칠 수 있는 잠재적 영향을 조사합니다.

장점:

저주파 변동의 시각적 영향에 대한 정밀한 데이터 지원을 제공합니다.
정적 관찰 시나리오에서 저주파수 조건에 집중하여 SVM의 고주파수 동적 테스트를 보완합니다.

표 2: 플리커 측정 방법 비교

Method	Percent Flicker	Flicker Index	SVM	PstLM
Definition	Illuminating Engineering Society (IES), North America	Illuminating Engineering Society (IES), North America	PHILIPS & CIE TN 006:2016	International Electrotechnical Commission (IEC)
Key Focus	Emphasizes relative waveform amplitude changes	Emphasizes waveform area ratio changes	Uses Fourier transform (time domain → frequency domain) combined with human visual frequency perception	Evaluates low-frequency flicker effects in the range of 0.3 Hz to 80 Hz
Indicator Range	0% ~ 100%; smaller percentage → less flicker	0 ~ 1; smaller value → less flicker	SVM ≤ 0.9 (before Sep 1, 2024); SVM ≤ 0.4 (after Sep 1, 2024)	PstLM < 1: Flicker not perceptible; PstLM = 1: 50% of people perceive flicker; PstLM > 1: Flicker noticeable
Measurement Characteristics	Simple and easy to use, suitable for quickly determining flicker levels	Provides a more accurate description of overall waveform stability; sensitive to low-frequency effects	Specifically designed for high-frequency flicker; strong dynamic analysis capabilities	Precisely quantifies short-term flicker effects; focuses on human visual perception
Applicable Scenarios	LED lighting, basic display testing	High-quality lighting, medical display testing	High-refresh-rate displays, high-speed motion environment lighting	LED luminaires, dimming devices, power system monitoring
Common Applications	Dimming detection of LED luminaires, low-frequency fluctuation testing of displays	Analysis of surgical lighting, office lighting performance	Testing OLED high-refresh displays, automotive lighting evaluation	Stability testing of LED lighting, voltage fluctuation impact on light sources

플리커 측정 인터페이스

식별 가능한 깜박임 위험 영역

주파수 영역 분석 방법

1. JEITA 표준

일본 전자정보기술산업협회(JEITA)는 주파수 영역 분석에 초점을 맞춘 디스플레이의 플리커 측정 방법을 확립했습니다. 이 표준은 특히 사람의 눈으로 감지되는 고주파 깜박임 효과를 평가합니다.

주파수 영역 분석:

JEITA 표준은 시간 영역에서 주파수 영역으로 빛 신호를 변환하는 고속 푸리에 변환(FFT)을 기반으로 합니다.
신호 내 각 주파수 성분의 에너지를 분석하고 각 주파수에 가중치 처리를 적용합니다.
가중치 값은 다양한 주파수에 대한 사람의 눈의 민감도(지각 곡선)에 따라 설정됩니다.

주요 지표:

측정 결과는 일반적으로 가중 주파수의 총 에너지로 표시되며, 고주파 깜박임이 사람의 눈에 미치는 영향을 정량화합니다.

애플리케이션 시나리오:

LCD 및 OLED 패널을 포함한 디스플레이의 동적 성능 테스트에 사용됩니다.

2. VESA 표준

VESA(비디오 전자 표준 협회)는 디스플레이 성능 테스트에 중점을 둔 국제 단체입니다. VESA 플리커 측정 방법은 JEITA 프레임워크를 기반으로 하며, 특히 동적 명암비 및 고주사율 평가에서 더 광범위한 디스플레이 기술로 적용 범위를 확장합니다.

빈도 가중치:

JEITA 방법과 유사하게 VESA는 주파수 영역 분석에 FFT(고속 푸리에 변환)도 활용합니다.
주요 차이점은 VESA의 더 넓고 적응력이 뛰어난 가중치 범위로 LCD, 미니 LED, OLED를 비롯한 대부분의 디스플레이 기술에 적합하다는 점입니다.

동적 대비 테스트:

동적 장면에서 플리커 효과와 대비 변화를 결합하여 빠르게 움직이는 이미지를 렌더링할 때 디스플레이의 성능을 평가합니다.

애플리케이션 시나리오:

HDR(하이 다이나믹 레인지) 디스플레이의 깜박임 및 대비 테스트.
OLED, QLED, 마이크로 LED 등 다양한 디스플레이 기술에 적용할 수 있습니다.

표 3: JEITA와 VESA 표준 비교

Feature	JEITA	VESA
Testing Scope	High-frequency flicker	High-frequency flicker + dynamic contrast
Weighting	Based on human eye perception curves	Broader weighting range, adaptable to more technologies
Applicable Technologies	LCD, OLED displays	LCD, OLED, HDR, and high-refresh-rate displays
Advantages	Precisely captures flicker closely related to human perception	More universal testing framework suitable for various display technologies
Challenges	High computational demand, requires efficient testing equipment	Complex testing framework with high requirements for dynamic content testing

깜박이는 디지털 스태틱 텍스처.

u플리커 소프트웨어: 플리커 테스트를 위한 이상적인 솔루션

디스플레이 및 조명 기술이 지속적으로 발전함에 따라 플리커 효과는 제품 품질을 평가하는 중요한 지표가 되었습니다. 퍼센트 플리커 및 플리커 인덱스와 같은 기본 측정부터 SVM과 같은 고급 방법까지 정확한 플리커 테스트는 엔지니어가 문제를 파악하고 디자인을 개선하여 궁극적으로 사용자에게 보다 편안하고 안정적인 시각적 경험을 제공하는 데 도움이 됩니다.

uFlicker 소프트웨어의 핵심 기능

UPRtek의 uFlicker 소프트웨어는 다양한 테스트 표준(퍼센트 플리커, 플리커 지수, SVM 및 PstLM)과 호환되며 다음과 같은 주요 특징을 결합합니다:

1. 실시간 파형 및 스펙트럼 시각화:

빛 신호에 대한 시간 영역 및 주파수 영역 분석을 모두 제공하여 사용자가 깜박임의 근본 원인을 정확하게 파악할 수 있도록 도와줍니다.
파형 특성(대칭성 및 진폭 변화 등)은 조명 신호의 안정성을 명확하게 표시합니다.

2. 진폭이 깜박임에 미치는 영향에 대한 종합적인 평가:

파형의 최대, 최소 및 모양을 분석하여 진폭 변화가 깜박임 효과에 미치는 복합적인 영향을 평가합니다.
엔지니어가 광원 디밍 전략을 최적화하여 다양한 밝기 조건에서 제품의 안정성을 보장할 수 있도록 지원합니다.

3. 플리커 평가에 대한 파형 특성의 영향:

파형 대칭: 깜박임의 직관적 인식에 영향을 미치며, 비대칭 파형은 시각적 장애를 일으킬 가능성이 높습니다.
파형 주파수 및 진폭: 고주파 파형은 육안으로 감지할 수 없지만 저주파 변동, 특히 진폭이 큰 파형은 편안함에 큰 영향을 미칩니다.
파형 광도 분포: 파형 내의 명암비(예: 피크 및 최저점 차이)를 분석하여 깜박임 퍼센트 및 깜박임 지수의 평가 데이터에 직접적인 영향을 미칩니다.

4. 다중 매개변수 테스트 기능:

상세한 파형 매개변수(피크 값, 최저값, 파형 영역)를 제공하고 자동화된 데이터 처리 기능을 통합하여 시각적 보고서를 신속하게 생성할 수 있습니다.

5. 종합적인 깜박임 테스트 및 진단:

진폭과 주파수의 결합된 영향을 평가하여 국제 표준에 따라 광원 성능을 정확하게 분류합니다.
저주파 평가(PstLM)와 고주파 분석(SVM)을 통합하여 전체 주파수 범위에서 플리커 테스트를 수행합니다.

uFlicker 소프트웨어 – 정확하고 포괄적인 플리커 테스트를 위해 특별히 설계된 다목적 도구입니다.

uFlicker 소프트웨어는 포괄적인 플리커 테스트와 전문적인 분석을 제공하여 광학 측정의 표준을 재정의합니다.

MK550T 및 MD100N , uFlicker 소프트웨어를 통해 Lv 휘도 파형 변화 관찰 가능

uFlicker 소프트웨어를 선택하면 테스트 효율성이 향상될 뿐만 아니라 제품 품질도 보장됩니다. 포괄적인 테스트 기능, 정밀한 파형 분석 및 진폭 영향 평가를 통해 엔지니어가 국제 표준을 충족하는 고품질 제품을 만들 수 있도록 도와줍니다. 또한 파형 특성에 대한 심층적인 분석을 통해 소프트웨어가 플리커 문제를 효과적으로 진단하여 광원 설계 및 성능 최적화를 위한 중요한 지원 데이터를 제공할 수 있습니다.

자원:

IES. (2011). IES 조명 핸드북, 10판. 북미 조명 공학 협회.

IEEE 표준 협회. (2015). IEEE PAR1789-2015: 시청자의 건강 위험을 완화하기 위해 고휘도 LED의 전류를 변조하는 권장 사례. IEEE.

Miller, N. J. (2012). 일반 조명의 맥락에서 플리커 인식 임계값의 비교 분석. 조명 연구 및 기술, 44(3), 213-223.

Wilkins, A. J., Veitch, J. A., & Lehman, B. (2010). LED 조명 깜박임 및 잠재적 인 건강 문제: IEEE 표준 PAR1789 업데이트. IEEE 에너지 변환 회의 및 박람회.

CIE(국제전기통신위원회). (2019). CIE TN 006:2019 – 시간 변조 조명 시스템의 시각적 측면. CIE.

플리커 감지 LED 스크린, https://www.flickersense.org/background/led-screens

깜박이는 빛의 건강 영향, https://www.flickersense.org/

국제 조명 위원회 https://etc.csu.edu.tw/flicker/