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LED显示屏光电检测标准探讨

来源:作者:丁铁夫 陈宇  发布时间:2011-09-02

1.引言

随着LED大屏幕显示器技术的不断提高和产品的日臻完备,在部分光电参数的检测和标准方面面临许多新的问题。2007LED显示应用分会的技术专家组经过充分的论证,提出SJ/T 11281-2007的新标准来代替2003年发布的标准,在主要的几个参数测试方面有以下的变化。

1.1 视角检测

2003版本的测试屏幕单基色方块修订为在全屏幕单基色情况下选择一个测量的区域;水平和垂直视角的定义和名称没有发生变化,分别为

1.2 最高对比度检测

环境照度方面的规定做出一定的调整,户内显示屏屏幕法线方向的照度由100×(1±10%lx修订为10×(1±10%lx;户外显示屏屏幕法线方向的照度由10 000×(1±10%lx修订为40×(1±10%lx;该方案充分考虑了照明环境构建的难度,提出了可行的方案来完成环境的构建;为了便于统一符号,SJ/T 11281-2007利用L代替B来表示屏幕的亮度。

1.3 基色主波长检测

基色主波长的检测标准在SJ/T 11281-2007中提高了AB标准的严格度,将波长的误差值控制在10nm以内。此外还确定检测时单基色必须在最大的亮度条件下进行,保证最大亮度可以避免屏幕在显示不同亮度条件下色度飘移误差。检测方法中细化了波长获得的步骤,确定了等能光源的主波长计算方法。

1.4 白场色坐标确定

SJ/T 11281-2007修订了白场色度指标第一个点的y坐标,下调了2%

1.5 像素光强均匀性检测

SJ/T 11281-2007为了保证抽取的随机性,将随机抽取30个像素的光强,并计算出近似离差值,并且简化了原来方法的步骤,提高了效率。

1.6 显示模块亮度均匀性检测

SJ/T 11281-2007为了保证抽取的随机性,将随机抽取9个模块的亮度,并计算出近似离差值,并且简化了原来方法的步骤,提高了效率。

1.7 显示模组亮度均匀性检测

SJ/T 11281-2007规定显示模组的均匀性检测同显示模块的改动类似。

1.8 刷新频率的检测

刷新频率对于LED显示屏是很重要的,它跟换帧频率不同,体现屏幕图像的稳定性;SJ/T 11281-2007标准中提高了原有标准的指标。

而随着技术的进步,在光电检测方面,检测方法和标准也需做出一定的改进。作为一种成熟的显示产品,LED显示器已经基本具备了大型平板显示器的所有特征,在很多方面的显示技术指标已经达到HDTV的要求,因此应该充分参考平板显示器的一些成熟指标来强化目前LED显示屏的一些技术参数的规定和相应的检测方法和手段。

2.现行LED光电检测标准的探讨

目前国内外与平板显示领域检测方面的相应标准包括美国数字电视标准ATSC、欧洲数字电视标准DVB、日本数字电视标准ISDB、中国数字(高清晰度)电视标准、TCO09标准、LCDPDP)行业检测标准等,不再一一列举,其中有借鉴意义的,在以下单项中给予重点介绍。

LED显示屏光电检测标准SJ/T 11281-2007已经施行了三年,在业内充分得到认可,根据广播电视相应标准以及LED显示屏幕实际检测中遇到的新问题,本文有以下几点建议。

2.1 亮度检测

根据SJ/T 11281-2007的规定,LED显 示屏最大亮度的检测方法、步骤说明虽然已经完备,但在白平衡的亮度检测还留下了一些不确定因素。根据平板显示器的标准及用户的要求,白场的色温是不一样 的,为了保证不同色温情况下的显示屏幕的最大亮度,显示屏的各个基色比例是不太相同的,考虑到这一点,建议现行标准加上限定的条件,比如在白平衡最大亮度 方面需要标注检测数值的白场色温,或者给出在6 500K9 300K的情况下的显示屏幕的最大亮度数值。

2.2 视角检测

对于平板显示产品来说,视角检测方面是一个很重要的问题。目前平板显示器虽然是针对单一人群应用的,但是仍然重视其视角的指标;作为LED大型平板显示屏幕,观看范围并不局限于屏幕法线小范围内,因此视角的标准定义和检测方法需要考虑新的因素。

目前,在户内应用的LED显示屏幕,相当于户内的环境照度,由于其法线范围亮度较高,首先考虑的将不再是屏幕的法线亮度的提升,而是视角方面以及同视角相关联的对比度、均匀度等方面的问题;在户外应用的LED显示屏幕,虽然目前仍然要考虑屏幕正面(法线方面)亮度的保证,但是随着LED显示管芯发光强度的提升,也开始要考虑在更大的显示范围内提升屏幕的亮度,而不是仅仅将光强集中在一个小的范围内。

鉴于法线方向的亮度已经得到确保,这样1/2法线亮度的屏幕视角的标准是否符合现行的屏幕标准趋势值得商榷。相对来说,PDP检测标准规定为屏幕两侧(包括左右、上下)与法线方向的某一夹角的亮度为1/3法线亮度,该处的夹角为屏幕视角,而LCD 则规定屏幕两侧观察方向(包括左右、上下)与法线方向的某一夹角的对比度降低为10:1时,此处夹角为视角。这样看来LED显示屏幕的视角同其他显示器没有可比性,容易造成混淆,因此建议在现行标准下,已给出相对于LCDPDP视角标准的参考数值,尽管加大了检测的工作量,但是使客户得到的正确印象却加强而且直观化了,同时可以将视角同亮度、对比度等指标的相对联系强化。

另外,同其他平板显示器不同,LED显示面积过大,当观察者不可能在足够远处观看显示屏幕,当这种情况发生时,会造成屏幕的边界同中央部位的视角有差异。因而建议应该根据TCO标准和LED显示屏幕的具体情况,由标准给定一个显示屏幕尺寸和检测距离的参考关系,视角数值以该观察距离为参照标准,这样的视角是针对于整个屏幕的,而不是针对单元箱的。

对 于户外显示屏来说,显示模块像素级别的视角偏差情况是普遍存在的,一般有两个方面的原因,一是像素封装中的发光法线同机械法线的偏离,二是后期的机械拼装 带来的模块和模组发光方向的偏差;这种偏差在原来没有很好的方法来检测。而在现在,技术方面已经有一致化校正的技术基础,加上目前自动控制功能的机械转台 已经得到一定的应用,上述的检测工作条件已经开始成熟,可以适当开展这方面的工作。

如果这些检测项目不适合都放在在视角检测中,建议可以另外增设像素光学平整度(视角一致度)或模块(模组)光学平整度的检测项目,以配合机械平整度的检测工作;同时根据实际的产品情况,制定相应的指标及标准,以促进封装及拼装水平的提高。

2.3 最高对比度检测

在视角检测中已经说明,如果相对于LCDPDP视角标准的参考数值,就得面临在各个角度下对屏幕的对比度进行检测,从而确定视角的参考数值,这些数据都是相互联系的,而根据TCO09标准,对显示屏幕的对比度检测已经不仅仅局限在法线方面,该标准提出45度角度的对比度标准;根据现有的条件,建议LED标准应参考TCO标准的设定,将45度角度或者屏幕的视角处的对比度参数列入行业检测标准,更加准确反映屏幕在不同的观察范围内的对比度水准。

2.4 基色主波长误差检测

SJ/T 11281-2007规定测量的是基色的主波长误差,有两种方法:一是测量主波长;二是测量色品,通过查表求出主波长;之后同标称主波长相减求得。

目前方法存在的问题是主波长计算以等能光源为参考点,而现有平板显示白平衡标准(通常为D65,少数为D93)和等能光源不一致,同样,测量的色品值在不同的参考点计算得到的主波长数值也存在偏差,主波长计算参考点是应该坚持现有标准,还是参考平板显示白平衡标准进行修订,请给予考虑。

建议应用分会发布的测量软件中增加主波长计算模块。

2.5 白场色坐标检测

白场的色坐标可以推荐更准确的标准,如D65D93等,误差应该用检测白场色度坐标点距D65D93距离表示,而不是划定矩形范围。

目前TCO09标准已经增加了在某一个角度下(如45度角度和视角方向)白场的色坐标表现情况的检测,考虑到LED显示屏幕的实际情况,是否可以考虑在屏幕法线外的白场色坐标的检测。

2.6 均匀度检测

SJ/T 11281-2007将均匀度检测分为像素光强均匀性检测、显示模块亮度均匀性检测、显示模组亮度均匀性检测,在视角检测中已经说明,技术方面已经有一致化校正的技术基础,加上目前自动控制功能的机械转台已经得到一定的应用,可以适当重新规划一下LED显示屏幕均匀度方面的检测方法和标准。并有计划开展这方面的工作。

实际上,对LED显示屏来说,在视角检测建议中提出的光学平整度的指标部分反映了显示屏幕在整个范围内的光学指向的效果,但是还是不能表示屏幕的整体均匀度指标;这样建议可以通过逐点分析的方法来得到LED显示屏幕的像素光强均匀性、像素模块亮度均匀性、像素模组亮度均匀性参数。

在视角检测中已经初步涉及均匀度、视角、观看距离的复杂关系,如何正确根据屏幕的大小和观测距离,得到某一个指定角度的屏幕均匀性指标,从而可以使得屏幕在有效观看范围内整体均匀度指标得到准确反应仍然是一个难题,希望以后能在这方面进行必要的工作。

实际上,对于观察者来说,均匀度的效果不仅仅体现在我们给出的偏差数值,而更多的与视觉特征有关。一般情况下,均匀度的绝对数值依然代表了客观的评价标准,而且符合这种客观均匀度标准的显示屏幕各个部分的亮度基本是相当的,就是说屏幕的各个显示模组具有互换性。

同 时,也要注意到另一种情况,有的显示屏幕不完全满足客观的均匀度评价标准,但是由于显示屏幕相邻区域均匀度很好,屏幕的视觉感觉仍然很好,本文建议在客观 的评价标准基础上,增加符合视觉特征的均匀度的计算方法,可以得到同视觉均匀性相符合的结果,加强屏幕均匀度评价的准确性。

2.7 灰度等级检测

SJ/T 11281-2007在灰度等级检测方面将显示灰度等级和灰度等级分辨率没有区分开,因此对于有些指标不能进行正确的判别。

建议,将灰度等级检测分为:显示灰度等级和灰度等级分辨率两个项目。

1)显示灰度等级内包含灰度等级数量G和灰度等级平滑度G’两个指标,灰度等级数量G的定义和检测步骤同SJ/T 11281-2007原规定相同,灰度等级平滑度G’则是确定灰度等级变化的连续性的重要指标,该指标对进一步确定显示屏幕的驱动特性有很大的帮助。

2)灰度等级分辨率,该项指标的检测有两方面的方法;其一是,建议生产厂商按行业标准的规定,开放灰度检测的指令,按SJ/T 11281-2007灰度等级数量G的步骤完成814bit的灰度等级分辨率检测;其二是,由于LED显示屏幕的灰度等级曲线符合反伽马函数,通过对灰度测试数据级差的参数进行分析就可以确定灰度等级平滑度G’的高低,同时这些级差增量的分布数据可以很好体现灰度等级分辨率的数值,通过分析完成8bit以上的灰度等级分辨率评估。

2.8 刷新频率的检测

由于LED平板显示屏的显示是分区进行的,即显示屏由许多L×V基本驱动点阵部分组成,每个基本驱动点阵的场同步信号同显示屏的场同步信号一致,当所有基本驱动点阵同时完成一场的扫描时,相当于整个显示屏幕完成一场的扫描。由于每个基本驱动点阵的场同步信号是完全同步的,从而带来以下问题。

在行(列)扫描同方向相邻基本驱动点阵之间为其中一个驱动点阵的场扫描终止行(列)和与其相邻的另一个驱动点阵的场扫描起始行(列),其间扫描的时间间隔正好为一场的时间Ts40ms,由于对比的反差,容易使观察者产生闪烁的感觉,影响显示屏的显示效果,主要表现为驱动点阵之间明显的闪动条纹和同行(列)扫描垂直方向的运动畸变。

因此,跟换帧频率不同,LED显示屏幕的刷新频率指标完全是自己独特的指标,体现LED显示的驱动特点。这里仅仅对于SJ/T 11281-2007标准中给出检测方法方面的建议。

参照广播电视行业检测方法,在白场条件下,检测屏幕某一区域(像素)的重复周期,即可确定其刷新频率,该方法可以正确检测屏幕的刷新频率。

3.结论

以上建议都来源于具体的检测和评估工作当中,但是有些方面可能存在对现行标准理解深度不足或是有考虑不周的地方,如果标准制定专家小组认为本建议对标准的完善有促进作用,并能对我们的工作给出相应的指导意见,将会促进我们在检测和评估方面的工作。

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