

1、引言
在LED顯示屏的主要光電參數(shù)中,有亮度,視角,均勻性,對比度,刷新頻率等,當(dāng)然還有灰度級、亮度等級及基色主波長誤差等一些關(guān)鍵參數(shù)。
將基色的發(fā)光亮度按強(qiáng)度大小劃分,就是灰度級。顯示屏能產(chǎn)生的灰度級越高,顯示的顏色和圖像層次就越多。在數(shù)字化系統(tǒng)中,灰度級控制的能力由灰度級數(shù)量來表示,所謂灰度級數(shù)量就是指可以進(jìn)行控制的灰度級等級的多少。有關(guān)這方面的探討已經(jīng)很多,同樣亮度等級及基色主波長誤差等分析已經(jīng)出現(xiàn)于諸多文獻(xiàn),由于篇幅所限,本文這里就不再贅述了。
下面,本文從上述顯示屏的亮度,視角,均勻性,對比度,刷新頻率等主要參數(shù)出發(fā),簡要說明其相互之間的關(guān)系。
2 、led顯示屏亮度同視角之間的關(guān)系
LED顯示屏的發(fā)光強(qiáng)度是確定的,由于顯示屏不是朗勃發(fā)光體,因此在一般情況下,其發(fā)光的分布大致同LED的像素發(fā)光分布近似,由
(2-1)
可知,在增大某一個特定方向(如法線方向)的亮度時,其它方向的亮度將會受到削弱,造成整個屏幕的視角指標(biāo)下降,觀看的范圍變小。另外,LED顯示屏的使用環(huán)境千差萬別,環(huán)境照度不一樣也會對整個屏幕的觀看效果有很大影響,根據(jù)(2-1)看到,在環(huán)境照度大而成本不變的條件下,只有加強(qiáng)特定方向的亮度保證屏幕的亮度指標(biāo),犧牲視角的指標(biāo);可是反過來,環(huán)境照度較小的條件下,過份強(qiáng)調(diào)特定方向的亮度則不是必要的,反而影響了整個屏幕的實(shí)際光電性能。這樣也就造成了在競投標(biāo)中不切實(shí)際的互相攀比,用戶對此又不了解,致使許多標(biāo)書中要求的“最大亮度”往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際需要。
基于以上原因,建議為了引導(dǎo)用戶正確理解LED顯示屏的“最大亮度”這個性能指標(biāo),行業(yè)有必要給出一個指導(dǎo):在某些場合,在不同照度的使用環(huán)境下,應(yīng)在保證視角的前提下確定亮度指標(biāo)(即LED顯示屏的亮度達(dá)到什么值就可以滿足要求),不要不顧視覺效果,僅一味強(qiáng)調(diào)亮度指標(biāo),這樣作出來的屏除非提高成本,采用很亮的LED燈(一個后果是可視范圍大了,但是正面由于過亮無法觀看);否則的話,由于屏幕的觀看范圍很小,可能成為低檔次的顯示屏。
3 、LED顯示屏亮度同均勻性之間的關(guān)系
目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T11281-2003《LED顯示屏測試方法》亮度均勻性的測量并不牽涉到顯示屏空間位置以及觀察角度的變化等因素。
?。?)LED顯示屏觀察視角同均勻性之間的關(guān)系
實(shí)際上,由于LED顯示屏作為一種大屏幕顯示產(chǎn)品,它給人們的視覺效應(yīng)可想而知,因此需要從不同角度對LED顯示屏進(jìn)行觀察,定性分析不同視角和不同的空間分布對LED顯示屏亮度均勻性的影響,以便對LED顯示屏給予更客觀的評價。

《LED顯示屏測試方法》所規(guī)定的亮度均勻性的測量只是針對LED發(fā)光管的光軸方向的亮度測量。顯示區(qū)域1、顯示區(qū)域2、顯示區(qū)域3的發(fā)光強(qiáng)度角分布曲線及檢測位置1、檢測位置2、檢測位置3如圖3-1所示。根據(jù)《LED顯示屏測試方法》對的三個顯示區(qū)域進(jìn)行亮度測量,檢測位置1、檢測位置2、檢測位置3分別位于顯示區(qū)域1、顯示區(qū)域2、顯示區(qū)域3的光軸方向。所測量的亮度值是各個區(qū)域最大的亮度值。本文中假定三個顯示區(qū)域的發(fā)光強(qiáng)度角分布曲線(包括絕對值)完全相同,因此得到LED顯示屏三個顯示區(qū)域的發(fā)光強(qiáng)度相同,LED顯示屏的亮度均勻性達(dá)到國家C級標(biāo)準(zhǔn)。
由于LED本身視角的問題,LED顯示屏的亮度會隨觀察角度的改變而改變,影響了顯示屏的顯示效果。觀察者從不同的角度觀看顯示屏,亮度的改變會對LED顯示屏亮度均勻性產(chǎn)生一定影響。

LED顯示屏在實(shí)際使用中,觀察者會在一定范圍內(nèi)對顯示屏進(jìn)行觀察。以圖3-2為例,假設(shè)觀察者在觀察位置1、觀察位置2、觀察位置3對LED顯示屏進(jìn)行觀察,觀察者在觀察位置1、觀察位置2、觀察位置3的視軸與圖3-1所示的顯示區(qū)域1、顯示區(qū)域2、顯示區(qū)域3的光軸重合。
在觀察位置1時,顯示區(qū)域1的亮度最大,顯示區(qū)域3的亮度最小,顯示區(qū)域2的亮度介于兩者之間;在觀察位置2時,顯示區(qū)域2的亮度最大,顯示區(qū)域1和顯示區(qū)域3的亮度基本相同,但小于顯示區(qū)域2的亮度;在觀察位置3時,顯示區(qū)域3的亮度最大,顯示區(qū)域1的亮度最小,顯示區(qū)域2的亮度介于兩者之間。雖然三個顯示區(qū)域的LED發(fā)光強(qiáng)度角分布曲線相同,但是由于LED視角的影響,導(dǎo)致在同一個觀察位置,三個區(qū)域亮度值都不相同。
顯示區(qū)域1,在觀察位置1時亮度最大,在觀察位置3時亮度最小,在觀察位置2時亮度介于兩者之間;顯示區(qū)域2,在觀察位置2時亮度最大,在觀察位置1和觀察位置3時亮度基本相同,但小于在觀察位置2時的亮度;顯示區(qū)域3,在觀察位置3時亮度最大,在觀察位置1時亮度最小,在觀察位置2時亮度介于兩者之間,因此LED顯示屏相同區(qū)域的亮度會隨觀察角度的不同發(fā)生變化。
根據(jù)LED發(fā)光強(qiáng)度角分布曲線的變化規(guī)律,對觀察位置1、觀察位置2、觀察位置3進(jìn)行LED顯示屏整屏亮度分布分析。LED顯示屏亮度分布情況如圖3-3所示。其中(a)是在觀察位置1觀察到的LED顯示屏亮度分布情況。(b)是在觀察位置2觀察到的LED顯示屏亮度分布情況。(c)是在觀察位置3觀察到的LED顯示屏亮度分布情況。

此外,假定有兩塊完全相同的顯示屏,其組成模塊完全一致,但是其空間分布不一致。其中一塊顯示屏的顯示模塊隨機(jī)分布,而另一個則是按相鄰顯示模塊差異最小化組合而成,很顯然,就視覺的均勻度來看,顯示屏2要優(yōu)于顯示屏1,盡管其組合的顯示模塊完全一致。
也就是說,完全有必要引入相鄰亮度均勻性的指標(biāo)來衡量顯示屏均勻性的優(yōu)劣。
?。?)LED顯示屏實(shí)際亮度同均勻性之間的關(guān)系
還有一點(diǎn)也十分重要,由于目前有很多的顯示屏采用了亮度校正的技術(shù),因此在保證均勻性指標(biāo)的前提下,顯示屏的校正亮度(實(shí)際亮度)會產(chǎn)生一定程度的削弱。因此應(yīng)在保證均勻性的前提下確定顯示屏的亮度指標(biāo),否則最后的顯示屏達(dá)不到預(yù)期的期望。
前面已經(jīng)提到視角的重要性,這里再重申一下:沒有足夠的視角,均勻性校正是沒有意義的。甚至于視角的不均勻性也會給顯示屏帶來災(zāi)難性的后果,越校正其整體顯示效果越差。
4 、亮度均勻性與色度均勻性
同亮度均勻度一樣,屏幕各個部分色度的差異程度為色度均勻性。
目前的行業(yè)為了評判LED大屏幕亮度的均勻性,《LED顯示屏測試方法》提出了“像素光強(qiáng)均勻性”、“顯示模塊亮度均勻性”和“模組亮度均勻性”三個均勻性指標(biāo)。顯示模塊亮度均勻性傳統(tǒng)的測試方法是用目測法,選出3組顯示模塊進(jìn)行計算,這種方法雖然能夠近似的表示其均勻性,它畢竟不是全面和客觀地對這整個屏幕進(jìn)行評價,具有一定的局限性。而且《LED顯示屏測試方法》也沒有規(guī)定色度均勻性的測量方法。
同亮度均勻性類似,色度均勻性也同顯示屏空間位置以及觀察角度等因素有密切的聯(lián)系,同樣也可以引入相鄰色度均勻性的指標(biāo)來衡量顯示屏色度均勻性的優(yōu)劣。
當(dāng)然,作為高檔的LED顯示屏,考慮到較高的亮度均勻性與色度均勻性設(shè)計無疑會增高顯示屏的成本,加之色度均勻性的實(shí)現(xiàn)要影響色飽和度,即影響顯示的鮮艷程度,因而有得不償失之嫌。
因此在目前條件下,是否可以認(rèn)為亮度均勻性指標(biāo)有巨大商業(yè)價值,而色度均勻性的探討目前應(yīng)該停留在理論階段。
5 、屏幕發(fā)光面積比例同對比度
屏幕發(fā)光面積比例定義為像素發(fā)光面積與像素區(qū)域面積之比。其比例越高,顯示屏的顯示黑區(qū)越小,視覺感覺像素越豐滿,顯示越連續(xù),色彩越柔和不刺眼。反之視覺感覺顆粒感越明顯,視覺感覺顯示粗糙。
但是考慮到由于發(fā)光面需要透過三基色的光,這樣其反射亮度就包括兩部分,一部分是對外界光的直接反射,另一部分是外界光經(jīng)過透射進(jìn)入發(fā)光體內(nèi)部,再通過發(fā)光體內(nèi)部進(jìn)行反射,這兩種反射也直接影響著對比度數(shù)值的大小。為了增大對比度,可以增強(qiáng)發(fā)光體表面的透射率,以達(dá)到減少其表面反射率的要求。同時為了減少發(fā)光體對透射光的反射,還可通過改善發(fā)光體的制作工藝以實(shí)現(xiàn)減少內(nèi)部反射的目的。但是該改進(jìn)會增加額外的開銷。因而在一般條件下,發(fā)光面積比例越高,則使對比度越差。所以發(fā)光面積比例并非越大越好。
此外,對比度同反射的種類條件以及觀察角度還有密切聯(lián)系,在實(shí)際測量中,發(fā)光強(qiáng)度角分布曲線決定不同角度測得的實(shí)際最大亮度值是不同的。其分布曲線例如圖5-1所示:

圖5-1 LED發(fā)光強(qiáng)度角分布曲線
由圖5-1知,實(shí)際測量的最大亮度的數(shù)值大于其他任意角度上測得的實(shí)際最大亮度值。根據(jù)對比度與顯示屏的實(shí)際最大亮度成正比的關(guān)系,可得出顯示屏法線方向上的對比度值最大,并且隨著偏離法線角度的增大,對比度數(shù)值會逐漸減小。
由于發(fā)光管此發(fā)光強(qiáng)度角分布曲線特性,使不同方向上的對比度差異較大,影響了顯示屏的視角指標(biāo),降低了顯示效果。所以同上述情況相似,對比度指標(biāo)也要求改善各個角度上的發(fā)光強(qiáng)度,使其趨向一致,達(dá)到不同方向上的對比度基本相同的目的,縮小不同角度上顯示圖像的灰度層次較大的差異,提高視覺效果。如下圖5-2所示的發(fā)光管特性,相較于圖5-1中的發(fā)光管發(fā)光強(qiáng)度特性有明顯改善:

圖5-2 增大LED均勻發(fā)光視角示意圖
使用圖5-2所示的發(fā)光管組裝成的顯示屏,提高了較寬視角的顯示效果,但是測得其法線方向上的對比度數(shù)值C1小于C2對比度(C2是使用圖5-1發(fā)光管組裝的顯示屏沿法線方向上的對比度)。但這并不能說明LED1顯示屏LED2顯示屏顯示的灰度層次差。
圖5-2所示,發(fā)光管視角在正負(fù)20度內(nèi)的發(fā)光強(qiáng)度值基本相同,在此視角內(nèi)計算得到的LED1對比度C1也基本相同,相較于LED2相同角度上的對比度C2,雖然在法線方向上對比度C2>C1,但是偏離法線方向上的對比度C2 以上所述的反射都是針對漫反射而言,實(shí)際上,出現(xiàn)于LED顯示屏上的反射不只包括漫反射,還包括鏡面反射。 漫反射的計算公式: 其中Ia=外界光強(qiáng);Ka=外界光反射系數(shù);Ip=點(diǎn)光源發(fā)光強(qiáng)度;Kp=面反射系數(shù); 圖5-4 N,L矢量圖 鏡面反射= ,其中點(diǎn)光源發(fā)光強(qiáng)度;=光源衰減率 ; = 鏡面反射系數(shù)(一般為常數(shù));n = 鏡面反射指數(shù); (R,V為單位長度);R,V矢量圖如圖5-5所示: 圖5-5 R,V矢量圖 對比度表達(dá)式中實(shí)際最大亮度的計算方法體現(xiàn)了最大亮度值中僅包括顯示屏對外界光的反射,而忽略顯示屏對發(fā)光管發(fā)出光的反射;并且LED顯示屏的反射中還混有鏡面反射,此反射會導(dǎo)致圖像變的不清楚。針對上述的問題仍需進(jìn)一步的研究和探討。 6 、屏幕刷新(掃描)頻率 從《標(biāo)準(zhǔn)》的測量方法來看,似乎忽略了用戶真正關(guān)心的問題,它也沒有很好考慮到各個廠家所用驅(qū)動電路方式差異,造成測試的困難。掃描頻率直接影響成本。掃描頻率越高越好,上不封頂,但應(yīng)適可而止。 實(shí)際上,“刷新頻率”一幀畫面顯示所需時間的倒數(shù),把顯示屏當(dāng)做一個發(fā)光光源,那就是光源的閃爍頻率??梢杂妙愃啤?span id="9fbbhkz5jx" class=hrefStyle style="COLOR: #000000">光感頻率計”的儀器直接測試顯示屏的光源閃爍頻率,來反映這個指標(biāo)。
圖5-3兩顯示屏測量角度與對比度關(guān)系示意圖
對于觀察者而言,從法線方向上看LED顯示圖像的概率非常小,其值可近似看作是顯示屏的觀測角度的倒數(shù),所以評價顯示屏對比度的好壞不能只用一個法線方向上對比度值來衡量,還應(yīng)參考各視角上的對比度值,以便更真實(shí)的體現(xiàn)圖像顯示效果。
(5-1)
;N,L矢量如下圖5-4所示:
有關(guān)方面做過這方面的測試。利用示波器測量任一種顏色的LED驅(qū)動電流波形來確定“刷新頻率”,在白場下測得200Hz;在低灰度級下,所測頻率高達(dá)10kHz以上。用PR-650光譜儀測量;無論在白場,還是在其它灰度等級下,所測光源閃爍頻率均為200Hz。因此掃描頻率100至200Hz為宜。
7、討論
以上是針對LED顯示屏的主要參數(shù)之間關(guān)系做一個簡單的描述,對于其它一些主要指標(biāo),還需進(jìn)一步的分析和研究。對于如何引導(dǎo)用戶正確理解LED顯示屏這樣一個復(fù)雜系統(tǒng)的產(chǎn)品,還是要行業(yè)協(xié)會多搞點(diǎn)LED顯示屏技術(shù)研究交流,多從實(shí)際出發(fā),全面分析LED產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)以及評估方法,引導(dǎo)行業(yè)正確理解LED顯示屏的性能。這對于用戶、生產(chǎn)者以及整個行業(yè)都將會是非常有利的。

