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                        LED顯示屏光學性能的精確測定方法

                        文章來源:創奇光電  上傳日期:2023-07-03  瀏覽次數:1337次

                        LED顯示屏作為多媒體設施的顯示終端,對其光學柱能的檢測和評價十分重要。亮度是評價顯 示屏光學性能的核心量值,本文從LED顯示屏的光學特性和測量要求出發,分析了影響LED顯示屏亮 度測量精度的主要因素,并圍繞這些關鍵因素,介紹了常用亮度測量設備的原理及其優缺點。同時本文 還介紹了具有高精度的集成化LED顯示屏測量方法及系統,希望能對相關技術人員有所幫助。


                        1 概述

                        近年來,LED顯示屏憑借其可靠性高、壽命長、 亮度高、功耗低、色彩豐富等特點迅速成長為平板顯 示的主流產品,并廣泛應用于工業、交通、商業廣告、 信息發布、體育比賽等領域山。隨著LED顯示屏的廣 泛應用,其產品的品質和性能評價也備受關注,我國 近年來在某些關鍵檢測技術和相關檢測設備上取得 了顯著進步。

                        LED顯示屏性能評價主要包括機械性能、光學 性能和電學性能的評價%其中光學性能檢測尤為重 要,精確測量的難度也最大。此外,一些電性能測試項 目(如模組負載變化率),也需要采用光學方法進行測 試。因此有必要對LED顯示屏的光學性能的精確測 定進行深入研究,以提供客觀準確的量值,從而為 LED顯示屏的研發和生產提供指導。

                        2 LED顯示屏的光學性能測試項目

                        根據SJ/T11281-2007(發光二極管(LED)顯 示屏測試方法>,LED顯示屏的光學性能測試主 要包括以下幾個項目:

                        最大亮度,包括紅、綠、藍、黃、白等的最大亮度; 視角,包括水平方向的視角和垂直方向的視角; 基色主波長誤差和白場色坐標,均為考察 LED顯示屏的顏色特性;均勻性,包括像素光強均勻性、顯示模塊亮 度均勻性和模組亮度均勻性;

                        其它光色測試項目:包括最高對比度、亮度 鑒別等級等。

                        從以上的測試項目中可以看出,亮度是LED 顯示屏光學特性最為核心的參數。要達到精確測 量LED顯示屏光學性能的目的,關鍵在于亮度 的準確測量。亮度是指光源單位投影面積上的發 光強度,單位為cd/m。,其表達式為:

                        同時注意到,上述測試項目中既有絕對亮度 測量又有相對亮度測量。通過絕對亮度測量可獲 得具有絕對單位的量值,如最大亮度等。而相對 亮度測量一般通過測量不同位置、角度或時間下 的亮度并進行比較,從而獲得無量綱或與亮度單 位不相關的量值,如視角、均勻性等。

                        絕對亮度測量對測量設備精度的要求較高, 因為任何誤差都會對測量結果貢獻不確定度。而 在相對測量中由于量值相比,可以大幅降低亮度 測量的系統誤差影響,如光譜失配誤差等,因此 對測量設備的精度要求相對較低,但從另一層面 講,相對亮度測量對測試的便捷性要求較高,且 要求目標能精確定位。

                        3現有亮度測量設備及影響亮度測 量的主要因素

                        3.1 現有典型的亮度測量設備

                        測量亮度的常用設備為亮度計,根據測量原 理,亮度計可分為遮光筒式亮度計、瞄點式亮度 計和成像式亮度計。

                        (1 )遮光筒式亮度計由光度探頭和遮光簡組 成,測試時,必須將遮光筒接觸或靠近光源的表 面,因此它僅能測試自發光體某一區域內的亮 度,并且較難控制光源的測試面積大小。

                        (2)瞄點式亮度計的典型原理如圖1所示, 根據光度學和幾何光學的基本原理,探測面上的 照度E與發光面的亮度L成以下比例關系:

                        E=kuL (2 )

                        式中,k為比例常數,由光學系統的透射比 T、焦距f、視場角3等決定。

                        如圖1所示,視場角3是指由測量面對瞄 準點所張的角度,在一定的測量距離下,視場角越大,被測瞄準點就越大,亮度計實際測量的是 該瞄準點區域內的平均亮度。

                        (3)成像亮度計的原理如圖2所示。成像式 亮度計采用CCD面陣代替瞄點式亮度計中的單 通道探測器,CCD面陣一般具有百萬像素,因此 成像亮度計可看作是百萬個亮度計同時工作。

                        圖1亮度計視場角示意圖

                        圖2成像式亮度計原理圖

                        3.2 影響顯示屏亮度測量精度的主要因素

                        從亮度的定義出發,影響絕對亮度測量精度 的主要因素包括光譜失配誤差和視場角等。

                        亮度計一般通過在探測器前加濾色片使探 測器的光譜響應與CIE入眼光視效率函數V( A) 或顏色三刺激值x( A ),y( A ),z( A )相匹配, 從而測量亮度和顏色特性。亮度計的光譜失匹配 誤差是指其相對光譜靈敏度s(入扁與CIE人眼 光視效率函數V(入)的失配所引起的誤差,如圖 3所示,大部分光度計在紅藍區域的匹配欠佳, 因此特別是在測量紅、藍等基色亮度時,由光譜 失配帶來的誤差可能高達百分之十幾甚至百分之百。

                        由于是單通道匹配,瞄點式亮度計的光譜失 配誤差比成像亮度計要小。目前在瞄點式亮度計基礎上又發展了光譜輻亮度計,是采用光譜測量 裝置取代了原有的濾色片加探測器的部分,光譜 輻亮度計不存在光譜失配誤差,因此能夠更為準 確地測量亮度和顏色特性。

                        亮度計的視場角影響其測量區域,LED顯示 屏等應用對于測量區域有較為具體的要求,如像 素光強的測量區域為單個像素,而模塊亮度則應 至少取16個像素區域。遮光筒式亮度計很難控 制視場角,瞄點式亮度計可實現的視場角有限, 且往往最小視場角也不能滿足特定測量要求,目 前最小視場角一般在0.1。。而成像亮度計由于 具有百萬像素,每個像素對應的測量視場角都非 常小,并且通過宏模式,多個像素組合,能夠實 現各種視場角,并能準確分析均勻性。

                        表1

                        4 LED顯示屏的精確測定方案

                        如上分析,絕對亮度的精確測量可采用光譜 輻亮度計實現,而對于均勻性等分析可采用成像 亮度計便捷準確的獲取。

                        然而,對于LED顯示屏的測量,影響測量精度的因素還包括視場測量中的角度精度、被測目標的精確瞄準以及瞄準的復現性等。為了克服這 些誤差因素,可采用五維對準高精度顯示屏光學 測試系統,如圖4所示。

                        圖4 五維對準高精度顯示屏光學測試系統

                        系統采用精密兩軸轉臺實現待測樣品的裝 夾和角度定位,轉臺可使被測樣品繞旋轉中心沿 水平軸和垂直軸旋轉-90。~90。。同時采用精 密三軸平移臺實現對亮度測量設備的裝夾和定 位,三個相互垂直的平移軸(x軸、y軸、z軸)能 夠實現測量取樣設備的三維空間平移。

                        根據測量項目的不同,三軸平移臺上的亮度測量 設備可為瞄點式亮度計、光譜輻亮度計或成像亮度 計。利用五維機械對準系統,能方便實現被測目標精 確定位和對準,大幅提高測量精度和復現性。

                        圖5所示為杭州遠方開發的具有五維對準系統 的高精度顯示屏光學測試系統的軟件界面圖,可綜合 精確分析LED顯示屏的各項光學性能。

                        圖5

                        5 結論

                        綜上所述,亮度的精確測量是準確評價LED 顯示屏光學性能的重要前提。亮度測量設備主要 有遮光筒式亮度計、瞄點式亮度計、光譜輻亮度 計(瞄點式)以及成像亮度計,它們各具特點。其 中,光譜輻亮度計在絕對亮度和顏色參數的測量 上具有高精度,而成像亮度計則能準確快速地分 析顯示屏的均勻性等相對亮度參數。杭州遠方光于LED顯示 屏、LCD、LED燈具以及照明工程等領域。針對 LED顯示屏、燈具等對光譜、亮度、顏色以及顏 色分布的測量需求,遠方光電正在國家863課 題的支持下,研究二維光譜和亮度測量裝置并取 得了初步進展131,相信該研究成果將會為LED 顯示屏的光學性能測定技術帶來革命性突破,達到更全面和更精確的測量。

                        圖6 水平/垂直視角測試


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                        QQ:1273830821

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