LED顯示屏對(duì)比度分析

LED顯示屏簡(jiǎn)介一

LED顯示屏分類(lèi)二

LED顯示屏技術(shù)指標(biāo)三目錄LED顯示屏主要參數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)四

LED顯示屏對(duì)比度五

對(duì)比度測(cè)試方法六

LED顯示屏主要參數(shù)關(guān)系討論七一、LED顯示屏簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED顯示屏〔LEDdisplay,LEDScreen〕：又叫電子顯示屏或者飄字屏幕。是由LED點(diǎn)陣組成，通過(guò)R/G/BLED燈的亮滅來(lái)顯示文字、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻，內(nèi)容可以隨時(shí)更換，各局部組件都是模塊化結(jié)構(gòu)的顯示器件。通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。顯示模塊由LED燈組成的點(diǎn)陣構(gòu)成，負(fù)責(zé)發(fā)光顯示；控制系統(tǒng)通過(guò)控制相應(yīng)區(qū)域的亮滅，可以讓屏幕顯示文字、圖片、視頻等內(nèi)容；電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)將輸入電壓電流轉(zhuǎn)為顯示屏需要的電壓電流。圖1：LED顯示屏圖2：LED顯示屏連接結(jié)構(gòu)二、LED顯示屏分類(lèi)〔一〕按顏色分類(lèi)單基色顯示屏:單一顏色〔紅色，綠色，和黃色等〕。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級(jí)灰度、可以顯示65536種顏色。全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級(jí)灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬(wàn)種色。圖3：全彩LED顯示屏圖4：LED顯示屏〔二〕按顯示器件分類(lèi)LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。LED點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。LED視頻顯示屏：顯示器件是由許多發(fā)光二極管組成，可以顯示視頻、動(dòng)畫(huà)等各種視頻文件。二、LED顯示屏分類(lèi)〔三〕按使用場(chǎng)合分類(lèi)室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點(diǎn)較小，一般Φ3mm--Φ8mm，顯示面積一般幾至十幾平方米。半戶(hù)外顯示屏：像素點(diǎn)大小之于室內(nèi)和戶(hù)外顯示屏之間；常見(jiàn)于銀行，商場(chǎng)或醫(yī)院等門(mén)楣上。室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽(yáng)光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能。圖5：室內(nèi)全彩LED顯示屏圖6：室外LED顯示屏〔四〕發(fā)光點(diǎn)直徑及間距分類(lèi)室內(nèi)屏〔按直徑分〕：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、室外屏〔按間距分〕：PH10、PH12、PH14、PH16、PH20、PH25、PH31.25、PH37.5三、LED顯示屏技術(shù)指標(biāo)〔一〕像素失控率像素失控率是指顯示屏的最小成像單元〔像素〕工作不正?！彩Э亍乘嫉谋壤?。而像素失控有兩種模式：一是盲點(diǎn)，也就是瞎點(diǎn)，在需要亮的時(shí)候它不亮，稱(chēng)之為瞎點(diǎn)；二是常亮點(diǎn)，在需要不亮的時(shí)候它反而一直在亮著，稱(chēng)之為常亮點(diǎn)。圖7：顯示屏之灰度等級(jí)〔二〕灰度等級(jí)灰度也就是所謂的色階或灰階，是指亮度的明暗程度。對(duì)于數(shù)字化的顯示技術(shù)而言，灰度是顯示色彩數(shù)的決定因素。一般而言灰度越高，顯示的色彩越豐富，畫(huà)面也越細(xì)膩，更易表現(xiàn)豐富的細(xì)節(jié)?！踩沉炼辱b別等級(jí)亮度鑒別等級(jí)是指人眼能夠分辨的圖像從最黑到最白之間的亮度等級(jí)?；叶瓤梢缘竭_(dá)256級(jí)甚至1024級(jí)。但是由于人眼對(duì)亮度的敏感性有限，并不能完全識(shí)別這些灰度等級(jí)。對(duì)于顯示屏，人眼能分辨的亮度等級(jí)越多，意味著顯示屏的色空間越大，顯示豐富色彩的潛力也就越大。亮度鑒別等級(jí)可以用專(zhuān)用的軟件來(lái)測(cè)試，一般顯示屏能夠達(dá)20級(jí)以上就算是比較好的等級(jí)了。三、LED顯示屏技術(shù)指標(biāo)〔四〕灰度非線(xiàn)性變換灰度非線(xiàn)性變換是指將灰度數(shù)據(jù)按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或某種算術(shù)非線(xiàn)性關(guān)系進(jìn)行變換再提供給顯示屏顯示。由于LED是線(xiàn)性器件，與傳統(tǒng)顯示器的非線(xiàn)性顯示特性不同。為了能夠讓LED顯示效果能夠符合傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源同時(shí)又不損失灰度等級(jí)，一般在LED顯示系統(tǒng)后級(jí)會(huì)做灰度數(shù)據(jù)的非線(xiàn)性變換，變換后的數(shù)據(jù)位數(shù)會(huì)增加〔保證不喪失灰度數(shù)據(jù)〕。由8位源做非線(xiàn)性變換，轉(zhuǎn)換后空間肯定比8位源大。一般至少是10位。如同灰度一樣，這個(gè)參數(shù)也不是越大越好，一般12位就可以做足夠的變換了。四、LED顯示屏主要參數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)〔一〕LED最大亮度L測(cè)試：根據(jù)SJT11281-2007《發(fā)光二極管〔LED〕顯示屏測(cè)試方法》之標(biāo)準(zhǔn)，其最大亮度L測(cè)試如下：(1)定義：顯示屏在一定環(huán)境照度下，在最高灰階度級(jí)和最高亮度級(jí)下測(cè)量的亮度L成為最大亮度。(2)測(cè)量：a)測(cè)量條件：----環(huán)境照度變化小于±10%；----光探頭采集范圍不得少于16個(gè)相鄰像素。b)測(cè)量步驟：----顯示屏全黑的狀態(tài)下，用彩色分析儀測(cè)量顯示屏的背景亮度LD;----在顯示屏最高亮度級(jí)，最高灰度級(jí)的情況下，用彩色分析儀測(cè)量顯示屏的亮度Lmax；----最大亮度L=Lmax-LD;----用上述方法分別按需測(cè)量紅、綠、藍(lán)、黃、白〔在白平衡情況下〕等的最大亮度?！捕矻ED顯示屏視角θ測(cè)試：根據(jù)SJT11281-2007《發(fā)光二極管〔LED〕顯示屏測(cè)試方法》之標(biāo)準(zhǔn)，其視角θ測(cè)試如下：(1)定義：假定顯示屏法線(xiàn)方向的亮度為L(zhǎng)F,從顯示屏中心法線(xiàn)左右兩側(cè)檢測(cè)顯示屏的亮度，當(dāng)左右兩側(cè)的亮度值下降到LF/2時(shí)，兩條觀測(cè)線(xiàn)之間構(gòu)成的夾角θs〔θs＜180°〕稱(chēng)為顯示屏水平方向的視角；從顯示屏中心法線(xiàn)上下兩側(cè)檢測(cè)顯示屏的亮度，當(dāng)上下兩側(cè)的亮度值下降到LF/2時(shí)，兩條觀測(cè)線(xiàn)之間構(gòu)成的夾角θc〔θc＜180°〕稱(chēng)為顯示屏垂直方向的視角；(2)測(cè)量：a)測(cè)量條件：----環(huán)境照度變化小于±10%，且不存在明顯的有色光源；----光探頭采集范圍不得少于16個(gè)相鄰像素。b)水平視角測(cè)量步驟：----顯示屏全屏顯示單一基色〔最高亮度級(jí)、最高灰度級(jí)〕，并在該屏中央選擇一個(gè)測(cè)試區(qū)域；----用彩色分析儀測(cè)出區(qū)域內(nèi)法線(xiàn)方向的亮度LF;四、LED顯示屏主要參數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)----以被測(cè)區(qū)域幾何中心為圓心，以測(cè)量距離為半徑，沿著水平方向分別向左右兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)彩色分析儀〔探頭對(duì)準(zhǔn)原被測(cè)區(qū)域〕，當(dāng)亮度值下降到LF/2時(shí)，測(cè)出兩條觀測(cè)線(xiàn)之間的夾角θsx；----按同樣的方法測(cè)量出每一種基色的水平視角，取最小值即為該顯示屏的水平視角θs。b)垂直視角測(cè)量步驟：----測(cè)量步驟和水平視角的測(cè)量方法根本相同，不同的只是彩色分析儀沿著垂直方向上下轉(zhuǎn)動(dòng)〔假設(shè)條件許可，也可以采用轉(zhuǎn)動(dòng)顯示屏的方式進(jìn)行測(cè)量〕；----按同樣的方法測(cè)量出每一種基色的垂直視角，取最小值即為該顯示屏的垂直視角θc;四、LED顯示屏主要參數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)〔三〕LED顯示屏最高比照度C測(cè)試：根據(jù)SJT11281-2007《發(fā)光二極管〔LED〕顯示屏測(cè)試方法》之標(biāo)準(zhǔn)，其最高比照度C測(cè)試如下：(1)定義：顯示屏在一定的環(huán)境照度下，其最大亮度與背景亮度之比C稱(chēng)為最高比照度。(2)測(cè)量：a)測(cè)量條件：----室內(nèi)現(xiàn)顯示屏屏面法線(xiàn)方向的照度為10*〔1±10%〕lx；----室內(nèi)現(xiàn)顯示屏屏面法線(xiàn)方向的照度為40*〔1±10%〕lx；----光探頭采集范圍不得少于16個(gè)相鄰像素。b)水平視角測(cè)量步驟：----按照最大亮度測(cè)量方法分別測(cè)量出Lmax和LD；----按照公式C=(Lmax-LD)/LD算出比照度C.四、LED顯示屏主要參數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)五、LED顯示屏比照度比照度C定義：在一定的環(huán)境照度下，屏幕上同一點(diǎn)最亮?xí)r〔白色〕與最暗時(shí)〔黑色〕的亮度的比值，高的比照度意味著相對(duì)較高的亮度和呈現(xiàn)顏色的艷麗程度。動(dòng)態(tài)比照度定義：指的是顯示屏在某些特定情況下測(cè)得的比照度數(shù)值，例如逐一測(cè)試屏幕的每一個(gè)區(qū)域，將比照度最大的區(qū)域的比照度值，作為該產(chǎn)品的比照度參數(shù)。動(dòng)態(tài)比照度與比照度關(guān)系：動(dòng)態(tài)比照度與真正的比照度是兩個(gè)不同的概念，一般同一臺(tái)顯示屏的動(dòng)態(tài)比照度是實(shí)際比照度的3-5倍。圖8：顯示屏比照度測(cè)試說(shuō)明：調(diào)節(jié)亮度控制，讓色塊都能顯示出來(lái)并且亮度不同。注意確保黑色不要變灰。六、比照度測(cè)試方法〔一〕目前業(yè)界比照度測(cè)試方法有三種：〔1〕全白/全黑比照度：簡(jiǎn)單的用屏幕某一點(diǎn)全白亮度除以全黑的亮度計(jì)算出來(lái)的結(jié)果。由于屏幕每一點(diǎn)的亮度并不相同，因此這個(gè)結(jié)果參考價(jià)值非常有限?！?〕動(dòng)態(tài)比照度：是通過(guò)顯示屏背后的IC控制芯片實(shí)時(shí)對(duì)背光源的亮度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)芯片覺(jué)察到畫(huà)面全為黑色時(shí)，會(huì)自動(dòng)降低背光源的亮度，這樣就能大大提升動(dòng)態(tài)比照度的比值。當(dāng)動(dòng)態(tài)比照度比值到達(dá)一定數(shù)值之后，繼續(xù)往上增加對(duì)畫(huà)面的改善效果已經(jīng)非常小?！?〕ANSI〔AmericanNationalStandardsInstitute〔ANSI——美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)〕〕比照度：采用將屏幕平均劃分為16點(diǎn)黑白相間色塊，8個(gè)白色區(qū)域亮度平均值和8個(gè)黑色區(qū)域亮度平均值之間比值即為ANSI比照度。因此相對(duì)而言ANSI比照度最能夠直接的反映出顯示器的實(shí)際表現(xiàn)效果，盡管其數(shù)值與比前兩種測(cè)試方法要小很多，但是ANSI比照度比值更參考價(jià)值。圖9：ANSI比照度測(cè)試圖六、比照度測(cè)試方法〔二〕案例ANSI比照度測(cè)試方法事例：某款投影機(jī)比照度測(cè)試采用ANSI流明比照度測(cè)試方法測(cè)試如下：圖10：ANSI比照度測(cè)試值ITEM白區(qū)黑區(qū)對(duì)比度132531.71914:1230511.91606:1332732.31423:1438682.11842:1539542.61521:1638872.41620:1737292.81332:1842122.71560:1平均36532.31580:1七、LED顯示屏主要參數(shù)關(guān)系討論經(jīng)過(guò)對(duì)LED顯示屏光學(xué)性能參數(shù)的分析測(cè)量，可以客觀的評(píng)價(jià)LED顯示屏視頻顯示效果的指標(biāo)主要是圖像的穩(wěn)定性、亮度、色度、比照度和視角等。其中比照度決定了顯示屏的清晰程度，對(duì)顯示效果有很大的影響，視角的大小標(biāo)志著顯示屏上隨偏離法線(xiàn)方向上角度的增大亮度變化率的大小，標(biāo)定了顯示屏各可視角度上亮度的均勻性。并且在其他指標(biāo)一致的情況下視角與比照度根本決定了顯示屏的顯示效果。比照度越大，顯示的圖像層次感越強(qiáng)，越生動(dòng)；視角越大，顯示屏上得到清晰視頻圖像的角度就越大，顯示效果就越好。比照度和視角都越大的顯示屏的顯示效果應(yīng)該越好，但實(shí)際中利用LED測(cè)量方法中標(biāo)定的顯示屏，兩個(gè)指標(biāo)都相對(duì)較大卻不能顯示較好的視頻效果。針對(duì)此問(wèn)題，目前還沒(méi)有嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)分析可以證明。只能從現(xiàn)象為出發(fā)點(diǎn)，分析LED顯示屏測(cè)量方法中的比照度和視角指標(biāo)相互的影響。七、LED顯示屏主要參數(shù)關(guān)系討論〔一〕標(biāo)準(zhǔn)比照度和視角參數(shù)理論根據(jù)LED顯示屏測(cè)量方法得知，比照度指標(biāo)的表達(dá)式為C=(Lmax-LD)/LD算出比照度C.其中，Lmax為顯示屏的最大亮度；LD為背景亮度；L=Lmax-LD為顯示屏實(shí)際最大亮度。簡(jiǎn)化上述比照度表達(dá)式得到C=L/LD,由此可知，C與LD成反比(如右圖11)：

而另一指標(biāo)，視角θ的大小也與實(shí)際最大亮度有關(guān)，并且等于顯示屏上發(fā)出亮度L的方向與顯示屏發(fā)出亮度為L(zhǎng)/2的方向之間的夾角的2倍，其中θ≤180°。據(jù)上述定義，比照度與視角都和實(shí)際最大亮度有關(guān)，但是兩者之間沒(méi)有確切關(guān)系表達(dá)式，所以為了方便的分析兩者之間的關(guān)系，借助于顯示屏各角度上實(shí)際最大亮度的函數(shù)曲線(xiàn)。假定某一顯示屏的發(fā)光亮度隨角度變化的對(duì)稱(chēng)函數(shù)曲線(xiàn)為L(zhǎng)X=f(θ),其中LX代表顯示屏上各角度上的最大亮度；θ為偏離法線(xiàn)方向上的角度(-π/2≤θ≤π/2).圖11：比照度和背景亮度關(guān)系曲線(xiàn)七、LED顯示屏主要參數(shù)關(guān)系討論利用此函數(shù)曲線(xiàn)就可得到比照度表達(dá)式：CMAX=f(θ0)/LD………………..(1)其中，CMAX為法線(xiàn)方向上的比照度；θ0=0°即f(θ0)為法線(xiàn)方向上的亮度值；LD為背景亮度。同樣，利用亮度函數(shù)可得到視角表達(dá)式，如下：f(θ0)/2=f(θxmax/2)………..(2)其中，θ0=0°即為f(θ0)法線(xiàn)方向上的亮度值；θxmax為顯示屏的視角。在理想情況下，即在顯示屏的驅(qū)動(dòng)電流一定，并且各發(fā)光管間不發(fā)生相互的折射反射和各管亮度積分和不隨發(fā)光特性曲線(xiàn)的變化而變化的情況下，可使某顯示屏總光通量為定值。在上述條件下，就可對(duì)衡量顯示屏上的兩個(gè)指標(biāo)比照度與視角間的相互關(guān)系進(jìn)行分析。在〔1〕式中說(shuō)明，比照度隨背景亮度減小而增大，隨法線(xiàn)方向上最大亮度增大而增大；而〔2〕式中的視角卻隨法線(xiàn)方向上最大亮度增大而減小。所以在背景亮度一定的情況下，視角與比照度是一對(duì)矛盾體。即視角越大，比照度越?。槐日斩仍酱?，而視角越小。從〔2〕式中還可得到，視角只與亮度分布有關(guān)，而從某種意義上來(lái)講，圖像的視覺(jué)質(zhì)量不是取決于它的絕對(duì)亮度，而是取決于比照度的大小，因?yàn)楸日斩冗€受外界光的影響。所以只有亮度分布決定的視角指標(biāo)七、LED顯示屏主要參數(shù)關(guān)系討論在外界光的影響下，失去了在理論上對(duì)顯示效果的決定作用。為了解決上述兩個(gè)問(wèn)題，可利用顯示屏各角度上的比照度反映顯示圖像的清晰范圍，即比照度表達(dá)式可改為C(θ)=f(θ)/LD，其中f(θ)為顯示屏上亮度函數(shù)；LD為顯示屏的背景亮度?！捕称聊话l(fā)光面積比例同比照度關(guān)系屏幕發(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(jué)感覺(jué)像素越飽滿(mǎn)，顯示越連續(xù)，色彩越柔和不刺眼。反之視覺(jué)感覺(jué)顆粒感越明顯，視覺(jué)感覺(jué)顯示粗糙但是考慮到由于發(fā)光面需要透過(guò)三基色的光，這樣其反射亮度就包括兩局部，一局部是對(duì)外界光的直接反射，另一局部是外界光經(jīng)過(guò)透射進(jìn)入發(fā)光體內(nèi)部，再通過(guò)發(fā)光體內(nèi)部進(jìn)行反射，這兩種反射也直接影響著比照度數(shù)值的大小。在一般條件下，發(fā)光面積比例越高，那么使比照度越差。所以發(fā)光面積比例并非越大越好。此外，比照度同反射的種類(lèi)條件以及觀察角度還有密切聯(lián)系，在實(shí)際測(cè)量中，發(fā)光強(qiáng)度角分布曲線(xiàn)決定不同角度測(cè)得的實(shí)際最大亮度值是不同的。其分布曲線(xiàn)例如圖12所示：圖12：發(fā)光強(qiáng)度角分別曲線(xiàn)七、LED顯示屏主要參數(shù)關(guān)系討論〔三〕定性分析增大度比對(duì)C的方法〔1〕減小顯示屏背景亮度LD法背景亮度是由LED顯示屏的面板和發(fā)光管反射外界光照產(chǎn)生的，即測(cè)得的背景亮度LD數(shù)值是由面板的反射系數(shù)和發(fā)光管的反射系數(shù)決定。首先對(duì)面板反射進(jìn)行分析，面板的反射系數(shù)越大，測(cè)得的背景亮度的數(shù)值也越大，而得到的比照度的數(shù)值會(huì)越小。所以提高比照度的計(jì)算數(shù)值，首先應(yīng)盡量減小面板的反射系數(shù)。減小反射系數(shù)最簡(jiǎn)單的方法一般是在背景面板上涂一層吸光材料，使反射光減少，為了更大程度的減少背景亮度還可以在面板上刻小槽或花紋，如簡(jiǎn)化示意圖13所示：圖13：不同面板對(duì)外界光反射亮度示意圖七、LED顯示屏主要參數(shù)關(guān)系討論面板上還可以刻制其他形狀來(lái)減少背景亮度值，到達(dá)增大比照度數(shù)值的目的。其次，背景亮度還包括發(fā)光管對(duì)外界光的反射亮度。此反射亮度還包括兩局部，一局部是對(duì)外界光的直接反射，另一局部是外界光經(jīng)過(guò)透射進(jìn)入發(fā)光管內(nèi)部，再通過(guò)二極管內(nèi)部進(jìn)行反射。這兩種反射也直接影響著比照度數(shù)值的大小，為了增大比照度，可以增強(qiáng)發(fā)光二極管外表的透射率，以到達(dá)減少其外表反射率的要求。同時(shí)為了減少發(fā)光管對(duì)透射光的反射，還可通過(guò)改善發(fā)光管的制作工藝以實(shí)現(xiàn)減少內(nèi)部反射的目的。目前市面上使用較多的是發(fā)光管外表刷墨和發(fā)光管使用黑色PPA材質(zhì)。圖14：外表刷墨圖15：黑色PPA材質(zhì)七、LED顯示屏主要參數(shù)關(guān)系討論外表刷墨：優(yōu)點(diǎn)：亮度高、價(jià)格廉價(jià)、市場(chǎng)占有率較高缺點(diǎn)：碗杯、PPA邊緣反射率高影響顯示屏比照度黑色PPA：優(yōu)點(diǎn)：發(fā)射率低對(duì)整屏比照度有提高缺點(diǎn)：亮度低價(jià)格與外表刷墨相比略高七、LED顯示屏主要參數(shù)關(guān)系討論圖16：增大LED均勻發(fā)光視角示意圖〔2〕改善LED發(fā)光管視角法由圖12知，實(shí)際測(cè)量的最大亮度的數(shù)值大于其他任意角度上測(cè)得的實(shí)際最大亮度值。根據(jù)比照度與顯示屏的實(shí)際最大亮度成正比的關(guān)系，可得出顯示屏法線(xiàn)方向上的比照度值最大，并且隨著偏離法線(xiàn)角度的增大，比照度數(shù)值