LED屏像素亮度均勻性的評(píng)估與校正

1、LED顯示屏像素亮度均勻性的評(píng)估與校正前言近年來(lái)，在市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)和政府扶持下，我國(guó)的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了令世界矚目的高速成長(zhǎng)，同時(shí)，產(chǎn)業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，客戶對(duì)質(zhì)量要求也越來(lái)越高，越來(lái)越專業(yè)。像素亮度均勻性是LED全彩顯示屏顯示質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。均勻性差的顯示屏，輕則感覺屏幕不干凈，色彩不勻凈，重則會(huì)看到暗斑、亮斑、色斑，甚至馬賽克，嚴(yán)重影響顯示效果。為改善LED屏的像素亮度均勻性，生產(chǎn)廠家和控制系統(tǒng)廠商都付出了相當(dāng)大的努力，從嚴(yán)格篩選分檔LED燈或芯片，到逐點(diǎn)校正技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，然而，由于缺乏一個(gè)客觀、科學(xué)、穩(wěn)定的測(cè)試方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，這些改進(jìn)措施的效果如何卻難以量化評(píng)估，有時(shí)甚至對(duì)均勻性改善

2、與否都無(wú)法達(dá)成共識(shí)。本文將討論現(xiàn)有的亮度均勻性評(píng)估方法，提出像素亮度均方差作為均勻性評(píng)估指標(biāo)，并應(yīng)用維優(yōu)公司SV-1型測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行均勻性評(píng)估和逐點(diǎn)校正實(shí)踐，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。1 現(xiàn)行的評(píng)估手段對(duì)于LED顯示屏的像素光強(qiáng)均勻性評(píng)估方法，在2007年發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T11281-2007發(fā)光二極管LED顯示屏測(cè)試方法中有明確說(shuō)明：“全屏范圍內(nèi)任意離散抽取30個(gè)像素，在最高灰度級(jí)、最高亮度級(jí)下，全屏顯示單紅色，用光強(qiáng)儀分別測(cè)量出這30個(gè)像素的光強(qiáng)值，再進(jìn)行算術(shù)平均計(jì)算得到I:I-1用公式I=°/X100%計(jì)算出紅色像素光強(qiáng)均勻性IRJIRJ式中，i二130；I=蘭I/30i

3、i=1用同樣方法分別計(jì)算出綠色和藍(lán)色像素的光強(qiáng)均勻性I，I，取最大值即為該屏像GJBJ素光強(qiáng)均勻性I”PJ對(duì)于像素光強(qiáng)均勻性等級(jí)的評(píng)定，SJ/T11281-2007中由低到高分為A,B,C三級(jí)。A級(jí)B級(jí)C級(jí)25%<I<50%5%<I<25%I<5%PJPJPJ撇開測(cè)試方法本身的效率、可操作性、可復(fù)現(xiàn)性等不談，像素光強(qiáng)均勻性I這個(gè)指標(biāo)PJ本身存在著先天的不足。LED屏由大量的LED燈點(diǎn)組成，一個(gè)1平方米左右的顯示屏，就會(huì)包含上萬(wàn)個(gè)單基色燈，從全屏抽取30個(gè)像素來(lái)做均勻性評(píng)估，樣本個(gè)體差異性大，數(shù)量相對(duì)總體卻太過(guò)單薄，代表性堪憂。實(shí)驗(yàn)證明，按照這個(gè)評(píng)估方法測(cè)出的像素光

4、強(qiáng)均勻性指標(biāo)，隨著像素點(diǎn)抽樣的改變，會(huì)呈現(xiàn)非常大的浮動(dòng)，甚至同一張屏體的幾次獨(dú)立測(cè)量，會(huì)導(dǎo)致該屏的像素均勻性級(jí)別分別落在A,B,C三個(gè)級(jí)別上。這樣不穩(wěn)定的指標(biāo)自然無(wú)法推廣實(shí)用。因此，LED屏生產(chǎn)廠商普遍使用另一個(gè)指標(biāo)來(lái)粗略評(píng)估像素亮度均勻性，就是分光分色機(jī)對(duì)LED管分類時(shí)的參數(shù)設(shè)置，一般用最大最小值比來(lái)表示，如1:1.2，1:1.4等。這個(gè)指標(biāo)是在采購(gòu)原材料時(shí)由上游供應(yīng)商提供的，獲取容易，但也存在很多問(wèn)題：1) 對(duì)于自己不做封裝的顯示屏制造商來(lái)說(shuō)，這個(gè)指標(biāo)無(wú)法檢驗(yàn)，和供應(yīng)商之間存在嚴(yán)重的信息不對(duì)稱。對(duì)于顯示屏的應(yīng)用客戶來(lái)說(shuō)，也存在同樣的問(wèn)題2) 為了兼顧效率和測(cè)量精度的平衡，LED分光分色機(jī)標(biāo)

5、稱的光度測(cè)量指標(biāo)，最好的也在±5%，一般都在±10%。這樣大的系統(tǒng)誤差，疊加到分光時(shí)預(yù)設(shè)的閾值兩端，使這個(gè)本已很粗糙的指標(biāo)更加撲朔迷離。3) LED管老化衰減特性的不一致，使原材料采購(gòu)時(shí)的指標(biāo)，難以簡(jiǎn)單移植，用于老化后的成品LED屏的均勻性評(píng)估。對(duì)于經(jīng)過(guò)逐點(diǎn)校正的顯示屏均勻性的評(píng)估，這個(gè)指標(biāo)更是無(wú)能為力。于是，對(duì)于逐點(diǎn)校正的改善效果評(píng)估，現(xiàn)在還普遍停留在人眼目測(cè)的水平上。2 像素亮度均方差LED顯示屏的像素亮度均勻性評(píng)估，是一個(gè)數(shù)理統(tǒng)計(jì)問(wèn)題。對(duì)于顯示屏上的單個(gè)LED管，其光強(qiáng)值是一個(gè)隨機(jī)變量，其光強(qiáng)的分布概率近似于正態(tài)分布。隨機(jī)變量偏離平均值的分散中科維優(yōu)VU-INDUST

6、RYVISION程度，數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中使用“均方差”這個(gè)概念做為其離散性評(píng)估的指標(biāo)。均方差越小，意味著相對(duì)于均值越集中，一致性越好。應(yīng)用在LED屏像素亮度均勻性評(píng)估上，測(cè)試和計(jì)算方法如下:全紅點(diǎn)亮一像素總數(shù)為N的顯示屏，獲取全屏每個(gè)像素的亮度值LRi，取算術(shù)平均得到Lr，則紅色像素亮度均方差為:£(L-L)2D(L)=R1RiR、+N為了方便比較不同亮度的LED屏的均勻性，使用相對(duì)均方差，即均方差相對(duì)于亮度均值的百分比作為統(tǒng)一的評(píng)估指標(biāo)，即:b二(D(L)/L)x100%RRR按同樣方法，可得到b，b。GB“像素亮度均方差”這個(gè)指標(biāo)，樣本空間涵蓋了LED屏的全體像素，使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中均方差

7、的概念來(lái)表征LED屏的像素亮度離散性，較之現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)，顯然更為科學(xué)合理。3 SV-1型LED屏多像素高速測(cè)量系統(tǒng)“工欲善其事，必先利其器”，科學(xué)的評(píng)估依賴于適用的工具。事實(shí)上，多年來(lái)業(yè)內(nèi)有識(shí)之士一直呼吁使用均方差做為均勻性評(píng)估指標(biāo)，并做出諸多嘗試，但始終沒有得到推廣。其原因在于:缺乏高效測(cè)量數(shù)以萬(wàn)計(jì)的像素亮度的工具。通用的亮度測(cè)量?jī)x表，僅能得到某一區(qū)域的平均亮度值，使用亮度計(jì)人工逐點(diǎn)測(cè)量每個(gè)像素的亮度，是不現(xiàn)實(shí)的。業(yè)內(nèi)也有嘗試采用步進(jìn)電機(jī)機(jī)械定位，用光電傳感器或通用亮度計(jì)自動(dòng)逐點(diǎn)讀取每個(gè)像素的亮度值，這種方法相對(duì)于人工逐點(diǎn)取樣，穩(wěn)定性和效率都有很大提高，但依然難以滿足實(shí)際的需要，且只能對(duì)

8、模塊模組進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于組裝完成的顯示屏就無(wú)能為力了。針對(duì)LED屏產(chǎn)業(yè)的迫切需求，維優(yōu)公司自主研發(fā)，于09年推出SV-1型LED屏多像素高速測(cè)量系統(tǒng)，一舉攻克了均勻性評(píng)估及逐點(diǎn)校正中面臨的高速數(shù)據(jù)采樣的難題。SV-1系統(tǒng)基于維優(yōu)公司自主開發(fā)的LM200型成像亮度計(jì)，結(jié)合LEDChecker軟件，實(shí)現(xiàn)了精確和高效的完美結(jié)合。其亮度測(cè)量準(zhǔn)確度為標(biāo)準(zhǔn)級(jí)±2.5%，穩(wěn)定度達(dá)到±1%。一次測(cè)量，不到1分鐘即可獲取上萬(wàn)個(gè)燈點(diǎn)的亮度數(shù)據(jù)，并給出統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)和圖表，包括直方圖、數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)表、平均值、最大值、最小值、相對(duì)均方差等。從此，逐點(diǎn)校正結(jié)果不再是霧里看花，均勻性評(píng)估一目了然！4 均勻

9、性評(píng)估與逐點(diǎn)校正實(shí)踐以下是我們使用SV-1測(cè)量系統(tǒng)對(duì)一寬96高64，分光指標(biāo)為1：1.1的顯示屏在最高亮度級(jí)最高灰度級(jí)時(shí)，分別對(duì)RGB三基色進(jìn)行測(cè)量的數(shù)據(jù)直方圖：R255（校正前）G255（校正前）B255（校正前）直方圖的橫軸是像素亮度，單位是cd/m2,左邊線代表整組亮度值中的最小值，右邊線是整組亮度值的最大值；縱軸是像素點(diǎn)的數(shù)量。直方圖直觀顯示出像素亮度的分布。結(jié)果顯示，即便已經(jīng)按照分光的最高標(biāo)準(zhǔn)1：1.1進(jìn)行篩選，老化后的LED屏像素亮度最大最小值比依然在1：1.4左右，均方差在4%左右。在我們對(duì)未經(jīng)逐點(diǎn)校正的屏的數(shù)百次實(shí)驗(yàn)中，這組R255的均勻性表現(xiàn)為最佳，像素亮度均方差達(dá)到2.56

10、%,甚至優(yōu)于很多經(jīng)過(guò)逐點(diǎn)校正的屏。使用SV-1系統(tǒng)的實(shí)測(cè)亮度數(shù)據(jù)，以平均亮度的90%為基準(zhǔn)線，對(duì)該屏進(jìn)行逐點(diǎn)校正，校正后RGB三基色的直方圖如下:R255（校正后）G255（校正后）B255（校正后）校正前后的像素亮度均方差對(duì)比見下表：顏色像素亮度均方差O（%）校正前校正后紅基色（R）2.5611.438綠基色（G）3.9161.058藍(lán)基色（B）4.3591.498對(duì)校正前后的顯示屏進(jìn)行的3次重復(fù)測(cè)量，數(shù)據(jù)見下表：顏色像素亮度均方差O（%）校正前校正后紅基色（R）12.5611.43822.5631.42932.6111.430綠基色（G）13.9161.05823.9151.049中科維優(yōu)VU-INDUSTRYVISION33.9071.056藍(lán)基色（B）14.3591.49824.3521.49334.3541.499實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：1）老化后1:1.1的分光指標(biāo)難以保持，已降檔到1：1.3，1：1.4。2）即便是對(duì)按1:1.1分光的LED顯示屏，逐點(diǎn)校正依然可以顯著改善其均勻性。3）未作逐點(diǎn)校正的LED屏，最優(yōu)均方差也在4%左右，逐點(diǎn)校正后，均方差指標(biāo)達(dá)到2%以內(nèi)。4）像素亮度均方差指標(biāo)，重復(fù)測(cè)量時(shí)，穩(wěn)定性良好，可用于LED屏亮度均勻性的客觀評(píng)價(jià)?？偨Y(jié)此前，像素亮度均方差這一科學(xué)指標(biāo)，因?yàn)槿狈y(cè)量手段而遲遲無(wú)法走向?qū)嵱茫瘘c(diǎn)校正技術(shù)也因缺乏高速亮度采集工具和評(píng)估手段