精測學(xué)習(xí)材料光學(xué)顯示器色彩學(xué)

顯示器色彩學(xué)什么是色彩色彩的感知

色彩的三要素：色相、明度、彩度

感知色彩的三要素：光源、物體、眼睛 混色原理：加色混色與減色混色色彩的量化及描述 色彩的描述

RGB色度坐標(biāo)

xy色度坐標(biāo)

uv色度坐標(biāo)

LAB色度坐標(biāo)顯示器質(zhì)量評估 彩色顯示器顯示原理 彩度Chroma 色彩飽和度Saturation 色深DisplayColor

Gamma特性色彩是上帝的杰作一道彩虹劃過天際，人生充滿喜悅與美夢紅橙黃綠藍(lán)靛紫自然之美對日光的認(rèn)識

1666年，英國物理學(xué)家牛頓把太陽光通過棱鏡，折射以紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的秩序排列的色帶。 含有紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的光線被稱為全色光，

白光是全色光。自然界之所以絢麗多彩，就是因?yàn)橛辛巳獾恼丈洹９獾谋举|(zhì)光的本質(zhì)——電磁波（350nm~750nm）振幅——亮度波長——顏色光波方程：顏色≠亮度什么是色彩色彩：自然界豐富多彩的彩色世界 對其研究的一門科學(xué)就稱作色彩學(xué)日光：包含可見光波段的所有光線，我們稱其為全色光，大自然正是由于日光的照射，才顯現(xiàn)出五彩繽紛的色彩來色彩是如何產(chǎn)生的？光的本質(zhì)：光的本質(zhì)是電磁波，波長為350nm~750nm之間的光波被稱為可見光，此波長范圍內(nèi)的光人眼能感受到，其他波段的人眼就感受不到色彩的三要素色彩的三個(gè)要素：色相、明度和彩度彩度(純度、飽和度)chroma色相(色調(diào))Hue：彩度是指色彩的鮮艷程度，各種顏色的純色，其純度最高。

即各類色彩的相貌稱謂，如大紅、普藍(lán)、檸檬黃等。色相是色彩的首要特征，是區(qū)別各種不同色彩的名稱明度(亮度)value(lightness)：明度是指色彩的明暗程度。白色明度最高，黑色明度最低。任何一種色相如調(diào)入白色，都會提高明度，白色成分愈多，明度也就愈高；感知色彩的三要素感知色彩的三個(gè)要素：分別是光源、物體、以及眼睛。眼睛光源物體光源的基本特性色溫(colourtemperature)光源輻射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫發(fā)光強(qiáng)度(lightintensity)：亮度(brightness)：單位為坎德拉每平方米（cd/m2）單位為坎德拉（cd）

光通量Φ指人眼所能感覺到的輻射能量，它等于單位時(shí)間內(nèi)某一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。光通量(luminousflux)：SdΩdФ發(fā)光強(qiáng)度：I=dФ/dΩdФ輻射強(qiáng)度：L=dI/dScosθ

dSSdΩNθ發(fā)光面

光源的特性-光譜特性LED不同光源其所含的波長范圍及各波長光的相對強(qiáng)度是不同的亮度由各波長色光的強(qiáng)度之和決定顏色由各波長色光強(qiáng)度的相對比例關(guān)系決定不同光源相同物體不同光源照射同一物體，我們會有不同的色彩感覺宏觀——光線顏色不同微觀——光源所含光波長范圍及相對強(qiáng)度不同CIE色座標(biāo)上的黑體曲線（Blackbodylocus）顯示黑體由紅——橙紅——黃——黃白——白——藍(lán)白的過程色溫光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫

色溫物體的光學(xué)特性物體入射光反射光折射光不同物體對光線的反射與折射是否一樣的？漫反射物體的特性——反射特性紅色橙色紫色在相同光源（陽光）的照射下，不同物體會表現(xiàn)出不同的色彩來物體對不同波長光有不同的反射/透射特性物體光學(xué)特性——透射特性白光白光白光白光紅光紅光藍(lán)光綠光ColorFilterPixel色阻不同物體對光的反射/透射特性是不同的物體光學(xué)特性——透射特性以H220QT03V0為例，測量其CF各色阻之光譜穿透率如下：物體的光學(xué)特性綠色物體白光紅光綠光藍(lán)光綠光紅光黑色反射物體綠色物體反射物體白光紅光綠光藍(lán)光紅光綠光黑色紅色物體透射物體紅色物體透射物體RGB畫面頻譜相同光源不同物體背光源彩色濾光片紅色光阻只讓紅光透過藍(lán)色光阻只讓藍(lán)光透過綠色光阻只讓綠光透過以H241QN04V0為例，測量其BLU光譜及CF穿透光譜，可以計(jì)算出module的光譜來眼睛——視覺視網(wǎng)膜上的光敏細(xì)胞按其形狀可分為桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞桿狀細(xì)胞只能感光，不能感色，但感光靈敏度極高是錐狀細(xì)胞的10000倍Rods:peaksensitivity498nmdarkordimconditionsL-cones(red):peaksensitivity564nmM-cones(green):peaksensitivity533nmS-cones(blue):peaksensitivity437nmIfMissingcones如果我們?nèi)笔承└泄饧?xì)胞的話，那將看不到某些顏色。色彩的感知光源物體眼睛看見檸檬是黃色色彩的混合彩光白光三棱鏡三棱鏡白光是否可以用已有的色光混合出其他色光來？色彩的混合——加法混色法由兩種或兩種以上的色光相混合時(shí)，會同時(shí)或者在極短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)刺激人的視覺器官，使人產(chǎn)生一種新的色彩感覺。我們稱這種色光混合為加法混合。色彩的混合——加法混色的種類（c）并置加法混色擴(kuò)大顯示器基本都用并置加法混色色彩的混合——色料減色法所謂“減色”，是指加入一種原色色料就會減去入射光中的一種原色色光，在色料混合時(shí)，從復(fù)色光中減去一種或幾種單色光，呈現(xiàn)另一種顏色的方法稱為減色法。色彩的描述1、藍(lán)色2、淡藍(lán)色3、海藍(lán)色4、天藍(lán)色5、湛藍(lán)色6、深藍(lán)色7、青藍(lán)色…………色彩的量化——CIE1931-配色配色：把兩個(gè)顏色調(diào)整到視覺相同的方法叫顏色匹配。顏色方程表示：

C=R（R）+G（G）+B（B）（W）=（R）+（G）+（B）三原色光波長為：700nm，546.1nm，435.8nm白光W=1.0000+4.5907+0.0601三原色的單位量（R），（G），（B）三刺激值：R，G，BCIE1931-rgb三刺激函數(shù)r、g、b三刺激函數(shù)r、g、b色度圖色度坐標(biāo)：CIERGBtoCIEXYZXYZ三刺激函數(shù)r、g、b三刺激函數(shù)CIE1931-xy色度坐標(biāo)系統(tǒng)三刺激值：XYZ

色度坐標(biāo)：x=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)z=Z/(X+Y+Z)色彩三屬性

色相（Hue）：簡寫H，表示色的特質(zhì)，是區(qū)別色彩的必要名稱，例如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等。色相和色彩的強(qiáng)弱及明暗沒有關(guān)系，只是純粹表示色彩相貌的差異。

明度（Value）：簡寫V，表示色光的明暗的物理量，也即是色光的明暗度。

彩度（Chroma）：簡寫C，表示色的純度，亦即是色的飽和度。具體來說，是表明一種顏色中是否含有白或黑的成份。GREENWHITEREDBLUE彩度彩度彩度色相色相色相白光色度坐標(biāo)0.33，0.33CIE1931-xy色度圖越靠近邊緣的色彩，其彩度越高而以延長線往中心點(diǎn)的另外一側(cè)色軌跡的交點(diǎn)為主色波之補(bǔ)色,主色波加補(bǔ)色波可混成白色Aab彩度計(jì)算實(shí)例有一顏色A的色度值為（x，y），可在色度圖上找到該點(diǎn)的位置以中心點(diǎn)(0.33，0.33)與A連接產(chǎn)生線段a，再延長至色度圖邊緣產(chǎn)生線段b，彩度C=a/bCIE1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)寬容量：我們把人眼感覺不出的色彩差別量（變化范圍）叫做顏色的寬容量。即CIE1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中各顏色分布是不均勻的。標(biāo)準(zhǔn)CIExy色度圖上的相同的幾何距離，在不同的顏色區(qū)域里和不同顏色變化的方向上，所對應(yīng)的視覺顏色差別量大小是不同的，圖中的各個(gè)橢圓形寬容量是按實(shí)驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差的10倍繪出的。CIE1976-u’v’色度系統(tǒng)CIE1976-’u’v’標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)與CIE1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換公式：從左圖可見，在L*u*v*色度圖上，25種顏色的寬容量橢圓區(qū)大小比較一致，表明這是一種比較均勻的顏色空間，可以用兩個(gè)色度點(diǎn)之間的距離直接表示顏色的差異。目前常用于表示光源色及彩色電視機(jī)的色彩監(jiān)控與測量。CIELABColor色彩系統(tǒng)的演變r(jià)、g、b色度系統(tǒng)x、y、z色度系統(tǒng)u’、v’色度系統(tǒng)Lab色度系統(tǒng)用一對坐標(biāo)點(diǎn)表示一種色彩液晶顯示器原理LightTFT面板上偏光板Common電極下偏光片PolarizerLiquidCrystal------------------------畫素電極Pixel如何評價(jià)顯示器顯示性能？一般產(chǎn)品規(guī)格顯示器色彩評價(jià)彩度Chroma——顏色的鮮艷程度色彩飽和度Saturation——顯示器能顯示的色彩范圍色深DisplayColor——可顯示的色彩數(shù)（16bit、18bit、24bit位色）Gamma——是否符合人眼視覺特性GREENWHITEREDBLUE彩度彩度彩度色相色相色相x=

0.174，y=0.221彩度=60.5%0.174，0.221彩度Chroma如何得到某光源的色度值如何得到某畫面的色度值P（入）R（入）P（入）*R（入）X（入）Y（入）Z（入）P（入）*R（入）*X（入）XP（入）*R（入）*X（入）YP（入）*R（入）*X（入）Z+++以167IN03V2為例，計(jì)算紅畫面的三刺激值光譜量測及色度計(jì)算實(shí)例以H241QN04V0為例，用RADMS803測量其模組的光譜，演算色度值實(shí)例模組色度值：x=X/(X+Y+Z)

=0.3178y=Y/(X+Y+Z)

=0.3154如何得到模組的色度值Module（入）X（入）Y（入）Z（入）X=1.122Y=1.155Z=1.294白畫面色度值：x=0.318y=0.316以H167IN03V2為例，計(jì)算模組白畫面的色度值彩度小結(jié)彩度：表示顯示器顯示色彩的鮮艷程度——RGB色度值DMS、SR3、BM7、CA210等，色度值可由這些儀器直接測量得到CA210等，利用RGB濾光片得到RGB三色色度值——即此種儀器無法測量被測光的光譜分布，精度會比前者略低量測儀器：量測原理：DMS、SR3等，利用分光元件將被測光源中各個(gè)單波長的光分離出，并測量得到各波長光的強(qiáng)度——即光譜分布，再利用公式得到色度值，色度測量精度較高何謂色彩飽和度色彩飽和度(Saturation)，表示顯示器能顯示色彩的范圍，用NTSC值表示。色彩飽和度是以顯示器RBG三色所圍范圍為分子，NTSC所規(guī)定的三原色所圍范圍為分母，求百分比。比值越大就說明顯示器可顯示的顏色范圍就越大NTSC=S顯S原R:700——(0.67,0.33)G:546.1——(0.21,0.71)B:435.8——(0.14,0.08)三原色對應(yīng)色度值(0.21,0.71)(0.14,0.08)(0.67,0.33)(0.592,0.31)(0.303,0.58)(0.152,0.04)色彩飽和度計(jì)算公式以H220QT03V0為例：R:(0.592,0.31)G:(0.303,0.58)B:(0.152,0.04)ModuleRGB色度值=61.78%Saturation(飽和度)色彩飽和度高色彩飽和度低可顯示出更鮮艷的色彩——紅的更紅、藍(lán)的更藍(lán)色彩飽和度（NTSC）的實(shí)際測量與計(jì)算以H241QN04V0為例，測量其14pcs的NTSC測量儀器：SR-3A；測量地點(diǎn)：RDPE實(shí)驗(yàn)室；測量時(shí)間：2008年12月18號RGB三原色對應(yīng)的色度：R：（0.67，0.33）；G：（0.21，0.71）；B：（0.14，0.08）三原色圍成的面積為：色彩飽和度小結(jié)色彩飽和度(Saturation)表示顯示器所能顯示色彩的范圍，用NTSC值表示。飽和度越高在色度圖上包含的面積就越大可顯示的色彩就越多色彩飽和度是越高越好NTSC=S顯S原色彩飽和度計(jì)算公式何謂色深DisplayColor色深(DisplayColor)：也稱之為色位深度，在某一分辨率下，每一個(gè)像素點(diǎn)可以有多少種色彩來描述，它的單位是“bit”(位)。典型的色深是8-bit、16-bit、18-bit、24-bit和32-bit。數(shù)值越高，可以獲得更多的色彩。

1個(gè)像素點(diǎn)C=R（R）+G（G）+B（B）配色18bit：R+G+B

-->26x26x26=218=262,144=262K-colors24bit：R+G+B

-->28x28x28=224=16,777,216=16M-colors色深越高，色彩顯示更加細(xì)膩色彩飽和度與色深的區(qū)別色彩飽和度：可顯示色彩的范圍色深：可顯示的色彩數(shù)顯示色彩的能力(0.592,0.31)(0.303,0.58)(0.152,0.04)C=R（R）+G（G）+B（B）配色16bit：R+G+B

-->25x26x25=216=65,536=65K-colorsC什么是Gamma人眼感知明暗特性：人眼睛對明暗變化的感知是非線性的。相對而言對暗畫面的變化較敏感，而對亮畫面的變化則不敏感。EyesSensitivity

顯示設(shè)備如何來適應(yīng)人眼的這個(gè)特性，使人眼感覺每一灰階的變化都是比較平滑的Output=Input1/2.2為什么

Gamma值為2.2DisplaySetting

TruePicture

EyesSensitivity

Output=Input1/2.2Output=Input2.2顯示器需要將亮度與灰階對應(yīng)的Gamma值設(shè)定為2.2如何得到Gamma通常我們稱亮度與灰階曲線關(guān)系稱為Gamma曲線，對于手機(jī)屏來說其Gamma=2.2InputgrayscalenumberTransmissivity(%)6301000GammacurveGamma=2.263grayscale:100=100*(1+63)^2.2/64^2.262grayscale:96.59=100*(1+62)^2.2/64^2.2:0grayscale:0.01=100*(1+0)^2.2/64^2.2以6bits63灰階為例：63階對應(yīng)的亮度為100%，那其余灰階的亮度可由如下公式算得，LightTFT面板上偏光板Common電極下偏光片PolarizerLiquidCrystal------------------------畫素電極Gammacurve與V-Bcurve的關(guān)系V-Bcurve：Voltage-BrightnessNumberofgrayscaleOutputVoltageVInputvoltageforLCBrightnessBＸbydriveroutputcharacteristicsV-BcharacteristicsofLCgammacurveTarget:Gamma=2.2BrightnessBNumberofgrayscaleVoltageGrayscaleBrightnessGammaCurve液晶兩端的電壓Gamma的實(shí)際測量與評價(jià)以新產(chǎn)品H353VL01V0為例，測量其Gamma值手機(jī)產(chǎn)品Gamma規(guī)格一般都是：2.2±0.2，故此新產(chǎn)品的Gamma還未達(dá)規(guī)格，還是需要繼續(xù)調(diào)整。量測每一灰階之亮度顯示器色彩評價(jià)彩度Chroma

→RGB越純越好→顏色越鮮艷色彩飽和度Saturation→越高越好→可以顯示更豐富的色彩DisplayColor→越大越好→色彩越細(xì)膩Gamma→Gamma越接近2.2曲線越好→人眼感覺更柔順使用人員可依SOP操作光學(xué)量測系統(tǒng)並確保