LED屏像素亮度均匀性的评估与校正
LED 显示屏像素亮度均匀性的评估与校正前言近年来，在市场驱动和政府扶持下，我国的LED显示屏产业经历了令世界瞩目的高速成 长，同时，产业内竞争也日趋激烈，客户对质量要求也越来越高，越来越专业。像素亮度均匀性是LED全彩显示屏显示质量的一个关键指标。均匀性差的显示屏，轻则 感觉屏幕不干净，色彩不匀净，重则会看到暗斑、亮斑、色斑，甚至马赛克，严重影响显示 效果。为改善LED屏的像素亮度均匀性，生产厂家和控制系统厂商都付出了相当大的努力，从 严格筛选分档 LED 灯或芯片，到逐点校正技术的开发应用，然而，由于缺乏一个客观、科 学、稳定的测试方法和评价指标，这些改进措施的效果如何却难以量化评估，有时甚至对均 匀性改善与否都无法达成共识。本文将讨论现有的亮度均匀性评估方法，提出像素亮度均方差作为均匀性评估指标，并 应用维优公司SV-1型测量系统进行均匀性评估和逐点校正实践，最后对实验结果进行分析 和总结。1 现行的评估手段对于 LED 显示屏的像素光强均匀性评估方法，在 2007 年发布的行业标准 SJ/T 11281-2007发光二极管LED显示屏测试方法中有明确说明：“全屏范围内任意离散抽取 30 个像素，在最高灰度级、最高亮度级下，全屏显示单红色，用光强仪分别测量出这30个像素的光强值，再进行算术平均计算得到I:I -1用公式I = ° / X100%计算出红色像素光强均匀性IRJ I RJ式中，i二130；I =兰 I /30ii=1用同样方法分别计算出绿色和蓝色像素的光强均匀性 I ， I ，取最大值即为该屏像GJ BJ素光强均匀性 I ”PJ对于像素光强均匀性等级的评定，SJ/T11281-2007中由低到高分为A,B,C三级。A级B级C级25% < I < 50%5% < I < 25%I < 5%PJPJPJ撇开测试方法本身的效率、可操作性、可复现性等不谈，像素光强均匀性 I 这个指标PJ本身存在着先天的不足。LED屏由大量的LED灯点组成，一个1平方米左右的显示屏，就会 包含上万个单基色灯，从全屏抽取30 个像素来做均匀性评估，样本个体差异性大，数量相 对总体却太过单薄，代表性堪忧。实验证明，按照这个评估方法测出的像素光强均匀性指标， 随着像素点抽样的改变，会呈现非常大的浮动，甚至同一张屏体的几次独立测量，会导致该 屏的像素均匀性级别分别落在A,B,C三个级别上。这样不稳定的指标自然无法推广实用。因此，LED屏生产厂商普遍使用另一个指标来粗略评估像素亮度均匀性，就是分光分色 机对LED管分类时的参数设置，一般用最大最小值比来表示，如1:1.2, 1:1.4等。这个指 标是在采购原材料时由上游供应商提供的，获取容易，但也存在很多问题：1) 对于自己不做封装的显示屏制造商来说，这个指标无法检验，和供应商之间存在严 重的信息不对称。对于显示屏的应用客户来说，也存在同样的问题2) 为了兼顾效率和测量精度的平衡， LED 分光分色机标称的光度测量指标，最好的也 在±5%，一般都在±10%。这样大的系统误差，叠加到分光时预设的阈值两端，使这个本已 很粗糙的指标更加扑朔迷离。3) LED 管老化衰减特性的不一致，使原材料采购时的指标，难以简单移植，用于老化 后的成品LED屏的均匀性评估。对于经过逐点校正的显示屏均匀性的评估，这个指标更是无能为力。 于是，对于逐点校正的改善效果评估，现在还普遍停留在人眼目测的水平上。2 像素亮度均方差LED显示屏的像素亮度均匀性评估，是一个数理统计问题。对于显示屏上的单个LED管，其光强值是一个随机变量，其光强的分布概率近似于正态分布。随机变量偏离平均值的分散程度，数理统计学中使用“均方差”这个概念做为其离散性评估的指标。均方差越小，意味 着相对于均值越集中，一致性越好。应用在LED屏像素亮度均匀性评估上，测试和计算方法如下:全红点亮一像素总数为N的显示屏，获取全屏每个像素的亮度值LRi，取算术平均得到Lr，则红色像素亮度均方差为:£ (L - L)2D(L )=R1 Ri R 、 +N为了方便比较不同亮度的LED屏的均匀性，使用相对均方差，即均方差相对于亮度均值的百 分比作为统一的评估指标，即:b 二(D(L )/L ) x100%RR R按同样方法，可得到b ，b 。GB“像素亮度均方差”这个指标，样本空间涵盖了 LED 屏的全体像素，使用数理统计中 均方差的概念来表征LED屏的像素亮度离散性，较之现行的标准、指标，显然更为科学合理。3 SV-1型LED屏多像素高速测量系统“工欲善其事，必先利其器”，科学的评估依赖于适用的工具。 事实上，多年来业内有识之士一直呼吁使用均方差做为均匀性评估指标，并做出诸多 尝试，但始终没有得到推广。其原因在于:缺乏高效测量数以万计的像素亮度的工具。通用的亮度测量仪表，仅能得到某一区域的平均亮度值，使用亮度计人工逐点测量每个 像素的亮度，是不现实的。业内也有尝试采用步进电机机械定位，用光电传感器或通用亮度 计自动逐点读取每个像素的亮度值，这种方法相对于人工逐点取样，稳定性和效率都有很大 提高，但依然难以满足实际的需要，且只能对模块模组进行测试，对于组装完成的显示屏就 无能为力了。针对LED屏产业的迫切需求，维优公司自主研发，于09年推出SV-1型LED屏多像素高 速测量系统，一举攻克了均匀性评估及逐点校正中面临的高速数据采样的难题。SV-1系统基于维优公司自主开发的LM200型成像亮度计，结合LEDChecker软件，实现了精确和高效的完美结合。其亮度测量准确度为标准级±2.5%，稳定度达到±1%。一次测量，不到 1 分钟即可获取上万个灯点的亮度数据，并给出统计分析数据和图表，包括直方图、数 据线、数据表、平均值、最大值、最小值、相对均方差等。从此，逐点校正结果不再是雾里看花，均匀性评估一目了然！4 均匀性评估与逐点校正实践以下是我们使用 SV-1 测量系统对一宽 96 高 64，分光指标为 1：1.1 的显示屏在最高亮度级最高灰度级时，分别对RGB三基色进行测量的数据直方图：R255 （校正前）G255 （校正前）B255 （校正前）直方图的横轴是像素亮度，单位是cd/m2,左边线代表整组亮度值中的最小值，右边线 是整组亮度值的最大值；纵轴是像素点的数量。直方图直观显示出像素亮度的分布。结果显示，即便已经按照分光的最高标准1： 1.1进行筛选，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。在我们对未经逐点校正的屏的数百次 实验中，这组 R255 的均匀性表现为最佳，像素亮度均方差达到2.56%，甚至优于很多经过 逐点校正的屏。使用 SV-1 系统的实测亮度数据，以平均亮度的 90%为基准线，对该屏进行逐点校正， 校正后RGB三基色的直方图如下:R255 （校正后）G255 （校正后）B255 （校正后）校正前后的像素亮度均方差对比见下表：颜色像素亮度均方差O （%）校正前校正后红基色（R）2.5611.438绿基色（G）3.9161.058蓝基色（B）4.3591.498对校正前后的显示屏进行的3 次重复测量，数据见下表：颜色像素亮度均方差O （%）校正前校正后红基色（R）12.5611.43822.5631.42932.6111.430绿基色（G）13.9161.05823.9151.04933.9071.056蓝基色（B）14.3591.49824.3521.49334.3541.499实验数据表明：1）老化后 1:1.1 的分光指标难以保持，已降档到 1：1.3，1：1.4。2）即便是对按1:1.1分光的LED显示屏，逐点校正依然可以显著改善其均匀性。3）未作逐点校正的 LED 屏，最优均方差也在 4%左右，逐点校正后，均方差指标达到 2%以内。4）像素亮度均方差指标，重复测量时，稳定性良好，可用于LED屏亮度均匀性的客观 评价。总结此前，像素亮度均方差这一科学指标，因为缺乏测量手段而迟迟无法走向实用，逐点 校正技术也因缺乏高速亮度采集工具和评估手段，难以大规模推广。如今，维优公司 SV-1 型LED屏多像素亮度高速测量系统的问世，让LED屏像素亮度均匀性终于有了客观、科学且 高效便捷的评估手段。更重要的是， SV-1 攻克了 LED 像素亮度数据高效采集的难关，可望 为逐点校正技术的产业化应用起锚扬帆，用自主创新的核心技术，托起中国LED显示屏产业 在国际市场搏击长空的双翼！来源：深圳中科维优科技有限公司
