LED屏像素亮度均勻性的評估與校正

1、LED 顯示屏像素亮度均勻性的評估與校正深圳中科維優(yōu)科技有限公司 安寧前言近年來，在市場驅動和政府扶持下，我國的LED 顯示屏產業(yè)經歷了令世界矚目的高速成長，同時，產業(yè)內競爭也日趨激烈，客戶對質量要求也越來越高，越來越專業(yè)。像素亮度均勻性是LED 全彩顯示屏顯示質量的一個關鍵指標。均勻性差的顯示屏，輕則感覺屏幕不干凈，色彩不勻凈，重則會看到暗斑、亮斑、色斑，甚至馬賽克，嚴重影響顯示效果。為改善LED 屏的像素亮度均勻性，生產廠家和控制系統(tǒng)廠商都付出了相當大的努力，從嚴格篩選分檔LED 燈或芯片，到逐點校正技術的開發(fā)應用，然而，由于缺乏一個客觀、科學、穩(wěn)定的測試方法和評價指標，這些改進措施的效果

2、如何卻難以量化評估，有時甚至對均勻性改善與否都無法達成共識。本文將討論現有的亮度均勻性評估方法，提出像素亮度均方差作為均勻性評估指標，并應用維優(yōu)公司SV-1型測量系統(tǒng)進行均勻性評估和逐點校正實踐，最后對實驗結果進行分析和總結?，F行的評估手段對于LED 顯示屏的像素光強均勻性評估方法，在2007年發(fā)布的行業(yè)標準SJ/T 11281-2007 發(fā)光二極管LED 顯示屏測試方法中有明確說明：“全屏范圍內任意離散抽取30個像素，在最高灰度級、最高亮度級下，全屏顯示單紅色，用光強儀分別測量出這30個像素的光強值，再進行算術平均計算得到 ： 用公式 %100I max=I iRJ 計算出紅色像素光強均勻性

3、RJ I 式中，；301i = 30/301i =i I用同樣方法分別計算出綠色和藍色像素的光強均勻性 ，取最大值即為該屏像素光強均勻性”GJ I BJ I PJ I 對于像素光強均勻性等級的評定，SJ/T11281-2007中由低到高分為A,B,C 三級。A 級 B 級 C 級%50I 25%PJ %52I 5%PJ 5%I PJ 撇開測試方法本身的效率、可操作性、可復現性等不談，像素光強均勻性 這個指標本身存PJ I在著先天的不足。LED屏由大量的LED 燈點組成，一個1平方米左右的顯示屏，就會包含上萬個單基色燈，從全屏抽取30個像素來做均勻性評估，樣本個體差異性大，數量相對總體卻太過單薄

4、，代表性堪憂。實驗證明，按照這個評估方法測出的像素光強均勻性指標，隨著像素點抽樣的改變，會呈現非常大的浮動，甚至同一張屏體的幾次獨立測量，會導致該屏的像素均勻性級別分別落在A,B,C 三個級別上。這樣不穩(wěn)定的指標自然無法推廣實用。因此，LED 屏生產廠商普遍使用另一個指標來粗略評估像素亮度均勻性，就是分光分色機對LED 管分類時的參數設置，一般用最大最小值比來表示，如1:1.2，1:1.4等。這個指標是在采購原材料時由上游供應商提供的，獲取容易，但也存在很多問題：1、 對于自己不做封裝的顯示屏制造商來說，這個指標無法檢驗，和供應商之間存在嚴重的信息不對稱。對于顯示屏的應用客戶來說，也存在同樣的

5、問題2、 為了兼顧效率和測量精度的平衡，LED分光分色機標稱的光度測量指標，最好的也在5%，一般都在10%。這樣大的系統(tǒng)誤差，疊加到分光時預設的閾值兩端，使這個本已很粗糙的指標更加撲朔迷離。3、 LED 管老化衰減特性的不一致，使原材料采購時的指標，難以簡單移植，用于老化后的成品LED屏的均勻性評估。對于經過逐點校正的顯示屏均勻性的評估，這個指標更是無能為力。于是，對于逐點校正的改善效果評估，現在還普遍停留在人眼目測的水平上。像素亮度均方差LED 顯示屏的像素亮度均勻性評估，是一個數理統(tǒng)計問題。對于顯示屏上的單個LED 管，其光強值是一個隨機變量，其光強的分布概率近似于正態(tài)分布。隨機變量偏離平

6、均值的分散程度，數理統(tǒng)計學中使用“均方差”這個概念做為其離散性評估的指標。均方差越小，意味著相對于均值越集中，一致性越好。應用在LED 屏像素亮度均勻性評估上，測試和計算方法如下：全紅點亮一像素總數為N 的顯示屏，獲取全屏每個像素的亮度值，取算術平均得到Ri L R ，則紅色像素亮度均方差為：）（N L Ri R =N1i 2R (L D ；為了方便比較不同亮度的LED 屏的均勻性，使用相對均方差，即均方差相對于亮度均值的百分比作為統(tǒng)一的評估指標，即：%100 / D(L(R R =R 按同樣方法，可得到G ，B ?！跋袼亓炼染讲睢边@個指標，樣本空間涵蓋了LED 屏的全體像素，使用數理統(tǒng)計中

7、均方差的概念來表征LED 屏的像素亮度離散性，較之現行的標準、指標，顯然更為科學合理。SV-1型LED 屏多像素高速測量系統(tǒng)“工欲善其事，必先利其器”，科學的評估依賴于適用的工具。事實上，多年來業(yè)內有識之士一直呼吁使用均方差做為均勻性評估指標，并做出諸多嘗試，但始終沒有得到推廣。其原因在于：缺乏高效測量數以萬計的像素亮度的工具。通用的亮度測量儀表，僅能得到某一區(qū)域的平均亮度值，使用亮度計人工逐點測量每個像素的亮度，是不現實的。業(yè)內也有嘗試采用步進電機機械定位，用光電傳感器或通用亮度計自動逐點讀取每個像素的亮度值，這種方法相對于人工逐點取樣，穩(wěn)定性和效率都有很大提高，但依然難以滿足實際的需要，且

8、只能對模塊模組進行測試，對于組裝完成的顯示屏就無能為力了。針對LED 屏產業(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 屏多像素高速測量系統(tǒng)，一舉攻克了均勻性評估及逐點校正中面臨的高速數據采樣的難題。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，結合LEDChecker 軟件，實現了精確和高效的完美結合。其亮度測量準確度為標準級2.5%，穩(wěn)定度達到1%。一次測量，不到1分鐘即可獲取上萬個燈點的亮度數據，并給出統(tǒng)計分析數據和圖表，包括直方圖、數據線、數據表、平均值、最大值、最小值、相對均方差等。從此，逐點校正結果不再是霧里看花，均勻性評估一目了然！均勻性評估與逐點校正

9、實踐以下是我們使用SV-1測量系統(tǒng)對一寬96高64，分光指標為1：1.1的顯示屏在最高亮度級最高灰度級時，分別對RGB三基色進行測量的數據直方圖： 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；縱軸是像素點的數量。直方圖直觀顯示出像素亮度的分布。結果顯示，即便已經按照分光的最高標準1：1.1進行篩選，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。在我們對未經逐點校正的屏的數百次實驗中，這組R255的均勻性表現為最佳，像素亮度均方差達到2.56%，甚至

10、優(yōu)于很多經過逐點校正的屏。使用SV-1系統(tǒng)的實測亮度數據，以平均亮度的90%為基準線，對該屏進行逐點校正，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比見下表： 顏色 紅基色（R） 綠基色（G） 藍基色（B） 像素亮度均方差（%） 校正前 2.561 3.916 4.359 校正后 1.438 1.058 1.498 對校正前后的顯示屏進行的 3 次重復測量，數據見下表： 像素亮度均方差（%） 校正前 1 紅基色（R） 2 3 1 綠基色（G） 2 3 1 藍基色（B） 2 3 2.561 2.563 2.611 3.

11、916 3.915 3.907 4.359 4.352 4.354 校正后 1.438 1.429 1.430 1.058 1.049 1.056 1.498 1.493 1.499 顏色 實驗數據表明： 1、 老化后 1:1.1 的分光指標難以保持，已降檔到 1：1.3，1：1.4。 2、即便是對按 1:1.1 分光的 LED 顯示屏，逐點校正依然可以顯著改善其均勻性。 3、未作逐點校正的 LED 屏，最優(yōu)均方差也在 4%左右，逐點校正后，均方差指標達到 2%以內。 4、像素亮度均方差指標，重復測量時，穩(wěn)定性良好，可用于 LED 屏亮度均勻性的客觀評價。 總結 此前，像素亮度均方差這一科學指標，因為缺乏測量手段而遲遲無法走向實用，逐點校正技術 也因缺乏高速亮度采集工具和評