LED显示屏亮度测量仪器分析.doc

LED显示屏亮度均匀性测试仪器分析邹锋1 周妮2 钟妮2（1.绍兴市质量监督技术研究院 2.深圳市计量质量检测研究院）引言LED显示屏的亮度均匀性不好会导致LED显示屏出现麻点及马赛克等现象。LED显示屏的亮度均匀性测量现在有较多的手段,本文就LED显示屏亮度均匀性测试手段进行探讨。1亮度的定义亮度的定义：亮度是对发光面所出的光的明亮程度的定量表征。亮度的法定单位是坎德拉每平方米（）。它的物理定义是，在某一观测方向上，某一发光面元ds所产生的发光强度dI与该面元在该方向上投影面积之比。如下图所示： 图中PN是微小发光面元ds上任一个点的法向方向，在该法线PN成夹角的PQ方向上以W为立体角内的光强dI。那么，该方向上发光面元的光亮度为2LED显示屏亮度测量原理介绍 现在LED显示屏的亮度测量仪器大致有三种类型：1.常用的成像式亮度计和遮光筒式亮度计；2.采用CCD的像素灰度测量系统；3.采用CCD技术的亮度计。下面就简单介绍这三种类型亮度测量的原理。2.1 成像式亮度计和遮光筒式亮度计成像式亮度计就是我们常见的彩色亮度计和色彩辉度计。常常用在LED显示屏的亮度测试，它只能测试LED显示屏较小区域的亮度值。2.1.1遮光筒式亮度计结构图如下:从图可见，亮度L的发光面与在探测面P点的面元上的法向照度为式中，为以P为顶点，S面为底所张的立体角，P点为遮光筒的中心点。现在有些LED显示屏厂家采用它做成机台检测系统，利用多台遮光筒式亮度计对LED显示模组进行亮度测量。2.1.2成像式亮度计结构图如下亮度计小孔H处的照度为式中，E为光学系统成像面上的照度,L是光源发光面得亮度,f为透镜的焦距,D为透镜的孔径,l为物距(m),为透射比。现在LED显示屏厂用的较多都是成像式亮度计，如BM-7,CS-100,CS-200等。2.2 CCD技术的像素灰度测量系统主要原理是利用CCD采集LED显示屏的图像，再用图像处理技术对图像进行处理，提取LED显示屏的每个像素的灰度值。从而对出LED显示屏的每个像素的相对亮度值。2.3 CCD成像型亮度计这是一种新型的亮度计，它是成像式亮度计的改进，测量原理和成像式亮度计是一样的。它将成像式亮度计的探测器改为CCD，使得能够实现更大面积的平面光源亮度测量，和更灵活的亮度分布测量。CCD成像式亮度计是利用经修正工作在标准视觉特性区的CCD，通过光学系统同时获取LED显示屏的光辐射强度和图像，再经信号处理系统，得出LED显示屏的实际亮度，也可以获取单点LED像素的实际亮度值3LED显示屏亮度均匀性测量仪器分析3.1遮光筒式亮度计：遮光筒式亮度计是以机台中的亮度测量部分出现在LED显示屏亮度测量中。厂家会采用其测量LED显示屏的模组的单个LED的亮度。从遮光筒式亮度计的测量原理可以知道，遮光筒式亮度计受到入射光的角度、测量距离、采样区域的影响。 在用遮光筒式亮度计测量时，需要保证每次测量角度和测量距离一致，并且要保证所采样的区域是一样的。但采用遮光筒式亮度计测量时无法知道观察被测区域的情况，所以这些在测量LED显示屏比较难保证的。其测量精度和重复不是很高。另外，遮光筒式亮度计的探测器是光敏元件，使用久了其精度会下降，导致测量亮度时带来不确定度。采用该种方式，测量LED显示屏的亮度的效率还是比较低的。适合应用在对测量速度要求不高的场合。32成像式亮度计成像式亮度计是测量亮度的高精度标准级仪器。它常用在小亮度源的测量，配以自动装置可以测量做LCD等尺寸的亮度评估。它的构造是由物镜、带孔反射目镜等光学元件组成，其目镜系统方便使用者准确选择所需要测量的亮度区域。通过视场角的改变来测量不同的亮度源。一般有等视场角。物镜上的黑色的圆就是视场角，也是测量采样的区域。由其测量原理可以知道，亮度计和被测物体的角度及和采样的区域有关。1.对于LED显示屏亮度测量时，在采样LED显示屏不同区域时应该保持同一角度，最好是垂直LED显示屏，因为这个角度最容易保证。2.采集区域应该包括较多的像素点，LED显示屏的规范规定是30个像素点或者更多，这样可以减少因采样区域带来的误差。3.亮度计的物镜和目镜应该先调清晰,物镜的清晰保证LED显示屏像能成像在探测器面上,目镜清晰是保证选择测量的区域。4.它虽然可以测量LED显示屏上的单个LED的亮度，由于采样LED时很难定位及重复，所以它不太适合用于测量LED显示屏的单点亮度。成像式亮度计可以应用在LED显示屏的光性能验收中。不适用于逐点测量，即便结合机械步进装置，也很难同时满足效率和精度的需求。 3.3 基于CCD的像素灰度测量系统利用CCD采集LED显示屏灰数据,它改善了前面两种亮度计无法测量大面积亮度源的缺陷，实时性好，可获取信息量大，可得到LED显示屏的每个像素成像在CCD上的灰度值。但这个灰度值不能和实际亮度值对等，甚至和亮度值缺乏严格的线性关系。这种测量系统有的简单采用数码单反相机，有的采用工业CCD 器件，适用于粗略的逐点校正场合，但难以满足逐点校正的测量稳定性、一致性的需要，因此，使用中，常常需要对已单箱校正完成的一批箱体组屏后做二次校正。虽然采用图像处理技术可以提取LED显示屏每个像素点的灰度值，为逐点校正提供一个依据。但由于其利用的不是实际的亮度值，所以无法评估校正前后的亮度均匀性，也无法给出亮度损失，并且测量数据没有溯源性。有的测量系统会配有成像式亮度计作为溯源的途径,这种方法隐含着一个假设：LED显示屏是稳定光源,可以经由它向上溯源。然而，首先，LED屏的亮度并不那么稳定，会随着供电电流的漂移、灯老化程度，以及温度而变化；其次，这种溯源方式要求亮度计和CCD灰度测量系统的测量区域严格一致，然而事实上，LED屏的亮度空间分布并不均匀，轻微的空间位移就会带来很大的误差，而成像式亮度计也会引入测量误差，从而给CCD灰度测量系统的亮度测量结果引入相当大的不确定度。 3.4 CCD成像式亮度计随着LED显示屏行业发展，原有的测试方法已经不能满足行业的发展。行业需要知道LED显示屏的实际亮度值，这样可以为厂家提供更客观的数据，能更好地进行逐点校正。现在出现了结合亮度计和像素测量的优点的测量方法,就是CCD 成像亮度计。代表产品有美能达公司的CA2000,和维优公司最新出品的LM200。CCD成像亮度计由高分辨率的科学级CCD和精确标定的光学系统组成，将传统的亮度计的探测器改为CCD,拓宽了亮度测量范围和适用领域。CA2000适用于平面光源的亮度分布分析，而LM200 CCD成像亮度计除此功能外，结合专业软件LEDChecker,构成SV-1型LED屏多像素亮度测量系统，可以高速测量LED显示屏上每个像素的实际亮度值，以作逐点校正的依据及屏均匀性的评估。该系统的主要测量误差来源是CCD成像系统，包括CCD成像误差，如光学畸变、噪声的影响等。该系统通过对每个器件的校正和标定，如CCD的均匀性校正、线性校正、光谱响应校正，光学系统的几何畸变校正，光谱响应校正等措施，保证标准级的测量精度（2.5%）和测量重复性。测量重复性在LED屏逐点校正和均匀性评估的应用上，是个非常重要的指标。SV-1 系统的数据重复性指标为1%，远高于其他LED显示屏的测量设备。 由于采用准确、稳定可靠的实际亮度值作为校正依据，SV-1系统可以实现批量的数据采集，批量的数据处理，和最后的批量校正数据导入，三个流程相互独立，提高了单点校正的效率。且一次测量，即可成功完成校正，无需现场二次校正的流程。4.总结以上对现有的LED显示屏的亮度测量手段进行了介绍和分析，包括它们的测量原理，测量时应注意的问题，以及适用的场合。对于LED显示屏的亮度测