IEC 62977-3-42023 电子显示器.第3-4部分光学性能的评定.高动态范围显示器标准立项发展报告

电子显示器第3-4部分：光学性能的评定高动态范围显示器标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectronicDisplays-Part3-4:EvaluationofOpticalPerformances-HighDynamicRangeDisplays摘要关键词：高动态范围；电子显示器；光学性能评价；国际电工委员会；IEC62977-3-4；亮度动态范围；测量方法学Keywords:HighDynamicRange;ElectronicDisplays;OpticalPerformanceEvaluation;IEC;IEC62977-3-4;LuminanceDynamicRange;MeasurementMethodology一、引言1.1标准化背景近年来，高动态范围显示技术作为继分辨率提升之后显示产业最重要的技术变革方向，正在深刻重塑全球显示产业的竞争格局。HDR技术通过显著扩展显示器的亮度动态范围，实现对真实世界光照环境更为逼真的还原，其在峰值亮度、暗部细节、色彩饱和度和对比度等方面的显著提升，使观众能够体验到前所未有的视觉震撼。根据市场研究机构Omdia的数据，2022年全球HDR兼容显示设备的出货量已突破3.5亿台，预计到2026年这一数字将增长至8亿台以上，年复合增长率超过22%。然而，HDR显示技术的快速普及也对传统的光学性能评价体系提出了严峻挑战。传统的显示光学性能测试标准，如IEC62977-2-1中定义的亮度、对比度、色域覆盖率等指标，均是针对标准动态范围（StandardDynamicRange,SDR）显示器的性能评价而设计。这些传统指标通常基于全白场和全黑场的测量，采用全局性、平均化的评价思路，难以表征HDR显示器在局部区域峰值亮度、区域调光（LocalDimming）精度、背光泄漏及空间亮度分布均匀性等方面的独特性能特征。此外，HDR显示器的亮度感知具有显著的非线性特征，传统基于线性亮度的评价指标无法准确反映人眼在极高动态范围条件下的视觉感知特性。1.2标准立项必要性在此技术背景下，建立一套科学、统一、可重复的HDR显示光学性能评价标准，成为全球显示产业界的共同呼声。一方面，HDR显示器的制造商需要统一、可靠的标准来验证产品性能、优化产品设计；另一方面，下游整机厂商和消费者需要客观、可比较的性能指标来进行产品选型和质量评估。更为重要的是，各国监管机构和行业组织在HDR显示产品的市场准入和质量监督方面，亟需依据统一的技术规范开展测试评价工作。国际电工委员会（IEC）作为全球最具权威性的国际标准化组织之一，其下设的IEC/TC110（电子显示器件技术委员会）长期致力于显示器件及显示系统的国际标准化工作。面对HDR显示技术带来的评价体系变革需求，IEC/TC110于2019年正式启动了关于HDR显示光学性能评价标准的预研工作，经过多轮国际讨论和技术论证，最终形成了IEC62977-3-4:2023这一重要国际标准。二、标准概况2.1标准基本信息-标准编号：IEC62977-3-4:2023-标准名称：电子显示器第3-4部分：光学性能的评定高动态范围显示器（Electronicdisplays-Part3-4:Evaluationofopticalperformances-Highdynamicrangedisplays）-发布机构：国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）-标准状态：现行有效-发布日期：2023年3月28日-国际标准分类号（ICS）：31.260（光电子学、激光设备）-语言版本：英语-版本说明：电子版加密PDF格式，约1分钟可下载，有水印，需安装FileOpen插件，电脑需联网，限制累计3台电脑共打印5次-定价：2388元人民币（约合330瑞士法郎）2.2标准体系定位IEC62977-3-4:2023属于IEC62977系列标准的重要组成部分。该系列标准由IEC/TC110制定，专门针对电子显示器件建立完整的测试与评价方法体系。IEC62977系列标准的总体架构如下：-IEC62977-1：术语与符号-IEC62977-2：光学性能的测量条件-IEC62977-2-1：光学性能的测量基础测量-IEC62977-2-2：光学性能的测量透明显示-IEC62977-3-1：光学性能的评定环境性能-IEC62977-3-2：光学性能的评定清晰度-IEC62977-3-3：光学性能的评定运动伪影-IEC62977-3-4：光学性能的评定高动态范围显示器（本标准的立项主体）从标准体系架构可以看出，IEC62977-3-4:2023处于IEC62977-3子系列的地位，该子系列聚焦于光学性能的评定方法和评价指标体系，与第2子系列（光学性能的测量）形成"测量—评价"的完整闭环。三、标准核心技术内容3.1标准适用范围IEC62977-3-4:2023规定了高动态范围显示器的光学性能评价方法，适用于各类采用HDR技术的电子显示器件，包括但不限于：液晶显示器（LCD）配合区域调光背光、有机发光二极管（OLED）显示器、微型发光二极管（MicroLED）显示器、等离子显示器以及其他具备高动态范围显示能力的平板显示器件。3.2核心技术指标该标准建立了一套面向HDR显示特性的多维度光学性能评价指标体系，主要包括以下核心测试项目和评价参数：3.2.1区域峰值亮度（LocalPeakLuminance）区域峰值亮度是指HDR显示器在特定局部区域（通常为屏幕面积的1%至10%）所能达到的最大亮度输出能力。区别于传统SDR标准的全屏峰值亮度，区域峰值亮度能够更加精准地反映HDR显示器在呈现高光局部细节时的亮度表现能力。标准详细定义了测量窗口的大小、位置选择方法以及测试信号的生成规则，确保不同实验室之间测试结果的复现性和可比性。3.2.2黑场电平与黑场漂移（BlackLevelandBlackLevelDrift）HDR显示器的黑场表现对于暗场景画面的还原质量具有决定性影响。标准定义了黑场电平的精确测量方法，包括在完全黑暗环境下对显示器最低亮度输出进行高精度测量，并要求在不同灰阶输入条件下评估黑场电平的稳定性。黑场漂移指标用于量化显示器在显示暗场景图像时，随着时间推移或温度变化，黑场亮度发生的偏移程度，这对于评价OLED等自发光显示器的时序稳定性具有重要意义。3.2.3全局对比度与局部对比度（GlobalContrastRatioandLocalContrastRatio）传统对比度指标（全白场亮度与全黑场亮度之比）无法反映HDR显示器的真实视觉对比度表现。标准创新性地引入了全局对比度和局部对比度两个分层评价指标。全局对比度衡量显示器呈现最亮场景和最暗场景时的亮度比值，而局部对比度则针对指定窗口区域内的亮度梯度变化进行评估，能够有效表征背光调制或自发光像素控制的精确程度。3.2.4亮度非线性与EOTF表征（LuminanceNonlinearityandEOTFCharacterization）HDR显示器的光电转换函数（Electro-OpticalTransferFunction,EOTF）是其准确呈现HDR内容的核心技术基础。标准规定了基于感知量化（PerceptualQuantizer,PQ）和混合对数伽马（HybridLog-Gamma,HLG）两种主流HDR传输函数的EOTF追踪测试方法。通过测量显示器在不同数字驱动电平下的实际亮度输出，计算与理论EOTF曲线的偏差情况，以量化显示器的HDR信号还原精度。3.2.5色域覆盖率与色彩体积（ColorGamutCoverageandColorVolume）HDR显示不仅要求更高的亮度动态范围，同时需要更广阔的色域覆盖以确保高亮度下的色彩还原准确性。标准引入了基于国际照明委员会（CIE）1931和CIE1976色度系统的色域覆盖率测试方法，并创新性地提出了色彩体积（ColorVolume）的概念，即在三维色彩空间中（亮度-色度空间）评估显示器能够重现的色彩范围。这一指标能够更加全面地反映HDR显示器在不同亮度水平下的色彩表现能力。3.2.6视角性能评价（ViewingAnglePerformance）HDR显示器在不同观看角度下的光学性能变化直接关系到多用户观看场景的实际体验。标准规定了在指定视角范围内（通常为水平方向±60°、垂直方向±30°）测量亮度、色度坐标及对比度的变化情况，并对HDR特有的高亮度条件下的色偏问题进行专项评价。3.3测试条件与方法学创新标准在测试条件和测试方法层面进行了系统性的规范和创新：3.3.1暗室条件标准严格要求所有光学性能测试应在暗室环境中进行，环境照度不超过1lx，且测试装置本身的杂散光对测量结果的影响应控制在允许误差范围之内。3.3.2测试信号标准制定了一套完整的HDR测试信号集，包含标准动态范围测试信号、PQ-EOTF校准测试信号、HLG-EOTF校准测试信号以及针对区域亮度评价的局部窗口测试信号。所有测试信号均采用标准化的数字视频接口输出，以保证信号源的精确性和一致性。3.3.3设备校准标准对光学测量设备提出了明确的性能要求，包括亮度计的测量范围应覆盖0.0001cd/m²至10000cd/m²，测量不确定度应优于±5%，并规定了设备的光谱响应应经过严格的校准和溯源。3.3.4测量点位标准规定了标准九点测量法的具体位置分布，并针对HDR显示器的局部调光特性，增加了针对区域亮度分布的精细扫描测量方法，以全面获取显示器的空间亮度分布特征。四、标准制定历程与国际协调4.1制定历程IEC62977-3-4:2023的制定过程经历了严谨的国际化流程，大致可分为以下阶段：-2019年3月：IEC/TC110正式通过新工作项目提案（NewWorkItemProposal,NWIP），设定编号为IEC62977-3-4，确立制定HDR显示光学性能评价标准的工作方向-2019年至2021年：成立专项工作组，由来自中国、韩国、日本、德国、美国等多个成员国的显示技术专家共同参与标准草案的起草工作-2022年初：完成委员会草案（CommitteeDraft,CD）的编制，并分发至各成员国征求意见-2022年年中：根据各成员国反馈意见对草案进行系统修订，形成最终国际标准草案（FinalDraftInternationalStandard,FDIS）-2023年1月：IEC成员国正式投票表决通过-2023年3月28日：IEC正式发布IEC62977-3-4:20234.2国际协调机制在标准制定过程中，IEC/TC110积极与国际电信联盟（ITU）、电影与电视工程师学会（SMPTE）、消费者技术协会（CTA）等国际组织和行业协会保持密切协作。该标准充分参考了ITU-RBT.2100建议书中关于HDR电视节目制作和国际节目交换的参数规范，在EOTF定义和测试信号等方面保持了良好的技术兼容性，确保了HDR内容制作端和显示终端之间的标准化衔接。五、主要参与单位介绍本标准的制定凝聚了多个成员国专家的智慧，其中来自中国标准化战线的贡献尤为突出。作为IEC/TC110的重要参与方，中国电子技术标准化研究院（CESI，工业和信息化部直属机构）在本标准的制定过程中发挥了关键的推动和组织作用。中国电子技术标准化研究院作为全国电子产品与显示器件标准化归口单位，长期深度参与IEC/TC110的国际标准化工作，具有深厚的显示技术标准化专业积累。在IEC62977-3-4标准制定过程中，中国电子技术标准化研究院组织国内显示器制造企业（如京东方、华星光电）、高校和科研机构的专家团队，重点针对区域峰值亮度测量方法、黑场电平漂移评价指标、HDR色彩体积评价方法等关键技术内容开展系统性的实验验证工作，为标准核心指标体系的科学性和可行性提供了充分的数据支撑。同时，中国电子技术标准化研究院作为IEC/TC110国内技术对口单位，牵头组织国内各相关方对标准草案进行深入研讨并形成统一的中国意见，多项关于测试信号优化和局部调光评价方法学的建议被采纳，为该标准的技术先进性和国际适用性贡献了中国智慧。此外，来自韩国、日本、德国等显示技术强国的标准化机构和龙头企业专家也在标准制定过程中发挥了重要作用。来自韩国三星显示、LGDisplay等企业的技术专家在OLED显示特性的测量方法方面提供了丰富的实践经验；日本专家在区域调光液晶显示器的评价方法方面贡献了重要建议；德国专家则在测量不确定度分析和测试设备校准方面提供了技术支撑。六、标准应用价值与行业影响6.1产业应用价值IEC62977-3-4:2023的发布和实施对全球HDR显示产业链产生了深远影响：对上游器件制造商而言，该标准提供了系统、可量化的光学性能评价工具，有助于在产品研发阶段精准评估技术方案的性能优劣，优化器件设计和工艺参数，缩短产品开发周期。对中游显示模组和整机制造商而言，统一的标准为零部件选型、产品调试、质量检验和出厂验证提供了权威依据，有效降低了供应链中的沟通成本和验证成本，促进了产业链的高效协作。对下游应用领域而言，无论是消费电子的高端电视、专业影像制作的监视器、还是医疗诊断显示器、工业控制显示终端，均可以依据该标准对HDR显示产品进行客观、准确的性能评估，为采购决策和产品验收提供科学依据。6.2认证与市场准入随着IEC62977-3-4:2023的发布，全球多个国家和地区的认证机构已着手将该标准纳入HDR显示产品的测试认证依据。这一发展趋势将推动HDR显示产品市场的进一步规范化，有利于建立公平竞争的市场环境，保护消费者的合法权益，促进先进显示技术的良性发展和普及应用。七、结论与展望IEC62977-3-4:2023作为国际电工委员会在HDR显示光学性能评价领域的首项正式标准，填补了国际标准体系中的关键空白，为全球HDR显示产业的发展提供了重要的技术规范支撑。该标准在充分继承IEC62977系列标准框架的基础上，系统性引入了区域峰值亮度、局部对比度、黑场电平漂移、色彩体积等创新评价维度，科学地构建了适应HDR显示技术特征的光学性能评价指标体系。展望未来，随着显示技术的持续创新，HDR显示技术正在向更高亮度（峰值亮度突破4000cd/m²）、更宽色域（如BT.2020色域全覆盖）以及更精细的区域控光能力等方向不断演进。同时，MicroLED等新型显示技术的崛起，也对HDR性能评价方法提出了新的挑战，包括微米级像素的亮度