CN101527108B - Led显示屏色度参数的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED显示屏色度参数的测量方法，该方法根据LED显示屏发光的特点，创造并规定了LED显示屏色域覆盖率、白场色度不均匀性、彩色复现的测量步骤与计算方法；提出了提高测量和调试白场色度值与范围的准确度、提高测量基色主波长准确度的方法；对LED管峰值波长与LED屏主波长从科学概念上进行了必要的区分。用符合光谱三刺激值含有四组滤光片的1980彩色亮度计准确测量LED显示屏的色度参数，按本方法，其测量准确度可达到对标准彩色亮度计的技术要求。用光谱带宽及取样间隔为1nm的1980光谱辐射仪可准确测量LED管的峰值波长。并在调试过程中采用多圈电位器，以达精细选择电阻阻值的目的，这些核心技术是调试和制造优秀彩色重现LED显示屏必备的前提与关键。

Description

LED显示屏色度参数的测量方法

技术领域

本发明涉及一种LED显示屏的测量方法，特别涉及一种LED显示屏色度参数的测量方法。

背景技术

目前，随着LED显示屏应用于各种重要场合，人们对LED显示屏颜色质量提出了更高的要求；而LED显示屏颜色质量的不断提高，又将不断拓宽LED显示屏的应用和使用价值。

但现有的LED显示屏测量方法中缺少LED显示屏色域覆盖率的测量项目，缺少LED显示屏白场色度不均匀性的测量项目；现有的LED显示屏测量方法中对彩色分析仪的误差表示方法存在错误(色度误差不应用百分数表示，应用绝对值表示)目前LED显示屏行业忽略国家权威机构的重要提示，所使用的色度测量仪器本身就引入可观的误差，而且多数仪器不具备消除误差的实施办法，这会造成无法准确确定基色主波长的误差等级，也实际影响LED显示屏白场色度的调试和确定。

例如：

1.国家权威机构国家电视质量检验中心安永成等编著的“彩色电视机性能测量原理与方法”一书中指出：三个滤光片的仪器，与人类视觉器官的光谱三刺激值相比，它没有办法模拟X₁(λ)的作用，给测量带来了一定的误差；而美国生产的1980A、1980B等彩色亮度计由四组滤光片分别模拟中的X₁(λ)、X₂(λ)，Y(λ)、和Z(λ)的响应曲线。彩色亮度计是LED显示屏色度测量中最常用的一种测色仪器，彩色亮度计滤色片与光电倍增管组合后的探测器应尽量精确地符合光谱三刺激值曲线X(λ)、Y(λ)、和Z(λ)。X(λ)在短波段和长波段有两个波峰X₁(λ)、X₂(λ)。

2.目前，LED行业标准中对色度误差规定方法存在问题(色度误差应用绝对值表示，不应用百分数表示)，实际常用的仪器存在过大的误差。

中国计量科学研究院的下列工作与此项工作有关值得我们关注，应使用光电倍增管型光谱辐射仪。

根据中国计量科学研究院光学处殷玉喆、马煜、周庆国、桂康年和北京理工大学光电工程系郑阳、侯素芳、芦汉生等人撰写的“光源色度国家基标准装置体系的建设”一文中证实：“平板显示光源的光谱分布都属于谱线型的，各个谱线之间的强度差别往往达到三个数量级以上，常用的CCD光谱型测光测色仪器，例如Photo Research的PR650/705等，不能提供足够的动态范围来满足色度测量的定标需要。因此，必须要用高动态范围的测色仪器，至少要采用光电二极管阵列(PDA)，甚至是光电倍增管(PMT)作探测器的测光测色仪器才能满足需求。”

目前LED显示屏行业使用的仪器如CS-100和BM-7等均不是光电倍增管型，在光谱响应上只有三部分，无法良好模拟X₁(λ)的作用，给测量带来误差。没有校准功能，在测量红、绿、兰场时，无法用测量白场时的误差简单取代。高档的三组片彩色亮度计，如BM-5，无相应的标准光源也无法工作。

3.测量光谱分布时应选择光电倍增管的接收器件并取小的取样间隔做传递基准。

中国计量科学研究院光学处刘慧、肖文宾撰写的“关于颜色温度测量的几个问题”一文中证实：“相对光谱功率测量过程中所采用的波长间隔Δλ将直接影响计算结果的精度，Δλ越小，测量精度越高，但测量时间增加，应根据种类的不同选用不同的采样间隔Δλ。对于一个实际色温为6520K的18W荧光灯测量过程中选用5nm的采样间隔，则测得色温为7539K，如果选用Δλ＝2nm的采样间隔，则测得色温为6520K。而对于连续光谱的白炽灯，选用Δλ＝5nm的采样间隔，便可保证测量结果的正确性。”

PR-650光谱带宽8nm，取样间隔4nm，如用PR-650等CCD光谱型仪器测量LED显示屏，则会出现上述几篇文章中指出的问题。

深圳照明学会薛才之在中国照明学会成立二十周年文集“照明用LED光学性能检测原理和方法”一文中也指出：“由于LED的光谱包含线状光谱，为提高检测精度，单色仪步长间隔应≤1nm。”

根据LED发光性能选择相适宜的彩色亮度计，开展深入细致的科学技术工作，是制定LED白场色度标准和宽容范围的关键，也是测量和判别LED显示屏其它光色指标的重要前提。

如使用CCD器件的PR650、SR-3A会出现中国计量科学研究院发表的文章中所指出的问题。测量仪器的任务是准确测量和计算出X₁、X₂、Y、Z四个分量即可。我们均可通过简单的数学变换来计算出x、y，u、v，u’、v’等。反之，如果一台仪器不能准确测量和计算出X₁、X₂、Y、Z四个分量，相反却有计算u’、v’等功能，照样会带来可观的误差。

对LED显示屏的光、色测量的实验结果将为改进LED的设计、制造提供依据，为了适应LED显示屏的应用，光、色测量技术应该有新的突破。

所有的评定和客观测量均应在实现空间混色效应的距离下进行，在测量显示屏白场色度坐标中光探头采集范围不得小于16个相邻像素。由于各种显示屏的物理点间距与物理密度不同，因此应使用视场立体角可调的亮度计和彩色亮度计，并应含有2°、3°等大视场角，其工作范围应达到几千尼特以上。

LED屏幕像素物理点的间距远大于彩色显象管CRT和液晶电视LCD、等离子电视PDP，而单位面像素的物理密度又远小于上述三者。因此在远距离才能产生空间混色效应。

我们一方面可从相邻领域进展的共性中受到启迪，一方面又要根据LED屏幕的特性开展必要的测量与评价，才能使LED屏幕的颜色质量不断得到提高。为了保证有足够大的测量面积，消除测量误差，应使用可调视场立体角的彩色亮度计。在同样距离下，不同的视场立体角有不同的测试面积，可以满足不同种类显示屏的技术要求。

因此，提供一种设计合理、应用广泛的LED显示屏色度参数的测量方法，是该领域当前急待解决的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种LED显示屏色度参数的测量方法。

为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下：

一种LED显示屏色度参数的测量方法，其特征在于实施步骤如下：

首先选择测量设备为符合人眼光谱三刺激值的四组片1980A彩色亮度计及光谱带宽和取样间隔为1nm的1980B光谱辐射仪；在调试过程中采用多圈电位器，即LED显示屏电路对应的各物理点间距处，按三路分别连接设有用于进行色度参数调试的多圈可调电位器；

彩色亮度计是LED显示屏色度测量中最常用的一种测色仪器，彩色亮度计滤色片与光电倍增管组合后的探测器要精确地符合光谱三刺激值曲线X(λ)、Y(λ)、和Z(λ)；X(λ)在短波段和长波段有两个波峰X₁(λ)、X₂(λ)；

按下列公式可求得1980A适宜色修正系数

$C_1=\frac{x_0}{y_0}\frac{p_0}{(\mathrm{Xr}+\mathrm{Xb})}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

$C_2=\frac{(1-x_0-y_0)}{y_0}\·\frac{p_0}{z_0}$

其中：p₀、X_r、X_b、z₀是1980A测量标准光源、色源的四组输出数据；x₀、y₀是国家权威机构中国计量科学研究院测量同一标准光源、色源的色度坐标，依此公式可分别推算出白场的色修正系数C₁、C₂，红场色修正系数C₁、C₂、绿场色修正系数C₁、C₂、兰场相应的色修正系数C₁、C₂；

p、x_r、x_b、z是1980彩色亮度计实测LED显示屏的输出数据；在测量LED显示屏白场、红基色场、绿基色场、兰基色场时分别将相应的色修正系数C₁、C₂代入下列公式中：

$x=\frac{(x_r+x_b)c_1}{(x_r+x_b)c_1+p+z{c}_2}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

$y=\frac{p}{(x_r+x_b)c_1+p+z{c}_2}$

即可获得与国家计量部门准确度一致的色度坐标，完全可以达到对标准彩色亮度计的技术要求；运用本发明规定的公式和实施步骤可以准确评定LED显示屏的基色主波长和误差等级；

如需要测量LED管的峰值波长，应使用光谱带宽及取样间隔均可精确到1nm的1980光谱辐射仪；

测量内容及具体步骤为：

(1)LED显示屏色域覆盖率的测量与计算

色域覆盖率表征均匀色空间坐标中基色R、G、B，所对应显色三角形的面积度量；

(1.1)色域覆盖率的定义：在CIE1976均匀色度空间(u’，v’)，显示设备显示的色域面积(即三基色R，G，B三角形的面积)与占(u’，v’)色度空间全部光谱(从380-780nm)面积(0.1952)的百分数；

(1.2)色域覆盖率的测量

分别将全红场、全绿场和全兰场测试信号输入；用符合上述要求的彩色亮度计分别测量和计算红、绿、兰场屏幕中心点色度坐标(u_r’，v_r’)、(u_g’，v_g’)、(u_b’，v_b’)；其测量准确度、精确度可与国家级同步，当中国计量科学研究院提供相应标准色源的色度坐标，即可以实现国家对红、绿、兰场的修正系数C₁、C₂的量值传递；

(1.3)色域覆盖率的计算

由公式计算CIE-1976L^*、u^*、v^*色度坐标u′、v′值

$\left.\begin{array}{c}{u}^{\′}=\frac{4X}{X+15Y+3Z}\\ v^{\′}=\frac{9Y}{X+15Y+3Z}\end{array}\right\}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

色域面积＝0.5[(u_r′-u_b′)(v_g′-v_b′)-(u_g′-u_b′)(v_r′-v_b′)]                           ………………(4)

色域覆盖率＝色域面积÷0.1952×100％，

色域覆盖率表征均匀色空间坐标中基色(R、G、B)所对应显色三角形的面积度量；

色域覆盖率是考核RGB三种颜色的色度坐标在色彩图上围成三角形的大小，在三角形内任何一点颜色都可以由RGB三基色合成，面积越大说明可以覆盖的色彩越宽；

(1.4)彩色显示器色重现的范围

在显示器的输入端加上与彩色信号的R、G、B相当的单色信号，用彩色亮度计在画面的垂直方向进行测定，将输入R信号时的色度坐标定为x_R、y_R，将输入G信号时的色度坐标定为x_G、y_G，将输入B信号时的色度坐标定为x_B、y_B，并描绘在色度图上，将各点用直线连接，表示出色再现范围；由直线所围成的三角形范围内可以再现颜色；

(2)LED显示屏基准白与色度不均匀性的测量

测量屏幕中心P₀点色度坐标可代表基准白；测量屏幕中心和周围边缘之间图像色度的差异代表色度不均匀性；测量P₀到P₈的色度坐标为(x₀，y₀)(u’₀，v’₀)到(x₈，y₈)(u’₈，v’₈)

由下式计算这些点的色度差

Δx＝x_i-x₀，Δy＝y_i-y₀，                ………………(5)

Δu’＝u_i’-u₀’Δv’＝v_i’-v₀’        ………………(6)

Δc＝[(u‘_i-u‘₀)²+(v’_i-v‘₀)²]^1/2；   ………………(7)

(3)显示屏各基色主波长和峰值波长的测量

分别将全红场、全绿场和全兰场测试信号输入；用符合上述要求的彩色亮度计分别测量和计算红、绿、兰场屏幕中心点色度坐标；

其测量准确度、精确度可与国家级同步，当中国计量科学研究院提供相应标准色源的色度坐标，即可以实现国家对红、绿、兰场的修正系数C₁、C₂的量值传递；

计算法是根据色度图上连接参照光源E(x₀，y₀)与样品点(x，y)的直线的斜率(x-x₀)/(y-y₀)和(y-y₀)/(x-x₀)，按绝对值小的一组查表获得，查表即可获得主波长；其中x₀＝y₀＝0.333；

正确获得主波长的关键在于正确测量出X1、X2、Y、Z；根据中国计量科学研究院所获得的科研结果应使用光电倍增管作为接收器件，根据国家电视质量检验中心的科研结果证实测量三刺激值应使用四组滤光片的彩色亮度计；

(4)彩色复现的测量

因为颜色评定有时会出现因人而异，当出现重大分歧无法下定论的困难局面，在条件具备时可增加彩色复现的测量；

(4.1)测量大自然界常见色的光谱分布，计算其色度坐标，用色域齐全的色卡代表常见色；

(4.2)用同一台彩色亮度计测量被摄物的色坐标；

(4.3)测量不同白场色度值LED显示屏上再现色的色坐标；

(4.4)计算被摄物和再现色之间的色度误差；研究不同白场色度值LED显示屏所组成的摄像-显像系统的色度复现差异，进行分析比较；

开展这项工作需要有测量光源色、物体色功能兼备的四组片彩色亮度计，需要有色域齐全的色卡，需要有彩色复现性能良好的摄像机以及符合要求的不同白场色度值显示屏；

用PR-1980彩色亮度计测量被摄物色卡原色和复现色的CIE色度参数；由CIE 1976 UCS均匀色品公式中可分别计算出被摄物色卡的u′_o、v′₀值；u′、v′值代表显示器的再现色；

$u^{\′}=\frac{4x}{-2x+12y+3}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(8\right)$

$v^{\′}=\frac{9y}{-2x+12y+3}$

由公式(2)可计算出色度复现误差

$\mathrm{\ΔC}=\frac{\sqrt{{(u^{\′}-u_o^{\′})}^2+{(v^{\′}-v_o^{\′})}^2}}{0.00384}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(9\right).$

本发明的有益效果是：本发明涉及一种LED显示屏色度参数的测量方法，该方法根据LED显示屏发光的特点，创造并规定了LED显示屏色域覆盖率、白场色度不均匀性、彩色复现的测量步骤与计算方法；提出了提高测量和调试白场色度值与范围的准确度、提高测量基色主波长准确度的方法；对LED管峰值波长与LED屏主波长从科学概念上进行了必要的区分。用符合光谱三刺激值含有四组滤光片的1980彩色亮度计准确、全面测量LED显示屏的色度参数，按本测量方法，其测量准确度可达到国家规定的最高级别，即达到对标准彩色亮度计的技术要求。用光谱带宽及取样间隔为1nm的1980光谱辐射仪可准确测量LED管的峰值波长。按照本发明设定，在调试过程中采用多圈电位器取代现有技术方案中的固定电阻，以达精细选择电阻阻值的目的，这些核心技术是调试和制造优秀彩色重现LED显示屏必备的前提与关键。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、特征详述如下：

1.根据LED显示屏的特点选择合适的测量仪器及制定测量方法

所有的评定和客观测量均应在实现空间混色效应的距离下进行，在测量显示屏白场色度坐标中光探头采集范围不得小于16个相邻像素。由于各种显示屏的物理点间距与物理密度不同，因此应使用视场立体角可调的亮度计和彩色亮度计，并应含有2°、3°等大视场角，其工作范围应达到几千尼特以上。

LED屏幕像素物理点的间距远大于彩色显象管CRT和液晶电视LCD、等离子电视PDP，而单位面像素的物理密度又远小于上述三者。因此在远距离才能产生空间混色效应。

我们一方面可从相邻领域进展的共性中受到启迪，一方面又要根据LED屏幕的特性开展必要的测量与评定，才能使LED屏幕的颜色质量不断得到提高。为了保证有足够大的测量面积，消除测量误差，应使用可调视场立体角的彩色亮度计。在同样距离下，不同的视场立体角有不同的测试面积，可以满足不同种类显示屏的技术要求，表一列出了0.1°、0.2°、1°、2°、视场角下测量直径随被测距离的关系，

表一(单位：毫米直径)

含有2°、3°大视场角的彩色亮度计在同样的测试距离下有较大的测试面积，有助于消除取样中的不均匀性。中国计量出版社“光度测量技术及仪器”一书中指出“准确度较高的亮度计带有目镜标准系统，视场立体角可换等功能”，相比之下目前显示屏行业常用的美儂达的CS-100及PR-650和BM-7等一些亮度计，不具有视场立体角可换的功能，仅有1°视场立体角，容易带来不必要的取样和测量误差。

2.彩色亮度计的光谱响应

彩色亮度计是LED显示屏色度测量中最重要的测色仪器，彩色亮度计滤色片与光电倍增管组合后的探测器应尽量精确地符合光谱三刺激值曲线X(λ)、Y(λ)、和Z(λ)。X(λ)在短波段和长波段有两个波峰X₁(λ)、X₂(λ)。

目前LED显示屏行业使用的仪器如CS-100和BM-7等，在光谱响应上只有三部分，无法良好模拟X₁(λ)的作用，也不具备校准功能，给测量带来无法克服的误差。

选用适宜的彩色亮度计，准确测量LED显示屏的三基色度值X、Y、Z及色度坐标x、y是确定LED显示屏白场色度坐标及宽容范围的关键。在测量出基色的色度坐标后经过计算，查表读出基色主波长。

为调试和制造出优秀彩色重现的LED显示屏，本发明采用的设备为：符合人眼光谱三刺激值的四组片1980A彩色亮度计及光谱带宽和取样间隔为1nm的1980B光谱辐射仪。

彩色亮度计是LED显示屏色度测量中最常用的一种测色仪器，彩色亮度计滤色片与光电倍增管组合后的探测器应尽量精确地符合光谱三刺激值曲线X(λ)、Y(λ)、和Z(λ)。X(λ)在短波段和长波段有两个波峰X₁(λ)、X₂(λ)，

按下列公式可求得1980A适宜色修正系数

$C_1=\frac{x_0}{y_0}\frac{p_0}{(\mathrm{Xr}+\mathrm{Xb})}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

$C_2=\frac{(1-x_0-y_0)}{y_0}\·\frac{p_0}{z_0}$

其中：p₀、X_r、X_b、z₀是1980A测量标准光源、色源的四组输出数据；x₀、y₀是国家权威机构中国计量科学研究院测量同一光源、色源的色度坐标，依此公式可分别推算出白场的色修正系数C₁、C₂，红场色修正系数C₁、C₂、绿场色修正系数C₁、C₂、兰场相应的色修正系数C₁、C₂。

p、x_r、x_b、z是1980彩色亮度计实测LED显示屏的输出数据。在测量LED显示屏白场、红基色场、绿基色场、兰基色场时分别将相应的色修正系数C₁、C₂代入下列公式中：

$x=\frac{(x_r+x_b)c_1}{(x_r+x_b)c_1+p+z{c}_2}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

$y=\frac{p}{(x_r+x_b)c_1+p+z{c}_2}$

即可获得与国家计量部门准确度一致的色度坐标，完全可以达到对标准彩色亮度计的技术要求。运用本发明规定的设备、方法和实施步骤可以准确评定LED显示屏的基色主波长和误差等级。

经上述校正后，其仪器色度坐标误差可达到国家对标准彩色亮度计的技术要求(彩色亮度计分标准、一级、二级、三级)

如需要测量LED管的峰值波长，应使用光谱带宽及取样间隔均可精确到1nm的1980光谱辐射仪。

1980A、1980B符合上述要求，能实现与国家最高权威机构中国计量科学研究院对白、红、绿、兰场的量值传递，同时具有五个可调视场角，具有3°大视场角适用于LED显示屏需要在大面积采集下测量高亮度下的色度值。

根据LED发光性能选择相适宜的彩色亮度计，开展深入细致的科学技术工作，是制定LED白场色度坐标和宽容范围的关键，也是测量和判别LED显示屏其它光色指标的重要前提。

测量内容及具体步骤为：

(1)LED显示屏色域覆盖率的测量与计算

色域覆盖率表征均匀色空间坐标中基色(R、G、B)所对应显色三角形的面积度量。

(1.1)色域覆盖率的定义：在CIE1976均匀色度空间(u’，v’)，显示设备显示的色域面积(即三基色R，G，B三角形的面积)与占(u’，v’)色度空间全部光谱(从380-780nm)面积(0.1952)的百分数。

(1.2)色域覆盖率的测量

分别将全红场、全绿场和全兰场测试信号输入。用符合上述要求的彩色亮度计分别测量和计算红、绿、兰场屏幕中心点色度坐标(u_r’，v_r’)、(u_g’，v_g’)、(u_b’，v_b’)。

其测量准确度、精确度可与国家级同步，当中国计量科学研究院提供相应标准色源的色度坐标，即可以实现国家对红、绿、兰场的修正系数C₁、C₂的量值传递。

(1.3)色域覆盖率的计算

由公式计算CIE-1976L^*、u^*、v^*色度坐标u′、v′值

$\left.\begin{array}{c}{u}^{\′}=\frac{4X}{X+15Y+3Z}\\ v^{\′}=\frac{9Y}{X+15Y+3Z}\end{array}\right\}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

色域面积＝0.5[(u_r′-u_b′)(v_g′-v_b′)-(u_g′-u_b′)(v_r′-v_b′)]        …………(4)

色域覆盖率＝色域面积÷0.1952×100％；

色域覆盖率表征均匀色空间坐标中基色(R、G、B)所对应显色三角形的面积度量。

色域覆盖率是考核RGB三种颜色的色度坐标在色彩图上围成三角形的大小，在三角形内任何一点颜色都可以由RGB三基色合成，面积越大说明可以覆盖的色彩越宽。

目前平板显示器已扩展到LCD、LED、PDP、DLP以及其它显示器，各种显示器的发光体各不相同，而且不断发展，为此应增加在标准观测位置测量色域覆盖率，以考核显示器彩色还原的能力。色域覆盖率表示显色三角形的面积占舌形面积的百分比。

(1.4)彩色显示器色重现的范围

在显示器的输入端加上与彩色信号的R、G、B相当的单色信号，用彩色亮度计在画面的垂直方向进行测定，将输入R信号时的色度坐标定为x_R、y_R，将输入G信号时的色度坐标定为x_G、y_G，将输入B信号时的色度坐标定为x_B、y_B，并描绘在色度图上，将各点用直线连接，表示出色再现范围。由直线所围成的三角形范围内可以再现颜色。

我们测试了CRT、LCD、LED、DLP、PDP在P₀点的基色坐标，并分别计算了色域覆盖率。

表二CRT三基色度坐标(色域覆盖率＝33.2％)

	x0	y0	u0’	v0’
					R	0.649	0.322	0.466	0.521
G	0.308	0.593	0.130	0.569
					B	0.142	0.071	0.159	0.179

表三LCD三基色度坐标(色域覆盖率＝32.9％)

	x0	y0	u0’	v0’
					R	0.634	0.325	0.450	0.519
G	0.286	0.575	0.123	0.556
					B	0.139	0.062	0.161	0.159

表四DLP三基色度坐标(色域覆盖率＝23.9％)

	x0	y0	u0’	v0’
					R	0.612	0.318	0.438	0.512
G	0.351	0.545	0.159	0.555
					B	0.146	0.095	0.152	0.222

表五PDP三基色度坐标(色域覆盖率＝38.45％)

	x0	y0	u0’	v0’
					R	0.668	0.321	0.484	0.524
G	0.284	0.643	0.112	0.570
					B	0.140	0.062	0.162	0.161

表六LED三基色度坐标(色域覆盖率＝41％)

	x0	y0	u0’	v0’
					R	0.709	0.288	0.483	0.441
G	0.177	0.701	0.064	0.571
					B	0.136	0.063	0.157	0.163

等离子彩色显示器色域覆盖率优于CRT显示器和LCD彩色显示器。

由表中可以看出，平板显示器要在显示领域取代CRT的位置，色域不能低于CRT，而亮度要高于CRT。LCD显示器近年来在色域覆盖率上有了相当大的改进，有的LCD显示器色域覆盖率还高于上述数据，与CRT在这项指标上已不分伯仲；但DLP色彩感明显不足，不够鲜艳，色域覆盖率比CRT和LCD低得多。

由表中可以看出，LED的色域覆盖率优于各种显示器，而且红色LED光强度最高可接近10,000mcd(一般产品大于1,000mcd)，绿色LED发光强度最高可接近8,000mc，兰色LED发光强度最近也得到了很大提高。因此对于室外全彩屏亮度一般均可达到5,000cd/m²以上。而液晶电视(LCD)，等离子电视(PDP)和显像管电视(CRT)最高亮度只能达到几百cd/m²，DLP的亮度更低。而且LED显示屏还具有可靠性高，驱动电压低，寿命长，响应速度快等。因此LED用于室外大屏幕是其它显示设备所无法比拟的，LED的色域覆盖率可达到40％以上，高于上述各种彩色显示器，体现了它用于背光源和显示屏的生命力。不同LED管组成的色域覆盖率会有所不同，通过对色域覆盖率的测量可以有助于选择在颜色重现优秀的LED管。

(2)LED显示屏基准白与色度不均匀性的测量

测量屏幕中心P₀点色度坐标可代表基准白。测量屏幕中心和周围边缘之间图像色度的差异代表色度不均匀性。测量P₀到P₈的色度坐标为(x₀，y₀)(u’₀，v’₀)到(x₈，y₈)(u’₈，v’₈)

由下式计算这些点的色度差

Δx＝x_i-x₀，Δy＝y_i-y₀，             ………………(5)

Δu’＝u_i’-u₀’Δv’＝v_i’-v₀’     ………………(6)

Δc＝[(u‘_i-u‘₀)²+(v’_i-v‘₀)²]^1/2  ………………(7)

测量结果用表表示

如果说主波长、色域覆盖率主要取决于LED材料制造及制管工艺，有一部分是前两个行业的工作；则LED屏幕白场色度值及宽容度完全是LED显示屏行业的工作。该项工作尤需开展大量科学实验，奠定雄厚的科学技术基础再提出修订。

SJ/T11281-2003标准中的白场色坐标范围

x坐标	0.28	0.47	0.37	0.33
					y坐标	0.25	0.30	0.33	0.37

表中的四组数据存在问题，在CIE1931色度图上根本形成不了椭圆，也无任何规律；而且这四组数据远远超过了色度图上白色的范围；形成的区域过大，如按此四组数据制造显示屏，会造成颜色明显失真，或黯淡或偏色。

按公式

$\left.\begin{array}{c}{u}^{\′}=\frac{4X}{X+15Y+3Z}\\ v^{\′}=\frac{9Y}{X+15Y+3Z}\end{array}\right\}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

u′坐标	0.206	0.333	0.238	0.195
					V’坐标	0.414	0.477	0.478	0.492

或按公式

$\left.\begin{array}{c}u=\frac{4X}{X+15Y+3Z}\\ v=\frac{6Y}{X+15Y+3Z}\end{array}\right\}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(10\right)$

u坐标	0.206	0.333	0.238	0.195
					v坐标	0.276	0.318	0.478	0.492

在1960UCS坐标系及1976u’v’色度图上也均形成不了接近圆的图形。

SJ/T11281-2007虽对SJ/T11281-2003的明显错误做了修订，将0.47改为0.27

x坐标	0.28	0.27	0.37	0.33
					y坐标	0.25	0.30	0.33	0.37

但该标准的此项条款要求在实践上和在理论上仍存在问题，需要进行科学实验和科学技术工作后对此项条款做出修订或重新制定一份国家标准“LED显示屏色度测量方法与颜色质量评定”。

SJ/T11281-2007与SJ/T11281-2003对彩色分析仪的误差规定在理论上和实际上均存在问题。

(3)显示屏各基色主波长和峰值波长的测量

分别将全红场、全绿场和全兰场测试信号输入。用符合上述要求的彩色亮度计分别测量红、绿、兰场屏幕中心点色度坐标。

其测量准确度、精确度可与国家级同步，当中国计量科学研究院提供相应标准色源的色度坐标，即可以实现国家对红、绿、兰场的修正系数C₁、C₂的量值传递。

我们认为在此需对主波长的概念做明确说明：根据色度学中的规定用某一光谱颜色按一定比例与一个确定的参照光源相混合而匹配出的样品色，该光谱色的波长就是样品的主波长。

计算法是根据色度图上连接参照光源E(x₀，y₀)与样品点(x，y)的直线的斜率(x-x₀)/(y-y₀)和(y-y₀)/(x-x₀)，按绝对值小的一组查表获得。计算法比作图法准确，而且可精确到1nm。查表即可获得主波长，其中x₀＝y₀＝0.333。

正确获得主波长的关键在于正确测量出X1、X2、Y、Z。根据中国计量科学研究院所获得的科研结果应使用光电倍增管作为接收器件，根据国家电视质量检验中心的科研结果证实测量三刺激值应使用四组滤光片的彩色亮度计。

标准中要求确定的主波长(dominant wave length)与半导体材料中的峰值波长有所区别，主波长是心理物理量；峰值波长是物理量、辐射量。不同的芯片材料发出不同波长的光，这是因为自由电子由高能价带落入到能量较低的价带时释放出的能量不同。理论和实践证明，LED所发出光的峰值波长λ与发光芯片所用半导体材料禁带宽度Eg有关，即λ≈1240/Eg(nm)，式中Eg单位为电子伏特(ev)，例如砷化镓Eg＝1.43ev，峰值在近红外区，而磷化镓Eg＝2.26ev，发光峰值在绿区，对于GaAs等半导体材料或它们的组合晶体GaAsP，其禁带宽度对应的发光波长正好处于380nm～780nm的可见光区域，从而为LED的发展与应用开辟了广阔的空间。当开展此项工作时，应使用光谱带宽与取样间隔均能精确到1nm的光谱辐射仪，如1980B。

(4)彩色复现的测量

因为颜色评定有时会出现因人而异，当出现重大分歧无法下定论的困难局面，在条件具备时可增加彩色复现的测量；

(4.1)测量大自然界常见色的光谱分布，计算其色度坐标，用色域齐全的色卡代表常见色；

(4.2)用同一台彩色亮度计(避免引入测量仪器之间的个体差异)测量被摄物的色坐标。

(4.3)测量不同白场色度值LED显示屏上再现色的色坐标；

(4.4)计算被摄物和再现色之间的色度误差；研究不同白场色度值LED显示屏所组成的摄像-显像系统的色度复现差异，进行分析比较。开展上述一整套彩色复现的测量和研究将使显示器白场的理想色度值建立在更为精确的科学基础上。彩色复现的测量可以完全排除主观评价中一切“主观”因素，用仪器客观测量彩色复现误差具备可重复性、客观性、精确性和可信性。

德国科学家海因维希·朗格(Heinwig Lang)在权威著作“色度学与彩色电视”中也指出：追求荧光屏上色度坐标与被摄物色度坐标尽量一致是彩色复现的目标。

为了使LED显示屏白场的理想色度值建立在更为严密的科学基础上，我们又进行了彩色复现的测量。

开展这项工作需要有测量光源色、物体色功能兼备的四组片彩色亮度计需要有色域齐全的色卡，及符合要求的不同白场色度值显示屏。需要有彩色复现性能良好的彩色摄像机。

表七列出这两台显示器相应白场色度参数。

表七彩色显示器白色场色度数据

色卡：从日本Color Atlar 5510中选择了十块色卡以代表主要色域，表八列出了用PR-1980B彩色亮度计测量十块色卡的CIE色度参数。

表八用1980彩色亮度计光谱辐射仪测量色卡的CIE参数

用PR-1980彩色亮度计测试了十块色卡在彩色复现色的CIE色度参数，表九列出了两种白场色度值显示器上复现色的CIE色度数据。

由CIE 1976 UCS均匀色品公式中可分别计算出被摄物色卡的u′_o、v′₀值。u′、v′值代表显示器的再现色。

$u^{\′}=\frac{4x}{-2x+12y+3}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(8\right)$

$v^{\′}=\frac{9y}{-2x+12y+3}$

由公式(2)可计算出色度复现误差

$\mathrm{\ΔC}=\frac{\sqrt{{(u^{\′}-u_o^{\′})}^2+{(v^{\′}-v_o^{\′})}^2}}{0.00384}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(9\right)$

表八、表九中的色卡前八色代表人类肤色和以室内景物常见色为主的色域，后两色为天蓝色和果绿色。

表九、用1980彩色亮度计测量色复现误差

我们分析表九的数据可以看出：6500K白场的显示器对前八色平均的色度复现误差ΔC＝3.894j.n.d，9300K白场的显示器前八色平均色度复现误差ΔC＝9.964j.n.d。在含室外景物蓝天、果绿色在内的十色平均色度复现误差6500K为5.446j.n.d，而9300K为11.19j.n.d。相比之下，9300K白场的显示器彩色失真明显大于6500K白场的显示器。

准确测量显示器白场色度值和其他色度参数是调试和制造优秀彩色重现LCD显示屏的最重要的科学技术基础，也为正确选择LED管提供准确的实验依据。注意事项如下：

1、用符合国家计量部门技术要求的仪器SPECTRA PR1TCHARD PHOTOMETER1980调试LED屏幕样机。

1.1、1980的接收器件是光电倍增管，(PR650、PR704、BM-7、SR-3A接收器件均为CCD)。

1.2、1980含五个视场角，其中3°大视场可测量高达10,000尼特的亮度(Candelas/Meter²)，BM-52°视场最高测量亮度为1.999×10³尼特，SR-3A 2°视场最高测量亮度为3,000尼特。

1980能按符合超过16个像素的条件下进行测试和调试。

1.3、1980为四组滤光片彩色亮度计，符合国家电视质量检验中心安永成等同志发表文章所指出的技术要求。

1.4、通过推算出C₁、C₂可以使1980与中国计量院的测色结果保持完全一致，圆满地进行国家级的计量传递。

2、用1980调试后的LED显示屏样机对常见色(或标准评定带)做评定。

2.1、LED显示屏常见色的评定应在实现空间混色条件下进行(以看不见红、绿、蓝色点条件下的远距离进行)。

2.2、可参照其它彩色显示器行业屏幕白场色度值的中心，同时要结合LED显示屏行业的特点做出技术工作。

2.3、LED显示屏的白场色度值的宽容范围在CIE1931色度图上应较接近于椭圆，在CIE1960均匀色度图上要较接近于圆。

2.4、应该指出色温是很狭窄、很局限的概念，它仅能表达热辐射光源如白炽灯的色表。不应当用色温来描述非热辐射光源如荧光灯、高压钠灯和LED的色表，因为它们的光谱功率分布与黑体辐射相差很大，色度坐标并不落在黑体轨迹上，相关色温只能粗糙地表达气体放电光源的颜色。实验结果证明等色温线上各点并不等色，用色温一维数据无法在色域图平面上确切表明其相应位置，应该用色度坐标两维数据确切表达其在色域图中的位置。在必须使用色温一词时，应同时在有关处注明色度坐标或与普朗克轨迹的距离。

3、用1980测试LED显示屏的主波长并计算。

4、用1980测试LED显示屏的色域覆盖率并计算。

完成上述工作需用下述设备：

(1)SPECTRA PR1TCHARD PHOTOMETER 1980彩色亮度计；

(2)PHILIPS PM5539 TV ANALYSER MADE IN DENMARK；

(3)PM 5519 COLOUR PATTERN GENERATOR MADE IN GERMANY；

(4)WHITE STANDARD 6500K MURAKAMI COLOR RESEARCH LABORATURY。

特别指出的是：在调试过程中采用多圈电位器，即LED显示屏电路对应的各物理点间距处，按三路分别连接设有用于进行色度参数调试的多圈可调电位器。其中，发光二极管正极与电源正极相连，负极与恒流源驱动芯片相连；采用的多圈电位器为金属线绕可调电位器，一端与恒流源驱动芯片相连，一端与电源负极相连。所述恒流源驱动芯片，一端与发光二极管相连，一端与可调电位器相连。调节设有的三个多圈电位器，可以控制恒流源电流的大小，从而使发光二极管三基色亮度达到白平衡。

上述参照实施例对LED显示屏色度参数的测量方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种LED显示屏色度参数的测量方法，其特征在于实施步骤如下：

首先选择测量设备为符合人眼光谱三刺激值的四组片1980A彩色亮度计及光谱带宽和取样间隔为1nm的1980B光谱辐射仪；在调试过程中采用多圈电位器，即LED显示屏电路对应的各物理点间距处，按三路分别连接设有用于进行色度参数调试的多圈可调电位器；

彩色亮度计是LED显示屏色度测量中的一种测色仪器，彩色亮度计滤色片与光电倍增管组合后的探测器要精确地符合光谱三刺激值曲线X(λ)、Y(λ)、和Z(λ)；X(λ)在短波段和长波段有两个波峰X₁(λ)、X₂(λ)；

按下列公式可求得1980A适宜色修正系数

其中：p₀、X_r、X_b、z₀是1980A测量标准光源、色源的四组输出数据；x₀、y₀是测量同一标准光源、色源的色度坐标，依此公式可分别推算出白场的色修正系数C₁、C₂，红场色修正系数C₁、C₂、绿场色修正系数C₁、C₂、兰场相应的色修正系数C₁、C₂；

p、x_r、x_b、z是1980彩色亮度计实测LED显示屏的输出数据；在测量LED显示屏白场、红基色场、绿基色场、兰基色场时分别将相应的色修正系数C₁、C₂代入下列公式中：

运用本发明规定的设备、方法和实施步骤可以准确评定LED显示屏的基色主波长和误差等级； 

如需要测量LED管的峰值波长，应使用光谱带宽及取样间隔均可精确到1nm的1980光谱辐射仪；

测量内容及具体步骤为：

(1)LED显示屏色域覆盖率的测量与计算

色域覆盖率表征均匀色空间坐标中基色R、G、B，所对应显色三角形的面积度量；

(1.1)色域覆盖率的定义：在CIE1976均匀色度空间(u’，v’)，显示设备显示的色域面积与占(u’，v’)色度空间全部光谱面积的百分数；

(1.2)色域覆盖率的测量

分别将全红场、全绿场和全兰场测试信号输入；用符合上述要求的彩色亮度计分别测量和计算红、绿、兰场屏幕中心点色度坐标(u_r’，v_r’)、(u_g’，v_g’)、(u_b’，v_b’)；即可以实现对红、绿、兰场的修正系数C₁、C₂的量值传递；

(1.3)色域覆盖率的计算

由公式计算CIE-1976L^*、u^*、v^*色度坐标u′、v′值

色域面积＝0.5[(u_r′-u_b′)(v_g′-v_b′)-(u_g′-u_b′)(v_r′-v _b′)]        ……………(4)

色域覆盖率＝色域面积÷0.1952×100％，

色域覆盖率表征均匀色空间坐标中基色所对应显色三角形的面积度量；

色域覆盖率是考核RGB三种颜色的色度坐标在色彩图上围成三角形的大小，在三角形内任何一点颜色都可以由RGB三基色合成，面积越大说明可以覆盖的色彩越宽；

(1.4)彩色显示器色重现的范围 

在显示器的输入端加上与彩色信号的R、G、B相当的单色信号，用彩色亮度计在画面的垂直方向进行测定，将输入R信号时的色度坐标定为x_R、y_R，将输入G信号时的色度坐标定为x_G、y_G，将输入B信号时的色度坐标定为x_B、y_B，并描绘在色度图上，将各点用直线连接，表示出色再现范围；由直线所围成的三角形范围内可以再现颜色；

(2)LED显示屏基准白与色度不均匀性的测量

测量屏幕中心P₀点色度坐标可代表基准白；测量屏幕中心和周围边缘之间图像色度的差异代表色度不均匀性；测量P₀到P₈的色度坐标为(x₀，y₀)(u’₀，v’₀)到(x₈，y₈)(u’₈，v’₈)

由下式计算这些点的色度差

Δx＝x_i-x0，Δy＝y_i-y₀，             ………………(5)

Δu’＝u_i’-u₀’Δv’＝v_i’-v₀’     ………………(6)

Δc＝[(u‘_i-u‘₀)²+(v’_i-v‘₀)²]^1/2；………………(7)

(3)显示屏各基色主波长和峰值波长的测量

分别将全红场、全绿场和全兰场测试信号输入；用符合上述要求的彩色亮度计分别测量红、绿、兰场屏幕中心点色度坐标；

即可以实现对红、绿、兰场的修正系数C₁、C₂的量值传递；

计算法是根据色度图上连接参照光源E(x₀，y₀)与样品点(x，y)的直线的斜率(x-x₀)/(y-y₀)和(y-y₀)/(x-x₀)，按绝对值小的一组查表获得，查表即可获得主波长；其中x₀＝y₀＝0.333；

正确获得主波长的关键在于正确测量出X1、X2、Y、Z；应使用光电倍增管作为接收器件，证实测量三刺激值应使用四组滤光片的彩色亮度计；

(4)彩色复现的测量

因为颜色评定有时会出现因人而异，当出现重大分歧无法下定论的困难局面，在条件具备时可增加彩色复现的测量；

(4.1)测量大自然界常见色的光谱分布，计算其色度坐标，用色域齐全的色卡代表常见色；

(4.2)用同一台彩色亮度计测量被摄物的色坐标； 

(4.3)测量不同白场色度值LED显示屏上再现色的色坐标；

(4.4)计算被摄物和再现色之间的色度误差；研究不同白场色度值LED显示屏所组成的摄像-显像系统的色度复现差异，进行分析比较；

开展这项工作需要有测量光源色、物体色功能兼备的四组片彩色亮度计，需要有色域齐全的色卡，需要有彩色复现性能良好的摄像机以及符合要求的不同白场色度值显示屏；

用PR-1980彩色亮度计测量被摄物色卡原色和复现色的CIE色度参数；由CIE 1976 UCS均匀色品公式中可分别计算出被摄物色卡的u′₀、v′₀值；u′、v′值代表显示器的再现色；

由公式(2)可计算出色度复现误差