1、引言　　

　　在LED显示屏的主要光电参数中，有亮度，视角，均匀性，对比度，刷新频率等，当然还有灰度级、亮度等级及基色主波长误差等一些关键参数。

　　将基色的发光亮度按强度大小划分，就是灰度级。显示屏能产生的灰度级越高，显示的颜色和图像层次就越多。在数字化系统中，灰度级控制的能力由灰度级数量来表示，所谓灰度级数量就是指可以进行控制的灰度级等级的多少。有关这方面的探讨已经很多，同样亮度等级及基色主波长误差等分析已经出现于诸多文献，由于篇幅所限，本文这里就不再赘述了。

　　下面，本文从上述显示屏的亮度，视角，均匀性，对比度，刷新频率等主要参数出发，简要说明其相互之间的关系。

　　2 、led显示屏亮度同视角之间的关系

　　LED显示屏的发光强度是确定的，由于显示屏不是朗勃发光体，因此在一般情况下，其发光的分布大致同LED的像素发光分布近似，由

                                               （2-1）

　　可知，在增大某一个特定方向（如法线方向）的亮度时，其它方向的亮度将会受到削弱，造成整个屏幕的视角指标下降，观看的范围变小。另外，LED显示屏的使用环境千差万别，环境照度不一样也会对整个屏幕的观看效果有很大影响，根据（2-1）看到，在环境照度大而成本不变的条件下，只有加强特定方向的亮度保证屏幕的亮度指标，牺牲视角的指标；可是反过来，环境照度较小的条件下，过份强调特定方向的亮度则不是必要的，反而影响了整个屏幕的实际光电性能。这样也就造成了在竞投标中不切实际的互相攀比，用户对此又不了解，致使许多标书中要求的“最大亮度”往往远远高于实际需要。

　　基于以上原因，建议为了引导用户正确理解LED显示屏的“最大亮度”这个性能指标，行业有必要给出一个指导：在某些场合，在不同照度的使用环境下，应在保证视角的前提下确定亮度指标（即LED显示屏的亮度达到什么值就可以满足要求），不要不顾视觉效果，仅一味强调亮度指标，这样作出来的屏除非提高成本，采用很亮的LED灯（一个后果是可视范围大了，但是正面由于过亮无法观看）；否则的话，由于屏幕的观看范围很小，可能成为低档次的显示屏。

    3 、LED显示屏亮度同均匀性之间的关系

　　目前的行业标准SJ/T11281-2003《LED显示屏测试方法》亮度均匀性的测量并不牵涉到显示屏空间位置以及观察角度的变化等因素。

　　（1）LED显示屏观察视角同均匀性之间的关系

　　实际上，由于LED显示屏作为一种大屏幕显示产品，它给人们的视觉效应可想而知，因此需要从不同角度对LED显示屏进行观察，定性分析不同视角和不同的空间分布对LED显示屏亮度均匀性的影响，以便对LED显示屏给予更客观的评价。

　　《LED显示屏测试方法》所规定的亮度均匀性的测量只是针对LED发光管的光轴方向的亮度测量。显示区域1、显示区域2、显示区域3的发光强度角分布曲线及检测位置1、检测位置2、检测位置3如图3-1所示。根据《LED显示屏测试方法》对的三个显示区域进行亮度测量，检测位置1、检测位置2、检测位置3分别位于显示区域1、显示区域2、显示区域3的光轴方向。所测量的亮度值是各个区域最大的亮度值。本文中假定三个显示区域的发光强度角分布曲线（包括绝对值）完全相同，因此得到LED显示屏三个显示区域的发光强度相同，LED显示屏的亮度均匀性达到国家C级标准。

　　由于LED本身视角的问题，LED显示屏的亮度会随观察角度的改变而改变，影响了显示屏的显示效果。观察者从不同的角度观看显示屏，亮度的改变会对LED显示屏亮度均匀性产生一定影响。

　　LED显示屏在实际使用中，观察者会在一定范围内对显示屏进行观察。以图3-2为例，假设观察者在观察位置1、观察位置2、观察位置3对LED显示屏进行观察，观察者在观察位置1、观察位置2、观察位置3的视轴与图3-1所示的显示区域1、显示区域2、显示区域3的光轴重合。

　在观察位置1时，显示区域1的亮度最大，显示区域3的亮度最小，显示区域2的亮度介于两者之间；在观察位置2时，显示区域2的亮度最大，显示区域1和显示区域3的亮度基本相同，但小于显示区域2的亮度；在观察位置3时，显示区域3的亮度最大，显示区域1的亮度最小，显示区域2的亮度介于两者之间。虽然三个显示区域的LED发光强度角分布曲线相同，但是由于LED视角的影响，导致在同一个观察位置，三个区域亮度值都不相同。

　　显示区域1，在观察位置1时亮度最大，在观察位置3时亮度最小，在观察位置2时亮度介于两者之间；显示区域2，在观察位置2时亮度最大，在观察位置1和观察位置3时亮度基本相同，但小于在观察位置2时的亮度；显示区域3，在观察位置3时亮度最大，在观察位置1时亮度最小，在观察位置2时亮度介于两者之间，因此LED显示屏相同区域的亮度会随观察角度的不同发生变化。

　　根据LED发光强度角分布曲线的变化规律，对观察位置1、观察位置2、观察位置3进行LED显示屏整屏亮度分布分析。LED显示屏亮度分布情况如图3-3所示。其中(a)是在观察位置1观察到的LED显示屏亮度分布情况。(b)是在观察位置2观察到的LED显示屏亮度分布情况。(c)是在观察位置3观察到的LED显示屏亮度分布情况。

　　在一定的观察范围内，LED显示屏的相邻区域的亮度变化大小是由发光强度角分布曲线的斜率决定的。发光强度角分布曲线的曲率大，相邻区域的LED亮度变化越大；发光强度角分布曲线的曲率小，相邻区域的LED亮度变化越小。亮度以观察位置在显示屏上的投影为圆心，呈同心圆分布，圆心处最亮，亮度随半径的增加而减小，亮度变化与发光强度角分布曲线的曲率有关。‖

　　所以LED的视角分布对显示效果的影响不亚于亮度。

　　（2）LED显示屏空间位置同均匀性之间的关系

　　此外，假定有两块完全相同的显示屏，其组成模块完全一致，但是其空间分布不一致。其中一块显示屏的显示模块随机分布，而另一个则是按相邻显示模块差异最小化组合而成，很显然，就视觉的均匀度来看，显示屏2要优于显示屏1，尽管其组合的显示模块完全一致。

　　也就是说，完全有必要引入相邻亮度均匀性的指标来衡量显示屏均匀性的优劣。

　　（3）LED显示屏实际亮度同均匀性之间的关系

　　还有一点也十分重要，由于目前有很多的显示屏采用了亮度校正的技术，因此在保证均匀性指标的前提下，显示屏的校正亮度（实际亮度）会产生一定程度的削弱。因此应在保证均匀性的前提下确定显示屏的亮度指标，否则最后的显示屏达不到预期的期望。

　　前面已经提到视角的重要性，这里再重申一下：没有足够的视角，均匀性校正是没有意义的。甚至于视角的不均匀性也会给显示屏带来灾难性的后果，越校正其整体显示效果越差。

    4 、亮度均匀性与色度均匀性

　　同亮度均匀度一样，屏幕各个部分色度的差异程度为色度均匀性。

　　目前的行业为了评判LED大屏幕亮度的均匀性，《LED显示屏测试方法》提出了“像素光强均匀性”、“显示模块亮度均匀性”和“模组亮度均匀性”三个均匀性指标。显示模块亮度均匀性传统的测试方法是用目测法，选出3组显示模块进行计算，这种方法虽然能够近似的表示其均匀性，它毕竟不是全面和客观地对这整个屏幕进行评价，具有一定的局限性。而且《LED显示屏测试方法》也没有规定色度均匀性的测量方法。

　　同亮度均匀性类似，色度均匀性也同显示屏空间位置以及观察角度等因素有密切的联系，同样也可以引入相邻色度均匀性的指标来衡量显示屏色度均匀性的优劣。

　　当然，作为高档的LED显示屏，考虑到较高的亮度均匀性与色度均匀性设计无疑会增高显示屏的成本，加之色度均匀性的实现要影响色饱和度，即影响显示的鲜艳程度，因而有得不偿失之嫌。

　　因此在目前条件下，是否可以认为亮度均匀性指标有巨大商业价值，而色度均匀性的探讨目前应该停留在理论阶段。

　　5 、屏幕发光面积比例同对比度

　　屏幕发光面积比例定义为像素发光面积与像素区域面积之比。其比例越高，显示屏的显示黑区越小，视觉感觉像素越丰满，显示越连续，色彩越柔和不刺眼。反之视觉感觉颗粒感越明显，视觉感觉显示粗糙。

　　但是考虑到由于发光面需要透过三基色的光，这样其反射亮度就包括两部分，一部分是对外界光的直接反射，另一部分是外界光经过透射进入发光体内部，再通过发光体内部进行反射，这两种反射也直接影响着对比度数值的大小。为了增大对比度，可以增强发光体表面的透射率，以达到减少其表面反射率的要求。同时为了减少发光体对透射光的反射，还可通过改善发光体的制作工艺以实现减少内部反射的目的。但是该改进会增加额外的开销。因而在一般条件下，发光面积比例越高，则使对比度越差。所以发光面积比例并非越大越好。

　　此外，对比度同反射的种类条件以及观察角度还有密切联系，在实际测量中，发光强度角分布曲线决定不同角度测得的实际最大亮度值是不同的。其分布曲线例如图5-1所示：

图5-1  LED发光强度角分布曲线

　　由图5-1知，实际测量的最大亮度的数值大于其他任意角度上测得的实际最大亮度值。根据对比度与显示屏的实际最大亮度成正比的关系，可得出显示屏法线方向上的对比度值最大，并且随着偏离法线角度的增大，对比度数值会逐渐减小。

　由于发光管此发光强度角分布曲线特性，使不同方向上的对比度差异较大，影响了显示屏的视角指标，降低了显示效果。所以同上述情况相似，对比度指标也要求改善各个角度上的发光强度，使其趋向一致，达到不同方向上的对比度基本相同的目的，缩小不同角度上显示图像的灰度层次较大的差异，提高视觉效果。如下图5-2所示的发光管特性，相较于图5-1中的发光管发光强度特性有明显改善：

图5-2  增大LED均匀发光视角示意图

　　使用图5-2所示的发光管组装成的显示屏，提高了较宽视角的显示效果，但是测得其法线方向上的对比度数值C1小于C2对比度（C2是使用图5-1发光管组装的显示屏沿法线方向上的对比度）。但这并不能说明LED1显示屏LED2显示屏显示的灰度层次差。

　　图5-2所示，发光管视角在正负20度内的发光强度值基本相同，在此视角内计算得到的LED1对比度C1也基本相同，相较于LED2相同角度上的对比度C2，虽然在法线方向上对比度C2>C1，但是偏离法线方向上的对比度C2

图5-3两显示屏测量角度与对比度关系示意图

　　对于观察者而言，从法线方向上看LED显示图像的概率非常小，其值可近似看作是显示屏的观测角度的倒数，所以评价显示屏对比度的好坏不能只用一个法线方向上对比度值来衡量，还应参考各视角上的对比度值，以便更真实的体现图像显示效果。

　以上所述的反射都是针对漫反射而言，实际上，出现于LED显示屏上的反射不只包括漫反射，还包括镜面反射。

　　漫反射的计算公式：                         （5-1）

　　其中Ia=外界光强；Ka=外界光反射系数；Ip=点光源发光强度；Kp=面反射系数； ；N,L矢量如下图5-4所示：

图5-4 N,L矢量图

　　镜面反射= ，其中点光源发光强度；=光源衰减率 ； = 镜面反射系数（一般为常数）；n = 镜面反射指数； （R,V为单位长度）；R,V矢量图如图5-5所示:

图5-5 R,V矢量图

　　对比度表达式中实际最大亮度的计算方法体现了最大亮度值中仅包括显示屏对外界光的反射，而忽略显示屏对发光管发出光的反射；并且LED显示屏的反射中还混有镜面反射，此反射会导致图像变的不清楚。针对上述的问题仍需进一步的研究和探讨。

　　6 、屏幕刷新（扫描）频率

　　从《标准》的测量方法来看，似乎忽略了用户真正关心的问题，它也没有很好考虑到各个厂家所用驱动电路方式差异，造成测试的困难。扫描频率直接影响成本。扫描频率越高越好，上不封顶，但应适可而止。

　　实际上，“刷新频率”一帧画面显示所需时间的倒数，把显示屏当做一个发光光源，那就是光源的闪烁频率。可以用类似“光感频率计”的仪器直接测试显示屏的光源闪烁频率，来反映这个指标。

　　有关方面做过这方面的测试。利用示波器测量任一种颜色的LED驱动电流波形来确定“刷新频率”，在白场下测得200Hz；在低灰度级下，所测频率高达10kHz以上。用PR-650光谱仪测量；无论在白场，还是在其它灰度等级下，所测光源闪烁频率均为200Hz。因此扫描频率100至200Hz为宜。

　　7、讨论

　　以上是针对LED显示屏的主要参数之间关系做一个简单的描述，对于其它一些主要指标，还需进一步的分析和研究。对于如何引导用户正确理解LED显示屏这样一个复杂系统的产品，还是要行业协会多搞点LED显示屏技术研究交流，多从实际出发，全面分析LED产品的各项指标以及评估方法，引导行业正确理解LED显示屏的性能。这对于用户、生产者以及整个行业都将会是非常有利的。