中心議題：
- 視角對LED顯示屏亮度均勻性的影響分析
解決方案：
- LED顯示屏亮度均勻性測量
- LED視角對顯示屏亮度均勻性的影響分析
1、引言
2003年頒布的電子行業(yè)標準SJ/T11281-2003《LED顯示屏測試方法》，其中亮度均勻性的測量是以色度學(xué)理論為基礎，測量數據與人的視覺(jué)無(wú)關(guān)，并不牽涉到觀(guān)察者在空間位置以及觀(guān)察角度的變化等因素。由于LED顯示屏作為一種大屏幕顯示產(chǎn)品，它給人們的視覺(jué)效應可想而知，因此需要從不同角度對LED顯示屏進(jìn)行觀(guān)察，定性分析不同視角對LED顯示屏亮度均勻性的影響，以便對LED顯示屏給予更客觀(guān)的評價(jià)。
2、 LED視角
LED發(fā)光管的出光面特征一般分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。
LED封裝時(shí)所采用的出光面形狀和LED芯片距頂部透鏡的位置決定了LED視角和光強分布。一般來(lái)說(shuō)相同的LED視角越大，最大發(fā)光強度越小，但在整個(gè)立體半球面上累計的光通量不變。
LED的半值角（或稱(chēng)半功率角）是指發(fā)光強度值為光軸方向強度值一半的方向與光軸方向之間的夾角。半值角的2倍稱(chēng)為L(cháng)ED的視角。
LED的發(fā)光強度隨觀(guān)察角度的變化而變化，從不同角度觀(guān)察LED發(fā)光管，它的發(fā)光強度有很大差別。發(fā)光強度的大小由LED發(fā)光管自身的發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)決定，其分布曲線(xiàn)如圖1所示。LED光軸方向相對發(fā)光強度（即發(fā)光強度與最大發(fā)光強度的之比）為1，即發(fā)光強度最大。離開(kāi)光軸方向的角度越大，相對發(fā)光強度越小。由圖1可以估算出該LED的半值角，視角值為。
為了滿(mǎn)足LED顯示屏大視角顯示效果的要求，一般選擇視角較大的LED發(fā)光管。本文針對出光面為圓形的LED發(fā)光管進(jìn)行分析。
3 、LED顯示屏亮度均勻性測量
《LED顯示屏測試方法》所規定的亮度均勻性的測量只是針對LED發(fā)光管的光軸方向的亮度測量。圖2為L(cháng)ED顯示屏的亮度測量的正視圖，為方便起見(jiàn)，只對LED顯示屏圖三個(gè)區域進(jìn)行分析。顯示區域1、顯示區域2、顯示區域3的位置參見(jiàn)圖2。顯示區域1、顯示區域2、顯示區域3的發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)及檢測位置1、檢測位置2、檢測位置3如圖3所示。根據《LED顯示屏測試方法》對的三個(gè)顯示區域進(jìn)行亮度測量，檢測位置1、檢測位置2、檢測位置3分別位于顯示區域1、顯示區域2、顯示區域3的光軸方向。所測量的亮度值是各個(gè)區域最大的亮度值。本文假定三個(gè)顯示區域的發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)相同，因此得到LED顯示屏三個(gè)顯示區域的發(fā)光強度相同， LED顯示屏的亮度均勻性達到國家C級標準。
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4 、LED視角對顯示屏亮度均勻性的影響
由于LED本身視角的問(wèn)題，LED顯示屏的亮度會(huì )隨觀(guān)察角度的改變而改變，影響了顯示屏的顯示效果。觀(guān)察者從不同的角度觀(guān)看顯示屏，亮度的改變會(huì )對LED顯示屏亮度均勻性產(chǎn)生負面影響。
LED顯示屏在實(shí)際使用中，觀(guān)察者會(huì )在一定范圍內對顯示屏進(jìn)行觀(guān)察。以圖4為例，假設觀(guān)察者在觀(guān)察位置1、觀(guān)察位置2、觀(guān)察位置3對LED顯示屏進(jìn)行觀(guān)察，觀(guān)察者在觀(guān)察位置1、觀(guān)察位置2、觀(guān)察位置3的視軸與圖2所示的顯示區域1、顯示區域2、顯示區域3的光軸重合。
在觀(guān)察位置1時(shí)，顯示區域1的亮度最大，顯示區域3的亮度最小，顯示區域2的亮度介于兩者之間；在觀(guān)察位置2時(shí)，顯示區域2的亮度最大，顯示區域1和顯示區域3的亮度基本相同，但小于顯示區域2的亮度；在觀(guān)察位置3時(shí)，顯示區域3的亮度最大，顯示區域1的亮度最小，顯示區域2的亮度介于兩者之間。雖然三個(gè)顯示區域的LED發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)相同，但是由于LED視角的影響，導致在同一個(gè)觀(guān)察位置，三個(gè)區域亮度值都不相同。
顯示區域1，在觀(guān)察位置1時(shí)亮度最大，在觀(guān)察位置3時(shí)亮度最小，在觀(guān)察位置2時(shí)亮度介于兩者之間；顯示區域2，在觀(guān)察位置2時(shí)亮度最大，在觀(guān)察位置1和觀(guān)察位置3時(shí)亮度基本相同，但小于在觀(guān)察位置2時(shí)的亮度；顯示區域3，在觀(guān)察位置3時(shí)亮度最大，在觀(guān)察位置1時(shí)亮度最小，在觀(guān)察位置2時(shí)亮度介于兩者之間，因此LED顯示屏相同區域的亮度會(huì )隨觀(guān)察角度的不同發(fā)生變化。
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根據LED發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)的變化規律，對觀(guān)察位置1、觀(guān)察位置2、觀(guān)察位置3進(jìn)行LED顯示屏整屏亮度分布仿真。LED顯示屏亮度分布情況如圖5所示。圖5(a) 是仿真在觀(guān)察位置1觀(guān)察到的LED顯示屏亮度分布情況。圖5(b) 是仿真在觀(guān)察位置2觀(guān)察到的LED顯示屏亮度分布情況。圖5(c) 是仿真在觀(guān)察位置3觀(guān)察到的LED顯示屏亮度分布情況。
在一定的觀(guān)察范圍內，LED顯示屏的相鄰區域的亮度變化大小是由發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)的斜率決定的。發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)的曲率大，相鄰區域的LED亮度變化越大；發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)的曲率小，相鄰區域的LED亮度變化越小。亮度以觀(guān)察位置在顯示屏上的投影為圓心，呈同心圓分布，圓心處最亮，亮度隨半徑的增加而減小，亮度變化與發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)的曲率有關(guān)。
對三種情況的亮度分布進(jìn)行分析，可知觀(guān)察位置1、觀(guān)察位置3的LED顯示屏不同顯示區域的最高亮度與最低亮度差別比較大，因此在觀(guān)察位置1、觀(guān)察位置3所觀(guān)測到LED顯示屏亮度均勻性較差。觀(guān)察位置2所觀(guān)測的LED顯示屏不同顯示區域的最高亮度與最低亮度差別較小，因此在觀(guān)察位置2所觀(guān)測到的LED顯示屏亮度均勻性較好。但觀(guān)察位置2所觀(guān)測的LED顯示屏亮度均勻性要遠低于由《LED顯示屏測試方法》所測得的LED顯示屏的亮度均勻性。
在理想狀態(tài)下，觀(guān)察者在不同位置觀(guān)察LED顯示屏，所得到不同位置所觀(guān)測到的顯示屏亮度均勻性數據，由這些數據構成圖6所示三維分布圖。通過(guò)對圖6的分析，觀(guān)察者在LED顯示屏中心區觀(guān)察時(shí)，LED顯示屏的亮度均勻性最好，但中心觀(guān)察區域所觀(guān)測的LED顯示屏亮度均勻性要遠低于由《LED顯示屏測試方法》所測得的LED顯示屏的亮度均勻性。在邊緣位置觀(guān)察LED顯示屏，亮度均勻性較差。觀(guān)察位置與中心觀(guān)察區域距離越遠，LED顯示屏的亮度均勻性越差。
5 、討論
在LED顯示屏的實(shí)際應用中，通過(guò)LED發(fā)光強度角分布曲線(xiàn)可以仿真出LED顯示屏亮度均勻性與觀(guān)測位置之間關(guān)系，利用客觀(guān)評價(jià)標準來(lái)完成以前只能通過(guò)人眼進(jìn)行的評估可以估算出最佳觀(guān)測范圍。它的優(yōu)點(diǎn)是在研發(fā)階段就能預知其最終的顯示效果以降低風(fēng)險，節約時(shí)間和資金。由于顯示屏的評估是一個(gè)較為繁瑣的過(guò)程，有很多不確定的方面，本文也只是簡(jiǎn)單的介紹了LED視角對顯示屏亮度均勻性的視覺(jué)影響，并沒(méi)有考慮到其它LED封裝形式以及全彩色LED顯示屏的色燈排列，模塊發(fā)光分布的不均勻性以及混色效果等更為復雜的情況。
