張金懌，陳　宇

(中國電子科技集團公司第三研究所 國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京 100015)

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OLED平板電視顯示性能測量方法與發(fā)展趨勢研究

張金懌，陳宇

(中國電子科技集團公司第三研究所 國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京 100015)

OLED電視以其優(yōu)秀的顯示特性得到了專業(yè)人士的認(rèn)可，并在高端市場逐漸推廣普及。OLED電視在未來一段時間有極大可能與液晶電視平分秋色。針對OLED平板電視顯示性能，結(jié)合OLED電視顯示原理特點與SJ11348《數(shù)字電視平板顯示器測量方法》、SJ/T11292《計算機用液晶顯示器通用規(guī)范》設(shè)計了對OLED電視的9項顯示性能參數(shù)的測試方法并對樣機進行了測試，此測試方案設(shè)計具有合理性與適用性，在實際測量中得到了良好的應(yīng)用。

OLED；發(fā)展趨勢；顯示性能；測試方法

OLED全稱為“organiclight-emittingdiode——有機電致發(fā)光二極管”，是區(qū)別于液晶的新一代顯示技術(shù)，以有機半導(dǎo)體為功能材料?！癘LED平板電視”即是以有機電致發(fā)光為主要發(fā)光技術(shù)的平板彩色電視機。

近一兩年間OLED顯示技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用產(chǎn)品占領(lǐng)市場速度較快。今年被行業(yè)稱為“OLED元年”這意味著OLED顯示技術(shù)即將迎來發(fā)展的高峰期，應(yīng)用市場推廣迅速，普及程度快速提高。OLED顯示大屏類消費產(chǎn)品主要為平板電視，而電視作為信息消費的主要產(chǎn)品受到了行業(yè)各方和消費者的關(guān)注，其產(chǎn)品質(zhì)量、性能情況以及評價方法也成為了廠商和消費者共同關(guān)注的熱點。本文就OLED平板電視的顯示性能測量方法進行了研究，并對其發(fā)展趨勢進行分析，提出未來發(fā)展可能性觀點。

1　OLED顯示技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

在柔性顯示、透明顯示等領(lǐng)域AMOLED擁有多項優(yōu)勢，其優(yōu)越的材料特性與顯示性能質(zhì)量使其成為了引導(dǎo)下一代顯示技術(shù)進步的方向，從長遠(yuǎn)看來OLED將成為未來顯示的重要發(fā)展趨勢。OLED產(chǎn)品的市場認(rèn)知度正在迅速提升，從2014年11月份的24.9%到2015年11月的57%，消費者的認(rèn)知程度上升了將近1倍。雖然目前OLED電視產(chǎn)品售價較為高端，但隨著經(jīng)濟發(fā)展預(yù)計到2020年“新富階層”將達到約2.8億人，占整體人口19%。根據(jù)電視更換的周期規(guī)律，在全球范圍內(nèi)2004—2006年購買高端電視消費群體以高收入人群為主購買液晶電視，在中國則在2007—2008年以沿海城市高收入人群為主購買液晶電視?？紤]到電視更換周期約為8～10年，預(yù)計2015—2017年將是高端電視需求增長的高峰。

2015年全球AMOLED產(chǎn)能面積已經(jīng)達到約990萬平方米，2016年更是被行業(yè)稱為OLED爆發(fā)的一年，產(chǎn)能大幅提升、相關(guān)配套產(chǎn)品產(chǎn)量提升滿足更大的消費需求，市場逐步擴大，全世界范圍內(nèi)諸多電視制造企業(yè)加快了OLED相關(guān)產(chǎn)品的布局。今年,LGDisplay公司已經(jīng)在建的第六代柔性O(shè)LED生產(chǎn)線，預(yù)計月產(chǎn)能7 500片玻璃基板并于2017年投產(chǎn)。另外，LGD在2015年底又投資建設(shè)了主要制造OLED面板的P10工廠，P10工廠將建設(shè)9世代以上的生產(chǎn)線，應(yīng)用于大尺寸和柔性O(shè)LED市場，預(yù)計于2018年投產(chǎn)，建成后將成為全球最大的OLED面板生產(chǎn)線。2018年時全球AMOLED的產(chǎn)能面積預(yù)估將增加至1 860萬平方米。

然而從另一方面分析，在尚未完全攻克AMOLED生產(chǎn)工藝相關(guān)的技術(shù)難題而導(dǎo)致的大尺寸成品良品率略低和生產(chǎn)線偏少的現(xiàn)狀之下，AMOLED的應(yīng)用市場會首先在手機、可穿戴等小尺寸領(lǐng)域進行拓展，在取得重大市場突破和生產(chǎn)技術(shù)工藝成熟后逐步占領(lǐng)大尺寸市場份額。TFT-LCD與AMOLED預(yù)計在十年內(nèi)還會以并存的方式共謀發(fā)展。

2　OLED顯示屏特點

OLED材料依次由基層、陽極、有機層、導(dǎo)電層、發(fā)射層、陰極組成，如圖1所示?？昭ê碗娮臃謩e由陽極和陰極，通過外界電壓的驅(qū)動越過電極與器件內(nèi)部界面間的勢壘注入到有機材料中。有機發(fā)光物質(zhì)分子受到能量激發(fā)后產(chǎn)生躍遷，從基態(tài)變激發(fā)態(tài)。受到激發(fā)的分子從激發(fā)態(tài)再回到基態(tài)的過程中會發(fā)生輻射躍遷并釋放能量，放出光子繼而發(fā)光[1]。

圖1　OLED材料結(jié)構(gòu)圖

被動矩陣OLED(PMOLED)與主動矩陣OLED(AMOLED)從驅(qū)動方式上將OLED劃分為兩大類。目前市場上使用范圍更廣的是AMOLED。

與TFT-LCD相比，OLED在材料特性上具有如下四重優(yōu)勢：第一，相比于LCD的液晶層，OLED顯示屏的有機材料層更纖薄輕盈并且具有柔韌性，可用于曲面及柔性顯示領(lǐng)域。第二，OLED屏幕依靠獨立像素自發(fā)光，不需要使用背光系統(tǒng)，可以達到極低的黑場亮度。這一特點使其在高亮度動態(tài)范圍顯示效果上遠(yuǎn)勝過液晶，而且在耗能和外觀設(shè)計上比LCD顯示屏不僅降低了耗電量也減小了屏幕的厚度。第三，OLED在制造尺寸上更加靈活，較大尺寸屏幕生產(chǎn)簡便于液晶。第四，OLED顯示屏的可視角度可達到170°以上，不存在類似于LCD顯示屏因工作需要阻擋光線而產(chǎn)生的在某些角度上的觀測障礙。

但OLED顯示屏也存在著一些問題：首先，藍色有機物壽命較短，影響了整體OLED顯示屏的壽命。其次是就目前生產(chǎn)制造水平而言,OLED的制造成本仍舊偏高。最后,OLED還存在著如TFT背板均勻度、OLED全彩化等工藝上的難點，有待進一步發(fā)展并解決。

3　OLED平板電視顯示性能測量方法

根據(jù)《數(shù)字電視平板顯示器測量方法》標(biāo)準(zhǔn)要求，對標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)條件下的1臺OLED平板電視樣機進行亮度、亮度均勻性、黑場亮度、黑場均勻性、對比度、色域覆蓋率、灰度等級、清晰度、亮度可視角、對比度可視角等9項性能參數(shù)測量并進行評價。上文所述標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)是指，將電視機的圖像設(shè)置為出廠設(shè)置的初始狀態(tài)，并將環(huán)境光控制和動態(tài)背光設(shè)置置于關(guān)閉狀態(tài)，將電視機幅型比設(shè)置為全屏顯示模式或重顯率最高模式，令電視顯示狀態(tài)能夠清晰分辨極限八灰度等級信號的極限狀態(tài)[2]。

3.1有用平均亮度與黑場亮度

亮度的物理定義是表示發(fā)光體或者反光體表面發(fā)光(或反光)強弱的物理量，單位是cd/m2或nits，表示的是在觀察光源的方向上的光強與人眼所“見到”的光源面積之比，即單位投影面積上的發(fā)光強度。人眼感知亮度的能力與亮度大小相關(guān)，圖像越亮人眼的視覺敏銳度越小，分辨圖像細(xì)節(jié)的能力越強。因此對于電視顯示來說，在顯像端要求圖像有一定的亮度這樣圖像顯得清晰、透亮。但是這并不意味著亮度越高的產(chǎn)品就越好，有時電視畫面過亮往往會引起人眼不適，引起眼睛的視覺疲勞。不僅如此，亮度過高也會使得圖像純黑與純白的對比降低，影響色階和灰階的表現(xiàn)，從而影響整體顯示效果。

首先，電視機顯示屏輸出全白場信號，將亮度計放置在與電視機顯示屏中心垂直正交且與顯示屏的距離為3倍顯示屏高度的位置上，測量P0點的亮度值，如圖2所示，得到的實測值為有用平均亮度[2]。

圖2　亮度、亮度均勻性、色度均勻性測量點

3.2亮度均勻性

亮度均勻性就是指亮度的均勻程度，亮度均勻性也是顯示性能參數(shù)十分重要的指標(biāo)之一，對亮度均勻性的測量就是在所定位置上測量信號在電視機顯示屏中心的亮度與顯示屏邊緣亮度之間的變化量。對于液晶電視來說，亮度均勻與否和背光源與反光鏡的數(shù)量與配置方式密切相關(guān)，然而目前在大多數(shù)的液晶電視產(chǎn)品規(guī)格說明書中通常并沒有做出標(biāo)注。雖然OLED電視獨立像素自發(fā)光不需要背光源參與，但仍需評價其整體畫面各部分亮度均勻程度，畫面亮度均勻、無明顯的暗區(qū)說明產(chǎn)品品質(zhì)尚佳。

亮度均勻性計算公式為

(1)

式中：i是1，2,3,…，8點中的任意一個點數(shù)。

用式(1)計算亮度均勻性Pi′。

圖3　測量位置圖

3.3黑場亮度與黑場均勻性

黑場亮度與亮度測量方法、測量狀態(tài)相同，黑場均勻性與亮度均勻性測量方法、測量狀態(tài)相同，區(qū)別在于測試信號使用全黑場信號。

3.4對比度

對比度體現(xiàn)了顯示器重顯圖像灰度的能力，圖像對比度越大視覺銳度越小，產(chǎn)品的對比度越大重顯圖像的層次就越多，顯得圖像層次分明、清晰透亮。

將黑白窗口信號輸出到電視機顯示屏，在與電視機顯示屏中心垂直正交且與顯示屏的距離為3倍顯示屏高度的位置上，分別測量圖4中所示的L0，L1，L2，L3，L4點的亮度值。或者在測試位置距離顯示屏為3倍顯示屏幕高度的位置，如圖 4所示，用亮度計分別在與圖4中L0，L1，L2，L3和L4點的垂直正交線上，測量L0，L1，L2，L3和L4各個點的亮度值，并用下式計算對比度[2]

由式(1)可知,為了實現(xiàn)對反映陀螺轉(zhuǎn)動的直流信號的檢測,需要通過低通濾波器濾除二倍頻分量,得到直流分量。常規(guī)一階直接Ⅱ型濾波器結(jié)構(gòu)如圖3所示[6],Z-1為延時單元,一個延時單元即為一階濾波器單元,由系數(shù)a(1),a(2),b(1),b(2)來確定濾波器的響應(yīng),令a(2)=-1+1/K,b(1)=0,b(2)=1/Ka(1)=1,K=2N,N為正整數(shù),則濾波器時域可表示為:

Cr=L0/Lbw

(2)

式中：Lbw為L1，L2，L3，L4的平均值。

圖4　對比度測量點

3.5色域覆蓋率

色域覆蓋率是電視機所顯示的色域面積，占CIE1976UCS均勻色度空間全部可見光譜(從380nm至780nm)所對應(yīng)面積的百分比。色域覆蓋率越高,圖像色彩表現(xiàn)越豐富，畫面呈現(xiàn)效果更加鮮艷。

(3)

(4)

多元色電視機多邊形的面積S可由多邊形的各三角形面積之和計算[2]。

圖5　平板顯示器測量設(shè)備方框圖

3.6灰度等級

圖像亮暗之間不只是白和黑，最亮到最暗之間有不同亮度的層次級別，層級越多所能夠呈現(xiàn)的畫面效果也就越細(xì)膩。將基色灰階信號輸入到電視機，分別在最優(yōu)圖像模式下和其他各種不同圖像模式下調(diào)整對比度及亮度至適當(dāng)位置，觀測規(guī)范灰度等級圖樣進行主觀評價。

3.7清晰度

圖像清晰度是表示人眼觀察電視屏幕上圖像清晰、細(xì)膩的程度。清晰度表示沿水平和垂直方向人眼所能分辨的最大線數(shù)，同時圖像清晰度也與圖像分辨力等相關(guān)。測量方法采用主觀法觀察評測電視的垂直和水平的清晰度，用復(fù)合測試圖的楔形電視線來表征。測量過程中對于不同固有分辨力的電視機采用不同的幅型比。對于固有分辨力為1 920×1 080的電視，輸入信號為高清晰度視頻信號，應(yīng)將電視機幅型比調(diào)整為16∶9，在重顯率達到100%時，觀測顯示圖像的楔形線簇；對于固有分辨力小于1 920×1 080的電視，輸入信號為標(biāo)準(zhǔn)清晰度視頻信號，則應(yīng)調(diào)整電視機的幅型比，使其重顯率至少為95%時，觀測顯示圖像的楔形線簇；如果被測設(shè)備多種幅型比狀態(tài)下重顯率均>95%時，則應(yīng)記錄其幅型比及重顯率，在各個狀態(tài)下都進行評測并且記錄下電視機正確顯示楔形線對應(yīng)的刻度值。

3.8亮度可視角與對比度可視角

觀看位置改變看到的電視重現(xiàn)圖像的亮度、對比度、圖像層次感以及圖像顏色隨之發(fā)生變化，偏離屏幕垂直中心位置角度越大，圖像變化越嚴(yán)重，甚至看不清楚，圖像顏色也會發(fā)生嚴(yán)重畸變。因此，在觀看電視時需要規(guī)定一個適宜觀看的角度范圍，這就是可視角范圍。

亮度可視角以3倍顯示屏高度為半徑水平或垂直移動亮度計，尋找顯示屏中心點的亮度為亮度1/3時的水平可視角和垂直可視角的組合。亮度計位置及移動路徑如圖6和圖7所示[2]。

圖6　額定觀察位置

圖7　可視角的測量

當(dāng)電視對比度最大，亮度調(diào)至最佳時，調(diào)整電視的上下、左右角度測量相應(yīng)的對比度。對比度不小于10時所對應(yīng)的水平和垂直視角的最大角度組合即為對比度可視角[3]。

4　小結(jié)

由本次樣機測量結(jié)果與國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心日常測試數(shù)據(jù)庫平均值比對看出，OLED電視機顯示性能優(yōu)越，亮度均勻性優(yōu)于液晶平均水平34%；黑場亮度即漏光，優(yōu)于液晶平均水平89%；色域覆蓋率優(yōu)于液晶平均水平6%；視角優(yōu)于液晶平均水平47%；響應(yīng)時間等常規(guī)測試參數(shù)，均遠(yuǎn)優(yōu)于液晶產(chǎn)品的平均性能。除此之外，OLED電視機可辨灰度等級極高，在分別輸入256級灰階信號、基色灰階信號，OLED電視機的可辨灰度等級達到126級，而部分液晶產(chǎn)品的灰度等級只能達到20級，紅綠藍可辨灰度等級分別

達到96、108和84級，表明OLED電視機在顯示圖像時層次分明，細(xì)節(jié)明晰，圖像還原性高。另外，OLED電視機的立體色域也較高，這表明在不同的亮度條件下，OLED產(chǎn)品都能保持顏色鮮艷，色彩表現(xiàn)力優(yōu)異。

OLED電視機以其突出的色彩表現(xiàn)力和層次分明的細(xì)節(jié)展現(xiàn)力帶給觀眾更好的觀看體驗。OLED顯示技術(shù)以其優(yōu)異的顯示性能、獨特的發(fā)光原理、柔韌的材料特性不斷拓展應(yīng)用范圍，在交通、商業(yè)、通信、工業(yè)、計算機及消費等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，領(lǐng)導(dǎo)新一代顯示技術(shù)發(fā)展。

[1]于軍勝，田朝勇.OLED顯示基礎(chǔ)及產(chǎn)業(yè)化[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2015.

[2]SJ/T11348，數(shù)字電視平板顯示器測量方法[S].2006.

[3]SJ/T11292，計算機用液晶顯示器通用規(guī)范[S].2003.

張金懌(1989— )，女，本科，主要從事平板顯示產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展研究；

陳宇(1989— )，本科，從事產(chǎn)品整機性能檢測、測量標(biāo)準(zhǔn)及方法的研究與操作。

責(zé)任編輯：閆雯雯

ResearchofdisplayperformancemeasuringmethodsanddevelopmenttrendofOLEDflatpanelTV

ZHANGJinyi，CHENYu

(National Testing and Inspection Center for Radio and TV Products，Third Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Beijing 100015，China)

OLEDTVisrecognizedbymanyprofessionalsandgraduallypopularizedinthehigh-endmarketwithitsdistinguishedfeatureofdisplay.ItisbelievedthatOLEDTVmaybeonequaltermswithLCDTVinthenextperiodoftime.NinemethodsisdesignedtotesttheparametersofOLEDTV’sdisplayperformanceandprototypetestsarecarriedout，basedonthedisplayperformanceandcombineddisplayprinciplecharacteristicsofOLEDflatpanelTV，togetherwithSJ11348andSJ11292.Theresultsshowthatthedesignsoftestarereasonableandapplicable，whicharegreatapplicationsinpractice.

OLED；developmenttrend；displayperformance；measuringmethods

TN949.6

ADOI：10.16280/j.videoe.2016.08.009

2016-05-16

文獻引用格式：張金懌，陳宇.OLED平板電視顯示性能測量方法與發(fā)展趨勢研究[J].電視技術(shù)，2016，40(8)：48-51.

ZHANGJY，CHENY.ResearchofdisplayperformancemeasuringmethodsanddevelopmenttrendofOLEDflatpanelTV[J].Videoengineering，2016，40(8)：48-51.