基于顯示器亮度提升對強光對比率的影響研究

袁燁 潘立豹 李靜 陳彬 朱禮

摘 要：本文實驗研究了提升顯示器亮度對強光對比率的影響，選取了一種典型的顯示器（鏡反1%、漫反0.1%），分別測試了水平視角-15°、-30°、-45°、-60°、15°、30°、45°、60°條件下不同亮度下的強光對比率和垂直視角-15°、-25°、15°、25°、45°條件下不同亮度下的強光對比率；通過對測試數據的分析，得出了針對典型的顯示器亮度從636cd/m2調節到1200cd/m2，單位亮度對強光對比率的貢獻非常明顯，可以通過提升亮度提高強光度比率；亮度1200cd/m2以上，單位亮度對強光對比率的貢獻非常低，提高顯示器亮度無法達到增大強光對比率的影響。

關鍵詞：顯示器；強光對比率；亮度；反射

中圖分類號：O436 文獻標志碼：A

Abstract：In this paper， the effect of improving the brightness of the military display on the contrast ratio of strong light is studied. A typical military display （mirror inverse 1%， diffuse counter 0.1%） is selected to test the contrast ratio of strong light under the different brightness under the conditions of horizontal view angle of 15°、-30°、-45°、-60°、15°、30°、45°and 60°. And the vertical angle of view -15°、-25°、15°、25°and 45°； Through the analysis of the test data， it is found that the luminance of the typical military display is adjusted from 636cd/m2 to 1200cd/m2. The contribution of unit brightness to the contrast ratio of strong light is very obvious， and the ratio of intensity of light can be increased indirectly through the enhancement of brightness； the brightness 1200cd/m2 can be improved. Above， the contribution of unit brightness to strong light contrast rate is very low. Increasing the brightness of display can not increase the contrast ratio of strong light.

Keywords：Military Display；Contrast Ratio；Luminance；spectrum

0 引言

飛行器在高空分行，直接暴露于強烈的陽光環境中，尤其是開放式座艙，陽光亮度可達30000 cd/m2。機載顯示器表面存在的漫反射和鏡反射會產生很強烈的環境光，一般可達（100～200） cd/m2。因此會導致下列現象的發生：液晶顯示屏顯示的信息泛白，清晰度與可讀性下降；強烈的眩光會使飛行員產生目暈。為了保證在強光照射環境中顯示圖像具有足夠的清晰度，能夠為人眼所分辨，機載液晶顯示器必須具有足夠高的對比率。強光下LCD的對比率定義為：

CR=（LON+Lrefto）/（Loff+Lreftf） （1）

式中：LON為LCD白屏亮度，Loff為LCD黑屏亮度，Lrefto為LCD白場反射亮度，Lreftf為黑場反射亮度，強光環境下，Loff ? Lreftf、LON，因此推到理論時可以忽略不計。（1）式轉化為下式

CR=（LON+Lrefto）/ Lreftf （2）

（2）式可以看出，實現強光可讀、提高CR可以通過兩種途徑，減小Lreftf和增大LON，即降低表面反射亮度和提高白屏亮度，我們所研究的重點就是提高白屏亮度對提高強光對比率CR的影響。

1 試驗方法

1.1 樣品選擇及試驗裝置

實驗在暗環境下進行，選取了一款代表性的顯示器（下文簡稱顯示器），鏡面反射為1%，漫反射為0.1%；測試裝置采用表面反射和高亮環境對比率（HACR）測量裝置如圖1和圖2所示。本次測試平臺鏡面入射光源、模擬太陽直射的漫射光源色溫為3000K～5000K，亮度分別為2000fL、10000fL（對應照度107640Lux，以到達漫反射標準白板上的亮度為準），預熱時間15min，與待測物表面的法向分別成30°、0°，亮度計放置在與鏡面光源成鏡向的位置、距離待測物表面為36′′，在此過程中兩個光源入射光斑和亮度計保持共面，亮度計所用的測量孔徑角為0.2°。

鏡反或漫反時須將另一光源遮擋或關閉，亮度計的測量孔徑應分別位于鏡面入射光斑、漫射光斑的中心。

顯示器某一方向HACR時，兩個光源同時打開，它們和待測顯示器的相對角度、距離應保持不變，僅通過轉臺調節角度來測量，也即亮度計在不同角度處測量顯示器表面反射的亮度。測量顯示器其他方向或全部視角范圍的HACR，可通過旋轉顯示器來完成，使得兩個光源、亮度計始終位于顯示器表面法向的左側、右側，亮度計接收光的方向與液晶屏的視角保持一致即可。

30°測量時應讓兩個光源的光斑重疊區域盡可能大，應保證落入視場內的積分球光源開孔覆蓋亮度計測量孔徑的3倍以上，而且測量孔徑應位于重疊區域的中心。

由于兩種光源體積較大，漫射光源位于待測顯示器表面的法向，亮度計無法準確測量恰好位于法向或附近角度的亮度，為了探討提高產品亮度對強光對比率的影響，顯示器亮度分別取186fL、245fL、305fL、364 fL、426 fL，本研究分為以下進行：

①水平視角-15°、-30°、-45°、-60°、15°、30°、45°、60°條件下不同背光亮度強光對比率的變化趨勢。

②水平視角-15°、-30°、-45°、-60°、15°、30°、45°、60°條件下不同亮度變化下所對應的強光對比率的變化趨勢。

③垂直視角-15°、-25°、15°、25°、45°條件下不同背光亮度強光對比率的變化趨勢。

④垂直視角-15°、-25°、15°、25°、45°條件下不同亮度變化下所對應的強光對比率的變化趨勢。

1.2 執行標準及計算方法簡介

執行標準：國軍標GJB5187—2003&GJB1394;—1992（同美軍標MIL—L—85762A&MIL;—STD—3009、MIL—HDBK—87213A）。

HACR測量重點參考上述3個美軍標，計算方法如下：

CR （θ）=L白（θ）/L黑（θ）=[Lon（θ）+ Lrefto（θ）]/ Lreftf（θ）] （3）

（3）式CR （θ）表示亮環境下視角為θ時的強光對比率。

△CR=（CR -CR前）/CR前 （4）

CR前代表前一個亮度下的對比率。

1fL=3.42cd/m2。CRduibi=△CR /203，其中203為亮度變化等級，單位為cd/m2。CRduibi是指單位亮度對比率變化率，也就是顯示器亮度從186fL變化到245fL、245fL 變化到305fL、305fL 變化到364 fL、364 fL 變化到426 fL，變化幅度為60fL，通過公式轉換，60fL=203cd/m2。

2 結果和分析

通過圖2可以得知：水平視角內，通過提高產品亮度，強光對比率也不斷增大，但隨著產品亮度不斷增大，特別當顯示器亮度達到1200cd/m2以上，對比率增大速率明顯放緩，增加效果不明顯。

通過圖3可以看到，水平視角下，亮度從364fL（1244cd/m2）變化到426fL（1456cd/m2），CRduibi變小，反映1200cd/m2亮度以上通過提高產品亮度提高強光對比率效果不理想。

圖4反映：水平視角內，通過提高產品亮度，強光對比率也不斷增大，但隨著產品亮度不斷增大，當顯示器亮度達到1200cd/m2，△CR達到最大，出屏超過1200cd/m2，對比率CR增大效果不明顯。

圖5反映，垂直視角內，亮度從364fL（1244cd/m2）變化到426fL（1456cd/m2），CRduibi變小，反映1200cd/m2亮度以上通過提高產品亮度提高強光對比率效果不理想。

結論

通過上述分析，無論是水平視角還是垂直視角范圍，針對典型顯示器（鏡反1%、漫反0.1%），得出了針對典型的顯示器亮度從636cd/m2調節到1200cd/m2，單位亮度對強光對比率的貢獻非常明顯，可以通過提升亮度提高強光度比率；亮度1200cd/m2以上，單位亮度對強光對比率的貢獻非常低，提高顯示器亮度無法達到增大強光對比率的影響；該結論對顯示器通過提高產品亮度對強光對比率的影響有重要的技術支撐。

參考文獻

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