OLED平板電視顯示性能測量方法與發展趨勢研究

張金懌，陳　宇

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

OLED電視以其優秀的顯示特性得到了專業人士的認可，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，結合OLED電視顯示原理特點與SJ11348《數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范》設計了對OLED電視的9項顯示性能參數的測試方法并對樣機進行了測試，此測試方案設計具有合理性與適用性，在實際測量中得到了良好的應用。

OLED；發展趨勢；顯示性能；測試方法

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

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

1　OLED顯示技術及產業發展趨勢

在柔性顯示、透明顯示等領域AMOLED擁有多項優勢，其優越的材料特性與顯示性能質量使其成為了引導下一代顯示技術進步的方向，從長遠看來OLED將成為未來顯示的重要發展趨勢。OLED產品的市場認知度正在迅速提升，從2014年11月份的24.9%到2015年11月的57%，消費者的認知程度上升了將近1倍。雖然目前OLED電視產品售價較為高端，但隨著經濟發展預計到2020年“新富階層”將達到約2.8億人，占整體人口19%。根據電視更換的周期規律，在全球范圍內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，預計2015—2017年將是高端電視需求增長的高峰。

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

然而從另一方面分析，在尚未完全攻克AMOLED生產工藝相關的技術難題而導致的大尺寸成品良品率略低和生產線偏少的現狀之下，AMOLED的應用市場會首先在手機、可穿戴等小尺寸領域進行拓展，在取得重大市場突破和生產技術工藝成熟后逐步占領大尺寸市場份額。TFT-LCD與AMOLED預計在十年內還會以并存的方式共謀發展。

2　OLED顯示屏特點

OLED材料依次由基層、陽極、有機層、導電層、發射層、陰極組成，如圖1所示?？昭ê碗娮臃謩e由陽極和陰極，通過外界電壓的驅動越過電極與器件內部界面間的勢壘注入到有機材料中。有機發光物質分子受到能量激發后產生躍遷，從基態變激發態。受到激發的分子從激發態再回到基態的過程中會發生輻射躍遷并釋放能量，放出光子繼而發光[1]。

圖1　OLED材料結構圖

被動矩陣OLED(PMOLED)與主動矩陣OLED(AMOLED)從驅動方式上將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域。第二，OLED屏幕依靠獨立像素自發光，不需要使用背光系統，可以達到極低的黑場亮度。這一特點使其在高亮度動態范圍顯示效果上遠勝過液晶，而且在耗能和外觀設計上比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，有待進一步發展并解決。

3　OLED平板電視顯示性能測量方法

根據《數字電視平板顯示器測量方法》標準要求，對標準工作狀態條件下的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項性能參數測量并進行評價。上文所述標準工作狀態是指，將電視機的圖像設置為出廠設置的初始狀態，并將環境光控制和動態背光設置置于關閉狀態，將電視機幅型比設置為全屏顯示模式或重顯率最高模式，令電視顯示狀態能夠清晰分辨極限八灰度等級信號的極限狀態[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光體或者反光體表面發光(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光強度。人眼感知亮度的能力與亮度大小相關，圖像越亮人眼的視覺敏銳度越小，分辨圖像細節的能力越強。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，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十分重要的指標之一，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量與配置方式密切相關，然而目前在大多數的液晶電視產品規格說明書中通常并沒有做出標注。雖然OLED電視獨立像素自發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、無明顯的暗區說明產品品質尚佳。

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。

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、測量狀態相同，黑場均勻性與亮度均勻性測量方法、測量狀態相同，區別在于測試信號使用全黑場信號。

3.4對比度

對比度體現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,為了實現對反映陀螺轉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。常規一階直接Ⅱ型濾波器結構如圖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a(1),a(2),b(1),b(2)來確定濾波器的響應,令a(2)=-1+1/K,b(1)=0,b(2)=1/Ka(1)=1,K=2N,N為正整數,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)所對應面積的百分比。色域覆蓋率越高,圖像色彩表現越豐富，畫面呈現效果更加鮮艷。

(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的畫面效果也就越細膩。將基色灰階信號輸入到電視機，分別在最優圖像模式下和其他各種不同圖像模式下調整對比度及亮度至適當位置，觀測規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，同時圖像清晰度也與圖像分辨力等相關。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，應將電視機幅型比調整為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，輸入信號為標準清晰度視頻信號，則應調整電視機的幅型比，使其重顯率至少為95%時，觀測顯示圖像的楔形線簇；如果被測設備多種幅型比狀態下重顯率均>95%時，則應記錄其幅型比及重顯率，在各個狀態下都進行評測并且記錄下電視機正確顯示楔形線對應的刻度值。

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圖像的亮度、對比度、圖像層次感以及圖像顏色隨之發生變化，偏離屏幕垂直中心位置角度越大，圖像變化越嚴重，甚至看不清楚，圖像顏色也會發生嚴重畸變。因此，在觀看電視時需要規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

當電視對比度最大，亮度調至最佳時，調整電視的上下、左右角度測量相應的對比度。對比度不小于10時所對應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

由本次樣機測量結果與國家廣播電視產品質量監督檢驗中心日常測試數據庫平均值比對看出，OLED電視機顯示性能優越，亮度均勻性優于液晶平均水平34%；黑場亮度即漏光，優于液晶平均水平89%；色域覆蓋率優于液晶平均水平6%；視角優于液晶平均水平47%；響應時間等常規測試參數，均遠優于液晶產品的平均性能。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，細節明晰，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產品都能保持顏色鮮艷，色彩表現力優異。

OLED電視機以其突出的色彩表現力和層次分明的細節展現力帶給觀眾更好的觀看體驗。OLED顯示技術以其優異的顯示性能、獨特的發光原理、柔韌的材料特性不斷拓展應用范圍，在交通、商業、通信、工業、計算機及消費等領域得到了廣泛應用，領導新一代顯示技術發展。

[1]于軍勝，田朝勇.OLED顯示基礎及產業化[M].成都：電子科技大學出版社，2015.

[2]SJ/T11348，數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范[S].2003.

張金懌(1989— )，女，本科，主要從事平板顯示產業與技術發展研究；

陳宇(1989— )，本科，從事產品整機性能檢測、測量標準及方法的研究與操作。

責任編輯：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展趨勢研究[J].電視技術，2016，40(8)：48-51.

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