平板顯示器人體工學測量不確定度評定

摘要：文中基于TCO Certified Generation 9 for displays認證標準，對其人體工學測量部分進行了簡述，并且評定了測量不確定度。將該標準中人體工學測量部分分為基于色品坐標的測試和基于亮度的測試，分別從測量重復性、光譜儀溯源、光譜儀穩定性、光譜儀探頭傾斜角度偏差、光譜儀溫度偏差、光譜儀測量分辨率6個方面對測量不確定度進行了評定。文中提出的測量不確定度評定方法為平板顯示器人體工學測量不確定度評定提供了參考。

關鍵詞：平板顯示器；人體工學；不確定度評定

Evaluation of Uncertainty in Ergonomic Measurements for Flat Panel

HE Xiang1，2， LI Jiansheng1，2， CHEN Caiyun1，2

（1 Fujian Metrology Institute， Fuzhou 350003， Fujian， China ）

（2 "National PV Industry Measurement and Testing Center， Fuzhou 350003， Fujian， China ）

Abstract： This paper briefly outlines the ergonomics measurement section of the TCO Certified Generation 9 for Displays certification standard and evaluates the measurement uncertainty. The ergonomics measurement portion of this standard is divided into tests based on chromaticity coordinates and tests based on luminance. Measurement uncertainty is assessed from six perspectives： measurement repeatability， traceability of the spectrophotometer， stability of the spectrophotometer， angular deviation of the spectrophotometer probe， temperature deviation of the spectrophotometer， and measurement resolution of the spectrophotometer. The measurement uncertainty evaluation method proposed in this paper offers a reference for evaluating measurement uncertainty in ergonomic measurements for flat panel displays.

Key Words： Flat panel display; Ergonomics; Evaluation of measurement uncertainty

0 引言

隨著信息技術與人類社會的發展，平板顯示器早已深入到人們生活的方方面面，如辦公、娛樂、廣告等。目前市面上的顯示器種類也隨著技術的發展越來越多，常見的有LCD顯示器、LED顯示器、ELD顯示器、PDP顯示器等。在平板顯示器的使用過程中，顯示器人體工學性能不佳可能對人們的工作和身體造成影響，如可視角度不佳影響閱讀，色彩均勻性不佳造成視覺疲勞等。因此，人體工學檢測至關重要。

目前，國內外已有針對顯示器人體工學測試的相關標準規范，如TCO Certified Generation 9 for displays[1]、ISO13406-2 Ergonomic requirements for work with visual displays based on flat panels Part 2：Ergonomic requirements for flat panel displays[2]以及其等效采用的國家標準：GB/T 20528《使用基于平板視覺顯示器工作的人類工效學要求第2部分：平板顯示器的人類工效學要求》[3]、GB/T 18910 《液晶顯示器件》[4]、 GB/T 39848《平板顯示器色域測量方法》[5]等。

其中，TCO Certified Generation 9 for displays

認證涵蓋了筆記本、平板電腦、顯示器等大量顯示類產品。市場占有率高，目前已被許多跨國公司和政府機構在采購政策中明確要求或優先考慮。雖然該標準中對人體工學部分給出了測量不確定度的要求，但是目前鮮有該部分測量不確定度評估方面的研究。文中對該標準中的人體工學部分相關測量方法進行了簡述，同時基于Microvision公司生產的測量設備評定了平板顯示器人體工學測試過程中的不確定度。

1 "人體工學測試方法簡述

TCO Certified Generation 9 for displays是針對平板顯示器檢測的認證標準，其內容包含：能效檢測、安全性檢測、人體工學檢測等。該認證標準在國際上有著很高的認可度，對于該認證標準的研究與應用對于平板顯示器的研發與制造有著重要意義，該認證標準中人體工學測量位于5.3-5.14節中，具體見表1，本節簡述該認證標準中人體工學相關的測量方法。

表1 " " TCO Certified Generation 9 for displays人體工學

測試項目

1.1 相關色溫

將被檢顯示器背景設置為圖1所示圖案，中心區域面積為總圖像區域的4 %，顏色為白色（255，255，255），其余部分顏色為灰色（102，102，102）。光譜儀光路垂直于屏幕并正對屏幕中心，測量色度坐標（′′）并采用式（1）計算?′′并與認證標準中的閾值進行比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

（1）

1.2 色域

被檢顯示器與光譜儀設置同1.1，將圖1的中心區域分別設置為紅（255，0，0），綠（0，255，0），藍（0，0，255），并測試中心位置色品坐標。根據式（2）計算色域A，并與認證標準中的閾值比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

（2）

1.3 色彩均勻性

將被檢顯示器背景圖案設置為白色（255，255，255），分別測量顯示器四個角（測量位置與顯示器邊緣距離1°），四邊中點（測量位置與顯示器邊緣距離1°）與顯示器中心的色品坐標，測量位置示意圖如圖2所示。并根據式（3）兩兩計算所有測試點之間的?′′，?′′以最大值表示顯示器色彩均勻性并與認證標準中的閾值比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

（3）

1.4 視角相關色彩均勻性

將被測顯示器背景圖案設置為圖3，、、的尺寸與顏色要求與2.1中心白色區域相同。將光譜儀垂直對準中心測量色品坐標，之后轉向和位置并測量色品坐標。之后將顯示器旋轉±30°重復上述操作，采用式（1）分別計算顯示器處于±30°時和位置的?′′，以?′′最大值作為視角相關色彩均勻性并與認證標準中的閾值比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

1.5 色彩灰度線性度

被檢顯示器與光譜儀設置同1.1，分別將圖1中位置的顏色設置為R = G = B = 255，225，195， 165，115，105，75，45，并測量位置的色品坐標，采用式（3）兩兩計算各測量結果之間的?′′，并與標準值進行比較，與認證標準中的閾值比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

1.6亮度等級

將被測顯示器背景圖案設置為圖4，光譜儀設置同1.1，盡可能調大/調小顯示器亮度，使得圖4中可分辨的灰階數達到15階，記錄顯示器最大/最小亮度時光譜儀測得的亮度并與標準認證中的閾值比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

1.7 亮度均勻性

測量過程與1.3相近，區別在于本項目測量的是各個測試位置的亮度，采用最大亮度與最小亮度的比值作為亮度均勻性，并與認證標準的閾值進行比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

1.8 視角相關亮度均勻性

將被測顯示器背景圖案設置為圖5，光譜儀設置同2.4，與之不同的是，顯示器還需在垂直方向進行±15°傾斜，記錄各位置各傾斜角度下的亮度值，并根據式（4）和式（5）計算視角相關亮度均勻性并與認證標準中的閾值進行比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

式中：和分別為水平和垂直方向的視角相關亮度均勻性，為亮度，下標±30表示在水平方向旋轉±30°，下標±15表示在垂直方向旋轉±15°，下標max和min分別表示最大和最小亮度。

（4）

（5）

1.9 字符對比度

采用如圖6所示的1-1-1-1圖像模板，測量垂直黑像素線及其相鄰區域的亮度分布，并在垂直方向積分獲得一維原始數據（如圖7所示），采用移動平均濾波器處理原始數據，根據獲得的數據，采用式（6）計算字符對比度并與認證標準中的閾值進行比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

（6）

式中：，，為數據的背景值，基底值，為數據高亮度值。

1.10 視角相關亮度對比度

被檢顯示器與光譜儀設置同1.1，分別將中心區域設置為白色（255，255，255）和黑色（0，0，0），在兩種顏色情況下，將顯示器在水平方向上旋轉±30°，測量亮度并根據式（7）和式（8）計算視角相關亮度對比度，以和最低值作為視角相關亮度對比度并與認證標準中的閾值進行比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

（7）

（8）

式中：和和分別為顯示器水平旋轉±30°時的視角相關亮度對比度，和分別為對應旋轉角度下的背景圖像中心區域為白色和黑色的亮度。

1.11 黑階

采用1.6的方法獲得最大亮度，之后將圖像中心顏色設置為黑色（0，0，0），測試亮度值并與認證標準中的閾值進行比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

1.12 灰階伽馬曲線

被檢顯示器與光譜儀設置同1.1，分別將中心區域顏色色值為R = G = B = 255，225，195，165，135，107，75，45。測試中心區域亮度值，將測量結果除以最大值進行歸一化，并分別于認證標準中的閾值范圍進行比較，根據比較結果判斷該項檢測通過與否。

2 "不確定度評定

在TCO Certified Generation 9 for displays

涉及人體工學相關的測試項目中（見表1），5.3-5.7是基于色品坐標的測試，5.8-5.14是基于亮度的測試。因此，本節主要分兩方面（基于色品坐標的測試和亮度的測試）對其不確定度進行評定。

2.1測量重復性引入的不確定度分量

按照1.1節相關色溫測量方法設置背景圖片與光譜儀，將設置圖1中心區域顏色分別設置為白（0，0，0），紅（255，0，0），綠（0，255，0），藍（0，0，255），分別重復測量顯示器中心區域色品坐標10次，假設為均勻分布，則由色品坐標測量重復性引入的不確定度分量如表2到表5所示。

2.2 光譜儀溯源引入的不確定度分量2

根據光譜儀溯源證書，色品坐標不確定度為x=0.0020，y=0.0020，=2，亮度不確定度為

L=2.5%，=2。因此，由光譜儀溯源引入的不確定度分量2如表6所示。

2.3 光譜儀穩定性引入的測量不確定度分量 3

取一個穩定的積分球光源放置在光譜儀前方，開啟光源并暖燈20分鐘后，每隔1秒記錄光譜儀測量的色品坐標與亮度，測量時間為1分鐘，則由光譜儀穩定性引入不確定度分量3如表7所示（假設為均勻分布）。

2.4 光譜儀探頭傾斜角度偏差引入的不確

定度分量 4

文中所采用的測量系統通過將一束光以一定角度入射到被測顯示器上，形成一個小光斑，同時將光譜儀對準光斑，不斷在水平與垂直方向上調整光譜儀探頭角度，測量不同角度下光斑亮度，根據角度與亮度的關系計算屏幕的水平和垂直傾斜角度。之后通過人工調整顯示器載物臺水平和垂直傾斜角度，確保被測顯示器平面與光譜儀探頭準直。通常情況下，由于人工調整載物臺傾斜角度，會導致水平和傾斜方向的角度存在約0.2°以內偏差。

按照2.1溫測量方法設置背景圖片與光譜儀，將設置圖1中心區域顏色分別設置為白（0，0，0），紅（255，0，0），綠（0，255，0），藍（0，0，255），分別測量不同顏色下，光譜儀在不同水平、垂直傾斜角度（±0.2°）下的色品坐標與亮度，假設由光譜儀角度偏導致的測量誤差為均勻分布，則光譜儀探頭傾斜角度偏差引入的不確定度分量4如表7到表10所示。

2.5 光譜儀溫度偏差引入的不確定度分量 5

光譜儀測量結果受到溫度的影響，但是由于該系統光譜儀自帶溫度測量模塊，并且根據測量溫度對結果自動修正。同時，現場環境溫度嚴格控制在（23±3）℃范圍內，因此，由亮度計溫度誤差引入的不確定度可以忽略。

2.6 測量分辨率引入的不確定度分量 6

色品坐標測量分辨率為0.0001，因此，該項的標準不確定度分量為：

。

亮度測量分辨率為0.01，因此，該項的標準不確定度分量為：

。

2.7 色品坐標測量標準合成不確定度

由于各分量獨立不相關，色品坐標測量各不確定度分量及標準合成不確定度結果見表11到表14。

2.8 擴展不確定度

擴展不確定度結果如表15所示。

3 結語

文中基于TCO Certified Generation 9 for displays

簡述了平板顯示器人體工學測試方法，同時從測量重復性、光譜儀溯源、光譜儀穩定性、光譜儀探頭傾斜角度偏差、光譜儀溫度偏差、光譜儀測量分辨率6個方面對不確定度進行了評定，研究內容為平板顯示器人體工學測量不確定度評定提供了參考。

參考文獻

[1]TCO Certified Generation 9 for displays[S].

[2]ISO13406-2 Ergonomic requirements for work

with visual displays based on flat panels

Part 2：Ergonomic requirements for flat panel

displays[S].

[3]全國人類工效學標準化技術委員會.使用基于平板

視覺顯示器工作的人類工效學要求第2部分：平板

顯示器的人類工效學要求：GB/T 20528[S].北京：

中國標準出版社，2019：11.

[4]全國電子顯示器件標準化技術委員會.液晶顯示器件：

GB/T 18910 [S].北京：中國標準出版社，2024.

[5]全國音頻、視頻及多媒體系統與設備標準化技術委員會.

平板顯示器色域測量方法：GB/T 39848[S].北京：

中國標準出版社，2021：03.