基于显示器亮度提升对强光对比率的影响研究

袁烨 潘立豹 李静 陈彬 朱礼

摘 要：本文实验研究了提升显示器亮度对强光对比率的影响，选取了一种典型的显示器（镜反1%、漫反0.1%），分别测试了水平视角-15°、-30°、-45°、-60°、15°、30°、45°、60°条件下不同亮度下的强光对比率和垂直视角-15°、-25°、15°、25°、45°条件下不同亮度下的强光对比率；通过对测试数据的分析，得出了针对典型的显示器亮度从636cd/m2调节到1200cd/m2，单位亮度对强光对比率的贡献非常明显，可以通过提升亮度提高强光度比率；亮度1200cd/m2以上，单位亮度对强光对比率的贡献非常低，提高显示器亮度无法达到增大强光对比率的影响。

关键词：显示器；强光对比率；亮度；反射

中图分类号：O436 文献标志码：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，直接暴露于强烈的阳光环境中，尤其是开放式座舱，阳光亮度可达30000 cd/m2。机载显示器表面存在的漫反射和镜反射会产生很强烈的环境光，一般可达（100～200） cd/m2。因此会导致下列现象的发生：液晶显示屏显示的信息泛白，清晰度与可读性下降；强烈的眩光会使飞行员产生目晕。为了保证在强光照射环境中显示图像具有足够的清晰度，能够为人眼所分辨，机载液晶显示器必须具有足够高的对比率。强光下LCD的对比率定义为：

CR=（LON+Lrefto）/（Loff+Lreftf） （1）

式中：LON为LCD白屏亮度，Loff为LCD黑屏亮度，Lrefto为LCD白场反射亮度，Lreftf为黑场反射亮度，强光环境下，Loff ? Lreftf、LON，因此推到理论时可以忽略不计。（1）式转化为下式

CR=（LON+Lrefto）/ Lreftf （2）

（2）式可以看出，实现强光可读、提高CR可以通过两种途径，减小Lreftf和增大LON，即降低表面反射亮度和提高白屏亮度，我们所研究的重点就是提高白屏亮度对提高强光对比率CR的影响。

1 试验方法

1.1 样品选择及试验装置

实验在暗环境下进行，选取了一款代表性的显示器（下文简称显示器），镜面反射为1%，漫反射为0.1%；测试装置采用表面反射和高亮环境对比率（HACR）测量装置如图1和图2所示。本次测试平台镜面入射光源、模拟太阳直射的漫射光源色温为3000K～5000K，亮度分别为2000fL、10000fL（对应照度107640Lux，以到达漫反射标准白板上的亮度为准），预热时间15min，与待测物表面的法向分别成30°、0°，亮度计放置在与镜面光源成镜向的位置、距离待测物表面为36′′，在此过程中两个光源入射光斑和亮度计保持共面，亮度计所用的测量孔径角为0.2°。

镜反或漫反时须将另一光源遮挡或关闭，亮度计的测量孔径应分别位于镜面入射光斑、漫射光斑的中心。

显示器某一方向HACR时，两个光源同时打开，它们和待测显示器的相对角度、距离应保持不变，仅通过转台调节角度来测量，也即亮度计在不同角度处测量显示器表面反射的亮度。测量显示器其他方向或全部视角范围的HACR，可通过旋转显示器来完成，使得两个光源、亮度计始终位于显示器表面法向的左侧、右侧，亮度计接收光的方向与液晶屏的视角保持一致即可。

30°测量时应让两个光源的光斑重叠区域尽可能大，应保证落入视场内的积分球光源开孔覆盖亮度计测量孔径的3倍以上，而且测量孔径应位于重叠区域的中心。

由于两种光源体积较大，漫射光源位于待测显示器表面的法向，亮度计无法准确测量恰好位于法向或附近角度的亮度，为了探讨提高产品亮度对强光对比率的影响，显示器亮度分别取186fL、245fL、305fL、364 fL、426 fL，本研究分为以下进行：

①水平视角-15°、-30°、-45°、-60°、15°、30°、45°、60°条件下不同背光亮度强光对比率的变化趋势。

②水平视角-15°、-30°、-45°、-60°、15°、30°、45°、60°条件下不同亮度变化下所对应的强光对比率的变化趋势。

③垂直视角-15°、-25°、15°、25°、45°条件下不同背光亮度强光对比率的变化趋势。

④垂直视角-15°、-25°、15°、25°、45°条件下不同亮度变化下所对应的强光对比率的变化趋势。

1.2 执行标准及计算方法简介

执行标准：国军标GJB5187—2003&GJB1394;—1992（同美军标MIL—L—85762A&MIL;—STD—3009、MIL—HDBK—87213A）。

HACR测量重点参考上述3个美军标，计算方法如下：

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

（3）式CR （θ）表示亮环境下视角为θ时的强光对比率。

△CR=（CR -CR前）/CR前 （4）

CR前代表前一个亮度下的对比率。

1fL=3.42cd/m2。CRduibi=△CR /203，其中203为亮度变化等级，单位为cd/m2。CRduibi是指單位亮度对比率变化率，也就是显示器亮度从186fL变化到245fL、245fL 变化到305fL、305fL 变化到364 fL、364 fL 变化到426 fL，变化幅度为60fL，通过公式转换，60fL=203cd/m2。

2 结果和分析

通过图2可以得知：水平视角内，通过提高产品亮度，强光对比率也不断增大，但随着产品亮度不断增大，特别当显示器亮度达到1200cd/m2以上，对比率增大速率明显放缓，增加效果不明显。

通过图3可以看到，水平视角下，亮度从364fL（1244cd/m2）变化到426fL（1456cd/m2），CRduibi变小，反映1200cd/m2亮度以上通过提高产品亮度提高强光对比率效果不理想。

图4反映：水平视角内，通过提高产品亮度，强光对比率也不断增大，但随着产品亮度不断增大，当显示器亮度达到1200cd/m2，△CR达到最大，出屏超过1200cd/m2，对比率CR增大效果不明显。

图5反映，垂直视角内，亮度从364fL（1244cd/m2）变化到426fL（1456cd/m2），CRduibi变小，反映1200cd/m2亮度以上通过提高产品亮度提高强光对比率效果不理想。

结论

通过上述分析，无论是水平视角还是垂直视角范围，针对典型显示器（镜反1%、漫反0.1%），得出了针对典型的显示器亮度从636cd/m2调节到1200cd/m2，单位亮度对强光对比率的贡献非常明显，可以通过提升亮度提高强光度比率；亮度1200cd/m2以上，单位亮度对强光对比率的贡献非常低，提高显示器亮度无法达到增大强光对比率的影响；该结论对显示器通过提高产品亮度对强光对比率的影响有重要的技术支撑。

参考文献

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[2]张永栋，徐琼，李曙新.强光下可视性的光学性能匹配设计与实现[C].中国平板显示学术会议，2006.

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