OLED平板电视显示性能测量方法与发展趋势研究

张金怿，陈　宇

(中国电子科技集团公司第三研究所 国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015)



OLED平板电视显示性能测量方法与发展趋势研究

张金怿，陈宇

(中国电子科技集团公司第三研究所 国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015)

OLED电视以其优秀的显示特性得到了专业人士的认可，并在高端市场逐渐推广普及。OLED电视在未来一段时间有极大可能与液晶电视平分秋色。针对OLED平板电视显示性能，结合OLED电视显示原理特点与SJ11348《数字电视平板显示器测量方法》、SJ/T11292《计算机用液晶显示器通用规范》设计了对OLED电视的9项显示性能参数的测试方法并对样机进行了测试，此测试方案设计具有合理性与适用性，在实际测量中得到了良好的应用。

OLED；发展趋势；显示性能；测试方法

OLED全称为“organiclight-emittingdiode——有机电致发光二极管”，是区别于液晶的新一代显示技术，以有机半导体为功能材料。“OLED平板电视”即是以有机电致发光为主要发光技术的平板彩色电视机。

近一两年间OLED显示技术发展迅猛，应用产品占领市场速度较快。今年被行业称为“OLED元年”这意味着OLED显示技术即将迎来发展的高峰期，应用市场推广迅速，普及程度快速提高。OLED显示大屏类消费产品主要为平板电视，而电视作为信息消费的主要产品受到了行业各方和消费者的关注，其产品质量、性能情况以及评价方法也成为了厂商和消费者共同关注的热点。本文就OLED平板电视的显示性能测量方法进行了研究，并对其发展趋势进行分析，提出未来发展可能性观点。

1　OLED显示技术及产业发展趋势

在柔性显示、透明显示等领域AMOLED拥有多项优势，其优越的材料特性与显示性能质量使其成为了引导下一代显示技术进步的方向，从长远看来OLED将成为未来显示的重要发展趋势。OLED产品的市场认知度正在迅速提升，从2014年11月份的24.9%到2015年11月的57%，消费者的认知程度上升了将近1倍。虽然目前OLED电视产品售价较为高端，但随着经济发展预计到2020年“新富阶层”将达到约2.8亿人，占整体人口19%。根据电视更换的周期规律，在全球范围内2004—2006年购买高端电视消费群体以高收入人群为主购买液晶电视，在中国则在2007—2008年以沿海城市高收入人群为主购买液晶电视。考虑到电视更换周期约为8～10年，预计2015—2017年将是高端电视需求增长的高峰。

2015年全球AMOLED产能面积已经达到约990万平方米，2016年更是被行业称为OLED爆发的一年，产能大幅提升、相关配套产品产量提升满足更大的消费需求，市场逐步扩大，全世界范围内诸多电视制造企业加快了OLED相关产品的布局。今年,LGDisplay公司已经在建的第六代柔性OLED生产线，预计月产能7 500片玻璃基板并于2017年投产。另外，LGD在2015年底又投资建设了主要制造OLED面板的P10工厂，P10工厂将建设9世代以上的生产线，应用于大尺寸和柔性OLED市场，预计于2018年投产，建成后将成为全球最大的OLED面板生产线。2018年时全球AMOLED的产能面积预估将增加至1 860万平方米。

然而从另一方面分析，在尚未完全攻克AMOLED生产工艺相关的技术难题而导致的大尺寸成品良品率略低和生产线偏少的现状之下，AMOLED的应用市场会首先在手机、可穿戴等小尺寸领域进行拓展，在取得重大市场突破和生产技术工艺成熟后逐步占领大尺寸市场份额。TFT-LCD与AMOLED预计在十年内还会以并存的方式共谋发展。

2　OLED显示屏特点

OLED材料依次由基层、阳极、有机层、导电层、发射层、阴极组成，如图1所示。空穴和电子分别由阳极和阴极，通过外界电压的驱动越过电极与器件内部界面间的势垒注入到有机材料中。有机发光物质分子受到能量激发后产生跃迁，从基态变激发态。受到激发的分子从激发态再回到基态的过程中会发生辐射跃迁并释放能量，放出光子继而发光[1]。

图1　OLED材料结构图

被动矩阵OLED(PMOLED)与主动矩阵OLED(AMOLED)从驱动方式上将OLED划分为两大类。目前市场上使用范围更广的是AMOLED。

与TFT-LCD相比，OLED在材料特性上具有如下四重优势：第一，相比于LCD的液晶层，OLED显示屏的有机材料层更纤薄轻盈并且具有柔韧性，可用于曲面及柔性显示领域。第二，OLED屏幕依靠独立像素自发光，不需要使用背光系统，可以达到极低的黑场亮度。这一特点使其在高亮度动态范围显示效果上远胜过液晶，而且在耗能和外观设计上比LCD显示屏不仅降低了耗电量也减小了屏幕的厚度。第三，OLED在制造尺寸上更加灵活，较大尺寸屏幕生产简便于液晶。第四，OLED显示屏的可视角度可达到170°以上，不存在类似于LCD显示屏因工作需要阻挡光线而产生的在某些角度上的观测障碍。

但OLED显示屏也存在着一些问题：首先，蓝色有机物寿命较短，影响了整体OLED显示屏的寿命。其次是就目前生产制造水平而言,OLED的制造成本仍旧偏高。最后,OLED还存在着如TFT背板均匀度、OLED全彩化等工艺上的难点，有待进一步发展并解决。

3　OLED平板电视显示性能测量方法

根据《数字电视平板显示器测量方法》标准要求，对标准工作状态条件下的1台OLED平板电视样机进行亮度、亮度均匀性、黑场亮度、黑场均匀性、对比度、色域覆盖率、灰度等级、清晰度、亮度可视角、对比度可视角等9项性能参数测量并进行评价。上文所述标准工作状态是指，将电视机的图像设置为出厂设置的初始状态，并将环境光控制和动态背光设置置于关闭状态，将电视机幅型比设置为全屏显示模式或重显率最高模式，令电视显示状态能够清晰分辨极限八灰度等级信号的极限状态[2]。

3.1有用平均亮度与黑场亮度

亮度的物理定义是表示发光体或者反光体表面发光(或反光)强弱的物理量，单位是cd/m2或nits，表示的是在观察光源的方向上的光强与人眼所“见到”的光源面积之比，即单位投影面积上的发光强度。人眼感知亮度的能力与亮度大小相关，图像越亮人眼的视觉敏锐度越小，分辨图像细节的能力越强。因此对于电视显示来说，在显像端要求图像有一定的亮度这样图像显得清晰、透亮。但是这并不意味着亮度越高的产品就越好，有时电视画面过亮往往会引起人眼不适，引起眼睛的视觉疲劳。不仅如此，亮度过高也会使得图像纯黑与纯白的对比降低，影响色阶和灰阶的表现，从而影响整体显示效果。

首先，电视机显示屏输出全白场信号，将亮度计放置在与电视机显示屏中心垂直正交且与显示屏的距离为3倍显示屏高度的位置上，测量P0点的亮度值，如图2所示，得到的实测值为有用平均亮度[2]。

图2　亮度、亮度均匀性、色度均匀性测量点

3.2亮度均匀性

亮度均匀性就是指亮度的均匀程度，亮度均匀性也是显示性能参数十分重要的指标之一，对亮度均匀性的测量就是在所定位置上测量信号在电视机显示屏中心的亮度与显示屏边缘亮度之间的变化量。对于液晶电视来说，亮度均匀与否和背光源与反光镜的数量与配置方式密切相关，然而目前在大多数的液晶电视产品规格说明书中通常并没有做出标注。虽然OLED电视独立像素自发光不需要背光源参与，但仍需评价其整体画面各部分亮度均匀程度，画面亮度均匀、无明显的暗区说明产品品质尚佳。

亮度均匀性计算公式为

(1)

式中：i是1，2,3,…，8点中的任意一个点数。

用式(1)计算亮度均匀性Pi′。

图3　测量位置图

3.3黑场亮度与黑场均匀性

黑场亮度与亮度测量方法、测量状态相同，黑场均匀性与亮度均匀性测量方法、测量状态相同，区别在于测试信号使用全黑场信号。

3.4对比度

对比度体现了显示器重显图像灰度的能力，图像对比度越大视觉锐度越小，产品的对比度越大重显图像的层次就越多，显得图像层次分明、清晰透亮。

将黑白窗口信号输出到电视机显示屏，在与电视机显示屏中心垂直正交且与显示屏的距离为3倍显示屏高度的位置上，分别测量图4中所示的L0，L1，L2，L3，L4点的亮度值。或者在测试位置距离显示屏为3倍显示屏幕高度的位置，如图 4所示，用亮度计分别在与图4中L0，L1，L2，L3和L4点的垂直正交线上，测量L0，L1，L2，L3和L4各个点的亮度值，并用下式计算对比度[2]

由式(1)可知,为了实现对反映陀螺转动的直流信号的检测,需要通过低通滤波器滤除二倍频分量,得到直流分量。常规一阶直接Ⅱ型滤波器结构如图3所示[6],Z-1为延时单元,一个延时单元即为一阶滤波器单元,由系数a(1),a(2),b(1),b(2)来确定滤波器的响应,令a(2)=-1+1/K,b(1)=0,b(2)=1/Ka(1)=1,K=2N,N为正整数,则滤波器时域可表示为:

Cr=L0/Lbw

(2)

式中：Lbw为L1，L2，L3，L4的平均值。

图4　对比度测量点

3.5色域覆盖率

色域覆盖率是电视机所显示的色域面积，占CIE1976UCS均匀色度空间全部可见光谱(从380nm至780nm)所对应面积的百分比。色域覆盖率越高,图像色彩表现越丰富，画面呈现效果更加鲜艳。

(3)

(4)

多元色电视机多边形的面积S可由多边形的各三角形面积之和计算[2]。

图5　平板显示器测量设备方框图

3.6灰度等级

图像亮暗之间不只是白和黑，最亮到最暗之间有不同亮度的层次级别，层级越多所能够呈现的画面效果也就越细腻。将基色灰阶信号输入到电视机，分别在最优图像模式下和其他各种不同图像模式下调整对比度及亮度至适当位置，观测规范灰度等级图样进行主观评价。

3.7清晰度

图像清晰度是表示人眼观察电视屏幕上图像清晰、细腻的程度。清晰度表示沿水平和垂直方向人眼所能分辨的最大线数，同时图像清晰度也与图像分辨力等相关。测量方法采用主观法观察评测电视的垂直和水平的清晰度，用复合测试图的楔形电视线来表征。测量过程中对于不同固有分辨力的电视机采用不同的幅型比。对于固有分辨力为1 920×1 080的电视，输入信号为高清晰度视频信号，应将电视机幅型比调整为16∶9，在重显率达到100%时，观测显示图像的楔形线簇；对于固有分辨力小于1 920×1 080的电视，输入信号为标准清晰度视频信号，则应调整电视机的幅型比，使其重显率至少为95%时，观测显示图像的楔形线簇；如果被测设备多种幅型比状态下重显率均>95%时，则应记录其幅型比及重显率，在各个状态下都进行评测并且记录下电视机正确显示楔形线对应的刻度值。

3.8亮度可视角与对比度可视角

观看位置改变看到的电视重现图像的亮度、对比度、图像层次感以及图像颜色随之发生变化，偏离屏幕垂直中心位置角度越大，图像变化越严重，甚至看不清楚，图像颜色也会发生严重畸变。因此，在观看电视时需要规定一个适宜观看的角度范围，这就是可视角范围。

亮度可视角以3倍显示屏高度为半径水平或垂直移动亮度计，寻找显示屏中心点的亮度为亮度1/3时的水平可视角和垂直可视角的组合。亮度计位置及移动路径如图6和图7所示[2]。

图6　额定观察位置

图7　可视角的测量

当电视对比度最大，亮度调至最佳时，调整电视的上下、左右角度测量相应的对比度。对比度不小于10时所对应的水平和垂直视角的最大角度组合即为对比度可视角[3]。

4　小结

由本次样机测量结果与国家广播电视产品质量监督检验中心日常测试数据库平均值比对看出，OLED电视机显示性能优越，亮度均匀性优于液晶平均水平34%；黑场亮度即漏光，优于液晶平均水平89%；色域覆盖率优于液晶平均水平6%；视角优于液晶平均水平47%；响应时间等常规测试参数，均远优于液晶产品的平均性能。除此之外，OLED电视机可辨灰度等级极高，在分别输入256级灰阶信号、基色灰阶信号，OLED电视机的可辨灰度等级达到126级，而部分液晶产品的灰度等级只能达到20级，红绿蓝可辨灰度等级分别

达到96、108和84级，表明OLED电视机在显示图像时层次分明，细节明晰，图像还原性高。另外，OLED电视机的立体色域也较高，这表明在不同的亮度条件下，OLED产品都能保持颜色鲜艳，色彩表现力优异。

OLED电视机以其突出的色彩表现力和层次分明的细节展现力带给观众更好的观看体验。OLED显示技术以其优异的显示性能、独特的发光原理、柔韧的材料特性不断拓展应用范围，在交通、商业、通信、工业、计算机及消费等领域得到了广泛应用，领导新一代显示技术发展。

[1]于军胜，田朝勇.OLED显示基础及产业化[M].成都：电子科技大学出版社，2015.

[2]SJ/T11348，数字电视平板显示器测量方法[S].2006.

[3]SJ/T11292，计算机用液晶显示器通用规范[S].2003.

张金怿(1989— )，女，本科，主要从事平板显示产业与技术发展研究；

陈宇(1989— )，本科，从事产品整机性能检测、测量标准及方法的研究与操作。

责任编辑：闫雯雯

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

文献引用格式：张金怿，陈宇.OLED平板电视显示性能测量方法与发展趋势研究[J].电视技术，2016，40(8)：48-51.

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