平板顯示技術顯示技術基礎

平板顯示技術顯示技術基礎第一頁，共五十七頁，2022年，8月28日一顯示技術基礎第二頁，共五十七頁，2022年，8月28日Questions:

顯示器是為了如實再現(xiàn)現(xiàn)實世界！1、如何獲得“全彩”顯示？2、如何實現(xiàn)“動態(tài)”視頻顯示？3、如何在顯示器上再現(xiàn)“現(xiàn)實”世界？第三頁，共五十七頁，2022年，8月28日主要內容－顯示技術基礎復習光度學及色度學基本知識，介紹顯示相關基礎知識

1.人眼視覺系統(tǒng)的構造及其基本特性

2.與顯示技術相關的視覺特性

3．光度學、色度學：色度圖、加法混色（同時加色、繼時加色、空間加色）

4.顯示器的主要評價特性

5.顯示系統(tǒng)要求：gamma校正，灰度產(chǎn)生、能耗、亮度、臨界閃爍頻率等

（顯示原理和驅動原理的知識將貫穿于后面各種顯示）第四頁，共五十七頁，2022年，8月28日1、人眼視覺基本特性感光細胞（錐體細胞、桿體細胞）

－rodsareresponsibleforvisionunderscotopicconditions;(200Mrods)暗視覺，不能感知顏色

-conesareresponsibleforvisionunderphotopicconditions.(5Mcones)明視覺，能分辨顏色第五頁，共五十七頁，2022年，8月28日視覺的基本功能光與可見光：

（對光的實際明暗感覺和色彩感覺的描述詳見光度學、色度學）

可見光：380～780nm第六頁，共五十七頁，2022年，8月28日眼球運動與視野人眼中央凹部分，由于沒有引起光線散亂原因的其它干擾性細胞，故其結構是利于得到光學上清晰、鮮明圖像的。為了在中央凹處攝入想看見的圖像，眼睛必須來回動作，將其稱為注視性的眼球運動。觀察二維圖像時：眼球運動主要是與跳躍性運動和隨從性運動有關，此時兩眼的轉動方向是相同的（共同運動）；觀察三維立體對象：還要增加眼球轉動方向左右相反的所謂對視、聚散運動。第七頁，共五十七頁，2022年，8月28日跳躍性運動：當人觀察一個靜止影像時，眼球不會靜止一處,通常停留在一處幾百毫秒完成取像后，移到別處取像，如此持續(xù)不斷，這種運動稱為跳躍性運動(saccadiceyemovement)。研究表明跳躍性運動可以增大對比敏感度，但敏感度峰值卻減少。

隨從性運動：觀察一個運動物體，眼球會自動跟隨其運動，這種現(xiàn)象叫隨從運動(eyepursuitmovement)。這時眼球和物體的相對速度會降低，我們能更清晰地辨認物體。如果我們把眼睛跟著風扇轉動方向轉動，會發(fā)現(xiàn)對扇葉細節(jié)看得較清楚。眼球隨從最大速度為4～5度/秒，因此我們不可能看清楚一顆子彈飛行。

輻輳運動:正前方的物體從遠處移向眼前時，為使其在視網(wǎng)膜上成像，兩眼視軸均向鼻側靠近，稱為輻合；物體由從眼前移向遠處時，兩眼視軸均向鼻側分開，稱為分散。輻合與分散的共同點是兩眼視軸總是反向運動，稱為輻輳運動固視微動：包括顫眼tremor，眨眼flick，漂眼drift.第八頁，共五十七頁，2022年，8月28日2顯示相關視覺特性亮度的感覺視覺的圖像分辨特性視覺的時間特性視覺的空間頻率響應特性色覺機制縱深感覺機理運動的感覺第九頁，共五十七頁，2022年，8月28日視覺的動態(tài)范圍與適應機能日常環(huán)境：晴天直射日光（照度10^5lx),月黑之夜（10^-3lx），我們的眼睛能夠在此范圍內有效工作通過改變瞳孔直徑（約2～8mm，16倍）調節(jié)入射光量只改變瞳孔直徑還不能完全適應實際環(huán)境中的光強度范圍，需要接受光的錐體細胞、桿體細胞共同分擔，改變自身的敏感度以適應光刺激強度。（暗適應性、明適應性）第十頁，共五十七頁，2022年，8月28日視敏度－分辨物體細節(jié)和輪廓的能力距離增加，人眼視敏度下降；(在設計監(jiān)視器、電視等需考慮)亮度增加，視敏度增加：V＝alogI+b物體與背景之間對比度加大時，視敏度提高第十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日視覺殘留光刺激人眼時，作用于視網(wǎng)膜，產(chǎn)生興奮再傳至大腦，需要傳導時間；而且光刺激在眼鏡內所產(chǎn)生的興奮并不隨著刺激的中止而立即消失，會維持若干時間。－－視覺殘留

顯示利用此效應生活中常感受到的動態(tài)模糊，運動殘像也和這個有關。很多電子產(chǎn)品設計利用了這一現(xiàn)象，例如LED數(shù)碼管的動態(tài)掃描，LED旋轉字幕等。

第十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日視覺的時間特性－－臨界閃爍頻率CFF當閃光頻率達到一定程度時，人眼就不再感覺得到閃光，而是感到一種固定的或連續(xù)的光，該頻率稱為臨界閃爍頻率。f>CFF時，眼睛感覺到的視亮度為：

CFF受刺激的強度、刺激的面積、背景光、刺激光的顏色等影響。

NOTE:電視機的場頻為50Hz

電影的放映速度為每秒24幀－>插入黑屏->消除閃爍第十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日時間頻率即畫面隨時間變化的快慢。用亮度按時間正弦變化的條紋做實驗，亮度Yt)=B(1+mcos2πft)。改變m,測試不同時間頻率f下的對比敏感度。

實驗表明時間頻率響應還和平均亮度有關。在一般室內光強下，人眼對時間頻率的響應近似一個帶通濾波器。對15~20Hz信號最敏感，有很強閃爍感，大于75Hz響應為0，閃爍感消失。在較暗的環(huán)境下，呈低通特性，且CFF會降低，這時對5Hz信號最敏感，大于25Hz閃爍基本消失。電腦顯示器亮度較大，需要75Hz閃爍感才消失。閃爍消失后，亮度感知等于亮度時間平均值(塔魯伯法則)。這種低通特性，也可以解析為視覺暫留特性，即當影像消失/變化時，大腦的影像不會立刻消失，而是保留一個短暫時間。第十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日視覺的空間頻率響應特性（1）反映觀察具有某種空間頻率的條紋圖形時，視覺系統(tǒng)的對比敏感度與條紋圖的空間頻率之間的關系。

TOOUTLINE第十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日視覺的空間頻率響應特性（2）用亮度呈空間正弦變化的條紋做測試，亮度Y(x,y)=B(1+mcos2πfx),給定條紋頻率f為一固定值(看作是寬度)，改變振幅m(看作對比度)，測試分辨能力。顯然m越大分辨越清楚，測試不同條件下(不同cpd)可分辨的最少m值，定義1/mmin為對比敏感度(contrastsensitivity)。定義人眼的對空間感覺的角度頻率：cpd:

cycle/degree，表示眼球每轉動一度掃過的黑白條紋周期數(shù)。對給定的條紋，這個值與人眼到顯示屏的距離有關，對于同樣大小的屏幕，離開越遠，cpd越大。

第十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日視覺的空間頻率響應特性（3）通常人眼對空間的感覺相當于一個帶通濾波器。最敏感在2~5個cpd，空間截止頻率為30cpd。我們看油畫和電視機屏幕時，當距離離開一定遠，cpd增大，人的眼睛就分辨不了象素點細節(jié)，便感覺不到顆粒感了。Q:電視與戶外LED屏對象素間距的要求有什么不同？

第十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日3光度學、色度學知識回顧輻射量：光是可被人體視覺感受的電磁波，可用電磁波的物理量來描述，稱為輻射量描述法。光學量：人眼對同等大小的輻射量而波長不同的光的視覺感受是不一樣的，既不同的光對人眼的刺激程度不一樣，用人的這種視覺感受（響應）來表征可見光的量稱為光學量。色度學：以物理光學、視覺生理學和視覺心理學等學科為基礎的綜合性學科。對顏色進行測量和標定的一門多學科的領域?，F(xiàn)在的彩色電視系統(tǒng)的基本色彩設計技術是建立在色度學基礎之上的。第十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日視見函數(shù)表征人眼對不同波長光平均相對靈敏度的函數(shù)，又稱視覺靈敏度，用表示。第十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日

光通量：描述客觀輻通量所引起的人眼視覺強弱的物理量，單位是流明/瓦（lm/W)第二十頁，共五十七頁，2022年，8月28日發(fā)光強度單位立體角內發(fā)出的光通量。均勻點光源單位坎德拉（cd)

1坎德拉是一光源在給定方向上德發(fā)光強度，該光源發(fā)出頻率為540×1012Hz（即波長為555nm）的單色輻射，且在這方向上輻強度為1/683(W/Sr)。Or第二十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日光亮度

為了描述有限大小的光源光通量的空間分布。元面積為dA的光源，在與其法線成角的方向上，在元立體角內發(fā)射的光通量。OTOOUTLINE第二十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日色度學－測色基礎利用測光量來表示基于人們視覺心理的心理物理量的方法。顏色屬性的定量表現(xiàn)方法，簡稱表色。測色－－用基于人們的視覺心理的方法測定顏色表色－－將測試結果定量的表示將表色過程中所采用的一聯(lián)串體系，稱為表色體系。表色體系分為：顯色系－按照所見顏色對顏色進行分類、整理，芒塞爾表色體系混色系－通過光的混色實驗，按照必要的基準色光的混合量，對某種顏色與基準色是否相等作出判斷的表色體系，CIEXYZ表色體系第二十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日顯色系色彩Hue，依照紅、黃、綠等顏色稱謂來進行顏色分類；

-Ex:Red,Green,Blue,Yellow,Cyan,etc.亮度lightness，基于顏色的明暗感覺進行分類；

-Intensitythatlightisreflectedonanobject.

-Ex:White,Gray,Black色品chroma，基于顏色的鮮艷飽和程度進行分類

-Levelofcolorthatisnotdilutedtoawhitecolor.

-Colorwithhighsaturation:clearandactivecolor(Ex:Red)

-Colorwithlowsaturation:fadedorfaintcolor(Ex:Pink)第二十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日第二十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日混色系統(tǒng)混色系統(tǒng)：此系統(tǒng)是根據(jù)論與實驗認為所有色彩都可以由紅、綠、藍色光三原色混合而成，此三原色稱為光的原刺激值；因此在選定色料時，可用儀器量測出色料的三刺激值，使色彩的刺激與顏色的感覺能以定量的方式表達，此三種原色的刺激量即稱為三刺激值（tristimulusvalues）；此表色法目前以國際照明委員會CIE系統(tǒng)最為普遍。

第二十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日若以CIE標準照明體照射在色物體上，并由CIE標準觀測者的配色函數(shù)測色，則此物體的顏色可由下列數(shù)學式獲得。其中P

為標準光源的光能量分布值R

為色物體的分光反射率分布值為CIE配色函數(shù)的三刺激值Δ

為測定值的波長間隔，一般為20nmK為校正因素；其目的是使X,Y,Z三值不受Δ大小影響，而應由P及R來決定第二十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日ColorDisplayX=K

∫S(λ)T(λ)x(λ)dλ380780Y=K

∫S(λ)T(λ)y(λ)dλ380780Z=K

∫S(λ)T(λ)z(λ)dλ380780K=∫S(λ)y(λ)dλ380780100S(λ):SpectraldistributionofstandardilluminantR(λ):reflectanceorpermeabilityoftheobjectK:CoefficientCalculationofthreeacmesThreeacmes第二十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日ColorDisplayCIE1931DiagramCIE1976UCSDiagramx=X+Y+ZXy=X+Y+ZYu’=X+15Y+3Z4Xv’=X+15Y+3Z9Y※UCS:UniformColorSpace第二十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日計算三刺激值第三十頁，共五十七頁，2022年，8月28日CIE色度圖色純度與顯示器的色域范圍第三十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日色度坐標只規(guī)定了顏色的色度，而未規(guī)定顏色的亮度，若要唯一地確定某顏色，還必須指出其亮度特征，也即是Y的大小

第三十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日加法混色混合后亮度增加同時加色繼時加色空間加色第三十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日減法混色混合后亮度減小日常生活中，顏料、油漆等的混合配色是減色法彩色影片的畫面是由黃、青、品紅三種染料按減色法原理構成的TOOUTLINE第三十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日4.顯示器的主要評價特性第三十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日Viewangle視角

－－Aconeperpendiculartothedisplayinwhichminimumcontrastcanbeseen.第三十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日子像素(subpixel)、象素(pixel)Resolution分辨率/解析度

主要取決于液晶屏幕的像素點，不是取決于尺寸.分辨率既可以用規(guī)格代號表示，如VGA和XGA等，也可以用“水平像素數(shù)×垂直像素數(shù)”的數(shù)字表示pixel第三十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日點距Pixel(Dot)Pitch

--Thedistancebetweenonepixeltoadjacentpixelwhichgivesageneralideaofthemonitorsabilitytoproduceimage.點距是指屏幕上兩個相鄰熒光點的距離，點距越小，顯示器顯示圖形越清晰高分辨率不等于高清晰度

分辨率代表電視機表現(xiàn)圖像細節(jié)的能力，一般是用水平和垂直的像素數(shù)來表示；而圖像清晰度是指人眼可以主觀感受到的圖像細節(jié)的清晰程度，它不僅僅是由分辨率的高低來決定的。在顯示靜態(tài)畫面時，圖像清晰度主要受分辨率、亮度等因素的影響；而顯示動態(tài)圖像還要受其它因素的影響，比如電視機的響應時間越長，圖像“拖尾”現(xiàn)象越嚴重，將對圖像的動態(tài)清晰度產(chǎn)生較大影響根據(jù)國家數(shù)字電視高清標準規(guī)定，平板電視的靜態(tài)清晰度必須達到720線以上才能稱為高清電視，而分辨率達到1366×768的電視不一定就是高清電視第三十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日Responsetime響應時間

象素接受到信號后，由白轉黑Tf及由黑轉白Tr所需轉變時間響應時間太長，會出現(xiàn)拖尾或余像，使運動圖像模糊第四十頁，共五十七頁，2022年，8月28日Contrastratio對比度

－指影像主體的視覺效果與其它物體及背景的差別大小，

CR=Lmax/Lmin

－對比度越高，色彩越趨于鮮艷飽和，立體性也較好。反之，對比度低時，色彩會顯得呆板第四十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日ColorSaturation飽和度

色彩的純度，即色彩的鮮艷程度較高的色彩飽和度可使顯示器更加艷麗；飽和度越低時，顏色越趨近灰色。第四十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日色溫ColorTemperature?IfcertainlightisinaccordancewiththetraceofBlackBody,.?CorrelatedColorTemperature:GenerallighthasthecolortemperatureofthenearestpointonblackbodybecauseitsspectraldistributiongetsoutofcompleteradiantbodyanditiscalledCorrelatedColorTemperature.-TVsetcolortemperature:12,000～13,500?K-ComputerMonitor:9,300?K※ExampleofColorTemperature-Glowlamp:3,200?K-Fluorescentlamp:4,500～6700?KColorTemperatureCorrelatedColorTemperatureBlackBody第四十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日ColorGamut?ColorscopecanbeexpressedbytheDisplaySystemItshowswithrelativearearatiowhendrawntriangularareaiscomparedwithNTSCcolorcoordinatesareaconnectingcolorcoordinatesmeasuredonsampleandthevalueofNTSCcoordinatesis100.ColorgamutscopeofNTSCColorgamutscopeofmeasuredsampleColorGamut(%)=

0.1582S×100.

※ExamplesofColorGamutScope

-Personaleyes:morethanabillioncolors-Monitor:1,600,000Color-PhotoFilm:10,000～15,000Color-Print:5,000～6,000Color※NTSC:NationalTelevisionStandardCommittee-NTSCregularhue:WhenR=(0.67,0.33),G=(0.21,0.71),B=(0.14,0.08),theNTSCcolorcoordinatesareais0.1582.-WhenRGBcolorcoordinatesofDisplayareseverally(a1,b1)(a2,b2)(a3,b3),triangularareaofthreepointsisasfollows.

S=1/2〔(a1b2+a2,b3+a3,b1)－(b1a2+b2a3+b3a1)〕TOOUTLINE第四十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日第四十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日FPD發(fā)展技術展望第四十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日5顯示系統(tǒng)要求畫面質量心理評價相關的心理物理量相關的物理量明暗、對比度明暗性亮度光澤對比度畫面質量峰值亮度反差比－－－色調自然性質感色調特性（gamma）動態(tài)范圍視感評價S/N比及MTF量化直線性量化位數(shù)－色彩色彩質量測色學的色再現(xiàn)基準白色記憶色的再現(xiàn)色度分光輻射特性－－精細度分辨率精細度鮮明性最大分辨率－視覺評價MTF點大小、MTF象素數(shù)，畫面尺寸銳度響應特性動作的自然度動態(tài)分辨率視覺的動態(tài)分辨率殘光時間，響應特性幀內保持時間干擾映入反射閃爍感粗糙感失真斑點缺陷等鏡面反射亮度臨界重合頻率CFF視感評價S/N比－－－脈動比S/N比（包括粒狀性）偽輪廓，條狀跳動形狀，大小，數(shù)，位置第四十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日

SmoothInterface

VisualSystem

DisplaySystemHumanFactorsVisualSystemPhysicalParameterEasinessRealisticFatigueAccomodationVisualFieldEye`smovementDisplaySizeViewDistanceLuminanceSensitvityLuminanceAccomodationLuminanceAttractivenessDiscriminationLegibilityColorSensitvityColorAccomodationColor/ChromaticityContrastFidelityReadabilityVisualAcuityMTFSpatialResolutionFidelityStabilityCFF(CriticalFlickerFreq.)TemporalResolutionFidelityNaturalityluminanceRecognitionGreyLevelResolution第四十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日第四十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日5.1gamma校正第五十頁，共五十七頁，2022年，8月28日為什么需要gamma校正？Gamma參數(shù)，描述了光強度或亮度再生的非線性原因1：Considerthemonitorablackbox，顯示器的光強度再現(xiàn)是輸入電壓的非線性函數(shù)

--input:graylevel(pixelvalue)

--output:luminance電視系統(tǒng)，從攝像機攝入圖像到顯示屏再現(xiàn)圖像，要經(jīng)過多個子系統(tǒng)；而，攝像系統(tǒng)和顯