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1、广播级液晶监视器的光学色度测试杨盈昀 章文辉张 一中国传媒大学中仪索尼技术服务中心此本文讨论广播级液晶监视器的光学色度测试问题。【提要】 目前，液晶监视器正逐渐走进电视演播室，成为监视与定性监测电视图像质量的设备之一。那么，这 些广播级液晶监视器的色度性能究竟如何，因为液晶显 示器的显示原理与 CRT 显示器不同，相应的测试方法 又应该是怎样的，本文就这些问题进行了探究。先介绍 了广播级监视器的光学色度要求，分析了液晶显示器件 的基本工作原理及色度显示特点后，探讨了液晶监视器 光学色度测试方法，最后给出并分析了实际的测试结果。2 广播级监视器的光学色度要求在我国的行业标准 GY/T 11-09
2、2广播用图像监视器技术要求中，对于监视器光学色度要求有两项：白场色度不均匀性与基准白（D ）的色坐标误差2，没有三基色坐标的65误差要求。在该标准中，要求：一级、二级和三级彩色监视器的白场色度不均匀性的 x 和 y 误差值分别小于 0.00 6、0.008、0.01,基准白（D ）的 x 和 y 误差值同样分别小于650.006、0.008、0.01。【关键词】 液晶监视器 三基色坐标广播级监视器欧广联的技术标准 Tech. 3213-：EE.B.U. STANDARD色域TFT-LC显D 示器件FOR CHROMATICITY TOLERANCES FOR STUDIO MO(EBU演播室监
3、视器色度容限标准)中，提出了三基色坐标的 误差范围1。现在，国标中基准白及三基色的坐标如表 1 所列。在 Tech. 3213-标E准中，规定的三基色坐标的误差范 围如表 2 所列，将其画为图形如图 1 所示。表 2中三基色坐标是利用 CIE1960的色度系统，其中 u、v 坐标与 x、y 坐标的转换关系如下：u=4x/(-2x+12y+，3v)=6y/(-2x+12y+3)1 引言目前，液晶电视正以它真正意义上的“纯平面”、轻薄便携、低功耗与低电磁辐射等优势受到越来越多用户的喜爱。 虽然液晶电视还存在一些弱点，比如响应速度慢、重现色域 小、价格昂贵等，但随着技术的发展与 LCD性能的完善，这
4、 些弱点已经比原先有了很大提高，它的应用领域也逐渐扩 大。现在，一些专业的广播电视开发商也已经开发研制出适 用于广播电视制作用的液晶监视器，而且一些电视台也开始 使用这些监视器。监视器是电视节目制作与播出系统中最直观的监测设 备，监视器质量好坏直接关系和影响到电视节目制作和播出 质量。在节目制作过程中，监视器颜色的变化将影响节目制 作人员对制作的节目颜色的正确判断与调节。因此，有关国 际标准组织提出了有关色度容限的标准。那么，这种广播级 液晶监视器的色度性能究竟如何，而且，由于液晶显示器的 显示原理与 CRT显示器不同，相应的测试方法又应该是怎样 的。本文将就这些问题进行探讨，并分析对现有广播
5、级液晶 监视器的色度测试结果。监视器的色度测试分为光与电性能的色度测试。因为液 晶监视器电性能色度测试方法和指标与 CRT监视器相同，在但几乎所有的液晶显示器件都可以认为是由两片光刻有导电电极的玻璃基板，支持一个液晶层封接而成的一个盒构成，称为液晶显示屏。有多种类型的液晶显示器件，如 TN（扭曲向列型）（超扭曲向列型）、TFT（有源矩阵薄膜晶体管型）液晶器件等。现在用于电视领域的液晶显示器件一般是TFT下面，以 TFT液晶显示器件为例来介绍液晶显示器工作原理。TFT液晶显示器件由背光板、偏光板、玻璃驱动电路、液晶层、滤色膜（片）等组成，如图 2 所示晶本身并不能发光，需要外加光源。因此，液晶显
6、示器背光板，使用灯管作为背光光源，通过辅助光学模组和层对光线的控制来达到较为理想的显示效果。偏光板具隔垂直光波的功能，是由一片起偏片和一片检偏片组当旋转起偏片和检偏片的相对角度，会发现随着相对角不同，光线的亮度会随着改变。当起偏片和检偏片互相时，光线就完全通过；当起偏片和检偏片互相垂直时，就完全无法通过了。液晶显示器利用偏光板这个特性，下起偏片和检偏片互制成的偏光板之间充满液晶，这样液晶器件做成液晶盒结构形式时，密封的两片基片之间很薄的液晶层，再利用电场控制液晶分子转动，来改变的行进方向，如此一来，不同的电场大小，就会形成不阶亮度了。在 TFT液晶显示器件中，下部夹层的电极为FET晶上层为共同
7、电极。在光源设计上，TFT的显示采用“背照射方式，即假想的光源路径不是像 TN 液晶那样的从下，而是从下向上，这样的做法是在液晶的背部设置类光灯的光管。光源照射时先通过下偏光板向上透出，它助液晶分子来传导光线，因为上下夹层的电极为FET电共通电极。在 FET电极导通时，液晶分子的排列状态会改变，再通过遮光和透光来达到显示的目的。而且，由晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的分子会一直保持这种状态，直到 FET电极下一次再加电其排列方式。这是 TFT液晶屏的优点。3.2 液晶显示器件色度显示特点在显示彩色时，每个像素由三个液晶单元格构成，每一个单元格前面都分别有红色、绿色或蓝色的过滤器
8、样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同色。如图所示，在显示黄色时，红色和绿色单元格的通过屏幕，蓝色单元格的光线截止。由此可见，液晶颜显示由光源、背光板、偏光板和彩色滤光片决定，即这配的光线才能够穿透液晶显示器件，因此，通过的光线极化方向是一致的。图是一种液晶监视器显示黑白画面的像素 结构图，左边显示的是白色，放大后清晰可见由竖条状的红 绿蓝三种颜色的光束组成，右边是黑色。另外，画面色度的均匀性与辅助光学模块（背光板等）有 很大关系。液晶显示器的亮度取决于背光光源和显示器所用 的液晶材料透光性。一般来说，生产商主要通过增加灯管数量和优化显示屏的内部设计来提高液晶显示器的亮度。4 液晶监
9、视器光学色度测试方法无论哪一种显示器件，从图像成像显示的最终结果来看，都需要人眼观看，因而图像颜色的测量也就需要基于人 们的视觉心理来测定。目前，国际上测量传统的 CRT显示器 件的色度是依据国际照明委员会（CIE）所规定的色度坐标体 系，它是大量人眼视觉特性测试实验的结果，符合人们观看 图像时的视觉心理特征。因此，测试平板显示器件的色度性 能可以同样沿用这套表色体系。从需要测试的光学色度指标来看，应该同样满足前面介绍的对监视器光学色度的要求。因此，根据我国的行业标准广播用图像监视器技术要求以及欧广联的技术标准Tech.3213- E：E.B.U.STANDARDFORCHROMATIC TO
10、LERANCES FOR STUDIO MONI，T监OR视S器光学色度的测试项目包括：白场色度不均匀性、三基准白（D ）的色坐65标以及三基色坐标。测试液晶监视器光学色度性能的仪器依然是彩色亮度计-表4 测试结果注：误差值为最大值减最小值。级彩色监视器的要求。分析其原因，主要是 LCD监视器采用背光光源，布光均匀性 还不够，当然还有液晶器件本身的制作工 艺等问题。5.3 LCD显示器与 CRT显示器的光谱分布 在测试时，还观察到 LCD显示器与CR T显示器的光谱分布还有较大的区别。 图 9为绿色的光谱分布，图中（a）为CRT 显示器的光谱分布，(b)为 LCD显示器的光 谱分布。可见，CR
11、T显示器的光谱分布更 接近人眼的视觉特性，为连续的光谱，而 LCD显示器的光谱分布离散、不平滑。这 是前面提到的测试 LC D显示器时最好用分光辐射仪测试的原因。6 结论通过分析及实验得知，由于液晶显示器的光谱不平滑而且采用偏光板，因此建 议采用分光辐射仪测试液晶显示器并采取 前面介绍的其它措施。从测试色度性能来 说，测试液晶显示器与 CRT显示器的测试项目与测试步骤一样。 从测试结果来看，虽然样本液晶监视器的色域还没有满足欧广联对演播室监视器的要求，但已经很接近，总色域面 积基本等于专业级监视器的色域。样本液晶监视器的基准白（D ）的x和 y误差值基本满足二级彩色监视器的要求，差距65较大的
12、是白场色度不均匀性。 从目前来看，液晶监视器的色度指标还有待于进一步提高，但应该看到曾经是液晶显示器件“软肋”之一的色域问 题已改善很多；而且液晶显示器巨大的市场需求也将推动其 技术的快速发展，相信液晶监视器的性能将很快达到一级广播级监视器的要求。点划线连成的三角形区域表示 CRT显示器的色重现域，虚线连成的三角形区域表示 LCD显示器的色重现域。该系统采用 CIE1960的色度坐标系，水平方向为 u轴，垂直方向为 v轴。 可见，以上样本的 CRT显示器和 LCD显示器的色重现域均小 于标准 PAL-D制的色域，但这两种色域的范围差距不大。图 5、图6和图7分别为放大红、绿、蓝三基色坐标，其
13、中四边形为欧广联Tech. 3213-规E定的三基色容限范围，黑 色线条表示的是 LC D显示器的三基色坐标域，圈表示的是 CRT显示器的三基色坐标。可见，LCD显示器的蓝色色坐标 偏离标准的色坐标较明显，而 CRT显示器的红色色坐标偏离 标准的色坐标一点。5.2 白场色均匀性测试根据 Tech. 3273-建E议的测试方法，白场均匀性的测 试信号为峰值白电平为 700mV的白电平与 0mV的黑电平，光 调整为中心位置在80cd/2m的亮度。白电平的位置共9个，如 图 8 所示，每个点的大小为 0.15H。实际测试时，由于条件限制只测试了 5 个点，即只测试 了图 8 中的 1 到 5 点。表
14、 4 为测试结果。从表 4 可知，以上样本的 LCD监视器的白场不均匀性没 有达到我国标准 GY/T 11-092广播用图像监视器技术要求建议的三级彩色监视器的要求，而 CRT显示器能达到一参考文献1 T e c h . 3 2 1 3 - E : E . B . U . S TA N D A R D F O R CH ROMATICI TY TOLE RANC ES FOR STUD IO MONITORS2 GY/T 11-092: 广播用图像监视器技术要求3 大石 严， 田丰彦、田村 彻主编.显示技术基础.北京：科学出版社4 Tech. 3273-E: E.B.U. METHODS OF MEASUREMENT OF THE COLORIMETRIC PERFORMANCE(收稿日期：2005-09-06)
