1.前言

　　自LED诞生以来，其发光效率和发光强度发展十分迅速。LED的主要应用领域包括交通信号灯、灯饰、全彩LED显示屏、汽车车灯、背景光源和白光LED固体照明。由于红色LED发光强度最高可接近10,000mcd一般产品大于1，000mcd,绿色LED发光强度最高可接近8,000mcd，蓝色LED发光强度最近也得到了很大提高。因此对于室外全彩屏亮度一般均可达到5,000cd/m2以上。而液晶电视(LCD),等离子电视(PDP)和显像管电视(CRT)最高亮度只能达到几百cd/m2，DLP的亮度更低。而且LED显示屏还具有可靠性高，驱动电压低，寿命长，响应速度快等。因此LED用于室外大屏幕是其它显示设备所无法比拟的，全彩色高亮度LED大屏幕显示屏已广泛应用于金融、证券、交通、机场、铁路、体育场、商业广告和邮电等各个领域。

　　在二十世纪八十年代中期就有多色和单色显示屏问世，最初是文字屏与动画屏。从九十年代初电子计算机技术和集成电路技术的发展，使得LED显示屏的视频技术得以实现。

　　LED与白炽灯和荧光灯相比有若干优势，它更小型(晶体可切成比笔尖还小的正方体)，更轻便，更坚固(没有玻璃壳);低能耗(耗电可低到白炽灯的十分之一)，寿命长(是普通灯泡寿命的十几倍)。LED将引发一场白炽灯问世以来的新光源，在二十一世纪会深刻地影响社会、经济和文化，也会影响艺术和其它艺术形式，例如新建的高科技大厦都采用LED作装饰，夜晚看来整个大厦轮廓鲜明，并给人一种流光飘逸的感觉。

　　LED的高亮度使其在室外大屏幕中占有优越的位置。美国时代广场的纳斯达克全彩屏，面积为120英尺×90英尺，相当1005平方米，由1900万只超高亮度、红、绿、蓝色LED制成。

　　2. 天津光电星球LED显示屏的最新进展

　　2.1逐点可调和更正技术的采用，能调整和更正每一LED的亮度和色度,极大改进了显示屏图像的一致性。

　　2.2模块化设计消除了对于显示屏的形状尺寸及高宽比上的。

　　2.3每一像素中的红、绿、蓝LED都可以控制，实现完美的视觉效果。

　　2.4无可比拟的亮度，使得图像即便在室外太阳光的直接照射下也显得更加清晰逼真。

　　2.5 远程无线LED信息发布系统应用于小区LED显示屏

　　光电星球公司运用远程无线 LED显示屏 信息发布系统为某传媒公司安装300多块室外10000点LED显示屏，该显示屏现主要应用于天津商业居民区，实现画面同步控制的播放, 每日实时气象预报，出行参考，健康饮食等一系列服务于小区业主的信息，成为现代化新型小区的典范。

　　LED-200搭建远程无线 LED显示屏信息发布系统，利用其可以搭建一个无需安装布线、通讯实时、费用低廉的远程无线LED信息发布系统，并在出租车、公交车、以及小区广告牌等得以广泛应用。

　　2.6圆弧型LED全彩色电子显示屏

　　天津光电星球公司为满足国外用户LED显示屏的技术要求，近日成功设计出国内首创名符其实真正意义的圆弧型显示屏，显示屏圆弧半径为470mm，圆心角为5.625°，将安装在相邻两面墙上的LED显示屏连接成一个完整的显示屏。该显示屏改变了传统LED显示屏发光二极管的排列方式，同时改变了信号的显示方式。将通用的信号水平传输方式，改变为垂直信号传输方式。圆弧型显示屏的关键技术在于减少单元显示板的曲率、提高防水性能及视角的连续性。该圆弧型显示屏单元箱体采用全数字化机床加工，保证了设计精度要求。目前该显示屏现已出口到国外并完成安装，其良好的视觉效果受到用户一致好评。 

宁波宁海发电厂行政办公中心室内全彩圆弧屏15625点/平米，共5.24平米

　　2.7 点间距3mmLED全彩色电子显示屏

　　天津光电星球公司继2006年推出点间距6mmLED全彩色电子显示屏后，近日又成功研制出点间距3mmLED全彩色电子显示屏。产品采用德国OSRAM公司最新推出的LATB R98G表面安装三合一发光二级管，成功解决了高密度LED显示屏的散热问题，在机贴及回流焊接等工艺方面均有所创新。显示及驱动板均采用4层PCB板，采用恒流源驱动技术，水平视角120°，垂直视角120°，刷新频率≥480Hz。单元板像素排列为32行×32列、物理尺寸为95.8mm×95.8mm，基本箱体宽高比为4：3，可以拼接为16：9的显示画面，像素点密度111111点/m2，可以同光电星球的LED显示屏控制系统相连接，该显示屏的研制成功填补了国内空白，是目前国内像素密度最高的LED显示屏。

　　2.8山东高速可变情报板LED双色屏

　　3.LED显示屏的颜色重现及有关的视觉特性

　　颜色分为光源色、反射色和透射色。反射色和透射色又合称为物体色。LED显示屏与CRT阴极射线管、PDP等离子电视等显示屏同属于光源色，因而有相同的特性。

　　3.1同色异谱

　　按照三原色原理，用红、绿、兰三基色可以混合出各种色相的颜色。根据人眼具有同色异谱的视觉特性，对于千变万化的彩色景象，无须按其光的波长强度的真实分布加以传送，而只要传送组成该色的三种基色分量，就可以完全等效地呈现原有的彩色景象。色度彩色还原(Colorimetric Color Reproduction)是评价LED彩色显示屏颜色质量的依据，准确测量LED显示屏的三基色度值，以及在此基础上对颜色质量做出科学的评定是制定相应规范和标准的前提与关键。色度彩色还原也是实现优美彩色还原(Preferred Color Reproduction)的重要技术基础。

　　3.2空间混色

　　由于人眼可以将彼此相近的不同颜色小单元看成是某一种综合而成的颜色。相距很近的红、绿、蓝三个小基色光点，人眼在距他们较近的地方是能够分辨这三个有色光点各自的色调;但如果与这一组光点距离一定远以后人眼就觉得似乎是具有某种色调的单一光点，其色调决定于这三个基色小光点的相对强度，而不再能被看出三种基色的光点了。利用人眼的这一生理特性实现相加混色的方法称为空间混色法，彩色电视显像管上的彩色显示，就是利用空间混色法来实现混色。在彩色显象管的荧光屏上规则地排列着红、绿、兰荧光粉小点。点子间距约为0.3mm，此间距对于2米以外的观察者所张的视角不到0.6分，因而小于人眼的最小分辨角(1分)，小于视网膜上一个锥体细胞的面积，超越了视觉的空间分辨能力，因此三个荧光点的颜色虽然在客观上占不同的空间位置，但在视觉效果上仍属于同一空间面积，同时刺激视网膜，它们便混合成一个颜色。

　　所有的评定和客观测量均应在实现空间混色效应的距离下进行，SJ/T11281-2007“发光二极管(LED)显示屏测试方法”规定：显示屏白场色度坐标中光探头采集范围不得小于16个相邻像素，为此应使用含有3°或2°大视场角的彩色亮度计，其工作范围应达到几千尼特以上，以适应各种显示屏的物理点间距，最好使用视场立体角可调的亮度计和彩色亮度计。

　　LED屏幕像素物理点的间距远大于彩色显象管CRT和液晶电视LCD、等离子电视PDP物理点的间距，而单位面像素的物理密度又远小于上述三者。在近距离观看时仍能看到红、绿、兰发光点，形成不了空间混色，不能做出正确的评价。因此在远距离才能产生空间混色效应。在此基础上才能对彩色复现做出正确的评定。 

3.3对LED显示屏颜色重现的测量与评定

　　对LED显示屏颜色的评定内容包括确定LED显示屏白场色度坐标及宽容范围和对三基色主波长的测量与评定。应包括对显示屏色域覆盖率的测量与评定。对LED显示屏颜色的评定的方法应包括用仪器的客观色度测量与相应的评定。这是确定优秀彩色重现LED显示屏的重要依据。

　　应科学准确表达LED屏幕色度，应该指出色温是很狭窄、很局限的概念，它仅能表达热辐射光源如白炽灯的色表。不应当用色温来描述非热辐射光源如荧光灯、高压钠灯和LED的色表，因为它们的光谱功率分布与黑体辐射相差很大，色度坐标并不落在黑体轨迹上，相关色温只能粗糙地表达气体放电光源的颜色。实验结果证明等色温线上各点并不等色，用色温一维数据无法在色域图平面上确切表明其相应位置，应该用色度坐标两维数据确切表达其在色域图中的位置。在必须使用色温一词时，应同时注明与普朗克轨迹的距离。

　　4.应选择适用于LED屏幕发光特性的彩色亮度计测试和调试屏幕色度，这是取得正确合理的白场色度宽容范围和提高LED屏幕颜色质量的前提与关键。

　　著名数学家王梓坤在科学发现纵横谈一书中指出：“科学研究需要多种才能，制造仪器之才，观察实验之才，抽象思维之才等”王梓坤是一位数学家，数学是推理性的科学，但他也把制造仪器之才列为首位，可见科学仪器在人类全部科学实践中的重要作用。使用科学仪器是人类走向现代文明的先锋与基石。从事夜景照明和LED应用与研究的科学工作者虽不一定要有制造仪器的才能，但一定要有在自己的领域里根据不同场合正确选择和积极使用仪器的能力。

　　4.1根据LED显示屏的特点选择合适的测量仪器及制定测量方法

　　所有的评定和客观测量均应在实现空间混色效应的距离下进行，在测量显示屏白场色度坐标中光探头采集范围不得小于16个相邻像素。由于各种显示屏的物理点间距与物理密度不同，因此应使用视场立体角可调的亮度计和彩色亮度计，并应含有3°或2°等大视场角，其工作范围应达到几千尼特以上。

　　LED屏幕像素物理点的间距远大于彩色显象管CRT和液晶电视LCD、等离子电视PDP，而单位面像素的物理密度又远小于上述三者。因此在远距离才能产生空间混色效应。

　　4.2由于各种LED显示屏物理点间距不同，因此最好使用视场立体角可调的彩色亮度计，以适应多种场合的需要。

　　为了保证有足够大的测量面积，消除测量误差，应使用可调视场立体角的彩色亮度计。在同样距离下，不同的视场立体角有不同的测试面积，可以满足不同种类显示屏的技术要求，下表列出了0.1°、0.2°、1°、2°、视场角下测量直径随被测距离的关系，

　　含有2°及以上大视场角的彩色亮度计在同样的测试距离下有较大的测试面积，有助于消除取样中的不均匀性。中国计量出版社“光度测量技术及仪器”一书中指出“准确度较高的亮度计带有目镜标准系统，视场立体角可换等功能”，相比之下目前显示屏行业常用的美儂达的CS-100及PR-650和BM-7等一些亮度计，不具有视场立体角可换的功能，仅有1°视场立体角，容易带来不必要的取样和测量误差。

　　4.3彩色亮度计的光谱响应

　　彩色亮度计是LED显示屏色度测量中最重要的测色仪器,彩色亮度计滤色片与光电倍增管组合后的探测器应尽量精确地符合光谱三刺激值曲线X(λ)、Y(λ)、和Z(λ)。X(λ)在短波段和长波段有两个波峰X1(λ)、X2(λ)。

　　国家电视质量检验中心安永成等编著的“彩色电视机性能测量原理与方法”一书中指出：“三个滤光片的仪器，与上图的光谱三刺激值相比，它没有办法模拟X1(λ)的作用，给测量带来了一定的误差;而美国生产的1980A、1980B等彩色亮度计由四组滤光片分别模拟上图中的X1(λ)、X2(λ)，Y(λ)、和Z(λ)的响应曲线。”

　　目前LED显示屏行业使用的仪器如CS-100和BM-7等，在光谱响应上只有三部分，无法良好模拟X1(λ)的

作用，也不具备校准功能，给测量带来无法克服的误差。测量仪器的任务是准确测量和计算出X1、X2、Y、Z四个分量即可。我们均可通过简单的数学变换来计算出x、y,u、v,u’、v’等。反之，如果一台仪器不能准确测量和计算出X1、X2、Y、Z四个分量，相反却有计算u’、v’等功能，照样会带来可观的误差。 

　　选用适宜的彩色亮度计，准确测量LED显示屏的三基色度值X、Y、Z及色度坐标x、y是确定LED显示屏白场色度坐标及宽容范围的关键。在测量出基色的色度坐标后经过计算，查表读出基色主波长。

　　按下列公式可求得1980A适宜色修正系数

　　其中：是中国计量科学研究院测量该光源的色度坐标,是1980A测量光源的四组输出数据。可给出白、红、绿、兰场相应的色修正系数。

　　经上述校正后，其仪器示值色度坐标误差可达到国家对标准彩色亮度计的技术要求(彩色亮度计分标准、一级、二级、三级)

　　其测量准确度、精确度可与国家级同步，当中国计量科学研究院提供相应标准色源的色度坐标，即可以实现国家对红、绿、兰场的修正系数C1 、C2的量值传递。 

　　4.4应使用光电倍增管型光谱辐射仪

　　根据中国计量科学研究院光学处殷玉喆、马煜、周庆国、桂康年和北京理工大学光电工程系郑阳、侯素芳、芦汉生等人撰写的“光源色度国家基标准装置体系的建设”一文中证实：“平板显示光源的光谱分布都属于谱线型的，各个谱线之间的强度差别往往达到三个数量级以上，常用的CCD光谱型测光测色仪器，例如Photo Research的PR650/705等，不能提供足够的动态范围来满足色度测量的定标需要。因此，必须要用高动态范围的测色仪器，至少要采用光电二极管阵列(PDA)，甚至是光电倍增管(PMT)作探测器的测光测色仪器才能满足需求。”

　　如使用CCD器件的PR650、SR-3A会出现中国计量科学研究院发表的文章中所指出的问题。

　　5.根据上述技术要求 SPECTRA PR1TCHARD PHOTOMETER 1980A适用于测量和调试LED屏幕色度。

　　5.1 1980A的接收器件是光电倍增管，(PR650、PR704、BM-7、SR-3A接收器件均为CCD)。

　　5.2 1980A含五个视场角，其中3°大视场可测量高达10,000尼特的亮度(Candelas/Meter2)，SR-3A 2°视场最高测量亮度为3，000尼特。

　　1980A能按符合超过16个像素的条件下进行测试和调试。1980A具有五个视角

　　的测量范围。

　　5.3 1980A为四组滤光片彩色亮度计，符合国家权威机构国家电视质量检验中心安永成等同志发表文章所指出的技术要求。本工作可提供相应的测量系统与完善的技术服务。

　　5.4通过推算出C1、C2可以使1980A与中国计量院的测色结果保持完全一致，地进行国家级的计量传递。根据LED发光性能选择相适宜的彩色亮度计，开展深入细致的科学技术工作是制定LED白场色度坐标和宽容范围的关键，也是测量和判别LED显示屏其它光色指标的重要前提。随着LED显示屏颜色质量的提高，将不断拓宽LED显示屏的应用范围和使用价值。

　　参考文献

　　倪孟麟，科研专著：彩色电视的彩色还原(一)(二)，电视技术通讯，1979年2期、3 期 专刊。

　　荆其诚等，色度学，科学出版社，1979。

　　Heinweg Lang，Farbmetrik und Farbfernsehen，1978。

　　倪孟麟等，彩色电视彩色复现的测量与理想

色度值的测定，世界广播电视1996.7 中、英文双语全文刊登。 

　　陈建新等，大功率LED的发展和照明应用前景，海峡两岸第十四届照明科技与营销研讨会，2007

　　倪孟麟，数字图像系统的色度测定及颜色校准，IBA’94国际电视会议报告，世界广播电视，1995.7。

　　孙家龙，21世纪的照明光源-白光LED 中国(天津)首届现代城市光文化论坛，2004

　　倪孟麟，彩色电视的彩色复现，2010年‘全国电视灯光技术及布光技巧’授课讲稿，电视技术论坛，中国电视台，2001，2期。

　　安永成等编著， 彩色电视机性能测量原理与方法，电子工业出版社下载本文