引言
直視型發(fā)光二極管（LED）技術(shù)是當今實現(xiàn)戶外數(shù)字標識系統(tǒng)所采用的主流技術(shù)，但這項技術(shù)的發(fā)展也為測量和評估對比度帶來了很多有趣的挑戰(zhàn),。當人們在為某一特定用途在多種顯示技術(shù)或多個顯示屏廠商中選擇適宜器件的時候,，與其它幾項重要的顯示器參數(shù)一樣，對比度也是一個關(guān)鍵的考慮因素,。
大多數(shù)顯示行業(yè)的人士都認同,，最終用戶中很少有人能真正了解圖像的亮度、色域廣度及保真度對顯示器的對比度有何種影響,，然而以電視作主要消費品的液晶顯示（LCD）消費制造商之間,，在對比度方面的激烈競爭卻絲毫沒有減緩。隨著與測試變量多變性相關(guān)聯(lián)的測試方法的不同,，制造商公布的對比度指標幾乎可出現(xiàn)任意數(shù)值,，然而,，對比度實際可變化的空間卻是有限的。當前,，動態(tài)對比度技術(shù)指標參數(shù)（dynamic- contrast- ratio specifications） 變得越來越普遍,，并逐漸為人們所接受。
不光是消費類顯示屏廠商如此,，在消費類顯示市場銷售壓力的驅(qū)使下,，各大LED 顯示屏廠商在對比度方面也面臨著巨大的競爭壓力。戶外LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)尤其如此,，因為最終用戶在選擇產(chǎn)品時最先考慮的總是該產(chǎn)品的對比度技術(shù)指標,，即使他們可能并不完全了解戶外顯示屏的測試環(huán)境和現(xiàn)實觀看環(huán)境中各個變量的意義。
1 大尺寸液晶顯示屏的組成部分
為了更好地談論本文的主題,，我們很有必要先來了解一下大尺寸LED顯示屏的基本單元———LED 模組,。通過將模組排布在預制好的框架內(nèi)，再將這些框架拼裝在一起,，最后通過協(xié)調(diào)它們之間的功率消耗和信號,，就可以構(gòu)成任意尺寸和任意分辨率的顯示屏。
例如美國堪薩斯州皇家棒球隊的顯示屏,，寬85 英尺,，高105 英尺，由36 個部件共計5,940 個LED 模組組成,，分辨率達1,584×1,800 像素,，如圖1 所示。
圖1 位于美國職棒大聯(lián)盟賽場的高清顯示屏由約6,000 個LED 模組構(gòu)成
LED 模組正表面的機械參數(shù)是影響顯示屏關(guān)態(tài)測試的關(guān)鍵影響因素,。雖然不同公司的LED 顯示屏的設(shè)計和制造會有一定的差別,，但是大多數(shù)公司都投入了大量的精力，從各方面來改善顯示屏的“視頻-黑場”狀態(tài)（video- black）,，如圖2 所示,。
圖2 該LED 模組配備遮陽罩,， 常被用來提高戶外標識系統(tǒng)的對比度
在大多數(shù)LED 模組中,，遮光罩是最后安裝的部分，這種被稱為“遮光罩”的組件是一種百葉窗式的集合體,，它在基本的模組裝配完成后才被固定安裝上去,，這個組件對關(guān)態(tài)下亮度性能的測量極為重要，遮光罩的名稱來自于它能使LED 面板免受陽光照射,。
一般來說,，顯示屏直接反射的陽光越少，它的總對比度也就越高,。對于大多數(shù)戶外裝置而言,，它們在白天的大部分時間里都要經(jīng)受太陽的照射,，所以制造商必須嚴格地設(shè)計遮陽板，以保證顯示屏能正常工作,。遮陽板的設(shè)計也是一個在顯示屏對比度和視角之間尋找最佳平衡點的工作,。
除了LED 模組的遮陽罩設(shè)計之外，遮陽罩表面的紋理結(jié)構(gòu)處理（texturing approach）也會影響最終會有多少環(huán)境光被反射到觀察者眼中,。一般說來,，這與加工方法有關(guān)，毛糙面與半光滑表面的不同之處在于,，它會以漫反射的方式更有效地反射環(huán)境光,，這就為觀眾提供了一個更暗的關(guān)態(tài)，從而提高了顯示屏各個視角對比度的均勻性,。相比較而言,，最后一道處理的拋光涂層，對從光入射角方向觀看顯得較為黯淡,，因此理論上可使制造商提供更高的對比度,。但是該涂層在反射角方向上將會產(chǎn)生嚴重的眩光，這會影響側(cè)邊觀看（side- angle viewing）的效果,。
實現(xiàn)遮陽罩設(shè)計和毛糙面面罩的方法多采用涂層方式（coating approach）,，很多但并不是全部的LED 顯示屏廠商都采用防反射、抗紫外線（UV）的黑漆來處理LED 模組遮陽罩的表面,，力圖更進一步地減小LED 模組表面對光線的反射,。外界環(huán)境條件對顯示屏的總對比度也會產(chǎn)生重要影響。顯示屏長時間使用之后,，如果不定期清理就會積累大量灰塵和污垢,，超過一定時限之后就會開始影響顯示屏的總對比度，使“黑”狀態(tài)逐漸變成褐色,。目前已引入了幾種清理灰塵和污垢的方法,，其實際效果還有待考證,。顯示屏制造商和用戶所面臨的另外一個挑戰(zhàn)就是應對紫外線對顯示屏前表面的影響,，顯示屏前表面的抗UV涂層或塑料便有助于最大限度地降低這種影響。
最后一點則是,，各個LED 管相對于顯示屏表面會高出1～3mm,，這也會降低顯示屏對比度的性能。
來自于各LED 所反射光線的強度與LED 尺寸及LED 環(huán)氧樹脂外殼的色彩有一定關(guān)系,，每個LED 都包含一個用于聚焦光線的反射罩,，而這個反射罩也會反射進入LED 內(nèi)部的各種環(huán)境光，因此,，每個LED本身都有可能降低顯示屏總的對比度,。不過,，幸運的是LED 制造商已經(jīng)通過提高功率效率和提高亮度的方法，采用了只要一個紅色LED,、一個綠色LED 和一個藍色LED 像素點的優(yōu)化設(shè)計,。過去生產(chǎn)的LED 顯示屏，針對當時百葉窗的設(shè)計及其表面紋理處理的狀況,，每個像素點必須包含12,、8、6 或4 個LED 才能夠提供足夠強的光強（如圖3 所示）,，而當前LED 技術(shù)的不斷前進已大大提高了顯示屏的對比度,。
最近出現(xiàn)在LED 視頻產(chǎn)業(yè)界的一種新的運營手段是用所謂的黑LED 封裝（black LED package），來提高戶外燈型LED 視頻顯示器的對比度,。大多數(shù)紅綠藍室外燈型LED 都在環(huán)氧樹脂封裝料中分別添加了更多的紅綠藍染料,，以有效改善辨色性和提高顯示屏的對比度。所謂“黑封裝”LED,，簡而言之,，只是多添加了一些染料予以著色，使它們稍微變暗而并不是發(fā)黑,。因為添加了更多的著色染料,，黑LED 封裝確實最大限度地改善了總的顯示對比度，但卻是以提高功耗和犧牲顯示屏亮度為代價的,。圖4 中通過對比可以看出標準LED 和黑LED 的區(qū)別,。
圖4 標準LED（上排）和黑LED（下排）的區(qū)別
需要補充說明的是，所有增強對比度的方法不僅要在一批模組生產(chǎn)過程中用統(tǒng)一的方式協(xié)調(diào)起來,，也要將所有模塊在合適的時間范圍內(nèi)予以協(xié)調(diào),。一部分消費群在顯示屏使用5～10 年之后將會定期要求對模組進行協(xié)調(diào)校準。LED 視頻顯示屏的正常工作壽命一般是75,000～100,000 小時,。到使用壽命末期,，公司一共需要提供11 年的支持以保障對比度不變，這就需要在每個工程項目一開始就計劃好,。
2 影響對比度的變數(shù)
了解了戶外LED 顯示屏的設(shè)計及其如何對對比度構(gòu)成影響,，對深入了解那些會影響該類產(chǎn)品對比度測試的變數(shù)有較大幫助。如前所述,，戶外大尺寸LED視頻顯示屏的對比度極大地依賴于之前所描述過的模組的構(gòu)造方法,，即包括：百葉窗的設(shè)計、織構(gòu)化（texturing）,、涂層以及LED 密度,。
為了使對比度測試有實際意義并有可重復性，很有必要準備一個完全黑暗的暗室用以排除外界光線的干擾,。在對比度測試中,，LED 模組,、測試儀器和光源是相互作用的三個關(guān)鍵因素。大多數(shù)LED 顯示屏制造商只會做一個基本的開- 關(guān)（on- off） 測試流程,，其關(guān)態(tài)對應即是視頻黑場（video black）,。而在全行業(yè)范圍內(nèi)卻沒有形成統(tǒng)一的測試技術(shù)標準，雖然對某些顯示屏技術(shù)存在著一些測量對比度的法定標準,，例如VESA FPDM（視頻電子標準協(xié)會平板顯示屏測試）,，但是這對LED 行業(yè)卻并不完全適用。和平板顯示器測量不同,，環(huán)境光源（太陽）和測量工具（觀看者）每一天每一刻都在改變,，而駕車或步行的行人每分鐘也都在變化，這一點很難在測試中予以重復,，也很難在一本產(chǎn)品說明書里解釋得清楚,。
還有一點需要注意的是，在測試條件下,，相對于較大尺寸的完整LED 顯示屏來說,，實際只能對單個的模組或是一些模組的集合來進行測試。
在實測環(huán)境內(nèi),，環(huán)境光是用人造光源來再現(xiàn)真實的戶外觀看環(huán)境的,。顯然，通過調(diào)節(jié)測試環(huán)境中的光源亮度（單位為lux）會大大影響測試結(jié)果,，這可以用來增強產(chǎn)品宣傳的優(yōu)勢,。由于照在顯示屏表面的陽光本身就是多變的，故任何結(jié)果都可認為是合理的,。
目前顯示屏制造商公布的說明書中,，所采用的環(huán)境光亮度范圍是40～50,000 lux。
也可以通過調(diào)節(jié)光源相對于顯示屏模組的角度來提高對比度的測試結(jié)果,。如前所述,，LED 模組會有水平的百葉窗，即遮陽罩,，分布在每排LED 或每排像素點之間,，增大光源相對于LED 的角度就可以在模組表面創(chuàng)造出更大的陰影面積，從而最終可以改良顯示屏的黑場狀態(tài),。
最后再聯(lián)系前面所講的,，顯示屏制造商還能通過調(diào)節(jié)測試儀器相對于顯示屏表面的角度,，來為自己控制最終的對比度參數(shù)提供方便,。需要再次說明的是，這也有可能是光源和水平遮陽罩相互作用的結(jié)果,。
這三個基本的可變因素———光源強度,、光源角度和測試儀器的角度———共同決定了最終公布的LED顯示屏對比度,。除非不同顯示屏的測試被統(tǒng)一起來，不然在不同產(chǎn)品的測試結(jié)果之間作比較是不太恰當?shù)?。因此,，顯示屏制造商出版的對比度說明書并沒有太大的實際意義（如圖5 所示）。
現(xiàn)實的觀看環(huán)境和測試環(huán)境中,，光源強度,、光源角度及測試角度這三個變量還是有一定的對應性的。天空的狀況,，對于照射在顯示屏表面的陽光光強就有非常大的影響,。在一年中的不同時節(jié)以及一天中的不同時刻，陽光照射在顯示屏表面的角度會不斷變換,，而且觀看者與顯示屏前表面的相對位置也會不斷變化,。這同前面所述的兩個變量相互作用，使人們只能得到某一特定觀看狀態(tài)下的精確對比度,。
這種環(huán)境和室內(nèi)家庭影院有著本質(zhì)的區(qū)別,，而室內(nèi)環(huán)境卻是挑起對比度紛爭的發(fā)源地。在室內(nèi),，光線條件和觀看的位置在這里都是人為預先設(shè)置的,。
3 結(jié)論
LED 顯示屏制造商將會繼續(xù)發(fā)布對比度的參數(shù)，以便更好地吸引消費者的注意力,，這也是市場的現(xiàn)實環(huán)境使然,。然而，工業(yè)界有責任和義務對消費者就有關(guān)幾個變量進行必要的“教育”,，隨著對比度參數(shù)值攀升得越來越高,，對客戶的教育也會變得越來越困難。就目前的LED 顯示市場而言,，我們會看到戶外顯示屏對比度的參數(shù)指標將要達到100,000:1,，在不久的將來還會達到更高，但是將來這么高的數(shù)值可能仍然沒有太大的實際意義,。