CN103217218B - 一种光谱测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光谱测试装置及方法，该装置包括：积分球（501），中空且顶部设置有一个出光口，内壁涂有漫反射层，并且所述漫反射层的各点漫射均匀，将光线均匀地打散；光源（502），位于所述积分球（501）的球心处，在通电时发出光线；挡板（503），位于所述出光口和所述光源（502）之间，防止所述光源（502）发出的光线未经打散就从所述出光口射出；测试镜头（504），位于所述出光口上方，用于测试来自所述出光口的光线，获取其光谱，用以解决传统的背光源光谱测试方法不能直接测试光源，获取其光谱耗时较久的问题。

Description

一种光谱测试装置及方法

技术领域

本发明涉及光谱测试技术领域，特别涉及一种光谱测试装置及方法。

背景技术

在制造液晶显示器时，需要进行背光源光谱测试，获取背光源光谱，将其与面板的彩膜光谱匹配，针对模组Module(模组)状态下的白光以及RGB(red、Green、Blue，红绿蓝)画面下的色坐标、色域等进行模拟预测，根据模拟色坐标与中心色坐标(MNT：0.313，0.328；TV：0.280，0.290)的差距，可进一步确定LED(Light Emitting Diode，发光二极管)灯条的中心色块，确定为满足色域等参数所需要采用的LED荧光粉等光源信息。在对液晶显示器进行分析时，通过背光源光谱测试可以在不破坏BLU(Back Light Unit，背光源)的情况下，预测所用的灯条的荧光粉等光学参数信息。

传统的背光源光谱测试主要是通过光学测试镜头测试成品的背光源。图1为传统背光源/模组光谱测试示意图，其中，成品的背光源包括了Back Cover(背板)1、Reflector(反射片)2、LGP(light guide plate，导光板)3、LED Bar(LED灯条)4、Mold Frame(胶框)5和Sheet(膜片)6，MDL(Module，模组)则包括了背光源、Bezel(金属边框)7、Panel(面板)8。

图1中的LED灯条4是光源[LED/CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp，冷阴极荧光灯管)]中的一种，光源也称光源。膜片6是一种光学膜片。

图1中，LED灯条4位于导光板3的侧边，LED灯条4发出的光经过导光板3的导光、反射片2的反射，以及膜片6的扩散和会聚后，比较均匀地透过面板8射出，保证光学画面质量。光学测试镜头9置于背光源中心正对的位置上，这样，通过光学测试镜头9就可以得到测试的背光源的光谱。采用图1中的这种传统的背光源光谱测试方法可以测量得到380nm～780nm范围内的可见光的光谱。

模组状态下色度等光学参数主要受BLU光谱和面板上的CF(Color Filter，彩膜)影响，其中CF位于上部的Glass(基板)上。图2为Panel(面板)结构示意图，面板包括：TFT(Thin Film Transistor，薄膜场效应晶体管)Glass(TFT侧玻璃基板)11、Polarizer(TFT侧偏光片)12、Polarizer(CF侧偏光片)13、LC(liquid，液晶)14、CF Glass(CF侧玻璃基板)15、Spacer(隔垫物)16、Sealant(封框胶)17和CF18。

CF中影响到最终MDL光谱的主要是CF上的RGB三色Resin(光阻)。CF光谱一般可以在向生产厂家发出邀请后，从生产厂家处获取，而由于生产厂家只能够提供灯条光谱，而背光源中导光板、膜材等会对背光源的光谱的影响，导致背光源光谱和生产厂家所提供的灯条光谱并不一致。

图3为某灯条的光谱(即L/B光谱，也就是光源的光谱)是Blue Chip(蓝光芯片)+Red、Green Phosphor(红绿荧光粉)的光谱。图4为某灯条光谱和加上导光板、膜材等之后的测试光谱(即BLU光谱，也就是背光源的光谱)，通过对比可知，BLU光谱和L/B光谱并不完全一样，二者在蓝光主波峰以及绿光、红光次波峰处存在差异，即光源的光谱和背光源的光谱并不一致，如果使用光源光谱进行模拟计算，会使MDL状态下的色度、色温等光学参数出现偏差，影响产品的最终质量和开发日程。

通过上述分析可知，从生产厂家获取的光源光谱不能用于准确地预测面板状态下的光学参数，故而需要有效地对背光源中部品的光谱进行测试。图1中传统的背光源光谱测试方法由于只能针对成品的背光源进行光谱测试，如果还没有制成成品的背光源，将无法获取背光源光谱，而且一旦背光源的光源需要更换，或者光源中的荧光粉需要进行细微调整，光源的光谱就会发生较大变化，并且导致背光源光谱也随之发生变化，此时，就需要再次进行背光源光谱测试，因此，光谱测试效率较低。

而且传统的光谱测试方法是针对制成成品的背光源进行光谱测试的，由于光源直接发出的光不是均匀的，因此，传统的光谱测试方法无法对光源进行光谱测试，而向光源的生产厂家发出邀请来获取光源的光谱的方式则耗时较久。

经检索CN102959370A是与本申请最接近的现有技术。

发明内容

本发明实施例提供一种光谱测试装置及方法，用以解决现有技术中存在的传统的背光源光谱测试方法不能直接测试光源，获取其光谱耗时较久的问题。

本发明实施例提供了一种光谱测试装置，包括：

积分球，中空且顶部设置有一个出光口，内壁涂有各点漫射均匀的漫反射层，将光线均匀地打散；

光源，位于上述积分球的球心处，用于在通电时发出光线；

挡板，位于上述出光口和上述光源之间，防止上述光源发出的光线未经打散就从上述出光口射出；

测试镜头，位于上述出光口上方，测试来自上述出光口的光线，获取其光谱。

本发明实施例还提供了一种光谱测试方法，包括：

采用内壁涂有漫反射层的中空的积分球，将位于上述积分球球心处的光源在通电时所发出的光线均匀打散，并通过上述积分球顶部的出光口射出；

采用位于上述出光口和上述光源之间的挡板，防止上述光源发出的未经打散就从上述出光口射出；

采用位于上述出光口正上方的测试镜头，测试来自上述出光口的光线，获取上述光源的光谱。

本发明实施例中，积分球中的漫反射层，能够将位于积分球球心处的光源发出的光线均匀地打散，然后从积分球顶部的出光口射出，而出光口和光源之间的挡板，则能够防止光源所发出的光线，未经打散就从出光口射出，这样，通过位于出光口正上方的测试镜头就能够测试来自出光口的光线，从而达到直接测试光源，快速地获取光源的光谱的目的，并且能够避免使用高级的装置测试光源，降低了光谱测试的成本。

附图说明

图1为传统的背光源测试装置示意图；

图2为面板结构示意图；

图3为某光源的光谱；

图4为某光源光谱和加上导光板、膜材等之后的测试光谱的对比图；

图5为本发明实施例设计的光谱测试装置示意图；

图6为本发明实施例中采用光谱测试装置针对待测部品进行光谱测试的示意图；

图7为本发明实施例中夹具的侧面示意图和正面示意图；

图8为本发明实施例设计的光谱测试方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例设计了一种光谱测试装置及方法，该装置能够直接用于测试光谱，可以解决传统的背光源光谱测试方法只能针对成品的背光源进行光谱测试，不能直接测试光源，获取其光谱的问题，以及解决通过生产厂家获取光源的光谱耗时较久，通过高级装置测试光源的成本过高的问题。

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

本发明实施例设计的光谱测试装置，包括：

积分球501，中空且顶部设置有一个出光口，内壁涂有各点漫射均匀的漫反射层，将光线均匀地打散；

光源502，位于上述积分球501的球心处，在通电时发出光线；

挡板503，位于上述出光口和上述光源502之间，防止上述光源502发出的光线未经打散就直接从上述出光口射出；

测试镜头504，位于上述出光口正上方，测试来自上述出光口的光线，获取其光谱。

较佳地，将上述出光口设置为圆形。

上述光谱测试装置能够用于快速测量光源的光谱，这样，即使需要选择一种新的光源，或者光源中荧光粉的量需要调整，仍然能够快速准确地通过上述光谱测试装置获取到新的光源的光谱。

上述积分球又称通光球，其直径通常在1-2m之间，由于一般需要按照被测光源的尺寸和功率选择积分球，因此，也有直径为0.3m、0.5m或3m及以上的积分球。采用上述装置可以测量单颗灯的光谱，也可以测量灯条(即直管形的光源)的光谱。如果是单颗灯，则要求其尺寸不超过球体直径的1/6，如果是直管形荧光灯，则要求积分球的内径不小于直管形荧光灯的1.2倍。

实际应用中对于尺寸和功率较大的光源，应选用直径较大的积分球。在条件受限，没有较大的积分球可用来测量大光源时，则选择和该大光源的形状和功率都较为接近的其它光源作为被测光源，放入可用的积分球中进行测量，获取近似的光谱。被测光源和该大光源的形状和功率越相近，测量误差越小，即测量出的光谱和该大光源的光谱越相似。

由于积分球内壁的漫反射层的质量对测试精度影响较大，因此，最好选择漫反射率β为无选择性(即与波长无关)的白色涂料制作该漫反射层，而且选择的白色涂料的漫反射性质最好接近理想漫射，涂在内壁上后不易脱落，并且化学稳定性好、不易泛黄。实际应用中，一般选择分析纯硫酸钡或烟熏氧化镁作为白色涂料的主要材料。采用上述材料特殊制造的白色漫反射层的漫反射特性能够得以改善。

挡板的尺寸由光源的最大尺寸决定，一般以刚好挡住光源直射到出光口的光线为作为选择挡板尺寸的原则，也就是说，在挡板能够防止光源发出的光线未经打散就直接从出光口射出的前提下，挡板的尺寸越小越好。实际应用中，挡板和光源之间的垂直距离为3/r较佳，其中r为所述积分球的半径。

较佳地，测试镜头和出光口之间的垂直距离为50cm。

参阅图5所示，上述光谱测试装置还可以包括：

测试机台505，水平放置于积分球501上方，该测试机台505上留有和上述出光口大小相同的孔，和上述出光口对齐贴合；

机台支柱506，用于支撑测试机台505；

积分球支柱507，用于支撑积分球501。

参阅图6所示，上述测试机台505具体用于放置待测部品512，待测部品512覆盖在该孔上，使得来自出光口的光线穿过该孔和待测部品512射入测试镜头504中。

较佳地，上述测试机台505上的孔的形状为圆形。

实际应用中，待测部品可以是背光源部品、模组部品、导光板、面板或膜片。背光源部品的上层为膜片，下层为导光板。模组部品的组成，自上至下分别为：面板、膜片和导光板。

由于上述测试机台505上可以放置待测部品512，也可以不放置待测部品512，因此，上述测试镜头504所测试的光线包括但不限于如下情况：

情况一：直接从出光口射出的光线，此时的光谱测试结果是光源的光谱；

情况二：来自出光口穿过待测部品的光线，此时的光谱测试结果是待测部品的光谱。

较佳地，上述光谱测试装置还可以包括：

第一可调节旋钮508，位于机台支柱506的底部，用于调节测试机台505的高度；

第二可调节旋509，位于积分球支柱507的底部，用于调节积分球507的高度。

实际应用中，可以采用第一可调节旋钮508和第二可调节旋钮509将测试机台和积分球都调整成水平放置，并且使得出光口和孔紧贴对齐，这样，积分球顶部和测试机台的高度就能够达到一致了。

较佳地，上述光谱测试装置还可以包括夹具510和灯线511。夹具510位于积分球球心处，用于将光源固定住。

参阅图7所示，上述夹具510上留有两个小孔，分别为正电极和负电极，合成正负电极701，该正负电极701和灯线511相连。电源通过灯线511和夹具510上的正负电极701为光源502供电。

基于同一设计思路，本发明实施例还提供了一种光谱测试方法。该方法的步骤流程图参阅图8所示，包括如下步骤：

步骤801：采用内壁涂有漫反射层的中空的积分球，将位于上述积分球球心处的光源在通电时所发出的光线均匀打散，并通过上述积分球顶部的出光口射出。

步骤802：采用位于上述出光口和上述光源之间的挡板，防止上述光源发出的未经打散就从上述出光口射出。

步骤803：采用位于上述出光口正上方的测试镜头，测试来自上述出光口的光线，获取上述光源的光谱。

采用上述光谱测试方法可以快速地测出光源的光谱，解决了通过生产厂家获取光源的光谱耗时较久，和通过高级装置测试光源的成本过高的问题。

如果是针对待测部品进行光谱测试，则可以用待测部品将上述出光口覆盖住，采用测试镜头测试来自所述出光口，并穿过上述待测部品的光线，获取上述待测部品的光谱。

在获取了光源的光谱和待测部品的光谱后，可以根据获取的待测部品的光谱和光源的光谱计算出上述待测部品对应的加权系数矩阵。

假设图4中BLU光谱(即背光源的光谱)的能量分布为如下矩阵：

BLU＝[B₃₈₀,B₃₈₁,B₃₈₂,…B₇₇₈,B₇₇₉,B₇₈₀]

假设图4中L/B光谱Source(即光源的光谱)的能量分布为如下矩阵：

Source＝[S₃₈₀,S₃₈₁,S₃₈₂,…S₇₇₈,S₇₇₉,S₇₈₀]

假设由导光板、膜材等组成的背光源部品对光源光谱的加权系数矩阵为A：

$A=\left[\begin{array}{cccccc}{a}_1& 0& 0& 0& ...& 0\\ 0& a_2& 0& 0& ...& 0\\ 0& 0& a_3& 0& ...& 0\\ 0& 0& 0& a_4& ...& 0\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ 0& 0& 0& 0& ...& a_n\end{array}\right]$

其中，n＝401，背光源部品对光源的光谱造成了影响后，可以得到BLU的光谱，背光源的光谱和光源的光谱的关系如下所示，即

BLU＝[B₃₈₀,B₃₈₁,B₃₈₂,…B₇₇₈,B₇₇₉,B₇₈₀]＝Source*A＝[S₃₈₀,S₃₈₁,S₃₈₂,…S₇₇₈,S₇₇₉,S₇₈₀]*A

上述公式还可以表示为：

B₃₈₀＝S₃₈₀*a₁，B₃₈₁＝S₃₈₁*a₂，B₃₈₂＝S₃₈₂*a₃，B₇₇₈＝S₇₇₈*a₃₉₉，B₇₇₉＝S₇₇₉*a₄₀₀，B₇₈₀＝S₇₈₀*a₄₀₁

从上述计算公式可以看出，由导光板、膜材等组成的背光源部品对应的加权系数矩阵为A，如果计算出加权系数矩阵A就可以直接通过光源的光谱计算出背光源的光谱，而光源的光谱可以采用上述光谱测试方法测试获取，也可以直接通过该光源的生产厂家获取。

因此，如果能够测出背光源部品的加权系数矩阵A，不需等到背光源制成成品，就可以直接计算得出背光源的光谱，然后预测MDL状态的色度状态。如果采用传统的光谱测试方法测试背光源的光谱，一旦想要换一种光源，就需要重新制作一个成品的背光源，然后再次进行背光源的光谱测试，而本发明实施例则可以直接测试出新的光源的光谱，然后根据背光源部品的加权系数矩阵和新的光源的光谱，准确地预测出新的背光源的光谱，从而进行MDL状态的色度状态的预测，预测速度快、效率高、操作过程简单。

由于本发明实施例中的光谱测试方法可以快速地测试出常用导光板、膜材等的加权系数矩阵和光源(例如，灯条、灯管等)的光谱，从而预测出背光源的光谱，进一步可以预测出MDL状态下色坐标、色温、色度等光学参数，通过这些预测的光学参数可以反推出光源的中心色块、边角色块等信息，因此，简化了开发流程，在准确地确定相关光学参数的同时，极大地缩短了开发周期。

本发明实施例中，积分球中的白色漫反射层，能够将位于积分球球心处的光源发出的光线均匀地打散，然后从积分球顶部的出光口射出，而出光口和光源之间的挡板，则能够防止光源所发出的光线，未经打散就直接从出光口射出，这样，通过位于出光口正上方的测试镜头就能够测试来自出光口的光线，从而达到直接测试光源，快速地获取光源的光谱的目的，并且能够避免使用高级的装置测试光源，降低了光谱测试的成本。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种光谱测试装置，包括：

积分球(501)，中空且顶部设置有一个出光口，内壁涂有各点漫射均匀的漫反射层，将光线均匀地打散；

光源(502)，位于所述积分球(501)的球心处，在通电时发出光线；

挡板(503)，位于所述出光口和所述光源(502)之间，防止所述光源(502)发出的光线未经打散就从所述出光口射出；

测试镜头(504)，位于所述出光口上方，用于测试来自所述出光口的光线，获取其光谱；其特征在于，还包括：

测试机台(505)，水平放置于所述积分球(501)上方，所述测试机台(505)上留有和所述出光口大小相同的孔，和所述出光口对齐贴合；

机台支柱(506)，支撑所述测试机台(505)；

积分球支柱(507)，支撑所述积分球(501)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述积分球(501)的直径与所述光源(502)的尺寸成正比，并且和所述光源(502)的功率成正比。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述漫反射层的材料包括分析纯硫酸钡或烟熏氧化镁。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述挡板(503)和所述光源(502)之间的垂直距离为3/r，其中r为所述积分球(501)的半径。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试镜头(504)和所述出光口之间的垂直距离为50cm。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

第一可调节旋钮(508)，位于所述机台支柱(506)的底部，用于调节所述测试机台(505)的高度；

第二可调节旋钮(509)，位于所述积分球支柱(507)的底部，用于调节所述积分球(501)的高度。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试机台(505)上放置待测部品，所述待测部品覆盖在所述孔上，使得来自所述出光口的光线穿过所述孔和所述待测部品，射入所述测试镜头(504)中。

8.一种光谱测试方法，其特征在于，包括：

采用内壁涂有漫反射层的中空的积分球，将位于所述积分球球心处的光源在通电时所发出的光线均匀打散，并通过所述积分球顶部的出光口射出；

采用位于所述出光口和所述光源之间的挡板，防止所述光源发出的光未经打散就从所述出光口射出；

采用位于所述出光口正上方的测试镜头，测试来自所述出光口的光线，获取所述光源的光谱；

用待测部品将所述出光口覆盖住，采用测试镜头测试来自所述出光口，并穿过所述待测部品的光线，获取所述待测部品的光谱。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在获取所述待测部品的光谱后，还包括：根据获取的所述待测部品的光谱和所述光源的光谱确定出所述待测部品对应的加权系数矩阵。