CN103630332A

CN103630332A - 背光源亮度均匀性测量装置及测量方法

Info

Publication number: CN103630332A
Application number: CN201310571007.4A
Authority: CN
Inventors: 薛源; 王俊毅; 肖韶荣
Original assignee: Nanjing China Electronics Panda Lighting Co Ltd; Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing China Electronics Panda Lighting Co Ltd; Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: CN103630332B

Abstract

本发明提供一种便捷、易操作、能准确测量的背光源亮度均匀性测量装置及测量方法，该方法采用图像传感技术，保证对LED背光源每一部位都进行采样，利用计算机对图像采样进行触点分析计算，可同时获得亮度和亮度均匀性参数，能够比较真实的反映产品质量。该装置包括计算机单元、密封暗箱，以及设置于密封暗箱内的光基座、滑动支座A、滑动支座B、待测背光源模组固定支架和CCD数字照相机；所述滑动支座A和滑动支座B滑动设置于光基座上，待测背光源模组固定支架安装在滑动支座A上，CCD数字照相机安装在滑动支座B上，CCD数字照相机通过数据线连接计算机单元；待测背光源模组夹持在金属平板和透明平板玻璃之间。

Description

背光源亮度均匀性测量装置及测量方法

技术领域：

本发明是涉及一种光度量检测装置，尤其是液晶背光源亮度均匀性的快速检测装置。属于面光源光度分布测量装置。

背景技术：

由于半导体发光二级管（LED）发光效率高、光束方向性较好、色彩还原性好、体积小、寿命长、可靠性好、易组合装配等优点，已成为液晶显示器中重要的背光源。随着显示技术的发展，LED背光源基本取代传统的冷阴极荧光灯（CCFL）光源，

LED背光源产品最重要的性能指标是其亮度和亮度均匀性，目前还没有针对LED背光源的统一测试方法和指标。LED背光源性能指标中亮度均匀性是作为一项重点考核内容，在制造企业的实际测量中，是在样品背光源上不同位置处选取一定数量的测试点，测量各点的亮度。具体测试方法是选择同一片LED背光源样品，施加相同的驱动电流，相同的预热时间和测量距离，且都在25℃的环境温度下工作，在其他测试条件全部设置相同的情况下，进行不同点数的亮度测量。不同的生产厂家对相同尺寸的产品所取的点数并不都相同。测量点数的不同，对亮度均匀性的实际结果有一定的影响。显然这种抽检的均匀性测试方法，并不能全面真实的反映LED背光源亮度的均匀性，存在漏检部位。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种便捷、易操作、能准确测量LED背光源亮度和均匀性测量装置。

本发明的另一目的在于提供一种背光源亮度均匀性测量方法，该方法采用图像传感技术，保证对LED背光源每一部位都进行采样，利用计算机对图像采样进行触点分析计算，可同时获得亮度和亮度均匀性参数，能够比较真实的反映产品质量。

本发明的目的通过以下方案实现：

一种背光源亮度均匀性测量装置，其特征是：它包括计算机单元、密封暗箱，以及设置于密封暗箱内的光基座、滑动支座A、滑动支座B、待测背光源模组固定支架和CCD数字照相机；

所述滑动支座A和滑动支座B滑动设置于光基座上，待测背光源模组固定支架安装在滑动支座A上，CCD数字照相机安装在滑动支座B上，CCD数字照相机通过数据线连接计算机单元；

所述待测背光源模组固定支架安装在滑动支座A，包括金属平板、平板玻璃和多个固定夹具，待测背光源模组夹持在金属平板和平板玻璃之间，固定夹具夹持在金属平板和平板玻璃的边部。

所述平板玻璃为透明玻璃或毛玻璃，平板玻璃的全部区域均匀性误差≤0.5%。

所述透明平板玻璃的一个面紧靠待测模组的漫射板，并与CCD数字照相机镜头轴线垂直。

所述毛玻璃的毛面紧贴待测背光源模组，且数字相机光轴与该毛面垂直,数字相机对该毛面聚焦成像。

利用上述装置的背光源亮度均匀性测量方法，具体步骤包括：

（1）调整滑动支座A和滑动支座B在光基座上的位置，至CCD数字照相机镜头到模组平板玻璃漫射板的垂直距离为一定值（如500mm）；

（2）待测样品准备：选择一片LED背光源样品，按照规格书要求设定该LED背光源样品的恒流电源，给每颗LED施加相同的驱动电流，相同的预热时间，工作在25℃环境温度下进行测量；

（3）打开CCD数字照相机和计算机单元电源，调节镜头焦距，至在计算机显示屏上看到清晰图像，盖上暗室盖板，曝光获得所需图像；

（4）将获得的图像导入计算机单元，计算机单元逐点采集像素点的灰度。

6、根据权利要求5所述的测量方法，还包括步骤（5）计算机单元根据采集的像素点的灰度，做直方统计，计算出平均灰度、最大灰度与最小灰度，并计算出亮度均匀性。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明的背光源亮度均匀性测量装置，设计巧妙，使用方便，克服了测量时选点的麻烦，避免了抽检易出现漏检现像。

2、本发明的测量方法操作方便，调节灵快，测量全面。

3、本发明采用图像像素扫描法获得背光源模组整个工作面的亮度分布，不存在选点法固有的代表性差的缺陷，能够真实反映LED背光源模组的光亮度均匀性。

4、本发明另一个显著优点是，对LED背光源模组工作面内各处的光亮度可采用三维图示表述，各处亮度相对大小可以直观判定，可为模组调节有关技术参数提供有价值的参考信息。

附图说明:

图1为LED背光源亮度均匀性测量装置的结构示意图。

图2为本发明成像原理示意图。

图中：1-金属平板；2-被测背光源模组；3-毛玻璃；4-固定夹具；5-滑动支承座A；6-光基座；7-滑动支承座B；8-CCD数字照相机；9-数据线；10-计算机；11-密闭暗箱；12-毛玻璃的毛面；13- CCD数字照相机镜头（第一平面）；14- CCD数字照相机的成像面（第二平面）。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的背光源亮度均匀性测量装置，它包括待测背光源模组固定支架、透明平行玻璃板3、CCD数字照相机8，计算机单元10。光基座6沿长度方向设有滑槽，滑动支座A和滑动支座B均设有滑块或滑杆，并滑动设置于光基座6的滑槽内。

金属平板1固定安装在滑动支承座A上，金属平板1上设置有四个固定夹具4，工作时背光源模组2紧靠金属平板1放置，毛玻璃3的毛面紧贴模组2，且数字相机光轴与该毛面垂直，数字相机对该毛面聚焦成像。四个固定夹具4把毛玻璃3和背光源模组2同时紧固在金属平板1上，CCD数字照相机8固定在滑动支承座B 7上，滑动支承座B 7滑动安装在光基座6的另一端，可以调整相对位置。CCD数字照相机8通过数据线9连接到计算机单元10，光基座6及其上的各个部件都放置在密闭暗箱11内。

本发明的工作过程：

背光源模组2在恒流源驱动下发出光，照射在漫射板的漫射面，漫射面等效一个次级面光源，CCD数字照相机8对漫射面成像，CCD数字照相机8通过数据线与计算机连接，调节数CCD数字照相机8的光圈和焦距，使得计算机显示器上显示的对漫射面成像的图像清晰，关闭密闭暗箱11盖板，对漫射面光亮度分布采样；截取模组图像，将图像导入计算机图像处理系统，逐点采集像素点的灰度，做直方图统计，计算出平均灰度、最大灰度与最小灰度，并计算出亮度均匀性误差，输出图像灰度三维图，从而获得模组光亮度的均匀性分布。

本发明的工作原理：

根据光度学理论，将图2中漫射面视为一个面光源，其上某点（

Figure 2013105710074100002DEST_PATH_IMAGE001

）法线方向的亮度为

，像面接收到的共轭像元光亮度为

Figure 2013105710074100002DEST_PATH_IMAGE003

，在照相机镜头的透过率均匀条件下，它们有如下关系：

（1）

其中，为相机镜头透过率；

是光源上点（

）到照相机镜头中心的连线和中心轴间的夹角。设CCD数字照相机镜头到漫射面的距离为

,

由面光源位置（

）决定，可以表述为：

（2）

若背光源模组面积较小，则

很小，可得

Figure 2013105710074100002DEST_PATH_IMAGE009

（3）

由（1）式，漫射面上某点（

）法线方向的亮度

为：

（4）

由（4）式可以看出，只要逐点对像面扫描采样，获得各像素的灰度等级，即可计算出漫射面上各点法向光亮度。再进行直方图加权平均，得到背光源模组的平均亮度和均匀性误差。

具体步骤如下：

第一步：读取图片

将LED背光源模组漫射面亮度转换为数字图像，再将数字图像读取到计算机的软件中，默认RGB图像存入M*N*3的一个三维矩阵中。其中M和N分别是图像的长和宽，以像素为单位。为了方便之后的处理，将RGB图像转换为灰度图，存入M*N的矩阵中，记文件名为P。

第二步：求平均值

以从左到右、从上到下的顺序，依次将每个像素点的灰度值相加，相加的总和除以像素点数M*N，得到像素点灰度值的平均值。设灰度为具有

个像素点，则灰度平均值

可表达为

（5）

第三步：求相对误差

（6）

以从左到右、从上到下的顺序，按照上述计算式求出每个像素点的相对误差。

第四步：求最大值和最小值的位置

定义最大值为I _max，位置是(x_max,y_max)，最小值为I _min，位置是(x_min,y_min)。首先令I _max=I(1,1)，I _min=I(1,1)，x_max=y_max=x_min=y_min=1。然后以从左到右、从上到下的顺序，将P的每个像素点的灰度值与I _max以及I _min相比，如果I _max<I(i,j)，则将I(i,j)赋值给I _max，将i和j分别赋值给x_max和y_max；如果I _min>I(i,j)，则将I(i,j)赋值给I _min，将i和j分别赋值给x_min和y_min；否则I _max和I _min，以及x_max、y_max、x_min、y_min，均保持不变。最终可得最大值I _max及其位置(x_max,y_max)，最小值I _min及其位置(x_min,y_min)。

第五步：求标准差

以从左到右、从上到下的顺序，依次将每个像素点的灰度值与平均值的差的平方相加，相加总和除以像素点数M*N，然后再开方，即如下所示的计算式，就可得到标准差。

（7）。

Claims

1.一种背光源亮度均匀性测量装置，其特征是：它包括计算机单元、密封暗箱，以及设置于密封暗箱内的光基座、滑动支座A、滑动支座B、待测背光源模组固定支架和CCD数字照相机；

2.根据权利要求1所述的背光源亮度均匀性测量装置，其特征是：所述平板玻璃为透明玻璃或毛玻璃，平板玻璃的全部区域均匀性误差≤0.5%。

3.根据权利要求2所述的背光源亮度均匀性测量装置，其特征是：所述透明平板玻璃的一个面紧靠待测模组的漫射板，并与CCD数字照相机镜头轴线垂直。

4.根据权利要求2所述的背光源亮度均匀性测量装置，其特征是：所述毛玻璃的毛面紧贴待测背光源模组，且数字相机光轴与该毛面垂直,数字相机对该毛面聚焦成像。

5.利用权利要求1、2 、3或4所述装置的测量方法，其具体步骤包括：

（1）调整滑动支座A和滑动支座B在光基座上的位置，至CCD数字照相机镜头到模组平板玻璃漫射板的垂直距离为一定值；

6.根据权利要求5所述的测量方法，还包括步骤（5）计算机单元根据采集的像素点的灰度，做直方统计，计算出平均灰度、最大灰度与最小灰度，并计算出亮度均匀性。