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残影是什么?LCD和OLED屏幕上为什么会形成残影现象?

2022-04-24



残影是什么?


当图像在屏幕上显示了一段时间之后,改变屏幕图像内容,屏幕上会存在残影(Image retention)现象。
即屏幕长时间保持一幅静态图像,在屏幕显示的图像内容发生改变后,上一幅图像将显示为一个微弱的残余图像,视觉效果上与第二个画面同时出现,这也就是所谓的残影现象。


大家可以做一个简单的实验来观察残影现象。


观察残影小实验
























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步骤一:打开手机调出一张棋盘格图像,在棋盘格画面停留10~20秒;

步骤二:将手机画面切换到48 灰阶;

步骤三:画面切换完成瞬间可以看到残影现象,并且逐渐消失。



LCD和OLED屏幕上为什么会形成残影?


LCD屏幕产生残影现象主要原因有两个。


内因即液晶盒内有一定数量的杂质离子,并且这些杂质离子在特定条件下能够形成一定的电场;
外因
即液晶显示器驱动电路的驱动波形有一定的失真,或者含有一定的直流成分,能够促使液晶盒内的正负离子不对称迁移并吸附在两个配向膜和液晶的界面上。


当液晶显示器长时间定格在一个固定画面时,液晶盒内的正负离子会不对称迁移并吸附在显示画面位置处的两个配向膜和液晶的界面上,形成相对稳定的电场,

当液晶显示器刷新为另外一个显示画面时,液晶盒内上一幅固定显示画面位置处杂质离子形成的电场将会与驱动信号的电场叠加,

造成液晶盒内上一幅固定显示画面位置处的有效电压增大,与其他位置处实际驱动的有效电压出现差值,导致两处的液晶透光率不同,

肉眼能够观察到上一幅固定显示画面的残留影像,即出现残影显示缺陷。


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以EDL解释离子对液晶电容的影响


OLED屏幕产生残影的原因


OLED(Organic Light-Emitting Diode 即有机发光二极管)具有自发光的特性,其表面是一层有机化合物薄膜,而这些有机材料存在使用寿命,因其本身材料问题(功耗大),当 OLED 屏幕长期显示某个静止画面时,这些有机材料就会因为持续发光加快衰老速度,使亮度降低,并在屏幕留下残像。当OLED屏幕留下残影时,也加剧了OLED屏幕的寿命缩短,其发光效率以及纯度都会随着时间的增长而衰减。


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OLED的基本结构


图片

由此可见,残影现象显然会影响用户阅读屏幕的显示内容,引起可读性下降,造成用户体验差,在用户观看视频节目或登录电子游戏时存在明显干扰,除此之外,在一些特殊的场合可能会由于信息获取不及时、错误等状况,导致发生安全事故,例如使用在交通工具上的车载屏幕和机载屏幕。因此,残影现象定量描述的意义重大,对于研究、开发以及屏幕质量合规性评定都非常重要。



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残影分为短期残影和长期残影,

短期残影现象往往在几十秒内就会消失,

然而长期残影现象可以持续

几个小时甚至几天,

在一些罕见的情况下,

残影现象还可以是永久存在的,

我们往往把这种现象称为烧屏(或灼屏)。


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短期残影和长期残影的测量步骤基本一致,然而相较于长期残影,短期残影在技术上存在很多难点,其主要原因是短期残影消散速度快,测量软件需要迅速做出反应。


短期残影测量其难点主要为:

  • 控制PG与软件同步切换画面;

  • 测量仪器需拥有较高的亮度分辨率;

  • 相机曝光时间足够短;

  • 软件采集图像时间速度足够快;

  • 每次的测量点位置信息判断足够准确。



 



残影测量具体步骤有哪些?


残影测量步骤通常分为三个部分:即预热、老化和测量


预热:

点亮一副纯色画面,保持 T0 时间。预热的目的是使待测屏幕处于亮度稳定的状态,因为屏幕在初始点亮时,亮度存在波动,此步骤可避免由于屏幕亮度波动造成测量结果存在误差。


老化:

点亮由黑白图像构成的棋格画面 T1 时间。点亮棋盘格画面的目的是使待测屏幕产生残影现象,屏幕在显示黑白棋盘格画面时最容易产生残影现象。


测量:

切换到测量灰阶图像,保持 T2 时间。在测量灰阶下每隔一定时间连续采集图像,并通过计算分析每幅图像下残影现象发生的程度。


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短期残影测量的技术难点要如何解决? 


针对短期残影测量项目的技术难点,弗士达DI-5000给出了答案。

  • 在APK与PC端利用WiFi通信,控制同步切换图像,在0.1s内完成由棋盘格画面切换至待测画面,具有速度快、稳定性好等特点;

  • 使用14bit的CCD,具有良好的亮度分辨率,例如:待测画面亮度为10cd/m²,相机可以分辨至0.0024cd/㎡的亮度差异;

  • 通过调大增益使曝光时间控制在100ms以内,同时采用芯片制冷工艺,提升相机感光质量;

  • 使用1600万像素的相机,并且可以做到每隔1s采集一副图像;

市面上大多通过套用模板的方式提取测量点信息,这对于待测产品的摆放位置要求过高,DI-5000系列仪器可以做到准确抓取产品发光面区域,并计算得到用户需要的点位置,这同时也减少了误差产生的可能。

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DI-1600系列产品外观

 

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有哪些方法来进行残影测量?

目前我司主要通过两种测量方法来描述残影现象。


方法一使用左黑右白的1*2棋盘格画面,主要用于测量屏幕中心区域的残影消散程度;

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方法二使用黑白相间的8*8棋盘格画面,将屏幕分成64个区域,可测量这个64个区域的残影消散程度;

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这两种方式基本可以满足用户的测量需求,对于屏幕不同区域的残影消散程度加以衡量。


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