Determination of Measurement Uncertainty in Mobile Display Measurement Process

Näyttömittauksia tehdään näytön elinkaaren jokaisessa vaiheessa ja mittauksille asetettavat vaatimukset vaihtelevat suuresti mittaustarkoituksen mukaan. Vaihtelevien vaatimusten ansiosta näyttöjen mittaamiseen käytettävien laitteiden kirjo on laaja ja tulokset huonosti vertailtavissa. Jotta tuloksista saataisiin vertailukelpoisia, on mittaustuloksiin liitettävä tieto mittausepävarmuudesta. Tämän työn päällimäisenä tavoitteena oli määrittää mittausepävarmuus Elektrobitin näyttöjenmittausprosessissa. Työ koostuu teoria- ja kokeellisesta osiosta. Teoriaosiossa on esitelty näyttömittauksiin liittyvät perustiedot kuten valon aaltoluonne, valon mittaaminen, näyttötekniikat, mittalaitteet ja mittausmenetelmät. Lisäksi työssä on käyty läpi epävarmuusanalyysin teoriaa ja vertailtu tähän tarkoitukseen kehitettyjä menetelmiä. Työn kokeelliseen osioon menetelmistä on valittu VESA:n FPDMv2 näyttömittastandardi sekä ISO:n Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement epävarmuuden määrittämiseen. Kokeellisessa osiossa tutkittiin Elektrobitin näyttölaboratorion mittausprosessissa ilmenevää epävarmuutta sekä luminanssi- että värikoordinaattimittauksissa. Luminanssimittausten epävarmuutta tutkittiin myös eri kirkkautasoilla. Tällä pyrittiin sevittämään laitteiston soveltuvuutta myös tummien kohteiden mittaamiseen. Epävarmuuden lisäksi työssä selvitettiin laboratorion mittalaitteen toistettavuus sekä pidemmän aikavälin vakaus yhden kuukauden aikana. Tieto laitteen toistettavuudesta on tärkeä, sillä VESA asettaa mittalaitteen toistettavuudelle minimiehdot jotka mittalaitteen tulee täyttää, jotta mittaukset olisivat standardin mukaisia. Epävarmuusanalyysi toteutettiin ISO:n oppaan esittelemien menetelmien mukaisesti eristämällä prosessista virhelähteet mahdollisuuksien mukaan ja selvittämällä niille yksilölliset epävarmuudet. Epävarmuudet selvitettiin virhelähteestä riippuen joko tyypin A tai tyypin B tarkastelulla ja yhdistettiin lopuksi yhdistetyksi epävarmuudeksi, joka laajennettiin kertoimella kaksi. Lisäksi tummien kohteiden luminanssin epävarmuuden avulla selvitettiin kontrastimittauksille oma mittausepävarmuus. Tuloksena tutkimuksesta saatiin epävarmuuksiksi luminanssille 2,81 %, värikoordinaateille u', v' 0,0003+ ucal,u' ja 0,0007+ ucal,v', jossa ucal on kalibroinnista johtuva, kohteen aallonpituudesta riippuvainen epävarmuustekijä. Kontrastimittauksien epävarmuuksiksi tutkituilla testinäytöillä saatiin 3,54 % ja 14,3 %. Lisäksi mittausprosessin pitkän aikavälin käyttäytymisen havaittiin vastaavan toistettavuusehdon asettamia raja-arvoja eikä prosessissa siltä osin ollen havaittu puutteita. Myös saatu toistettavuus 0,05 % täyttää VESA:n standardin asettamat ehdot.Display measurements are made throughout the entire lifecycle of a display and the requirements set for the process vary greatly depending on the purpose. Because of the varying demands, also the portfolio of measurement equipment is huge and the results aren't comparable. To improve the comparability, one has to attach the information regarding the uncertainty of the measurement to the measurement data. The primary goal of this study was to determine the uncertainty in Elektrobit's display laboratory's measurement process. This thesis comprises of a theoretical and a practical part. In the theorical part, the most important topics include light, measurement of light, display technology, measurement equipment and measurement procedures. Also the basic theory and most essential methods for uncertainty analysis have been covered. Based on the study conduicted in theoretical part the VESA FPDMv2 measurement standard and ISO Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement-guide were chosen as the central guidelines for this thesis. In the practical portion of the thesis the uncertainty in Elektrobit's measurement process for luminance and color coordinate measurements was determined. The uncertainty of luminance measurements was also determined for low luminance leves. This was made to clarify the difference in uncertainties resulting from differing brightness levels. The information was used to find out the feasibility of low level measurements with the current equipment. In addition to the uncertainty, the study covered the repeatability of the equipment and the stability of the process over a period of one month. Repeatability is one of the requirements set by VESA in its standard for measurement equipment. Uncertainty analysis was carried through by the methods presented in ISO guide. This was done by isolating each error source and determining their unique uncertainties. The uncertainties were covered by using either a Type A or Type B evaluation. The resulting uncertainties were then combined to a total uncertainty, which was expanded with a factor of two. The uncertainties for the low level luminances were used to determine a total uncertainty for contrast measurements. As a result, the uncertainty of luminance was 2,81 % and the uncertainties of color coordinates u' and v' were 0,0003+ ucal,u' and 0,0007+ ucal,v', where ucal stands for a wavelength dependant calibration uncertainty. The uncertainties for conrast measurements were found to be 3,54 % and 14,3 % with the tested displays A and B. Repeatability of the equipment was 0,05 % and also the long term stability was found to follow the repeatability requirements of VESA standard