LED顯示屏箱體校正技術(shù)

1、LED 顯示屏箱體校正技術(shù)楊城一、引言由于 LED 發(fā)光管的離散性、衰減性和電路元器件的離散性等原因, LED 顯示屏存在亮度 和色度不一致的現(xiàn)象, 嚴(yán)重地影響顯示質(zhì)量。 為了克服 LED 顯示屏亮度、 色度非均勻性問題, 逐點(diǎn)校正技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生, 且發(fā)展迅速, 它可以顯著地提高 LED 顯示屏的均勻性, 改善顯示質(zhì) 量。根據(jù)應(yīng)用場合的不同, 逐點(diǎn)校正技術(shù)又可以分為兩種:一種是生產(chǎn)線上的逐箱校正 (箱 體校正 ; 另一種是現(xiàn)場的大屏校正 (現(xiàn)場校正 。 現(xiàn)場校正技術(shù)可以選擇合適的觀看地點(diǎn)進(jìn) 行校正, 保證 LED 顯示屏在現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境中達(dá)到滿意的顯示效果, 但復(fù)雜多變的現(xiàn)場環(huán)境和 異地技術(shù)支持是

2、限制現(xiàn)場校正面臨的難題。 尤其是一些國外訂單現(xiàn)場校正的成本和難度都比 較大。 為了確保出廠 LED 屏體的均勻性, 降低技術(shù)支持成本, 箱體校正技術(shù)就體現(xiàn)出自己的 特有價值。箱體校正可以大幅度改善拼接后顯示屏的顯示質(zhì)量,且相對現(xiàn)場校正效率較高, 不受時間和場地的限制,成本也較低。因此, 隨著 LED 顯示屏生產(chǎn)廠商的發(fā)展, 箱體校正技術(shù)將成為 LED 顯示屏制造環(huán)節(jié)中不 可或缺的一部分,具有良好的應(yīng)用前景。二、箱體校正簡介箱體校正是產(chǎn)線校正的一種, 要求 LED 顯示屏生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)流水線增加該環(huán)節(jié)。 一般 情況下, 箱體校正是安排在出廠前的最后一個環(huán)節(jié), 主要用以消除箱體內(nèi)部和箱體之間的亮

3、度和色度差異,提高拼接后 LED 顯示屏的均勻性。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中除了增加校正環(huán)節(jié), 廠商一般還需要跟進(jìn)屏體出廠的校正效果。 常用的做 法有以下三種:一是將所有箱體拼接起來,觀察顯示效果,但拼接的工作量比較大,實(shí)現(xiàn)起 來不方便; 二是隨機(jī)地抽取部分箱體進(jìn)行拼接, 觀察校正效果; 三是利用校正系統(tǒng)記錄的測 量數(shù)據(jù)對所有箱體的校正效果進(jìn)行仿真評估。增加了箱體校正和仿真評估 /抽檢環(huán)節(jié)的 LED 生產(chǎn)流水線示意圖如圖 1所示。 圖 1 增加箱體校正環(huán)節(jié)的 LED 生產(chǎn)流水線箱體校正需要在暗室中進(jìn)行, 需要配備面陣成像設(shè)備和色度計(jì)各一臺, 用于測量各個箱 體的亮度和色度信息。 為了保證所有箱體的校正過程在

4、不受外界環(huán)境條件的影響下進(jìn)行, 達(dá) 到其亮度、 色度一致性的目標(biāo), 要求暗室完全密封, 且溫度和濕度為恒定值, 在校正過程中, 必須固定箱體和校正儀器的位置,箱體必須安放在底座之上,避免地面反光的影響。與現(xiàn)場校正類似,對于每一個箱體來說, 箱體校正的過程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、目 標(biāo)值設(shè)定、校正系數(shù)計(jì)算以及系數(shù)上傳,同時也需要控制系統(tǒng)的配合,其工作過程如圖 2所示。 圖 2 箱體校正流程三、關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)箱體校正是提高 LED 顯示屏圖像質(zhì)量的有效途徑, 其關(guān)鍵技術(shù)方面主要體現(xiàn)在以下兩個 方面:一是箱體內(nèi)部的像素間均勻性,二是箱體之間的亮色度一致性。1. 箱體內(nèi)部的像素間均勻性箱體內(nèi)部的像素間

5、均勻性校正和現(xiàn)場校正基本類似, 比較成熟, 包括亮色度均勻性校正 和亮暗線修正:(1亮色度均勻性校正通過測量設(shè)備測量 LED 箱體中各 LED 燈管的亮度和色度信息, 其測量方法涉及光度學(xué)、 色度學(xué)以及數(shù)字圖像處理相關(guān)知識; 在獲得逐點(diǎn)亮色度信息后再依 據(jù)相應(yīng)的校正標(biāo)準(zhǔn), 計(jì)算出對應(yīng)的校正系數(shù)并發(fā)送給對應(yīng)箱體的接收卡; 箱體點(diǎn)亮后, 顯示 屏控制系統(tǒng)將按照校正系數(shù)調(diào)節(jié) LED 的電流,使得箱體內(nèi)所有 LED 的亮度和色度達(dá)到一致。 亮度校正就是將起伏變化的 LED 的亮度調(diào)整到一致的水平, 在調(diào)節(jié)亮度過程中需要適當(dāng)降低大部分 LED 的最大亮度值。 色度校正則是根據(jù) RGB 顏色匹配原理, 通

6、過改變 RGB 三色的 色坐標(biāo)來解決色度偏差的問題, 圖 3所示為校正前后的色域?qū)Ρ葓D, 大三角形為校正前顯示 屏的色域, RGB三色的色坐標(biāo)離散分布; 小三角形為校正后的顯示屏色域, RGB 三色色坐標(biāo) 一致性較好。 圖 3校正前后的色域?qū)Ρ葓D(2由于機(jī)械加工精度、拼裝精度等工藝原因的限制,拼接燈板的間距存在輕微的不 一致現(xiàn)象, 在經(jīng)過人眼視覺系統(tǒng)的低通濾波過程之后, 在顯示時就會出現(xiàn)亮線或者暗線。 小 間距顯示屏由于現(xiàn)有的機(jī)械工藝限制,一般要求進(jìn)行亮暗線修正后才能顯著提升箱體均勻 性。2. 不同箱體之間的亮色度一致性箱體校正和現(xiàn)場校正有一個顯著的差異點(diǎn), 就是箱體在校正時是未拼接的, 在校

7、正時缺 乏周圍區(qū)域作為參照物, 而在校正后需要確保箱體任意拼接且不存在亮色度差異。 更重要的 是, 人眼視覺系統(tǒng)作為一個帶通濾波器, 對平緩漸變的亮度差異或角分辨率極小的細(xì)節(jié)差異 并不敏感, 而對于帶有中低頻成分的邊緣臺階信號卻極為敏感。 應(yīng)用到 LED 顯示屏領(lǐng)域, 體 現(xiàn)為人眼只能夠分辨 LED 像素間 4-5%以上的亮度差異,卻能夠輕易識別出 1%的箱體亮色度 差異。 也就是說, 人眼對箱體內(nèi)部像素的一致性要求較低, 而對箱體之間的一致性要求較高。 因此,箱體之間的亮色度一致性是箱體校正特有的關(guān)鍵技術(shù)。箱體之間的亮色度不一致主要體現(xiàn)在兩個方面:(1箱體之間的平均亮色度存在差異,當(dāng)拼接箱體

8、的時候,就會出現(xiàn)明顯的邊界線, 這可以通過調(diào)整色域和設(shè)置合適的目標(biāo)值來實(shí)現(xiàn); 必要時, 需要配備精度更高的色度計(jì)來進(jìn) 行輔助測量。(2箱體的亮色度分布呈現(xiàn)為梯度漸變分布,這是由于箱體測量數(shù)據(jù)存在梯度分布現(xiàn) 象導(dǎo)致的。 由于視覺系統(tǒng)對于低頻即平滑漸變的亮度差異并不敏感, 這種問題很難在單箱體 校正時被發(fā)現(xiàn)。 但將箱體拼接在一起的時候, 拼接處的亮度就會發(fā)生較大的跳變, 形成明顯 的拼接線。這就要求校正系統(tǒng)能夠檢測并解決測量數(shù)據(jù)的梯度分布問題。四、新的挑戰(zhàn)隨著 LED 顯示屏行業(yè)的快速發(fā)展, 顯示屏的應(yīng)用越來越廣泛, 與此同時, 人們對其顯示 質(zhì)量的要求也越來越高,箱體校正將會面臨一些新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

9、:(1小間距顯示屏的發(fā)展速度飛快,箱體也將會朝著更高發(fā)光密度的方向發(fā)展,這就 要求箱體校正支持大分辨率箱體的校正。 在現(xiàn)有工藝條件下, 大幅度提升相機(jī)的 CCD 或 CMOS 分辨率是較為困難的, 成本過于昂貴。 這就需要有新方法能夠同時確保 LED 亮色度測量數(shù)據(jù) 的準(zhǔn)確性和測量的高效性。(2直插式 LED 燈管在各個角度的亮度衰減一致性。圖 4所示是某一型號 LED 發(fā)光二 極管在水平方向和垂直方向光強(qiáng)分布, 法線方向的光強(qiáng)達(dá)到最大值, 隨著偏離法線方向上的 角度越大,光強(qiáng)衰減的越嚴(yán)重。如果由于燈歪、燈扭,或者 LED 配光曲線存在差異,那么, 生產(chǎn)線上經(jīng)過箱體校正的顯示屏, 在現(xiàn)場有可能因?yàn)橛^看的角度不同而使得效果變差。 現(xiàn)有 的箱體校正技術(shù)一般都可以支持一定程度的仰角校正, 但其主要局限還在于直插燈的工藝水 平。 圖 4 LED發(fā)光管亮度分布(3在實(shí)際生產(chǎn)中,存在多批次箱體拼接形成 LED 顯示屏的情況,這就要求箱體校正 支持多批次箱體校正, 這對現(xiàn)有校正設(shè)備的亮色度測量精度有則極高的要求。 更為嚴(yán)峻的是, 現(xiàn)有市面上的測量設(shè)備包括高端色度計(jì)提供的亮色度測量數(shù)據(jù)精度也是有限的, 而人眼對箱 體間的亮色度精度又極為敏感。 如何較好的消除不同批次間的