LED顯示屏逐點校正技術(shù)組成介紹-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯LED顯示屏逐點校正技術(shù)組成介紹-基礎(chǔ)電子一、逐點校正技術(shù)概念

當前LED芯片生產(chǎn)制程現(xiàn)狀，決定了即便是同批次生產(chǎn)出的LED芯片，其個體間發(fā)光強度與主波長依然存在相當大的差異性。對于LED顯示應(yīng)用來說，這種差異性將嚴重影響顯示質(zhì)量，必須首先通過分光分色對光度、色度以及電參數(shù)等指標進行分類篩選后，才能應(yīng)用于同一張顯示屏上。

然而，用分光分色的方法來解決芯片個體光度色度不一致的問題，由于精度不足，后續(xù)工藝流程的影響，以及老化過程的光衰不一致等因素，并不能達到完美畫質(zhì)。此外，已使用一段時間后的顯示屏也會因光衰不一致等因素顯示質(zhì)量下降，出現(xiàn)“花屏”，這也是分光分色鞭長莫及的。

因此，業(yè)界嘗試從顯示屏制造的一道流程著手，通過對差異性的LED燈點采用差異性的驅(qū)動來解決該問題，這就是逐點校正。

上世紀90年代后期，國內(nèi)外出現(xiàn)逐點校正的理論雛形，并開啟了這一技術(shù)的實踐探索。然而，由于缺乏適用的通用數(shù)據(jù)采集工具以及技術(shù)壁壘等因素，該技術(shù)的研究長期處于不連續(xù)、不系統(tǒng)，自成一家缺乏交流的狀態(tài)，逐點校正也缺乏一個公認的定義。

目前，比較合理的定義為：逐點校正，即通過對LED屏上的每顆燈點區(qū)域的亮度（和色度）數(shù)據(jù)進行采集，得出對于每顆燈點的校正系數(shù)（或?qū)τ诿總€像素的系數(shù)矩陣），將其反饋給顯示屏的控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)應(yīng)用校正系數(shù)實現(xiàn)對每顆燈點的差異性驅(qū)動，從而大幅提高顯示屏的像素亮度（色度）均勻性。

二、逐點校正技術(shù)組成

從上面的定義可以看到，逐點校正技術(shù)可以分解為以下四個部分：

1.原始數(shù)據(jù)采集；

2.校正數(shù)據(jù)生成；

3.驅(qū)動控制；

4.采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的結(jié)合；

以下就這四個方面分別進行分析闡述。

2.1原始數(shù)據(jù)采集

原始數(shù)據(jù)采集是逐點校正的步，是基礎(chǔ)的一步，也是發(fā)展緩慢艱難的一步。按照采集參數(shù)看，可分為亮度數(shù)據(jù)和色度數(shù)據(jù)兩種；按照采集對象分，可分為模塊級采集，箱體級采集與全屏分區(qū)域采集；按照采集環(huán)境分，可分為工廠模式采集與現(xiàn)場模式采集；從采集的技術(shù)路線與工具的角度看，則大致可以分為以下幾個方向：

1.機械裝置+光度探頭：即用機械傳動裝置控制光度探頭依次逐個采集每顆燈點的數(shù)。早期的實驗裝置曾經(jīng)是屏體垂直于地面放置，用機架等間距移動亮度計逐點測量。后來逐漸發(fā)展為機臺形式，模塊或單元板水平放置，探頭垂直采集數(shù)據(jù)。為提高效率，單個機臺可裝置多個探頭，筆者見聞中單機臺多探頭數(shù)為16個，以箱體為單位進行采集。

這種采集方法的優(yōu)點在于精度高，但也有著致命的缺陷：效率低。難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。此外，無法實現(xiàn)現(xiàn)場校正。近年來，隨著技術(shù)進步，這種機臺式采集方法正漸漸地淡出歷史舞臺。

2.數(shù)碼相機：利用數(shù)碼相機對燈點的成像灰度數(shù)據(jù)，來實現(xiàn)逐點校正，可說是當前廉價的采集解決方案。08年以來，幾大顯示屏控制系統(tǒng)廠商均陸續(xù)大力投入研發(fā)力量，開發(fā)自己的相機采集系統(tǒng)，開展逐點校正的實踐，大大促進了逐點校正技術(shù)的推廣和普及。

數(shù)碼相機方案的優(yōu)點在于設(shè)備相對廉價，缺點在于精度低、穩(wěn)定度差，個體間一致性差異也很大，難以滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求。此外，數(shù)碼相機方案多由控制系統(tǒng)廠商結(jié)合自身系統(tǒng)獨立開發(fā)，互不兼容。

3.基于CCD的平面亮度/色度分布測量儀器：此類儀器的研發(fā)伴隨著平板顯示產(chǎn)業(yè)的高速增長，其利用成像亮度測量原理，可高效獲取成像平面上任意區(qū)域的亮度/色度值。自06年以來，日本、美國、丹麥、法國、德國以及中國均有相關(guān)產(chǎn)品陸續(xù)問世，但能滿足LED逐點校正實用化特殊要求的卻寥寥無幾。

這類設(shè)備精度高，穩(wěn)定性好，校正效果佳，但價格相對昂貴。

4.工業(yè)CCD采集方案：上述幾個方向之外，還有一些基于工業(yè)相機的解決方案，如Barco公司自行開發(fā)的工業(yè)相機模組校正流水線方案；再如逐點校正的先驅(qū)長春希達，他們自主研發(fā)并持續(xù)完善的工業(yè)CCD校正方案，是國內(nèi)首創(chuàng)的亮色一體校正解決方案。

工欲善其事，必先利其器。隨著采集工具的效率提高，功能增強，逐點校正的數(shù)據(jù)采集有了更廣泛的空間和可能性，從工廠延伸到了現(xiàn)場，從新屏延伸到了老屏，從平面屏擴展到了弧形屏乃至異形屏。

2.2校正數(shù)據(jù)的生成

校正數(shù)據(jù)的生成可分解為3個部分，一是原始數(shù)據(jù)修正處理，二是校正目標值的設(shè)定，三是校正數(shù)據(jù)的計算生成。其中重要的技術(shù)突破在于“原始數(shù)據(jù)修正處理”，尤其是現(xiàn)場校正環(huán)境下的數(shù)據(jù)修正。

2.2.1原始數(shù)據(jù)修正處理

現(xiàn)場校正簡單的一種情況是：平面屏，選擇顯示屏的觀眾區(qū)域作為單一的數(shù)據(jù)采集機位，對全屏分區(qū)域依次進行數(shù)據(jù)采集。這樣采集到的數(shù)據(jù)必然帶有因觀察視角不同引入的系統(tǒng)誤差。采集數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：垂直法線方向亮度高，偏離法線方向亮度下降，偏離角度越大，亮度越低的現(xiàn)象。如果不加以修正，校正后的顯示屏必然將下部暗，上部亮；機位垂直方向暗，兩邊亮；偏離校正點觀看時，明暗出現(xiàn)失真。

而當屏體是外弧形或現(xiàn)場環(huán)境限制，必須多機位才能完成采集時，由于不同機位采集視角不同，如不加修正，其接縫處必將出現(xiàn)明顯的分界線。

上述問題導致很多屏無法進行現(xiàn)場校正。近來，有數(shù)碼相機方案采用鄰區(qū)對比反饋的方式，也有設(shè)備采用拍攝全屏圖像做參考的方式進行修正。

2.2.2校正目標值的設(shè)定

校正目標值的設(shè)定也是逐點校正技術(shù)值得深入探討的一部分。眾所周知，亮度校正損失亮度，色度校正既損失亮度也會損失色域空間和色彩飽和度。那么如何設(shè)定合理的校正目標亮度和色度值，結(jié)合客戶需求，在亮度、色域和均勻度之間找到平衡點呢？

當前，很多數(shù)碼相機校正方案，因為缺乏中間數(shù)據(jù)，都將目標值的設(shè)定環(huán)節(jié)放在采集之前，然而不同的顯示屏有著不同的平衡點，尤其是色度校正，目標值設(shè)定的不合理，將直接導致校正失??！合理的目標值設(shè)定依賴采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，因此，我們將目標值的設(shè)定放在采集完成之后，并提供各種輔助參數(shù)和圖線幫助用戶調(diào)整目標值。

2.3驅(qū)動控制

有了校正數(shù)據(jù)，還需要控制系統(tǒng)的正確應(yīng)用，才能實現(xiàn)逐點校正。

驅(qū)動控制的實現(xiàn)有兩種途徑：一為電流幅度控制，二為脈沖寬度控制（PWM方式）。由于電流幅度與亮度并不是嚴格的線性關(guān)系，且電流的增減會引起LED芯片主波長的偏移，因此，電流控制應(yīng)用得越來越少，當前逐點校正驅(qū)動控制實現(xiàn)的主要方式為調(diào)節(jié)脈寬。

國內(nèi)主要控制系統(tǒng)供應(yīng)商早已實現(xiàn)逐點的LED燈點差異性驅(qū)動控制，只是由于通用采集設(shè)備的缺失，直到2022年，逐點校正仍是少數(shù)自有控制系統(tǒng)的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的獨有技術(shù)優(yōu)勢。隨著采集設(shè)備的突破進展，08年還大部分停留在宣傳賣點上，無法實用起來的控制系統(tǒng)逐點校正功能，到2022年已逐漸成為控制系統(tǒng)入市的必備利器。到今天，市場上的全彩顯示屏控制系統(tǒng)，不具備亮度逐點校正能力的已寥寥無幾。

但是，逐點校正的驅(qū)動控制方面，也還存在有待完善的地方，表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.校正的低輝及線性表現(xiàn)有待改善；

2.目前具備色度校正功能的系統(tǒng)尚為數(shù)不多；

3.校正后帶載點數(shù)有待擴展；

此外，除了利用控制系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)動控制外，還有一種技術(shù)思路是通過對前端視頻流進行實時處理，從信號源的層面實現(xiàn)校正?？煞譃橛布崿F(xiàn)與軟件實現(xiàn)兩種。硬件實現(xiàn)即在視頻信號源與控制系統(tǒng)之間加一個信號處理器，內(nèi)部存儲校正數(shù)據(jù)，對輸入的視頻流信號應(yīng)用校正數(shù)據(jù)進行實時運算后輸出給控制系統(tǒng)。軟件實現(xiàn)即截取電腦為信號源的顯示數(shù)據(jù)流，加以校正數(shù)據(jù)運算后輸出到DVI端口。

與控制系統(tǒng)實現(xiàn)校正相比較，由于DVI信號只有為8位，這種用前端視頻處理器實現(xiàn)校正的方法將嚴重損失灰度，其低輝與線性表現(xiàn)不佳將是必然結(jié)果，且應(yīng)用色度校正時，也會因精度不足效果不理想。

2.4采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的結(jié)合

逐點校正過程中，需要以下三個步驟：控制系統(tǒng)控制屏體，在指定區(qū)域顯示紅綠藍三色畫面；采集系統(tǒng)分別完成采集；生成校正數(shù)據(jù)后寫入控制系統(tǒng)。

09年前，采集系統(tǒng)多為控制系統(tǒng)自己開發(fā)，配合自己的控制系統(tǒng)使用。因此，無論是模塊級、箱體級還是全屏級校正，采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間大都使用自定義的控制接口協(xié)議互動完成。

這種控制接口協(xié)議的結(jié)合方式自動化程度高，寫入數(shù)據(jù)的過程無需人工干預(yù)。對于一些數(shù)碼相機校正方案，因測量設(shè)備精度與穩(wěn)定性不足，需要反復采集、鄰區(qū)比對等才能保證區(qū)域間一致性，因此要求采集和顯示控制緊密互動，這種控制接口協(xié)議的結(jié)合方式是選擇。然而，這也造成了采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)捆綁，互不兼容。在控制系統(tǒng)技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，新的控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)的今天，無疑并不符合LED屏制造商的利益。

LED屏廠商引進進口采集設(shè)備結(jié)合自有控制系統(tǒng)，有兩種情況，一是遵照采集系統(tǒng)的控制接口協(xié)議要求對控制系統(tǒng)進行改造，使用采集系統(tǒng)的軟件功能完成校正；二是自行開發(fā)軟件，實現(xiàn)顯示控制、采集系統(tǒng)采集、與校正數(shù)據(jù)的生成與寫入。這2種情況都意味著技術(shù)導入難度高、成本高，也同樣地，不兼容，無法與市場通用的控制系統(tǒng)相結(jié)合。

因為采集設(shè)備、穩(wěn)定，僅需數(shù)據(jù)采集即可完成校正，因此顯示控制的部分變得十分簡單，不需要與控制系統(tǒng)交互通信也可完成。而寫入控制系統(tǒng)的步驟，則可以使用數(shù)據(jù)文檔