LED顯示屏逐點(diǎn)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(diǎn)校正技術(shù)組成介紹-基礎(chǔ)電子一、逐點(diǎn)校正技術(shù)概念

當(dāng)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(gè)體間發(fā)光強(qiáng)度與主波長(zhǎng)依然存在相當(dāng)大的差異性。對(duì)于LED顯示應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種差異性將嚴(yán)重影響顯示質(zhì)量，必須首先通過(guò)分光分色對(duì)光度、色度以及電參數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)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(lái)解決芯片個(gè)體光度色度不一致的問(wèn)題，由于精度不足，后續(xù)工藝流程的影響，以及老化過(guò)程的光衰不一致等因素，并不能達(dá)到完美畫(huà)質(zhì)。此外，已使用一段時(shí)間后的顯示屏也會(huì)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(zhǎng)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(guò)對(duì)差異性的LED燈點(diǎn)采用差異性的驅(qū)動(dòng)來(lái)解決該問(wèn)題，這就是逐點(diǎn)校正。

上世紀(jì)90年代后期，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)逐點(diǎn)校正的理論雛形，并開(kāi)啟了這一技術(shù)的實(shí)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(zhǎng)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(diǎn)校正也缺乏一個(gè)公認(rèn)的定義。

目前，比較合理的定義為：逐點(diǎn)校正，即通過(guò)對(duì)LED屏上的每顆燈點(diǎn)區(qū)域的亮度（和色度）數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，得出對(duì)于每顆燈點(diǎn)的校正系數(shù)（或?qū)τ诿總€(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)每顆燈點(diǎn)的差異性驅(qū)動(dòng)，從而大幅提高顯示屏的像素亮度（色度）均勻性。

二、逐點(diǎn)校正技術(shù)組成

從上面的定義可以看到，逐點(diǎn)校正技術(shù)可以分解為以下四個(gè)部分：

1.原始數(shù)據(jù)采集；

2.校正數(shù)據(jù)生成；

3.驅(qū)動(dòng)控制；

4.采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的結(jié)合；

以下就這四個(gè)方面分別進(jìn)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(diǎn)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(duì)象分，可分為模塊級(jí)采集，箱體級(jí)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(chǎng)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(gè)方向：

1.機(jī)械裝置+光度探頭：即用機(jī)械傳動(dòng)裝置控制光度探頭依次逐個(gè)采集每顆燈點(diǎn)的數(shù)。早期的實(shí)驗(yàn)裝置曾經(jīng)是屏體垂直于地面放置，用機(jī)架等間距移動(dòng)亮度計(jì)逐點(diǎn)測(cè)量。后來(lái)逐漸發(fā)展為機(jī)臺(tái)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(gè)機(jī)臺(tái)可裝置多個(gè)探頭，筆者見(jiàn)聞中單機(jī)臺(tái)多探頭數(shù)為16個(gè)，以箱體為單位進(jìn)行采集。

這種采集方法的優(yōu)點(diǎn)在于精度高，但也有著致命的缺陷：效率低。難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。此外，無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校正。近年來(lái)，隨著技術(shù)進(jìn)步，這種機(jī)臺(tái)式采集方法正漸漸地淡出歷史舞臺(tái)。

2.數(shù)碼相機(jī)：利用數(shù)碼相機(jī)對(duì)燈點(diǎn)的成像灰度數(shù)據(jù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)校正，可說(shuō)是當(dāng)前廉價(jià)的采集解決方案。08年以來(lái)，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(kāi)發(fā)自己的相機(jī)采集系統(tǒng)，開(kāi)展逐點(diǎn)校正的實(shí)踐，大大促進(jìn)了逐點(diǎn)校正技術(shù)的推廣和普及。

數(shù)碼相機(jī)方案的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備相對(duì)廉價(jià)，缺點(diǎn)在于精度低、穩(wěn)定度差，個(gè)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(jī)方案多由控制系統(tǒng)廠商結(jié)合自身系統(tǒng)獨(dú)立開(kāi)發(fā)，互不兼容。

3.基于CCD的平面亮度/色度分布測(cè)量?jī)x器：此類(lèi)儀器的研發(fā)伴隨著平板顯示產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng)，其利用成像亮度測(cè)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(lái)，日本、美國(guó)、丹麥、法國(guó)、德國(guó)以及中國(guó)均有相關(guān)產(chǎn)品陸續(xù)問(wèn)世，但能滿足LED逐點(diǎn)校正實(shí)用化特殊要求的卻寥寥無(wú)幾。

這類(lèi)設(shè)備精度高，穩(wěn)定性好，校正效果佳，但價(jià)格相對(duì)昂貴。

4.工業(yè)CCD采集方案：上述幾個(gè)方向之外，還有一些基于工業(yè)相機(jī)的解決方案，如Barco公司自行開(kāi)發(fā)的工業(yè)相機(jī)模組校正流水線方案；再如逐點(diǎn)校正的先驅(qū)長(zhǎng)春希達(dá)，他們自主研發(fā)并持續(xù)完善的工業(yè)CCD校正方案，是國(guó)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(qiáng)，逐點(diǎn)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(chǎng)，從新屏延伸到了老屏，從平面屏擴(kuò)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(gè)部分，一是原始數(shù)據(jù)修正處理，二是校正目標(biāo)值的設(shè)定，三是校正數(shù)據(jù)的計(jì)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(chǎng)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(chǎng)校正簡(jiǎn)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(jī)位，對(duì)全屏分區(qū)域依次進(jìn)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(jī)位垂直方向暗，兩邊亮；偏離校正點(diǎn)觀看時(shí)，明暗出現(xiàn)失真。

而當(dāng)屏體是外弧形或現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境限制，必須多機(jī)位才能完成采集時(shí)，由于不同機(jī)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(wèn)題導(dǎo)致很多屏無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校正。近來(lái)，有數(shù)碼相機(jī)方案采用鄰區(qū)對(duì)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(jìn)行修正。

2.2.2校正目標(biāo)值的設(shè)定

校正目標(biāo)值的設(shè)定也是逐點(diǎn)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(huì)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(biāo)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(diǎn)呢？

當(dāng)前，很多數(shù)碼相機(jī)校正方案，因?yàn)槿狈χ虚g數(shù)據(jù)，都將目標(biāo)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(diǎn)，尤其是色度校正，目標(biāo)值設(shè)定的不合理，將直接導(dǎo)致校正失??！合理的目標(biāo)值設(shè)定依賴(lài)采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，因此，我們將目標(biāo)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(biāo)值。

2.3驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)校正。

驅(qū)動(dòng)控制的實(shí)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(yán)格的線性關(guān)系，且電流的增減會(huì)引起LED芯片主波長(zhǎng)的偏移，因此，電流控制應(yīng)用得越來(lái)越少，當(dāng)前逐點(diǎn)校正驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)的主要方式為調(diào)節(jié)脈寬。

國(guó)內(nèi)主要控制系統(tǒng)供應(yīng)商早已實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)的LED燈點(diǎn)差異性驅(qū)動(dòng)控制，只是由于通用采集設(shè)備的缺失，直到2022年，逐點(diǎn)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(dú)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。隨著采集設(shè)備的突破進(jìn)展，08年還大部分停留在宣傳賣(mài)點(diǎn)上，無(wú)法實(shí)用起來(lái)的控制系統(tǒng)逐點(diǎn)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(chǎng)上的全彩顯示屏控制系統(tǒng)，不具備亮度逐點(diǎn)校正能力的已寥寥無(wú)幾。

但是，逐點(diǎn)校正的驅(qū)動(dòng)控制方面，也還存在有待完善的地方，表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(diǎn)數(shù)有待擴(kuò)展；

此外，除了利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制外，還有一種技術(shù)思路是通過(guò)對(duì)前端視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，從信號(hào)源的層面實(shí)現(xiàn)校正。可分為硬件實(shí)現(xiàn)與軟件實(shí)現(xiàn)兩種。硬件實(shí)現(xiàn)即在視頻信號(hào)源與控制系統(tǒng)之間加一個(gè)信號(hào)處理器，內(nèi)部存儲(chǔ)校正數(shù)據(jù)，對(duì)輸入的視頻流信號(hào)應(yīng)用校正數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算后輸出給控制系統(tǒng)。軟件實(shí)現(xiàn)即截取電腦為信號(hào)源的顯示數(shù)據(jù)流，加以校正數(shù)據(jù)運(yùn)算后輸出到DVI端口。

與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)校正相比較，由于DVI信號(hào)只有為8位，這種用前端視頻處理器實(shí)現(xiàn)校正的方法將嚴(yán)重?fù)p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(shí)，也會(huì)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(diǎn)校正過(guò)程中，需要以下三個(gè)步驟：控制系統(tǒng)控制屏體，在指定區(qū)域顯示紅綠藍(lán)三色畫(huà)面；采集系統(tǒng)分別完成采集；生成校正數(shù)據(jù)后寫(xiě)入控制系統(tǒng)。

09年前，采集系統(tǒng)多為控制系統(tǒng)自己開(kāi)發(fā)，配合自己的控制系統(tǒng)使用。因此，無(wú)論是模塊級(jí)、箱體級(jí)還是全屏級(jí)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(dòng)完成。

這種控制接口協(xié)議的結(jié)合方式自動(dòng)化程度高，寫(xiě)入數(shù)據(jù)的過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)。對(duì)于一些數(shù)碼相機(jī)校正方案，因測(cè)量設(shè)備精度與穩(wěn)定性不足，需要反復(fù)采集、鄰區(qū)比對(duì)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(dòng)，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(wú)疑并不符合LED屏制造商的利益。

LED屏廠商引進(jìn)進(jìn)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(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，使用采集系統(tǒng)的軟件功能完成校正；二是自行開(kāi)發(fā)軟件，實(shí)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(xiě)入。這2種情況都意味著技術(shù)導(dǎo)入難度高、成本高，也同樣地，不兼容，無(wú)法與市場(chǎng)通用的控制系統(tǒng)相結(jié)合。

因?yàn)椴杉O(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(jiǎn)單，不需要與控制系統(tǒng)交互通信也可完成。而寫(xiě)入控制系統(tǒng)的步驟，則可以使用數(shù)據(jù)文檔