提高LED顯示屏顯示效果的相關(guān)技術(shù)分析

　　近年來，全彩色LED顯示屏在體育場館、道路交通、廣告宣傳、租賃等方面的應(yīng)用出現(xiàn)快速增長的趨勢。據(jù)美國Standford Resources對led顯示屏產(chǎn)品國際市場概況的預(yù)測，當(dāng)前和未來市場上對LED顯示屏產(chǎn)品的采用將會以全彩高畫質(zhì)為主，因此需要在LED大屏幕顯示控制技術(shù)和新產(chǎn)品設(shè)計方面隨時把握市場趨勢，攻克高端產(chǎn)品的相應(yīng)技術(shù)難關(guān)并完成高端新產(chǎn)品的研制。

　　本文結(jié)合國內(nèi)外LED顯示屏技術(shù)，重點闡述影響LED顯示屏顯示效果的相關(guān)指標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢。

　　二、LED顯示屏技術(shù)指標(biāo)的提升

　　全彩色LED顯示屏的灰度等級、對比度、刷新頻率等技術(shù)指標(biāo)的高低直接影響全彩色LED顯示屏的顯示效果。

　　1、灰度等級

　　灰度等級是指LED顯示屏單基色亮度中從最暗到最亮之間能區(qū)別的亮度級數(shù)，LED顯示屏的灰度等級越高，顏色越豐富，色彩越艷麗；反之，顯示顏色單一，變化簡單?；叶鹊燃壍奶岣撸艽蟠筇嵘噬疃?，使得圖像色彩的顯示層次呈幾何數(shù)量增加。Daktronics公司的LED灰度控制等級為14bit~16bit，使得高端顯示產(chǎn)品的圖像層次分辨細(xì)節(jié)和顯示效果均達(dá)到了世界先進(jìn)水平。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，LED灰度等級還會不斷的向更高的控制精度發(fā)展。

　　2、對比度的提高

　　對比度是影響視覺效果的關(guān)鍵因素之一，一般來說對比度越高，圖像越清晰醒目，色彩越鮮明艷麗。高對比度對于圖像的清晰度、細(xì)節(jié)表現(xiàn)、灰度層次表現(xiàn)都有很大幫助。在一些黑白反差較大的文本、視頻顯示中，高對比度LED顯示屏在黑白反差、清晰度、完整性等方面都具有優(yōu)勢。對比度對于動態(tài)視頻顯示效果影響要更大一些，由于動態(tài)圖像中明暗轉(zhuǎn)換比較快，對比度越高，人的眼睛越容易分辨出這樣的轉(zhuǎn)換過程。

　提高顯示屏對比度兩種主要方法：

　　(1) 提高LED顯示屏亮度

　　LED顯示屏亮度在某些場合，并不是越高越好。比如室內(nèi)顯示屏，如果亮度過高，形成光污染，對觀察者的視力造成傷害。

　　(2) 降低LED顯示表面反射率

　　主要是在LED面板及LED發(fā)光管進(jìn)行特殊工藝處理，降低LED面板反射率，從而提高LED顯示屏對比度。

　　Barco公司推出NX系列點間距為4mm的LED全彩色高端顯示屏，從原始工藝的950:1提升至4000:1，使產(chǎn)品在對比度這個關(guān)鍵指標(biāo)上有了很大的提升。

　　如圖1所示，（a）左側(cè)為傳統(tǒng)工藝的LED發(fā)光管。一般為黑色面碗LED發(fā)光管，管芯為白色。（a）右側(cè)為Barco公司采用新技術(shù)，使用黑色管芯，有效提高了對比度指標(biāo)。（b）圖為采用新工藝的P4間距SMD顯示屏模組。

圖1

　　3、刷新頻率

　　刷新頻率是LED顯示屏顯示內(nèi)容每秒被重復(fù)顯示的次數(shù)。全彩顯示屏刷新頻率低，圖像會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，特別是在視頻影像設(shè)備拍攝時，閃爍現(xiàn)象明顯。因此，需要盡可能提高LED顯示屏的刷新頻率。

　　Daktronics公司ProTour? （PT）模塊LED顯示屏的刷新頻率為2,400Hz，Barco公司NX-4系列顯示屏的刷新頻率已達(dá)到3,200Hz。

　　所以，提高刷新頻率是技術(shù)發(fā)展趨勢。

三、提高顯示屏均勻度技術(shù)

　　LED顯示屏是由幾百萬上千萬LED像素點組成，由于發(fā)光器件本身的離散性，致使顯示屏產(chǎn)生亮色度不均勻的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響顯示屏的顯示效果。因此，許多顯示屏廠商采用不同的方法提高均勻性。

　　1、LED發(fā)光管篩選法

　　為了克服LED發(fā)光管的離散性，早期采用篩選辦法，使LED發(fā)光管的亮度差和色差控制在人眼可以容忍的范圍內(nèi)，該方法造成LED顯示屏的器件成本成倍增長，顯示效果并不理想。

　　2、一致化校正技術(shù)

　　通過精確控制像素的三基色發(fā)光二極管的方法，控制像素的亮度和三基色的配色關(guān)系，使得顯示屏的所有像素亮度和色度保持一致。該技術(shù)可以徹底解決LED顯示屏亮度、色度不均勻的現(xiàn)象，使顯示屏的顯示效果有質(zhì)的飛躍。

　　3、LED顯示屏后期均勻性校正方法

　　均勻性校正概括為：出廠校正、維修校正、服務(wù)區(qū)校正及現(xiàn)場校正。從目前市場需求分析看，現(xiàn)場校正的必要性越來越突出。

　　一般來說，當(dāng)LED顯示屏運行到一定時間，所有的LED發(fā)光管都會出現(xiàn)亮度衰減，而且三基色管的衰減曲線不一致。因此，它們的亮度也會較出廠前的亮度有所降低。然而，每個LED發(fā)光管光電特性的差異，使它們亮度的下降程度產(chǎn)生偏差。于是，當(dāng)顯示屏使用一段時間后，發(fā)光管會出現(xiàn)不同程度的亮度衰減，使得像素之間顯示不均勻，從而與最初出廠時的屏幕相比，整個圖像會呈現(xiàn)一種粒狀顯示狀態(tài)，或整體亮度下降。三基色管衰減曲線不一致使白平衡、色溫等發(fā)生改變。

　　實際上由于LED發(fā)光管的衰減以及環(huán)境溫度等其它因素的變化，出廠時非常優(yōu)秀的顯示屏性能變差的現(xiàn)象幾乎是不可避免的。將已安裝好的LED顯示屏再拆卸運回工廠進(jìn)行校正，在工程上是不可實現(xiàn)的。鑒于這些特點，顯示屏制造商必須進(jìn)行基于現(xiàn)場的校正，以保證在顯示屏的整個生命周期中，始終保持出廠時的顯示效果。幾種現(xiàn)場校正方法：

(1) 根據(jù)LED運行時間的校正方法

　　這是一種早期現(xiàn)場校正方法，它是根據(jù)跟蹤和記錄每一個LED模塊的運行時間來對顯示屏進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。通過大致計算每個LED的工作時間，測定它們各自的平均亮度衰減，估算出不同的校正水平，然后發(fā)送至各個LED模塊進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。這種方法不需要任何人工輸入。然而，這種方法忽略了一種很重要的問題，通過運行時間估算出的LED衰減頻率并不適合于各個LED。隨著運行時間的增加，LED衰減頻率的幅度范圍也越來越大，在平均基礎(chǔ)上進(jìn)行的校正使一部分LED接近校正水平，然而卻使另一部分LED更加偏離。由于各個模塊之間的亮度水平不一樣，同時又沒有有效的方法去調(diào)整這些亮度不匹配的模塊，因而，在運行時間不同的模塊之間進(jìn)行均勻度的調(diào)整時，會產(chǎn)生一系列的問題，并且最為關(guān)鍵的是，這種方法不能實現(xiàn)像素之間的校準(zhǔn)。所以，經(jīng)過這種校正以后，顯示屏給人的整體感覺呈現(xiàn)出馬賽克現(xiàn)象，不能很好的改善后期顯示屏均勻性問題。

圖2 SMD三基色隨工作時間亮度變化曲線

　　(2) 基于現(xiàn)場的一致化校正方法

　　為了徹底改善顯示顯示屏均勻性的問題，需利用專用采集設(shè)備在現(xiàn)場對LED顯示屏的每個像素點的光色信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的采集，通過相關(guān)算法對每個LED發(fā)光管的實際衰減程度進(jìn)行補(bǔ)償，從而實現(xiàn)真正意義上的一致化校正，即使對于運行不同時間的LED模塊也能實現(xiàn)像素級別的校準(zhǔn)。經(jīng)過校正，使顯示屏恢復(fù)至剛出廠時的均勻顯示效果。

圖3 戶外顯示屏現(xiàn)場校正前后比較

　　現(xiàn)場環(huán)境與工廠環(huán)境有很大的差別