LED顯示屏逐點(diǎn)校正技術(shù)組成介紹

　　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，其個體間發(fā)光強(qiáng)度與主波長依然存在相當(dāng)大的差異性。對于LED顯示應(yīng)用來說，這種差異性將嚴(yán)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(biāo)進(jìn)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(dá)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最后一道流程著手，通過對差異性的LED燈點(diǎn)采用差異性的驅(qū)動來解決該問題，這就是逐點(diǎn)校正。

　上世紀(jì)90年代后期，國內(nèi)外出現(xiàn)逐點(diǎn)校正的理論雛形，并開啟了這一技術(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)校正也缺乏一個公認(rèn)的定義。

　　目前，比較合理的定義為：逐點(diǎn)校正，即通過對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，得出對于每顆燈點(diǎn)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(shí)現(xiàn)對每顆燈點(diǎn)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(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(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)校正的第一步，是最基礎(chǔ)的一步，也是發(fā)展最緩慢最艱難的一步。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(jī)械裝置+光度探頭：即用機(jī)械傳動裝置控制光度探頭依次逐個采集每顆燈點(diǎn)的數(shù)。早期的實(shí)驗裝置曾經(jīng)是屏體垂直于地面放置，用機(jī)架等間距移動亮度計逐點(diǎn)測量。后來逐漸發(fā)展為機(jī)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(jī)臺可裝置多個探頭，筆者見聞中單機(jī)臺最多探頭數(shù)為16個，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，無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場校正。近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步，這種機(jī)臺式采集方法正漸漸地淡出歷史舞臺。

　2. 數(shù)碼相機(jī)：利用數(shù)碼相機(jī)對燈點(diǎn)的成像灰度數(shù)據(jù)，來實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)校正，可說是當(dāng)前最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(jī)采集系統(tǒng)，開展逐點(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)備相對廉價，缺點(diǎn)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(jī)方案多由控制系統(tǒng)廠商結(jié)合自身系統(tǒng)獨(dú)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)伴隨著全球平板顯示產(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(diǎn)校正實(shí)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(jī)的解決方案，如Barco公司自行開發(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，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)的計算生成。其中最重要的技術(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)場校正最簡單的一種情況是：平面屏，選擇顯示屏的最佳觀眾區(qū)域作為單一的數(shù)據(jù)采集機(jī)位，對全屏分區(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，明暗出現(xiàn)失真。

　而當(dāng)屏體是外弧形或現(xiàn)場環(huán)境限制，必須多機(jī)位才能完成采集時，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。

　上述問題導(dǎo)致很多屏無法進(jìn)行現(xiàn)場校正。近來，有數(shù)碼相機(jī)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(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最佳平衡點(diǎn)呢？

　當(dāng)前，很多數(shù)碼相機(jī)校正方案，因為缺乏中間數(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最佳平衡點(diǎn)，尤其是色度校正，目標(biāo)值設(shè)定的不合理，將直接導(dǎo)致校正失敗！合理的目標(biāo)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(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(dāng)前逐點(diǎn)校正驅(qū)動控制實(shí)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(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)的LED燈點(diǎn)差異性驅(qū)動控制，只是由于通用采集設(shè)備的缺失，直到2008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。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點(diǎn)上，無法實(shí)用起來的控制系統(tǒng)逐點(diǎn)校正功能，到2010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(diǎn)校正能力的已寥寥無幾。

　但是，逐點(diǎn)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(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)動控制外，還有一種技術(shù)思路是通過對前端視頻流進(jìn)行實(shí)時處理，從信號源的層面實(shí)現(xiàn)校正。可分為硬件實(shí)