小間距顯示屏低亮高灰技術(shù)探討

　　LED屏因小間距其在顯示效果上有著其他產(chǎn)品無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)需求逐漸增加，同時(shí)隨著技術(shù)的不斷革新，改進(jìn)，其燈珠成本和制造成本逐年下降，已走下神壇成為市場(chǎng)大眾可接受產(chǎn)品，且隨著應(yīng)用的逐漸成熟和廣泛，市場(chǎng)主流需求已經(jīng)由當(dāng)年的2.5mm變?yōu)?.25mm,0.9mm，而現(xiàn)在2.5mm像素間距的產(chǎn)品已經(jīng)成為市場(chǎng)通用普及產(chǎn)品。但是市場(chǎng)的需求猛增，像素間距的逐漸變小，像素密度的成倍增加，精度的增加，密度的增加有賴于加工精度的提升，而被稱之為L(zhǎng)ED小間距顯示屏進(jìn)入室內(nèi)顯示的門檻,低亮高灰則是少數(shù)廠家能夠真正實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)是本身的技術(shù)研發(fā)能力，例如對(duì)于灰度實(shí)現(xiàn)和LED驅(qū)動(dòng)原理深入了解的人，一個(gè)是有著物料供貨規(guī)格的要求能力，例如選擇制定的LED BIN，制定批次的恒流驅(qū)動(dòng)IC。

　　為什么會(huì)稱之門檻呢，將從室內(nèi)應(yīng)用和屏廠情況進(jìn)行說明

　　基于室內(nèi)應(yīng)用

　　低亮

　　傳統(tǒng)室內(nèi)顯示產(chǎn)品，如LCD,DLP等，亮度在500nits附近，且為被動(dòng)發(fā)光，而作為主動(dòng)發(fā)光產(chǎn)品依照推算亮度則在300-500nits之間，這樣人眼在長(zhǎng)時(shí)間觀看才不至于出現(xiàn)明顯疲勞，特別是監(jiān)控中心，指揮中心需要24小時(shí)觀看的場(chǎng)所，亮度舒適，觀感柔和成為產(chǎn)品選型的決定因素。

　　高灰

　　高清信號(hào)源已經(jīng)逐漸普及，屏幕顯示效果的好壞，信號(hào)源一投即可辨別，所以光有低亮不行，在低亮情況下如何讓高清畫面高畫質(zhì)的顯示，則需要顯示屏具有較高的會(huì)階顯示能力，而不是畫面一投，大面積的馬賽克。

　　室內(nèi)顯示屏，需要滿足人眼長(zhǎng)實(shí)際觀看而不會(huì)出現(xiàn)眼疲勞，同時(shí)可以對(duì)高清畫質(zhì)的細(xì)節(jié)再現(xiàn)，特別是現(xiàn)在星光級(jí)攝像頭的普及，星光照度下可否看的清，看的準(zhǔn)，這就對(duì)顯示屏的灰度細(xì)節(jié)要求很高。

　　基于傳統(tǒng)顯示屏廠家

　　低亮高灰對(duì)于顯示屏廠家在2014年提出時(shí)還是一個(gè)新詞，筆者從事顯示屏研發(fā)工作10余數(shù)年，在未接觸小間距時(shí)，處理更多的是在有限條件下如何做到更高的亮度，更高的刷新以及高刷后的鬼影問題，對(duì)于低亮度的處理則關(guān)注不多，而且由于傳統(tǒng)屏觀看距離遠(yuǎn)，以及其驅(qū)動(dòng)電流足夠大且觀看距離遠(yuǎn)，灰階的關(guān)注度沒有小間距這么高，所以對(duì)于降低亮度更多是通過系統(tǒng)軟件的手段來降低顯示屏的亮度，只有接觸了小間距后才需要思考降低亮度的情況如何保證灰階的不損失，大家可以關(guān)注行業(yè)內(nèi)某知名廠家其一代小間距1.667MM的亮度定義是1200nits，正式因?yàn)樵诹炼群突译A無法整合時(shí)，選擇犧牲亮度來獲取灰階效果，而我們現(xiàn)在很多2.5的產(chǎn)品則是通過系統(tǒng)手段來降低亮度，伴隨這灰階的損失。

　　上面分析的室內(nèi)顯示低亮高灰的顯示需求，以及室內(nèi)顯示屏在此上的短板，下面先講述與低亮高灰相關(guān)的工作原理部分。

　　1：顯示屏中的LED是電流工作型器件，通過驅(qū)動(dòng)芯片提供恒定電流進(jìn)行點(diǎn)亮，電流與亮度有著直接的關(guān)系，所以LED工作電流的設(shè)定很關(guān)鍵，其實(shí)正式因?yàn)槠潆娏餍推骷奶匦裕瑸槭裁丛趥鹘y(tǒng)顯示屏里面不是問題的地方到了小間距這里卻是很麻煩的問題，歸根到底就是LED驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)IC的線性工作電流，傳統(tǒng)因亮度問題，會(huì)增加LED的工作電流來提升整體亮度，這樣整個(gè)電路都工作在其合理的區(qū)間范圍內(nèi)，這也說明了為什么亮度要定到1200nits的原因。

　　2：LED的灰階是通過PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，所以當(dāng)我們看到起輝級(jí)LED時(shí)，其內(nèi)部工作機(jī)制是橫流IC通道打開80ns,在一個(gè)掃描周期內(nèi)LED在設(shè)定的電流下，點(diǎn)亮80ns.

　　而當(dāng)我們通過系統(tǒng)降低亮度時(shí)，實(shí)際上調(diào)整的是LED的占空比，這樣導(dǎo)致的問題要么低灰無響應(yīng)，因?yàn)镮C本身有一個(gè)輸出響應(yīng)時(shí)間，在33ns附近，如果脈寬低于此值，IC將不接收，另外一個(gè)是壓縮灰階，在100%亮度時(shí)16384級(jí)灰階，當(dāng)降低到70%亮度時(shí)，其有效占空比只有0%--70%，完整性灰階只有原先的70%,其余30%將因驅(qū)動(dòng)瓶頸將無法顯示，所以通過系統(tǒng)降低亮度來獲得低亮是不可取的。

　　下面以我司極光二代1.25為例進(jìn)行技術(shù)細(xì)節(jié)說明， 低亮高灰在小間距屏設(shè)計(jì)的難度

　　從上述表格得出三點(diǎn)分析

　　1：亮度與電流

　　從上述表格可以看出，在燈珠參數(shù)不變的情況亮度和電流直接相關(guān)，而從實(shí)際的調(diào)試效果來說，我們做過產(chǎn)品的極限帶載的測(cè)試，1200nits的亮度優(yōu)于500nits的效果，封裝廠家在LED產(chǎn)出前，均有做LED的BIN值檢測(cè)，例如：1010LED用5Ma進(jìn)行分BIN，那么在5Ma的數(shù)據(jù)是最準(zhǔn)確的，所以如果其電流落在5Ma時(shí)效果最好，最明顯的傳統(tǒng)戶外屏，LED分BIN在10-20ma，基本上LED都在這個(gè)電流下工作，所以灰階問題較少，而上述表格中LED電流在1Ma附近,已經(jīng)遠(yuǎn)離了亮度，波長(zhǎng)篩選的范圍。

　　2：灰度與電流的關(guān)系

　　電流型器件，那么就存在的電流輸出響應(yīng)，電流精度控制等，模擬器件不比數(shù)字器件， 數(shù)字信號(hào)容易控制，且控制準(zhǔn)確，這個(gè)就是為什么計(jì)算機(jī)可以輸出14bit灰階值，但是經(jīng)過驅(qū)動(dòng)IC后卻只有5000：1等。

　　A:IC的電流精度控制，上面看到我司主選用MBI5353，一個(gè)是優(yōu)勢(shì)是其48通道，另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是低至0.5ma的通道電流橫流精度，相比MBI5153的1ma會(huì)好很多，我司曾經(jīng)做過實(shí)際的對(duì)比，相同驅(qū)動(dòng)下，MBI5153的灰階效果會(huì)差很多，色塊等差異更加明顯，所以當(dāng)?shù)突页霈F(xiàn)色塊問題時(shí)，一般多為驅(qū)動(dòng)IC的線性響應(yīng)問題。

　　MBI5353 通道恒流參數(shù) MBI5153 通道恒流參數(shù)

　　B:LED的電流響應(yīng)，回到第一點(diǎn)，在短脈沖情況下，LED是否可以立即響應(yīng)，例如100ns打開時(shí)間，1ma的電流輸送至LED，LED實(shí)際有效響應(yīng)時(shí)間是多少，響應(yīng)出來的波長(zhǎng)，亮度是否是設(shè)計(jì)需要的，而封裝公司的測(cè)試一直是直流檢測(cè)，即利用恒流源進(jìn)行檢測(cè)，而不會(huì)出現(xiàn)脈沖效果，所以LED在短脈沖下的電流響應(yīng)也和其灰階顯示有關(guān)。

　　通過以上分析，我司在恒流驅(qū)動(dòng)上已經(jīng)選擇了業(yè)內(nèi)最好的驅(qū)動(dòng)方案，但是因燈珠參數(shù)的限制，仍然在低灰階上存在風(fēng)險(xiǎn)，而且我司基于嚴(yán)格的灰階測(cè)試響應(yīng)，即用CS-2000逐級(jí)測(cè)試亮度進(jìn)行線性對(duì)比，摒棄部分廠家采用技術(shù)屏蔽手段，利用人眼視覺暗場(chǎng)分辨能力弱的問題，所以人眼觀看可接受，但是在星光級(jí)攝像頭或?qū)Ｓ脺y(cè)試軟件測(cè)試下，即可顯露原形。鑒于上述分析已經(jīng)找到了方案，我司反向要求封裝廠家對(duì)LED 分BIN電流和亮度取值范圍，如下LED參數(shù)

　　通過如上數(shù)據(jù)，我們按照1.25，600nits的亮度，換算出實(shí)際的工作電流為

　　IR=3.3Ma, IG=2.34Ma, IB = 1.45 Ma

　　從資料可看出，LED的BIN篩選已經(jīng)由5ma降低為3ma，這樣電流的差異性進(jìn)一步的變小，同時(shí)有選擇的使用亮度BIN，保證LED，IC都在恒流特性范圍內(nèi)工作。

　　低亮高灰之高溫?zé)崞埔鸬腖ED發(fā)光不均

　　依據(jù)對(duì)LED的常識(shí) 紅色VF = 1.7-2.2 ,藍(lán)綠VF 3.0-3.5 但是當(dāng)我們使用如此低的電流時(shí)，其VF參數(shù)已經(jīng)發(fā)生變更，如下圖這樣我們?cè)陔妷哼x擇時(shí)，就需要重新計(jì)算思考，例如我們使用1.0Ma的電流時(shí)，藍(lán)色VF<2.4V，如果繼續(xù)按照3.0V VF考慮則產(chǎn)品過熱，低灰存在嚴(yán)重的以IC區(qū)域的顏色差異。

　　那么對(duì)于進(jìn)入更小的間距我們?nèi)绾瓮黄颇?/p>

　　1：實(shí)用亮度級(jí)別更低的LED

　　采用更小晶片封裝的LED---靜電，IR問題。

　　采用黑色素更高的LED---透光性不好，熱量堆積

　　2：采用更高的掃描驅(qū)動(dòng)芯片，例如64掃的。

　　需要更高的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，在有限的布板條件下，需要犧牲刷新。

　　3：采用新的驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，更高的恒流驅(qū)動(dòng)能力，---由占空比脈沖式改為數(shù)字恒流源均流式。

　　此種筆者認(rèn)為彩色最終的高密屏的方案，LED本身是電流型器件，通過數(shù)字恒流源調(diào)控LED工作的電流，而不是高速脈沖電流，這樣LED線性響應(yīng)效果會(huì)更好，電路的噪聲等會(huì)降低很多