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什么是LED显示屏白平衡一致性问题

发布时间:2019-11-05

LED显示屏


led显示屏是由大量的LED灯管组成,特别是采用直插灯的户外led显示屏,白平衡一致性问题相当普遍,这是业界经常遇到的棘手问题。
全彩显示屏是由无数个红、绿、蓝LED组成的像素拼成的,每种颜色LED的亮度、波长的一致性决定了整个显示屏的亮度一致性、白平衡一致性、色度一致性。一般来说,显示屏厂家要求器件供应商提供5nm的波长范围及1:1.3的亮度范围的LED,这些指标可由器件供应商通过分光分色机进行分级达到。电压的一致性一般不做要求。一般来说,LED亮度差异在1:1.3的亮度范围,红光波长差异小于5nm,蓝绿波长差异小于3nm,这样的灯管组成的显示屏(led显示屏其他条件完美无缺)将是白平衡一致性相当好的,相反条件下的显示屏可能会出现花屏、一致性不好的效果。
由于LED是有角度的,故全彩LED显示屏同样具有角度方向性,即在不同角度观看时,其亮度是会递增或递减的。这样,红、绿、蓝三种颜色LED的角度一致性将严重影响不同角度白平衡的一致性,直接影响显示屏视频颜色的保真度。要做到红、绿、蓝三种LED在不同角度时亮度变化的匹配一致性,需要在封装透镜设计、原物料选择上严格进行科学设计,这取决于封装供应商的技术水平。法线方向白平衡再好的显示屏,如果LED的角度一致性不好,整屏不同角度的白平衡效果将是糟糕的。LED器件的角度一致性特性可用LED角度综合测试仪测出,对于中、高档显示屏尤为重要。红绿蓝LED的光形曲线图一致性越好,整个显示屏的一致性将更好。由于R/G/B在不同角度亮度不一致而造成色泽不均匀,难以达到不同角度白平衡一致性;并且单色光型曲线的离散分布严重,将造成显示屏的一致性差。
实际生产中的LED灯是有亮度差异的,如果亮的LED集中在一个模块,暗的LED集中在另一个模块,这样的差异就很明显,所以一定要在生产采用混灯工艺使LED灯在显示屏上成正态分布,从而使整屏的显示一致性效果较好;如果直插灯在安装时,灯不平整, LED灯的出光一致性较差,将直接影响显示屏白平衡的一致性效果,所以必须增加“整灯工艺”来保证led显示屏的平整度。
恒流芯片输出电流精度的差异和调整电阻的精度差异可能会影响LED发光效果,从而影响显示屏白平衡一致性;信号系统的编码和信号传输的带宽差异也可能影响led显示屏的白平衡一致性。在LED点阵模块的设计中,像素点的组合排布合理与否,可能会影响LED灯的出光效果和像素点的光学叠加效果,从而影响显示屏的一致性;PCB布局和走线合理与否,致使供电和温度分布的差异,而影响了显示屏的白平衡一致性。
LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。若环境温度较高,LED主波长或λp就会向长波长漂移,尤其是点阵、大屏幕的温升对LED的可靠性、稳定性影响很大。LED器件发光区材料的禁带宽度值直接决定了器件发光的波长或颜色。InGaAlP和InGaN等LED的芯片材料属于III-V族化合物半导体,它们的性质与GaAs相仿,当温度升高时,材料禁带将减小,导致器件发光波长变长,颜色发生红移,波长随结温变化表示为:λ(T2)=λ(T1)+T*K(nm/℃)。一般K=0.1,每当结温升高10度,则波长向长波漂移1nm,且发光的均匀性、一致性变差。2~5nm的波长变化,人眼就可以感觉到,人眼对不同的颜色感知灵敏度存在很大的差异,在蓝、绿区,很小波长就将导致人眼感觉上变化,从而对蓝绿LED器件的温升效应提出了更高的要求。

综上所述,为了解决白平衡一致性问题我们建议的举措是:
1、对于led显示屏产品而言,对产品采用一定的检测的方法和手段固然重要,但鉴于产品不菲的价值且很多缺陷是无法通过事后维修解决,检测和检验能为后续产品改善提供依据和方向,但不能改变既成事实的缺陷产品,因此事前控制显得尤为珍贵。能够稳定有效地保证对LED封装的整个制程的合理控制,包括物料分档控制,保证亮度、波长的一致性;分光分色设备的严格管理,专人专机操作机台及工位,保证产品的各项参数的一致性。
2、在封装透镜设计、原物料选择上严格进行科学设计,做到红、绿、蓝三种LED在不同角度时亮度变化的匹配一致性;在LED显示模块设计时,合理选用驱动电路和信号处理算法,并进行PCB的合理优化设计,以保证恒流精度和减小显示屏模块内部温差;在LED显示模块生产时采用合理的混灯工艺控制。
3、由于led显示屏的像素LED的差异性,或者电子显示屏在工作一段时间后,每一颗LED会出现不同程度的亮度和色度的下降,严重影响显示效果。采用亮度和颜色矫正控制技术,可实现亮度<1%,色度Cx/Cy<0.003精度的校正,迅速提升显示屏显示效果,使得更新以后的模块与已经工作过一段时间以后的模块保持亮度和色度的一致。点校正运算公式为:
Rout = Rin * A(1,1) + Grnin * A(1,2) + Bluin * A(1,3)
Gout = Rin * A(2,1) + Grnin * A(2,2) + Bluin * A(2,3)
Bout = Rin * A(3,1) + Grnin * A(3,2) + Bluin * A(3,3)
目前,国内有少数企业建立起来了显示研发实验室,联合国内高校及科研院所,针对点校正进行了大量研究,某公司已经研发出行业领先的点校正技术,确保显示屏长期有效使用。

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