详细介绍:
户外防水LED广告屏组合型LED点阵显示屏自八十年代开始出现,以发光二极管为像素,它用高亮度发光二极管芯阵列组合后,环氧树脂和塑模封装而成。具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。
点阵显示屏有单色和双色两类,可显示红,黄,绿,橙等。LED点阵有4×4、4×8、5×7、5×8、 8×8、16×16、24×24、40×40等多种;根据像素的数目分为等,双基色、三基色等,根据像素颜色的不同所显示的文字、图象等内容的颜色也不同,单基色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色,双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定,如红绿都亮时可显示黄色,如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间,则可实现256或更高级灰度显示,即可实现真彩色显示。
主要产品介绍
★室内单双色显示屏:Φ3.0、Φ3.75、Φ5.0
★室外单双色LED显示屏:PH8、PH10、PH12、PH14、PH16、PH18
★室内表贴全彩三合一:PH3、PH4、PH5、PH6、PH7.62、PH8、PH10、PH12 、PH16
★户外全彩LED显示屏:PH8、PH10、PH12、PH14、PH16、PH18、PH20、PH25、PH31.25、PH40等
几种LED点阵显示屏的内部电路结构和外型规格,其它型号点阵的结构与引脚可试验获得,LED点阵显示器单块使用时,既可代替数码管显示数字,也可显示各种中西文字及符号.如5 x 7点阵显示器用于显示西文字母.5×8点阵显示器用于显示中西文,8 x 8点阵用于显示中文文字,也可用于图形显示。用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器,但这类实用装置常通过微机或单片机控制驱动。
LED点阵扫描驱动方案
由LED点阵显示屏的内部结构可知,器件宜采用动态扫描驱动方式工作,由于LED管芯大多为高亮度型,因此某行或某列的单体 LED驱动电流可选用窄脉冲,但其平均电流应限制在20mA内.多数点阵显示器的单体LED的正向压降约在2V左右.但大亮点∮10的点阵显示器单体 LED的正向压降约为6V。
大屏幕显示系统一般是将由多个LED点阵组成的小模块以搭积木的方式组合而成的,每一个小模块都有自己的独立的控制系统,组合在一起后只要引入一个总控制器控制各模块的命令和数据即可,这种方法既简单而且具有易展、易维修的特点。
LED点阵显示系统中各模块的显示方式有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便,但硬件接线复杂,在实际应用中一般采用动态显示方式,动态显示采用扫描的方式工作,由峰值较大的窄脉冲驱动,从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通,同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号,反复循环以上操作,就可显示各种图形或文字信息。
LED显示屏的节能概念悄然掀起,成为它最为吸引消费者眼球的亮点,也是近年来火爆增长的原因。当然,经过近几年的疯狂式增长,目前这个行业也陷入了一种僵局以重新洗牌的困局。在这一困境之中,必然有许多企业受此影响而元气大伤,甚至倒闭破产,当然也会有许多企业因此而走出阴霾,获得更为长远的发展。这是行业的发展规律,任何企业都逃脱不了这一劫难,如何在劫难中重生,是每个企业当前比较关注的问题。
在这个节能呼声极高的时代,LED显示屏的进一步节能又无可厚非的成为了这个行业追逐的支撑点。很多企业在这一点上进行各方面改良,在一定程度上有所改进,实现了节能的效果,但是要实现更大意义上的节能,还有很长的路要走,这需要整个行业的共同努力。
最近市场上出现了为数不多的节能led显示屏,通过对供电电源的改进对于led显示屏的节能效果起到重大的提升,吸引了不少消费者的注意力,并给予了相当高的期待,很多led显示屏厂家跃跃欲试,准备抢先引进这一技术,获得发展先机。在目前的技术基础上,节能led显示屏的节能效果到底是如何实现的呢?
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我们以一个led小模块来分析其耗电状况!CYT62726为驱动芯片的led小模块,其供电电压为5V,先不计算外围器件的功耗,因为它们在整个屏中所占的比重极小,那整个屏所耗的功率都在灯上,先计算灯点功率为Pled=n*Uvf*Iled(n为通道数,Uvf为LED灯点的压降,Iled为设定的电流值)CYT62726驱动IC的管脚压降一般为0.6V左右,红绿蓝灯点的压降分别为1.8V,3.0V,3.0V如此那每个通道只需4V(3.0+0.6V)即可正常工作,保守一点可以设置成红灯通道2.8V,蓝绿通道3.8V而实际上我们的供电电压都为5V,就相当于增加了1V*Iled的功耗在IC内部,所以如上可以设想只要将供电电源下降至红2.8V,绿3.8V,蓝3.8V,我们就可以省去那加在IC通道上的1V*Iled功耗,在其他器件不变的情况下便可实现led显示屏节能至少15%以上,再加上本身对LED屏散热要求的降低也能实现一定程度上的节能,这对于一个大屏来说已经是一个相当大的数字了,相信客户会乐于接受!
首先,从供电电源来看,如果要将5V降为4V,整流肖特基正向压降所占输出电压比重必然增加,开关电源输出电压越低,因整流肖特基正向电压比重越高(其比重X=V压降/V输出,输出从5V降为4V,加入其压降为0.5V,则其比重将从0.1上升为0.125,提高25%),电源输出效率就越低,这对于LED屏幕整体节能效果并不明显,所以采用这一电源设计原理显然是是无法实现电源工作效率的提升。同时,5V是标称值电压,在市场运用上已经相当成熟,启用新的开关电源电源电压,降低效率的同时只会增加成本,品质也难保障,实现有困难。
电源的设计是一个比较成熟的领域,可以采用另外一种设计思路实现度显示屏的供电,例如同步整流技术。基本原理如图4,Q10为功率MOSFET,在次级电压的正半周,Q10导通,Q10起整流作用;在次级电压的负半周,Q10关断,同步整流电路的功率损耗主要包括Q10的导通损耗及栅极驱动损耗。当开关频率低于60KHz时,导通损耗占主导地位;开关频率高于60KHz时,以栅极驱动损耗为主。在驱动较大功率的同步整流器时,要求栅极峰值驱动电流IG(PK)≥1A时,还可采用CMOS高速功率MOSFET驱动器。同步整流替代肖特基整流后,可以有效减小在输出功率中消耗的比例。采用同步整流技术是必须的。
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在选择AC/DC开关电源时,可以选用半桥或全桥新技术,这样可以使开关电源效率提升到90%以上。当然这些技术应用,给led显示屏供电是可以将电压降至最佳状态,同时电源的效率也能达到高效率水平,因此采用新的电源技术给led显示屏供电是可以达到显著节能的效果。电源成本也肯定会有一些增加,
色度处理技术对于LED显示屏的图像质量至关重要。色度处理技术主要包括基色波长的选择、白场色坐标的调配、色度均匀性的处理、色彩还 原处理技术等以及本文提出的3+2多基色led显示屏色度处理方法,该方法可再现更多的自然界色彩,使LED显示屏更加五彩斑斓、绚丽多姿。
1 LED显示屏技术从二十世纪80年代初的单色显示屏,到80年代末的双基色显示屏,再到90年代中期的三基色(全彩色)显示屏,直到今天我们在平板显示领域广泛讨论的多基色(大于三基色)处理技术。LED显示屏的色度处理技术从最基本的基色波长选择、到白场色温的调配、再到为提高色彩还原度而进行的色彩空间变换处理和为改善画质的色度均匀性处理、直到今天我们为了扩大色域再现更多的自然界色彩而采取的多基色(大于三基色)处理。各种色度处理技术贯穿着LED显示屏的发展史,成为LED显示屏这门综合性学科中最核心的技术之一。
2 各类色度处理技术
2.1 基色波长的选择
LED显示屏在各行各业有着非常广泛的应用,而在不同的应用场所对LED的基色波长有着不同的要求,对于LED基色波长的选择有些是为了取得良好的视觉效果,有些是为了符合人们的习惯,而有些更是行业标准、国家标准甚至国际标准的规定。比如,对全彩色LED显示屏中绿管基色波长的选择;早期大家普遍选用波长为570nm黄绿色LED,虽然成本较低,但显示屏的色域较小、色彩还原度差、亮度低。而在选择了波长为525nm的纯绿管之后,显示屏色域扩大了近一倍,且色彩还原度大幅提高,极大地提高了显示屏的视觉效果。再比如,证券行情显示屏,人们通常习惯于用红色表示股价上涨、用绿色表示股价下跌、而用黄色表示平盘。而在交通行业则是由国家标准严格规定了蓝绿波段表示通行、红色波段为禁行。因而,基色波长的选择是LED显示屏重要环节之一。
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2.2 白场色坐标的调配
白场色坐标调配是全彩色LED显示屏最基本的技术之一。但是在二十世纪90年代中期,由于缺乏行业标准和基本的测试手段,通常只是靠人眼、凭感觉确定白场色坐标,从而造成严重偏色和白场色温的随意性。随着行业标准的颁布和测试手段的完备,许多制造商开始规范全彩屏配色工艺。但是仍然有部分制造商由于缺乏配色的理论指导,常常以牺牲某些基色的灰度等级来调配百场色坐标,综合性能得不到提高。
2.3 色度均匀性处理
LED显示屏色度均匀性问题一直以来是困扰业内人士的一大难题,一般认为LED的亮度不均匀可以进行单点校正,来改善亮度均匀性。而色度不均匀是无法进行校正的,只能通过对LED色坐标进行细分和筛选来改善。
随着人们对LED显示屏的要求越来越高,只对LED色坐标进行细分和筛选已无法满足人们挑剔的目光,对显示屏进行综合校正处理,使色度均匀性得到改善是可实现的。
我们发现即使是国际第一品牌同一档LED也存在较大的波长偏差和色饱和度偏差,而且该偏差范围大大超过了人眼对绿色色差鉴别的阈值 因此,进行色度均匀性校正是有重要意义的。
在CIE1931色度图中,按重力中心定律,我们发现:在G档范围内(□abcd)的任意一点绿色混合一定比例的红色和蓝色,都可以将混合色的色坐标调整到直线cR和直线dB的交叉点O。
当然,我们可以看出该方法虽然可以使色度均匀性极大地改善。但是,经过校正后的色饱和度明显下降。同时,采用红和蓝来校正绿色色度均匀性的另一个前提是同一个象素内红绿蓝三种LED尽可能采用集中分布使得红绿蓝的混色距离尽可能的近,才能取得较好的效果。而目前业内通常采用的是LED均匀分布方法将会给色度均匀性校正带来混乱。另外,数以万计的红绿蓝LED色坐标的测量工作如何展开也是一个极为棘手的难题。对此我们给了提示。
2.4 色彩还原处理
纯蓝、纯绿LED的诞生,使全彩色LED显示屏以其色域范围宽、亮度高受到业内的追捧。但是,由于红绿蓝LED的色品坐标与PAL制电视红绿蓝的色品坐标有较大的偏差(见表1),使得LED全彩屏的色彩还原度较差。尤其在表现人的肤色时,视觉上存在较为明显的偏差。由此,色彩还原处理技术应运而生。在此笔者推荐两种色彩还原处理的方法:
其一:对红绿蓝三基色LED进行色坐标空间变换,使LED与PAL制电视两者之间的三基色色坐标尽可能靠近,从而大大提高LED显示屏的色彩还原度。但是,该方法大幅度缩减了LED显示屏的色域范围,使画面的色饱和度大幅下降。
其二:只对人眼最敏感的肤色色域进行适当校正;而对其它人眼不够敏感的色域尽可能少降低原有的色饱和度。如此处理,可在色彩还原度和色彩饱和度之间得到平衡。
2.5 3+2多基色色度处理方法
春天万物复苏,在蓝天的辉映下,绿草青青;秋天麦浪滚滚;在阳光的普照下,一片金黄。五彩缤纷的大自然是那么的美好,遗憾的是现有的LED显示屏无法完全再现这美好的景色。LED虽然属于单色光,但是各色LED仍然有30~50nm左右的半波宽,因此其色饱和度是有限的。从图3中可以看出:在大自然界色彩极为丰富的黄色和青色区域LED全彩屏的色饱和度是严重不足的。
近年来,在平板显示领域热衷于讨论3+3多基色显示(红、绿、蓝加黄、青、紫),以扩大色域,再现更为丰富的自然界色彩。那么,LED显示屏可否实现3+3多基色显示?
我们知道在可见光范围内,黄、青为单色光,我们已拥有高饱和度的黄色、青色LED。而紫色为复色光,单芯片紫色LED则是不存在的。虽然我们无法实现红、绿、蓝加黄、青、紫3+3多基色LED显示屏。但是,研究红、绿、蓝加黄、青3+2多基色LED显示屏却是可行的。由于自然界存在大量高饱和度的黄色和青色;因此,该项研究是有一定价值的。
在现行的各种电视标准中,视频源只有红绿蓝三基色,而没有黄、青二色。那么,显示终端黄、青二基色如何驱动?其实,在确定黄、青二基色驱动强度时;我们因遵循以下三点原则:
(1)增加黄、青二基色的目的是为了扩大色域,从而提高色饱和度。而总体亮度值不能改变;
(2)在提高色饱和度的同时,不得改变色调;
(3)以D65为中心;以RYGCB色域边界为端点,在色域范围内各点作线性扩张。
在上述三原则的指导下;按重力中心定律,我们可以找到3+2多基色色度处理方法。但是,要想真正实现3+2多基色全彩屏,我们还要克服黄、青色LED亮度不足;成本上升较大等困难,目前仅限于理论探讨。
3 综上所述,我们主要讨论了三个方面的问题:
(1)如何提高LED显示屏色度均匀性;(2)如何提高LED显示屏的色彩还原度;(3)如何扩大色域,还原更多自然界色彩。
上述各项色度处理技术在具体实施时,都是相互关联的,某些方面甚至是鱼和熊掌不可兼得的。综合LED显示屏还须进行亮度均匀性校正、灰度非线性变换、降噪处理、图像增强处理、动态象素处理等,整个信号处理流程非常复杂。因此,我们必须从系统的角度对各项性能进行综合权衡,把握好各项处理的次序,并加大信号处理的深度,才能使LED全彩色显示屏展现一个五彩缤纷、绚丽多姿的精彩世界。
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传统的大型LED显示屏系统以单片机MCU、ARM 或PLD为核心控制芯片,以FPGA为核心的led显示屏控制系统设计实现起来比较复杂,并且需要以高性能的FPGA芯片作为基础,而以微处理器为核心的LED显示屏控制系统不够灵活,在改变LED屏幕显示尺寸时,需要大幅修改系统设计,PLD虽在处理速度上有较大提高且能很好地控制多模块显示,但其在时序电路描述方面明显不如FPGA.提出了基于FPGA与单片机MCU的大型LED显示屏系统设计方案,该系统中FPGA为主控制单元,单片机为扫描控制单元,该方案简化电路,提高系统的灵活性和可靠性。实践仿真结果表明:系统显示内容较多,能较好地支持彩色显示,降低了功耗,实现了现场实时控制显示。
随着平板显示技术的不断更新,大型LED显示系统利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏,主要显示字符、图像等信息,具有低功耗、低成本、高亮度、长寿命、宽视角等优点。近年来广泛应用在证券交易所、车站机场、体育场馆、道路交通、广告媒体等场所。
通常用单一单片机作为主控器件控制和协调大屏幕显示。由多片单片机构成的多处理器系统,其中一片作为主CPU,其他作为子CPU共同控制大屏幕的显示,该系统可以减轻主CPU 的负担,提高了LED点阵的刷新频率。但单片机的驱动频率有限,无法驱动等分辨率LED屏幕,尤其是对于多灰度级彩色大屏幕,数据送到显示屏之前要进行灰度调制重现图像的色彩,对数据的处理速度要求更高,单片机控制在速度上无法满足上述要求。因此该方案主要应用于实时性要求不高的场合,主要进行一些文字、图片等静态异步显示的控制。视频图像信号频率高、数据量大,要求实时处理,采用FPGA/CPLD设计控制电路,其中的同步控制、主从控制、读写控制和灰度调制等大量电路进行了集成,简化系统结构,便于调试且系统结构紧凑,工作可靠。与单片机控制电路相比,电路结构明显简洁,电路的面积减小,可靠性增强,调试也更为简单,由于FPGA/CPLD可以并行处理多个进程,比起单片机对任务的顺序处理效率更高,点阵的刷新频率也随之提高。
对实时性要求较高、数据量较大的场合下,可编程逻辑器件是首选的核心数据处理器。本系统考虑对于传输视频数据大小和驱动LED大屏幕刷新频率的要求,LED发送卡、接收卡均采用FPGA作为核心处理器,笔者选择Xilinx公司基于90nm工艺制造的XC3S250E-FTG256,内有25万逻辑门,最高频率可以达到600MHz,完全可以满足系统速度的要求在系统中作为扫描控制单元,同时以MCU芯片为主控制单元。采用该方案可以有效简化显示屏的电路结构,从而提高了整个控制系统的灵活性和可靠性。
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1 系统的组成和工作原理
该系统采用89C51单片机和SDRAM 组成控制中心,由基于Xilinx公司的FPGA的90nm工艺制造的XC3S250E-FTG256和RAM 组成扫描控制模块,以FLASH作为存储器模块,采用以太网传输数据,组成LED屏的控制系统。系统结构如图1所示。其工作原理为:主机通过TFTP协议将图片传输给系统以太网接口模块,以太网接口模块解析协议,接收图片数据,然后将数据传输给MCU,MCU 将接收到的数据写入存储模块NAND FLASH.在显示时,MCU读取FLASH 中的数据,通过SPI接口将数据传输给FPGA扫描控制模块,经扫描控制模块处理后传输到LED屏幕上显示。
2 硬件系统设计
2.1存储器电路设计
本系统中需要用2片RAM 芯片作为缓存来存储视频数据,并以乒乓方式进行快速读写操作。目前主要有动态存储器(DRAM)和静态存储器(SRAM),SRAM 的读写时间短,静态功耗比较低,总线利用率高,它不需要刷新电路就能保存内部存储的数据,但是它的集成度较低,相同的容量占用体积大,价格较高,主要用于性能要求较高的领域。
DRAM 只能将数据保持很短的时间,它使用电容存储,必须经常刷新电路来保存数据,它的读写过程比较复杂,时间较长,动态功耗较大,总线利用率比较低。不过DRAM 的存储容量大,价格便宜,被大量用在服务器和电脑中。由于DRAM 读写过程比较复杂,本系统要求存储器有快速的读写响应,所以设计中选用SRAM 作为存储器。本系统所用的LED屏大小为512×64,每个像素数据(RGB)占用24bit,则一场画面的数据量为512×64×24=768kbits.本设计选用ISSI公司的IS61LV25616芯片来存储视频数据。SAA7111输出16bit视频信号,16位数据线正好方便存储数据。它的容量为256×1 024×16bit,足够存储一场视频数据,并有留有充足的容量供系统以后的升级。SRAM 的电路设计
2.2 FPGA的硬件设计
FPGA的硬件设计如图3所示。FPGA 需要提供大量的I/O引脚和高速的显示控制信号,所选用的基于Xilinx公司的FPGA 的90nm 工艺制造的XC3S250E-FTG256可以满足设计的要求。
2.3驱动电路
FPGA采用的电压是3.3V,而LED屏体显示电路的电压是5V的TTL逻辑电平,因此需要进行电平转换的电路。这个电路由74HC245构成,工作电压为5V,74HC245采用CMOS工艺,是一种三态输出、8组总线收发器,其输入电平兼容3.3V系统,使用外接的5V电源将输出电平提升到5V,同时为各种控制和数据信号提供驱动能力。74HC245的电路如图4所示。其中:OE为输出控制引脚,低电平为有效;DIR引脚用于控制转换方向,接高电平时表示从A向B转换,A0~A7用于输入数据信号,B0~B7用于输出转换后的数据信号。
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通过对RGB 三基色发光二极管(led)温度特性的测试和分析发现,随着环境温度的变化,每种基色的LED 亮度与常温时的亮度相比都会发生一定程度的偏移,且其偏移量不相同,导致了图像白场平衡的失真。为了校正失真,针对每个基色LED 提出一种不同环境温度下的Gamma 补偿曲线,使RGB 三基色LED 在环境温度变化时具有相同的亮度偏移值,以保证白场平衡。本文提出的Gamma 补偿技术克服了L ED 的温度特性引起显示屏图像的色彩失真和白场平衡的破坏,使图像的色彩不会受环境温度的变化而失真。
1、发光二极管(LED) 显示屏具有亮度高、图像清晰、色彩鲜艳、驱动电压低、功耗小、耐震动、使用寿命长和价格低廉等优势。随着高亮度蓝、绿LED 的开发和计算机视频控制技术的突破,全彩色户外LED 显示屏也有了很大发展。目前,全彩LED 被公认是最前途的大屏幕显示器,已经广泛应用于金融、证券、交通和体育场馆等,成为信息显示的重要传媒之一。
随着全彩LED 显示屏市场逐步扩大,人们对显示屏显示的图像质量要求不仅是看全彩色的图像,并希望能够获得逼真的图像效果。但目前全色LED 显示屏却存在环境温度偏离常温时显示屏图像的白场平衡破坏、色彩失真的问题,即LED显示屏图像色彩随着环境温度的变化发生失真。冬季0 ℃以下时,图像的色彩偏暗、明亮度差;而夏季30 ℃以上时,图像色彩鲜艳、明亮。本文通过对LED 温度特性的分析,提出了基于Gamma 校正曲线的补偿技术来提高和校正图像的色彩,使显示屏的图像色彩不受环境温度的影响。
2、 LED 温度特性分析
在全彩色LED 显示屏中,RGB 三基色的亮度平衡决定了白场的平衡。若RGB 三基色中的一个基色的亮度发生飘移将会严重影响图像的质量,破坏白场平衡,使显示的图像色彩发生畸变。
3、 基于反Gamma 校正的LED 亮度补偿技术
LED 系统通常用统一的反Gamma 校正曲线来校正视频的亮度信息。由于温度的变化影响了LED 的亮度特性,使全彩色LED 常温下的配色比例在温度变化的情况下严重失调,图像质量严重降低。通常情况下,对LED 显示屏亮度的调整时,一般采用输入亮度值与权值相乘来降低LED 的显示亮度。
但此方法将损失低灰度级的亮度,降低了图像的灰度级,即降低了图像显示色彩。为了不减少低级灰度且保证对亮度的调整,提出一种针对每个温度段采用不同的Gamma 参数来调整相关色彩亮度的技术,以补偿环境温度对器件的影响。系统针对不同的RGB 的基色设置其独立的Gamma 反校正参数。
以B2LED 的特性为例,提出了适合温度变化的Gamma 校正曲线。在相同的输入值的前提下,低温采用γ1 曲线时,输出的理论亮度值高于常温,以校正低温时LED 温度特性导致的亮度损失。同样,在高温情况下采用γ3 曲线,使校正后的亮度与常温时亮度相当。从LED 的温度特性分析可知,每个基色在环境温度作用下亮度变化的幅度都不相同。为此,系统针对不同的RGB 的三基色设置各不同的反Gamma 校正参数,使系统在不同的环境温度情况下,保证系统色度匹配比例以达到白场平衡目的。
采用大屏幕全彩led 显示屏进行全彩灰度图像显示的扫描控制器实现方案。经过对“19 场扫描”理论灰度实现原理的分析,针对采用该方法实现的全彩LED 显示屏刷新频率受串行移位时钟限制的缺点,提出了一种新式的实现高阶灰度显示的逐位点亮控制方法,在进行FPGA 电路设计中采用单独的计数器来控制屏幕的刷新频率,使全彩LED 显示屏的设计在L ED 的发光效率和刷新率之间的调整更加灵活。最后,根据大屏幕全彩LED 显示屏的设计要求,结合本文讨论的灰度控制方法,给出了FPGA 屏体扫描控制器的内部电路实现结构框架。
作为大型平板显示设备的一种,LED 显示屏以其使用寿命长、维护费用低、功耗低等特点在显示领域占有重要的位置。特别在近年,带有红、绿、蓝三基色以及灰度显示效果的全彩LED 显示屏,以其丰富多彩的显示效果而倍受业界关注,成为LED 显示屏市场近年增长幅度比较大的产品。寿命、单位面积亮度、三基色的偏差程度、点距、对比度、灰度等级(包括灰度级数和线性度) 、扫描频率等指标性能是衡量或横向比较大型显示设备好坏的标准。而这些指标性能的优劣,很大程度上决定于扫描控制器的性能。因此对大屏幕全彩L ED 显示扫描控制方法的研究有着重要的意义。
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由于LED 的发光亮度与扫描周期内的发光时间近似成正比,所以灰度等级的实现通常是由控制LED 的发光时间与扫描周期的比值,即采用调节占空比来实现的。全彩LED 显示屏一般采用逐位点亮的扫描方式实现灰度图像显示。对于显示灰度级数为8 位的LED 显示屏,一般采用“19场扫描”原理来实现256 级灰度显示。L ED显示屏的显示数据更新一般采用串行输出方式,如采用595 进行设计的静态LED 全彩显示屏,根据“19 场扫描”原理,对于分辨率等规格确定的屏体,当串行移位时钟确定时,显示屏的刷新频率和LED 的发光效率(一个扫描周期内,LED的最长点亮时间所占的比例) 也就被确定。本文提出了一种新的逐位点亮扫描方式,该方式对典型的“19场扫描”方式进行了改进,可以在串行移位时钟确定的条件下,在一定范围内对刷新率和发光效率进行调节,从而提高了产品根据实际的应用环境和客户要求进行设计的灵活性.
led广告牌是一种面向公众的信息显示终端,有着非常广泛的民用和商用价值。而现在大多数LED广告牌显示的信息都是事先固化在系统中的,这失去了信息的实时性,特别不方便用户更换显示内容;少数LED广告牌采用与微机直接相连,用微机来传送信息,这种系统解决了信息刷新问题,但由于有线连接,制约了系统放置的随意性,特别是对于面向多地区多客户的广告公司来说,给系统的实时更新和维护带来了许多不便。文提出了通过手持发射机遥控LED广告牌的新方案,实现了对广告牌内容及显示方式的灵活改变,使用非常方便。该方案以PC机为上位机,发射机和接收机均以单片机为核心,具有较高的性能价格比。
1 、系统方案
1.1 无线遥控方式
无线遥控是指实现对被控目标的非接触遥远控制,在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。无线遥控和无线传输系统与有线和红外设备相比提高了移动自由度。由此使无线遥控装置和无线传输系统在工业领域的应用越来越多。相对电缆连线的优点在于安装成本低(无需布线、不用地下工程、没有电缆槽),提高了灵活性并降低了维护成本。
要想达到遥控的目的,就必须通过无线传输将需要显示的信息和控制命令传送到显示终端LED屏上。常用的无线传输方式有:声波(超声波),光波(红外线)和电波。考虑到电波传输具有以下优点:
1)传输距离比另两者远得多;
2)可用的元器件种类丰富,性能也很好,价格便宜;
3)技术更为成熟。
因此,本系统采用电波传输。即信息在手持发射机和接收机之间,靠无线电波传送。
高频无线发射及接收模块的性能直接影响到遥控距离与通信质量,经过多方调查论证,本系统采用一体化发射、接收模块。它的主要优点是频率一致性好,免调试。
1.2 数据编码方式
数据编码是指把需要加工处理的数据库信息,用特写的数字来表示的一种技术,是根据一定数据结构和目标的定性特征,将数据转换为代码或编码字符,在数据传输中表示数据组成,并作为传送、接受和处理的一组规则和约定。由于计算机要处理的数据信息十分庞杂,有些数据库所代表的含义又使人难以记忆。为了便于使用,容易记忆,常常要对加工处理的对象进行编码,用一个编码符合代表一条信息或一串数据。对数据进行编码在计算机的管理中非常重要,可以方便地进行信息分类、校核、合计、检索等操作。因此,数据编码就成为计算机处理的关键。即不同的信息记录应当采用不同的编码,一个码点可以代表一条信息记录。人们可以利用编码来识别每一个记录,区别处理方法,进行分类和校核,从而克服项目参差不齐的缺点,节省存储空间,提高处理速度。
信源的编码和译码在无线通信中是至关重要的,它可以提高信号传输的可靠性和有效性。广告牌是置于户外的,其干扰源很多。所以,在本系统的设计中,编码、解码的可靠性和抗干扰性是设计成败的关键。
本系统从无线通信理论入手,对编码解码技术及其对系统的影响做了深入的研究,经反复比较,最后选用适合本系统的编码解码专用芯片。该模块还利用码分多址技术进行数据编码解码,最多可提供531441(312)个地址码,可以彻底消除任何码址冲突和非授权编码数据的干扰。
1.3 图像点阵抽取和移动算法
图像点阵的抽取是利用算法计算出在图像源数据库中的偏移地址,从而取出相应的点阵数据,生成新的显示数据。抽取算法的正确与否直接关系到显示图像的正确性。
而图像移动则是利用算法计算出下一帧数据在显示点阵数据库中应叠加的偏移地址。移动算法的正确与否直接关系到动态图像或者文字与背景的同步性和现场效果,特别是对于彩色显示屏尤为重要。
随着市场竞争激烈,提高显示屏显示质量越来越为行业所重视,逐点校正已被多家高端生产厂家纳为常规工艺流程,也常被显示屏招标单位纳入标书。
然而,对于逐点校正的条件、实施、应用领域以及后续维护等等,业界还广泛存在着种种认识误区和概念模糊。以下分别对一些常见的认识误区进行概念澄清和讨论。
误区一:逐点校正需要使用专用的驱动芯片
只要控制系统支持,通用驱动芯片也可以实现逐点校正!
误区二:逐点校正是由控制系统厂商来做的,校正技术是与控制系统捆绑在一起的
逐点校正真正的必要条件是以下三点:
1、高精度、高效率的灯点亮度采集设备
2、能实现逐点校正的控制系统
3、以上二者的数据对接
逐点校正可以分为两个步骤:
1、精确测量每颗灯/芯片的亮度,得到逐点的校正系数。
2、将校正系数数据反馈给控制系统,实现逐点的精确驱动控制。
逐点驱动控制早已实现,市场上通用的控制系统都已具备此项功能。但对数以百万计的灯点数据的采集,一些控制系统厂商开发了各种工具,这些采集方法与其他系统互不兼容。于是造成了逐点校正和控制系统是捆绑的,一体化的理解误区。
当前,常见的采集方法有机台式逐点采集、数码相机采集和、进口设备采集以及高速亮度测量仪器SV-1系统采集几种,其中SV-1系统已实现与市场大部分通用控制系统的数据对接,显示屏厂商完全可以自由选择驱动芯片、控制系统,自行完成便捷高效的逐点校正。
误区三:只要分光宽度够窄,就用不着逐点校正
即便不顾及成本地去精挑细分,逐点校正依然大有用武之地。
使用分光分色机来保证显示屏均匀性存在很大的局限性,首先,分光分色机的分色精度可以达到±1nm,基本满足色度均匀性的要求;然而分光精度却是±10%!这意味着,即便分光宽度为1:1.1,您实际得到的灯亮度范围已经是1:1.3左右。
在显示屏的设计生产过程中,电路板设计、模壳设计、箱体设计,以及插灯焊灯正灯乃至拼装工艺都会影响最终成品的显示均匀度。 而显示屏出厂前必须经过72小时的老化,老化的过程各灯点的光衰也并不一致。这就导致,临交付的显示屏成品的均匀性不可控,根本无法达到设计的预期。此外,用分光分色机去保障最终成品的均匀性,也无法应对使用一段时间后的屏的显示质量优化需要。
那么,逐点校正可以做什么呢?使用高精度的采集设备,如中科维优的SV-1系统,可以在以下几个方面大有作为:
1. 作为显示屏出厂前最后一道工序,大幅度提升显示均匀度。采用SV-1系统,哪怕是采用1:1.1分光的灯,SV-1的精度都足以让您看到均匀度提升的效果。
2. 配合支持色度校正的控制系统,SV-1可以给出逐点的亮色校正系数矩阵,实现色域空间转换,同时提高显示均匀性和色彩保真度。
色域空间校正的应用如下:
1. 提升显示屏的色保真度,使色彩还原更真实:将显示屏色域空间校正到如SRGB、NTSC等标准色彩空间上。
2. 满足客户对显示色域空间的特殊要求:将显示屏色域空间校正至客户指定色彩空间上。
3. 不同批次租赁屏箱体的混用:不同批次租赁屏箱体对应不同的亮度和色域空间,需要找到一个重合区,将它们转换到同一个亮度和色彩空间上,让他们一起使用时不会出现亮度差和色度差。
4. 清理库存不同批次的LED灯:只要将不同批次的led灯分别做成不同的箱体后,采用不同批次租赁屏箱体混用同样的处理方法进行校正,就可以将多批不同批次的库存灯用于同一张显示屏了。
正常情况下,亮度校正后,显示屏的亮色均匀度均可达到一个非常高的水平,加上色域空间校正,显示屏的色保真度也可以达到一个非常高的水平。
5.色度均匀性校正的应用场合
因分光分色机分色的精度和稳定性较好,加上有效的混灯混晶的工艺流程,色度均匀性校正的应用场合相当有限,主要如下:
5.1 因生产流程中的失误,将不同波长的灯/芯片混杂在一起,使用在了同一张屏上。色度均匀性校正可以作为最后的补救措施。
1、 led 显示屏薄型化、高功率
据目前市场观测,20CM厚类箱体至今全球LED显示屏仍有很大的占有量。LED显示屏应用领域越来越广,存在的安全隐患越来越大,LED 显示屏薄型化、高功率也成了大部分着名厂家生产追求。
LED显示屏主要比拼的不仅是厚度,还包括更为经济、节能的电力消耗,更为出色的画质。诸多方面的技术性能优势是LED 显示屏薄型化、高功率市场快速增长的核心原因。近期通普推出的同类产品中,厚度都在1cm左右,这样的厚度是传统LED 显示屏无法比拟的。
2、 LED 显示屏大屏幕拼接
拼接墙是一种集成系统,目前共有四种类型,比较常用的是投影和LED两种。其中,投影目前常用到的有3LCD、DPL和LCOS。使用投影技术的拼接墙价格相对较低,并且画面的质量和稳定性都比较高,因此性价比最高,是目前拼接墙领域的主流产品。LED拼接墙虽然价格比较高,但因为其耐受日晒和风雨的特点,被广泛的用于室外进行数字显示。
3、侧发光式动态背光源以及低功耗技术
现在普遍量产的大尺寸电视产品,都是使用直下式CCFL作为光源,此种驱动需要Invertor(反用变流)技术,由于功率的问题,使用CCFL作为光源功耗比较大,随着技术的不断提高,此种技术所达到的功耗已经接近极限值。高端产品直下式LED背光 源的推出,降低功耗的技术上了一个台阶,随着高功率LED的出现以及效率的提高,直下式的功耗在不断降低。直下式LED背光源还有一个突破性的技术,localdimming(区域控制)也就是所说的动态背光技术,很大程度地降低了背光源的功耗,提高了电视产品的对比度,但是要求LED数量比较多,电视产品的厚度比较大,美观度以及灵活性稍差。后期推出的侧发光式LED大尺寸背光源技术,集合了超薄、美观、低功耗的优势。预期在侧发光式LED大尺寸背光源上,引用localdimming技术,能够大大降低背光源的功耗。直下式的LED动态背光源与图像处理相结合,暗的地方LED降低电流或者电压,这样对驱动电路技术要求比较高,但大大降低背光源的功耗。而侧入式LED背光源通过LED交叉控制,达到区域控制,一定程度降低功耗。侧入式LED大尺寸背光源结合了各个优势,如果在localdimming上取得突破,将是技术的又一提高。
4、LED封装上考虑直接封装散热材料
现在开发设计的大尺寸LED背光源产品,所要面对的一个重要的问题就是散热问题。直下式LED大尺寸背光源,有一定量的混光高度,对散热有一定的帮助,并且在整个的LED大板上会相应的做散热板,达到散热效果。由于现在LED灯的功率比较高,并且有一定的能量以热的形式释放,而背光源对热信赖性要求比较严格,过热影响电路元器件性能、降低LED灯的发光效率、膜材方面产生褶皱现象造成背光源mura(不均匀,有斑点)不良、背光源局部温度过热,在模块做老化试验的时候产生液晶工作不稳定现象。而现在开发量产的大尺寸LED侧发光式背光源,要求灯条数量减少,灯的功率加大,对LED灯条的散热要求更高。现在的技术是灯条使用铝基板,灯条在组装到背光源上需要散热条,结构方面要配合更好散热,但后期随着灯条的减少,相应灯的数量减少,灯的亮度增加,对现有技术是一个挑战。后期的趋势集中在LED的发光效率上,发光效率越高,产生的热越低。从LED灯封装技术上考虑,直接把散热材料封装到内,达到更好的散热效果,随着封装技术的提高,LED灯的散热会更好。并且现在各个LED厂家都在研究LED灯的模块,该种技术是把多个芯片封装在一个模块下,并相应做散热处理,在Lightbar模块中混光达到最佳状态,并且使用陶瓷封装更好散热,功率提升向100lm/W方向发展。
近几年随着led 行业的迅猛发展,显示屏型号、规格非常多,百花齐放,让用户有了更多的选择,也让LED 显示屏的显示效果更加绚丽多彩。但过多的型号、规格在工程应用中又带来一些难题,由于生产厂商众多且没有统一的标准,导致LED 显示屏的安装调试成为一项很繁重的工作。另外,安装调试涉及二十几项参数,要求很高,一般只有专业技术人员才能完成。其实,安装调试大部分都是重复性工作,让很多专业技术人员陷入各工程现场调试,造成了极大的人力浪费。因此,有人提出能否提前调试并形成数据文件,专业技术人员无需到现场,一般工程人员现场下载便可完成调试,于是LED 智能配置技术应运而生。经过市场调研,有些LED 控制软件也实现了智能配置的功能,但效果并不理想,如步骤太多、不直观、复杂等等。
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