像点修正技术解决led亮度差异问题

体育馆或广告用的大型看板通常包含数十组显示面板与数千颗led。在每块显示区内，每颗led（又称为像素）所发出的亮度差异也会很大；通常最亮和最暗的led相差可达15%至20%以上，这使厂商必须持续解决品质和管理等困难问题。虽然所有led应用都会遇到这类问题，但在动态视频显示等需要均匀亮度的高品质应用上却显得特别严重。制造商大都采取两种方法来弥补亮度差异，一种方法是向供应商购买亮度相近的led；另一种方法则是采用内含「像点修正（dot correction）」能的高品质led驱动元件。

亮度相近的led有许多优点，其价格通常也较高。供应商会先测量led在特定电流下的亮度，然后把亮度相近的红光、绿光和蓝光led组合在一起。这种方法可在最不影响设计的情形下为低阶照明系统提供均匀亮度；其缺点则是每颗led的亮度耗损速度都不同，因此经过一段时间后亮度又会变得不均匀。这项缺陷使它仅能做为短期解决方案，否则经过一两年后，画面又会变成一块一块。除此之外，若面板发生故障而需要更换，新面板与原有面板的亮度也会出现极大差异。

高阶显示器系统对于亮度匹配的要求更为严苛，单靠采用亮度相近的led并无法满足这类应用的要求。因此为了让像素和面板在显示器寿命週期内都能维持均匀亮度，制造商会选用内建像点修正功能的先进led驱动元件。像点修正是藉由调整个别led电流来管理像素亮点的一种方法：处理器只需控制送到整块led显示区的总电流，再由led驱动元件调整个别led电流来产生均匀亮度；这表示处理器可将其运算效能用于其它工作，而不需为了均匀亮度而查询表格或在每个更新週期针对每颗led进行复杂的乘法运算。为了提供像点修正功能，制造商会透过画面撷取测量每颗led的亮度，再将系统最暗的led指定为基准led，然后将其它像素的亮度调整成和基准led相同；调整方式则是根据led输出亮度将每个像素的电流减少一定比例。德州仪器（ti）的tlc5940或其它类似元件都会将每颗 led的像点修正值储存在晶片内建的eeprom记忆体，或是在每个更新週期当中做动态修改。这种双重像点修正方式很有弹性，它既能在外界照明条件改变时更新整个面板的亮度，又能提供长期保存像点修正资讯以确保面板亮度均匀。只要像素亮度随时间出现变化，或是面板因为故障而需要调整和更换，工程人员随时都能更新eeprom资料。我们将用下列例子来说明这种做法。

实际操作案例

为简单起见，此处只考虑同一种颜色的16颗led，它们来自于多组面板和数千颗led所组成的大型显示系统。我们假设绿色像素的绿光led必须发出80毫烛光才能达到面板对于绿色像素的亮度要求。设计人员选择的led则为osram lp e675，它在50ma标准电流下的亮度可分为45-56、56-71、71-90以及90-112毫烛光等四个等级；这表示只要选择亮度最高的一组led，就能确保每颗亮度至少能达到80毫烛光。tlc5940之类的元件最多能驱动16颗led，每颗元件只需要一颗电阻来设定最大电流值。选择此电阻时应确保其设定之电流足以让最暗的led发出80毫烛光，lp e675元件资料表显示它需要43ma的驱动电流才能发出80毫烛光。设计人员可在安装时先测量led在43ma满电流时所发出的亮度，然后产生类似图1的亮度直方图。图中第一排资料是以ma为单位的led电流值，第二排则是以毫烛光为单位的led亮度值。从图中可看出led亮度在未采用像点修正功能时最多相差±10%，这种差异程度是高阶显示器无法接受的。驱动元件可以根据直方图所示资料个别调整、或是「像素修正」每颗led的电流，使它们最后得以产生均匀亮度；例如它必须将满电流下的led1亮度从83毫烛光调整至80毫烛光。tlc5940提供6位元（64阶）像点修正功能，其中每一阶都相当于满刻度的1.56%。

下列公式可用来计算每颗led的像点修正值：



其中dcproduction是产品制造时所使用的像点修正值，lbaseline是所要求的亮度，linitial则是最大电流下所产生的亮度量测值。



图1：像点修正前的led亮度和顺向电流直方图

将计算所得的像点修正值四捨五入到最接近的分数值，再将它乘上原始亮度，即可得到新的led亮度值：



计算和储存每颗led的像点修正资料后，再将led驱动元件设定为最大电流，以便单独调整每颗led的电流，如图2的直方图所示。只要将像点修正资料存入tlc5940晶片内建的eeprom记忆体，系统就能在每次开机时取出这些像点修正资料，直到下一次重新校准为止。



图2：像点修正后的led亮度和顺向电流直方图

动态亮度调整成为led背光源tv必备功能

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