中心議題：
- LED顯示屏逐點校正后可能出現(xiàn)的問題
- LED顯示屏逐點校正效果影響因素
- LED顯示屏逐點校正效果問題原因分析
逐點校正做為一項大幅度提升顯示質(zhì)量的技術(shù)，無論是廠家還是客戶，其首要的關(guān)注點無疑是校正效果。然而，當(dāng)前逐點校正應(yīng)用的效果還存在著各種各樣的不盡如人意的地方。筆者通過大量的觀察、交流與校正實踐，對逐點校正效果存在的常見問題及其出現(xiàn)的原因進行了歸納與分解。
1 常見問題
這里所說的逐點校正效果是個廣義的范疇，包括了廠家與客戶所關(guān)心的校正后的各種顯示質(zhì)量問題，而不僅僅是校正前后的均勻度簡單對比。
校正后效果可能出現(xiàn)的問題如下：
1. 校正后顯示屏亮度下降；
2. 校正后均勻度改善不理想，尤其是校正原始均勻度較好的顯示屏?xí)r看不出效果；
3. 校正后區(qū)域/箱體出現(xiàn)邊緣亮暗線或亮暗帶，顯示白平衡時出現(xiàn)邊緣亮度差或色差；
4. 校正后顯示屏出現(xiàn)區(qū)域/箱體間亮度差；
5. 校正2R1G1B的屏?xí)r，紅色校正效果不佳；
6. 校正后顯示屏觀看視角變小，變換視角、偏離校正位置觀看均勻度改善程度下降；
7. 校正后顯示低灰時均勻度惡化；
8. 校正后RGB單色看均勻度良好，顯示白色時有模塊級嚴(yán)重色偏；
9. 冷屏狀態(tài)采集，當(dāng)屏體溫升后出現(xiàn)規(guī)則條紋、色塊或色偏；
10. 逐點校正后良好的均勻度效果的維持時間？
2 影響因素
逐點校正的效果都與哪些因素相關(guān)？這需要先簡單梳理下逐點校正的原理與過程，如下圖所示：
（圖一 注：圖中點劃線左側(cè)是顯示屏系統(tǒng)，右側(cè)是逐點校正數(shù)據(jù)采集與運算系統(tǒng)。）
逐點校正正是在這兩大系統(tǒng)的互動中完成的：分別單色點亮LED顯示屏，逐點數(shù)據(jù)測量/采集系統(tǒng)得到屏上每個燈點的原始亮度/色度數(shù)據(jù)，并做必要的修正，計算出逐點的校正數(shù)據(jù)，交給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)運用校正數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對屏上每個燈點的實時的精確驅(qū)動，完成逐點校正。
連接箭頭線代表聯(lián)系與數(shù)據(jù)交換，兩大系統(tǒng)的互動與數(shù)據(jù)交換使用虛線箭頭線連接，因為這種連接只是校正過程臨時搭建起的數(shù)據(jù)傳輸通道，校正完成后即可切斷。
由于只有逐點校正采集系統(tǒng)和它提供的校正數(shù)據(jù)是原顯示屏系統(tǒng)外部引入的，因此，校正后的瑕疵或不足常常被歸咎于采集設(shè)備。但事實上，雖然采集設(shè)備的精準(zhǔn)穩(wěn)定是保障逐點校正效果的必要條件和堅實基礎(chǔ)，但校正的過程分為四個環(huán)節(jié)：原始數(shù)據(jù)的采集—校正數(shù)據(jù)的生成—控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用—顯示屏的實現(xiàn)。采集設(shè)備參與的只是前兩個環(huán)節(jié)，影響校正效果的因素還有很多：
除了采集設(shè)備的精準(zhǔn)穩(wěn)定外，還有原理方面的，校正策略方面的，環(huán)境條件和作業(yè)流程方面的，控制系統(tǒng)方面的，還有很多因素來自于顯示屏本身：驅(qū)動芯片的固有瑕疵，LED燈的視角，套件與面罩的瑕疵、PCB板的走線、顯示屏散熱的不足甚至電源的負載分配等客觀物理特性都會影響到校正后的效果，而顯示屏校正后效果維持的時間則主要取決于顯示屏的使用狀態(tài)和設(shè)計。
3 原因分析
本文第一部分中列舉的校正后出現(xiàn)的問題現(xiàn)象僅有一部分的原因在于采集設(shè)備本身。以下將逐一進行分析說明：
3.1 校正后顯示屏亮度下降
校正后亮度下降的原因在于逐點校正技術(shù)的原理。逐點校正的原理是測量出同樣的工作條件下，每顆led燈的亮度，然后根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)值計算出每顆燈的校正系數(shù)，用校正系數(shù)調(diào)整驅(qū)動電流的幅度或者占空比，使每顆燈的亮度都達到設(shè)定的目標(biāo)值。
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然而，提高LED工作電流幅度將導(dǎo)致光衰嚴(yán)重，壽命下降，且電流變化還會引起LED波長變化，因此控制系統(tǒng)多采用調(diào)整占空比即點亮?xí)r長的方法來實現(xiàn)逐點校正。而占空比的調(diào)整區(qū)間只能為0～1，這就意味著：校正系數(shù)的值域區(qū)間為0～1，原始亮度低于目標(biāo)值的LED燈無法提高亮度達到目標(biāo)值。
為保證校正后大多數(shù)燈都能達到設(shè)定的目標(biāo)值，讓校正有意義，目標(biāo)值必須設(shè)定在平均值以下。因此，校正后顯示屏亮度必然下降，其下降幅度與校正后均勻度改善之間的關(guān)系。
值得注意的是，有些控制系統(tǒng)廠商使用某種特殊策略，可讀取>1的校正數(shù)據(jù)，實現(xiàn)中低灰度時的無損亮度校正，但使用這種策略校正，在高灰度尤其是顯示白255時將和沒有校正一樣。
3.2 校正后均勻度改善不理想，校正原始均勻度較好的顯示屏?xí)r沒有效果
這種現(xiàn)象多出現(xiàn)于采用數(shù)碼相機作為采集設(shè)備的情況，原因在于采集設(shè)備的精度不足。
數(shù)碼相機作為民用成像設(shè)備，用作亮度數(shù)據(jù)測量有著先天的局限性。其CCD像素之間的靈敏度差異以及線性度都未經(jīng)校正，而覆蓋在CCD上的Byer彩色濾光片的通光特性也存在著相當(dāng)?shù)牟灰恢拢R頭的瑕疵、黑圈、畸變等都未經(jīng)校正，輸出的圖像和數(shù)據(jù)還經(jīng)過了相機內(nèi)部圖像處理引擎的污染，這些不可控的因素大大增加了原始數(shù)據(jù)的不確定性。
原始數(shù)據(jù)不可靠，校正效果自然不理想。而用精度不足的采集設(shè)備來校正原始均勻度較好如分光比1：1.1的屏，就好比用最小刻度為毫米的尺子來量頭發(fā)直徑，怎么可能測量得準(zhǔn)，校正出效果呢？
3.3 校正后區(qū)域/箱體出現(xiàn)邊緣亮暗線或亮帶，顯示白平衡時出現(xiàn)邊緣亮度差或色差
這種現(xiàn)象一般有兩種成因，都在于采集系統(tǒng)。一是光學(xué)系統(tǒng)的黑圈、畸變、透過率與光譜響應(yīng)等未經(jīng)校正；二是對于原始數(shù)據(jù)的邊緣修正不理想。
光學(xué)系統(tǒng)未經(jīng)校正，會使得采集的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出邊緣暗中心亮的系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致校正后邊緣亮度高于中心亮度，出現(xiàn)邊緣的亮帶。
高速采集時通常是一個區(qū)域或箱體的燈點同時點亮?xí)r測量，因為中心區(qū)域燈點周邊雜散光的影響，會讓采集到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)邊緣燈點亮度低于中心燈點亮度的現(xiàn)象，在校正后就會出現(xiàn)邊緣的亮線。逐點校正的專業(yè)采集系統(tǒng)必須對此進行修正，修正的不足或過度就會產(chǎn)生采集區(qū)域或箱體邊緣的亮線和暗線。
而顯示白平衡時的邊緣亮度差或色差則來源于RGB三色邊緣與中心區(qū)域的亮度差總和與比例。
3.4 校正后顯示屏出現(xiàn)區(qū)域/箱體間亮度差
由于顯示屏上燈點太多，不可能一次采集完全部數(shù)據(jù)，只能分區(qū)域或分箱體采集。而校正后顯示屏則可能出現(xiàn)采集區(qū)域或者箱體之間的亮度差。
這種亮度差的產(chǎn)生源于兩個方面：一是采集設(shè)備的穩(wěn)定性不佳；二是分區(qū)域或分箱體采集時環(huán)境條件不一致；穩(wěn)定性不佳是設(shè)備問題，導(dǎo)致原始測量數(shù)據(jù)誤差；而環(huán)境條件不一致則是流程設(shè)計和環(huán)境條件控制的問題。
采用數(shù)碼相機校正，穩(wěn)定性完全沒有保障，對于同樣條件下點亮的顯示屏，采集到的數(shù)據(jù)卻每次不同，忽高忽低，校正后的箱體間自然會有亮度差。正是因為這種采集設(shè)備的缺陷，數(shù)碼相機采集方案始終無法解決工廠模式逐箱體校正后箱體間的亮度差問題。
而采用穩(wěn)定性滿足需求的高精度專業(yè)采集設(shè)備，依然需要優(yōu)化流程設(shè)計和嚴(yán)格控制環(huán)境條件的穩(wěn)定一致，才能避免區(qū)域/箱體間的亮度差出現(xiàn)。常見的環(huán)境因素包括：
1）控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置變化
2）環(huán)境光變化
3）屏體溫度變化
4）電源輸出變化
上述環(huán)境條件的變化都會引起顯示屏原始亮度的變化，如果不能加以控制，就會導(dǎo)致被測物理量本身的不穩(wěn)定，源頭不穩(wěn)定，即便是采用高穩(wěn)高精的采集設(shè)備，也無法得到穩(wěn)定一致的校正結(jié)果。也是為保證被測屏亮度處于穩(wěn)定狀態(tài)，逐點校正流程要求在屏體充分老化后進行。
上述環(huán)境因素中，最難控制的是屏體的溫度一致。因此工廠常見的有兩種校正流程，一是冷屏校正，即箱體或指定區(qū)域從黑屏狀態(tài)點亮后立刻測量；二是熱屏校正，即將屏點亮一段時間，讓溫度與亮度都處于一個穩(wěn)定狀態(tài)后再測量。
3.5 校正2R1G1B的屏?xí)r，紅色校正效果不佳，遠遜于綠色和藍色
2R1G1B的屏校正的前提是：采集系統(tǒng)能夠識別處理這種像素排布方式，正確輸出數(shù)據(jù)。在此前提下，出現(xiàn)紅色校正效果不佳的現(xiàn)象，原因在于顯示屏本身及控制系統(tǒng)能力的局限。
對于2R1G1B的實像素顯示屏，一個像素中的2顆紅燈是由一個驅(qū)動芯片管腳同時驅(qū)動的，這就意味著2顆紅燈盡管亮度不同，卻只能應(yīng)用同一個校正系數(shù)，只能將2顆紅燈的平均亮度校正到目標(biāo)亮度值上。這種校正對于均勻度的改善可以說是隔靴搔癢，自然達不到理想效果。曾經(jīng)的實測數(shù)據(jù)中，紅綠藍三色原始均方差均在8%左右，校正后，綠藍兩色均方差分別達到1.2%和1.4%，而紅色均方差只能達到4.8%。
而對于2R1G1B的虛擬屏來說，一個像素中的2顆紅燈是獨立驅(qū)動的，因此如果控制系統(tǒng)能夠讀取每個像素4個校正系數(shù)（R1, R2, G, B），并正確應(yīng)用，紅色是可以達到理想的逐點校正效果的。但當(dāng)前大多數(shù)通用控制系統(tǒng)還只能讀取并應(yīng)用每像素3個校正系數(shù)（R，G，B）的校正數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)對虛擬屏的校正。
3.6 校正后顯示屏視角變小，偏離校正位置觀看均勻度下降
這種現(xiàn)象多出現(xiàn)在現(xiàn)場校正，顯示屏視角變小原因在于校正數(shù)據(jù)未做視角修正；而偏離校正位置觀看均勻度下降的根源在于顯示屏所用LED燈的視角特性的不一致，在于封裝過程中的工藝掌控，與采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)無關(guān)。
這里需要先重申下概念，SJ/T11141-2007中LED顯示屏的視角定義為：觀察方向的亮度下降到LED顯示屏法線方向亮度的二分之一時，同一平面兩個觀察方向所成的夾角，分為水平視角和垂直視角。顯示屏視角的概念中并沒有包含顯示均勻度的考量。
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現(xiàn)場校正中，通常選擇最大觀眾區(qū)作為采集機位。在采集機位上，顯示屏的各個區(qū)域視角不同。采集到的亮度數(shù)據(jù)攜帶著視角的信息，視角小的區(qū)域亮度高，視角大的區(qū)域亮度低，如下圖的實測亮度模擬圖所示。
（圖二）
如果不對采集到的原始數(shù)據(jù)進行視角的修正，則校正數(shù)據(jù)就會是視角小的區(qū)域數(shù)值小，視角大的區(qū)域數(shù)值高，在校正機位看，亮度是一致的，然而一旦偏離，就會觀察到全屏的亮度分布的不一致，這導(dǎo)致了整屏的視角變小。
視角修正功能可以修正不同采集區(qū)域的視角引入的亮度差，修正后的亮度模擬圖如下所示：
（圖三）
每個燈點在不同的角度觀看時亮度是不同的，且每個燈點隨著角度變化的光強分布曲線也不同。下圖為三顆LED燈點的發(fā)光強度隨垂直視角變化的示意圖線：
（圖四）[page]
逐點校正只能通過控制驅(qū)動來改變LED的法線光強，卻無法改變燈點的光強分布特性。假定圖四中示意的三顆LED燈點位于同一水平線上，即垂直視角相同。當(dāng)采集機位視角為偏離法線方向15°時，校正后三顆LED燈點的光強分布如圖五所示：
（圖五）
可以看到，校正后，在采集機位同樣視角15°觀看，燈點亮度相同，均勻性良好，但偏離校正位置，在不同的視角觀看時，因為光強分布的視角特性的不一致，燈點亮度出現(xiàn)差異，偏離越遠，差異越大，顯示屏均勻度自然也就隨之下降。
而原始LED燈點的視角越大，一致性越好，均勻度下降的幅度也就會越小，校正后可保持良好的均勻度的觀看區(qū)域也就越大。
此外，顯示屏的面罩翹曲、安裝平整度不佳等因素也會使得偏離校正點，均勻度下降。
3.7 校正后中高亮度顯示時效果好，顯示低灰時均勻度惡化
顯示低灰時，均勻度不佳，甚至比不校正時更差的原因在于控制系統(tǒng)和驅(qū)動芯片。
采集系統(tǒng)在高亮?xí)r采集數(shù)據(jù)，得出校正系數(shù)后，交由控制系統(tǒng)和驅(qū)動芯片共同完成對LED燈的灰度/亮度控制。這個控制過程中，控制系統(tǒng)的起輝灰度、線性度，灰度控制精度，伽瑪校正的實現(xiàn)方法等都會影響到顯示屏校正后的低灰表現(xiàn)。而有些驅(qū)動芯片在低灰顯示時，管腳間的輸出不一致，呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化。這些都會讓校正后的效果在低灰時出現(xiàn)各種各樣不理想的現(xiàn)象。
以下簡單列舉幾種較常見的校正后低灰問題及原因：
1） 在起輝灰度級的附近，部分燈點亮，部分燈點不亮；
原因：部分燈點經(jīng)過校正系數(shù)的運算已低于控制系統(tǒng)的起輝點，無法點亮；
2） 在個別灰度級別上，部分燈點亮度躍升，導(dǎo)致均勻度比不校正更差；
原因：控制系統(tǒng)的伽瑪表部分級別存在階躍，且校正系數(shù)的運算與灰度控制精度不足。
3） 低灰時，屏上與管腳布線方式相對應(yīng)出現(xiàn)周期性的條紋。
原因：低灰時驅(qū)動芯片管腳間的輸出電流差異。
3.8 校正后RGB單色看均勻度良好，顯示白色時有模塊級嚴(yán)重色偏
兩種可能性，其一是模塊間存在色度差；其二是電源負載能力不足，造成部分模塊工作不正常。
3.9 冷屏狀態(tài)采集，當(dāng)屏體溫升后出現(xiàn)規(guī)則條紋、色塊或色偏
這種現(xiàn)象的原因在于屏體散熱不充分，熱分布不均勻。
3.10 逐點校正后良好的均勻度效果能維持多久
最后這個問題可以說是所有應(yīng)用逐點校正技術(shù)的廠家和客戶都極為關(guān)注的。然而，這卻是與逐點校正關(guān)聯(lián)性最小的一個問題。
從理論出發(fā)，校正后均勻度隨時間下降的根本原因就是LED燈的光衰和燈點間光衰速度的差異。燈點的光衰與屏的工作狀態(tài)相關(guān)，燈點間的光衰速度差異與led封裝工藝水平相關(guān)，也與LED屏的使用習(xí)慣（如顯示內(nèi)容是動態(tài)視頻還是固定白底畫面）有關(guān)。
事實上，在良好的工作條件下，如小工作電流、良好的散熱，以及經(jīng)常處于動態(tài)視頻播放的使用狀態(tài)，LED的光衰是極為緩慢和微小的，也正因如此，LED屏壽命可達10年，而LED的壽命并不是指從點亮到死燈的時間，而是指LED光強衰減到原始光強的一半的時間。
結(jié)束語
綜上所述，逐點校正是一個系統(tǒng)工程，影響逐點校正效果的因素很多。只有正視問題、究根溯源、對癥下藥，逐步完善逐點校正的各個技術(shù)環(huán)節(jié)，這包括采集設(shè)備、控制系統(tǒng)、驅(qū)動芯片、顯示屏的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、工藝材料等硬件部分，也包括校正流程、方法等軟件部分，才能把存在的問題一一解決，發(fā)揮出逐點校正技術(shù)的威力與潛力，以完美的顯示品質(zhì)來提升LED屏中國制造的國際形象與高端市場競爭力！
