中心議題：
- LED顯示屏逐點(diǎn)校正后可能出現(xiàn)的問題
- LED顯示屏逐點(diǎn)校正效果影響因素
- LED顯示屏逐點(diǎn)校正效果問題原因分析
逐點(diǎn)校正做為一項(xiàng)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(diǎn)無疑是校正效果。然而，當(dāng)前逐點(diǎn)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(shí)踐，對逐點(diǎn)校正效果存在的常見問題及其出現(xiàn)的原因進(jìn)行了歸納與分解。
1 常見問題
這里所說的逐點(diǎn)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(shí)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(shí)均勻度惡化；
8. 校正后RGB單色看均勻度良好，顯示白色時(shí)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(diǎn)校正后良好的均勻度效果的維持時(shí)間？
2 影響因素
逐點(diǎn)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(diǎn)校正的原理與過程，如下圖所示：
（圖一 注：圖中點(diǎn)劃線左側(cè)是顯示屏系統(tǒng)，右側(cè)是逐點(diǎn)校正數(shù)據(jù)采集與運(yùn)算系統(tǒng)。）
逐點(diǎn)校正正是在這兩大系統(tǒng)的互動中完成的：分別單色點(diǎn)亮LED顯示屏，逐點(diǎn)數(shù)據(jù)測量/采集系統(tǒng)得到屏上每個燈點(diǎn)的原始亮度/色度數(shù)據(jù)，并做必要的修正，計(jì)算出逐點(diǎn)的校正數(shù)據(jù)，交給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)運(yùn)用校正數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對屏上每個燈點(diǎn)的實(shí)時(shí)的精確驅(qū)動，完成逐點(diǎn)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?yàn)檫@種連接只是校正過程臨時(shí)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(diǎn)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(shí)上，雖然采集設(shè)備的精準(zhǔn)穩(wěn)定是保障逐點(diǎn)校正效果的必要條件和堅(jiān)實(shí)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(shí)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(fù)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(shí)間則主要取決于顯示屏的使用狀態(tài)和設(shè)計(jì)。
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(jìn)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(diǎn)校正技術(shù)的原理。逐點(diǎn)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(jì)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(dá)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(diǎn)亮?xí)r長的方法來實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)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(dá)到目標(biāo)值。
為保證校正后大多數(shù)燈都能達(dá)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(shí)現(xiàn)中低灰度時(shí)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(shí)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(jī)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(jī)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?，鏡頭的瑕疵、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(jī)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(shí)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(shí)通常是一個區(qū)域或箱體的燈點(diǎn)同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r測量，因?yàn)橹行膮^(qū)域燈點(diǎn)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(diǎn)亮度低于中心燈點(diǎn)亮度的現(xiàn)象，在校正后就會出現(xiàn)邊緣的亮線。逐點(diǎn)校正的專業(yè)采集系統(tǒng)必須對此進(jìn)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(jì)和環(huán)境條件控制的問題。
采用數(shù)碼相機(jī)校正，穩(wěn)定性完全沒有保障，對于同樣條件下點(diǎn)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?yàn)檫@種采集設(shè)備的缺陷，數(shù)碼相機(jī)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(jì)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(diǎn)校正流程要求在屏體充分老化后進(jìn)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(diǎn)亮后立刻測量；二是熱屏校正，即將屏點(diǎn)亮一段時(shí)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(yuǎn)遜于綠色和藍(lán)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(shí)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(shí)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(dá)不到理想效果。曾經(jīng)的實(shí)測數(shù)據(jù)中，紅綠藍(lán)三色原始均方差均在8%左右，校正后，綠藍(lán)兩色均方差分別達(dá)到1.2%和1.4%，而紅色均方差只能達(dá)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(dú)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(dá)到理想的逐點(diǎn)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(shí)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(shí)，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(jī)位。在采集機(jī)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(shí)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(jìn)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(jī)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(diǎn)在不同的角度觀看時(shí)亮度是不同的，且每個燈點(diǎn)隨著角度變化的光強(qiáng)分布曲線也不同。下圖為三顆LED燈點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度隨垂直視角變化的示意圖線：
（圖四）[page]
逐點(diǎn)校正只能通過控制驅(qū)動來改變LED的法線光強(qiáng)，卻無法改變燈點(diǎn)的光強(qiáng)分布特性。假定圖四中示意的三顆LED燈點(diǎn)位于同一水平線上，即垂直視角相同。當(dāng)采集機(jī)位視角為偏離法線方向15°時(shí)，校正后三顆LED燈點(diǎn)的光強(qiáng)分布如圖五所示：
（圖五）
可以看到，校正后，在采集機(jī)位同樣視角15°觀看，燈點(diǎn)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(shí)，因?yàn)楣鈴?qiáng)分布的視角特性的不一致，燈點(diǎn)亮度出現(xiàn)差異，偏離越遠(yuǎn)，差異越大，顯示屏均勻度自然也就隨之下降。
而原始LED燈點(diǎn)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(diǎn)，均勻度下降。
3.7 校正后中高亮度顯示時(shí)效果好，顯示低灰時(shí)均勻度惡化
顯示低灰時(shí)，均勻度不佳，甚至比不校正時(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)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(diǎn)亮，部分燈點(diǎn)不亮；
原因：部分燈點(diǎn)經(jīng)過校正系數(shù)的運(yùn)算已低于控制系統(tǒng)的起輝點(diǎn)，無法點(diǎn)亮；
2） 在個別灰度級別上，部分燈點(diǎn)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(yùn)算與灰度控制精度不足。
3） 低灰時(shí)，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(shí)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(shí)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(fù)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)間下降的根本原因就是LED燈的光衰和燈點(diǎn)間光衰速度的差異。燈點(diǎn)的光衰與屏的工作狀態(tài)相關(guān)，燈點(diǎn)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(shí)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(dá)10年，而LED的壽命并不是指從點(diǎn)亮到死燈的時(shí)間，而是指LED光強(qiáng)衰減到原始光強(qiáng)的一半的時(shí)間。
結(jié)束語
綜上所述，逐點(diǎn)校正是一個系統(tǒng)工程，影響逐點(diǎn)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(diǎn)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(jì)、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(diǎn)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！
