專利名稱：一種高速高精密led亮度以及色彩的控制方案和控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路、LED顯示、電路控制領(lǐng)域，特別是針對(duì)RGB LED的高 速、高精度、高一致性控制。采用通用的MCU對(duì)控制電路板，利用先進(jìn)的生產(chǎn)制造工 藝，通過將測試與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成的算法，使用簡單的查表與加法運(yùn)算，達(dá)到設(shè)計(jì)的 目的。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的LED彩色顯示方案，將RGB LED的發(fā)光效率認(rèn)為是一致的，或者利用封 裝設(shè)備，將發(fā)光效率誤差在一定范圍內(nèi)的RGB LED，作為同樣的LED來使用；驅(qū)動(dòng)電路 板的驅(qū)動(dòng)電流誤差認(rèn)為很小，可以不做考慮；驅(qū)動(dòng)電流與LED的搭配認(rèn)為是完美的，誤 差不會(huì)放大，從而導(dǎo)致顯示的誤差能夠被察覺。目前的方式，對(duì)于一般的LED顯示系統(tǒng)，特別是顯示色彩還原度不高，精度要 求一般的場合是足夠的。但是隨著生活水平的提高，以及顯示環(huán)境的要求不同，原先的 方案在未來的顯示領(lǐng)域?qū)?huì)被逐步淘汰。新的顯示領(lǐng)域要求更高的精度、更快的速度、 更好的一致性。其中一致性包含同樣一個(gè)顯示面板上不同LED之間的一致性、不同 LED面板之間的一致性。如圖IA所示，由于現(xiàn)代工業(yè)的分工體系，LED顯示板和電流驅(qū)動(dòng)板有一家公司 設(shè)計(jì)，在多家企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)和制作，最后進(jìn)行系統(tǒng)集成。如圖IB所示，電流驅(qū)動(dòng)板與3 個(gè)RGB LED連接，連接關(guān)系為LEDl的R芯片與電流驅(qū)動(dòng)板的Rl端口連接，G芯片與電流驅(qū)動(dòng)板的Gl端口 連接，B芯片與電流驅(qū)動(dòng)板的Bl端口連接；LED2的R芯片與電流驅(qū)動(dòng)板的R2端口連 接，G芯片與電流驅(qū)動(dòng)板的G2端口連接，B芯片與電流驅(qū)動(dòng)板的B2端口連接；LED3的 R芯片與電流驅(qū)動(dòng)板的R3端口連接，G芯片與電流驅(qū)動(dòng)板的G3端口連接，B芯片與電 流驅(qū)動(dòng)板的B3端口連接；LED是電流發(fā)光器件，發(fā)光的光通量大小由電流大小確定。3個(gè)LED或者單個(gè)LED、更多個(gè)LED通過一個(gè)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電流的精度 由芯片內(nèi)部的參考電流確定。驅(qū)動(dòng)電流的大小由數(shù)字控制指令到芯片確定。傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)為同色LED的發(fā)光效率不一致，而在應(yīng)用中需要誤差在設(shè)定單位內(nèi)，LED經(jīng)過層 層挑選使用，增加了難度和成本。LED—般是按照Bin進(jìn)行分類，也就是按照Vf數(shù)據(jù) 的不同進(jìn)行分類，如[3.0V-3.1V]、[3.1V-3.2V][3.2V_3.3V]等。在拿到一個(gè)BIN的產(chǎn)品 后，或者直接使用，或者按照發(fā)光效率的不同，對(duì)RGB進(jìn)行細(xì)分。不同色LED在同樣的控制下，發(fā)光效率差別比較大。發(fā)光效率一般是指LED工 作在額定功率下的數(shù)據(jù)，而不是整個(gè)工作區(qū)間的數(shù)據(jù)。RGB LED是工作在整個(gè)區(qū)間，通 過調(diào)光實(shí)現(xiàn)不同色彩之間的混光，從而達(dá)到色彩還原的目的。RGB LED之間的三色轉(zhuǎn)換
3效率以及每一個(gè)LED在整個(gè)工作區(qū)間上的轉(zhuǎn)換效率是不固定的。在大面積應(yīng)用時(shí)，由于采用多個(gè)芯片，芯片在制造過程中的差異，特別是參考 電流的差異，導(dǎo)致多個(gè)PCB板上以及每一塊PCB板上的驅(qū)動(dòng)芯片輸出電流不同。同樣的驅(qū)動(dòng)控制誤差，通過RGB LED后的發(fā)光誤差不是線性關(guān)系。恒流驅(qū)動(dòng)時(shí) 電流脈沖的紋波會(huì)造成LED的色溫出現(xiàn)小的偏差；電壓驅(qū)動(dòng)模式下，驅(qū)動(dòng)的誤差會(huì)導(dǎo)致 發(fā)光光通量的成倍變化。在高精度控制下，需要MCU的內(nèi)存很大，或者擴(kuò)展內(nèi)存的空間很大，無疑增加 了成本。按照RGB的亮度變化為0-255計(jì)算，總的存儲(chǔ)空間最少需要16MBYTE。在特種場所，如空間狹小的情況，由于電路復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于驅(qū)動(dòng)的不一致性與發(fā)光效率的不一致性造成的系統(tǒng)誤差，本發(fā)明采用高精 密的光學(xué)測量儀器與高精密電流計(jì)作為媒介，獲得數(shù)字輸入與發(fā)光輸出之間的對(duì)應(yīng)表， 從而達(dá)到最終光學(xué)上的一致性。針對(duì)電流驅(qū)動(dòng)板與LED顯示板分立制作的流程，在電流驅(qū)動(dòng)板制作中使用精密 電流計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)；LED顯示板使用高精密掃描電流源與高精密光學(xué)測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。 在獲得各自的對(duì)應(yīng)表后，利用外部計(jì)算機(jī)，獲得數(shù)字輸入與光學(xué)輸出之間的高一致性對(duì) 應(yīng)表。針對(duì)電流驅(qū)動(dòng)板與LED顯示板集成制作的流程，直接利用數(shù)字輸入掃描，獲得 相應(yīng)的光通量輸出之間的關(guān)系，利用內(nèi)插等算法，獲得數(shù)字輸入與光學(xué)輸出之間的高一 致性對(duì)應(yīng)表。本發(fā)明是通過如下方法實(shí)現(xiàn)的。如圖2所示為改進(jìn)的RGB色彩顯示系統(tǒng)制作示意圖。與當(dāng)前的方法不同，新方 案將測試與校準(zhǔn)參數(shù)緊密結(jié)合在一起，通過校準(zhǔn)參數(shù)矩陣獲得高一致性以測試儀器本 身的性能為基準(zhǔn)，一致性以一起本身的誤差范圍為基準(zhǔn)。當(dāng)RGB LED顯示面板和恒流 驅(qū)動(dòng)板分別制作時(shí)，RGB LED顯示面板使用精密電流源和精密光學(xué)測試儀器校準(zhǔn)，恒流 驅(qū)動(dòng)板使用精密電流源校準(zhǔn)；當(dāng)RGB LED顯示面板和恒流驅(qū)動(dòng)板一起制作時(shí)，可以直接 使用精密光學(xué)測試儀器，使用數(shù)字輸入進(jìn)行校準(zhǔn)即可。當(dāng)RGB LED顯示面板和恒流驅(qū)動(dòng)板分別制作時(shí)，當(dāng)RGB LED顯示面板的輸入 是電流，輸出為彩色光通量；恒流驅(qū)動(dòng)板的輸入為數(shù)字信號(hào)，輸出為電流。兩個(gè)電路板 的交集是電流，因此兩個(gè)電路板以電流測試為基準(zhǔn)進(jìn)行比較，同時(shí)，測試使用的2個(gè)精 密電流源必須經(jīng)過校準(zhǔn)，確保兩個(gè)精密電流源的一致性。整個(gè)流程的操作方法，如圖2 所示制作LED顯示板，線性輸入掃描獲得電流-輸出光通量曲線。將RGB LED集 成在電路板或者鋁基板上，使用精密電流源對(duì)逐個(gè)LED以及單顆封裝LED內(nèi)的RGB芯 片進(jìn)行線性掃描，獲得每一顆LED以及內(nèi)部RGB芯片的輸出光通量數(shù)據(jù)。制作電流驅(qū)動(dòng)板，數(shù)字輸入獲得數(shù)字輸入-電流輸出曲線。按照設(shè)計(jì)的恒流動(dòng) 電路，加掛負(fù)載后，利用數(shù)字輸入進(jìn)行掃描，獲得恒流輸出的數(shù)據(jù)；數(shù)字輸入的范圍以 及順序，按照線性順序進(jìn)行，調(diào)試認(rèn)為數(shù)組輸入的誤差主要是抖動(dòng)效應(yīng)對(duì)恒流輸出的影響很小，可以忽略不計(jì)。數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)，計(jì)算得到光通量-數(shù)字輸入矩陣數(shù)據(jù)。將光通量線性電流掃 描表與電流輸出數(shù)組輸入表傳送到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫；計(jì)算機(jī)參照RGB色彩組合的需求參 數(shù)，計(jì)算得到相應(yīng)的數(shù)字輸入-RGB輸出光通量對(duì)應(yīng)表。在計(jì)算中，應(yīng)用多折線近似和 最小誤差的方法，獲得數(shù)字輸入光通量輸出對(duì)應(yīng)表。數(shù)字輸入-光通量輸出對(duì)應(yīng)表寫入MCU內(nèi)存或者擴(kuò)展內(nèi)存。需要顯示的色彩通 過指令發(fā)送到MCU，取出對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)得到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流即可。當(dāng)RGB LED顯示面板和恒流驅(qū)動(dòng)板集成制作時(shí)，系統(tǒng)的輸入為數(shù)字信號(hào)，輸出 為彩色光通量。輸出的校準(zhǔn)僅需要使用精密光學(xué)測試儀器，就能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的一致 性。整個(gè)流程的操作方法，如圖3所示制作LED顯示板與驅(qū)動(dòng)板，合成一個(gè)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)與制作LED顯示板以及電流 驅(qū)動(dòng)板，連接電路板之間的接口。數(shù)字輸入掃描，獲得RGB LED的輸出光通量數(shù)字輸入矩陣數(shù)據(jù)。數(shù)字輸入逐個(gè) 對(duì)單顆封裝的RGB LED以及封裝內(nèi)部的RGB芯片進(jìn)行線性掃描，獲得單個(gè)顯示板與驅(qū) 動(dòng)的數(shù)字掃描_光通量數(shù)據(jù)表。利用內(nèi)插和折線近似的方法，獲得滿足精度要求的輸出光通量_數(shù)字輸入矩陣 數(shù)據(jù)表。數(shù)字掃描-光通量數(shù)據(jù)表錄入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)參照RGB色彩組合的需求參數(shù)， 計(jì)算得到相應(yīng)的數(shù)字輸入-RGB輸出光通量對(duì)應(yīng)表。在計(jì)算中，應(yīng)用多折線近似和最小 誤差的方法，獲得數(shù)字輸入_光通量輸出對(duì)應(yīng)表。數(shù)字輸入-光通量輸出對(duì)應(yīng)表寫入MCU內(nèi)存或者擴(kuò)展內(nèi)存。需要顯示的色彩通 過指令發(fā)送到MCU，取出對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)得到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流即可。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為色彩顯示的一致性高。色彩的一致性，包含單個(gè)LED輸出的一致性、模組上 RGB輸出的一致性、整個(gè)系統(tǒng)RGB輸出的一致性都與測試系統(tǒng)的精度有關(guān)，與電路板上 的各種部件本身的精度無關(guān)。如果測試一起的精度為0.1%，而器件本身的精度為1%， 雖然電路板本身的器件很多造成更大的誤差，但是整個(gè)系統(tǒng)的色彩一致性誤差為0.1%。 由于整體系統(tǒng)的誤差在很小的范圍內(nèi)，因此可以在大面積范圍內(nèi)應(yīng)用而不會(huì)有串色現(xiàn) 象。適合于LED顯示板、電流驅(qū)動(dòng)板分立和集成制造兩個(gè)模式。LED顯示板、電流 驅(qū)動(dòng)板分立時(shí)，以精密電流源為媒介，使得整個(gè)系統(tǒng)、單板、單個(gè)器件的輸出光通量一 致性保持在設(shè)定的水平；LED顯示板、電流驅(qū)動(dòng)板集成時(shí)，直接通過數(shù)字輸入-光通量 矩陣以及相關(guān)運(yùn)算，使得整個(gè)系統(tǒng)、單板、單個(gè)器件的輸出光通量一致性保持在設(shè)定的 水平。速度高，使用折線近似和查表的方法，得到驅(qū)動(dòng)與輸出色彩之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。可以單獨(dú)控制整體的亮度，而不改變色彩色比例色。不增加成本，生產(chǎn)效率高。目前的測試儀器已經(jīng)達(dá)到64K/秒的掃描速度，即每 秒鐘完成16個(gè)LED芯片的掃描，對(duì)需要100萬個(gè)像素的LED顯示屏而言，生產(chǎn)時(shí)間為 4天；通過并行應(yīng)用多臺(tái)設(shè)備，可以進(jìn)一步降低生產(chǎn)周期。同時(shí)，由于不需要對(duì)LED進(jìn) 行細(xì)致的分BIN處理，或者不需要分BIN處理，可以達(dá)到降低原材料采購的難度，縮短采購周期，降低采購成本。
圖IA當(dāng)前的RGB色彩顯示系統(tǒng)制作流程示意圖IB當(dāng)前的RGB色彩顯示系統(tǒng)工作示意圖2:本發(fā)明的RGB色彩顯示系統(tǒng)制作示意圖-LED顯示板與電流驅(qū)動(dòng)板分別制作；
圖3:本發(fā)明的RGB色彩顯示系統(tǒng)制作示意圖-LED顯示板與電流驅(qū)動(dòng)板集成制作；
圖4 驅(qū)動(dòng)電流線性掃描_輸出光通量示意圖5:數(shù)字輸入_驅(qū)動(dòng)電流輸出校準(zhǔn)示意圖6 RGB彩色輸出光通量配置表；
圖7:各種表之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖8 亮度與色彩一致性保持的數(shù)據(jù)計(jì)算流程示意圖9 彩色顯示與驅(qū)動(dòng)量化轉(zhuǎn)換示意圖10應(yīng)用電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的詳述。如圖4所示驅(qū)動(dòng)電流線性掃描-輸出光通量示意圖。輸入為高精密的線性掃描 電流，輸出為LED的光通量，分別以RGB三種進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)以量化后的形式表 述。其中RLED的測試曲線可以由多段折線ArBr、BrCr、CrDr、DrEr、ErFr、FrGr> GrHr、HrIr等表示；GLED的測試曲線可以由多段折線AgBg、BgCg、CgDg> DgEg> EgFg> FgGg> GgHg> HgIg等表示；B LED的測試曲線可以由多段折線AbBb、BbCb> CbDb、DbEb、EbFb、FbGb、GbHb、HbIb、IbJb、JbKb 等表示。曲線變化率越高的部分，使用的折線越多來近似。折線的起點(diǎn)從零開始零驅(qū)動(dòng)，零輸出。每一個(gè)單顆LED封裝，以及每一個(gè)LED內(nèi)RGB芯片的折線近似不同。計(jì)算機(jī)
在進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算時(shí)，僅需要起點(diǎn)、終點(diǎn)，或者斜率信息即可。如圖5所示數(shù)字輸入_驅(qū)動(dòng)電流輸出校準(zhǔn)示意圖。數(shù)字輸入采用PWM或者DACDigital-Analog Converter，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入方式。數(shù)字輸入采用2進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中H000代表輸入0，H3FFF代表輸入1023。輸出電流與數(shù)字輸入之間一般存在線性關(guān)系，但是每一路的電流輸出，其轉(zhuǎn)折 點(diǎn)和斜率會(huì)不同。因此針對(duì)每一路的電流輸出，都需要校準(zhǔn)。圖中RGB驅(qū)動(dòng)的輸出與標(biāo)準(zhǔn)輸出之間都存在差異。校準(zhǔn)之前，針對(duì)同樣的數(shù)字 輸入，得到不同的輸出電流；校準(zhǔn)之后，為了得到同樣的輸出電流，需要使用不同的數(shù) 字輸入，而此數(shù)字輸入是按照表的形式進(jìn)行查表而得。為了得到20mA的電路輸出，RGB三路數(shù)字輸入分別需要H2BA，H2FF， H31A。
如圖6所示RGB彩色輸出光通量配置表。此表僅列出了部分色彩輸出與相應(yīng)的 RGB三基色搭配之間的關(guān)系。RGB三基色之間的數(shù)字關(guān)系，指的是RGB三基色的輸出光通量之間的比例；此 比例系數(shù)與一個(gè)整數(shù)相乘得到的數(shù)據(jù)，雖然數(shù)學(xué)意義等同，但是表示的是不同的色彩。 RGB30:30:30與RGB120:120:120是不同的色彩。由于每一個(gè)LED的光通量輸出不同，為了能夠在量化后，使得整個(gè)LED顯示面 板上的LED，都能夠達(dá)到指定的色彩，選擇整個(gè)面板上性能最差，或者在生產(chǎn)和應(yīng)用歷 史上性能最差的LED的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，從而使得每一個(gè)LED在光通量輸出上有足夠余量。LED的量化是根據(jù)測試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行的，而RGB三色的發(fā)光效率不一樣，在 同樣的電流驅(qū)動(dòng)下，RGB三基色的發(fā)出的光通量不同，在應(yīng)用中以發(fā)光效率最差的LED 為基準(zhǔn)。一般而言，紅光的發(fā)光效率最低；而在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高整體亮度，綠光 的成分最大，占據(jù)80%以上。在LED顯示面板的制作中，RGB三基色LED在一個(gè)封裝 中的芯片個(gè)數(shù)不同。為了更高的而亮度，RGB LED —般采用1:2:1的芯片個(gè)數(shù)；為了更 高范圍的色彩還原，一般采用2:1:1的芯片個(gè)數(shù)。當(dāng)一個(gè)LED封裝內(nèi)RGB芯片的個(gè)數(shù)不同時(shí)，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流是不同的，但是得 到輸出電流的數(shù)字輸入的數(shù)據(jù)是一致的。在同樣的數(shù)字輸入下，RGB三基色的輸出光通量曲線基本重合，則整個(gè)LED顯 示面板的色域越寬，效果越好。如圖7所示各種表之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖。其中，標(biāo)準(zhǔn)的RGB參數(shù)表是得到色 彩的基準(zhǔn)，而色彩-數(shù)字輸入對(duì)照表是最終的目的。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，LED顯示板與電流驅(qū)動(dòng)板是分別制作的，因此存在2種 校準(zhǔn)的方式以精確的電流測量為媒介的校準(zhǔn)；集成方式的校準(zhǔn)。2種校準(zhǔn)的方法，都 是借助于先進(jìn)的測試設(shè)備，在生產(chǎn)線上高速進(jìn)行的。以精確的電流測量為媒介的校準(zhǔn)。使用精密電流源和精確的光學(xué)測試設(shè)備，對(duì) LED顯示面板進(jìn)行測試，得到每一個(gè)LED內(nèi)RGB芯片的輸出光通量與掃描電流的關(guān)系， 其中電流是線性的；使用精密的電流測試儀器，對(duì)電流驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行掃描，得到數(shù)字輸入 與電流輸出之間的對(duì)應(yīng)表。對(duì)電流驅(qū)動(dòng)板的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，得到輸出電流線性增加 的特性與LED顯示面板的掃描特性一致時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入的數(shù)據(jù)。以相同的電流為媒 介，將RGB色彩輸出的光通量與驅(qū)動(dòng)板的數(shù)字輸入之間建立一個(gè)數(shù)據(jù)表。最后刪除之 間的電流媒介，得到色彩數(shù)字輸入對(duì)照表，此表的內(nèi)容寫入MCU內(nèi)存或者擴(kuò)展內(nèi)存中執(zhí) 行。集成方式的校準(zhǔn)。將LED顯示面板與電流驅(qū)動(dòng)板互聯(lián)，利用電流驅(qū)動(dòng)板的數(shù)字 輸入，對(duì)顯示面板的RGB進(jìn)行線性掃描，直接得到數(shù)字輸入-RGB色彩光通量輸出的對(duì) 照表；參照RGB最小光通量的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行等比例放大，然后按照最小誤差的方法 進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配。如圖8所示亮度與色彩一致性保持的數(shù)據(jù)計(jì)算流程示意圖。每一個(gè)LED中的 RGB芯片，其輸出的光通量都不同；在一個(gè)顯示面板上，存在多個(gè)LED。在色彩搭配 中，RGB色彩有1600萬種，采用RGB255:255:255方式。實(shí)際上每一個(gè)LED的輸出流明不同，而量化后的最大光通量比例相同，因此針對(duì)不同顯示面板、不同封裝的 LED內(nèi)的RGB芯片，采用的量化系數(shù)是不同的。為了保持最大光通量的一致性，RGB 芯片輸出光通量中選擇最大輸入條件下的最小光通量作為量化的基準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)步驟如下1)參照歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定單個(gè)芯片的最小光通量Fmin2)剔除不滿足單個(gè)芯片的最小光通量Fmin的顯示面板3)針對(duì)第一片顯示面板上的第一顆封裝LED的第一個(gè)芯片，如顯示面板1_單顆 封裝LEDl-R芯片截取輸出光通量Ο-Fmin區(qū)間4)利用最小誤差近似方法，乘以一個(gè)系數(shù)，量化光通量輸出區(qū)間到0-255； 采用就進(jìn)跟隨的方法，確定與光通量量化空間對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入5)針對(duì)同樣面板上、同一顆封裝LED上的G芯片，截取芯片輸出光通量 [Ο-Fmin]區(qū)間，執(zhí)行步驟4操作。6)針對(duì)同樣面板上、同一顆封裝LED上的B芯片，截取芯片輸出光通量 [Ο-Fmin]區(qū)間，執(zhí)行步驟4操作7)針對(duì)同樣顯示面板的下一顆LED，執(zhí)行步驟3、4、5、6。直至本顯示面板上 的所有LED都執(zhí)行相關(guān)操作。8)針對(duì)其他面板，執(zhí)行步驟3、4、5、6、79)所有面板上的LED都執(zhí)行同樣操作。10)結(jié)束此步操作，可以針對(duì)單個(gè)RGB芯片進(jìn)行，如LED顯示屏中，必須針對(duì)每一個(gè) 像素確定其色彩還原與其他像素一致；可以針對(duì)一個(gè)小區(qū)域進(jìn)行，如液晶電視的LED背 光源，保證每一個(gè)分區(qū)域的光通量與色域一致性即可；可以針對(duì)一個(gè)整體的顯示面板進(jìn) 行，如一個(gè)單獨(dú)的高端照明燈具或者景觀照明的設(shè)備，保證每一只的光通量與色域一致 性，從而保證在工程施工中整個(gè)工程的一致性。如圖9所示，彩色顯示與驅(qū)動(dòng)量化轉(zhuǎn)換是基于本文的前述工作，繼續(xù)以下步驟 完成。1)通過歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定RGB LED的最小輸出光通量。最小輸出光通量是根 據(jù)光源廠家的不同、以及不同的型號(hào)設(shè)定。如表中的R LED數(shù)據(jù)3.2811m，其他兩色
G、B的數(shù)據(jù)取與此數(shù)值最相近的為參考，如GLED數(shù)據(jù)為3.2791m，B LED數(shù)據(jù)為 3.2821m。2)使用校正完畢的數(shù)字輸入-RGB LED輸出光通量表，標(biāo)出與對(duì)應(yīng)色彩匹配的 數(shù)字輸入，并將此數(shù)據(jù)量化后的色彩搭配值設(shè)定為255。如表中數(shù)據(jù)，RGB255:255:255
O[H302H24AH1DB],MRGB0:0:0O[Η000:Η000:Η000]。3)針對(duì)每一個(gè)LED的RGB輸出進(jìn)行量化，得到色彩輸出光通量(量化轉(zhuǎn)換)子 表的數(shù)據(jù)。量化的方法是255*相應(yīng)的數(shù)字輸入對(duì)應(yīng)的實(shí)際光通量/歷史數(shù)據(jù)中的最小光 通量(線性掃描后，性能最差的批次的LED在最大的數(shù)字輸入下的光通量)。4)對(duì)色彩輸出光通量(量化轉(zhuǎn)換)子表的數(shù)據(jù)，找到之相鄰的最近整數(shù)的數(shù)據(jù)， 標(biāo)注此數(shù)據(jù)，并且標(biāo)注相應(yīng)的數(shù)字輸入，得到色彩輸出光通量(量化后)子表。a)參照與相鄰整數(shù)誤差最小的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注。如針對(duì)GLED的量化后數(shù)據(jù)。G
G [1. 91505O[H002]
G1. 94705O[H003]
G2. 04306O[H004].…..與之相鄰的整數(shù)分別為1、2，則上述對(duì)應(yīng)表在量化后為
G001O[H001]
G002O[H004]……如果需要得到輸出色彩搭配中出現(xiàn)G001，則將相應(yīng)的G的數(shù)字輸入驅(qū)動(dòng)設(shè) 置為HOOl ；如果需要得到輸出色彩搭配中出現(xiàn)G002，則將相應(yīng)的G的數(shù)字輸入驅(qū) 動(dòng)設(shè)置為H004 ；b)當(dāng)量化后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳躍時(shí)，使用折線近似方法獲得相應(yīng)的數(shù)字輸入。如表 中RLED的輸出在量化轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)以下數(shù)據(jù)。……
G [211. 70984O[H293]
G [212.02073O [H294]
G [212. 95337O[H295]
G [214.97409O [H296]
G [215.12953O [H297]量化后出現(xiàn)......
G212O[H294]
G213O[H295]
G215O [H296]其中丟失了 G214的對(duì)應(yīng)數(shù)字輸入驅(qū)動(dòng)。此時(shí)根據(jù)以下原則找到相應(yīng)的對(duì) 應(yīng)數(shù)據(jù)。人眼的識(shí)別色彩速度為25幀/秒，超過此數(shù)據(jù)，人眼不能夠識(shí)別；
RGB LED的驅(qū)動(dòng)刷新速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于25幀/秒，如200次/秒；通過在設(shè)定時(shí)間內(nèi)一般為40ms，相鄰驅(qū)動(dòng)的不同的刷新次次數(shù)，得到平均 后的色彩顯示。
權(quán)利要求
1.一種高速高精密的LED亮度以及色彩的控制方案和控制電路，包括5個(gè)部分單 個(gè)LED的掃描與數(shù)據(jù)矩陣；全彩與RGB對(duì)應(yīng)矩陣；亮度控制方程；驅(qū)動(dòng)電流校準(zhǔn)、多 線段近似與全彩顯示矩陣；整體電路方案；單個(gè)LED的掃描與數(shù)據(jù)矩陣，通過對(duì)LED施加0 全額負(fù)載電流，得到驅(qū)動(dòng)電流與 LED的光輸出曲線，該曲線采用多線段近似；全彩與RGB對(duì)應(yīng)矩陣是一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)矩陣的擴(kuò)展；亮度控制方程根據(jù)亮度需要，按照一定的比例對(duì)RGB的輸出流明進(jìn)行調(diào)整的矩陣；驅(qū)動(dòng)電流校準(zhǔn)是利用精密一起設(shè)備，對(duì)PCBA的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行校準(zhǔn)，避免電路中器 件的精度造成的誤差影響輸出的色彩與亮度；多線段近似是將RGB的輸出流明與驅(qū)動(dòng)電 流進(jìn)行匹配，從而得到需要的色彩與亮度；全彩顯示矩陣是驅(qū)動(dòng)電流與色彩的對(duì)應(yīng)關(guān)系 矩陣，而且通過內(nèi)插可以獲得更多的色彩顯示的數(shù)據(jù)矩陣；整體電路方案是為了獲得完整準(zhǔn)確的色彩與亮度目標(biāo)，而設(shè)計(jì)的一種硬件電路的實(shí) 現(xiàn)方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方案與控制電路，其特征為控制電路、LED本身由 于器件等造成的誤差，可以借助于制造環(huán)節(jié)的高精密設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償；補(bǔ)償采用多折線近 似、或者曲線近似的方法；控制的速度由以下兩個(gè)速度的最低值決定硬件電路的反應(yīng) 速度、算法的運(yùn)算速度，而集成電路性能的提高，可以使得反應(yīng)速度提升。
3.根根據(jù)權(quán)利要求書1所述方案與控制電路，其特征為輸出色彩與RGBLED的驅(qū) 動(dòng)電流是以表的形式保存在MCU的內(nèi)存器件或擴(kuò)展內(nèi)存中，驅(qū)動(dòng)電流的大小是計(jì)算機(jī)利 用掃描得到的LED輸出曲線、電路板校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、全彩與RGB對(duì)應(yīng)矩陣的換算得到的；換 算中電流驅(qū)動(dòng)與輸出亮度色彩不匹配的數(shù)據(jù)，利用內(nèi)插值的方法獲得。
4.根根據(jù)權(quán)利要求書1所述方案與控制電路中的驅(qū)動(dòng)電流校準(zhǔn)，其特征為應(yīng)用高 精密的電流測試設(shè)備和光學(xué)測試儀器，精度高于色彩控制的精度要求；對(duì)電路板上的輸 出電流進(jìn)行掛負(fù)載校準(zhǔn)；校準(zhǔn)采用掃描的方法；掃描的步長為色彩控制精度的1/2還或 者更??；掃描的輸入采用數(shù)字格式；掃描的輸出數(shù)據(jù)記錄在計(jì)算機(jī)中，便于后續(xù)的計(jì)算 與數(shù)據(jù)寫入電路板。
5.根根據(jù)權(quán)利要求書1所述方案與控制電路中的亮度控制方程，其特征為相關(guān)的 系數(shù)按照精度要求保存在MCU內(nèi)存或者擴(kuò)展內(nèi)存中；乘法計(jì)算通過數(shù)據(jù)的左移或者右 移、以及數(shù)據(jù)的相加得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方案與控制電路實(shí)現(xiàn)的全彩顯示，其特征為每一個(gè)電 路板上由于LED的個(gè)性差異，全彩顯示的電流驅(qū)動(dòng)區(qū)間各不相同；通過增加單色LED的 個(gè)數(shù)等手段，可以擴(kuò)大全彩顯示的區(qū)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速高精密的LED亮度以及色彩的控制方案和控制電路、算法。包括5個(gè)部分單個(gè)LED的掃描與數(shù)據(jù)矩陣；全彩與RGB對(duì)應(yīng)矩陣；亮度控制方程；驅(qū)動(dòng)電流校準(zhǔn)、多線段近似與全彩顯示矩陣；整體電路方案。本發(fā)明的方案可以消除設(shè)計(jì)與制造過程中的各種誤差，達(dá)到色彩與亮度控制的高一致性與高精度。盡管使用的電路板的器件精度在1%以下或者更差，而且電路板之間存在各種誤差，經(jīng)過本方案的實(shí)施，各個(gè)LED、各個(gè)LED模組之間的色彩與亮度的誤差在0.1%或者更高。
文檔編號(hào)G09G3/00GK102013225SQ201010593940
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者尹登慶, 廖啟博, 樊亮 申請(qǐng)人:深圳宏伍智能光電有限公司