LED電視單元模組設(shè)計(jì)研究

許寧

摘 要：本文首先闡述了LED電視和常規(guī)電視的區(qū)別及優(yōu)勢，其次詳細(xì)分析了LED電視在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題并提供了相應(yīng)的解決方案。其中，重點(diǎn)介紹了LED電視模組設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，如：高灰高刷、抗干擾設(shè)計(jì)、無縫拼接等。

關(guān)鍵詞：高灰高刷；抗干擾設(shè)計(jì)；無縫拼接

一、LED電視和常規(guī)電視區(qū)別及優(yōu)勢

近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，LED顯示技術(shù)也獲得了長足的發(fā)展，其中最為可喜的是，更小像素間距的LED屏被不斷地研發(fā)出來。使得LED屏擁有了更小的像素間距，令畫面更加細(xì)膩，從而使得LED顯示屏適合近距離觀看，并可帶來電視級(jí)的分辨率和圖像質(zhì)量。

目前家電行業(yè)中通常所指的LED電視嚴(yán)格的名稱是“LED背光源液晶電視”，是指以LED做為背光源的液晶電視，仍是LCD的一種。它用LED光源替代了傳統(tǒng)的熒光燈管，畫面更優(yōu)質(zhì)，理論壽命更長，制作工藝更環(huán)保，并且能使液晶顯示面板更薄。而嚴(yán)格意義上的LED電視是指完全采用LED（發(fā)光二極管）做為顯像器件的電視機(jī)。

為了滿足電視的要求我們此次開發(fā)的產(chǎn)品的像素為09mm，這個(gè)點(diǎn)間距是國內(nèi)甚至世界上最小的可量產(chǎn)LED屏幕像素間距。僅僅1mm之差的點(diǎn)間距帶來的顯示效果是完全不同的。0.9mm的單元模組每平方的點(diǎn)數(shù)達(dá)到了近113萬點(diǎn)之多，對于單位平方下的分辨率是一個(gè)質(zhì)的提升，這也給我們帶來了更加細(xì)膩的畫質(zhì)和更加豐富的細(xì)節(jié)體驗(yàn)。更小的間距也為用在家用電視領(lǐng)域提供了可能。

二、LED電視設(shè)計(jì)中的問題及解決方法

（一）高灰高刷設(shè)計(jì)

高刷新設(shè)計(jì)

LED電視單元模組的一項(xiàng)重要指標(biāo)是“刷新率”。通常LED屏幕的刷新頻率稱作“視覺刷新頻率”。視覺刷新頻率指的是屏幕更新的速率，通常用赫茲（Hz）為單位表示，一般而言視覺刷新頻率在3，000Hz以上，為高性能LED屏幕。視覺刷新頻率越高，畫面顯示越穩(wěn)定，視覺閃爍感就越小。LED屏幕的低“視覺刷新頻率”，其影響除了攝像、攝影時(shí)，出現(xiàn)水平橫條紋之外，同時(shí)也會(huì)發(fā)生類似數(shù)萬顆燈泡同時(shí)閃爍的影像，人眼在觀看時(shí)因此可能產(chǎn)生不適感，甚至對眼睛造成傷害，LED電視是給人長期觀看的，所以刷新是非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)。雖然對人眼而言，視覺刷新頻率達(dá)60Hz以上已經(jīng)感受到的是連續(xù)畫面，但是越高的視覺刷新頻率，顯示的圖像越穩(wěn)定，人眼越不容易覺得疲勞?，F(xiàn)今在高質(zhì)量視頻中，為得到更精細(xì)的畫面，如精彩回放或是特寫攝影的過程，紛紛都以每秒1，000Hz以上的高速攝影機(jī)進(jìn)行拍攝。此時(shí)，對于也會(huì)被拍攝到的LED顯示屏，在高速快門下仍能夠呈現(xiàn)連續(xù)畫面（無黑色掃描線）或是連續(xù)色階，就是很大的挑戰(zhàn)。為了能夠讓顯示單元有更高刷新率，在設(shè)計(jì)上采用了如下一些具體的措施：

（1）在設(shè)計(jì)上選用了目前最先進(jìn)的LED驅(qū)動(dòng)控制芯片 “PWM芯片”。此款芯片僅需送一次完整的幀數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在LED驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)的SRAM。此方式不但可節(jié)省數(shù)據(jù)頻帶，也可以在非常低的數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率下達(dá)到高灰階的效果。藉由PWM的技術(shù)，可加強(qiáng)脈波寬度調(diào)變的功能，并將導(dǎo)通的時(shí)間分散成數(shù)個(gè)較短的導(dǎo)通時(shí)間，因而增加了掃描屏的視覺更新率。此外此款PWM芯片和之前驅(qū)動(dòng)芯片相比更大的優(yōu)勢在于使用了GCLK的倍頻技術(shù)，可讓視覺更新率提升一倍。

（2）除了選用高刷新的驅(qū)動(dòng)芯片之外，還采用了高數(shù)據(jù)組數(shù)的設(shè)計(jì)方式。0.9mm單元模塊的分辨率為120*80，采用了4組數(shù)據(jù)帯載的方式來提高刷新率，每組數(shù)據(jù)帯載的點(diǎn)數(shù)為30*80。

（3）較高的時(shí)鐘頻率也可以讓單元模塊的刷新率更高。在此次的單元模塊設(shè)計(jì)中為了能夠讓時(shí)鐘頻率能夠更高，在設(shè)計(jì)上也對高頻信號(hào)線做了特殊的處理。對于CLK、STR、OE三個(gè)高頻信號(hào)處理的時(shí)候需要讓走線的距離最短，轉(zhuǎn)層最少，這樣才能讓信號(hào)線的阻抗最小，達(dá)到最好的信號(hào)傳輸?shù)男Ч?/p>

（二）高灰度等級(jí)設(shè)計(jì)

灰度等級(jí)是單元模塊的另一項(xiàng)重要指標(biāo)?；叶鹊燃?jí)指的是各種顏色在最暗與最亮色之間，擁有不同變化之顏色階層，一般而言灰階在12bit以上為高效能LED屏幕。若灰度級(jí)數(shù)不足，會(huì)發(fā)生顏色層次不足或是漸層顏色色階不夠平滑之情況，而無法充分展現(xiàn)影片的色彩。使得顯示效果大幅降低。而此次設(shè)計(jì)的顯示單元模塊采用了14bit以上的灰度處理技術(shù)，能夠讓灰度的層次更加的平滑。通過連續(xù)的灰度變化以及控制系統(tǒng)獨(dú)有的HDR技術(shù)，可以讓畫面呈現(xiàn)出更為逼真的效果。另外常規(guī)電視由于采用背光技術(shù)，無法將畫面黑的部分展現(xiàn)為純黑色，而LED電視由于是自發(fā)光所以可以將純黑色完美的展現(xiàn)，這種顯示效果可以讓畫面有很高的對比度也是常規(guī)的背光電視無法比擬的。

（三）抗干擾設(shè)計(jì)

常規(guī)LED屏幕模塊一般設(shè)計(jì)成4層或6層通孔板。過孔為頂層貫穿到底層，穿過中間各層，此類孔為機(jī)械孔，也就是說板材經(jīng)過壓合以后，由機(jī)械鉆頭鉆通并鍍銅形成。但其缺點(diǎn)在于因?yàn)槭峭装?，中間各層線如若不是與該孔網(wǎng)絡(luò)屬性一致，則需要避讓該孔，這樣就使得印制板設(shè)計(jì)難度加大，內(nèi)層某些信號(hào)連通性略差（GND），內(nèi)層高頻信號(hào)串?dāng)_大。在此次的模組設(shè)計(jì)中為了提高顯示效果，所以在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)相應(yīng)的增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率，一般為25MHz左右，為了減小干擾此次設(shè)計(jì)采用了8層3階板的設(shè)計(jì)方式。此種設(shè)計(jì)不但有通孔還包含盲埋孔，這樣可以大幅度減小設(shè)計(jì)的難度，并且讓GND更加的完整，從而達(dá)到干擾最小化的目的。

（四）無縫拼接設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)的LED電視點(diǎn)間距是0.9mm，這樣的點(diǎn)間距對于整體拼裝的要求非常高。因?yàn)長ED電視單元模組不可能只是一整塊單元模塊，而是有多個(gè)單元模塊拼裝而成的。由于觀看的距離非常近如果安裝出現(xiàn)縫隙就會(huì)造成觀感變差。所以為了解決安裝的縫隙問題，這次的設(shè)計(jì)采用了高精密的加工設(shè)備對PCB單元板進(jìn)行回廠后的二次處理方法，我們采用的設(shè)備精度達(dá)到了微米級(jí)，切割的刀片厚度也僅為0.4mm，切割時(shí)采用負(fù)公差的方式。這樣的精度對于點(diǎn)間距0.9mm的LED電視來說完全能夠達(dá)到拼裝無縫隙的要求。

三、結(jié)語

隨著LED應(yīng)用市場的不斷擴(kuò)大，LED電視勢必會(huì)被更多的應(yīng)用在例如控制室等多種場合。同時(shí)經(jīng)過不斷的產(chǎn)品迭代，價(jià)格的不斷降低，LED電視也會(huì)逐漸的進(jìn)入家用領(lǐng)域，LED電視可以完美的替代目前的液晶電視和LED背光電視。