LED電視單元模組設計研究

許寧

摘 要：本文首先闡述了LED電視和常規電視的區別及優勢，其次詳細分析了LED電視在設計過程中出現的問題并提供了相應的解決方案。其中，重點介紹了LED電視模組設計的難點，如：高灰高刷、抗干擾設計、無縫拼接等。

關鍵詞：高灰高刷；抗干擾設計；無縫拼接

一、LED電視和常規電視區別及優勢

近年來，隨著技術的進步，LED顯示技術也獲得了長足的發展，其中最為可喜的是，更小像素間距的LED屏被不斷地研發出來。使得LED屏擁有了更小的像素間距，令畫面更加細膩，從而使得LED顯示屏適合近距離觀看，并可帶來電視級的分辨率和圖像質量。

目前家電行業中通常所指的LED電視嚴格的名稱是“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光源替代了傳統的熒光燈管，畫面更優質，理論壽命更長，制作工藝更環保，并且能使液晶顯示面板更薄。而嚴格意義上的LED電視是指完全采用LED（發光二極管）做為顯像器件的電視機。

為了滿足電視的要求我們此次開發的產品的像素為09mm，這個點間距是國內甚至世界上最小的可量產LED屏幕像素間距。僅僅1mm之差的點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數達到了近113萬點之多，對于單位平方下的分辨率是一個質的提升，這也給我們帶來了更加細膩的畫質和更加豐富的細節體驗。更小的間距也為用在家用電視領域提供了可能。

二、LED電視設計中的問題及解決方法

（一）高灰高刷設計

高刷新設計

LED電視單元模組的一項重要指標是“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，出現水平橫條紋之外，同時也會發生類似數萬顆燈泡同時閃爍的影像，人眼在觀看時因此可能產生不適感，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指標。雖然對人眼而言，視覺刷新頻率達60Hz以上已經感受到的是連續畫面，但是越高的視覺刷新頻率，顯示的圖像越穩定，人眼越不容易覺得疲勞。現今在高質量視頻中，為得到更精細的畫面，如精彩回放或是特寫攝影的過程，紛紛都以每秒1，000Hz以上的高速攝影機進行拍攝。此時，對于也會被拍攝到的LED顯示屏，在高速快門下仍能夠呈現連續畫面（無黑色掃描線）或是連續色階，就是很大的挑戰。為了能夠讓顯示單元有更高刷新率，在設計上采用了如下一些具體的措施：

（1）在設計上選用了目前最先進的LED驅動控制芯片 “PWM芯片”。此款芯片僅需送一次完整的幀數據，并存儲在LED驅動芯片內的SRAM。此方式不但可節省數據頻帶，也可以在非常低的數據時鐘頻率下達到高灰階的效果。藉由PWM的技術，可加強脈波寬度調變的功能，并將導通的時間分散成數個較短的導通時間，因而增加了掃描屏的視覺更新率。此外此款PWM芯片和之前驅動芯片相比更大的優勢在于使用了GCLK的倍頻技術，可讓視覺更新率提升一倍。

（2）除了選用高刷新的驅動芯片之外，還采用了高數據組數的設計方式。0.9mm單元模塊的分辨率為120*80，采用了4組數據帯載的方式來提高刷新率，每組數據帯載的點數為30*80。

（3）較高的時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計中為了能夠讓時鐘頻率能夠更高，在設計上也對高頻信號線做了特殊的處理。對于CLK、STR、OE三個高頻信號處理的時候需要讓走線的距離最短，轉層最少，這樣才能讓信號線的阻抗最小，達到最好的信號傳輸的效果。

（二）高灰度等級設計

灰度等級是單元模塊的另一項重要指標。灰度等級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。若灰度級數不足，會發生顏色層次不足或是漸層顏色色階不夠平滑之情況，而無法充分展現影片的色彩。使得顯示效果大幅降低。而此次設計的顯示單元模塊采用了14bit以上的灰度處理技術，能夠讓灰度的層次更加的平滑。通過連續的灰度變化以及控制系統獨有的HDR技術，可以讓畫面呈現出更為逼真的效果。另外常規電視由于采用背光技術，無法將畫面黑的部分展現為純黑色，而LED電視由于是自發光所以可以將純黑色完美的展現，這種顯示效果可以讓畫面有很高的對比度也是常規的背光電視無法比擬的。

（三）抗干擾設計

常規LED屏幕模塊一般設計成4層或6層通孔板。過孔為頂層貫穿到底層，穿過中間各層，此類孔為機械孔，也就是說板材經過壓合以后，由機械鉆頭鉆通并鍍銅形成。但其缺點在于因為是通孔板，中間各層線如若不是與該孔網絡屬性一致，則需要避讓該孔，這樣就使得印制板設計難度加大，內層某些信號連通性略差（GND），內層高頻信號串擾大。在此次的模組設計中為了提高顯示效果，所以在數據傳輸時會相應的增加數據傳輸的頻率，一般為25MHz左右，為了減小干擾此次設計采用了8層3階板的設計方式。此種設計不但有通孔還包含盲埋孔，這樣可以大幅度減小設計的難度，并且讓GND更加的完整，從而達到干擾最小化的目的。

（四）無縫拼接設計

此次設計的LED電視點間距是0.9mm，這樣的點間距對于整體拼裝的要求非常高。因為LED電視單元模組不可能只是一整塊單元模塊，而是有多個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縫隙就會造成觀感變差。所以為了解決安裝的縫隙問題，這次的設計采用了高精密的加工設備對PCB單元板進行回廠后的二次處理方法，我們采用的設備精度達到了微米級，切割的刀片厚度也僅為0.4mm，切割時采用負公差的方式。這樣的精度對于點間距0.9mm的LED電視來說完全能夠達到拼裝無縫隙的要求。

三、結語

隨著LED應用市場的不斷擴大，LED電視勢必會被更多的應用在例如控制室等多種場合。同時經過不斷的產品迭代，價格的不斷降低，LED電視也會逐漸的進入家用領域，LED電視可以完美的替代目前的液晶電視和LED背光電視。