本发明专利技术涉及一种高速高精密的ＬＥＤ亮度以及色彩的控制方案和控制电路、算法。包括５个部分：单个ＬＥＤ的扫描与数据矩阵；全彩与ＲＧＢ对应矩阵；亮度控制方程；驱动电流校准、多线段近似与全彩显示矩阵；整体电路方案。本发明专利技术的方案可以消除设计与制造过程中的各种误差，达到色彩与亮度控制的高一致性与高精度。尽管使用的电路板的器件精度在１％以下或者更差，而且电路板之间存在各种误差，经过本方案的实施，各个ＬＥＤ、各个ＬＥＤ模组之间的色彩与亮度的误差在０．１％或者更高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路、LED显示、电路控制领域，特别是针对RGB LED的高 速、高精度、高一致性控制。采用通用的MCU对控制电路板，利用先进的生产制造工 艺，通过将测试与校准数据进行集成的算法，使用简单的查表与加法运算，达到设计的 目的。
技术介绍
当前的LED彩色显示方案，将RGB LED的发光效率认为是一致的，或者利用封 装设备，将发光效率误差在一定范围内的RGB LED，作为同样的LED来使用；驱动电路 板的驱动电流误差认为很小，可以不做考虑；驱动电流与LED的搭配认为是完美的，误 差不会放大，从而导致显示的误差能够被察觉。目前的方式，对于一般的LED显示系统，特别是显示色彩还原度不高，精度要 求一般的场合是足够的。但是随着生活水平的提高，以及显示环境的要求不同，原先的 方案在未来的显示领域将会被逐步淘汰。新的显示领域要求更高的精度、更快的速度、 更好的一致性。其中一致性包含同样一个显示面板上不同LED之间的一致性、不同 LED面板之间的一致性。如图IA所示，由于现代工业的分工体系，LED显示板和电流驱动板有一家公司 设计，在多家企业进行生产和制作，最后进行系统集成。如图IB所示，电流驱动板与3 个RGB LED连接，连接关系为LEDl的R芯片与电流驱动板的Rl端口连接，G芯片与电流驱动板的Gl端口 连接，B芯片与电流驱动板的Bl端口连接；LED2的R芯片与电流驱动板的R2端口连 接，G芯片与电流驱动板的G2端口连接，B芯片与电流驱动板的B2端口连接；LED3的 R芯片与电流驱动板的R3端口连接，G芯片与电流驱动板的G3端口连接，B芯片与电 流驱动板的B3端口连接；LED是电流发光器件，发光的光通量大小由电流大小确定。3个LED或者单个LED、更多个LED通过一个芯片进行驱动，驱动电流的精度 由芯片内部的参考电流确定。驱动电流的大小由数字控制指令到芯片确定。传统方法的缺点为同色LED的发光效率不一致，而在应用中需要误差在设定单位内，LED经过层 层挑选使用，增加了难度和成本。LED—般是按照Bin进行分类，也就是按照Vf数据 的不同进行分类，如[3.0V-3.1V]、[3.1V-3.2V][3.2V_3.3V]等。在拿到一个BIN的产品 后，或者直接使用，或者按照发光效率的不同，对RGB进行细分。不同色LED在同样的控制下，发光效率差别比较大。发光效率一般是指LED工 作在额定功率下的数据，而不是整个工作区间的数据。RGB LED是工作在整个区间，通 过调光实现不同色彩之间的混光，从而达到色彩还原的目的。RGB LED之间的三色转换3效率以及每一个LED在整个工作区间上的转换效率是不固定的。在大面积应用时，由于采用多个芯片，芯片在制造过程中的差异，特别是参考 电流的差异，导致多个PCB板上以及每一块PCB板上的驱动芯片输出电流不同。同样的驱动控制误差，通过RGB LED后的发光误差不是线性关系。恒流驱动时 电流脉冲的纹波会造成LED的色温出现小的偏差；电压驱动模式下，驱动的误差会导致 发光光通量的成倍变化。在高精度控制下，需要MCU的内存很大，或者扩展内存的空间很大，无疑增加 了成本。按照RGB的亮度变化为0-255计算，总的存储空间最少需要16MBYTE。在特种场所，如空间狭小的情况，由于电路复杂，无法实现。
技术实现思路
鉴于驱动的不一致性与发光效率的不一致性造成的系统误差，本专利技术采用高精 密的光学测量仪器与高精密电流计作为媒介，获得数字输入与发光输出之间的对应表， 从而达到最终光学上的一致性。针对电流驱动板与LED显示板分立制作的流程，在电流驱动板制作中使用精密 电流计进行校准；LED显示板使用高精密扫描电流源与高精密光学测量仪器进行校准。 在获得各自的对应表后，利用外部计算机，获得数字输入与光学输出之间的高一致性对 应表。针对电流驱动板与LED显示板集成制作的流程，直接利用数字输入扫描，获得 相应的光通量输出之间的关系，利用内插等算法，获得数字输入与光学输出之间的高一 致性对应表。本专利技术是通过如下方法实现的。如图2所示为改进的RGB色彩显示系统制作示意图。与当前的方法不同，新方 案将测试与校准参数紧密结合在一起，通过校准参数矩阵获得高一致性以测试仪器本 身的性能为基准，一致性以一起本身的误差范围为基准。当RGB LED显示面板和恒流 驱动板分别制作时，RGB LED显示面板使用精密电流源和精密光学测试仪器校准，恒流 驱动板使用精密电流源校准；当RGB LED显示面板和恒流驱动板一起制作时，可以直接 使用精密光学测试仪器，使用数字输入进行校准即可。当RGB LED显示面板和恒流驱动板分别制作时，当RGB LED显示面板的输入 是电流，输出为彩色光通量；恒流驱动板的输入为数字信号，输出为电流。两个电路板 的交集是电流，因此两个电路板以电流测试为基准进行比较，同时，测试使用的2个精 密电流源必须经过校准，确保两个精密电流源的一致性。整个流程的操作方法，如图2 所示制作LED显示板，线性输入扫描获得电流-输出光通量曲线。将RGB LED集 成在电路板或者铝基板上，使用精密电流源对逐个LED以及单颗封装LED内的RGB芯 片进行线性扫描，获得每一颗LED以及内部RGB芯片的输出光通量数据。制作电流驱动板，数字输入获得数字输入-电流输出曲线。按照设计的恒流动 电路，加挂负载后，利用数字输入进行扫描，获得恒流输出的数据；数字输入的范围以 及顺序，按照线性顺序进行，调试认为数组输入的误差主要是抖动效应对恒流输出的影响很小，可以忽略不计。数据录入计算机，计算得到光通量-数字输入矩阵数据。将光通量线性电流扫 描表与电流输出数组输入表传送到计算机数据库；计算机参照RGB色彩组合的需求参 数，计算得到相应的数字输入-RGB输出光通量对应表。在计算中，应用多折线近似和 最小误差的方法，获得数字输入光通量输出对应表。数字输入-光通量输出对应表写入MCU内存或者扩展内存。需要显示的色彩通 过指令发送到MCU，取出对应的数字输入信号得到相应的驱动电流即可。当RGB LED显示面板和恒流驱动板集成制作时，系统的输入为数字信号，输出 为彩色光通量。输出的校准仅需要使用精密光学测试仪器，就能够保证整个系统的一致 性。整个流程的操作方法，如图3所示制作LED显示板与驱动板，合成一个系统。设计与制作LED显示板以及电流 驱动板，连接电路板之间的接口。数字输入扫描，获得RGB LED的输出光通量数字输入矩阵数据。数字输入逐个 对单颗封装的RGB LED以及封装内部的RGB芯片进行线性扫描，获得单个显示板与驱 动的数字扫描_光通量数据表。利用内插和折线近似的方法，获得满足精度要求的输出光通量_数字输入矩阵 数据表。数字扫描-光通量数据表录入计算机，计算机参照RGB色彩组合的需求参数， 计算得到相应的数字输入-RGB输出光通量对应表。在计算中，应用多折线近似和最小 误差的方法，获得数字输入_光通量输出对应表。数字输入-光通量输出对应表写入MCU内存或者扩展内存。需要显示的色彩通 过指令发送到MCU，取出对应的数字输入信号得到相应的驱动电流即可。本专利技术的优点为色彩显示的一致性高。色彩的一致性，包含单个LED输出的一致性、模组本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高速高精密的ＬＥＤ亮度以及色彩的控制方案和控制电路，包括５个部分：单个ＬＥＤ的扫描与数据矩阵；全彩与ＲＧＢ对应矩阵；亮度控制方程；驱动电流校准、多线段近似与全彩显示矩阵；整体电路方案；单个ＬＥＤ的扫描与数据矩阵，通过对ＬＥＤ施加０～全额负载电流，得到驱动电流与ＬＥＤ的光输出曲线，该曲线采用多线段近似；全彩与ＲＧＢ对应矩阵是一个国际标准的参数矩阵的扩展；亮度控制方程根据亮度需要，按照一定的比例对ＲＧＢ的输出流明进行调整的矩阵；驱动电流校准是利用精密一起设备，对ＰＣＢＡ的驱动电流进行校准，避免电路中器件的精度造成的误差影响输出的色彩与亮度；多线段近似是将ＲＧＢ的输出流明与驱动电流进行匹配，从而得到需要的色彩与亮度；全彩显示矩阵是驱动电流与色彩的对应关系矩阵，而且通过内插可以获得更多的色彩显示的数据矩阵；整体电路方案是为了获得完整准确的色彩与亮度目标，而设计的一种硬件电路的实现方案。
【技术特征摘要】
1.一种高速高精密的LED亮度以及色彩的控制方案和控制电路，包括5个部分单 个LED的扫描与数据矩阵；全彩与RGB对应矩阵；亮度控制方程；驱动电流校准、多 线段近似与全彩显示矩阵；整体电路方案；单个LED的扫描与数据矩阵，通过对LED施加0 全额负载电流，得到驱动电流与 LED的光输出曲线，该曲线采用多线段近似；全彩与RGB对应矩阵是一个国际标准的参数矩阵的扩展；亮度控制方程根据亮度需要，按照一定的比例对RGB的输出流明进行调整的矩阵；驱动电流校准是利用精密一起设备，对PCBA的驱动电流进行校准，避免电路中器 件的精度造成的误差影响输出的色彩与亮度；多线段近似是将RGB的输出流明与驱动电 流进行匹配，从而得到需要的色彩与亮度；全彩显示矩阵是驱动电流与色彩的对应关系 矩阵，而且通过内插可以获得更多的色彩显示的数据矩阵；整体电路方案是为了获得完整准确的色彩与亮度目标，而设计的一种硬件电路的实 现方案。2.根据权利要求书1所述的方案与控制电路，其特征为控制电路、LED本身由 于器件等造成的误差，可以借助于制造环节的高精密设备进行补偿；补偿采用多折线近 似、或者曲线近似的方法；控制的速度由以下两个速度的最低值决定硬件电路的反应 速度、算法的运...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹登庆，廖启博，樊亮，
申请(专利权)人：深圳宏伍智能光电有限公司，
类型：发明
国别省市：94
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